엑스레이(X-ray)의 어떤 원리 및 방사선의 성질(X선)

엑스레이는 현재 아주 유용하게 사용하고 있는 발견으로 몸속에 종양, 뼈의 골절, 뼈의 염좌, 충치, 임플란트 시술 패스 확인 등을 판단할 수 있어 몸의 손상 부위를 진단하고 낫게 도움을 줍니다. 그런데, 이 엑스레이를 찍으면 어떤 원리로 몸속이 보이게 되는 걸까요?

 

 

 

■ 엑스레이의 원리

방사선에 따라 물질에 대한 관통력이 다르기 때문에 이를 이용하여 뼈의 상태를 확인할 수 있습니다. 뼈가 부러졌다면 X선이 그 부분을 관통하기 때문에 회색선으로 나와 사진을 통해 부러진 정도를 알 수 있습니다.

→ 지방, 물, 뼈에 따라 관통력이 모두 다른데 뼈의 경우는 방사선의 파동을 막아내기 때문에 흰색으로 보이게 됨

 

 

 

■ 빛의 파동 길이에 따른 전자기파 분류

전자기파는 X선 · 자외선 · 가시광선으로 분류되어 있으며 파동의 길이에 따라 분류하고 있습니다.

 

1. 가시광선을 중심으로 더 짧은 파장을 가지고 있는 것은 자외선
2. 자외선보다 더 짧은 파장을 가진 것은 X선

 

빛의 파동 길이에 따른 전자기파 분류

 

 

 

■ 빛의 파동 중 엑스레이에 사용되는 X선이란?

1895년 독일의 물리학자 뢴트겐이 처음 발견되었습니다. 뢴트겐은 음극선관에 대한 실험을 하던 중 빛이 나올 수 없도록 완벽하게 밀봉된 곳에서 알 수 없는 빛이 새어나간다는 사실을 알게 되었습니다. 이 빛이 자신의 손가락 뼈를 인화시킨다는 것을 발견했습니다. 처음에는 자신이 헛것을 본 것이 아닌가 의심했지만, 이후 아내의 손을 찍어본 뒤 보이지 않는 어떤 새로운 빛이 있다는 것을 확신했습니다. 뢴트겐은 이 빛을 수학에서 사용하는 미지의 수 x를 대입해 x 선이라고 부르게 되었습니다.

 

뢴트겐의 아내 최초 xray 사진

 

 

 

■ 엑스레이가 촬영되는 원자의 방사선 원리

원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있고, 원자핵은 양성자와 중성자가 결합한 형태로 이루어져 있습니다. 이때 양성자와 중성자의 비율에 따라 안정성에 차이가 나는데 불안정한 상태의 원자핵은 에너지를 방출하면서 안정된 상태로 바뀌려는 성질을 가지고 있습니다. 이때 방출되는 에너지는 방사선으로, 방사선은 형태에 따라 질량을 가지고 있는 알파선, 베타선, 중성자선 같은 입자 방사선과 파동 형태로 존재하는 X선, 감마선 같은 전자파 방사선으로 나누어집니다. 방사선은 질량이 클수록 관통력이 떨어집니다. 질량이 가장 큰 알파선은 종이 한 장으로 막을 수 있고, 알파선보다 가벼운 베타선은 종이는 통과하지만 얇은 금속으로 막을 수 있습니다. 감마선과 X선은 두꺼운 납으로 막을 수 있고 중성자선은 물로 막을 수 있습니다.

 

 

1. 불안정한 상태의 원자핵은 에너지 방출
2. 에너지 방출은 방사선
3. 방사선의 종류에 따라 관통력이 다름
4. 여기서 사용하는 X선은 X ray에 사용

 

＊ 관통력 : 에너지가 물질에 흡수되는 힘

 

 

 

■ 엑스레이가 촬영되는 방사선의 특징

방사선은 필름이나 건판을 흑화 시키는 특징을 가지고 있는데 이런 작용을 사진 작용이라고 합니다. 엑스레이는 방사선의 이런 사진 작용을 이용해 몸 안을 촬영하게 됩니다. 엑스레이 촬영은 X선이 관통하는 정도에 따라 색이 다르게 나타납니다.

 

공기는 잘 관통되므로, 까만색으로 나오고 물과 지방은 잘 관통하지 못하기 때문에 회색으로 나오고, 뼈는 거의 관통하지 못하기 때문에 하얀색으로 나옵니다.

 

 

1. 뼈가 부러졌다면 X선이 그 부분을 관통하기 때문에 회색선으로 나와 사진을 통해 부러진 정도를 알 수 있습니다.
2. 원래 사진에 아무것도 없어야 하는 곳에 하얀색 혹이 나타났다면 종양이 생겼다는 것을 알 수 있습니다.

 

이런 원리를 이용해 신체 어느 부위든 촬영할 수 있기 때문에 굳이 들여다보지 않아도 이상 유무를 판단할 수 있습니다.