소개글
"방사선"에 대한 내용입니다.
목차
1. 물질의 구조
1.1. 원자의 구조
1.2. 주기율표와 동위원소
1.3. 핵연료
2. 에너지
2.1. 에너지의 정의
2.2. 에너지와 물질의 변환
2.3. 방사선과 전자볼트
3. 방사선의 종류
3.1. 방사선의 발견
3.2. α, β, γ선의 발견
3.3. 방사선의 붕괴 과정
4. 방사선의 이용분야
4.1. 의료 분야
4.2. 공업 분야
4.3. 농업 및 식품 분야
4.4. 조사 및 분석 분야
4.5. 방사성물질 이용 제품
4.6. 원자력 발전
5. 방사선의 전망
6. 방사선학과 직업의 사회적 역할과 의료 윤리
6.1. 방사선사의 직업적 역할
6.2. 방사선사의 윤리 강령
6.3. 환자 케어
6.4. 환자의 이송과 안전
7. 참고 문헌
본문내용
1. 물질의 구조
1.1. 원자의 구조
원자의 구조는 다음과 같다. 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있다. 원자번호는 원자핵 속 양성자의 수와 같으며, 질량수는 양성자와 중성자의 총 수이다.
러드퍼드가 알파선 산란실험을 통해 원자핵의 존재를 발견하였고, 1930년에 채드윅이 중성자를 발견하였다. 이에 따라 원자의 구조가 원자핵과 궤도 전자로 구성되어 있다는 것이 밝혀졌다.
원자는 전자가 모여 있는 궤도를 가지고 있다. 전자는 원자핵 주변을 돌며 에너지 준위를 형성하고 있다. 전자는 원자핵의 양(+)전하에 의해 끌리며, 이 힘과 전자의 운동에너지의 균형이 원자의 안정성을 유지한다.
원자 내에서 전자는 특정한 에너지 준위를 차지하며, 이 준위 사이를 뛰어넘으며 에너지를 방출하거나 흡수한다. 이때 방출되거나 흡수되는 에너지는 광자 형태로 나타난다.
결론적으로 원자는 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵과 궤도를 도는 전자로 구성되어 있으며, 이러한 구조로 인해 원자 고유의 성질이 나타난다고 할 수 있다.
1.2. 주기율표와 동위원소
주기율표는 118종의 원소가 표시되어 있으며, 이 중 1번부터 92번까지의 원소는 자연계에 존재하는 원소이고, 93번부터 118번까지의 원소는 인간이 인위적으로 만들어낸 원소이다. 원자는 원자핵과 전자로 구성되어 있는데, 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있다. 원자번호는 원자핵 내 양성자의 개수와 같고, 질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합이다.
양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 경우 이를 동위원소라 한다. 동위원소에는 안정한 동위원소와 불안정한 동위원소가 있는데, 불안정한 동위원소는 방사성 동위원소라 불린다. 이들 불안정한 동위원소는 자연스럽게 양성자나 중성자를 방출하여 안정한 동위원소로 돌아가게 된다.
1.3. 핵연료
핵연료는 핵분열 반응을 통해 에너지를 생산할 수 있는 물질로, 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 토륨(Th) 등이 있다. 이 중 천연 우라늄(U-235)이 가장 널리 사용되는데, U-235는 천연 우라늄 내에 0.7% 정도만 존재하고 나머지는 더 무거운 동위원소인 U-238이다. 현재의 발전용 원자로에서는 U-235 농도를 높인 농축 우라늄을 사용한다.
핵연료 성 물질이란 중성자를 흡수하여 핵분열성 물질로 변화할 수 있는 물질로, 천연 U-238이 대표적이다. U-238 자체는 핵분열성이 낮지만 다른 종류의 무거운 원소로 변환되면서 플루토늄(Pu-239)과 같이 핵분열성이 높은 물질이 생성된다. 따라서 원자로에서 플루토늄을 생산할 수 있다.
한편 토륨(Th-232)도 핵연료성 물질로 알려져 있다. 토륨은 천연에 풍부하게 존재하고 우라늄보다 핵분열 생성물이 적어 방사성 폐기물 처리가 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. 하지만 토륨에서 우라늄으로의 변환 공정이 복잡하여 상용화에는 더 많은 연구가 필요한 상황이다.
2. 에너지
2.1. 에너지의 정의
에너지란 일(work)을 할 수 있는 능력이며, 에너지의 단위는 에르그(erg)이다. 에너지는 질량과 동일하며 이들은 서로 변환이 가능한데, 이를 나타내는 공식이 바로 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리인 "E=mc2"이다. 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는 빛의 속도이다. 즉, 어떤 물질의 질량 자체가 에너지원이 될 수 있다는 뜻이다.
한편, 원자핵에 결합되어 있는 양성자와 중성자 사이의 결합에너지로 인해 원자핵이 안정적으로 유지되는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 무거운 원자핵일수록 결합에너지가 약해져 불안정해지므로, 이를 안정화시키기 위해 방사선을 방출하게 된다.
이처럼 에너지는 일을 할 수 있게 해주는 근원이며, 물질과 에너지는 서로 변환이 가능한 개념이다. 이러한 에너지의 개념과 특성은 방사선의 발견과 이용에 있어서 매우 중요한 기초가 되고 있다.
2.2. 에너지와 물질의 변환
에너지와 물질은 서로 동일하고, 서로 변환이 가능하다. 이는 질량과 에너지의 관계를 나타내는 아인슈타인의 질량-에너지 등가 공식인 E=mc²를 통해 알 수 있다. 이 공식에 의하면 어떤 물질의 질량은 결국 그 물질이 가진 에너지와 등가관계에 있다는 것을 의미한다.
질량과 에너지는 상호 전환이 가능한데, 물질이 방사선을 방출하면 질량이 감소하고 에너지가 방출되며, 반대로 에너지를 가해 물질을 생성하면 질량이 증가한다. 이러한 질량과 에너지의 상호 전환은 핵반응, 특히 핵분열과 핵융합 반응에서 잘 드러난다.
핵분열 반응에서는 무거운 원자핵이 가벼운 핵종들로 쪼개지면서 에너지가 방출되고, 핵융합 반응에서는 가벼운 원자핵들이 결합하여 보다 무거운 핵종을 만들면서 에너지가 발생한다. 이처럼 핵반응을 통해 물질의 질량이 변화하고 에너지가 발생한다.
이와 같이 물질과 에너지 간의 상호 변환은 자연계의 근본적인 원리이며, 이는 현대 과학기술 발달의 기반이 되고 있다. 특히 핵분열과 핵융합 반응을 이용한 원자력 발전은 화석 연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로 주목받고 있다.
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참고 자료
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“방사선 물리학 기초”,
(http://radiotech.tistory.com/entry/%EB%B0%A9%EC%82%AC%EC%84%A0-%EB%AC%BC%EB%A6%AC%ED%95%99-%EA%B8%B0%EC%B4%88, 2016.4.2.)
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<그림 1>: ‘렙앤메드’(http://www.labnmed.co.kr/shop/data/goods/1442472624308s0.jpg, 2016.5.20.)
<그림2>:‘닥터스영상과학과의원’(http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeView.do?blogid=0sHUQ&articleno=40&_bloghome_menu=recenttext, 2016.5.20.)
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