라돈, 라듐에서 생성되는 방사성 기체, 폐암의 원인.

 

라돈, 라듐에서 생성되는 방사성 기체 2013/09/17 11:57

 

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우라늄과 토륨의 자연 방사성 붕괴 사슬에서 라듐을 거쳐 생성되는 방사성 비활성기체 원소이다.
지각과 대기 중에 극미량 존재하는데, 이의 흡입은 흡연 다음가는 주요 폐암 원인으로 여겨진다.

 

원자번호 86번의 원소 라돈(radon, Rn)은 강한 방사선을 내는 비활성 기체 원소로, 1900년을 전후해서 여러 방사성 물질에서 발산되는 기체로 발견되었다. 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴 사슬에서 라듐(radium, Ra)을 거쳐 생성되는데, 원소 이름은 이의 원천 원소 라듐에 비활성 기체의 접미어 ‘on’을 붙여 지은 것이다. 자연에 존재하는 라돈은 거의 전적으로 질량수가 222인 222Rn(반감기는 3.82일)이다. 지구 대기 중에는 기체 분자 1020개당 대략 6개의 비율로 들어 있으며, 대기 중의 전체 양은 100g 미만이다. 화강암에는 암석 10억 톤당 0.4mg의 비율로 들어있으며, 이외에도 인광석, 석회석, 변성암, 흙 등에도 라돈의 전구물질인 라듐이 들어있다. 라돈은 이에서 나오는 방사선 때문에 건강에 위험한 기체로, 미국환경보호국은 라돈 흡입이 흡연 다음가는 주요 폐암 원인이라고 경고하고 있다. 반면에 라돈 온천(라듐 온천)이 건강에 좋다는 주장도 있으나, 이에 대한 과학적 근거는 아직 없다. 라돈에 대해 보다 자세히 알아보기로 하자.

원자번호 86번, 라돈

라돈(radon)1)은 원자번호 86번의 원소로, 원소기호는 Rn이다. 주기율표에서 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe)과 함께 비활성(noble) 기체 족으로 불리는 18족(8A족, 과거의 0족)에 속하며, 이 족의 맨 아래에 있는 원소이다. 색, 냄새, 맛이 없는 기체로, 모든 동위원소들이 강한 방사선을 내고 반감기(t1/2)가 짧은 방사성 원소이다. 표준 상태(0oC, 1기압)에서의 밀도는 9.73g/L로, 공기보다 약 8배 무겁다. 어는점은 -71.15oC(202.0K)이고, 끓는점은 -61.85oC(211.3K)이다. 어는점 이하에서는 방사선으로 인해 밝은 노랑색 빛을 내는데, 온도를 낮추면 주황색으로 변한다. 물에 약간 녹고, 유기용매에는 보다 잘 녹는다. 화학 반응성은 거의 없으나, 산화력이 큰 원소들과의 화합물 몇 가지가 알려져 있다.

 

라돈의 동위원소 219Rn, 220Rn, 222Rn은 우라늄과 토륨의 자연 방사성 붕괴 사슬의 중간 생성물로 생성되는데, 219Rn는 235U(천연 우라늄의 0.72%를 차지하며, t1/2은 7.04억년)의 자연 붕괴(악티늄 계열)에서, 220Rn 는232Th(천연 토륨의 거의 100%를 차지하며, t1/2은 140억년)의 자연 붕괴(토륨 계열)에서, 그리고 222Rn는 238U(천연 우라늄의 99.274%를 차지하며, t1/2은 44.7억년)의 자연 붕괴(우라늄 계열)에서 각각 223Ra(t1/2=11일), 224Ra(t1/2=3.66일), 226Ra(t1/2=1600년)의 α붕괴로 생성된다(네이버캐스트 [라듐] 참조). 이들 라돈 동위원소들은 모두 α붕괴를 하여 폴로늄(Po)이 되고, 최종적으로는 납(Pb) 동위원소가 되는데, 중간 생성물로 여러 방사성 동위원소들이 생긴다. 예로, 222Rn의 방사성 중간 생성물로는 218Po(t1/2=3.1분), 214Pb(t1/2=26.8분), 214Bi(t1/2=19.9분), 210Po(t1/2=138.76일) 등이 있다.

