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1. 개요
中性子線중성자선은 중성자들의 흐름이다. 방사선, 정확히는 이온화 방사선 중 하나다.
2. 특징
알파선이 알파입자(=헬륨 원자핵)로 구성되어 있는 것처럼 중성자선은 중성자로 구성된 입자(粒子)선이다. 속도에 따라 고속중성자선, 저속중성자선으로 구분하는데 핵분열의 도화선으로 사용되는 것이 바로 이 중성자선이다.핵분열과 핵융합 등 원자핵을 건들기만 하면 나오는 게 바로 이 중성자로, 원자로 안에서는 중성자가 무시무시하게 많이 쏟아져 나온다. 원자로를 폐로하는 것이 어려운 이유가 바로 이 중성자 때문에 원자로가 방사능물질 천지가 돼버리기 때문이다. 그 예로 핵분열 도중의 원자로 안 방사선량은 90MSv.[1] 실험원자로 중 일부는 그 양을 조절하여 방사성 동위원소를 만들려고 쓰는 원자로들이다. 대한민국에는 대전광역시에 있는 하나로 원자로가 있다. 이렇게 만들어진 동위원소들은 여러 용도로 쓰인다.
중성자선은 알파선이나 베타선과 같이 입자(粒子)선이지만, 이들과는 달리 전하를 띠지 않으므로 이들보다 투과력이 크다. 이는 전하가 없기에 전하를 가진 전자나 양성자의 반발을 받지 않기 때문이다. 감마선보다 투과력이 낮기도 하고 높기도 하다. 감마선은 원자번호가 높은 물질에 대해서는 투과력이 떨어지기 때문이다. 중성자선의 파괴력은 중성자의 속도에 비례하나, 일반적으로 인체에 위험하다. 인체를 구성하는 원자들은 중성자를 잘 흡수하고 방사성 동위원소를 만들어낸다. 특히 중성자선의 충돌로 만들어진 동위원소는 반감기가 짧기 때문에 그 짧은 순간 엄청난 방사선을 내뿜어 낸다. 중성자선에 피폭이 되면 인체 안에 있는 나트륨이 24Na(나트륨-24)[2]라는 방사성 물질로 바뀐다. 즉, 한번 피폭이 되면 이후 방사선이 나오는 구역에서 벗어나더라도 자기 자신이 방사성물질이 되어 방사선을 뿌리고 다니게 된다는 뜻. 다만 나트륨-24는 반감기가 겨우 14.96시간밖에 되지 않아 염색체를 손상시킬 수 없으며, 중성자선에 피폭한 세포가 방출하는 활성 산소는 피폭되지 않은 세포에 손상을 입히고 체내에서 무차별적으로 유해한 반응을 일으키는 '방관자 효과' 때문에 염색체가 지속적으로 손상될 수 있다.
이러한 중성자의 특성을 이용하여 파괴력을 줄이고 중성자만 많이 뿜도록 만든 폭탄이 중성자탄으로, 구조물을 파괴하는 성질을 줄이고 대인살상력을 극대화한 핵폭탄이다. 자세한 것은 중성자탄 참조.
중성자선을 막는 데는 의외로 납[3] 같은 건 효과가 적고[4], 원자번호가 낮은 물질이 효과적이다. 따라서 가장 원자번호가 낮은 수소원자와 충돌할 때 에너지 손실이 최대로 되기 때문이다. 물이나 탄화수소, 예를 들어 파라핀이나 폴리에틸렌 같은 재료가 중성자를 막기에 좋다.[5]
따라서 위 사진처럼 수조를 만들어 두거나[6] 파라핀을 블록 형태로 쌓거나 해서 중성자선을 막는다. 콘크리트는 내부적으로 물 분자를 포함하고 있기 때문에 두꺼운 콘크리트 벽을 둘러싸서 차폐하기도 한다. 콘크리트는 감마선도 그럭저럭 막아내니까. 이외에도 소결탄화물[7] 역시 중성자선을 막는 대표적인 소재이다.
당연하지만 후쿠시마 원자력 발전소에서도 중성자선이 여러 번 검출되었다.
[1] 밀리시버트(mSv)가 아닌 메가시버트다! mSv로 변환하면 900억 mSv로, 1년에 1mSv도 일상생활에선 피폭되기 어렵다는 것을 생각하면...[2] 체내 나트륨 중에는 안정 동위원소(자연 붕괴하지 않는 동위원소)인 23Na이 존재하는데, 방사능에 대량 피폭된 사람의 몸 속에서 23Na이 24Na 동위원소로 바뀌어 버린다. 핵분열 반응이 일어나면 대량의 중성자선이 발생하는데, 핵분열 연쇄 반응이 계속해서 발생하는 '임계사고'가 발생해 방출된 대량의 중성자선에 사람이 노출되면 체내 혈액 속 23Na이 24Na로 바뀌는 현상이 일어난다. 이를 이용하여 체내 24Na의 비율을 측정하면 피폭된 사람이 중성자에 얼마나 노출되었는지 알 수 있다. 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 때 이러한 피해자가 많았고, 도카이 촌 방사능 누출사고 때도 이 일이 일어났다.[3] 감마선은 잘 막아낸다.[4] 쉽게 설명하면 당구공(중성자)을 1T짜리 쇠구슬(원자번호가 매우 큰 원소)에 던진다고 생각하면 된다. 그대로 튕겨져 나간다.[5] 일본에서는 연구 초기에 물이 많이 포함되었으며 쉽게 조달하고 다룰 수 있는 재료로 주먹밥(!)을 사용했다는 일화가 있다.[6] 사용후 핵 연료봉을 수조에 보관하는 이유가 이거다.[7] 주성분인 탄화텅스텐은 중성자를 튕겨내는 성질이 있다.