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방사능


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[3] 단, 올바른 조리 과정을 거치면 먹어도 문제는 없다. 문서 참조.
[4] 카프로락탐. 2019년 1월 18일 IARC 서문 개정에 따라 불필요하다고 판단되어 삭제되었다. #
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1. 개요2. 발생 원리3. 방사능의 위험성4. 단위5. 방사선 마크6. 관련 국내 사건, 사고7. 픽션 속의 방사능8. 참고 문서

1. 개요

방사능(, Radioactivity)은 라듐, 우라늄, 토륨, 폴로늄 등 방사성 원소의 원자핵 붕괴하면서 방사선을 방출하는 일, 또는 그런 성질, 또는 그런 물질의 양(단위는 Bq)을 통칭하는 용어이다.[1]

방사선이란 말을 써야 할 곳에 이 용어를 쓰는 경우가 많다. 흔히 '방사능에 피폭되었다'고 잘못 오용되는데, 방사능이라는 용어는 매우 포괄적인 용어이므로 '방사선에 피폭되었다'가 맞는 표현이다. 그러한 대중성만큼이나 일상생활이나 뉴스에서도 매우 많이 오용되는 단어다. 쉽게 생각해서 방사능(Radioactivity)은 성질, 특성, 성질을 내는 물질의 양 등을 뜻하는 것이고 방사선(Radiation)이 생물에게 위험한 것 그 자체를 뜻한다고 보면 된다.[2]

2. 발생 원리

파일:attachment/uploadfile/jyu_n_8.jpg
안정한 상태의 원자 구조
안정한 원자는 원자핵과 그 전자가 균형을 이루고 있다. 일반적으로 방사성 물질은 외부에서 원자핵에 에너지를 가하거나, 혹은 생성될 때부터 불안정한 상태를 지님으로서 발생한다. 고등학교에서 전자(electron)가 여기(勵起)된 상태[3]로 갈 수 있음을 배웠듯이, 원자핵도 여기된 상태가 될 수 있다. 이렇게 여기된 원자핵이 핵종이 바뀌지 않고 낮은 에너지 상태로 변환되면 방출되는 것이 감마선이다.

그리고 알파 붕괴라고 하는 알파 입자(헬륨-4 원자핵)를 방출하며 다른 핵종으로 변할 수 있는데 이때 방출되는 것이 알파선이다.

그리고 원자핵에서 중성자가 양성자로 또는 양성자가 중성자로 변하면서 즉, 전자나 양전자를 방출하며 다른 핵종으로 바뀌는 베타 붕괴가 있는데 여기서 나오는 것이 베타선이다.

이렇게 방사성 물질이 붕괴하며 안정한 물질로 변화, 양이 반으로 줄어드는 기간을 반감기라고 한다.

3. 방사능의 위험성

방사능은 일반적으로 전리 방사선을 방출하며 직접 에너지를 신체를 구성하는 세포, DNA등에 전달하여 파괴를 하는 물리적 작용을 하거나, 물질을 이온화시켜 강제로 화학 반응을 일으킨다. 이온화를 통해 화학반응을 일으키는 것은 (Acid)의 반응 메커니즘과 유사하다. 이는 생물의 몸을 방사선이라는 나노 염산이 구석구석 화학적으로 볶아버리는 것으로 표현할 수 있다.

구체적으로는 전리 방사선이 물 분자를 전리시켜 활성기와 생물 분자의 화학작용을 유도하거나 생물학적 분자를 여기 또는 직접 분자 변화를 유도하여 생물 분자를 손상시킨다. 이로 인해 생물 분자가 손상되면 화학적 복구가 이뤄질 수도 있고, 또는 효소의 복구작용이 이뤄질 수도 있고, 손상이 복구되지 못하고 유지될 수도 있다.

마지막에 언급된 손상이 복구되지 못하고 유지되는 경우가 바로 방사선으로 인해 세포의 변화가 일어나는 단계이다. 이런 세포 변화가 많이 일어날 경우 우리가 아는 방사선 피폭의 증상이 발생하는 것이다.