 

전북 ,충북,강원, 지역은 라돈가스 발생지역이니 실내바닥부위에 환풍기설치및 환기를 자주시키셔야고,

공기보다 7배정도 무겁습니다. 석고보드에서도 많이 나오니 고려해야 할 문제이고...

 

 

 

자연 방사성 붕괴 사슬에서 생성된 이들 219Rn, 220Rn, 222Rn중에서 219Rn(t1/2=3.96초)은 수명도 짧고 모 원자핵인 235U의 존재 량도 적어 다른 두 가지에 비해 월등히 작은 양이 생성되어 곧 바로 붕괴된다. 222Rn는 220Rn와 거의 같은 속도로 생성되나, 이의 반감기(3.82일)가 220Rn의 반감기(55.6초)보다 훨씬 길어 월등히 높은 농도로 존재하게 된다. 따라서 자연에 존재하는 라돈은 거의 전부가 222Rn이며, 그냥 라돈이라고 부르면 이를 가리킨다. 222Rn은 자연계에 존재하는 라듐(거의 전부가 226Ra)의 α붕괴를 통해 생성되는데, 226Ra과 이에서 생성된 222Rn은 우라늄광, 인광석, 화성암 및 변성암, 석회석, 흙, 석유 등에서 미량 발견된다. 라돈은 건조한 대기 중에 평균 약 6x10-14ppm(6/1020)의 부피 비율로 들어있으며, 대기 중에 존재하는 전체양은 100g미만이다. 지각에는 약 4/1019의 무게 비율로 들어 있으며 화강암에는 1.7x10-10ppm의 무게 비율로 갇혀 있는데, 지진 활동 등으로 암반이 균열되면 대기로 방출된다. 따라서 환기가 잘 되지 않는 일부 건물의 실내나 지하실에는 외부 대기에서보다 월등히 높은 농도로 라돈이 축적될 수 있다. 일부 온천수, 광천수, 지하수 등에서도 평균 이상의 라듐과 라돈이 발견되는데, 원천수에 평균 이상의 이들이 녹아 있는 온천을 라듐 온천 또는 라돈 온천이라 부른다. 라돈이 필요한 경우, 보통 라듐에서 생성되는 것을 사용하는데, 1g의 라듐(226Ra)은 하루에 1/1000 cm3의 라돈(222Rn) 기체를 방출한다.

 

라돈(222Rn)과 이의 중간 붕괴 생성물들은 높은 에너지의 α입자를 방출하고 최종적으로 안정한 206Pb가 되는데, 이 과정에서 β-선과 γ선도 방출된다. 과거에는 라돈을 암의 방사선 치료나 기체 누출 검사에 사용하기도 하였으나, 지금은 보다 효율적이고 안전한 방사성 동위원소들도 대체되었다. 미국 환경보호국(EPA)는 라돈 흡입이 흡연 다음으로 큰 폐암 발병의 원인이라고 경고하고 있다. 따라서 흙, 시멘트, 지반의 균열 등에서 방출되는 라돈 기체가 환기가 잘되지 않은 건물, 특히 지하실에 농축되는 경우가 생기지 않도록 주의해야 한다. 한편, 오래 전부터 라돈 또는 라듐 온천이 류마티스 등에 치료 효과가 있다고 여겨져 왔으나, 이에 대한 과학적 입증은 아직 되지 않은 실정이다.

