감마선(Gamma ray, γ선)은 전자기 복사의 강력한 형태로 방사능 및 전자-양전자 소멸과 같은 핵과정 등에 의해 생성된다. 감마선은 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 에너지 영역이다. 전자기 스펙트럼에서 10 keV, 즉 2.42 EHz 혹은 124 pm의 시작하는 것으로 정의된다. 알파선과 베타선의 후속 방사선이며 알파선과 베타선이 입자선(Particle ray)인 반면 감마선은 전자기파(Electromagnetic wave)다. 감마선은 의학 및 공업 등 분야에서 널리 사용된다.[1][2][3][4]
개요
감마선은 1900년 프랑스 화학자이자 물리학자인 폴 올리히 빌라드(Paul Ulrich Villard)가 우라늄 연구 중에 발견했다. 감마선은 정확히 경계가 정해져 있지는 않지만 파장이 10-¹¹ m 정도 이하로 가장 짧은 영역의 전자기파 혹은 진동수 10¹⁹ Hz 이상의 전자기파이며 에너지가 10⁵ eV 정도 이상으로 높은 광자이다. 감마선은 전자기 스펙트럼에서 가장 높은 에너지 영역이다. 전자기 스펙트럼에서 10 keV에서 수백 keV에 이르는 전자기 복사는 경질X선으로 불리기도 한다. 같은 에너지를 가지는 감마선과 X선 간에는 물리적인 차이가 없다. 태양빛과 달빛이 같은 가시광선의 서로 다른 이름인 것과 마찬가지로 감마선과 X선은 단지 같은 전자기 복사를 나타내는 두 이름일 뿐이다. 대신 감마선은 X선과 발생에서 차이가 난다. 감마선은 원자핵 전이에 의해 생겨나는 고에너지 전자기 복사를 가리키며 X선은 가속 전자의 에너지 전이에 의해 발생하는 고에너지 전자기 복사를 가리킨다. 일부 전자 전이는 일부 원자핵 전이보다 높은 에너지를 가지는 것이 가능하며 이는 감마선과 X선이 겹치는 이유이다.
감마선은 일종의 전리복사이며 알파 입자나 베타 입자에 비해 투과성이 높은 반면 이온화율은 낮다. 감마선은 X선과 마찬가지로 화상, 암, 유전자 변형과 같은 피해를 유발한다. 핵전쟁 등에서 사용될 가능성이 있는 핵무기의 낙진에서 발생하는 감마선은 수많은 사상자를 유발한다. 효과적인 방사성 낙진 대피소는 1,000배가량 노출 정도를 감소시켜줄 수 있다. 감마선은 파장이 매우 짧고 주파수(진동수)가 매우 높아 에너지도 매우 높다. 즉 감마선은 본질적으로 에너지가 높은 빛이다. 비교하자면 가시광선의 광자 하나의 에너지가 대략 2~3.1eV 정도이고 의료용 X선은 약 2,000 eV 정도인데 우주 감마선은 통상 1천만 eV(10 MeV)에서 3천억 eV(300GeV) 정도이니 X선의 1만~1억 배의 에너지를 가지고 있다. 포항 방사광 가속기는 최고 25억 eV(2.5 GeV)정도를 낼 수 있다.
감마선은 방사성원소로부터 나오는 방사선의 일종이다. 자연 방사선은 세 종류가 있는데 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)는 물질을 투과하는 정도가 약한 순서대로 그리스 알파벳을 따라 알파선(α선), 베타선(β선), 감마선(γ선)으로 이름을 붙였다. 알파선은 헬륨의 원자핵으로서 양의 전하를 가졌고, 베타선은 전자로 음의 전하를 가졌으며, 감마선은 전자기파 혹은 광자로 전기적으로 중성이므로 이들 세 방사선은 서로 전혀 다른 실체이다. 감마선은 금속에 쪼여줄 때 금속으로부터 전자가 방출되는 광전 효과, 전자 등의 자유 입자와 충돌하여 에너지를 전달하고 파장이 긴 전자기파로 산란하는 콤프턴 산란, 전자와 양전자를 쌍으로 만드는 쌍생성 등의 반응을 일으킨다. 감마선은 이온화 작용을 통해 세포에 영향을 미쳐서 DNA를 포함한 세포를 변형시키거나 죽이고 암을 일으키거나 생물을 기형으로 만들기도 한다. 따라서 인체는 일정한 세기 이상의 감마선에 노출되지 않도록 하여야 한다.
역사
물질과의 반응
사용
위험성
차폐
각주
참고자료
같이 보기
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