알파선

알파붕괴

알파선(Alpha ray, α-ray, α선) 혹은 알파 입자(Alpha particle)는 방사선의 하나로 높은 이온화 특성을 지니는 입자 복사이며 핵(nucleus)이 알파붕괴(alpha decay) 할 때 방출한 에너지가 높은 헬륨-4 핵의 흐름이다.

개요

알파선은 중성자(n) 2개와 양성자(p) 2개로 구성되어 있으며 헬륨의 원자핵과 동일한 구성을 지니며 이러한 이유로 He²⁺로 쓰이기도 한다. 즉 헬륨의 원자핵이 고속으로 튀어나오는 것을 알파선이라고 한다. 알파 입자는 양의 전하를 가지며 전하량은 +2e이다. 그리스 문자의 첫 번째 문자인 α에서 이름을 가져왔으며 투과성은 낮다. 비교적 무거운 중성자와 양성자로 구성되어 있기 때문에 중 하전 입자(Heavy charged particle)로 분류되고 일반적으로 라듐이나 우라늄과 같이 무거운 원자핵(Heavy Nuclides)에서 주로 알파 붕괴를 일으켜 발생된다. 단 베릴륨-8은 가벼운 원자핵임에도 불구하고 예외적으로 알파 붕괴를 하여 알파선을 발생시킨다. 하전 입자는 속도가 느릴수록 그리고 전하량이 클수록 주변 물질과 더 많이 반응한다. 알파선의 경우 방사선 중에서 상당히 무겁기 때문에 속도가 느리고 전하량이 전자의 2배이다.

알파선은 다른 방사선에 비해 주변 물질과 강하게 반응하기 때문에 매우 짧은 거리에서 에너지를 모두 잃는다. 따라서 알파선은 물질을 관통하는 능력이 매우 작다. 때문에 알파입자는 종이 한 장 뚫지 못하며 공기 중에서도 몇 cm 가지 못한다. 그렇기에 인체나 자연계에 미치는 영향은 상당히 미미한 수준이다. 알파붕괴를 일으키는 물질 주변을 향 등의 연기로 감싸면 알파선이 튀는 게 눈에 보인다. 다만 알파선원 자체는 조심해야 하는데 알파선원의 경우 내부 전환을 통해 X선을 방출할 수 있기 때문이다. 하지만 알파선을 방출하는 방사능 물질이 체내에 들어간다면 이야기가 달라진다. 방사선 가중치가 20인 것을 보면 알 수 있듯이 종이 한 장보다도 가까운 거리에 인간의 세포가 위치하게 되면 무거운 알파선을 직격으로 맞게 되고 이러면 세포가 박살나게 된다.

알파선을 발생시키는 알파붕괴의 경우 모핵종에서 헬륨 원자핵이 방출되는 과정이기 때문에 알파붕괴 후 모핵종에서 질량수는 4, 원자번호는 2가 감소하게 된다. 예로는 우라늄-235(원자번호92)가 알파붕괴를 일으키면 질량수는 4 감소하여 231이 되고, 원자번호는 2가 감소하여 토륨이 되기 때문에 최종적으로 토륨-231(원자번호 90) + 알파선(헬륨)이 되는 것이다. 이러한 알파붕괴를 거친 알파입자는 특정한 값의 에너지를 가지게 되며 방출하는 핵종의 반감기가 길면 방출되는 알파선의 에너지가 작다는 특징이 있다. 이를 가이거-누탈(Geiger-Nuttall)의 법칙이라고 한다.

참고자료

• 〈알파 입자〉, 《위키백과》
• 〈알파선〉, 《나무위키》
• 〈알파선〉, 《네이버 지식백과》
• "Alpha particle", Wikipedia

같이 보기

• 방사선
• 핵
• 에너지
• 헬륨

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