라돈의 발견과 명명

방사능은 1896년에 프랑스 물리학자 베크렐(Antoine Henri Becquerel, 1852~1908)에 의해 처음 발견되었다. 1899년에 마리와 피에르 퀴리 부부는 라듐에서 방사성 기체가 나오며 이 기체의 방사능이 시간이 지날수록 줄어드는 것을 발견하고, 이 기체가 새로운 방사성 원소일 것으로 여겼으나 더 이상의 연구는 하지 않았다. 같은 해에 러더퍼드(Ernest Rutherford, 1871~1937)와 오언스(Robert Bowie Owens, 1870~1937)는 토륨산화물에서 방사성 기체가 나오며, 이 기체의 방사능이 몇 분간 지속되다가 거의 없어짐을 관찰하였다. 러더퍼드는 이 기체를 ‘발산물’이란 뜻으로 ‘에마나티온(emanation: 원소 기호 Em)’으로 불렀는데, 뒤에 토륨에서 발산되는 것임을 나타내기 위해 ‘토륨 에마나티온(thorium emanation: Th Em)’이라 불렀다. 1년 후인 1900년에 러더퍼드는 소디(Frederick Soddy, 1877~1956: 동위원소 발견의 공로로 1921년에 노벨 화학상 수상)와 함께 액화 질소를 사용하여 토륨 에마나티온을 응축시킬 수 있음을 보였다. 같은 해에 독일 물리학자 도른(Friedrich Ernest Dorn, 1848~1916)은 라듐 화합물이 든 용기 내에 방사성 기체가 축적되는 것을 발견하고는, 이 기체를 ‘라듐에서의 발산물’이란 뜻으로 ‘라듐 에마나티온(radium emanation: Ra Em)’으로 명명하였다. 그 후 1903년에는 드비에르느(André-Louis Debierne, 1874~1949)가 악티늄에서 나오는 발산물 기체를 발견하고 이를 ‘악티늄 에마나티온(actinium emanation: Ac Em)’이라 불렀다.

 

앞서 언급된 3가지 방사성 기체들에 대해 여러 다른 이름들이 제안되었는데, 1904년에는 이들 기체의 원천에 따라 각각 엑스토리오(exthorio), 엑스라디오(exradio), 엑스악티니오(exactinio)란 이름이, 1918년에는 원천 원소의 이름에 비활성 기체의 접미어 ‘on’을 붙여 토론(thoron), 라돈(radon), 악톤(acton)이란 이름이 제안되었으며, 1920년에는 악톤을 악티온(action)으로 고쳐 제안하였는데, 1923년에 국제순수·응용화학연합(IUPAC)은 이들 각각의 이름과 원소 기호(각각 Tn, Rn, An)들을 채택하였다. 이들은 실제로는 라돈의 각기 다른 동위원소들인데, 당시에는 동위원소에 대한 개념과 존재 여부가 잘 확립되지 않아, 반감기가 다른 이들 동위원소들을 각각 다른 원소로 여기고 서로 다른 이름을 붙인 것이다. 뒤에 이들이 같은 원소의 동위원소임이 확인되고 동위원소들을 질량수로 구분하게 됨에 따라, 원소 이름은 가장 안정한 동위원소의 이름을 따라 라돈(Rn)이라 부르고, Tn은 220Rn, Rn은 222Rn, An은 219Rn으로 표시하게 되었다. 그러나 1960년대까지만 해도 라돈을 단순히 에마나티온(emanation)으로 부르기도 하였다. 한편, 천연 라돈은 거의 전적으로 라듐 에마나티온으로 부른 222Rn이므로, 이를 처음 발견한 도른을 흔히 라돈의 발견자로 간주한다.

 

라돈의 성질을 알아내고 이 원소가 주기율표에서 비활성 기체 족에 속한다는 사실을 발견한 사람은 영국의 램지(William Ramsay, 1852~1916; 비활성 기체들의 발견과 이들 기체들이 주기율표에서 차지하는 위치를 결정한 공적으로 1904년에 노벨 화학상 수상)이다. 그는 1904년에 라돈 기체의 스펙트럼이 비활성 기체의 스펙트럼과 비슷하고, 실제로 화학 반응성도 거의 없는 것을 관찰하고는, 라돈이 비활성 기체 족에 속하는 새로운 원소라고 제안하였다. 1908년에 그는 그레이(Robert Whytlaw-Gray)와 함께 충분한 양의 라돈 기체를 분리하여 모으고, 밀도 등 몇 가지 성질들을 측정하였는데, 이 기체는 당시까지 알려진 기체 중 밀도가 가장 컸다. 1910년에 이들은 원소의 이름을 라틴어로 ‘빛을 내는 것’이란 뜻의 ‘nitens’를 따서 니톤(niton)이라 정하고 원소 기호를 Nt로 제안하였는데, 1912년에 국제원자량위원회(International Commission on Atomic Weights)는 이 제안을 받아들이기도 하였다.

