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지구상에는 110개의 원소가 발견과 발명되었고요

이중에 핵폭탄의 원료로 유명한 우라늄 이상, 즉 플루토늄부터는 자연계에 존재하지 않습니다.(이 말은 약간 틀렸지만;;) 왜냐면 물질의 최소단위인 분자는 원자로 이루어졌는데, 원자는 또다시 핵과 전자로 되어있습니다.

원자핵은 중성자 양성자로 되어있는데, 양성자는 +극을 띱니다. 그러니까 양성자, +가 늘어나면 서로간에 반발력이 생깁니다. 원자핵에 작용하는 힘에는 핵력이라고 해서 우주의 4대 힘(중력, 약력, 강력, 전자기력)중 강력에 해당합니다. 다시 말하자면 양성자간의 반발력을 강력이 제지합니다.

하지만 양성자의 수가 늘어나서 우라늄(원자번호 92번)이 되면 양성자가 92개 되어서 반발력과 강력이 거의 평형을 이루고 그 이후로는 붕괴되고 맙니다. 그래서 자연계에는 플루토늄이 매우 극미량 존재하게 되고, 자연계에 존재하는 원소 중에 가장 큰 것을 우라늄으로 칩니다.(그나마 많다고 하지만 화강암 1톤당 4그램)

다시 정리해서 원소가 붕괴하는 이유는 양성자가 너무 많기 때문이고요. 양성자의 숫자(=전자의 숫자)는 원자번호이기도 합니다. 아래는 원자번호에 따른 자연에서 원자가 존재하는 상태입니다.

1(H)~19(K): 안정적으로 존재한다

20(Ca)~83(Bi) : 안정적인 것과 붕괴된것이 짬뽕이다 (방사선 동위원소 일부)

84(Po)~ : 죄다 붕괴되고 있다.(전부 방사선 동위원소)

이때 방사선이란 원자가 붕괴될때 나오는 에너지를 말합니다. 방사선이 붕괴되면서 나오는 에너지는 3종류가 있으며, 이 외에도 중성자, 중성미자, 양전자등 여러가지 붕괴가 있습니다.

그럼 널리 알려진 알파, 베타, 감마붕괴 삼형제부터...

원자가 붕괴되면서 튀어나오는 것 중에 알파입자라고 칭하는 것이 있는데 이것의 정체는 헬륨핵입니다. (즉, 양성자2+중성자2)

이것을 화학식으로 표현하면 입니다. He는 헬륨의 원자기호, 위첨자의 4는 양성자2개와 중성자2개, 아래첨자의 2는 양성자의 수입니다. 이렇게 쓰는 이유는 중성자와 양성자는 전자에 비해 거의 1800배 무겁기 때문에 실질적으로 원자 질량의 대부분을 포함하기 때문입니다. 그래서 위첨자 4는 원자의 질량, 아래첨자 2는 원자의 전하량으로 보면 됩니다.

각설하고 본래 원자가 붕괴되면서 헬륨핵이 튀어나왔으니 헬륨핵의 질량과 전하량만큼 줄어들게 됩니다. 그럼 예시를 들면

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우라늄238이 토륨234로 붕괴되면서 알파선을 방출하는 과정

이렇게 헬륨핵이 튀어나오는 것이 알파붕괴입니다. 만약 헬륨핵이 전자를 포획한다면 헬륨이 되는 것입니다. 누군가 헬륨을 공기중에서 포집한다고 헛소리를 하던데요, 헬륨은 이렇게 방사선붕괴로 생성된 후에 전자포획으로 생겨납니다. 그래서 동위원소가 붕괴중인 광산같은 곳에 많습니다.

알파선의 특징은 크기가 매우 큽니다. 나중에 보시면 알겠지만 방사선 중에서 가장 크기가 큰놈 입니다. 그래서 알파선은 투과력이 낮습니다. 피부나 종이 한장을 뚫지 못합니다.  핵폭발이 일어났을때 공기 중에서 거의 수센티미터밖에 전진하지 못할 정도입니다. 하지만 알파선은 인체에 막대한 피해를 주는데요. 그 이유는 알파붕괴중인 입자를 공기중으로 흡입하게 되면 폐에 들어가서 벌집을 만들어버립니다. ㅎㄷㄷ

그래서 Rem이라고 방사능이 실질적으로 주는 피해를 나타내는 단위가 있는데 여기서 알파선이 가장 쌥니다.

그런 두번째는 베타선입니다. 이것 역시 원자가 붕괴되면서 베타선이 튀어나옵니다.

베타선은 전하가 -1이고 질량은 0입니다. 즉 입니다. 전하가 -1이고 질량이 없는 것은 전자입니다. 음전자라고도 하는데 그냥 전자라고 생각하시면 됩니다. 음전자는 중성자가 붕괴되면서 생기는데 식은 아래와 같습니다.

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중성자(1/0)가 음전자(0/-1)와 양성자(1/1)로

베타선은 작기 때문에(전자가 원체 작습니다.) 투과율이 큽니다....만 전하를 띠고 있어서 이 역시 그렇게 투과력이 좋지 않습니다.(전기적 상호작용을 받기 때문) 대략 피부를 4~5mm 뚫을 수 있고 겨울용 코트만 입어도 방호됩니다.

 세번째는 감마선. 이것역시 감마붕괴라고 하며 튀어나오는 놈은 질량과 전하가 없습니다. 그래서 표기는 입니다. 이것은 핵의 자리옮김이라는 것으로 생깁니다. 질량은 없지만 전하가 없기 때문에 방해받지 않고 달리기 때문에 투과력이 매우 좋습니다.

감마붕괴 식은...

n+→

중성자 혹은 어떤 것을 흡수해서 들뜬 우라늄 원자핵, 비유하자면 잘못먹어서 배탈이 났음

   →+

들뜬 원자핵은 불안정해서 자리옮김을 하고 감마선을 내놓습니다.

감마선은 헐크를 만든 장본이긴 한데, 감마선은 핵폭발시 수백미터나 날아가서 생명체를 이루는 근간인 DNA나 분자단위부터 작살냅니다. 그래서 돌연변이가 일어나 원자병에 걸리거나 죽거나하는 매우 위험한놈입니다. 이것을 막으려면 거의 40센티미터 두께의 납이나 1미터 두께의 흙이 필요합니다.

 그외에도

양전자가 튀어나오는 일도 있는데. 양전자란 말그대로 +를 띠는 전자입니다. 즉이렇게 씁니다. 베타선과 부호하나만 다릅니다. 역시 만들어지는 과정도 거꾸로 양성자가 중성자로 붕괴되는 과정에서 튀어나옵니다.

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그리고 보통 양전자는 음전자와 합쳐져서 감마선이 되는데 이 원리를 응용한 것이 PET라는 것입니다. CT보다 더 좋다고 하죠.

+  → 2

음전자와 양전자가 반응해서 감마선이 됨

이번에는 중성자가 튀어나오는 반응입니다. 사실 감마선보다 더 무서운 것이 중성자입니다. 감마선은 질량과 전하가 없지만 중성자는 질량은 있고 전하는 없습니다. 즉 전기적 상호작용은 없으면서 무게가 있으니까 더 잘 뚫고 날아갑니다. 차폐하기 위해서는 거의 감마선의 2배에 해당하는 두께의 납과 흙이 필요합니다....

중성자는 질량이 1, 전하는 0입니다.

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