| X선 관련 틀 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 사람의 손을 X선으로 촬영한 사진. |
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1. 개요
X선(X-ray)은 자외선보다 짧은 전자기파의 분류이다. 독일 물리학자 뢴트겐이 처음발견 하여 이름 붙였으며, 그의 이름을 따라 뢴트겐선(Röntgen radiation)[1]이라고도 부른다.파장은 10 ~ 0.01 nm 이며, 주파수는 30 PHz ~ 120 EHz[2]의 영역을 갖는다. 흔히 빠른 전자를 물체에 충돌시킬 때 방출되는 투과력이 강한 복사선(전자기파)으로 이를 이용한 의료 검사를 X선 검사라 부른다.[3]
2. 파장에 따른 분류
X선과 감마선은 에너지가 아니라 발생 원인으로 구별한다. X선과 감마선을 파장의 길이[4]로 구별하는 것은 의미가 없다. 이들은 겹치는 영역이 있다. 수 킬로전자볼트(keV)의 감마선도 있고, 메가전자볼트(MeV) 단위의 X선도 있다. X선과 감마선을 구별하는 중요한 차이는 발생원에 의한 차이이며, 에너지 분포가 어떠한가에 따라서도 구별할 수 있다.[5]전자기파의 파장별 분류는 단순히 임의적으로 구분된 것일 뿐이며, 다른 분류의 전자기파는 파장의 길이가 다르다는 것 외에는 본질적으로 아무런 차이도 없다. 즉, 흔히들 하는 착각과는 달리 X선이라고 특출난 다른 뭔가가 있는 것은 아니다. 파동임에 의심의 여지가 없는 전파와 아무리 살펴봐도 입자처럼 보이는 감마선은 분명히 다른 것처럼 보여도 말이다.[6]
특히 X선과 감마선의 경우엔 심지어 파장이 겹치기까지 하는데, 이는 X선과 감마선을 발견할 당시 이들이 전자기파인 줄조차 몰랐기 때문이다. X-ray라는 이름 자체도, 일단 발견은 했는데 그 정체를 알 수 없어서 미지의 X를 넣은 것이니 그 상황을 알 만하다. 당시 시대가 양자역학은커녕 물질파 가설이나 광전 효과가 발표되기 수십 년 전이었으니. 결론적으로 말하자면, 똑같은 것을 몇몇의 우연이 겹쳐 그저 다르게 명명한 것뿐이라고 해도 과언이 아닐 정도다.[7]
예를 들어, 어니스트 러더퍼드가 베타선의 정체가 전자인 줄 처음부터 알았으면, 베타선이라고 부르지 않고 그냥 전자라고 불렀을 것이다. X선과 감마선이 발견 당시부터 전자기복사인 줄 알았더라면, 그저 각각 XX파장 영역의 전자기파 혹은 아예 뭉뚱그려 고에너지 전자기파 혹은 전부 다 자외선이라고 불렸을지도 모를 일이다.[8] 이처럼 정체도 잘 몰랐던 주제에 X선은 발견된 지 얼마 지나지 않아 곧바로 활용되었는데, 이유는 현대와 다를 바 없다.
3. 발견
1895년 독일의 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 크룩스관을 이용하여 기체의 방전 현상을 연구하고 있을 때, 바륨을 바른 마분지가 발광하는 걸 보았고, 이 현상을 알아보기 위해 책을 차폐막으로 썼다가 책 안에 책갈피로 끼워놓은 열쇠와 책을 든 자기 손뼈가 투과되어 비치는 것을 보고는 소스라치게 놀라는 것으로 발견되었다. 신경증적이고 편집증적인 성격을 가지고 있어 일시적인 현상이나 증거가 부족한 현상을 부정하던 뢴트겐은 이후 그때를 회상하면서 자신이 미쳐 환각을 보는 게 아닌가? 하며 끊임없이 의심했다고.
이후 조수들도 다 내보내고 일주일 동안 연구실에 처박혀 자신이 무엇을 실수했는가, 혹 자신이 미친 거 아닌가? 끊임없이 고뇌하고 연구하다가, 이후 부인 베르타를 실험실로 불러서 음극선관에서 나오는 눈에 보이지 않는 이 빛으로 부인의 손 사진을 찍어 감광지에 감광함으로써, 손 안에 있는 뼈는 물론이고 손가락에 끼고 있던 반지도 선명하게 찍히는 것으로 자신이 미치지 않았다는 사실을 알고는 겨우 안심하고 수척해진 모습으로 학계에 새로운 방사선 현상을 발표했다고 한다.[9]
또한, 방전관에 수만 볼트 정도의 전압을 걸고 바륨 염을 관 가까이 가져가면 형광이 발생한다는 것도 앞서 발견 시 일어난 바륨 마분지 발광현상을 통해 확인되었다.