 

동위원소와 방사성 붕괴
라돈의 동위원소들은 모두 반감기가 짧은 방사성 동위원소이다. 가장 안정한 동위원소는 반감기((t1/2)가 3.82일인 222Rn이다. 자연에서는 219Rn(t1/2=3.96초), 220Rn(t1/2=55.6초), 222Rn의 3가지 동위원소로 극미량 검출되는데 222Rn이 거의 대부분을 차지한다. 이들은 모두 우라늄과 토륨의 자연 방사성 붕괴 계열에서 각각 223Ra, 224Ra, 226Ra을 거쳐 생성된다. 이들 외에 218At의 β- 붕괴에서 생성되는 218Rn(t1/2=3.5 x10-2초)이 극미량 검출되기도 한다. 질량수가 195~229 범위에 있는 31가지 라듐 동위원소들이 인공적으로 생성되어 확인되었는데, 이중에서 반감기가 긴 것들은 210Rn(t1/2=2.4시간), 211Rn(t1/2=14.6시간), 224Rn(t1/2=1.8시간)이고 나머지들은 반감기가 30분보다 짧다. 질량수가 222 이하인 라돈 동위원소들은 주로 α붕괴를 하고 폴로늄(Po) 동위원소가 되는데, 일부는 β+ 붕괴를 하고 아스타틴(At) 동위원소가 되기도 한다. 222Rn는 α붕괴만을 하는데, 이에서 방출되는 α입자의 평균에너지는 5.590MeV이다. 222Rn보다 무거운 동위원소들은 거의 β- 붕괴만을 하고 프랑슘(Fr) 동위원소가 된다. 12가지의 준안정한 핵 이성체들이 알려져 있는데, 반감기가 가장 긴 것은 203mRn(t1/2=26.7초)이다.

 

 

방사선 양과 라돈 농도 단위
방사선 양의 국제 단위(SI)는 베크렐(Bq)인데, 1 Bq는 1초에 원자 1개가 방사성 붕괴할 때 나오는 방사선 양이다. 널리 사용되는 또 다른 단위는 퀴리(Ci)인데, 1 Ci는 1g의 라듐(226Ra, t1/2=1600년)이 1초 동안 붕괴할 때 나오는 방사선 양으로, 1초당 3.7x1010개의 원자가 붕괴할 때 나오는 방사선 양과 같다. 따라서 1 Ci = 3.7x1010Bq이다.

대기 중의 라돈 농도는 화학에서 일반적으로 사용하는 농도(mol/m3, mol/L, g/m3, 또는 g/L)로 표시하기에는 너무 낮아, 흔히 단위 부피당 방사선 양으로 나타낸다. 또 방사선 양을 나타내는 퀴리(Ci)도 너무 큰 값이기 때문에, 이의 1/1012인 피코 퀴리(pCi)의 단위를 흔히 사용한다. 보통 사용되는 라돈 농도 단위는 pCi/L 또는 Bq/m3인데, 1pCi/L = 3.7x10-2 Bq/L = 37 Bq/m3이고, Bq/m3은 2.1 x10-16g/m3에 해당한다. 대기 중의 라돈 농도는 장소에 따라 크게 다른데, 평균적으로 대략 4 Bq/m3이다, 이는 공기 1L에 약 2000개의 라돈 원자가 들어있는 것에 해당하는데, 공기 1L에 들어 있는 각종 분자의 총 수는 약 2.7x1022개이다.

 

