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과학과 놀자

물질을 통과해 이온화시키는 방사선을 진단과 치료에 활용 알파선·베타선은 종양 치료…감마선은 체외진단에 적합

원자란 화학반응을 통해 더 이상 쪼개질 수 없는, 물질을 구성하는 기본 입자다. 원자는 얼마나 작을까? 일반적으로 원자의 크기는 0.1㎚(나노미터)로 원자 1억 개를 한 줄로 세워야 겨우 1㎝가 된다. 흔히 알려져 있듯 원자는 원자핵과 그 주변을 도는 전자로 구성되며 원자핵은 양성자와 중성자로 이뤄져 있다. 자연 상태에서 같은 양성자 수를 가지나 중성자 수가 다른 다양한 원소를 서로 동위원소라 부르는데, 양성자와 중성자 비율에 따라 안정한 동위원소가 되기도, 불안정한 방사성동위원소가 되기도 한다. 방사성동위원소가 내보내는 방사선의 에너지를 사용방사성동위원소는 의료, 산업, 농업 및 식품 가공 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 특히 의료 분야에서의 활약이 두드러지는데, 종양 치료나 혈액 검사 같은 체외 진단에 주로 활용된다. 그렇다면 의료용 방사성동위원소는 어떤 특성 차이로 치료용과 진단용으로 나뉘어 사용되는 걸까? 바로 방사성동위원소가 내보내는 방사선의 에너지 성질에 따른 차이다. 방사선은 보이지 않는 광선과 같은데, 갖고 있는 에너지가 커서 물질을 통과하며 이온화시키는 방사선을 ‘이온화 또는 전리 방사선’이라고 부른다. 가시광선, 마이크로파, 라디오파, 적외선, 자외선 등 이온화 능력이 없는 방사선은 ‘비이온화 또는 비전리 방사선’이라고 정의한다.의료용으로 사용하는 방사성동위원소는 알파선, 베타선, 감마선과 같은 이온화 방사선을 방출한다. 종이 한 장도 투과하지 못하지만 에너지는 가장 큰 알파선과 역시 투과력은 강하지 않지만 빛보다 빠른 베타선은 주로 종양 치료에 사용한다. 엑스선과 같은 전자기파인데 물질을 투

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연구용 원자로와 가속기에서 만들어진 중성자와 방사광…10-9ｍ 크기 나노세계의 비밀을 푸는 열쇠

대규모 시설인 연구용 원자로와 가속기는 다양한 용도를 가지고 있다. 연구용 원자로라고 하면 미국 과학자 엔리코 페르미가 건설한 최초의 원자로와 같이 시험용으로 만든 원자로를 연상하기 쉽다. 그리고 가속기라고 하면 스위스 제네바에 있는 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 강입자가속기와 같이 원자보다 작은 아원자입자를 연구하는 시설을 먼저 떠올릴 것이다. 그런데 연구용 원자로와 가속기는 의외로 원자나 분자가 이루는 나노미터() 크기의 세계, 즉 나노 세계를 관찰하는 데에도 대단히 유용하게 사용되며, 현대 문명에 직접적인 영향을 주고 있다. 방사광과 중성자를 햇빛 대신 사용17세기 네덜란드의 안토니 반 레벤후크가 직접 제작한 현미경으로 미생물을 최초로 발견한 것은 일대 사건이었다. 생명에 대해 인류가 갖고 있던 기존의 관념이 뒤집어졌고 이후 많은 질병의 원인을 알아내고 현대적인 위생관념이 성립하는 계기가 되었다. 이어진 산업혁명 시대에는 현미경이 제품 개발과 품질 확인에 유용하게 사용되었다. 포목상이던 레벤후크도 천의 품질을 확인할 목적으로 현미경을 만들었다고 알려져 있다. 이와 같이 인간의 삶에 광범위하게 영향을 끼쳤기 때문에 현미경은 대중에 널리 알려진 과학 도구가 되었다.레벤후크가 만든 현미경은 구형의 렌즈가 하나만 달린 단안경에 불과했다. 지난 몇 세기 동안 눈으로 볼 수 없는 작은 세계를 관찰하려는 과학자들의 노력으로 광학현미경은 발전을 거듭했으며, 현대에는 수십만 배의 배율을 가진 전자현미경에서 원자 하나하나를 구분할 수 있는 경지에 이른 주사터널링현미경(STM)까지 다양한 장비가 일상적으로 사용되기에 이르렀다.연