엑스線 (-線, 英語 : X-ray 엑스레이 ^{[ * ]} )는 波長 이 10 ~ 0.01 나노미터 이며, 周波數 는 3 × 10 ¹⁶ 헤르츠 에서 3 × 10 ¹⁹ 헤르츠 사이인 電磁氣波 다. 이는 紫外線 보다 짧은 波長의 領域이다. 獨逸의 物理學者 빌헬름 콘라트 뢴트겐 이 처음 發見하여 이름붙였으며, 그의 이름을 따라 뢴트겐선 으로 부르기도 한다. ^[1] 뢴트겐은 이 發見으로 最初의 노벨 物理學賞 을 受賞했다. 엑스線은 透過性이 强하여 物體의 內部를 볼 수 있으므로, 醫療 分野 및 非破壞 檢査 等에 널리 쓰인다.

性質 [ 編輯 ]

엑스線의 波長의 限界는 분명하게 定義되어 있지 않으나, 普通 10 ^?10 m의 數百 倍에서 數百萬分의 1의 波長의 빛을 엑스線이라 부르고 있다. 엑스線은 엑스線의 發生 方法에 따라 2가지 種類가 있다. 하나는 制動 輻射 에 따라 만들어지는 連續 엑스線 으로서 電子가 原子나 原子核에서 받는 쿨롱 힘 에 依해 갑자기 進路가 바뀔 때에 發生하는 엑스線이다. 다른 하나는 特性 엑스線 으로서 原子 속의 깊은 에너지 準位에 있는 電子가 除外되었을 때, 그 空白을 메우려고 바깥쪽 軌道에서 電子가 移動할 때 發生하는 엑스線이다.

엑스線은 매우 빠르게 움직이는 電子 가 무거운 原子 에 衝突할 때 發生한다. 加熱된 陰極 필라멘트로부터 나온 電子는 陽極 標的을 向해서 가속된다. 이때 電子의 最終 速度는 電子가 얻은 運動 에너지 가 電氣場에 依해서 前者에 한 일(單位: 전자볼트 )와 같다고 놓음으로써 計算할 수 있다. 이 電子의 運動에너지는 衝突時 大部分 熱 로 轉換되며, 團地 1% 未滿의 에너지만이 엑스線을 發生시키는데 利用된다. 陽極의 役割을 하는 標的으로는 普通 크로뮴 , 철 , 코발트 , 니켈 , 九里 , 몰리브데넘 , 텅스텐 等을 쓴다. 標的에 到達한 高速의 電子는 原子核의 쿨롱 腸 에 依해서 强하게 屈曲되어 저지당한다. 이때 電子의 運動 에너지 中 一部가 制動 輻射 로 放射되는데, 이것이 바로 엑스線이다. 이런 種類의 엑스線의 스펙트럼 은 連續的이므로 이를 連續 엑스線' 이라고 한다.

한便, 前者는 標的 原子의 軌道 電子를 쫓아내든지 아니면 높은 準位로 들뜨게 함으로써 運動 에너지 가운데 一部를 잃는데, 이에 따라 높은 軌道로부터 낮은 軌道로 電子가 떨어지면서 엑스線이 放射된다. 이 엑스線은 軌道 사이의 에너지 差에 依해 주어지는 不連續的인 스펙트럼 을 가진다. 그러므로, 이 엑스線을 特性 엑스線 이라 부른다.

엑스線을 透過力에 따라 分類할 수도 있다. 約 0.12 ~ 12 킬로전자볼트 는 연엑스선 ( soft X-ray ), 約 12 ~ 120 킬로전자볼트 는 경엑스선 ( hard X-ray )으로 부른다.

特性 엑스線의 系列 [ 編輯 ]

特性 엑스線은 原子 軌道 사이의 에너지 差에 관계되는 것으로, 그 波長은 標的으로 使用된 元素에 따라 다르지만 엑스선관에 걸어준 電壓 과는 關係없다. 特性 엑스線의 스펙트럼은 波長이 짧은 쪽으로부터 K, L, M等의 系列이 있다.

