X선은 지구로 오는 여러 가지 파장 중에서 감마선 다음으로 빠르고 에너지가 높은 파장입니다 초기에 X선이 사람의 뼈까지도 투과해서 찍을 수 있다고 했을 때 사람들은 너무나 놀라서 이 기이한 현상에 호기심을 갖기에 앞서 두려워했다고 합니다 '모든 것을 투과해서 볼 수 있는 빛' 정보가 한정돼 있던 시대에 사람들이 얼마나 놀라워했을지 짐작이 갑니다 그러나 X선은 인류에 큰 선물을 안겨주었는데 독일의 국립박물관에 있는뢴트겐 기념비에는 이렇게 적혀있다고합니다 "뢴트겐선은 의학자에게 인체의 내부를 보여주고 기술자에게는 재료의 본질을 가르쳐주며 과학자에게는 원자의 내부를 알게하였다" 발견 초기 미스테리한 광선으로 사람들의 호기심과 두려움을 동시에 가지게 했던 X선의 발견과 생성되는 원리, 특징, 현대의 활용도와 차폐,새로운 기술개발의 필요성에 대해서 알아보겠습니다
발견
X선은 전자의 현상을 연구하다가 발견하게 되었습니다 뢴트겐이 X선을 발견할 즈음(1850~)의 과학자들의 관심은 유리관에 전류를 발생시키는 장치를 해놓고 그 현상을 관찰하는데 집중되어 있었습니다
그 유리관은 음극선이라고하였는데 진공상태의 유리관에 두 금속 전극을 서로 떨어져 있게 하고 큰 전압을 걸어주면 음극에서 어떤 선과 같은 전류가 나와서 흐르는데 그것의 정체를 잘 알지 못했기에 음극으로부터 나와서 흐르는 선이라 해서 음극선이라 칭했다고 합니다 그 당시에는 이 흐르는 선이 전자인 것을 알지 못하였으며 전자의 정체는 뢴트겐이 X선을 발견한 이후에 알려졌다고 합니다
뢴트겐(1845~1923) 은 음극선을 여러가지 물체에 충돌시켜 빛을 내는 현상을 연구하고 있었습니다 뢴트겐은 암실에서 음극선관의 빛이 새어 나오지 못하도록 두꺼운 종이로 감싸고 음극선관 안의 금속판에 음극선을 쏘는 실험을 하는 중이었습니다 그런데 음극선관은 빛이 새나가지못하도록 두꺼운 마분지로 차단된 상태였는데 이상하게도 음극관과 떨어져 있는 테이블 위에 놓아둔 스크린에서 발광되는 빛을 보게 됩니다 분명히 음극선의 빛은 아니었습니다 뢴트겐은 이 현상을 확인하기 위해서 여러 번 음극선을 쏘아보았는데 매 번 그 빛을 보게 됩니다 뢴트겐은 음극선과 스크린 사이에 여러 가지 물건들을 놓으며 그 빛이 물건들을 통과하는지 계속 테스트하다가 책을 든 자신의 손의 뼈와 책갈피에 끼워놓은 열쇠가 투과되어 보이는 것을 보게 됩니다 뢴트겐은 너무나 놀라 자신이 잘못된 것이 아닌가 생각하여 자신의 학자로서의 명예에 흠이 생길까 봐 같이 일하는 조수들을 며칠간 쉬게 하고 혼자서 계속 실험하였다고 합니다
그 결과 이 미지의 광선은 두꺼운 책이나, 나무판자, 고무등 많은 물질을 통과하지만 납은 통과하지 못한다는 것을 알게 되었습니다 또한 뢴트겐은 사진건판의 감광원리(빛의 강도에 따라서 명암이 달라지는 흑백사진)를 기억하고 이 빛으로 물체를 찍었을 때 어떻게 찍히나를 생각하게 되었고 부인 베르타를 실험실로 불러 손을 찍습니다 그리고 이 실험을 학계에 발표하였다고 합니다
뢴트겐의 실험으로 가장 큰 관심을 가진것은 뼈를 다루는 외과의사들이었으며 1차 세계대전에서는 총알이 박히거나 골절상을 입은 군인들을 치료하는데 적극 쓰이게되었으며 의료계는 X광선의 발견으로 몸을 절개하지않고도 신체의 내부를 확인할수있는 획기적인 발전을 이루게되었습니다 또한 뢴트겐의 실험으로 음극선에 대한 관심은 과학자들 사이에서 더욱 고조되었고 X선 발견 이후 조지프 존 톰슨(1856~1940)에 의해 음극선의 정체는 전자라는 사실을 알게되었고 러더퍼드는 원자핵을 발견하였으며,1896년 감마선의 발견등, 과학계는 놀라운 발전을 이루었습니다
