Ⅰ. 서 론

2020년 세계보건기구 (World Health Organization; WHO)는 전체 암 환자 약 192백만명 중 22백만명 정도가 폐암 이라는 결과를 발표하였다. 이는 전체 암 중 11.4%를 차지하 여 가장 높은 유방암과 차이가 없는 심각도로 나타났으며, 실제 폐암으로 인한 사망자 수는 전체 사망자 수의 18.0%로 가장 높은 비중을 차지하였다[1]. 우리나라의 흡연율은 약 17.5%로 나타났는데 이는 경제협력개발기구(Organization for Economic Cooperation and Development; OECD) 평 균인 17%를 상회하는 수준이고, 특히 남성의 흡연율은 30.5% 로서 OECD 국가 중 3번째로 높다[2]. 담배는 다량의 독성물 질을 함유하고 있고, 이에 대한 인체의 영향도 적지 않은 것으 로 나타나고 있다[3]. 이러한 영향에도 불구하고 높은 흡연율 에 대한 담배에 함유된 방사성 물질에 대한 인식은 많이 알려 지지 않았기 때문에 방사선 피폭에 대한 연구는 많지 않다[4].

담배 내에는 우라늄 계열의 방사성핵종이 포함되어 있다. 우라늄 계열의 대표 핵종인 라돈(Rn-222)은 체내로 흡수될 때 친화성 조직인 폐에 장기간 침착되어 폐암이 유발될 가능 성이 높은 것으로 알려져 있다[5]. 미국 환경보호청(Environmental Protection Agency; U.S.EPA)에서는 라돈에 의한 미국 내 사망자 수가 연간 7,000∼30,000명 수준으로 보고되고 있다 [6]. 이는 라돈 그 자체는 불활성기체로 반응성이 낮아 직접적 으로 폐에 영향을 미칠 가능성은 적으나 라돈의 붕괴 과정에 서 생성되는 라돈의 자손 핵종은 입자의 형태로서 호흡을 통 해 흡입하면 폐에 흡착 후 붕괴하면서 이에 대한 에너지를 주변 조직에 부여하여 생물학적 손상을 초래할 수 있는 기전 을 가진다[7].

이에 본 연구에서는 담배 내 함유된 방사성 농도분석 및 위해도 평가를 위해 담뱃잎(tobacco)과 담배 연기(cigarette smoke)로 분리하여 시료를 채집한 후 자손 핵종을 측정할 수 있는 고순도게르마늄검출기(High Purity Germanium detector; HPGe)를 이용, 국내에서 시판되고 있는 담배 내 함유된 라돈의 대표적인 자손 핵종인 Bi-214와 Pb-214의 방사성 농도를 정량분석하고, 그 결과를 토대로 유효선량을 산출 후 위해도를 평가함으로써 흡연으로 인한 방사선에 대한 피폭량을 알아보고, 이에 대한 경각심을 가지는 것을 목표로 하였다.

Ⅱ. 재료 및 측정 장비

1. 실험용 담배 및 방사능 측정 장비

연구대상으로 사용된 담배는 궐련(cigarette)을 사용하였 으며, 권련은 담뱃잎에 향료 등의 물질을 첨가하여 종이로 싼 형태로, 본 연구에서는 종이, 필터 등을 제외한 부분을 담뱃잎으로 총칭하였다[8]. 국산 담배 3종류(A,B,C) 및 외국 산 담배 2종류(D,E)로 총 5종류로 실험하였다. 담배의 판매 량은 공개되고 있으나 브랜드별 판매량은 공개되지 않기 때 문에 인근 담배 판매점 20곳에서 팔고 있는 대표적인 담배 브랜드 중 5종류로 사용하였다. 방사능 측정은 대표적인 감 마핵종 분석장비로 알려진 HPGe(Canberra, USA)를 활용하 였으며[9], 이는 검출기, 파고분석기, 차폐체 및 소프트웨어 등으로 이루어져 있다. 장비의 세부 사양은 Table 1과 같다.

측정하고자 하는 라돈(Rn-222)은 불활성기체로서 선행 연구에서는 Po-210을 중심으로 연구하였으나[10], 이는 공 기 중 직접 측정방법으로 검출되는 핵종으로서 담뱃잎의 방 사능 농도 분석을 위한 핵종으로는 적절하지 않다. 방사성 붕괴에 대한 시간의 불확실성을 배제시키기 위해 측정대상 의 자손핵종 중 방사능 농도분석에 가장 일반적으로 활용되 는 Pb-214 및 Bi-214를 최종 핵종으로 선정하였고, 이를 위해 파라핀 테이프로 밀봉하여 장입된 시료들은 라돈 방사 능 분석을 위해 23일의 기간을 두어 영속 평형을 수행한 후 측정하였다. 방사능 분석 시간은 각 시료 당 30,000초로 설 정하여 측정하였으며[11], 측정된 스펙트럼 분석 프로그램 은 Canberra 사의 Genie 2000 basic을 사용하였다.

