안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 방사선 원소들의 반감기는 어떻게 측정되나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.방사선 동위원소의 반감기를 측정하여 핵붕괴 과정의 확률법칙을 이해한다. 이론특정한 방사성 핵종은 방사성 붕괴를 하게 되면 그 핵종은 다른 핵(딸핵:daughter)으로 변하게 된다. 방사선 핵종 하나가 있을 때 이 핵이 α, β, γ붕괴 중 고유한 하나의 붕괴를 하여 보다 안정된 핵종으로 바뀌게 되는 것은 전적으로 양자역학적인 현상이어서 주사위놀음같이 확률적인 일이다. 이러한 방사성 핵종이 원자를 구성하여 보통의 원자처럼 화합물로 있을 수도 있고 결정 등으로 있을 수 있겠으나 이러한 원자, 분자로서의 상태는 핵에 아무런 영향을 미치지 못한다.한 핵이 단위시간에 붕괴할 확률 즉 붕괴상수(decay constant)를 λ라 하자. 어떤 시간 t에 N(t)개의 핵이 있을 때 dt시간에 핵은 λN(t)개가 붕괴할 것이다. 따라서 N(t)는 다음 방정식을 만족한다. 이 방정식은 N(t)가 시간에 따라 지수함수적으로 감소하는 다음과 같은 해를 갖는다. 여기서 No 는 N(0)이다. N이 반으로 줄어드는 시간은 항상 일정하여 이를 반감기(half life)라 한다. (2)식으로부터 반감기 T는 로 붕괴상수에 반비례한다.반감기나 붕괴상수는 방사성 동위원소의 온도, 밀도 등 물리, 화학적 상태에 무관한 고유한 값을 갖는데, 이를 측정하여 미지의 동위원소를 확인 하는데 쓰기도 한다. 반감기는 물질에 따라 238U(우라늄 238)처럼 45억년이라는 긴 값을 가진 것도 있고, 217Ac(악티움 217)처럼 0.018초 작은 값을 가진 것도 있다.한편 실험에서는 동위원소의 개수를 세어볼 수 없으므로 동위원소가 단위시간당 붕괴하는 개수를 알아서 그로부터 반감기나 붕괴상수를 정한다. 단위시간에 붕괴하는 개수, 즉 계수율을 R(t)라 하자. t 시간에 계수량이 R1에서 R2로 줄었다면 반감기는로 계산된다.
Q. 태양광은 효용성이 있는 에너지 일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양광도 제작 또는 처분 과정 때문에 환경파괴 논란에서 완전히 자유롭지는 않으나, 발전하는 도중에는 대기오염 등으로 인한 전반적인 환경파괴가 거의 없다.정비요소가 적어 유지비가 저렴하다. 대형 발전기에 비하면 부품별 모듈화가 되어있어 고장나도 쉽게 고칠 수 있고 무엇보다 움직이는 기계 장치가 아예 없으므로 마모현상으로 인한 유지보수가 없다. 터빈을 포함한 모터가 얼마나 복잡하고 비싼 기계부속품인지 생각하면 패널 및 인버터 교체만 하는 태양광 발전은 정비요소가 적은 것임을 알 수 있다.또한 대형 사고 위험이 0에 수렴한다. 물론 전기 장치니만큼 전기 사고는 어쩔 수 없지만, 화력이나 원자력 같이 폭발 위험이 있거나, 수력발전처럼 댐이 터진다거나, 풍력처럼 십수미터 짜리 풍차, 터빈이 수십 미터 상공에서 떨어지는 불상사가 없다. EU공동연구소에 따르면 1조Kwh당 사망자수는 석탄 14명 천연가스 8명 해상풍력 1명 육상풍력 0.2명 2세대 원자력 0.5명 태양광 0.03명으로 화력발전이나 원자력이 아닌 다른 신재생에너지 발전에 비해서도 매우 안전한 편이고 0.0008명인 3세대 원전조차 전쟁으로 인한 위험이 있다는것을 생각해보면 태양광이 가장 안전한 방식이라고 해도 무관하다.기껏해야 유지보수 중 감전 사고나 과부하로 인한 화재 정도 인데 재난에 가까운 상황과는 거리가 멀다. 일반인도 할 수 있는 결정적인 이유가 바로 안전함도 한몫한다고 볼 수 있다. 다만 사고 위험이 없다고 아예 안전 문제를 간과하고 발전 시설을 만든다면 산사태가 발생하거나, 높은 곳에 설치하는 경우 작업자 또는 장비가 추락하는 사고가 발생할 수 있으므로 안전을 아예 등한시하면 안 되긴 하다.다른 신재생 발전에 비해서 부지 제약이 적다. 신재생에너지 발전 중에서는 일반인들이 가장 쉽게 접근할 수 있다. 전력공급이 어려운 낙도에 비교적 빠르게 확산되었고 일반 가정에서도 보조금을 지원받아서 확산되는 추세. 모듈화가 잘 되어있어 규모도 비교적 쉽게 축소/확장할 수 있고, 여러 상황이나 장소에서 사용이 가능하다는 것은 분명히 장점이다. 인프라 확충이 어려운 시골에 쉽게 설치가 가능하여 시골 주민들이 전기를 쉽게 얻을 수 있고, 남은 전기를 한전에 팔아 수익을 내기도 한다.
