태양은 핵융합이라는 방법으로 에너지를 방출하며 많은 전자기파들을 지구로 보내어 지구의 살고 있는 생명체들의 생명의 에너지로써 작용합니다 그러나 우리의 눈은 이 많은 에너지를 주는 파장들 중 극히 일부인 가시광선만을 인식하도록 되어있으며 수많은 빛과 파장들이 우리 주변에 있지만 우리들은 전혀 보지못하고 인지 못합니다 가시광선이 눈에 보이는 영역은 마치 어두운 방에서 좁은 틈으로 밖을 보고있는것과같아서 아주 좁은 영역의 빛만을 보고있는것이라합니다 그러나 보이지않는 영역의 파장들도 오랜 시간을 걸쳐 더디지만 하나하나 드러나게 되었고 이러한 영역들의 발견들은 인류의 삶을 획기적으로 바꾸어 놓았습니다
파장들 중 가장 빠르고 진동 폭이 좁은 감마선을 먼저 알아보겠습니다
감마선의 발견
감마선은 1896년, 프랑스의 물리학자인 베크렐에 의해서 발견습니다 베크렐은 물질의 형광현상과 광화학을 연구하는 에드몽 베크렐의 아들이었는데 아버지의 연구를 이어 형광현상에 대해서 연구하고있던 중 뢴트겐의 X선 발견에 대해서 듣게됩니다
베크렐은 형광물질도 X선을 방출할거라 생각하고 빛이 통하지않는 두꺼운 종이로 감광판을 싸고 그 위에 형광물질을 올려놓고 감광판이 감광되는지 실험하였습니다
(먼저 형광물질은 사람이 볼수있는 파장(가시광선)의 빛을 받으면 전자의 궤도가 들뜬 상태가 되고 불안정한 궤도를 전자가 받은 전자기파를 전부 방출하면서 빛을 내는 현상입니다) 그러나 햇빛에 노출되었던 인광물질들은 감광되었는데 빛에 노출되지않았던 인광물질들은 전혀 감광되지않았습니다 베크렐은 인광물질이 X선과는 전혀 무관함을 알았고 자신의 실험을 과학계에 알렸습니다
그러나 우연히 햇빛이 들지않는 곳에 우라늄을 종이에 싸서 사진 감광판 위에 올려두었는데 감광판이 감광되어있는것을 발견하였습니다
베크렐은 실험을 통해 우라늄이 형광작용을 하며 또한 사진을 감광시키는 광선이 나온다는것을 알아내게되었고 이 현상을 1896년5월 학계에 발표하였습니다
베크렐의 발견은 여러 과학자들의 연구를 부채질하였으며 2년 후 퀴리 부부는 우라늄 외에도 이러한 광선이 방출되는 물질이 여럿 있음을 밝혀내었고 이러한 물질(우라늄, 토륨, 홀로눔, 라듐)들을 '방사선'이라 칭하였습니다 방사선은 입자형태의 방사선과 전자파 형태의 방사선으로 나뉘는데 입자형태의 방사선은 알파선, 베티선, 중성자선등입니다 전자파 형태의 방사선은 감마선, x선등입니다
이들 방사선 중 가장 투과력이 높은 광선은 감마선이고 다음이 X선, 베타선, 알파선 순입니다
감마선의 생성원인
●자연발생적인 생성원인
감마선이 생성되는 원인은 자연적으로 생성되는것과 인공적으로 발생시키는것이 있다고합니다
먼저 자연적으로 생성되는 감마선은 우주의 항성들의 운동에 의하여 방출되기도하며 우라늄과 같은 방사성 물질에 의해서 발생되기도한다고합니다 먼저 천체 운동으로 발생하는 감마선에 대해서 알아보겠습니다
