방사선 물리학_방사선의 발생(1)

제 1부 방사선 물리학_1장 방사선의 발생

 

1. 물질의 구성

 

원자(Atom)는 물질을 이루는 기본단위로서, 주위에 있는 물질들의 종류가 다양한 것은 몇 종류의 원자들이 서로 결합하여 많은 물질을 구성하기 때문이다. 표준 주기율표는 1994년에 제정되어 원자는 103번까지 나와 있으나, 현재는 118번까지 있다. 원소의 화학적 성질은 원자번호가 증가하면 원소의 주기율표가 작성된다.

주기율표에서 비슷한 성질을 갖는 원소들은 세로줄로 묶여서 족(group)을 이룬다. 1족은 수소와 알칼리 금속들인데, 

알칼리 금속은 모두 부드럽고 녹는점이 낮으며 화학적으로 활성이 매우 크다. 수소는 물리적으로 금속은 아니지만,

화학적으로는 활성이 큰 금속과 같은 행동을 한다. 주기율표에서 가로줄을 주기(period)라고 하는데, 처음의 세 주기는 

각 원소들이 아래의 보다 긴 주기의 원소들과 밀접한 관련을 가지고 배열할 수 있도록 중간이 띄어져 있고 대부분의 원소들은 금속이다.

 

가) 원자모형 

 

원자모형의 변천 과정을 보면, 1807년 달턴은 원자를 최소의 입자로 간주하여 더 이상 쪼갤 수 없는 단단한 작은 공과 같다고 하였으며, 1903년 톰슨은 전자의 존재를 확인하였고, 1911년 러더퍼드는 원자의 중심에 양전하의 원자핵이 있고 

그 둘레에는 음전하를 띤 전자가 움직이고 있다고 하였다. 1913년 보어는 원자핵을 중심으로 전자가 일정한 궤도를 그리며

돌고 있다고 주장하였다. 현대 원자 모형은 하이젠베르크의 불확정성 원리에 의하여 "어떤 공간영역에서 전자가 발견될 수 있는 확률은 전자구름 모델로 원자핵 둘레에 전자가 구름처럼 퍼질 확률"이라고 하였다.

 

나) 원자의 구성

 

(1) 원자핵 

원자핵은 양성자와 중성자 및 중간자로 이루어져 있으며, 이들을 핵자라고 한다. 일반적으로 원자핵은 원자질량의 대부분을 차지하고, 양성자는 양전하를 갖고 있으며 전자의 음전하와 평행을 이루어 원자 자체는 전기적으로 중성이 된다. 핵 내의 양성자들은 전기적 양전하에 의해 서로 강하게 반발하고 있음에도 불구하고 원자핵을 구성하는 핵력에 의해서 결합하고 있다. 핵에 있는 양성자가 수는 원자번호를 결정하고 중성자 수는 원자량을 결정한다. 중성자는 양성자와 거의 같은 질량을 갖고 있고 전하는 없다.

 

(가) 핵종 

원자핵을 구별할 수 있도록 기호로 원자번호(Z)는 왼쪽 아래에, 질량수(A)는 왼쪽 어깨에 쓴다. 같은 원소이면서 서로 다른 질량수를 갖는 것을 구별하기 위해 질량수를 나타낸다. 이와 같이 원자번호와 질량수로 규정된 원자핵의 종류를 핵종이라고 한다. 

 

(나) 동위원소 

양성자의 수는 동일하나 중성자의 수가 다른 원소를 동위원소라고 한다. 동위원소들은 서로 동일한 화학적 성질을 갖고 있으나 물리적인 성질에 차이가 있다. 자연에 존재하는 대부분의 원소는 몇개의 동위원소가 혼합되어 있다.

 

(2) 궤도전자 

원자 내 궤도전자는 정해진 궤도에서만 존재할 수 있으며, 원자핵에서 가까운 순서대로 기호를 나타내면 K,L,M,N,O,P,Q가 된다. 이것을 궤도, 각 또는 에너지준위라고 하며 이들은 몇개의 부준위로 나누어진다. K각 내 전자를 K전자라하며 각의 수는 일곱을 넘지 않는다.

 

다. 핵자핵의 붕괴

(1) 방사성핵종, 방사성동위원소 

 

안정원소는 원자핵 내에서 쿨롱력 등이 작용하여 균형을 이루어 원자핵의 구조를 유지하고 있다. 불안정원소는 핵구조가 변하게 되어 붕괴된다. 이러한 붕괴를 일으키는 원자핵을 방사성핵종이라 한다. 안정원소와 구별하기 위하여 방사능을 가진 원소를 방사성동위원소라고 한다. 

 

(2) 방사능

 

알파선, 베타선, 감마선 등의 방사선이 원자핵으로부터 자연적으로 방출하는 성질이 있는 것을 방사성이라고 하며 방사성물질이 보유하고 있는 능력을 방사선이라고 한다.