다만, 자신이 미쳤을지도 모른다는 의심은 채 떨치지 못해서, 당시 발표 논문을 보면 그 모습을 볼 수 있다.
4. 생성
모든 전자기파가 그렇듯이 전하를 가진 물질을 가속하면 발생한다. [10]4.1. X선 관(X-ray tube)을 이용한 생성
진공관 안쪽에 구리 음극과 텅스텐 양극(플레이트)을 매우 가깝게 설치한 뒤 구리에 열을 가하여 열음극으로 사용한다. 열 음극에서 전자가 방출되는데, 이를 고전압필드를 통해 가속해 빠른 속도로 텅스텐에 부딪히면 텅스텐에서 X-선이 나온다. 이것이 최소한의 구조이며, 부가적으로는 콜리메이터, 차폐벽 등 더 복잡한 구조를 가진다.기본적 구조는 CRT나 전자레인지와 비슷하다. 전자를 좀 세게 때려서 그렇지.
이 방법은 전자를 가속해 빠른 속도로 타겟 물질에 충돌시키고(1차 X선 발생: 일반 방사선 또는 제동 방사선), 이를 통해 전자를 야기 시켜 X선을 발생시킨다(2차 X선 발생: 특성 방사선). 1차로 전자가 타겟 물질에 충돌하면서 발생하는 X선은 물질 자체에 의한 것이 아니라 전자가 정지하면서 발생하는 것으로, 이렇게 발생한 X선을 "bremsstrahlung(제동복사선)"[11][12]이라 한다. 이 빛은 전자가 고전적으로 정지하면서 발생했기 때문에, 파장대가 아주 넓은 것이 특징이다. 후자는 "characteristic radiation(특성방사선)"이라 불리는데, 원자핵 레벨에서 발생하는 것은 아니고 전자각(전자껍질)에서 발생한 빛으로, 물질에 따라 특정 파장의 값을 가지는 센 빛이 발생한다. 조금 더 자세히 설명하자면, 원자 내 전자는 특정 전자껍질 내에 속하게 된다. 즉, 전자는 임의의 위치 에너지를 가질 수 없고 전자껍질에 의해 정의된 값만큼의 위치 에너지만 가질 수 있다. 다시 말해, 에너지가 '양자화' 되어 있다. 특성방사선은 전자가 이 전자껍질 사이를 오갈 때 발생하는 X선으로, X선 스펙트럼에서 좁고 높은 피크로 나타난다. 당연히 전자껍질의 에너지 준위는 원자마다 다르며, 이를 이용해 물체의 원소분석이 가능하다. 이 원리를 이용한 것이 XRF(X선 형광분석). 특성방사선은 피크는 높지만 전체 스펙트럼에서 자치하는 양은 굉장히 작다. (1-2% 수준) 따라서 병원이나 산업현장에서 일반적으로 사용하는 X선은 우선 양이 많고 봐야 하기 때문에 제동복사선과 특성방사선을 딱히 구분하여 사용하지 않는다. 좀 더 정확히 말하자면 제동복사선만 사용한다고 봐도 된다. 특성방사선은 기여하는 부분이 적기 때문. 하지만 회절분석 등 물리분야에서는 X선의 단색성이 중요한 경우가 많으며, 이럴 땐 X선속(X-ray flux)을 어쩔 수 없이 포기하면서라도 특성방사선만을 사용한다. 물론 단색성이 높은 X선이 필요하다면 굳이 X선 관이 아니라 입자가속기에서 실험하는 것이 좋다. 입자가속기의 선속은 X선관보다 1,000~10,000배 정도 셀뿐더러, 이 정도 세기의 단색 X선을 얻을 수 있다. 문제는 한번 실험하기가 어렵다는 것. (국내에는 포항가속기밖에 없으며 그마저도 줄이 많이 밀려있어서 스케쥴 잡기가 어렵다.)
X선 관의 에너지에 따른 X선 세기 그래프.[13] 완만한 언덕처럼 보이는 부분이 bremsstrahlung, 중간중간 α,β등으로 표기된 피크가 타겟 물질에 의한 X선이다. K-는 K각(가장 안쪽 전자껍질)으로 전자가 떨어지면서 발생한 것을 의미하며, α,β는 전자가 어디에서 떨어졌는지를 구분하는 데 사용한다. 참고로 전자껍질은 가장 안쪽부터 K, L, M, N, ...로 이름을 붙인다.
이렇게 발생한 X-선은 방사선 치료나 의학 영상, 산업 영상 등에 쓰이고, 실험실에서는 X선을 이용한 반사도 측정이나 회절 패턴을 측정하는 데 사용된다.
