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어떤 원소의 동위원소들 중에서 방사능을 지니고 있는 원소. 어떤 원소의 동위원소들 중에서 방사능을 지니고 있는 원소. 방사성동위원소(radioisotope, RI)에 대한 정확한 과학적 용어는 방사성핵종(radionuclide)이다.
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방사성동위원소(放射性同位元素) – 한국민족문화대백과사전
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방사성동위원소(放射性同位元素)
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방사성 동위 원소 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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핵종별 용도[편집]
같이 보기[편집]
방사성동위원소 일반 – Atomic Wiki
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동위원소의 원자핵
방사성 원소 및 방사붕괴
방사성 동위원소
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방사성동위원소란 무엇인가? : 네이버 블로그
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놀라운 방사능의 세계 – Sciencetimes
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방사성동위원소(放射性同位元素)
우리나라에서는 1912년에 세브란스병원에서 진단용 X선 장치를 도입하면서 방사선 이용이 시작되었다. 그로부터 50년이 지난 1962년에는 연구용 원자로인 트리가 마크-Ⅱ(TRIGA Mark-Ⅱ)가 가동되면서 방사성동위원소를 국내에서 제조할 수 있는 길이 열렸다.
1963년에는 원자력연구소의 방사선의학연구실이 방사선의학연구소로 독립되면서 방사선 이용에 대한 연구가 본격적으로 이루어지기 시작했다. 방사선의학연구소는 1973년에 원자력병원으로 개편된 후 2007년에 새롭게 출범한 한국원자력의학원 산하 원자력병원으로 개편되었다.
1971년에는 우리나라에서 최초로 진단용 방사성동위원소인 테크네슘(Tc)-99m이 생산되었다. 다음 해에는 2백만 와트 출력의 트리가 마크-Ⅲ(TRIGA Mark-Ⅲ)가 가동되면서 생산되는 핵종이 더욱 다양해졌다. 의학용으로는 테크네슘(Tc)-99m 이외에 아이오딘(I)-131이 생산되었고, 비파괴검사용으로 금(Au)-198과 이리듐(Ir)-192가 생산되기 시작했다.
1980년대에 들어서는 테크네슘(Tc)-99m과 아이오딘(I)-131의 표지화합물 생산기술이 정립되었고, 1990년대에는 홀뮴(Ho)-166을 비롯한 고급 의약품까지 개발되기에 이르렀다.
우리나라에서 방사성동위원소를 가장 적극적으로 활용해온 분야는 의료였다. 1970년대만 해도 X선 촬영에 한정되었던 것이 1980년대의 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT)을 거쳐 1990년대에는 양전자 단층촬영(positron emission tomography, PET)에도 활용되기 시작했다.
이와 함께 1982년에 원자력병원이 사이클로트론(cyclotron)을 도입하는 것을 필두로 1990년대에는 국내의 여러 병원들이 입자가속기를 도입하여 고에너지 방사선에 의한 암 치료를 보편화하고 있다.
1980년대에 들어서는 일반 산업계에서도 방사성동위원소의 이용이 널리 확산되었다. 특히, 1985년에는 ㈜그린피아가 코발트(Co)-60을 이용한 대단위 조사 설비를 운영하면서 식품 가공이나 수지 중합에서 방사선이 본격적으로 활용되기 시작했다.
방사성동위원소 이용 기술도 점차 다변화되었는데, 양성자 유도 분광분석(proton induced X-ray emission, PIXE)을 이용한 품질관리와 전자포착 검출기(electron capture detector, ECD)를 이용한 환경 관리 등은 그 대표적인 예이다. 그밖에 여러 방사성핵종을 활용하여 신소재와 신약을 개발하는 작업도 지속적으로 추진되어 왔다.
농업 분야에서는 돌연변이를 유발하여 신품종을 개발하거나 유전자원을 확충하는 데 방사성동위원소가 활용되어 왔다. 줄기가 강하고 내병성이 좋은 벼 품종인 ‘밀양 10호’와 열매가 일찍 익고 수확량이 많은 콩 품종인 ‘방사콩’은 그 대표적인 예이다.
