핵폭발 이후⑤ 방사선 효과
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핵폭발 이후⑤ 방사선 효과

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입력 : 2013-04-04 14:04:00 | 수정 : 2013-04-09 10:02:37

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핵폭발 시 방출되는 방사선은 초기핵 방사선과 잔류핵 방사선으로 구분된다. 초기핵 방사선은 핵폭발 후 1분 이내에 발생하는 방사선을 말한다. 이때 방출되는 방사선은 알파(α), 베타(β), 감마(γ)선과 중성자인데, 이중 알파 및 베타선은 비산거리가 수 ㎝ 및 수 m에 불과하고 또 투과력이 약하다. 따라서 이들 방사선이 직접 피부에 접촉하거나 호흡기에 흡입될 때만 피해를 주게 되므로 중요하게 다루지 않는다. 그러나 감마선과 중성자는 비산거리가 수 ㎞에 달하고 투과력이 강하기 때문에 사람들에게 사상을 일으키는 피해를 주게 되므로 중요시하게 된다.


초기핵방사선의 형태와 피해
초기 핵방사선은 폭심에서 동심원상으로 발생하며 비교적 확산거리가 짧다. 예를 들면 1Mt급 핵무기 폭발의 경우 치사거리는 2,600m 정도다. 초기 핵방사선은 주로 중성자와 감마선으로 인체를 관통하여 골수에 반응한다. 그러나 콘크리트, 철 또는 흙 등 밀도가 높은 물질에 의해 급격히 감쇠한다. 따라서 빌딩 속이나 차 안, 지하에 있으면 직접적인 피해는 줄어든다. 그러나 집 밖에 있을 경우는 이 피해가 아주 크다. 히로시마와 나가사키의 경우도 이 초기 핵방사가 결정적이었다. 한편 고위력 핵무기의 경우는 폭풍 쪽이 훨씬 큰 피해를 초래하기 때문에 100㏏ 이상의 위력에서는 초기 핵방사선의 효과는 그렇게 크지 않다.

20㏏의 핵무기 폭발 시 초기핵 방사선으로 인한 피해범위를 보면 핵폭발 지점으로부터 1.2㎞ 이내의 사람들은 방사선으로 인해 사망하고 2.5㎞ 이내에서는 50%가 사망하며 5㎞ 이내는 경미한 피해를 입는다. 10Mt의 핵무기 폭발 시 3㎞ 이내 사람들이 사망하고, 7㎞ 이내는 50%가 사망한다.


잔류핵방사선의 형태와 피해
잔류 핵방사선은 핵폭발 1분 후 계속 방출하는 방사선을 말하며 여기에는 중성자 감응방사선과 낙진이 포함된다. 중성자 감응방사선은 핵무기 공중 폭발 시 발생되는데 핵폭발 시 방출된 중성자가 핵폭발 지점 직하의 지면에 있는 각종의 원소들을 충격하면 이들 원소들이 새로운 방사능물질이 되어 방사선을 방출하는 것을 말한다. 이 중성자 감응방사선 지역은 핵폭발점 직하의 원점을 중심으로 원형으로 형성되며, 1㏏의 경우 반경 700m, 10㏏의 경우 약 1,000m를 반경으로 하는 원형의 방사선 지역이 형성된다. 이 지역 내에는 상당기간(10여 시간 이상) 방사선을 방출한다.

잔류 핵방사능 물질은 핵폭발 시 초기 열에 의해 증발하거나 화구속으로 흡입된 물질에 의해 일어난다. 큰 입자는 2~3시간 이내에, 비교적 작은 입자는 몇 주에서 몇 개월에 걸쳐 지상에 방사성 낙진이 되어 떨어진다. 방사성 낙진은 일반적으로 ‘죽음의 재’라고도 하는데 폭발지점 부근을 오염시킬 뿐만 아니라 아주 넓은 범위(어떤 경우에는 세계적인 규모)로 확산되기도 한다. 물론 폭발지역을 포함하여 국소적으로는 심각한 영향을 끼친다. 기후조건에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

낙진(일반적으로 잔류방사선이라고도 한다)은 핵무기가 표면 또는 표면하 폭발시에 일어난다. 핵폭발 시 수백만 ℃에 달하는 고온의 화구가 지면이나 지면하에 접촉이 되면 접촉된 지상의 흙이나 돌 그리고 방사능 물질인 핵분열생성물질과 미분열물질들이 모두 녹아서 증발되어 공중으로 높이 솟아오른다. 온도가 낮아지면 다시 작은 방사능 입자(알맹이)로 응결되어 풍향에 따라 공중으로 날아가면서 지상으로 떨어져 방사선을 방출하는 지역을 형성한다. 이때 형성되는 잔류방사선 지역의 형태는 핵폭발 지점으로부터 바람이 부는 방향으로 ‘반 부채꼴’ 모양으로 형성된다. 이 잔류방사선 지역의 크기는 핵무기의 위력과 폭발고도, 풍향에 따라 달라진다.