4.2. 입자가속기를 이용한 발생
흔히 생각하는 그 입자가속기 맞다. LHC만큼 거대한 건 아니더라도 일반적으로 사용하기엔 엄청나게 큰 그 입자가속기이다.4.2.1. 1세대 X선 발생기
물리학자들이 원형으로 입자가속기를 만든 이유는 원형이 기하학적으로 아름다워서가 아니다. 원형 가속기의 경우 같은 라인을 돌리면서 하전 입자를 계속 가속시킬 수 있지만, 선형가속기의 경우 계속해서 가속을 시키기 위해선 같은 선형 가속기를 쭈욱 연결해 놓아야 하기 때문에, 큰 에너지를 필요로 하는 실험에서 하전 입자를 원하는 만큼 가속시킬려면 가속기의 길이가 대책없이 길어지기 때문이다. 원형으로 가속시킬 경우 싱크로트론 복사가 발생하여 에너지를 잃어 버리게 되는데, 이는 특히 질량이 아주 가벼운 하전입자인 전자에 있어서 큰 문제가 된다. 따라서 현재 양성자나 이온 등의 실험 연구등에서는 원형가속기의 가장 발전된 형태인 싱크로트론에서 이뤄지지만, 전자의 충돌에 관한 실험 연구 등은 선형가속기로 이뤄지고 있다(따라서 선형 가속기는 전자 가속기라고도 불린다).[14]전술된 싱크로트론 복사는 전영역대에서 발생할 수 있으며, 인위적으로 조절하는 것도 가능하다. 즉, 원형 가속기를 전자의 충돌 실험이나 연구 등에 이용하는 것은 불가능하지만, 전자를 원형가속기에 넣어 각종 전자기파를 뽑아내는 용도로 사용할 수 있다는 것이다. X선을 연구하던 과학자들이 이것을 눈여겨봤다. 이놈들을 측정해봤더니, 나오라는 빛(X선)은 성에 찰 만큼 나오질 않건만 안 나와도 되는 빛(가시광선)은 연구실에서 발생시킨 X선과는 비교가 안 될 정도로 컸던 것.[15] 안 그래도 빛의 세기가 모자라서 못 봤던 실험이 많았는데 잘됐다 싶은 X선 과학자들은 입자 실험을 할 때 가속기 근처에 모여서 실험을 진행했고, 여기서 엄청난 양의 논문이 쏟아져 나왔다.
4.2.2. 2세대 X선 발생기 - 방사광 가속기
위의 일들을 지켜보던 과학자들은 "이럴 바엔 그냥 빛 발생용으로 가속기를 짓는 게 어때? 입자 물리학자들은 빛을 안 내려고 하지만 우리는 이 빛을 내고 싶잖아?" 이런 식으로 의견을 모아서, 빛 발생용으로 사용하는 입자 가속기인 방사광 가속기를 짓게 된다. 그래서 일반적인 방법으로는 강하게 만들기 어려운 전자기파(X선, 마이크로파)를 발생시키는 용도로 사용하게 된다.2세대 방사광 가속기에서 빛이 발생하는 대략적인 모식도. 전자들이 휨자석(Bending Magnet)을 통과하면서 접선 방향으로 빛을 발생시킨다.
4.2.3. 3세대 X선 발생기 - Undulator와 Wiggler
2세대 X선 발생기는 단순히 입자가속기를 말 그대로 방사광 가속기라는 "이름"만 붙인 것이나 다름이 없었다. 가속기 내부에서 전자가 원 운동을 하면서 나오는 빛은 접선방향으로 딱 한 번만 발생하는 빛이었고, 이는 물론 일반적인 X선 발생기와는 비교도 못할 만큼 세기가 크긴 했지만 과학자들은 이 빛을 조금 더 세게 만들고 싶었다.그래서 나온 아이디어가 위에서 보여준 휨자석(Bending Magnet)을 연속으로 여러 개 위치시켜, 한 방향으로 "접선"을 여러 개 만들어 빛을 더욱 세게 만들자는 것이었다. 이 아이디어는 입자 가속기에서 전자가 회전하지 않는 부분[17]에서도 사용할 수 있었기 때문에 방사광 가속기의 가동 효율(실험이 가능한 빔라인 개수 증가)에도 도움이 되었고, 추가적인 성질도 발견이 되어서 결과적으로는 성공적인 아이디어라고 할 수 있었다.
현재 우리나라에 있는 가속기 중 포항공대에 있는 가속기도 이 3세대 방사광 가속기로 쓰인다.[18] 방사광 가속기는 센 빛이 나온다는 것도 있지만, 그 외에도 발생하는 에너지 범위(= 파장 범위)를 조절할 수 있다든가, X선 관에서는 가지고 있지 않은 "결맞음성"을 가지고 있다든가 하는 특징 때문에 많은 과학자가 연구에 쓰고 있다.