그밖에 무궁화나 국화 등의 화훼류에서도 방사선조사를 통해 개화시기를 조절하거나 새로운 품종을 개발해 왔고, 방사성동위원소 추적자를 활용하여 식물의 영양과 생리를 연구하는 작업도 꾸준히 이루어져 왔다.
방사성 동위 원소
동위 원소 중에 방사능이 있는 것을 방사성 동위 원소(放射性同位元素)라고 하며, 이런 불안정한 원자핵을 가진 원자를 방사성 핵종(放射性核種)이라고 한다. 방사성 핵종은 감마선이나 다른 아원자 입자를 방출하며 방사성 감쇠를 하게 된다. 방사성 동위 원소는 천연 상태로 산출되기도 하며, 인공적으로 합성되기도 한다.
핵종별 용도 [ 편집 ]
갈륨-67(Gallium-67): 가속기 생산. 종양 영상, 염증 위치 판별 등 의료진단에 사용
갈륨-68(Gallium-68): 발생기(Ge-68) 생산. PET, PET/CT에 양전자 방출체로 사용
구리-64(Copper-64): 가속기 생산. 유전 질환 연구에 구리 대사 영향, Willson 및 Menke 질환, 종양의 영상진단, 치료에 사용
구리-67(Copper-67): 가속기 생산. 종양치료, 단일세포항체와 환자의 암부위에 주사되어 종양을 파괴하고, 항체와 결합을 도와줌
금-198(Gold-198): 원자로 생산. 용광로(고로)에서 고로성능 측정효율, 잔류시간 측정, 해양침식수준 측정 등에 사용
납-210(Lead-177): 자연물질 농축. 80년까지 토양 및 모래 층의 연대 측정
니켈-63(Nikel-63): 폭발물 탐지, 전압안정기, 과전류 방지, GC에서 전자포획 검출에 사용
디스프로슘-165(Dysprosium-165): 원자로 생산. 관절염 활막 절제술을 위한 수산화물 결집
라듐-226(Radium-226): 피뢰침 제작에 보다 효과적임
란타넘-140(Lanthanum-140): 원자로 생산. 용광로(고로)에서 고로성능 측정효율, 잔류시간 측정 등에 사용
레늄-186(Rhenium-186): 원자로 생산. 베타/감마 동시 방출로 치료와 진단을 동시 수행, 뼈암의 고통 완화
레늄-188(Rhenium-188): 원자로 생산. 혈관 수술시 관상동맥에 베타 조사
루비듐-82(Rubidium-82): 발생기(Sr-82) 생산. 심근관류영상 PET 기전
루테튬-177(Lutetium-177): 원자로 생산. 반감기 6.7일. 베타/감마 동시 방출, Lu-176으로 제조. 동시 진단/치료, 분자 생물학, 유전 연구
망가니즈-54(Manganese-54): 원자로 생산. 광물수의 흐름에서 중금속 성분의 거동 예측에 사용
몰리브데넘-99(Molybdenum-99): 원자로 생산. 테크네슘-99m을 생산하기 위한 발생기로 사용
플루오린-18(Florine-18): 가속기 생산. 추적자로 사용 : FLT, F-miso, PET에 양전자 방출체로 사용, 간질, 치매, 정신병 등 뇌 생리학 및 뇌 병리학 연구
비스무트-213(Bismuth-213): 원자로 생산. 반감기 46분. 고에너지(8.4MeV) 특성을 이용해서 알파표적치료 법을 적용하여 암치료에 활용
사마륨-153(Samarium-153): 원자로 생산. 뼈속 2차 암의 통증 완화, 전립선, 유방암에 효과
산소-15(Oxygen-15): 가속기 생산. PET에 양전자 방출체로 사용, 간질, 치매, 정신병 등 뇌 생리학 및 뇌 병리학 연구
세슘-137(Cesium-137): 원자로 생산. (의료)환자의 종양의 치료, 환자에 투여 선량이 정확한지 측정, (산업)석유배관에서 유체 흐름 측정 및 관리, 유정 탐사 연구, 식품, 약품, 기타 제품 포장의 액위 측정에 사용(포장 내부 제품은 방사화 되지 않음)
셀레늄-75(Selenium-75): 원자로 생산. 단백질 연구, 소화 효소 생성, 생명 공학 연구에 사용. NDT 감마 영상에 사용
소듐(나트륨)-24(Sodium-24): 원자로 생산. 인체 내부의 전해질 연구, 산업용 파이프라인에서 결함위치 검사, 석유 유정 연구에 사용
