방사성 붕괴

핵의 붕괴

주로 세 가지 형태로 붕괴한다.

원자핵이 안정되지 못한 상태에 있을 때 그 구성성분을 일부분 방출하면서 서서히 변화되는 것을 방사성붕괴(방사성감쇠: radioactive decay)라 한다. 붕괴(decay)가 자발적으로 일어나는 자연적인 붕괴로는 그 과정에서 방출되는 입자의 종류에 따라 알파붕괴, 베타붕괴, 감마붕괴가 있다. 알파붕괴는 양성자 2개, 중성자 2개로 구성되어 있는 헬륨의 원자핵, 즉 알파 입자를 방출하고, 베타붕괴는 전자, 감마붕괴는 빛의 일종인 감마선을 방출한다. 어떤 핵의 구성요소나 결합상태가 이와 같은 반응으로 바뀌므로 원래의 핵이 '붕괴한다(decay)라고 표현하는 것이다. 반응이 일어나기 전의 원래의 핵을 어미핵(parent nuclide, mother nuclide), 반응 후 생겨난 입자를 딸핵(daughter nuclide)이라 한다.

세 가지의 방사성붕괴의 과정에서 방출되는 헬륨의 원자핵과 전자, 광자를 비롯해서 X-선, 중성자 등 핵의 변화에서 동반되는 입자선을 모두 방사선(radioactive ray, radiation)이라 한다. 이러한 방사선은 의학적으로 치료나 진단 등에 유용하게 쓰이기도 하지만 생물체의 세포를 파괴하거나 유전자를 변형시켜서 해로운 영향도 끼치기도 한다.

알파입자는 +2가의 전하를 띠고 있으나 질량이 전자에 비하여 약 7300배 무거워서 자기장에서 같은 속력일 때에는 원운동을 하는 반경이 훨씬 크다. 오른쪽 그림은 납으로 차폐되어 열려있는 방향으로 방출되는 알파, 베타, 감마 세 종류의 방사선이 자기장에 의해 꺾어지는 것을 보여주고 있다. 광자인 감마선은 자기장이나 전기장의 영향을 받지 않아서 자기장 속에서 직진하고 아울러 물질속의 전하의 분포에 영향을 받지 않으므로 물질의 영향을 제일 적게 받는다.

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퀴리(M. S. Curie, 1867-1934)_ 러시아에 점령되어 있던 폴란드의 바르샤바에서 태어나서 프랑스에서 활동한 물리학자로서 최초의 방사성원소인 폴로늄과 라듐을 발견하였다. 이들 업적으로 1903년 노벨물리학상, 1911년 노벨화학상을 받았다. 사진은 북한이 퀴리의 서거 50주년을 기념해서 만든 우표이다.

자연적인 조건에서 쉽게 일어날 수 있는 세 가지 붕괴 외에도 양전자방출과 전자포획이 있다. 양전자방출은 핵 속의 양성자가 중성자로 변하면서 양전자를 방출하는 것을 말하고, 전자포획은 핵 속의 양성자가 전자를 포획하여 중성자로 변하는 과정이다. 이 두 과정은 베타붕괴의 과정의 일종으로 생각할 수 있으며, 둘 다 핵 속의 양성자를 중성자로 변화시킨다. 아울러 이들은 중성자가 양성자로 변하는 정상적인 베타붕괴에 비하여 관찰하기가 어려워 수십 년 후에 발견되었다.

핵은 이를 구성하는 원자의 내부 깊숙이 있어 화학적인 영향을 받지 않기 때문에 환경이나, 원자의 상태등과 무관하다. 따라서 개개의 핵은 거의 독립적으로 붕괴하게 되며, 붕괴과정은 전적으로 양자역학의 원리를 따르므로 확률적인 행동을 한다.

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