4.2.4. 4세대 가속기
3세대와 4세대의 가장 큰 차이점은 X선의 발생 원리가 다르다는 것이다. 3세대 가속기가 전자빔을 싱크로트론의 궤도를 따라 원형으로 가속시켜 발생하는 X선을 사용한다면, 4세대 가속기는 전자빔을 길게 배치된 Wiggler 구조를 따라 진행시키며 발생하는 X선을 물리적으로 증폭·조정하는 형태로 만들어진다. 이러한 구조로 인해 4세대 가속기는 흔히 X선 자유 전자 레이저(XFEL; X-ray free electron laser)[19]라고도 알려져 있다. 즉, 4세대 가속기는 구조상 선형으로 길게 직진하기 위해 수백 m에서 km 단위에 이르는 긴 공간이 필요하며, 전자빔이 그 거리를 지나가는 동안 시공간적 결맞음을 유지하기 위한 많은 기술적 작업들도 요구된다. 때문에 4세대 가속기는 상당한 자본 투자가 요구되는 국가 기간산업이며, 과학기술 선진국으로 분류되는 소수 국가들만이 가동 중이다. 해당 국가와 가속기의 이름은 다음과 같다.- 미국 : SLAC 국가 연구소의 LCLS (2008)
- 일본 : 일본 이화학연구소 소속의 Spring-8[20]이 관리하는 SACLA (2010)
- 대한민국 : 포항공과대학교가 관리[21]하는 PAL-XFEL # (2016)
- 독일[22] : DESY[23]에서 관리하는 European XFEL (2017)
- 스위스 : Paul Scherrer Institut에서 관리하는 Swiss-FEL (2019)
대한민국의 PAL-XFEL은 2013년 5월 9일 기공식을 하였고, 2014년 12월 완공하였으며, 2015년도 후반기까지 테스트를 거쳐 2016년 10월부로 공식적인 가동을 개시하였다. 들어간 추경 예산은 약 4000억 원으로 상당히 저렴하게 건설한 편이다.[24] 이는 가속기 부지가 이미 포항공대 내부 부지이기 때문에 땅값을 아낀 것에 더해, 이미 미국과 일본, 유럽 등지[25]에서 근무하던 한국인 과학자들 및 해당 지역 과학자들과의 국제교류 등을 통해 기술적인 비용을 많이 절약한 덕이다.
4세대 X선원이 3세대 가속기에 비해 갖는 장점은 높은 선속(flux)와 시공간적 결맞음(spatiotemporal coherence)이다. 4세대 가속기들도 저마다 작동 원리가 다르고 나름의 노하우도 갖추고 있기 때문에 일괄적으로 비교하긴 어렵지만, 대체로 평균적인 선형 가속기의 X선은 평균적인 현역 싱크로트론 가속기에 비해 약 1,000배 정도 강한 밝기와 정밀한 시간적 결맞음을 갖는다. 때문에 기존에 X선의 공간분해능 문제로 한계가 있던 이미징이나 생체분자의 구조결정학 분야, 그리고 시분해능 문제가 있는 원자·분자 물리학 단계에서 주요한 역할을 하는 설비이다. 반면 전자빔의 재활용이 불가하여 작동유지비용이 천문학적으로 비싸지고, 선형 구조 상 빔라인의 수를 많이 확보하기 어려우며[26], 별도의 노하우를 적용하지 않으면 빔의 공간적인 위치나 프로파일이 불안정한 등 한계점이 있는지라, 과학연구뿐 아니라 산업적인 용도로도 줄곧 쓰이는 3세대 싱크로트론 가속기에 비해 가성비가 좋은 시설이라 보기는 어렵다.
5. 용도
- 의료용: X선 발견 초기에는 일부 물질들(금속, 뼈 등등)을 제외하고 투과성이 높은 특성을 이용하여 좀처럼 보기 어려웠던 인체 내부를 투사해 의료용으로 사용되기 시작했다. X선을 주로 다루는 의학 분야는 영상의학과이다.
- 물성분석용
- X선 회절 분석(X-Ray Diffraction, XRD): 결정구조를 가진 물질을 분석하는 데 이용한다. X선의 파장이 결정의 크기와 비슷한 대역이라 상호작용을 잘 하기 때문. 특정 물질을 정성분석하는 분말 X선 회절 분석(powder XRD, PXRD), 단결정의 결정 구조를 밝혀내는 단결정 X선 회절 분석(single crystal XRD), 입자의 크기 분포를 정량적으로 측정하는 X선 소각 산란(Small Angle X-ray Scattering, SAXS) 등이 있다. 주요 제조사로는 Bruker (독일), Rigaku (일본) 등이 꼽힌다.
- X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS): X선으로 내각 전자를 들뜨게 하여 가전자로 만들고, 그 가전자가 진공 중으로 광전자로 방출되는 현상을 이용하여 원소분석 및 화학 결합에 대한 정보를 얻는 방법.