스칸듐-46(Scandium-46): 원자로 생산. 용광로(고로)에서 고로성능 측정효율, 잔류시간 측정 등에 사용
스트론튬-82(Strontium-82): 가속기 생산. Rb-82 모핵종
스트론튬-85(Strontium-85): 뼈의 구조 및 신체 대사 연구에 사용
스트론튬-89(Strontium-89): 원자로 생산. 베타 방출핵종. 전립선암 뼈암의 통증 완화에 효과적
스트론튬-90(Strontium-90): 학교, 군대, 비상 대응기구의 측정기. 담배 제조 센서, 의학적 치료에 사용
아메리슘-241(Americium-241): 원자로 생산. 후방산란게이지, 연기 감지기, 화학물질의 액위 측정, 철판 및 종이의 두께 측정, 석유 유정의 위치 결정에 사용
아연-65(Zinc-65): 원자로 생산. 수중에서 유출되는 중금속 성분의 거동 예측에 사용
어븀-169(Erbium-169): 원자로 생산. 활막 관절에서 관절염 통증 완화
염소-36(Chlorine-36): 자연물질 농축. 반2만년까지 물의 연대 측정, 염소의 기원 측정
아이오딘-123(Iodine-123): 가속기 생산. 갑상선 질환 및 뇌기능을 포함한 기타 대사 질환에 널리 이용
아이오딘-124(Iodine-124): 가속기 생산. 추적자
아이오딘-125(Iodine-125): 원자로 생산. 전립선, 뇌에 강내치료, 전립선 정화율 평가 및 진단, 다리의 혈전증 진단, 방사선진단시약, 임상시험 및 갑상선 질환 진단 수단으로 주로 이용. 생물의학 연구에도 사용
아이오딘-129(Iodine-129): 기내(in-vitro) 진단 실험실에서 방사능 계수기의 점검용으로 사용
아이오딘-131(Iodine-131): 원자로 생산. 갑상선암 진단 및 치료(조지 부시 대통령 부부가 I-131을 사용하여 갑상선 질환을 치료 받음) 비정상 간기능, 방광기능 장해, 신장혈액흐름 진단
우라늄-234(Uranium-234): 자연색과 빛을 내기 위하여 크라운 및 의치와 같은 치과 보정에 사용
우라늄-235(Uranium-235): 원자력발전소 연료, 원자력선 연료로 사용. 유리와 타일에 다양한 착색을 위하여 사용
우라늄-238(Uranium-238): 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 우라늄의 동위 원소
은-110m(Sliver-110m): 원자로 생산. 용광로(고로)에서 고로성능 측정효율, 잔류시간 측정 등에 사용
이리듐-192(Iridium-192): 원자로 생산. 반감기 74일. 와이어 형태. 신체내부에 투입하여 암 치료(강내치료), (산업)파이프 용접부, 보일러, 항공기 부품 NDT 시험 등
이터븀-169(Ytterbium-169): 원자로 생산. 뇌에서 뇌척수액 연구에 사용, NDT에서 감마영상 획득에 사용
이터븀-177(Ytterbium-177): 원자로 생산. Lu-177의 모핵종
이트륨-90(Yttrium-90): 원자로 생산. 뇌 강내 치료, 활막연결 확장 시 관절염 통증 완화, 세슘, 금, 루테늄도 사용
인-32(Phosphorus-32): 원자로 생산. 적혈구 증가 질환치료, 분자생물학 및 유전 연구에 사용
인-33(Phosphorus-33): 분자 생물학 및 유전 연구에 사용
인듐-111(Indium-111): 가속기 생산. 뇌 질환 연구, 결장질환, 감염 연구, 특수 진단 연구
저마늄-68(Germanium-68): 가속기 생산. PET, Ga-68 발생기용
제논-133(Xenon-133): 원자로 생산. 폐포의 가스 교환, 혈액흐름 연구를 위한 핵의학에 사용
질소-13(Nitrogen-13): 가속기 생산. PET에 양전자 방출체로 사용, 간질, 치매, 정신병 등 뇌 생리학 및 뇌 병리학 연구
철-55(Iron-55): 원자로 생산. 신체 대사(metabolism) 연구에 사용, 전기도금 용액 분석, 공기중 황 존재비 검출에 사용.
