원자구조와 방사성 핵종

원자 구조

원자는 원자핵과 핵 주위를 도는 전자로 구성되어 있습니다. 원자핵은 다시 양전하를 띤 양성자와 전하를 띠지 않은 중성자로 이루어지며 그 구성비율은 핵종마다 다릅니다.  예를 들면 모든 탄소 원자핵은 6개의 양성자를 갖지만 중성자 수는 핵종에 따라 5, 6, 7, 8 개를 갖고 있습니다. 이렇게 양성자의 수는 같은데 중성자 수가 다른 것을 동위원소라고 합니다. 양성자의 갯수를 원자번호로 삼는데 이는 양성자 수가 원자의 화학적 성질을 결정하기 때문입니다. 따라서 같은 원소의 동위원소들은 화학적 성질이 모두 동일합니다.

동위원소 표기는 일반적으로 원소 명칭에 중성자와 양성자 개수를 더한 숫자로 나타내거나 부릅니다. 탄소 동위원소를 예로 들면 탄소-11, 탄소-12, 탄소-13, 탄소-14로 구분하여 부릅니다. 탄소 동위원소 중 자연에서 가장 흔한 것은 탄소-12입니다.

탄소-14는 자연에 존재하는 방사성 핵종입니다. 이것은 우주선에 의해 만들어진 중성자가 대기중에 있는 질소-14 원자핵의 양성자 하나를 몰아내고 그 자리를 차지하여 생성됩니다. 탄소-14는 핵적으로 불안정하기 때문에 시간이 지나면 방사선을 내면서 질소-14로 되돌아 갑니다. 양성자가 중성자로 바뀌면서 내는 방사선을 베타선이라고 합니다.

원자핵의 안정성/불안정성

이와 같이 동위원소에는 방사선을 방출하는 방사성 동위원소와 방사선을 방출하지 않는 안정 동위원소가 있습니다. 원자핵안의 양성자와 중성자 수가 균형을 이루어야 안정적인데 그렇지 않으면 불안정합니다. 방사성 핵종은 알파입자, 베타입자, 감마선 같은 방사선을 방출하면서 불안정한 상태를 끝내거나 완화됩니다. 알파나 베터 입자를 방출하면서 붕괴하면 그 핵종은 다른 핵종으로 바뀝니다. 양성자 6개를 갖는 탄소는 중성자 개수가 5에서 8개를 갖는 4개 의 동위원소가 있습니다. 55개의 양성자를 갖는 세슘은 중성자개수 가 78개 부터 96개까지 변하는 동위원소가 알려져 있습니다. 이중에 세슘-78만이 안정 동위원소이고 나머지는 모두 방사선을 방출합 니다. 원전에서 사고가 나면 베타선과 감마선을 방출하는 세슘-134 와 세슘-137이 발전소 밖으로 누출될 수 있습니.