일상적으로 인간과 여러 동식물은 자연에 존재하는 방사능을 섭취하고, 자연 방사선에 노출되어 피폭된다. 바나나를 비롯한 여러 음식물에 들어있는 칼륨-40, 지각에 존재하는 라돈 등이 주 피폭 요인이다. 이런 섭취 방사능으로 인한 방사선 피폭은 세계 평균적으로 1년간 0.2~0.5mSv이며 라돈으로 인한 피폭은 1.5mSv정도이다.

이런 자연적인 방사능 외에도 의료기관 및 비파괴검사 등 방사능 물질을 사용하는 곳에서 의료나 검사 외의 의도치 않은 방사선으로 인한 피폭이 종종 발생한다. 이런 사용이 끝난 기기의 방사능 물질 제대로 처리하지 않으면 고이아니아 방사능 유출사고와 같은 사건이 발생하기도 한다. 자세한 내용은 방사선 피폭을 참조.

4. 단위

방사능의 세기는 초당 붕괴 횟수(decay per second)로 나타낸다. 횟수는 단위가 없으므로 방사능의 SI 단위는 sec-1. 물론 이렇게 두면 번잡하기 때문에 방사선을 최초로 발견하여 마리 퀴리 와 함께 노벨상을 수상한 과학자 베크렐의 이름을 따 SI 유도 단위인 베크렐을 쓰며, 기호로는 Bq로 쓴다. 그 밖의 단위로 1Ci(큐리 = 3.7×1010 Bq = 37 GBq)가 있으며, 이 단위는 라듐-226 1g의 방사능에서 유래하였으나 지금은 잘 쓰이지 않는다.

방사성 동위원소 핵의 개수 [math(A)]와 붕괴상수 [math(λ = {ln 2 \over T_{1 \over 2}})] ([math(T_{1 \over 2})]은 방사성 동위원소의 반감기)가 주어지면 그 방사능은 다음의 미분방정식
[math(dA = -\lambda Adt)]
의 양변을 [math(dt)]로 나누어 [math(A)]의 시간변화율에 관한 식으로 변환하면
[math({dA \over dt} = -\lambda A = -{ln 2 \over T_{1 \over 2}} A)]
이 되어 방사능을 [math({ln 2 \over T_{1 \over 2}} A)]로 구할 수 있다. 반대로 특정 방사성 동위원소에 의한 방사능의 측정값을 붕괴 상수로 나누면 방사성 동위원소 핵의 개수 [math(A)]가 산출되며, 이것을 아보가드로 수로 나누면 핵의 몰수가, 여기에 다시 핵의 질량수를 곱하면 존재하는 해당 방사성 동위원소의 총질량이 그램 단위로 산출된다.

시간당 붕괴 수라는 강도의 단위지만 실질적으론 방사능 물질의 양으로 주로 쓰인다. 예를 들어 사고로 방사능 물질이 유출된 양은 그램 등 질량단위 보다는 실질적 위험을 반영하는 베크렐으로 주로 나타낸다. 1 Bq 자체는 매우 작은 양이므로 (사람도 4-5000 Bq 의 자연적 방사능 물질을 체내에 가지고 있다) 보통은 소량의 유출사고에는 10억 Bq인 GBq(기가베크렐)이나 1조 Bq인 TBq(테라베크렐), 대형 사고에는 PBq = 1×1015(페타베크렐) 등이 실용적 단위로 쓰인다. 1 그램의 방사선 세슘은 대충 3215 GBq = 3.215 TBq. 그러니 GBq라고 해도 단위가 크다고 놀랄 필요는 없다.

예를 들어 고이아니아 방사능 유출사고에서 방사능 치료기의 방사성 세슘의 양은 약 50 TBq, 쓰리마일 섬 원자력 사고는 약 93 PBq 방사능 가스 와 560 GBq의 방사능 요오드가 방출되었다. 체르노빌 원자력 사고에서는 방사선 가스 6.5 EBq(엑사베크렐), 방사선 요오드 1.76 EBq가 유출되었다.

물이나 식품재료, 토지 등이 방사능으로 오염된 정도는 Bq/liter, Bq/kg 또는 Bq/m2 등으로 나타낸다. 음용수 기준은 11 Bq / liter 정도.