- 특성 X선 분광법(Charaterstic X-ray Spectroscopy): 물질 표면의 구성 원소를 정성 및 정량적으로 분석하는 방법. 외부 자극에 의해 전자가 궤도에서 이탈되면, 그 이탈한 빈자리를 채우기 위해 더 높은 준위에 있던 전자가 빈 자리로 내려오면서 그 에너지 차이를 빛(X선)으로 방출하게 되고, 이를 각 원소의 특성 X선과 대조하여 어떤 원소가 포함되어 있는가를 분석하는 방법. 일반적으로 주사 전자 현미경(SEM)이나 투과 전자 현미경(TEM) 혹은 전자탐침분석기(EPMA)에 부착되어 검출기로 사용되거나, X선 형광분석기 (X-ray fluorescence analyzer, XRF) 시스템의 검출기로 사용된다. 차이점은 전자로 전자를 이탈시키느냐 (SEM/TEM/EPMA), 아니면 X선으로 전자를 이탈시키느냐(XRF)에 있으며, 일반적으로 XRF는 넓은영역을 관찰하고, 전자 현미경류의 경우 좁은 영역을 관찰하거나 원소 mapping에 용이하다. 방식에 따라 에너지 분산식 (Energy dispersive)과 파장 분산식(Wavelength dispersive)로 나뉜다. Oxford Instrument, Thermo Fisher Scientific, Ametek(EDAX), JEOL, Bruker, Rigaku 등이 주로 생산한다.
- 에너지 분산 X선 분광법 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS) : 특성 X선을 Silicon drift detector로 에너지에 따라 검출한다. 신호를 받아들이는 양이 크므로 분석시간이 짧고 전자 현미경 조건에서 사용이 가능하므로 SEM이나 TEM에 부착돼서 주로 사용된다. 그러나 WDS에 비해서 정량분석의 정확도가 떨어진다.
- 파장 분산 X선 분광법 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, WDS): 특성 X선을 단결정을 통과시켜 특정 파장에 해당하는 X선만을 받아낸다. 모든 X-ray를 동시에 받아내는 EDS와 달리, 단결정을 회전시키면서 특정 파장에 해당하는 X-ray만을 순차적으로 받아들이는 방식으로 분석시간이 EDS에 비해 월등히 오래 걸리므로 불편하지만, 훨씬 정확한 정량분석 결과를 산출한다.
- X선 형광분석기 (X-ray fluorescence analyzer, XRF) : EDS 또는 WDS 방식으로 시료의 원소를 정성/정량분석한다.
- 산업용
- X선 사진 식각(X-ray lithography): 리소그래피의 한 방법. X선은 자외선에 비해서도 훨씬 짧은 파장을 가지기 때문에 더 미세한 기판을 용이하게 깎을 수 있으나, X선 자체가 방사선이라는 약점(위험성)을 안고 있다. 이 경우는 광원의 낮은 회절율(높은 직진성)을 이용한 기술이다. X선이라고 분류하기는 애매하나 EUVL(Extreme UltraViolet Lithography, 극자외선 리소그래피)에 사용되는 자외선의 파장이 13.5 nm로, X선에 거의 근접한 파장을 갖는 자외선이다.
- 비파괴검사
- X-ray 보안검색
- 천문관측
6. 촬영
예전엔 흔히 감광 필름을 현상해서 조명에 끼워 판독하는 모습을 볼 수 있다. 그러나 요즘은 형광 물질에 통과시켜 스크린에 투영해 찍거나 다이오드로 인식하고 바로 이미지 파일로 만드는 경우가 많다. ※ 지금도 소형병원은 찍는 경우가 드물기에 예전에 들여놓은 필름식 엑스레이를 그냥 쓰곤 한다.7. 인체에 미치는 영향
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[1] 암의 종류에 따라 1군/2A군으로 나뉜다. [2] GMO, 항생제 등 고기 잔류 물질이 문제가 아니다. IARC에서는 확실히 밝히지는 않았지만 고기의 성분 자체가 조리되면서 발암 물질을 필연적으로 함유하기 때문이라고 논평하였다. 청정우 같은 프리미엄육을 사 먹어도 발암성이 있다는 뜻이다. 이에 전세계의 육류업자들이 고기를 발암물질로 만들 셈이냐며 정식으로 항의하기도 하는 등 논란이 있었다. [3] 단, 올바른 조리 과정을 거치면 먹어도 문제는 없다. 문서 참조. [4] 카프로락탐. 2019년 1월 18일 IARC 서문 개정에 따라 불필요하다고 판단되어 삭제되었다. # |
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X선은 엄연한 방사선이다. 괜히 병원 촬영실에 방사능 표시가 있는 게 아니다. 에너지가 약한 자외선도 피부암을 유발할 가능성을 높이는데, 에너지가 높아서 뼛속까지 투과하는 X선은 당연히 암을 유발할 가능성이 있다. 다만 일반인이 X선을 자외선마냥 항상 쬐는 것도 아니고, 대부분 기껏해야 일 년에 한두 번[29] 맞을까 말까 하기 때문에 실질적으로는 영향이 전혀 없다고 봐도 무방하며 X-ray 촬영으로 암에 걸릴 것을 걱정하느니 스트레스, 음주, 흡연 등의 다른 요인을 걱정하는 게 더 현실적이다.