지표면 근처의 폭발에서는 국소 강하물이 많으며 폭발 규모가 큰 경우에는 방사성 물질이 대류권을 뚫고 나가 성층권에 이르면 거기서부터 지구 전체로 서서히 강하하게 된다. 실제로 일본에서는 편서풍에 의해 운반되어 온 성층권 강하물이 많고 태평양 쪽은 적은데, 1954년 비키니섬 수소폭탄 실험 시 발생한 방사성 강하물이 초래한 제5후쿠류마루第五福龍丸 승무원 피폭과 그 후의 방사선 장해로 이 문제에 대한 관심이 높아지면서 환경방사능 연구의 시초가 되었다. 1963년 부분적 핵실험 정지조약 이후 대기 중 핵실험이 격감해 방사성 강하물의 강하율도 극히 작아졌다.

공중폭발 후 화구의 초고온에 의해 증발된 핵분열물질, 핵분열하지 않은 물질, 무기 파편 등은 0.01~20 마이크로 미터 정도의 초미립자 현탁물질 속에 응축된다. 이들 미립자가 곧 성층권에 흡수된 후 바람에 의해 산산이 흩어져 몇 주, 몇 개월, 몇 년에 걸쳐 국경을 가리지 않고 지상으로 떨어진다. 특히 방사성낙진에 들어있는 스트론튬Sr-90이나 세슘Cs-137과 같은 인공 방사성동위원소는 장기간에 걸쳐 인체에 축적되어 끊임없이 방사선을 방출하게 된다.

스트론튬-90은 반감기 28.8년으로 베타선 붕괴를 한다. 인체에 이들 물질이 들어오면 뼈에 흡착하여 베타방사선을 계속해서 방출하는데 이러한 베타선은 장기간에 걸쳐 뼈의 세포를 파괴하여 골수암이나 백혈병의 원인이 된다. 반감기 33년인 세슘-137 역시 스트론튬-90과 비슷한 장해를 일으킨다. 이것이 장기간 원자폭탄 피폭자를 괴롭히는 원폭증을 유발하는 물질 중의 하나다.
핵폭발 시 생성되는 방사능물질들에서 방출되는 이 같은 전리방사선은 생물학적 작용에 의해 모든 생물체의 세포나 조직을 변화시켜 세포의 분열 조해分裂阻害, 변이, 사멸, 조직파괴 등의 방사선 장애 현상을 유발시킨다. 비교적 조기에 볼 수 있는 조발성 장해와 상당한 기간이 지난 후에 나타나는 만발성晩發性 장해 등이 있으며, 급성·만성, 확률적·확정적, 신체적·유전적, 분자·세포·장기별로 다양하다. 조발성 장해에는 토기吐氣, 구토, 전신권태, 백혈구 증가, 임파구 증가, 백혈구 감소, 피부의 색소침착, 탈모, 홍반紅斑 등이 있으며 만발성 장해에는 유전자 변이, 생식기 장애, 노화현상, 발암, 수명단축, 악성빈혈, 백혈병, 적혈구 감소, 혈소판血小板감소, 피부의 위축백반 등이 있다.

20㏏의 핵무기 표면 폭발 시 형성되는 낙진에 의한 피해범위를 분석해 보면 폭발지점으로부터 4.2㎞의 원자운 반경크기의 원형 지역과 바람부는 방향으로 좌우 20˚씩 확장되며 증심으로부터 약 15㎞ 이내 지역에는 ‘심각한 오염지역’이 형성된다. 이 지역에서 4시간 이내에 150rad 이상의 방사선을 받게 되며 이 정도의 방사선을 받게 되면 5% 이상 인원이 사상하게 된다. 폭발지점으로부터 15㎞에서 30㎞ 이내 지역에는 ‘상당한 오염지역’이 형성되는데 이 지역에서는 4시간 내에 150rad 이하, 24시간 내에 50rad 이상의 방사선을 받게 되며, 50rad 이상의 방사선을 받게 되면 2.5% 이상의 사람들이 사상을 일으키게 된다. 이 잔류방사선 지역에 장시간 체류하면 더 많은 방사선을 받게 되므로 사망에 이르게 된다.

10Mt 핵무기인 경우는 250㎞까지 심각한 오염지역이 형성되고 500∼600㎞까지 상당한 오염지역이 형성된다. 방사선의 한 단위인 ‘rad’는 사람이 방사선을 흡수한 양을 말하는데, 650rad를 받으면 6주 이후에 50% 이상이 사망한다. 3,000rad를 받으면 5∼6일 이내에 전원 사망하며, 8,000rad를 받으면 1일 이내에 전원 사망한다. 1rad는 ‘1렌트겐’(X-선)과 거의 유사하다.


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