高速電子가 原子에 衝突하면, 核에 가까운 內側角의 電子가 튕겨나가 빈 자리를 만들고, 이 軌道에 外側의 角을 차지하고 있던 電子가 떨어져 채워진다. 에너지가 높은 軌道에서 낮은 軌道로 賤易한 電子 는 이 에너지 差異를 電磁氣波 로 放射하고, 이것이 特性 엑스線이 된다. 外側 角의 電子가 K角으로 遷移할 때에 放射되는 엑스線이 K系列의 스펙트럼을 만든다. 같은 方法으로, L系列, M系列로 繼續되고, 이 順序로 波長이 길어진다.

K閣議 빈자리가 L角으로부터의 電子에 依해 채워져 생기는 엑스線을 Kα선, M閣議 電子에 依해 재워져 생기는 엑스線을 Kβ善이라고 말한다. Kβ線은 Kα線보다 波長이 조금 짧다. 또, L覺은 LⅠ, LⅡ, LⅢ, M覺은 MⅠ, M Ⅱ, MⅢ, MⅣ, MⅤ 이라고 하는 微細 에너지 準位를 갖고 있다. Kα線은 Kα1, Kα2의 二重線으로 構成되어 있으나, Kα1은 LⅢ角에서의 千이, Kα2는 LⅡ角에서의 遷移에 依해 생긴다. 이들의 천이 確率은 約 2:1로, 이것이 Kα1, Kα2의 强盜비이다.

例를 들어, 필라멘트 管에서의 엑스線 發生을 생각해 보자. 이 棺은 眞空인 琉璃管으로 되어있고, 琉璃管은 한쪽 끝에 있는 陽極에서 다른 끝에 있는 陰極을 絶緣하며, 陰極은 텅스텐 필라멘트이고, 陽極은 물로 冷却하는 九里 블록이며, 이 블록은 한 끝에 작은 揷入物로서 願하는 目標物 金屬을 包含한다. 텅스텐 필라멘트에 電流를 흘려 加熱시키면 熱電子가 發生을 하고 그 電子에 電壓을 加해서 加速을 시킨다. 가속된 電子는 타깃에 부딪히고 運動 에너지 公式 ${\displaystyle E=eV=mv^{2}/2}$에 依해서 目標物에 부딪힌 熱電子의 速度가 줄어들면 줄어든 速度만큼 波長이 생기게 된다. 波長이 짧을수록 에너지가 높다.

이로써 엑스線이 發生하고, 發生된 엑스線 中에서 特性 엑스線을 뽑아서 材料 分析에 使用한다. 目標物이 달라지면 電子 構造도 달라지며, 따라서 特性 엑스線의 波長도 달라진다. 卽, 特性 엑스線은 目標 物質에 따라 다르며, 이로써 目標 物質의 構造를 分析할 수 있다.

엑스선관 [ 編輯 ]

엑스線을 發生시키기 위한 眞空管을 엑스선관 (X線管)이라 한다. 卽, 엑스선관은 陰極에서 튀어나온 電子를 羊의 電壓이 걸린 兩極(對陰極)까지 달리게 하여 加速시켜서 에너지가 커진 電子를 陽極板에 衝突시켜 엑스線을 發生시키는 裝置이다.

金屬/세라믹 엑스선관 [ 編輯 ]

金屬/세라믹 엑스선관 은 官의 才質을 琉璃 代身 金屬 과 세라믹 絶緣體로 만든 엑스선관이다. 다음과 같은 長點이 있다.

• 焦點에 벗어난 放射線의 量이 적음

가속된 電子가 陽極 의 目標物 以外의 金屬 表面과 作用하여서 생기는 것으로, 週 發生源은 陽極으로부터 後方 散亂된 電子에 依해 생기는데, 이 散亂된 電子가 2次的으로 兩極과 부딪히면서 엑스線을 發生시킨다. 金屬 表面의 傳하는 接地되어 있므로 前者에 비해서 相對的으로 陽電荷를 가지므로, 엑스선관의 摺紙된 金屬壁으로 焦點에 벗어난 電子들을 끌어당김으로써 焦點에 벗어난 放射線을 줄인다.