절대 방사선 조사량의 단위는 Gray(Gy = Joule/kg)으로 이건 주로 X-ray 장치등 방사선 장치가 방출하는 방사능 출력 또는 토성이나 반 알렌대 등 우주공간에서의 방사선 강도, 인체가 아닌 마이크로칩 등 물체가 받는 방사능 강도 등을 나타내는데 쓰이는 단위이다. 과거에 사용하던 단위로 rad 라는 단위가 있는데 (1 rad = 100 erg/gram) 100 rad = 1 Gy이다.

통상 X-ray 1회는 0.7 mGy, CT scan은 6-8 mGy, 전신 CT는 14 mGy 정도. 암치료용 방사선 치료에는 부분조사로 약 20-80 Gy 로 상당히 대량의 방사선을 종양 부위에 집중 조사한다.

인체에 방사선 피폭 피해가 나타나는 최소 조사량은 250 mGy, 전신피폭시에 인체 반수 치사량 은 4 Gy 정도, 일반 반도체의 방사선 허용량은 10 Gy, 우주선이나 무기 등에 탑재하는 방사선 내성 강화(rad-hardened) 반도체는 10,000 Gy(1 M rad) 정도까지 견딜 수 있다.

절대 방사선 조사량을 인체 부위의 흡수율 등을 고려해서 실질적으로 인체가 흡수하여 피해를 입는 단위 무게당 실효 피폭량을 나타내는 데는 주로 시버트(Sievert) 라는 단위를 나타낸다. 이건 인체 조직 1 kg 당 받는 방사선 에너지로 단위는 Joule/kg이다. 피폭 에너지 총량은 피폭자의 체중과 인체 부위마다 다른 효과 비율을 곱해야 총에너지가 나오지만 그런 식으론 잘 사용하지 않고 퉁쳐서 성인 1인의 인체가 받은 총 피폭량을 나타내는 데도 시버트 단위를 사용한다. 즉 Gray/ rem으로 표시하는 절대 방사선 조사량을 인간 성인을 대상으로 흡수율을 가중치를 주어 피폭량을 계산한 값.

1 시버트는 상당히 큰 단위로 사람이 수 시버트 정도를 피폭 당하면 며칠 안에 사망에 이를 수 있는 치사량이다. 연간 피폭량 이나 1일 피폭 한계치, X레이 1회 촬영시 피폭량 등도 모두 밀리 시버트, 마이크로 시버트 단위로 표시한다. 과거에 사용하던 rem(röntgen equivalent man)이란 단위도 있는데 이 단위는 100 erg/gram = 1 rem으로 100 rem = 1 Sievert.

보통은 시간당 방사선 피폭량으로 사용한다. 예를 들어 1 시간당 1 시버트의 피폭을 당하는 방사선의 강도를 1 Sv/h로 사용하는 식이다. 보통 시간당 밀리 시버트나 마이크로 시버트 단위를 사용한다.

5. 방사선 마크

파일:방사선 표지.svg
흔히들 생각하는 방사능 마크. 1946년 미국 UC 버클리의 방사선 연구실의 낙서에서 유래되었으며, 원자에서 나오는 방사선을 묘사한다고 한다. 특수문자로는 ☢도 있다.가운데 원은 방사능 물질을, 3개의 부채꼴은 알파선, 베타선, 감마선을 뜻한다.
파일:ISO 이온화 방사선 주의 표지.svg
이온화 방사선 주의 표시. 2010년부터 사용되기 시작했다. 독극물 심볼과 비상구 심볼의 사람 픽토그램이 들어가 있다. 사람한테 치명적이니 최대한 피해 있으라는 뜻으로, 빨간 바탕을 통해 상당히 위험하다는 메시지를 전한다.

일반적으로 말하는 방사선이란 이온화 방사선을 말한다.

