[그림 1] 원자와 원자핵. 원자는 핵과 궤도전자로 구성된다. 핵은 양전기를 띤 양성자와 중성인 중성자로 구성되며 궤도전자는 음전기를 띤 작은 입자이다. 핵의 양성자 수는 물질의 원소 종류를 결정한다. 핵의 양성자 수나 중성자 수가 다른 원자는 서로 다른 핵종이다. 양성자 수는 같으나 중성자 수가 다른 핵종(그림에서 수소와 중수소)은 서로 동위원소 관계에 있다.
원자핵 내에 양성자가 몇 개 있는지에 따라 물질(원소)이 달라진다. 가장 가벼운 경우는 핵이 양성자 하나로만 된 것인데, 이것이 수소 ( 11H)이다. 보통의 산소 원자는 핵에 8개의 양성자와 8개의 중성자를 가진 816O이다. 이 기호에서 영문자 O는 원소의 종류(산소)를 나타내는 원소기호이고 왼편 아래의 첨자 8은 핵 내의 양성자 수를 나타내는 것으로 원자번호라 부르고, 위에 있는 첨자 16은 핵의 양성자 수와 중성자 수를 합한 것으로서 질량수라 부른다.
따라서 어떤 원소인가는 원자번호에 의해 결정되는데 원자번호가 1, 6, 7, 8, 26, 92이면 각각 수소(H), 탄소(C), 질소(N), 산소(O), 철(Fe), 우라늄(U)이 된다. 이것은 불변이므로 종종 원소기호만 적고 아래에 붙는 원자번호는 적지 않는다
물질의 화학적 성질은 원소의 종류에 따라 달라진다. 같은 원소이면 핵의 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다를 수 있다. 예를 들면 수소 핵에 중성자는 하나나 둘이 있을 수 있다. 그렇다면 2H, 3H가 된다. 이것은 수소이지만 무게가 무거운 수소로서, 각각 ‘중수소’와 ‘삼중수소(또는 트리튬)’로 부른다. 핵의 양성자 수가 다르거나 중성자 수가 다른 핵을 구분하기 위해 ‘핵종’이란 용어를 사용한다. 1H, `2H, `235U는 각각 다른 핵종이다.
방사선이란?
사람이 열을 받으면 불안정해지듯이, 물질도 내부 에너지가 불필요하게 높아지면 불안정해진다. 불안정한 상태를 안정된 상태로 변화시키려는 것은 자연의 법칙이다.
우리 주변에 있는 핵종을 보면 `612C, `714N, 816O처럼 대체로 핵의 양성자 수와 중성자 수가 같거나 비슷하다. 만일 핵에 양성자에 비해 중성자가 불필요하게 많거나 부족해지면 그 핵은 불안정해지므로 에너지를 내보내려 한다.
1H이나 2H는 안정 상태이지만 3H는 중성자가 많아 불안정하다. 따라서 3H는 에너지를 내보내려는 성질이 있는데 이렇게 내보내는 에너지가 ‘방사선’이다. 방사선이란 에너지의 흐름이다. 방사선의 형태는 입자일 수도 있고 전자파일 수도 있다. 이렇게 방사선을 내보내려는 성질을 ‘방사성’이라 한다.
방사선이 물질에 들어가면 그 물질을 이루는 원자와 작용하여 자신의 에너지를 물질에 전달하는데 이 과정에서 상대 원자를 ?인 이온과 ?인 전자로 분리할 수도 있다. 이 작용을 전리(電離)작용이라 하는데 방사선 에너지가 충분하여 전리작용을 일으킬 수 있는 방사선을 전리방사선이라 하고 그 능력이 없는 방사선을 비전리방사선이라 한다.