X선의 발생원인
●X선은 원자핵의 주변에 있는 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동할 때 생깁니다 (감마선은 원자핵의 에너지 상태 변화에서 발생합니다)
●전자가 원자핵과 충돌할 때 빠른 감속에 의해서 생깁니다
생성시키는 방법
●진공관 안 쪽에 구리와 텅스텐을 음극과 양극으로 설치하고 구리에 열을 가하면 구리에서 전자가 방출되는데 이를 가속하면 전자가 텅스텐에 부딪치면서 X선을 생성합니다
●입자 가속기를 이용하여 발생시킬 수도 있습니다
X선의 특성
●X 선은 투과력이 강합니다
●투과력이 강하기때문에 기체분자를 이온화시킬수있습니다
●전기장이나 자기장의 영향을 받지않고 직진합니다
●편강, 반사, 굴절, 회절, 간섭에는 영향을 받습니다
X선의 활용
●인체의 뼈를 투과해서 볼 수 있으므로 골절이상, 종양등을 볼 수 있고 가슴, 배, 두개골등을 투시해서 볼 수 있으므로 진단방사선학에 이용됩니다 X선 사진이 뼈만 선명하게 보이는 이유는 우리 몸의 근육과 장기들은 분자밀도가 낮아서 X선이 그대로 통과하지만 뼈의 분자구조는 밀도가 높기 때문에 투과되지못한다고합니다
●공업용으로는 재료나 제품의 비파괴검사를 할 때 사용할 수 있습니다
●물질의 성분원소의 종류나 성분비를 추정할 수 있다
●강력한 X선을 물질에 충돌시켜 그곳에서 방출되는 형광X선의 파장 분포로 그림감정 또는 미술품 복원에 이용할 수 있습니다
●공항에서 짐을 스캔하여 검색하는 데 사용합니다
차폐의 필요성
초기에 방사선의 위험성을 인지하지 못했던 의료계의 한 의사는 환자를 촬영하기 전에 노출량을 정하기 위해 수년 동안 거의 매일 방사선에 자신의 손을 노출시킨 결과 건강에 치명적인 손상을 입기도 했으며 구두를 만드는 사람들조차도 X선을 이용하여 구두를 제작하기도 하는 등 X선의 강한 파장에 의한 위해성을 전혀 인지하못하는 상태였다고합니다 그러나 점점 X선의 강한 투과성이 끼치는 위험성이 알려졌고 현재 X선과 같은 방사선을 다루는 시설에서는 차폐를 의무화하고있습니다 최근 우리나라에서는 우주방사선으로 인한 비행기 승무원의 산재신청을 받아들여 산업재해로 인정했다고 합니다 특히 북극항로는 지구의 자기력선이 열려있어 고에너지 파동의 우주방사선들이 직접 대기로 들어올 수도 있다고 합니다 더 주의가 필요하다고 합니다
이렇게 X선은 여러 분야에서 다양하게 활용되지만 파장이 강력한 만큼 인체에 유해한 면이 있기 때문에 방사선을 다룰 시에는 적절하게 보호조치가 반드시 필요합니다
●방사선을 다루는 회사나 기관, 병원은 국가와 국제적인 규제의 지침을 반드시 따라야 합니다
●X선은 납이나 구리 같은 물질로 차폐설치를 해야합니다( 감마선은 더 두꺼운 납이나 콘크리트로 차폐해야합니다)
●방사선을 다루는 실무자들은 반드시 납으로 만든 방화복, 장갑, 안경등으로 자신을 보호해야 합니다
기술개발의 필요성
방사선은 유익하게 사용할 수 있으나 위험성도 동시에 존재하므로 더욱 안전한 차폐기술과 자기공명(MRI)과 초음파 검사와 같은 대체기술도 더욱 발전해 나갈 필요성이 있습니다