6. 관련 국내 사건, 사고

국내 유출 사건, 사고는 피폭의 사례가 극히 드물 정도로 아직까지 사례가 법적 일탈 정도에 그치고 있다.
  • 2016년 10월 27일 울산시에서 태광산업 방폐물 불법 보관 사건으로 경찰의 압수수색이 이뤄졌다. 태광산업 석유화학3공장은 지난 1997년부터 2004년까지 7년간 섬유원료인 아크릴섬유와 합성고무 원료(아크릴로니트릴)를 제조하는 과정에서 촉매제로 방사성 물질인 우라늄을 사용하면서 방폐물이 대거 발생했으며 이 과정에서 발생한 중·저준위 방폐물을 보관했다. 당초 원자력안전위로부터 1,140톤의 방폐물 저장시설을 허가받았지만 320톤을 허가받지 않은 장소에 불법 보관했던 사실이 적발된 것. 태광산업은 경찰이 수사에 나선 2016년 8월에야 원안위에 자진 신고했고, 당시 압수수색에서 추가로 액체상태의 폐기물이 적발되기도 했다. 결국 태광산업은 원안위 등으로부터 3억 원 규모의 과징금을 부과 받았다. 원안위는 이때 안전에 문제가 없고, 매해 방문 관리를 하겠다고 했지만 2020년 동 공장에서 재차 방폐물 유출사고가 발생했고, 이때 사업관리자인 태광산업뿐 아니라 원자력안전위원회조차 액체, 고체의 형질마저 파악하지 못했다는 비판이 일었다.
  • 2018년 5월 18일 SBS의 단독보도로 대진침대 라돈 기준치 초과 검출 사건이 시작됐다. 대진침대의 매트리스에서 620 베크렐정도의 라돈이 검출되었으며, 이는 건강에 좋다고 알려진 음이온 파우더[4]를 매트리스에 코팅하는 과정에서 발생하였다고 한다. 최초 발견자의 측정수치에 따르면 2천 베크렐인데, 이는 담배 250개비를 매일 피운 것과 같다고 한다. 원안위는 "0.5 m Sv의 추가적 내부 피폭은 있다. 이를 의미있게 보고 어떻게 반응하냐를 결정하는 것은 원안위의 소관은 아니며 명확하게 말할 수 없는 부분이다. 토론(Thoron)의 경우 방사선이 알파선으로 시트 2장을 까는 정도로도 70% 이상 차폐가 가능하다."고 브리핑한 이후, 대진침대가 판매한 침대 매트리스 모델 중 7종이 생활주변방사선 안전관리법(이하 생활방사선법)의 가공제품 안전기준에 부적합한 결함제품으로 확인되었다면서 수거명령 등 행정조치를 실시하였다.
  • 2020년 1월 22일 원자력연구원 내 일부시설에서 소량의 방사성물질인 세슘-137, 세슘-134, 코발트-60이 누출되어 원자력연구원 부근의 덕진천 일대 토양시료에서 검출된것이 확인되었다. 이는 정기검사를 위해 2019년 12월 30일에 토양시료를 채취하였고 그 과정에서 방사성물질이 검출된것이 확인된 것. 이에 원자력안전위원회에서 사건 조사에 착수했고, 한국원자력안전기술원이 사고조사팀을 급파하여 조사에 들어가 원자력연구원이 년마다 30년동안 약1만4000리터의 방사선 폐기물, 즉 약1440만ml를 하천으로 누출했다는 사실이 밝혀졌다.
  • 해외에는 북극항로 비행에 방사선이 노출된다는 많은 연구들이 있었다. 원자력안전재단에서도 조사한 2016년 데이터에 따르면, 항공 승무원은 원자력 발전소에서 근무한 직원보다 연평균 피폭방사선량이 많았다. 실제로 2021년 5월, 2009년 입사해 6년여간 근무한 승무원이 북극항로 방사선으로 인해 산재를 인정받은 사례가 있다. 다만 해당 승무원은 전년도 5월에 이미 사망하였다.

7. 픽션 속의 방사능

방사능의 이미지 때문에 닿기만 하면 100% 확률로 돌연변이가 되는 물질로 쓰이고 있다.

그러나 일부 작품에서는 부작용이나 돌연변이 그런 거 없이 새로운 능력만 부여해주는 심히 무안단물스러운 충공깽적인 성능을 보여준다. 사실 현실에서도 육종학 등에서는 식물 씨앗을 방사능에 노출시킨 뒤, 여기서 발생한 돌연변이 중에서 쓸 만한 것들을 골라내는 연구를 하기도 한다. 다만 이는 식물 한정이다. 방사능의 색깔은 보통 형광빛을 띠는 녹색으로 많이 나온다. 대표적으로 하프라이프 시리즈가 그렇다.[5]

기계는 방사능에 멀쩡하다는 클리셰도 있지만 사실 전자부품을 쓰는 로봇도 강력한 방사능 앞에서는 몇 시간 안에 작동불능이 되어 버린다. 실제로 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 당시 인간을 대신해서 로봇을 투입시켜봤는데 순식간에 뻗어서 결국 사람을 투입해야만 했다. 이렇게 투입된 인력의 별명이 '바이오 로봇'이었다고 한다.