항성들도 모든 생명체와 마찬가지로 탄생과 소멸을 반복하는데 항성들은 거대한 양의 플라즈마(전기전도성을 가진 전하를 띤 입자)가 중력을 따라서 뭉쳐져서 탄생한다고 합니다 이 항성들은 계속 중력의 힘에 따라 중심부로 에너지와 질량을 쌓으며 성장하는데 어느 정도 성장하면 핵융합이라는 방법으로 스스로 빛과 열을 내는 항성이 됩니다 이때 항성들의 운동이 강하고 활발한 곳은 감마선이나 엑스선과 같이 빠르고 진동 폭이 짧은 파장의 빛을 주로 방출하며 운동성이 낮은 별들은 적외선이나 라디오파와 같은 느리고 파장 폭이 넓은 빛을 주로 방출한다고 합니다
또한 항성이 다 성장하고 노화가 되어서 포화 상태가 되면 마지막 단계에서는 폭발하고 소멸되는데 (초신성 폭발) 이 때 아주 강렬한 에너지와 빛을 방출하는데 이때에도 아주 강력한 감마선이 나온다고 합니다 이러한 원인 외에도 중성자 별들의 충돌이나 블랙홀 등의 운동에서도 감마선이 발생한다고 합니다
(감마선의 천체에서의 활동은 인공위성 등을 대개권 밖으로 올려보내고나서 발전했다고합니다)
우주에서는 이러한 강력한 파장들이 방출되지만 지구에 영향을 미치지 않는 이유는 대기권이 지구를 감싸고있어서 빠르고 강한 파장들은 대부분 필터링하기때문에 생명체가 살기에 적합한 환경이 조성되고있다고합니다
●인공적으로 생성시키는 방법
●입자 가속기는 물질의 미세구조를 밝히기 위하여 빛의 속도에 가깝게 원자핵, 또는 입자들을 가속시켜 입자들을 충돌시키고 거기서 나오는 입자 조각들을 분석하기 위한 장치인데 입자들의 고속 충돌에 의해서 감마선이 생성되기도합니다
●핵반응은 원자핵이 다른 구조로 바뀌는 모든 반응의 경우를 일컫는 말로 질량이 무거운 핵이 두 개의 핵으로 분열하는 핵분열 반응과 가벼운 핵 2개가 합쳐지는 핵융합, 서로 다른 두 핵이 양성자와 중성자를 교환하여 새로운 핵이 되는 반응등이 있습니다 감마선은 핵의 변환과정에서 생성됩니다
감마선의 특성과 활용
●감마선은 굉장히 높은 에너지와 파동을 갖고 있기 때문에 대부분의 물질을 쉽게 통과합니다
원자핵 주위에서 원자핵과 작용하여 에너지를 전달하거나 흡수하기도 합니다 이러한 감마선의 높은 에너지 침투력은 다양한 분야에서 활용되고 있습니다
●감마선은 방사선의 하나이지만, 입자에서 생성되는것이 아니라 전자기파입니다
●물질을 이루고있는 성분과 구조, 특성을 분석하는데 활용합니다(비파괴검사)
●원자핵의 구조와 특성을 밝혀내는데 쓰이기도 합니다
● 천체물리학 및 우주 물리학에서 천체의 구조와 항성의 생성과정의 중요한 단서를 얻기도한다고 합니다
●의료분야에서는 종양을 제거하는데 쓰이기도 하고 의료기기의 살균에 쓰이기도 합니다
●식품분야에서는 육류나 채소의 박테리아를 제거하여 식품을 신선하게 유지하는데도 쓰이고 있습니다
감마선 차폐의 필요성
이렇게 다양한 분야에서 활용하고 있지만 감마선은 투과력이 강한 고에너지의 파동이기 때문에 장시간 많은 양의 감마선에 노출되면 DNA와 같은 미세한 세포구조에 손상과 변형을 줄 수 있기 때문에 반드시 이러한 고에너지를 사용하는 곳에서는 반드시 차폐시설을 해야하는데 감마선은 투과력이 높아 얇은 금속은 쉽게 관통하기때문에 30cm이상의 납이나 1m 이상의 콘크리트 벽등 고밀도 물질로 차폐해야한다고합니다