생물학적 역할과 위험성

라돈의 직접적인 생물학적 역할은 없으나, 이에서 방출되는 방사능이 지구상의 배경 방사능(background radioactivity)의 주된 몫을 차지하는 것으로 미루어 볼 때, 이에 의한 유전자 변형이 생명체의 진화에 간접적인 역할을 하였을 것으로 여겨지고 있다. 라돈은 라돈 자체 혹은 이의 방사성 붕괴 생성물들이 내는 강한 방사선 때문에 인체에 매우 해로운 원소이다. 중세 시대부터 광산에서 일했던 광부들이 수명이 짧고 폐병(폐암)으로 사망한 경우가 많았는데, 이의 주된 원인이 라돈으로 여겨지고 있다. 라돈은 또한 흙, 암반, 건축재료 등에 들어있는 라듐(우라늄의 자연 방사성 붕괴에서 생성됨)의 방사성 붕괴에서 방출되므로 환기가 잘 되지 않은 건물의 실내, 특히 지하실에 라돈 기체와 이에서 생성된 방사성 물질들이 축적되어 거주자의 건강을 위협할 수 있다. 대기에서의 라돈 함량은 지역에 따라 크게 다른데, 넓은 바다를 면한 해안에서의 평균 농도는 1 Bq/m3, 대륙에서의 평균 농도는 약 10 Bq/m3, 실내의 평균 농도는 39 Bq/m3인 것으로 보고되었다. 미국 환경보호국(EPA)은 라돈 흡입이 흡연 다음으로 큰 폐암 발병 요인이며 실제로 폐암 환자의 약 10%가 라돈 흡입에 의한 것으로 간주하고, 실내 환경의 라돈 농도가 148 Bq/m3 이하가 되도록 권고하고 있다. 그러나 어떤 집의

지하실에서는 약 10만 Bq/m3의 라돈이 검출되기도 하고, 어떤 우라늄 광산에서는 100만 Bq/m3의 라돈이 검출되기도 하였다.

 

MBC 뉴스데스크 집중취재 - 라돈가스

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라돈가스, 알고보니 폐암의 직접원인제공. 일산화탄소의 100배 해악...충격...

원자력 발전소가 폭발한 것도 아닌데, 우리 주위에 있는 방사능 라돈 가스가 우리의 생명을 위협하고 있다는 내용이 소개돼 시청자들을 깜짝 놀라게 했다. 지난 30일 방송된 <위기탈출 넘버원>에서는 실내에 쌓여 폐암을 유발할 수도 있는 무색무취의 치명적 기체 라돈에 대해 각별한 주의를 요할 것을 경고했다.

라돈은 퀴리 부인이 발견한 방사성 물질인 라듐의 방사선 붕괴로 나오는 기체를 말하는데, 암석이나 토양에서 자연 발생하는 방사성 가스이기에 우리 주위에서 항상 접하게 된다. 다만 낮은 농도에서 노출되는 경우에는 큰 문제가 없으나 높은 농도에서 장시간 노출될 경우, 폐에 치명적인 손상을 입혀 폐암으로 사망할 수도 있는데, 지난 2010년 세계보건기구와 미국 환경청 발표에 따르면 비흡연자의 폐암 발병 원인 1위가 바로 라돈 가스였다고 한다.

라돈 가스는 특히 노후된 주택이나 건물의 갈라진 틈을 통해 새어들어 집안에 쌓이게 되는데, 접합이 느슨한 파이프 사이, 출입문 틈새 등으로 스며들 수 있다고 한다. 라돈이 많이 함유된 흙이나 함석 등으로 만든 자재, 시멘트, 벽돌 등과 같은 건축자재에서도 방출될 수 있어 실외보다 실내 라돈의 농도가 더욱 높아진다고. 또한 무색무취이기에 사람이 알아채지 못하기 때문에 더욱 위험하고, 사람들이 라돈의 존재와 위험에 대해 잘 모르고 있어 더욱 주의가 요구된다고 경고했다.

<위기탈출 넘버원> 제작진이 노후된 일반 주택 10곳을 조사한 결과 10가구 중 7가구의 실내에 기준치보다 초과된 라돈이 존재했고, 그 중 4개 가구는 기준치보다 2배 이상 높게 측정돼 모두를 깜짝 놀라게 했다. 가스 형태의 라돈을 오랜 기간 흡입할 경우 호흡을 통해 폐로 들어가 붕괴된 라돈 가스가 폐 세포를 자극해 변형시키고, 이것이 결국 폐암으로 발전하게 된다는 것이다.

이에 <위기탈출 넘버원>에서는 이런 라돈 가스의 실내 유입을 막기 위해 건물의 바닥이나 벽의 균열 틈새를 잘 막고, 방수제를 발라준다던가, 10분이상의 집중적 환기 등을 통해 실내에 라돈이 쌓이지 않도록 해야 한다며 라도 가스 예방법에 대해 알려주어 시청자들의 관심을 집중시켰다.

명예리포터 지은영 | (Copyrights ⓒ KBS)