대중매체에서 방사능이 이런 특이한 기능을 보이는 까닭은 방사능에 대한 지식이 없어서 방사능을 무슨 신종 오염물질 같은 것으로 여겨서 생긴 오해로, 실제로는 쉽게 축약하면 그냥 짱 쎈 폭탄이다. 즉 방사능에 노출되면 문자 그대로 신체의 세포 하나하나가 방사능에게 두들겨 맞은 끝에 세포 단위로 붕괴하기 때문에[6] 노출된다고 힘을 얻는 그런 쌈박한 전개는 일어나지 않는다. 설령 힘을 얻는다고 해도 그것은 거의 불가능에 가까운 확률이다. 방사능을 견딘 돌연변이 세포가 있다면 그 세포는 정상이 아니라 방사능의 소각을 견뎌낼 정도로 무섭게 번식, 재생성을 한다는 것이니 세포보다는 '암'에 가깝다. 즉 힘을 얻는다고 해도 그 '암덩어리' 때문에 힘을 얻는 것이기 때문에 힘을 대가로 시한부가 되는 것에 가깝다.
  • Warhammer 40,000의 등장하는 진영 중 하나인 스키타리의 스키타리 뱅가드들은 무려 라듐을 이용한 무기를 사용하는데 이 무기의 자체 위력도 위험하지만, 이것에서 노출되는 방사능으로 적들을 쓰러트리는 방법을 주로 사용하고 본인들도 즐긴다는 설정이 있다. 그냥 옆에 있는 것만으로도 방사능을 뿜어낼 정도로 위험해서 본인들도 천천히 죽어간다고 한다. 물론 기계교는 멀쩡한 육체도 자르고 뜯어낸 뒤 기계화시키는 게 상식인지라 신경쓰지 않는다.
  • 거미가 쬐면 물린 사람을 이것으로 만드는 거미가 된다. 카메론이 쓴 각본을 기반으로 한 영화판에선 역전사효소를 이용하여 유전자 조작된 거미로 나오는데 이쪽이 훨씬 과학적이다.
  • 뉴클리어 쓰론의 주인공 돌연변이들은 적을 죽이거나 맵에서 방사능 용기들을 깨뜨릴 시 나오는 플루토늄을 경험치로 사용해서 돌연변이를 얻어가며 강해진다.
  • 동방지령전의 6면보스 레이우지 우츠호는 '핵융합을 다루는 정도의 능력'을 갖고 있는 지옥까마귀이다. 사실 핵융합은 핵분열에 비해 방사능 물질의 생성이 압도적으로 적다. 즉 레이무와 마리사가 피폭으로 죽을 걱정은 하지 않아도 된다. 자세한 것은 핵분열 핵융합 문서 참고.
  • 폴아웃 시리즈는 배경 자체가 핵전쟁 이후의 시대이기 때문에, 거의 모든 물과 음식은 방사능으로 오염되어있다. 거기다 핵전쟁 중에 개발된 대놓고 방사능을 뒤집어 씌우는 스텔스 보이도 있다. 다만 누카-콜라와 가공식품들의 경우는 그 핵전쟁 이전부터 대놓고 방사능을 넣고 있었다. 전자는 풍미를 위해서, 후자는 보존재로서 말이다. 여담으로 그 음료수를 먹은 사람 중 63명 중 3명에게 이상이 생겼는데, 2명은 실명해버렸고 1명은 배잡고 뒹굴다가 사망, 나머지는 오줌의 색이 변했다. 그래도 60명은 아무 지장 없으니 판매 허가. 그리고 이것을 많이 쬐고서 운이 좋으면 구울 아니면 사망이다. 원자의 아이들 교단이라는 핵폭탄을 신으로 모시는 정신나간 집단[7]도 있는데 이들은 오히려 이런 방사능을 축복으로 보면서 남들에게 방사능을 이용한 무기인 감마선 방사기 라듐 소총을 뿅뿅 쏴대는 미친 짓거리를 벌인다. 이렇게 방사능에 무감각한 이유는 석유고갈로 인해 모든 에너지원을 원자력으로 처리해야 했기 때문이다. 당장 초소형 핵융합전지(MFC)니 핵분열전지니 하는 게 굴러다니고 자동차 동력도 핵에다가 기념품, 로켓 연료도 핵인 판국이다.[8] 라드어웨이나 라드-X같이 현실세계에는 존재하지 않는 방사능 제거 약물들이 민간 시중에도 풀려서 대전쟁 후에도 방사능에 대한 걱정이 상당히 줄은 것도 남용하게 된 원인이라고 볼 수 있다. 때문에 폴아웃 시리즈에서 방사능은 치료가 가능한 조금 해로운 독성물질로 취급되며, 현실세계에서의 방사능의 포지션과 위험성은 FEV가 많이 가져갔다.
  • 익스트림 고스트 버스터즈에서 방사능을 먹고 사는 유령이 있다. 모든 방사능을 먹을 수록 거대화된다. 코드엑토의 레이져까지 흡수한다[10] 방사능을 많이 먹게 되면 거대해지다가 폭발해서 죽은 줄 알았지만 살아있으며 움직이지 못한 채로 덫에 잡힌다.
  • 스트리트 파이터 가두쟁패전에서는 전세계가 핵전쟁으로 말미암아 뿔뿔이 흩어져 있던 여러 대륙이 하나로 합쳐지는 신판게아가 형성됐다. 그리고 대륙 주변부는 방사능에 오염돼 대륙 내부에서 살기 위한 싸움이 일어난다. 한편, 빈슨(베가. 경찰복 입은 스파 끝판왕)은 원자폭렬권을 사용하기 위해 위험부담을 감수하고서라도 방사능이 필요하다.
  • 커맨드 앤 컨커 레드얼럿2는 소련군의 병종의 하나로 보병 및 전차를 상대로 방사능을 쏘거나 전개하여 공격하는 데졸레이터 보병이 있다. 보병은 맞으면 즉사하며, 데졸레이터 보병 여러 명으로 해당 필드에 방사능을 전개하여 오염시키면 전차가 지나갈 때도 상당한 데미지를 입는다. 연합군 미션 '자유의 문'에서는 타냐가 사이킥 비컨을 파괴하자 화가 난 소련군이 인질로 잡고 있던 미국 시민들을 방사능으로 학살하는 잔혹한 전쟁 범죄를 저지른다. 후속작 레드얼럿 3에서는 방사능 대신 독극물을 분사하는 것으로 설정이 바뀐다.
  • 코난 엑자일 아이템 중에 라듐과 관련된 아이템이 3개 존재한다. 라듐 설명은 라듐으로 인한 방사선, 방사능에 오염된 환자의 증상을 세계관에 맞춰서 설명하고 있다.