그러나 임산부의 경우는 방사능에 특히 취약한 태아를 보호하기 위해 X-ray 촬영을 무조건 피해야 한다. 이는 태아가 방사선에 상당히 민감하기 때문인데, 그 영향은 임신 개월수에 따라 다르다.
- 착상기의 경우, 방사선을 조사받으면 죽거나 살거나다. 죽으면 당연히 착상하지 못하고 유산되는 것이고, 살게 될 경우 다른 영향은 나타나지 않는다.
- 기관 형성기의 경우, 방사선 조사를 받게 되면 기형이 될 가능성이 높다. 방사선은 활발히 분열하는 세포에 영향을 더 많이 주므로, 기관이 막 형성되어 분열하는 시기인 이때 치명적인 영향을 주는 것.
- 태아기의 경우, 태아 상태에서는 이미 기관들이 다 형성되었으므로 기형은 나타나지 않는다. 하지만 출산 때 태아의 체중이 감소하고, 발육지연이 일어날 수는 있다. 이 역시 태아가 커지는 중에 세포 분열이 기관 형성기만큼은 아니어도 활발히 일어나는 중에 영향을 받기 때문이다.
직업적인 이유로 X선을 많이 다뤄야 하는 사람 또한 적절한 방사선 방호 장비를 마련해야 한다. 의료진과 병원 직원은 물론 입자 가속기 등을 다루는 연구실에서도 언제든지 X선 피폭의 위험이 있다. 그래서 납을 채워넣은 앞치마(에이프런)를 입곤 하는데, 외과 계열 의사나 간호사 등이 무겁고 귀찮다고 안 입었다가 나중에 피부암이 발병하는 등의 경우가 있다. 보통 주기적으로 X-ray나 CT촬영실에 출입하는 보건인력(방사선사 등)은 대부분 방사선피폭량측정기를 옷에 지니고 다닌다. 보통 CT를 촬영하는 환자의 경우 상태가 불량한 경우가 많기 때문에 의사, 간호사, 응급구조사 등이 촬영 중에도 환자 옆에서 상태를 계속해서 확인하는 경우가 많은데, 이런 경우 또한 반드시 방사선 대책을 마련하는 것이 좋다.
CRT 모니터는 구조상 X선을 발생시키기에 이를 차폐하기 위해 납이나 바륨이 들어간 두꺼운 유리를 사용한다.
엑스선 촬영을 할 때 피폭을 조금이나마 줄이고 싶다면 촬영 전에 납 앞치마를 요구하자. 어지간한 엑스선 촬영 시설에서는 피폭방지를 위한 방호도구를 갖추고 있으며, 폐 엑스레이 촬영 시 납 앞치마를 요구하면 하반신(생식기 부분)을 가릴 수 있도록 준비해 준다.
2024년 5월 삼성전자에서 고선량 X선에 피폭되는 산재사고가 일어났다.
8. 기타
X선 발견 이후, 뢴트겐에게 "X선을 특허 내지 않겠냐"라는 제안이 들어왔지만, 뢴트겐은 쿨하게 거절한다. 자신은 원래 있던 빛을 "발견"했을 뿐이지 발명한 건 아니기에 전 인류의 재산이 되어야 한다고 한다.X선이 인체를 효과적으로 볼 수 있는 특성이 알려지면서, 초기에는 신발을 제작하는 제화공들이 맞춤 신발을 잘 만들기 위해 매번 고객들의 발을 촬영해서 제작했다고 한다. 당시엔 아직 X선을 비롯한 방사선의 위험이 제대로 알려지지 않은 데다가, X선 이란 놈이 일종의 "유행"처럼 언론에 번지면서 나타난 현상이다. 물론 한두 번 찍는 걸로 노출되는 방사선량은 그렇게까지 많진 않았지만, 대중의 무지가 이런 일도 가져올 수 있는 일이다. 이 현상은 마리 퀴리의 라듐 발견 시에도 나타났다.
한편 X선이 몸 속을 찍을 수 있다는 성질이 알몸을 찍을 수 있는 성질로 잘못 알려지고 한 술 더 떠 평범한 카메라가 그런 성질을 가진 것으로 와전되면서 애꿎은 사진가들이 곤욕을 치러야 할 때도 있었다고 한다.(...) 또 이렇게 X선에 알몸이 찍힌다는 소문에 여자들이 두려워하자 약삭빠른 장사꾼들이 X선을 차단해서 알몸을 볼 수 없도록 한다는 납 성분이 든 팬티를 비싼 값에 팔아치우기도 했다.
