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농수산업에도 유용한 방사선의 과학

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2015년 06월 04일 18:12 프린트하기

삼겹살과 김치, 피자와 콜라. 듣기만 해도 입에 침이 고이는 환상의 조합이다. 이와는 반대로 꽁치 국물과 토스트같이 식욕을 뚝 떨어뜨리는 조합도 있다. 이렇게 음식 하나에도 궁합은 존재한다.

그렇다면 방사선과 식품 같은 먹거리와의 궁합은 어떨까? 일반적으로 생각해보면 그다지 매력적인 조합은 아니다. 방사선은 분명 인류 문명의 핵심 기술이지만, 우리 먹거리와 결부되면 얘기가 달라진다. 이는 후쿠시마 원전 사고 이후 뚝 떨어진 수산물 매출액만 봐도 알 수 있다.

 
농약을 추적한다, 후방사화추적자기술
하지만 농업, 식품 분야와 방사선의 궁합은 생각보다 나쁘지 않다. 이미 대부분의 산업에서 사용되고 있는 방사선은 농식품 분야라고 그 활용도가 떨어지지 않는 것이다. 품종 개량, 병원성 미생물 사멸, 식품 저장 등 다양하게 분야에서 이용 가능하다. 가장 일반적인 사례가 과일에 남아 있는 농약을 측정하는 일이다. 이를 통해 농작물에 농약을 언제 살포해야 하는지, 얼마나 살포해야 효과적인지 분석할 수 있다.

 

03 농약살포_보령시

 헬기를 이용하여 농약을 살포하는 장면. 농약은 최소한의 양을 사용하면서도 효과를 높이기 위해 최적의 살포 시기를 조절하는 것이 중요하나, 자연상태에 노출되므로 농약이 농작물에 남아 작용하는 기간은 환경에 따라 다르다. 방사화분석은 잔류 농약을 정확하게 측정하여 최적의 살포 시기를 정하는 데 유용하다. © 보령시

 

방사선을 활용한 농약 검출은 방사화분석의 일종인 후방사화추적자기술을 통해 이뤄진다. 원리는 간단하다. 유로퓸(Eu)이라는 원소를 농약 살포액에 넣어 농산품에 농약이 얼마나 남아있는지를 측정하는 것이다. 유로퓸 함유 농약이 묻은 농산품에 중성자를 쪼여 방사화(Activate)시킨 후, 여기서 나오는 감마선이나 베타선을 측정하면 농약이 얼마나 남아있는지를 간단히 알 수 있다. 이렇게 그 자체가 방사성동위원소는 아니지만, 방사화를 통해 추적자의 역할을 하는 물질을 후방사화트레이서라고 한다.


중성자로 불안정한 원자핵을 만든다
그렇다면 어떤 원리로 이런 추적이 가능한 걸까? 일단 방사능을 띠지 않은 일반적인 원자에 중성자를 조사하여 불안정하게 만든다. 중성자는 그 자신이 전하를 가지고 있지 않으므로 원자핵에 쉽게 접근할 수 있는데, 특히 운동에너지가 작은 열중성자는 원자핵에 포획될 확률이 높아 많은 원자핵과 핵반응을 일으키기 쉽다. 이렇게 안정된 원자핵을 인위적으로 불안정한 원자핵으로 만드는 것을 방사화한다(Activate)고 한다.

 

01 중성자 방사화학-원리와 이용 논문 발췌_저작권 확인 요망

 방사화분석의 개념도. 중성자를 조사하여 안정된 원자핵을 인위적으로 불안정한 원자핵으로 만든다.

 


방사화되어 생긴 불안정핵종(방사성핵종)은 방사붕괴를 통해 안정핵종으로 변하기 마련인데, 이 과정에서 감마선이 나온다. 이 방사선을 측정하는 것이 방사화분석(activation analysis)이다. 중성자를 사용하기 때문에 중성자방사화분석이라고도 한다.

 

방사화분석이 가능한 이유는 불안정핵종이 붕괴를 하며 방출되는 방사선의 에너지와 반감기가 핵종에 따라 고유한 특성을 가지고 있기 때문이다. 따라서 반감기와 방사선의 에너지를 측정해서 핵종과 방사선의 강도를 구할 수 있다. 간단히 말해 어떤 원소가 어느 정도 있는지 알게 되는 것.


방사화분석의 장점
방사화분석의 장점은 많다. 가장 큰 장점은 10억분의 1그램 수준의 극히 미미한 양의 원소일지라도 검출이 가능하다는 점이다. 정확한 측정이 가능한 것도 방사화분석의 장점으로 꼽힌다. 중성자 조사로 생긴 방사능의 생성, 붕괴 과정이 계산식으로 정확히 표현될 수 있기 때문이다. 한국원자력연구원 자료에 따르면 수 mg 이하의 소량시료로부터도 mg/kg ~ ㎍/kg 수준의 고감도 분석이 가능하다. 덕분에 1936년에 개발된 이래 건축물의 유지보수, 해수 흐름 측정, 고고학, 법의학, 오염 측정 등 다양한 분야에서 널리 활용됐다.

 

가장 유명한 활용 사례는 스웨덴의 치과의사이자 내과의사인 포르슈훗(Sten Forshufvud)이 1961년 ‘누가 나폴레옹을 죽였는가?’라는 책을 통해 독살설을 주장한 것이다. 포르슈훗은 “나폴레옹의 머리카락에서 다량의 비소를 발견했다”며 비소 중독을 사인(死因)으로 내세웠는데, 이는 많은 사람에게 방사화분석을 널리 알린 사건이 됐다.

 

수산업에도 활용 가능
이런 방사화분석은 수산업에서도 유용하다. 최근 가장 주목받는 것이 연어와 같은 수산생물의 이동경로를 파악하는 것이다. 이 방법 역시 농약 검출과 비슷하다. 연어 치어들의 먹이에 유로퓸을 섞어 먹인 후 방류하면, 치어들은 귓속 평형기관이나 지느러미, 비늘 등에 유로퓸을 지닌 채로 이동하게 된다. 이는 시간이 지나도 없어지지 않기 때문에 다 자란 연어의 비늘 등을 채취하여 살펴보면 하천에 방류된 연어의 이동 경로를 고스란히 파악할 수 있다.

 

02 연어_Walter Baxter

연어와 같은 회귀성 어종을 비롯하여 어군들의 이동경로를 추적하는 일은 수산자원을 관리하는 데 매우 중요하다. 방사화분석을 이용하면 하천에 방류된 어군이 어떤 물줄기를 따라 갔는지, 얼마나 기존 하천으로 돌아왔는지 쉽게 파악할 수 있다. © Walter Baxter

 


지금까지 알아본 바와 같이, 방사선은 농수산업에 있어 엄청난 부가가치를 제공해 줄 수 있다. 이를 어떻게 효율적으로 활용하느냐에 따라 수많은 인력과 자본을 절약할 수 있는 것이다. 방사선을 올바로 이해하고, 이를 어떻게 활용할 수 있을까를 고민해볼 때다


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