최근 수정 시각 : 2020-03-01 09:58:19

감마선

전자기파의 종류
감마선 X선 자외선 적외선 전파

방사선의 종류
알파선 베타선 중성자선 X선 감마선


1. 개요2. 상세3. 살인광선의 위협4. 창작물에서의 감마선


gamma ray

1. 개요

1900년 빌라드가 라듐으로부터 발견한 방사선의 일종. 그리스 문자를 안다면 눈치 챘겠지만, 알파선베타선의 후속 방사선이다.

2. 상세

알파선과 베타선이 입자선(Particle ray)인 반면, 감마선은 전자기파(Electromagnetic wave)다. 따라서 총에너지를 질량항이 포함된 γmc²으로 나타낼 수 없으며, 대신 전자기파의 에너지는 hυ로 나타낸다. γ는 특수 상대성 이론에 등장하는 로렌츠 인자, 그리고 h는 플랑크 상수이며, '하'라고 읽거나 최근에는 '에이치'라고 많이 읽는다. υ는 파동의 진동수이다. υ가 그리스 문자라 쓰기 힘들고 속력의 v랑 헷갈리기도 해서 진동수를 f로(Frequency) 나타낼 때도 있다.

감마선은 전자기파이므로, 이러한 점에 있어서는 눈으로 직접 볼 수 있는 가시광선이나 X선과 같다고 할 수 있다. 다만, 파장이 매우 짧고 주파수(진동수)가 매우 높아 에너지도 매우 높다. 즉, 감마선은 본질적으로는 에너지가 높은 빛이다. 비교하자면 가시광선의 광자 하나의 에너지가 대략 10 eV 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. X선과 감마선의 파장 대역이 겹치는 부분이 있어서 그 겹치는 파장의 전자기파를 관측자가 X선과 감마선으로 구분하는 정확한 기준은 존재하지 않으며, 단지 예상 선원을 통해(즉, 어디서 나왔는지로) 판단할 수 있을 뿐이다.

예상 선원으로 판단할 수 있다는 의미는 두 현상의 발생 원인에 근본적인 차이가 있다는 것인데, X선의 주된 선원은 전자의 이동 궤적이 크게 변할 때 일어나는 제동복사(Bremsstrahlung), 그리고 원자의 외곽의 궤도에 있던 전자가 어떤 원인으로 인해 자리가 비어버린 내부의 궤도로 천이할 때 발생하는 특성선(Characteristic ray)으로, 둘 다 전자에 의해 주로 발생하는 것을 알 수 있지만, 감마선의 주된 선원은 원자핵 그 자체다. 포항 방사광가속기는 에너지는 감마선 급이지만 발생원리는 의료용 X선 장치와 같은 제동복사라 1백만 배 정도의 엄청나게 강력한 X선 장치라고도 볼 수 있다.

간단히 말하면, 방사성 붕괴로 인해 생성된 불안정한 원자핵이 안정화되면서 남은 에너지를 전자기파의 형태로 방출하는 과정에서 생성되는데 아래의 예를 보면 이과생 이라면 이해가 빠를 것이다.

파일:external/upload.wikimedia.org/500px-Cobalt-60_Decay_Scheme.svg.png

코발트60의 원자핵은 두 가지 과정을 거쳐 니켈60으로 붕괴할 수 있는데 가장 확률이 높은 과정에서 코발트60은 0.31 MeV의 전자와 1.17 MeV의 베타선을 방출하며 들뜬 상태의 니켈60 원자핵으로 붕괴한다 이 들뜬 상태의 니켈60 원자핵은 1.33 MeV의 감마선을 다시 방출하고 안정화된다.

원자핵의 한 부분(정확히는 헬륨의 원자핵인 양성자 2개, 중성자 2개)이 통째로 떨어져 나오는 알파 붕괴나 원자핵 내부에서 중성자가 양성자로 바뀌며 고에너지 전자와 중성미자를 내는 베타 붕괴와는 다르게 원자핵 자체가 안정되는 과정이므로 내부 핵변환이 일어나지 않는다.[1]

또한 파장 대역에서 겹치는 부분이 있다고 위에서 서술했지만, 전체적으로 보면 감마선의 파장 대역이 X선의 파장 대역보다 짧은 쪽에 치우쳐 있으며 따라서 대체로 감마선이 갖는 에너지가 크다.

방사선 물질이 아닌 여름철 태풍으로 인한 감마선이 관측되기도 한다. 이 경우, 구름 속 정전기로 인해 충분히 가속된 전자가 원자와 충돌하여 발생한다. https://www.youtube.com/watch?v=f3lx0yzZXNQ

3. 살인광선의 위협


쿠르츠게작트 - 감마선 폭발

질량을 가지는 입자인 알파선, 베타선과는 달리 관통력이 매우 강하다. 인체나 생물에 장시간 조사되면 세포가 파괴되고, DNA 사슬이 끊어져 암을 유발할 가능성이 있다.

워낙 관통력이 강하기 때문에 종이 한 장으로 차폐되는 알파선이나 알루미늄 호일 한 장으로 차폐되는 베타선과는 달리 감마선을 원래 감마선의 반의 강도로 줄이기 위해서는[2] 두께 1cm의 벽이 필요하다. 따라서 이론적으로 두께 10cm의 순수한 납으로 된 벽은 감마선을 원래 감마선의 강도의 0.1% 이하로 줄일 수 있다. 그러나 두께 10cm의 순수한 납으로 된 벽이라는 것은 가격도 가격일 뿐더러 가공도 가공인 데다 장난이 아닌 무게를 자랑하므로 보통 건물에서는 콘크리트로 감마선을 차폐하는데 재질이 콘크리트로 바뀌는 순간 HVL값은 6cm으로 늘어난다. (외부에서 오는 감마선의 강도를 0.1% 이하로 줄이려면 무려 60cm 두께의 콘크리트 벽이 필요하다!) 피난소의 두꺼운 벽이나 대학 연구실 등에 존재하는 방사선 차폐실은 감마선 차폐를 위해 만들어진 것.