X선을 쏘는 무기도 있는데, 인도주의적인 비난을 받을 우려 때문에 인체에 치명적인 무기들은 거의 없고 pain-gun 과 같이 직접적으로 통각을 일으켜서 쫒아내는 용도로 주로 쓰인다. 하지만 그런 거 없는 테러리스트들이 여러 차례 방사선을 이용한 무기를 개발하려고 시도하였다. 특히 X선은 상업적으로 많이 사용되기 때문에 다른 방사능 물질에 비해 폐기물 입수 등이 쉬우므로 여러 차례 범죄에 이용되거나 시도 중 붙잡히고 있다. 몇 년마다 한 번씩 사망을 일으킬 수 있는 인체에 치명적인 X선 총을 만들다가 잡힌 사람의 뉴스가 뜨며, 2016년 말에는 무슬림에 대한 증오로 이슬람 사원에 작동 시 1~2주 내에 반드시 사망하게 되는 치명적인 X선을 내뿜는 일종의 방사능 폭탄을 제조하다가 다행히 사전에 잡혀서 30년형을 선고 받은 사람도 있다. 이 경우, 계획이 미리 밝혀지지 않았더라면 실제로 엄청난 인명피해를 냈을 것이라고 한다. 즉, 방사능 총으로 멀리서 아무도 모르게 몇 시간 동안 조사하는 것만으로도 사람을 병에 걸리게 해서 암살시키는 것이 결코 공상과학 속의 이야기는 아니라는 것.
절지동물이나 연체동물과 같은 무척추동물들을 X선으로 촬영하면 당연히 안에 아무것도 안보인다. 몸 전체가 근육으로 되어 있고 뼈가 없기 때문이다.
X선으로써 여성의 가슴성형 여부를 확인하기도 한다. 일본의 그라비아 아이돌 '스즈키 후미나', 대한민국 모델 유승옥 등이 있다.
대한민국의 의료 현장에서는 웬만한 정형외과면 의원급에서도 볼 수 있는 장비이지만 선진국으로 분류되는 타이완도 엑스레이 장비를 설치한 곳은 따로 간판까지 달아둘 정도로 운용하는 경우가 의의로 그렇게 많지 않다. #1 이러한 경우 촉진 등의 방식으로 진료를 시행한다. #2 촉진으로는 인대나 근육 손상의 진단은 가능하지만 골절 진단을 내리기 어렵다.
[1]
유럽, 특히 독일에서는 뢴트겐선이라는 용어를 많이 사용하는데, 그에 영향을 받아 일본 또한 '엑스선(X線)'과 '뢴트겐(レントゲン)'이 비슷한 비중으로 사용되며, 의학에서는 아예 '뢴트겐 검사(レントゲン検査)' 라는 명칭이 공식적으로 사용된다. '방사선학' 역시 '뢴트겐학(レントゲン学)'이라는 이름으로도 불린다. 한편, 북한에서도 X선을 '렌트겐'이라고 부른다.
[2]
30 × 1015 Hz to 30 × 1018 Hz
[3]
주로 병원에서 뼈의 이상을 확인하거나 결핵 검사와 같이 내장의 이상을 확인하기 위해 많이 쓰인다.
CT도 X선을 이용하는 장비이다.
[4]
즉, 에너지의 크기.
[5]
엑스선은 주로 전자가 감속할 때나
원자 내의 전자가 전자껍질 사이를 오갈 때 발생한다. 감마선은 원자핵 내에서 붕괴가 일어날 때, 또는 전자와 양전자가 충돌하면서 소멸할 때 발생한다. 전자-양전자 쌍소멸 시 발생하는 감마선(511keV)을 이용한 것이
양전자방출단층촬영이다.
[6]
물리적으로 똑같은 현상이 가시적으로 전혀 달라보이는 일은 흔하다. 예를 들어, 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견하기 전까지 인류는 사과가 땅으로 떨어지거나 지구가 태양 주위를 도는 현상이 똑같은 힘 때문에 발생한다는 것을 알지 못했다. 물론 지금은 누구나 다 둘 다 중력의 영향 때문이란 걸 알고 있다.
[7]
물론 에너지 영역대는 분명히 차이가 난다.
[8]
다만, 현재에도 X선과 감마선을 구별하여 사용하는 이유는 X선과 감마선의 방출메커니즘이 다르기 때문이다. 에너지 영역대는 X선의 경우 관전압에 따라 달라지므로 실제로 큰 차이가 없을 수도 있다.
[9]
사족으로 부인은 이 사진을 보고
자신의 죽음을 예고하는 사진으로 착각하고 이후 연구실에 얼씬도 안 했다는 일화가 전해진다.
[10]
가속하는 정도에 따라 다른 파장대의 전자기파가 발생한다. X선의 경우는 매우 빠르게 가속 후 급감속시키면 만들 수 있다. 다음 유튜버는 해당 원리를 이용해서 흑백tv 진공관으로 x선을 만든다.
