엑스선이란 무엇일까?

#1 엑스선이란?

엑스선은 파장이 10 ~ 0.01 나노미터이며, 주파수는 3 × 1016헤르츠에서 3 × 1019헤르츠 사이인 전자기파다. 이는 자외선보다 짧은 파장의 영역이다. 독일의 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 처음 발견하여 이름붙였으며, 그의 이름을 따라 뢴트겐선으로도 부르기도 한다. 뢴트겐은 이 발견으로 최초의 노벨 물리학상을 수상했다. 엑스선은 투과성이 강하여 물체의 내부를 볼 수 있으므로, 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 널리 쓰인다.

 

 

 

#2 성질

엑스선의 파장의 한계는 분명하게 정의되어 있지 않으나, 보통 10−10 m의 수백 배에서 수백만분의 1의 파장의 빛을 엑스선이라 부르고 있다. 엑스선은 엑스선의 발생 방법에 따라 2가지 종류가 있다. 하나는 제동복사에 따라 만들어지는 연속 엑스선으로서 전자가 원자나 원자핵에서 받는 쿨롱 힘에 의해 갑자기 진로가 바뀔 때에 발생하는 엑스선이다. 다른 하나는 특성 엑스선으로서 원자 속의 깊은 에너지 준위에 있는 전자가 제외되었을 때, 그 공백을 메우려고 바깥쪽 궤도에서 전자가 이동할 때 발생하는 엑스선이다.

 

 

엑스선은 매우 빠르게 움직이는 전자가 무거운 원자에 충돌할 때 발생한다. 가열된 음극 필라멘트로부터 나온 전자는 양극 표적을 향해서 가속된다. 이때 전자의 최종 속도는 전자가 얻은 운동 에너지가 전기장에 의해서 전자에 한 일과 같다고 놓음으로써 계산할 수 있다. 이 전자의 운동에너지는 충돌시 대부분 열로 전환되며, 단지 1% 미만의 에너지만이 엑스선을 발생시키는데 이용된다. 양극의 역할을 하는 표적으로는 보통 크로뮴, 철, 코발트, 니켈, 구리, 몰리브데넘, 텅스텐 등을 쓴다. 표적에 도달한 고속의 전자는 원자핵의 쿨롱 장에 의해서 강하게 굴곡되어 저지당한다. 이때 전자의 운동 에너지 중 일부가 제동 복사로 방사되는데, 이것이 바로 엑스선이다. 이런 종류의 엑스선의 스펙트럼은 연속적이므로 이를 연속 엑스선'이라고 한다.

 

한편, 전자는 표적 원자의 궤도 전자를 쫓아내든지 아니면 높은 준위로 들뜨게 함으로써 운동 에너지 가운데 일부를 잃는데, 이에 따라 높은 궤도로부터 낮은 궤도로 전자가 떨어지면서 엑스선이 방사된다. 이 엑스선은 궤도 사이의 에너지 차에 의해 주어지는 불연속적인 스펙트럼을 가진다. 그러므로, 이 엑스선을 특성 엑스선이라 부른다.

엑스선을 투과력에 따라 분류할 수도 있다. 약 0.12 ~ 12 킬로전자볼트는 연엑스선(soft X-ray), 약 12 ~ 120 킬로전자볼트는 경엑스선(hard X-ray)으로 부른다.

#3 X선의 용도

• 의료용 X선 - X선은 일반영상 검사(Simple radiography, X-Ray 검사라고도 한다.), 투시검사, 혈관조영 검사, CT검사 등 여러 분야에서 이용된다.

 

• 엑스선 결정학 - 엑스선 결정학은 원자들이 밀집된 결정에 방사했을때 입사된 엑스선 회절의 패턴을 기록하고 분석하여 그 결정의 격자구조를 파악하고 나아가, 그 물질만의 특성을 파악하는 학문이다.
• 산업 기타 용도 - 부품이나 용접 부분에 엑스선 촬영을 실시해 부품, 용접 부위의 무결성을 검사하는데 이용할 수 있다. 또한 공항 안전 수하물 스캐너는 수하물의 내부를 엑스선으로 쪼아 투영함으로써 위험 물질이나 무기 등을 찾을 수 있다. 엑스선은 파장이 짧은 전자기파이기 때문에 물질을 잘 통과한다. 엑스선의 회절을 이용하여 물질의 구조를 결정하거나 조영제를 사용하여 인체 내부의 이상을 알아보는 등 응용 범위는 매우 넓다. 또 엑스선과 우라늄의 방사능의 발견이 도화선이 되어 20세기의 원자 물리학의 발전이 시작되었다.

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X선에 대해서 이해가 잘 가셨나요?

흔히 발목을 접질렀거나 각종 검사를 할 때 흔하게 검사 받는 X레인지 검사가 당연 떠오를 수 밖에 없으셨겠죠?

저도 글을 쓰면서 X선에 대한 정확한 용도부터 성질까지 더 정확하게 알 수 있는 기회가 된 것 같아서 좋았습니다!

그럼 다음 포스팅에서 만나요 :-)