카드뮴-109(Cadmium-109): 원자로 생산. 스크랩 분류를 위하여 합금의 성분 분 분석에 사용
칼슘-47(Calcium-47): 인공 뼈의 구성, 세포의 구성 연구 등 생물의학 연구에 중요하게 활용
캘리포늄-252(Californium-252): 항공화물에 숨겨진 폭발물 탐지, 도로, 건물 건설 토양의 수분함량 측정, 저장된 토양 물질의 수분 측정
코발트-57(Cobalt-57): 가속기 생산. 장기 크기추정 마커, 기내 진단 시약, 악성 빈혈 진단의 추적자로 사용
코발트-60(Cobalt-60): 원자로 생산. 외부방사선 치료, 외과 장비의 살균, 산업용 석유 버너의 신뢰도 및 안전성 향상에 사용. 암치료, 식품조사, 게이지, 방사선투과검사에 사용
퀴륨-244(Curium-244): 채광 금속 및 슬러리 성분 분석 등 채광
크로뮴-51(Chromium-51): 원자로 생산. 반감기 28일. 적혈구 세포에 표지하여 적혈구 생존 연구에 사용. 위장 단백질 손실량 평가
크로뮴-57(Chromium-57): 원자로 생산. 해안 침식 연구에서 모래의 수준 측정
크립톤-81(Krypton-81): 발생기(Rh-81) 생산. 천식환자 폐의 호흡 영상 획득, 폐기능 및 폐질환 진단
크립톤-85(Krypton-85): 원자로 생산. 산업용 게이지 측정. 세탁, 드라이, 커피메이커, 입체 음향기에서 광지시계, 얇은 플라스틱, 금속판, 고무, 섬유 및 종이의 두께 측정, 먼지 및 오염도 측정에 사용
탄소-11(Carbon-11): 가속기 생산. PET에 양전자 방출체로 사용, 간질, 치매, 정신병 등 뇌 생리학 및 뇌 병리학 연구
탄소-14(Carbon-14): 주요 연구 수단. 잠재적 신약 개발에서 위험도가 없는 형태로 인체 투입 연구에 효과적. 생물학 연구, 농학, 대기오염 및 고고학 연구(연물질 농축, 50,000년까지 물의 연대 측정)
탈륨-201(Thallium-201): 가속기 생산. 핵의학 심장 질환 및 종양 진단에 대한 핵의학에 사용
탈륨-204(Thallium-204): 필터 종이의 먼지 및 오염도 측정. 플라스틱, 고무, 섬유, 종이의 두께 측정기
테크네튬-99m(Technetium-99m): 발생기(Mo-99 내장) 생산. 핵의학 진단 연구, 방사성의약품(가장보편적임). 다른 화학 형태로 뇌, 뼈, 간, 비장, 신장 영상 및 혈액 흐름 연구에 사용
토리아 텅스텐(Thoriated Tungsten): 건설, 항공, 석유화학 제품, 식품처리 장치, 전기용접봉 전극으. 이 제품은 금속 오염이 적고, 아크 안전성이 크고, 점화가 쉬움
토륨-229(Thorium-229): 형광의 수명 연장에 도움
토륨-230(Thorium-230): 유리, 보석의 착색
트리튬(Tritium): 원자로 생산. 의생물학 연구, 잠재적 신약의 안전성 평가 연구, 생명공학, 약학 신체대사 연구. 자발광 항공기, 비상구 표시, 발광 지시계, 게이지, 손목시계, 페인트, 지질 연대측정(NORM. 30년까지 지표수 연대 측정.), 수문학, 액체 폐기물 및 오수 연구의 추적자
팔라듐-103(Palladium-103): 원자로 생산. 초기 상태 전립선 암 치료용 영구 피부 이식 선원으로 사용
포타슘(칼륨)-42(Potassium-42): 원자로 생산. 관상 혈류에서 포타슘 교환 결정에 사용
폴로늄-210(Polonium-210): 사진 필름 및 기타 제품 생산의 정전기 저감에 사용
프로메튬-147(Promethium-147): 전기 흡수 온도조절기 및 얇은 금속, 플라스틱, 고무, 섬유, 종이 두께 측정 게이지
플루토늄-238(Plutonium-238): 1972년 이후 20기상의 NASA 우주선의 전력으로 사용
홀뮴-166(Holmium-166): 원자로 생산. 간암 진단 및 치료를 위하여 개발중
황-35(Sulphur-35): 유전 및 분자 생물학 연구에 사용
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원소는 양전기(+)를 띄는 원자핵과 핵 주위를 도는 궤도전자(-)로 이루어져 전기적으로 중성인 입자로 원자라고도 한다. 같은 원소이면서 원자핵을 구성하는 핵자 수가 다른 종류가 있는데 이런 원소들을 동위원소라 한다. 동위원소 중에는 원자핵 구성이 안정된 원소와 에너지상태가 불안정하여 방사선(에너지)를 방출하는 방사성 원소도 있다.