그러나 핵 폭발 후 방이 외부와 완전히 차단되어 있지 않다면, 폭심지에서 방사선에 오염된 먼지가 들어와 급성 방사능증으로 사망하거나 장기간 후에 암으로 사망할 수 있다. 이 원리를 이용해서 라면 건더기라든가 의료용 탈지면, 우주식품의 멸균에 사용된다. 감마선은 빛이라 잔존물이 전혀 남지 않기 때문.

참고로 감마선은 우주에서 초신성이 폭발할 때, 중성자별이 서로 충돌, 블랙홀이 소멸할 때도 발생하는데 이를 감마선 폭발이라고 한다. 이때의 감마선은 폭발지점에서 5광년 이내에 있는 행성의 생명체들을 문자 그대로 완전히 절멸시켜 버린다고 한다. 레알 헤일로 다시 못 쓴다는 게 흠이다 그만큼 초신성 폭발의 감마선의 위력이 강하다는 뜻.

최근 연구 결과에 따르면 거성이 폭발하며 생을 마감할 때도 감마선을 몇 분~ 몇 시간 동안 분출한다고 한다.

사실 우주로부터 늘 감마선이 내려 쬐이고 있다. 원래 약한 강도로 온데다가 대기에 흡수되어 강도가 미약할 뿐이다. 늘 감마선이 올 수밖에 없는 게, 태양은 항상 핵융합을 하고 있기 때문. 그리고 의외로 알파선, 베타선에 비해 이온화력이 약하다. 다만 투과력이 엄청나기 때문에 알파선, 베타선보다 다량으로 쐬이기 쉬울 뿐더러 피폭량이 늘어나면 알파선, 베타선 피폭당하는 것이나 다름없다.

4억 4500만 년 전 고생대 오르도비스기 말에 발생한 대멸종 사건의 용의자다. 초신성 폭발에 의한 것인지 2개의 중성자별이 충돌하면서 생긴 것인지는 모르지만, 어쨌든 우주에서 발생한 감마선폭풍(Gamma-ray burst)이 지구를 덮치는 바람에 해양 생물 50% 멸종. 해양 무척추동물의 100여 과(family)가 멸종. 완족류, 태선류(이끼벌레)의 2/3가 멸종, 삼엽충, 필석류, 극피동물, 그리고 코노돈트의 쇠퇴대체 얼마나 강한 생물이길래 고작 쇠퇴정도로 등의 피해를 냈다고 한다. 비록 확실히 범인으로 결론이 나지는 않았지만, 무시해서는 안 되는 자연현상이란 것만은 분명하다.

4. 창작물에서의 감마선

마블 코믹스헐크는 이 감마선에 의해 탄생했다.

기동전사 건담 SEED에서는 감마선을 사용한 병기 제네시스가 등장한다. 비록 3발만 쏘고 파괴되었지만,[3] 그 위력은 1사 때에는 지구연함군 우주함대를 거의 잡아먹고 2사 때에는 달의 프톨레마이오스 기지를 통째로 갈아먹는 위력을 보여주었다. 우주에서 쐈을 때 이 정돈데 마지막 발사 목표였던 워싱턴에 이게 꽂히면 지구상 모든 생명체의 97%가 사멸한다고 한다. 내츄럴 뺀 나머지는 무슨 죄냐?

기동전사 건담 SEED DESTINY에서는 요새 메사이아와 일체화 + 소형화된 네오 제네시스가 등장한다. 소형화시킨 만큼 위력도 절반 정도로 떨어졌지만, 그래도 메사이아로 접근해오는 오브군 함대의 절반을 날려버리는 쾌거(?)를 올렸다.(...)

벤10 에일리언 포스에 나오는 외계인 중 하나인 크로마스톤은 빛에너지를 흡수해서 감마선을 발사할 수 있다고 한다.

네이버 웹소설홍정훈이 집필한 검이여 노래하라에서는 감마레이 버스트라는 명칭으로 세계관 내 인류 멸종의 원인으로 등장했다.

겁스에서는 TL12 문명에서 감마선 레이저라는 무기로 사용된다고 한다. 감마선 자체의 이용은 현대(TL8)에도 가능한만큼 감마선 자체의 TL은 저거보다 훨씬 낮다.

슈퍼소년 앤드류(My Secret Identity, 1988-1991)에서 주인공 앤드류가 옆 집 박사의 감마선을 맞고 초능력을 얻게 된다.


[1] 그래서 그런지 알파 붕괴나 베타 붕괴라는 말은 자주 쓰지만 감마 붕괴라는 말은 잘 쓰지 않는다. 감마선만 단독으로 방출하는 과정에서 원자핵은 붕괴 안 하니까...[2] 이를 방사선 쪽에서는 Half-Value Layer, HVL이라고 부르며 각각의 물질마다 고유한 두께를 지닌다. 화강암의 경우는 4.2cm, 콘크리트는 6cm. 흙의 경우는 9cm.[3] 마지막 1발은 발사되자마자 아스란 자라가 제네시스 내부에서 저스티스 건담을 자폭시켜서 불발로 그쳤다. 뭐, 발사되면서 프로비던스 건담을 홀라당 태워먹었으니 반은 성공일지도 모른다.(...)

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