영상 참조
[11]
독일어. 위키백과에 의하면 브렘스슈트랄룽이라 발음한다고 한다. 영어로 번역하면 "Braking Radiation", 즉 전자가 정지하면서 발생하는 빛을 의미한다.
[12]
타겟에 인위적으로 충돌시킨 전자에 의해 나오는 제동복사 외에 고온의 전리된 가스에서 전자가 이온에 의해 경로가 휘면서 나오는 열적 제동복사(thermal bremsstrahlung)도 있는데, 이것은 고온의 전리된 가스에서 나오는 특수한 형태의 열복사이다. 자연적으로는
전리수소영역이나, 은하단 사이에 퍼져있는 100만 K 이상의 고온 가스에서 나오며, 다양한 파장에 걸친 복사가 방출되나 전자는
전파 영역, 후자는 X선 영역에서 주로 관측이 이루어진다.
[13]
전문용어로는 에너지 스펙트럼
[14]
천조국에서 직선형 입자 가속기를 만들어 쓰는 이유는 단지 국토 사이즈가 커서가 아니다. CERN에서는 양성자나 이온을 이용한 연구와 실험을, 스탠포드대에서는 전자의 충돌에 관련된 실험이나 연구를 하기 때문이다. 전자의 가속, 충돌에 관한 실험, 연구를 위해선 좋든 싫든 선형 가속기를 써야 한다. 입자 물리학계에서 어느 정도 임무 분담이 이뤄지고 있는 셈이다. 그리고 사실 CERN에도 선형 입자 가속기가 있고, 규모의 차이를 제하면 사실 선형 가속기는 세상 어디에나 있다. 당신의 집에도 있을 수 있다.
[15]
단순한 언어유희가 아니다. 가시광선도
전자기파의 일종.
[16]
출처:
일본 방사광 가속기 스프링8의 소개글
[17]
아무리 입자 가속기라도 건물 전체를 완벽한 원형으로 만들 수는 없기 때문에, 직선부와 회전부를 나누게 된다. 이 직선부는 일반적으로 방사광 가속기에서는 쓰지 못하던 부분이었다.
[18]
물론 2세대에 해당하는 BM(Bending Magnet의 줄임말)빔라인도 존재한다.
[19]
해당 원리는 꼭 X선이 아니더라도 감마선이나 XUV 등 고에너지 영역의 전자기파를 만드는 데 사용할 수 있어, 보다 개괄적으로 그냥 FEL(free electron laser)이라고만 부르기도 한다.
[20]
다만 Spring-8은 3세대 원형가속기이며, 지분이 나뉘어져 있을 뿐이다.
[21]
다만 포항공과대학교의 전적 소유는 아니고
대한민국 정부와 일부 지분을 나누고 있다.
[22]
단, 다른 나라들과 달리 European XFEL은
독일 땅인
함부르크에 있으되 독일이 전적으로 소유하는 것은 아니고,
유럽연합 및 그 협력국들과의 공동 투자를 통해 일정 지분을 나누고 있다. 독일이 최대 투자국이며,
러시아 역시 상당부분을 투자하고 있다.
[23]
다만 DESY는 일단은 3세대 원형가속기이며, 일종의 확장사업에 가까운 형태이다.
[24]
보통 타국 기준으로 3세대 방사광 가속기 하나를 건설하는 데에 약 3000~5000억 원, 4세대 방사광 가속기는 1조 원이 넘게 들어간다.
[25]
Eu-XFEL의 경우 착공 자체는 포항보다 훨씬 이른 2009년에 시작했으며, 미국과 유럽의 긴밀한 교류 덕분에 기술적인 기반도 어느 정도 준비되어 있었다. 다국연합체인
유럽연합의 구조상 지분 문제가 복잡하고, EU 바깥 지역에 다소 폐쇄적인 성향 때문에 공개가 늦었을 뿐이다.
[26]
Eu-XFEL의 경우처럼 빔라인을 나누어서 해결하는 경우도 있다지만 한계가 있다.
[27]
간단히 말해, 엄청나게 뜨거운 물질이 있으면 X선이 나온다. 제동복사나 역
콤프턴 산란 등의 기작을 통해 방출되며, 강착이 일어나는 밀집성 같은 환경에서는 철 등의 무거운 원소가 내는 특성 방사선도 관찰할 수 있다.
[28]
수백만 K에 달하는 뜨거운 저밀도 가스는 복사냉각이 약해 잘 식지 않고, 은하단은 중력퍼텐셜이 깊어 이 같은 초고온의 가스를 중력으로 붙잡아 둘 수 있기 때문에, 은하단을 X선으로 관측하면 이 같은 고온 가스가 내는 제동복사선을 통해 넓게 퍼진 가스 분포를 확인할 수 있다.
[29]
질병 치료를 받는 환자는 치료 기간에 한해 1주에 한 번 정도.