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'음이온 발생기가 내장된 TV'를 만들었다는 한 가전사의 발표이후 많은 사람들이 과연 음이온이란 것이 무엇인지 궁금해 하고 있다.

대도시의 인구 과밀과 자동차의 폭발적 증가에 따른 대기오염이 인간생활에 미치는 악 영향은 굳이 언급할 필요조차 없을 정도로 심각하다. 그런데 흔히 우리는 오염이란 단어에서 실외의 오염만을 떠올릴 뿐 실상 실내 오염에는 별다른 주의를 기울이지 않고 있다. 그러나 남녀를 불문하고 우리는 하루 중 보통 20시간 이상을 실내에서 생활하고 있다. 더욱이 건축자재의 발달과 냉난방 시설의 보급으로 대개의 건물은 환기부족으로 인한 심각한 실내 오염상태에 놓여있다.

최근 건강에 대한 인식 고조로 실내 공기질 향상에 대한 욕구가 날로 커지고 있다. 이에 발맞춰 가전사들은 원적외선을 방사하거나 음이온을 방출하는 이른바 '기능성 전자제품'을 개발, 발표하고 있다. 원적외선 효과는 바이오세라믹스 제품 등으로 이미 어느 정도 일반에 인식된 편. 그러나 음이온 발생 제품은 이미 이번 발표 전 실내 공기 정화기와 에어컨 등이 있었음에도 크게 알려지지 않았다. 그래서 많은 사람들은 음이온 TV 발표이후 대체 음이온이란 것이 무엇인지 궁금해 하고 있다.

음이온이란 간단히 말해 실내 공기를 구성한 요소의 하나인 산소 이온(${O}_{2}^{-}$)을 지칭하는 것이다. 정상적인 건조 공기의 구성은 질소 78% 산소 20.9% 아르곤 0.93% 이산화탄소 0.03%와 기타 미량의 성분으로 구성돼 있는데, 공기는 다소의 기체상태 액체상태 고체상태 미립자를 포함하고 있어 공기중 분산돼 대전현상을 일으킨다. 공기이온이란 바로 대전된 미립자를 일컫는 것으로, 보통 1개나 여러개의 소전하(素電荷, 1.6X${10}^{-19}$C)를 갖고 양(+) 또는 음(-)으로 하전된다.

이때 상호 중화되거나 확산에 의해 소실되는 것을 제외하면 오염되지 않은 깨끗한 공기는 공기 1cm²당 약 8백-2천개 정도가 존재하는 것으로 알려져 있다. 전리에 의해 생성된 공기중의 이온은 그 크기가 서로 다르며 직경이나 이온 이동도에 의해 (표)와 같이 분류한다.

대이온은 공기속에 에어로졸 입자에 소이온이 브라운 운동과 전기력에 의해 충돌 결합한 것이며, 생화학적 효과를 갖는 것은 소이온과 중이온으로 알려져 있다. 깨끗한 공기가 안정된 준위에 있을 때 대이온을 제외하면 양이온 대 음이온의 비율은 약 1.2대 1인데, 공기가 오염된 곳에서는 음이온의 비율이 급격히 감소한다.
 

스피커 통해 음이온 방출
 

폭포 밑이나 공원 분두새 곁에 서 있을 때, 해안에 부딪혀서 부서지는 파도 가까이 섰을 때, 또 심한 소낙비가 지나간 다음 외출했을 때 사람들은 대개 상쾌한 기분을 느낀다. 이는 물방울 등이 힘차게 물건에 부딪혀 분열하면서 물방울은 양극의 전극을 띠고 주위의 공기는 음극의 전기를 띠는 공기의 이온화 현성(레너드 현상)에 의해 음으로 대전한 산소이온이 다량으로 발생하기 때문이다.

가전제품을 통해 공기 음이온이 발생하는 원리를 (그림1)과 (그림2)를 통해 살펴보자. 통상 공기, 혹은 가스중에는 우주선이나 방사선에 의해 전리된 전자나 이온이 존재한다. 방전침에 직류의 고전압을 가하면 전류가 흐르기 시작하는데, 이 상태에서 공기중의 전자가 전기에 의해 운동에너지를 얻어 기체 분자와 충돌하고 중성가스 분자에 에너지를 부여하면 분자는 자신의 전자를 이탈시켜 양이온이 된다. 전극간에 가해진 전압이 전리전압보다 커지면 중성분자 M은 다음과 같이 전리된다.

M → ${M}^{+}$ + O

이후 전리에 의해 생성된 새로운 전자가 충돌 전리를 반복해 α작용의 전자 사태(electron avalanche)를 일으킨다. 기체분자를 전리시키는 에너지를 부여한 전계는 방전극(-) 부근의 전리역(電離域) 내에 한정된다. 충돌전리에 의해 생성된 전자는 전리역을 나와 대향전극(접지극)을 향하고 중성 기체분자에 충돌 부착해 중성분자를 음이온 ${M}^{-}$로 만들며, 전리에 의해 생성된 양이온 ${M}^{+}$는 음극인 방전극에 충돌 흡수된다. 이때 충돌에너지에 의해 방전극 표면에서 새로운 전자가 튀어나와 양이온에 의한 방전극면에서의 γ작용의 2차 전자 방출로 방전이 계속 되는데, 음이온 생성메커니즘은 방전침 부근의 전리역 내에서 αγ작용의 전자사태로 발생한, 운동에너지가 큰 고속의 전자에 의해 다음과 같이 원자화 및 양이온화가 이루어진다.

${O}_{2}$ → 2O
${O}_{2}$ → ${O}_{2}^{+}$ + e
O → ${O}^{+}$ + e

또한 전리역 밖에서는 운동에너지가 적은 저속의 전자에 의한 반응에 의해 다음과 같이 음이온화 한다.

${O}_{2}$＋ → ${O}_{2}^{-}$
O＋ e → ${O}^{-}$

방사선에 의해 생성되는 이온의 대부분은 ${O}_{2}^{-}$와 (${H}_{2}$O)n의 형태이고 극소수 N${O}_{2}^{-}$(X)의 형태를 포함하지만, 음이온 발생기와 같은 기구의 코로나 방전에 의해 만들어지는 음이온은 ${O}_{2}^{-}$나 (${H}_{2}$O)n의 형태이긴 마찬가지여도 N${O}_{2}^{-}$(X)형태의 음이온 발생이 방사선에 의한 발생량보다 약간 증가한다. 최근 금성사가 개발한 공기정화기와 음이온 TV는 팬과 스피커 음의 방사를 이용해 강제적으로 실내에 음이온이 확산되도록 했다.

미국 UCLA 대학의 크루거 박사와 이스라엘 히브루 대학의 설만 박사에 의하면 음이온이 공기 1㎠당 1천개 이상으로 풍부해질 때 뇌 α파의 활동을 활발하게 해 긴장을 완화시켜주며 천식과 같은 호흡기 질환을 일으키는 신경 호르몬인 세로토닌과 항 히스타민을 억제하는 것으로 밝혀졌다. 이외에도 지금까지 연구된 음이온의 인체 효과로는 혈관확장, 혈압유지, 이뇨작용 촉진, 맥박 감소, 자율 신경 진정 등 다양해 '공기의 비타민'이라 불리기도 한다.

세계적으로 음이온에 대한 연구는 미국과 일본 등지에서 활발히 이루어지고 있으나 아직 국내에서는 그다지 주목받지 못하고 있는 형편이다. 앞으로 음이온 연구는 실내 공기 청정 표시의 종합지표로 활용될 수 있도록 하기 위한 방향으로 진행될 것으로 보인다.