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[비센의 재미있는 과학 이야기] Smoke Detector (1)

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작성자 석준영 작성일15-04-24 12:34 조회398회 댓글0건

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우리 삶 곳곳에서 사용되는 방사선, 잘 알고 쓰면 생활에 유용

 

모든 가정의 집안에 빠짐없이 하나 이상 있는 것 중에 하나가 바로 천장에 붙어 있는 연기 감지기(smoke detector)입니다.

 

한국 사람들이 좋아하는 삼겹살 구이 등을 하면 연기가 올라와 경보가 울려 자꾸만 시끄럽게 한다고 어떤 집들은 감지기를 비닐주머니로 꽁꽁 싸놓기도 하고, 또 심지어 아예 떼어 놓기도 하는데, 물론 이는 안전을 위해 올바른 방법들은 아닐 것입니다.

 

그런데 이러한 연기 감지기 내에 소량이지만 방사능 물질이 들어있다는 사실, 혹시 알고 계셨나요?

 

 

일반적으로 가정에서 사용되는 연기 감지기(smoke detector)는 광학식(optical smoke detector)와 이온화식(ionization smoke detector), 두 종류가 사용이 됩니다.

 

전기회로의 한부분에 광학신호를 주고받는 부분을 설치하고 그 사이에 일정량 이상의 연기가 들어오게 되면, 빛이 연기 입자들에 의해 산란되면서 검출기에 도착하는 빛의 세기가 줄어들게 됩니다.

 

이 빛의 세기를 지속적으로 측정하고 있다가 일정값 이하로 빛의 세기가 떨어지면 화재가 난 것으로 간주하여 경보가 발생하는 원리를 사용하는 것이 광학식 감지기입니다.

 

하지만, 보통 광학식보다 제조 단가가 더 적게 드는 이온화 방식의 감지기가 더 널리 사용되는데, 이 이온화 방식의 연기 감지기에 바로 방사성 동위원소 아메리슘-241(americium-241)이 들어있습니다.

 

방사선은 알파입자선(alpha-particle, helium nucleus), 베타입자선( beta-particle, electron), 그리고 감마선(gamma-ray, electromagnetic radiation)으로 나뉩니다.

 

알파입자선과 베타입자선은 실제 작은 입자가 방출되는 것이고, 감마선은 에너지가 방출되는 것입니다.

 

현대에 들어 알파입자는 헬륨의 핵을 말하는 것이고, 베타입자란 전자를 이야기하는 것, 그리고 감마선이란 전자기선을 의미하는 것이라는 것을 알고 있지만, 방사선이 처음 연구되던 때에는 이러한 방사선의 방출현상만을 알았을 뿐, 그것이 실제 어떠한 원리에 의해 방출되는 것인지를 제대로 알지 못했기 때문에 x-선과 마찬가지로 알파, 베타, 감마라는 식으로 이름을 붙이게 된 것입니다.

 

아메리슘-241은 알파입자선을 방출하는 방사성 동위원소로서 반감기, 즉 방사성 세기가 반으로 줄어드는데 드는 시간이 약 432년 정도입니다.

 

알파입자는 헬륨의 원자핵에 해당하는 입자로서 양의 전하를 띄기 때문에 전기 회로에 연결되는 경우 알파입자의 흐름을 이용해 전기의 흐름을 이어줄 수 있는 성격이 있으면서, 또한 그 입자의 크기가 상대적으로 커서 공간에 다른 입자들이 생기면, 당구공이 다른 공에 의해 튕겨져 진행방향을 바꾸듯이, 충돌에 의해 다른 방향으로 휘어져 나갈 수도 있는 성질을 갖고 있습니다.

 

연기 감지기는 이러한 알파입자의 성질을 이용해서 입자가 들어있는 작은 챔버를 전기 회로의 한부분에 연결하고 가까이에 위치한 다른쪽 전극으로 들어오는 알파입자의 양을 계속 모니터링을 합니다.

 

이 때 연기입자가 두 전극사이에 들어오게 되면, 알파입자가 연기입자에 의해 튕겨져 원래 전극으로 들어오는 양이 줄어들게 되고, 일정량이상의 알파입자 흐름의 감소가 감지되면 경보를 울리게 하는 것이 이온화 연기 감지기의 작동 원리입니다.

 

경보가 울릴 때, 재빨리 감지기 주변에 부채질을 해서 연기가 없어지게 하면 경보를 멈출수 있는데, 이것이 바로 회로내부에 들어온 연기를 없어지게 해서 알파입자의 흐름을 정상화시킬 수 있기 때문에 가능한 것입니다.

 

알파입자 자체는 인체에 매우 심각한 해를 가져올 수 있는 위험한 방사선이긴 하지만, 연기 감지기에 사용되는 아메리슘-241은 방출되는 방사선의 세기가 약 33.3 킬로 베퀘렐(kBq)로 극소량에 해당할 뿐만 아니라, 그 입자의 크기가 커서 일반적인 종이 한장 정도에도 막혀 진행을 할 수 없는 성질이 있습니다.

 

때문에 금속 챔버 안에 들어있는 아메리슘-241 방사선 소스는 절대 밖으로 노출될 수 없어 가정마다 천장에 달려있다 하더라도 전혀 해롭지 않습니다. 또한 그 방사능 세기 자체가 워낙에 극소량에 해당하기 때문에 캐나다에서는 일반 쓰레기와 함께 폐기를 한다고 해도 괜찮다고 명시하고 있지만, 유럽의 몇몇 나라에서는 법적으로 연기 감지기는 지정된 프로토콜에 따라서만 폐기할 수 있게 하는 곳도 있다고 합니다.

 

캐나다에서도 공사업체 등에서 한꺼번에 대량의 연기 감지기들을 폐기해야 한다거나, 매우 드문 경우이기는 하지만, 감지기 내부에 들어있는 방사선 소스가 라듐(radium)인 경우에는 개인적으로 폐기하지 말고 캐나다 핵 안전 위원회(Canada Nuclear Safety Commission, CNSC)에 연락하여 폐기 규정에 따라야 합니다.

 

이는 극히 드문 경우이기 때문에 일반적인 가정에서 사용하시는 감지기를 내부공사등에 의해 폐기해야 하는 경우는 걱정없이 일반 쓰레기와 함께 버리시면 됩니다.

 

항상 경계의 대상, 해로움의 대상으로만 여겨지는 방사성 물질이 실제 우리의 가정에 함께 하고 있고, 실생활에 사용되고 있다는 사실이 놀랍지 않으신가요? 사실 연기 감지기는 하나의 예에 해당할 뿐, 이 외에도 많은 곳에서 방사선은 우리들의 삶의 편리를 위해 사용되고 있습니다.

 

아무리 위험한 물질이라도 그에 대해 잘 알고, 다룰 수만 있다면 우리의 삶을 편리하게 하는데 사용할 수 있게 하는 것, 이것이 바로 과학의 힘이 아닐까 생각해 봅니다.

 

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석준영  비센학원장 

 

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