2. 방사능 측정 방법

담배 연기에 대한 시료를 획득하기 위해 우수한 라돈 흡 착 능력을 가진 불용성 활성탄을 이용하여 포집하였다 [12-15]. 이는 우라늄 계열 핵종이 불용성인 성질을 이용한 것으로 본 연구에서는 경덕탄소산업에서 생산한 대기 측정 용 입상 활성탄인 coconut shell(활성탄 입자 4∼8) 모델을 이용하였고, 연기가 흡착될 수 있는 표면적을 넓히기 위해 이를 분쇄하여 포집하였다. 연기 포집을 위해 밀폐된 공간 이 필요하여 포집기를 활용하였고, 이는 (50 × 40 × 50) cm³ 아크릴 박스를 사용하였다. 시료는 담배별 각 1갑(20개 비)으로 수량을 고정한 후 아크릴 박스 양측 모서리에 10개 비씩 묶어 담배를 넣고 비닐 랩을 씌워 밀봉하였고, 담배 연 기가 충분히 흡착될 수 있도록 90∼120분의 흡착 시간을 두 었다. 연기 포집이 완료된 활성탄은 즉시 Marinelli Beaker 에 담은 후 시료에서 발생하는 라돈 등의 가스가 유출되지 않도록 파라핀 테이프로 밀봉 후 보관하였다(Fig. 1).

담뱃잎 시료도 담배별 각 20개비로 정량화하였고 담뱃잎 시료 채집 시 손실을 최소화하기 위해 글로브박스에서 담뱃 잎을 분리하였다. 시료를 균일화시키기 위해 우선 수분을 제거하였다. 제조 또는 시료 채집 시 수분이 존재할 수 있어 열풍건조기를 이용하여 105 ℃ 에서 약 2시간 건조하였고, 건조된 시료를 절구를 이용하여 분쇄한 후 10 g 한천과 물 1 L를 배합하여 감마핵종분석 교정선원과 같은 형태인 우무 (agar) 형태로 최종 제조하여 이를 측정용기인 Marinelli Beaker에 담아 최종 완성하였다(Fig. 2). 이는 시료의 양을 분석 가능한 양으로 정량화시키기 위한 희석 방법으로서 우 무는 방사능 분석대상인 담뱃잎의 균일한 분포가 되도록 고 정하기 위해 이를 활용하였다. 우무에 대한 영향을 알아보 기 위해 측정한 결과, 순수한 우무에서는 방사능이 검출되 지 않아 이는 시료의 단순 고정 역할로만 사용되었다.

담배 내 함유된 라돈(Rn-222)의 방사성 물질을 측정하기 위해 자손 핵종인 Bi-214와 Pb-214를 관심 핵종으로 설정 하였다. Rn-222의 경우 불활성기체이기 때문에 측정이 난 해하고, 이 붕괴계열인 Bi-214(609.31 keV, 반감기: 19.7 min) 및 Pb-214(351.93 keV, 반감기: 26.86 min)는 적당 한 반감기를 가지고 있어 이 핵종 특성을 이용한 간접 추정 을 하는 방법으로 분석을 수행하였다.

3. 방사선에 대한 위해도 평가

방사선에 대한 위해도 평가는 식 1을 통해 유효선량으로 평가하였다. 하루 평균 흡연량은 통계조사 결과를 통해 13 개비로 설정하였고[16], 이 중 유효선량으로 변환시키는 선 량변환인자와 흡연 시 인체 내 유입되는 연기의 양은 ICRP 권고에서 제시하는 라돈의 권장 선량변환인자인 3.5×10^-6 및 0.75를 적용하였다[17].

Ⅲ. 결 과

1. 담배 연기와 담뱃잎의 방사능 농도 측정

담배 연기와 담뱃잎을 각각 채집한 후 함유된 라돈의 자 손 핵종의 측정 결과는 담뱃잎의 경우 Bi-214의 최댓값은 0.715 Bq/kg, Pb-214의 최댓값은 0.590 Bq/kg으로 비교 적 미량의 수치만 검출되었으나, 담배 연기의 경우에는 Bi-214의 최댓값은 3.337 Bq/kg, Pb-214의 최댓값은 3.652 Bq/kg으로 검출되었다(Table 2).

C 담배가 비교적 높은 측정 결과를 나타낸 것으로 보이나 전체적으로 모든 품목이 비슷한 방사능 측정값을 나타내었 다. 백그라운드의 영향을 제거하기 위해 활성탄은 포집 전 측정을 수행하였고, 우무 형태의 경우 담뱃잎을 포함하지 않은 시료를 별도로 제조 및 분석하였으나 최소가능검출방 사능(Minimum Detectable Activity; MDA) 미만으로 검출 되어 이에 대한 영향은 없었다.

2. 방사선에 대한 위해도 평가

방사능 측정값을 적용하여 폐의 유효선량으로 산정하면 담뱃잎의 경우 최대 0.379 mSv/y의 피폭이 예상되어 효과 는 미미한 것으로 보이나 담배 연기의 경우 최대 1.099 mSv/y의 피폭이 가능할 수 있을 것으로 나타났다. 담배별 유효선량은 Table 3으로 나타내었다.