• 더 긴 壽命 및 더 높은 管電流를 쓸 수 있음

텅스텐 이 엑스선관 壁에 沈着되면 電極으로 作用하여 琉璃壁과 필라멘트사이에서 아킹( arcing )을 일으켜 問題가 되나 金屬 엑스선관은 接地되어 있으므로 텅스텐이 沈着되어도 摺紙된 것에 影響을 미치지 않아 特히 血管 撮影과 같이 管電流가 높은 境遇에도 琉璃管보다 더 오래 쓸 수 있다. 陽極 의 열 貯藏 能力이 크기 때문에 卽 連續的으로 露出하였을 때에도 金屬 表面을 통해 oil로의 熱傳導가 더 效率的으로 이루어지고 冷却도 더 잘 되므로 좀 더 높은 管電流를 使用할 수 있다.

엑스線 分析 [ 編輯 ]

1912年 막스 폰 라우에 의 豫想에 立脚해서 P.크니핑 等이 結晶 格子(結晶格子)에 依한 엑스線의 回折 무늬(라우에 點 무늬)를 얻게 되었으며, 그 後 브래그가 엑스線 干涉에 關한 브래그 法則 을 誘導하였고, 1913年에 드디어 엑스線 分光器를 考案함으로써 엑스線을 結晶 構造 分析에 利用하게 되었다.

브래그 法則 [ 編輯 ]

브래그는 決定에 依한 엑스線의 干涉像으로부터 結晶 內部의 原子配列 狀態를 推定하는 기초적인 關係式을 樹立하였다. 結晶 內部에 서로 平行인 原子의 配列面을 생각하고 엑스線이 이 面에서 散亂된다고 하면, 平行 平面의 間隔을 ${\displaystyle d}$, 엑스線의 波長 을 ${\displaystyle \lambda }$라 했을 때, 엑스線의 入射角(入射角) ${\displaystyle \theta }$가

${\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda }$ (n은 精髓 )

의 關係를 만족시킬 境遇, 첫째 面에서 散亂된 엑스線과 둘째 面에서 散亂된 엑스線이 서로 干涉하여 反射角 θ, 卽 入射 엑스線에 對하여 2θ라는 方向으로 强力한 反射 엑스線을 發生하여, 거기에 둔 필름에 干涉에 依한 點무늬를 만든다.

이것을 브래그 反射, 이 關係를 브래그 條件, 이 때의 엑스線의 入射角을 브래그 各(角)이라 하고, 엑스線의 波長을 알고 있으면 干涉像의 位置로부터 브래그 各 θ를 求할 수 있고 平行平面의 間隔 ${\displaystyle d}$를 알 수 있다. 一般的으로 決定 안에서는 原子가 바둑板 무늬처럼 規則的으로 配列되어있어 이러한 平行平面을 얼마든지 選定할 수 있으므로, 한 決定에 對하여 여러 角度에서 이것을 實施하면 決定의 立體的인 原子配列의 모습(決定의 形態, 面間隔 等)을 알 수 있다.

브래그의 法則을 滿足하여 엑스線 干涉像을 얻는 데는 使用되는 回折法은 라우에 法 ·回轉 結晶法 ·粉末 決定法 等 세 方法이 있다.

라우에 法 [ 編輯 ]

라우에 法 은 獨逸의 物理學者인 라우에 가 1912年에 發明한 方法으로, 엑스線에 依한 決定 構造의 解釋法의 發端이 되었다. 이 方法은 單結晶의 작은 조각에 連續 엑스線의 가느다란 빔을 調査하여 決定의 뒤쪽에 나타나는 빔과 垂直이 되는 面 안에 생기는 回折像을 寫眞으로 찍는 方法이다. 回折像에 나타나는 斑點의 配置는 決定 構造에 依한 特有의 것으로서 라우에 斑點이라 불리고 있다. 어떠한 方向으로 斑點이 생기느냐 하는 問題는 各各의 격자면에 對해 브래그 法則 에 依해 決定된다.

