서언
X선의 발견
1895년 독일의 물리학자 뢴트겐에 의해 발견
-유극선 연구중 유극선관 근처에 있떤 형광체가 빛을 내는 것을 발견
이것은 어떤 보이지 않는 방사선이 일으키는 현상이라 생각했다.
-이를 미지의 방사선이라는 의미로 X선이라 하였다.
X선의 성질
-전자기파의 일종이다.
-횡파이다.
-질량이 없다.
-전하량이 없다.
-전기장 및 자기장 내에서 편향되지 않고 직진한다.
-전리 방사선이다.
-진공 속에서의 속도는 광속과 같다.
-광자라는 입자로 보기도 한다.
X선의 이용분야
-진단 및 치료 : 모든 장기 검사 및 암치료
-치과용 : 치아 기공 검사 및 배열 검사
-식품 보관 처리
-비파괴 검사(건물)
-무기 검사(공항)
-X선 회절을 이용한 물질 구조 분석
X선의 발생원리
-고에너지를 가진 고속 전자가 물질의 구성 원자와 상호작용 할때 X선이 방사됨
고속전자와 표적물질과의 상호작용
수 eV에서 수MeV까지의 에너지를 갖는 전자와 물질과의 상호작용으로는
탄성산란, 비탄성산란, 방사손실이 있다.
1.탄선산란
-가속전자와 물질을 구성하는 원자의 전기장이 상호작용하여 가속전자 및 원자의 에너지를 변화시키지 않고 가속전자의 진행방향만 바뀌어 산란하는 과정이다.
-이는 충돌하는 전자의 에너지가 원자에 비교해서 작기 때문이며 이 과정에서 전자의 에너지 손실은 없다.
2.비탄성산란
-가속 전자가 물질과 상호작용하여 원자를 여기 또는 전리시키면서 전자의 에너지가 감소하게 되는 과정이다.
(비탄성 산란 후 천이하면서 특성 X선이 방출된다.)
3.방사손실
-가속전자가 원자핵의 전기장과 상호작용하여 전자의 에너지를 잃는 과정이다.
(연속 X선이 발생한다.)
고속전자가 물과 납의 상호작용에서 충돌 손실과 방사 손실의 예
-충돌 손실은 원자번호가 작은 물에서 많이 일어난다.
-방사 손실은 원자번호가 큰 납에서 많이 일어난다.
-전자의 운동에너지가 어느 일정 이상이 되면 방사손실이 충돌손실보다 커진다.
연속X선
연속X선의 발생원리
-고 에너지를 가진 하전입자가 물질을 구성하는 원자의 원자핵 근처를 지날 때 강한 쿨롱 인력을 받아 편향되거나 갑자기 정지하게 되는데 이 때 전자의 운동에너지는 손실될것이고 이에 해당하는 만큼의 에너지가 전자기파로 발생되며 이를 제동방사에 의한 제동X선, 또는 연속X선, 또는 백색X선 이라고도 한다.
연속 X선 스펙트럼이 나타나는 이유
-고에너지의 전자가 원자핵에 의해 저지될때 잃는 운동에너지는 0에서부터 전체까지이기 때문이다.
-즉, 원자핵 근처로 갈수록 더 많은 운동에너지를 잃게 되어 더 높은 에너지의 제동방사선이 방출된다.
(파장이 짧아지고, 진동수는 많아진다.)
-가속 전자가 원자핵과 정면 충돌할 때 전자는 정지하며 이 때 발생하는 X선 에너지가 가장 크다.
백색 X선이라 하는 이유
-모든 파장의 방사선시 혼합되면 백색의 전자기파가 되기 때문이다.
특성 X선
특성 X선의 발생원리
-고 에너지를 가진 하전입자가 Target 물질을 이루는 원자의 내각 궤도 전자와 충돌하여 이를 원자 밖으로 전리시키면 외각궤도전자가 에너지가 낮은 내각 궤도로 천이하면서 두 궤도의 에너지 차이에 해당하는 전자기파를 발생시킨다.
이러한 전자기파 중에서 X선 영역에 해당되는것을 말하며 특성 X선 또는 고유 X선 이라고도 한다.
특성 X선, 고유 X선 이라고 하는 이유
특성 X선
-원자마다 궤도 전자의 에너지 준위가 있고 이에 따라 특정 파장의 X선을 발생하기 때문에 특성X선이라 한다.
고유 X선
-원자에 따라 그 파장이 각각 다르고 고유하므로 고유 X선이라 한다.