7. 감마선과 양전자선 방출 핵종

Z-N커브의 아래쪽에 있는 핵종들은 위쪽에 있는 핵종들과는 달리 양성자가 과다한 상태이다. 따라서 원자핵은 양성자를 없애는 반응을 일으키려고 하는데 C 부분에 있는 핵종은 대체로 원자궤도를 돌고 있는 전자를 원자핵으로 잡아당겨 양성자를 줄이는 핵반응을 일으킨다. 이를 전자포획이라 하고 베타선 방출과 정반대 현상이다. 전자포획의 결과 양성자와 전자가 합쳐서 중성자를 하나 만들게 된다.

p + e → n





이 때 원자핵은 양성자가 과도하여 불안정한 상태에서 더 안정한 상태로 변하였으므로 그 만큼의 에너지를 전자기파 형태로 방출하게 된다. 이는 감마선이다. 전번 주에 설명했듯이 A에 속한 핵종은 베타선을 내면서 동시에 감마선을 내지만 C에 해당하는 핵종은 순 감마선만 낸다. 이러한 감마선은 투과력이 강하고 세포를 죽이는 힘은 약하여 체내에 투여시 독성이 약하고 영상을 얻기에 좋은 장점이 있다. 따라서 C에 해당하는 방사성동위원소는 영상 진단용에 사용되는 것이 많다. 대표적인 것으로 I-123, Tl-201, In-111, Ga-67 등이 있다.

D에 해당하는 핵종도 역시 양성자가 과다한 상태여서 전자를 끌어당기고 싶겠지만 원자핵의 크기가 작아 충분한 힘이 없다. 이러한 경우 양전자라고 하는 특수한 입자를 방출하게 된다. 이는 전자와 질량이 같으나 양전기를 띠고 있는 입자이다. 양전자는 양성자가 중성자로 되면서 방출된다.

  

p → n + e⁺

양전자는 원자핵에서 나오자마자 주변의 전자와 부딪혀서 소멸반응을 일으켜 두개의 전자기파로 변한다. 이 전자기파는 물질인 전자와 양전자가 에너지로 변화한 것으로서 전자의 질량에 해당하는 511 keV의 에너지를 가지고 있다. 이러한 전자기파는 감마선과 동일한 성질을 가지고 있어 양전자는 그 자체는 입자이면서도 실제 성질은 감마선과 같은 성질을 나타낸다고 볼 수 있다.

따라서 영상진단용에 많이 사용이 된다. 양전자의 이러한 특수한 성질을 이용하여 영상을 만드는 것을 양전자단층촬영 (Positron Emission Tomography, PET)라 하고 핵의학 분야에서 가장 첨단의 영상 기술이라고 볼 수 있다. 대표적인 양전자방출체는 F-18, C-11, N-13, O-15 등이 있다.

2004년 4월 27일