동위원소의 원자핵
원자핵을 구성하는 핵자는 전기적으로 양성(+)인 양자(proton)와 전기를 띄지 않는 중성자(neutron)이다. 같은 원소라는 의미는 양자수(원자번호가 된다)가 같다는 것이다. 따라서 동위원소라 함은 원자핵의 핵자인 중성자 수가 서로 다르다는 것이다. 양자 수와 중성자 수의 합을 원소의 질량(mass number)이라 하는데 동위원소는 질량이 서로 다르다. 예를 들어 수소의 기본원소는 인데 자연에는 (중수소) 동위원소가 존재한다. 인위적으로 만드는 동위원소인 (삼중수소)를 고려하면 수소의 동위원소는 세 종류가 되며, 자연적으로 존재하는 우라늄 동위원소는 , 및 세 종류가 있다.
방사성 원소 및 방사붕괴
방사성이라고 하는 것은 방사선이 방출된다는 의미이며 방사선은 에너지를 가진 입자 또는 전자기파이다. 방사성원소는 원자핵의 구성요소인 핵자 간의 불균형(중성자 수가 과다하거나 양자 수가 과다하다)으로 에너지상태가 불안정하여 핵자 수의 균형(과다한 핵자 수가 줄어드는 방향)을 이루는 방향(에너지상태가 안정된 방향)으로 핵의 구조가 변화(원소의 전환)되면서 핵자 수 변화에 해당하는 에너지 즉, 방사선이 방출된다. 이와 같이 에너지상태가 불안정한 원소의 원자핵 구조가 변화되면서 방사선을 방출하는 현상을 방사붕괴(radioactive decay)라 한다. 원자핵이 방사 붕괴하는 형태로는 α선(4He 원자핵)붕괴, β선(전자)붕괴, γ선(전자기파)붕괴, 전자포획(electron capture, β붕괴의 일종), 핵분열 등이 있다.
→ + α(4He) → ( )* + β-(e-), → + β+(e+) ( )* → + γ(2.506 MeV)
붕괴에 의해 원자핵의 전환이 일어난 후에도 에너지상태가 불안정할 경우에는 γ선을 방출하면서 안정된 에너지상태에 도달한다. 따라서 γ선 붕괴는 단순히 에너지상태만 변하지 원자핵의 핵자 수에는 변화가 없다.
방사성 동위원소
동위원소 중에서 방사성원소를 방사성 동위원소라 한다. 안정된 동위원소도 있고 방사성 동위원소도 있다. 천연우라늄의 세 동위원소( , 및 )는 모두 방사성 원소이나, 수소( )와 중수소( )는 안정된 동위원소이다. 여러 원소에는 인공적으로 만들 수 있는 동위원소가 많이 존재한다. 도 수소의 인공적인 동위원소이다. 인공으로 만든 동위원소는 모두 에너지상태가 불안정하여 방사붕괴를 거쳐 안정된 원소로 변한다. 에너지(방사선)을 방출하는 방사성 동위원소를 산업(비파괴검사, 식물품종 개량 등)과 의료(암 치료 등) 분야에서 널리 사용하고 있다.
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