8. 참고 문서


[1] 그 예로 방사선이 담배연기이면 방사능은, 그 담배연기가 나올 수 있게 담배 연소되고 있는 과정이라고 볼 수 있겠다. [2] "예시 - 방사능을 가진 방사성 동위원소의 방사선에 피폭되었다.", "1960년대 핵실험으로 인해 빗물에 리터당 350Bq수준의 방사능이 검출되었다." [3] 들뜬 상태. [4] 이것은 유사과학이다. 음이온 문서 참조 [5] 하지만 체렌코프 현상을 보면 알 수 있듯이 방사능 물질이 내는 빛은 푸른색이다. [6] 방사능에 노출된 동물(인간 포함)들이 기괴하게 변형되는 까닭은 방사능의 특수한 성분이 세포를 오염시켜 그 여파로 세포가 변질당해서 그렇게 된 게 아니라, 문자 그대로 세포들이 소각되고 무너져버렸기 때문이다. [7] 전작이였던 폴아웃 3에선 선역으로 등장하였다. [8] 그래서 폴아웃 4에서는 차가 상당량의 공격을 받으면 붉은색+주황색으로 차 표시가 뜨면서 핵폭발을 일으킨다. [9] 하지만 전작에서는 로봇 아저씨가 타고 다니는 연구선에서 주로 떼거지로 몰려다니는 외계 생물체들을 죽이는 데 잘만 써먹는다. [10] 그바람에 코드 엑토는 전부 잃게 된다.