Q. 고무의 탄성은 어떤 성분으로 이뤄지는거고 어떻게 구성되는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.고무 탄성(Rubber elasticity)은 폴리머(중합체)의 역학적 성질에 관한 것으로, 주로 가교결합과 관련이 있다.고무 탄성 이론에서 고무 폴리머 체인은 흔히 "엔트로피 스프링(entropy spring)"이라고 불린다. 체인이 외부의 힘에 의해 팽창하면 고무 폴리머들의 배치가 크게 제한되고, 엔트로피는 감소한다. 자연에서 어떤 물질의 상태는 엔트로피는 낮은 상태에서 높은 상태로 변하려는 경향성을 지니고 있기 때문에 고무에서 복원력이 생겨 원래 상태로 돌아간다. 과학자들은 고무 폴리머들의 엔트로피를 수학적으로 계산하기 위한 모델들을 만들었다. 대표적으로는 자유 연결 체인 모델(Freely-jointed Chain Model)과 지렁이 체인 모델(Worm-like Chain Model)이 있다.
Q. 생명과학에서 대조실험이란 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.실험을 할 때, 시료를 넣지 않으면서 시료를 쓸 때와 똑같은 경우를 만들어 실험하는 것을 말한다.바탕시험, 블랭크테스트, 공시험이라고도 한다. 시료를 분석할 때 쓰는 시약 ·용기(容器) ·실험실 등에서 나오는 목적성분(目的成分)이나 불순물이 끼어들어 생기는 외부적 오차를 없애고 참에 가깝게 하기 위해서 검체를 사용하지 않고 시료를 쓸때와 똑같은 조작을(되도록이면 동시에) 하는 것이다. 그 결과로서 얻어진 값을 ‘블랭크밸류’라고도 한다. 블랭크밸류는 특히 미량분석을 할 때 중요하며, 블랭크 값은 목적성분의 함량에 비해서 적은 것이 바람직 하다. 또 시료가 있을 때와 없을 때는 블랭크 값이 달라질 수가 있으므로 주의하여야 한다.
Q. 왜 남자는 여자보다 다리벌리기가 쉽지 않은가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.일반적으로 해부학적 , 생리적인 차이를 비롯해 몇 가지 요인들로 여성이 남성보다 더유연하다는사실을 보여줍니다. 그럼 왜 여성은 남성보다 유연성이 더 좋을까요? 우선 골반의 구조적 차이로 여성은 남성에 비해 하지 관절의 가동 범위가 더 크고 여성이 남성에 비해 근육량이 적어서 스트레칭에 대한 저항력이 낮기도 합니다.뿐만 아니라 남녀 간의 호르몬 차이 등등 이렇게 여러 요인들이 있는데요 .또 하나는 유연함과 뻣뻣함에 상당한 영향을 줄 수 있는 결합조직의 구성 차이도 예를 들 수 있습니다. 인체에는 결합조직이라는 수많은 구조물들로 구성되어 있는데요 .결합조직은 방어,보호,저장,운반,결합,연결,지지와 복구의 기능을 가지고 있습니다. 신체의 유연함과 뻣뻣함을 결정하는 데 큰 영향을 주는 조직이 '근육조직'과 '결합조직'입니다. 그리고 이것은 통틀어 유연성과 경직에 중요한 역할을 하는 "연조직"이라고도 합니다.일반적으로 관절의 가동 범위를 증가시키려면 근육과 관절 내 결합조직의 신전성을증가시켜야 하는데요. 이런 결합조직의 주된 구성 요소는 교원질,탄성소,수분으로써 이것들의 함유량에 따라 여자와 남자, 또는 같은 성별이라도 개개인마다 유연성의 차이를 보이게 되는 원인이 됩니다.