방사성 붕괴

放射性崩壞, Radioactive decay

개요

불안정한 상태의 원자핵이 그 상태를 견디지 못하고 방사선을 방출하면서 안정된 상태로 넘어가는 과정이다.

발생 원인

양성자(proton)가 중성자(neutron)에 비해 지나치게 많은 핵은 핵자간 핵력이 전기적 반발력을 이기지 못한다. 이 경우에는 전기적 인력에 의해 양성자 혹은 헬륨 원자핵인 α입자(alpha particle)가 방출된다.

또한 중성자는 양성자보다 많은 경우 상대적으로 질량이 무겁고 불안정한 중성자는 양성자+전자+반중성미자로 붕괴된다. 이에 따라 잉여전자가 β입자(beta particle) 형태로 방출되기도 한다.

때로는 에너지가 높은 핵자가 에너지를 낮추면서 강력한 전자기파를 방출하기도 한다. 이를 γ선이라고 부른다.

이밖에도 중성자가 많은 핵자가 중성자를 통채로 방출하거나 무거운 핵이 핵분열(nuclear fission) 시에 중성자를 방출하는데, 이를 중성자선이라고 부른다.

방사성 붕괴의 종류

• α붕괴

  방사선 중에서 He⁴(헬륨) 원자핵을 α입자라고 부른다. 보통 무거운 핵이 붕괴할 때 생성된다. +전하를 띠고 있어 전기장이나 자기장 위에서 +방향으로 흐른다. 핵자가 무거워 상대적으로 속도가 느리기 때문에 공기중에서도 수 cm만 진행해도 급격히 약해지고, 종이나 알루미늄 호일조차 통과하지 못하지만 접촉했을 때 전리적 능력이 강해 큰 피해를 입힌다.

• β붕괴
  • 전자 방출

    방사선 중에서 전자가 방출하는 것을 β 입자라고 부른다. 중성자가 지나치게 많은 핵은 중성자 하나가 붕괴하면서 양성자+전자+반중성미자를 방출하는데, 그 전자가 핵자 바깥으로 나가는 것이다. β입자는 α입자보다 질량이 훨씬 가볍기 때문에 속도가 빨라 공기 중에서 진행거리도 더 길다.

  • 양전자 방출

    양성자가 중성자에 비해 많을 경우, 양성자에서 양전자가 방출되어 중성자로 바뀐다. 이 과정도 β붕괴로 분류된다.

• γ붕괴

  들뜬 핵자가 광자 형태로 에너지를 방출하는 것으로, 극히 에너지가 높은 전자기파(감마선) 형태이다. 전하를 띠지 않기에 전기장이나 자기장에서 직진하며, 굉장히 투과성이 강해서 공기중에서는 거의 무제한으로 진행한다.

• 양성자 방출

반감기

• 반감기 문서를 참조