엑스線 官에서 나온 連續 스펙트럼인 白色 엑스線을 固定한 單結晶에 맞춘다. 따라서 브래그角을 決定內의 모든 弔意 面에 對하여 固定하고 各 組의 面은 特定한 d와 角의 값에 對하여 브래그 法則 을 滿足하는 엑스線波長을 選擇하여 回折하는 것이다. 엑스線원, 決定, 필름 內의 相對 位置에 따라 透過 라우에 法과 배면 反射 라우에 法이 있다.

回戰 結晶法 [ 編輯 ]

單結晶을 특정한 結晶軸의 한 方向이나 結晶學的으로 重要한 結晶軸이 單色 X-線에 垂直이 되도록 올려두고 周圍에 일정한 速度로 회전시키면서 軸에 垂直 方向에서 單色光人 엑스線을 調査하고, 決定이 回戰함에 따라 엑스線을 브래그角으로 받아들인 決定 격자면으로부터의 反射 엑스線을 回轉軸 周圍에 둔 圓筒上 필름에 닿게 하여 寫眞을 만든다. 決定이 單 하나의 軸 周圍로만 回轉하기 때문에 브래그覺은 모든 弔意 決定面에서 0˚와 90˚ 사이의 모든 可能한 角이 되지는 않는다. 그러므로 모든 條가 回折 빔을 만들 수 있는 것은 아니다.

粉末 結晶法 [ 編輯 ]

調査하고자 하는 決定을 먼저 매우 고운 粉末로 크기를 줄이거나 푸석푸석하거나 굳게 뭉친 微細한 粒子 形態로 만든다. 이것을 正位置에 놓고 엑스線을 調査하여 周圍에 둔 圓筒上 필름에 干涉床이 찍히도록 한다. 이 때 粉末의 모든 結晶粒들은 작은 決定이거나 작은 決定들의 集合體로서 入社빔에 對하여 無秩序한 方向으로 配享한다. 따라서 粉末 덩어리는 하나의 軸 周圍가 아닌 모든 可能한 軸 周圍로 回轉하는 單結晶과 事實上 같다.

用度 [ 編輯 ]

醫療用 X선 [ 編輯 ]

X船은 一般映像 檢査 (Simple radiography, X-Ray 檢事라고도 한다.), 透視檢査, 血管照映 檢査, CT 檢査 等 여러 分野에서 利用된다.

엑스線 結晶學 [ 編輯 ]

엑스線 結晶學은 原子들이 密集된 決定에 放射했을 때 入射된 엑스線 回折 의 패턴을 記錄하고 分析하여 그 決定의 格子構造를 把握하고 나아가, 그 物質만의 特性을 把握하는 學問이다.

産業·其他 用度 [ 編輯 ]

部品이나 鎔接 部分에 엑스線 撮影을 實施해 部品, 鎔接 部位의 無結成을 檢査하는데 利用할 수 있다. 또한 空港 安全 手荷物 스캐너는 手荷物의 內部를 엑스線으로 쪼아 投影함으로써 危險 物質이나 武器 等을 찾을 수 있다.

엑스線은 波長이 짧은 電磁氣波 利器 때문에 物質을 잘 通過한다. 엑스線의 回折 을 利用하여 物質의 構造를 決定하거나 造影劑를 使用하여 人體 內部의 以上을 알아보는 等 應用 範圍는 매우 넓다. 또 엑스線과 우라늄 의 放射能의 發見이 導火線이 되어 20世紀의 原子 物理學의 發展이 始作되었다.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 감마선
• 중성자선
• N船
• 알파선

各州 [ 編輯 ]

外部 링크 [ 編輯 ]

• 네이버 캐스트 - 電子와 엑스線의 發見