Ⅳ. 고 찰

라돈을 측정하는 방법은 여러 가지가 있다. 본 연구 수행 과 같은 자손 핵종의 방사능을 측정하여 방사평형을 수행한 후 어미 핵종을 간접 추정하는 방법과 공기 중 라돈을 연속 적으로 측정할 수 있는 라돈 연속 측정방법이 대표적이다. 본 연구 수행 간 라돈 연속측정장치인 RAD7을 이용한 공기 중 라돈의 연속측정 방법을 이용하여 라돈을 직접 계측하는 것을 고려하였으나, 담배 연기를 직접 측정하였을 경우 필 터를 흡착함에도 불구하고 담배 연기 등 측정 대상물이 RAD7 내 Si 검출기에 영향을 주어 장비의 손상 및 오염을 시킬 가능성이 있어 이를 수행하지는 않았다.

통상 담배에 대한 연구는 담배연기에 대한 연구가 대부분 이다. 그러나 본 연구에서는 담배연기의 위해성뿐만 아니라 담뱃잎 그 자체에 대한 방사능 농도 분석도 수행하였다. 시판 중인 담배는 담배식물로부터 원료를 얻어 제조되는 것으로 이는 토양 및 비료로부터 뿌리 흡수를 통해 잎담배가 자라는 기전을 가지고 있는데[18], 우리나라는 화강암 지대로서 우라 늄이 다량으로 함유되어 있기 때문에 라돈의 영향이 높은 지 역으로 구분된다. 이에 뿌리 흡수가 주 기전인 담뱃잎 자체에 서의 방사능 농도 및 그 영향도 함께 분석하고자 하였다.

또한, 본 연구에서는 활성탄의 표면적을 최대한 높여 담 배 연기에 대해 100% 흡착하여 연구를 수행하였다고 전제 하였기 때문에 실제 담배 연기로 인한 피폭은 실외 공기의 흐름 등을 고려하였을 때 외부 조건에 따라 줄어들 수 있을 가능성이 있다. 다만, 외부 조건은 통제 불가능한 영역이므 로 연구에서는 100%로 전제하여 피폭선량 평가를 수행하였 다[19]. 담뱃잎 일부 측정값이 MDA 이하로 측정되었는데, 주된 원인으로는 HPGe의 특성이 (3“×3”) NaI 기준 대비 30%의 상대 효율을 가지고 있다는 점과 측정하고자 하는 담 배 내에 함유한 우라늄 계열의 핵종이 대부분 낮은 감마방 출 분율과 낮은 고유에너지를 가지고 있기 때문이다. 이는 향후 고효율의 측정기를 사용한다면 더욱 정밀한 측정값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

담뱃잎 자체의 방사능에 대한 피폭 효과가 미미하나 담배 를 실제 태웠을 때의 연기는 최대 5배의 높은 방사능 농도를 나타내었고, 이를 유효선량으로 환산하였을 때는 최대 9배 까지 위해도가 증가하는 것으로 확인되었다. 이는 흔히 알 려진 담뱃잎 그 자체보다 태웠을 경우 화학물질과의 반응을 통해 발생하는 연기가 더 유해하다는 선행 연구결과와도 부 합할 수 있는 결과를 나타내었다[20,21]. 연기로 인한 피폭 선량은 종류에 따라 최대 1.099 mSv/y 까지 피폭될 가능성 이 있었으며, 이는 일반인의 유효선량 한도인 1 mSv/y를 상 회하는 영향력 있는 값임을 알 수 있었다[22]. 즉, 장기적인 흡연을 통한 방사선 피폭은 인체에 심각한 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상할 수 있었다.

연구대상이 시판되는 담배 중 총 5종으로 제한되었으며, 유효선량의 계산이 장기별로 세분화되지 않아 제한점이 있 으나 담배에 대한 방사선에 대한 피폭선량 평가에 대한 연 구가 전무한 실정이므로 이 연구를 초석으로 다양한 연구가 이루어진다면 흡연으로 인한 방사선 피폭 및 이로 인한 생 물학적 효과를 규명하고, 이에 대한 경각심을 가질 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 국내에서 시판 중인 담배의 담뱃잎과 담배 연 기에 대해 방사능을 측정함으로써 흡연으로 인한 피폭량을 산정하여 그 위해도를 알아보았다. 담뱃잎 자체의 방사선에 대한 피폭은 적지만 담배를 태웠을 경우 연기에서의 방사능 농도가 최대 5배 증가하고, 유효선량은 최대 9배로 증가하 여 담배 종류에 따라서는 일반인의 유효선량 한도인 1 mSv/y를 상회할 수 있으므로 담배에 함유된 방사선에 대한 보다 다양한 연구와 인체 내 피폭선량 저감 방안 또는 권고 사항이 정립되어야 할 것으로 판단된다.