인류의 많은 기념비적인 발견과 마찬가지로 X선 기술 도 완전히 우연히 발명되었습니다. 1895년 독일의 물리학자 빌헬름 뢴트겐은 가스 방전관 에서 전자빔 을 실험하다가 발견했습니다 . Roentgen 은 그의 연구실에 있는 형광 스크린이 전자빔이 켜질 때 빛나기 시작 한다는 것을 알아차렸습니다 . 이 반응 자체는 그다지 놀라운 것이 아니었습니다. 형광 물질은 일반적으로 전자기 복사에 반응하여 빛을 발합니다. 그러나 뢴트겐의 튜브는 두꺼운 검은색 판지로 둘러싸여 있었습니다. Roentgen은 이것이 대부분의 방사선을 차단했을 것이라고 가정했습니다.
뢴트겐은 튜브와 스크린 사이에 다양한 물체를 배치했는데 스크린은 여전히 빛났다. 마침내 그는 튜브 앞에 손을 대고 형광등 스크린에 투영된 뼈의 실루엣을 보았다. 그는 X선 자체를 발견한 직후에 가장 유익한 용도를 발견했습니다.
뢴트겐의 놀라운 발견은 인류 역사상 가장 중요한 의학적 발전 중 하나를 촉발했습니다. X선 기술을 통해 의사는 인체 조직을 똑바로 들여다보고 부러진 뼈, 충치 및 삼킨 물건을 매우 쉽게 검사할 수 있습니다. 수정된 X선 절차는 폐 , 혈관 또는 내장 과 같은 연조직을 검사하는 데 사용할 수 있습니다 .
이 기사에서 우리는 X선 기계가 이 놀라운 트릭을 어떻게 해내는지 정확히 알아볼 것입니다. 알고보니 기본 과정은 정말 간단합니다.
- 엑스레이는 무엇입니까?
- 엑스레이 기계
- 엑스레이가 몸에 나쁠까요?
엑스레이는 무엇입니까?
X선은 기본적으로 가시광선과 동일합니다. 둘 다 광자라고 하는 입자에 의해 운반되는 파동 형태의 전자기 에너지입니다 (자세한 내용은 빛의 작동 방식 참조). X선과 가시광선의 차이 는 개별 광자 의 에너지 준위 입니다. 이것은 또한 광선 의 파장 으로 표현됩니다 .
우리의 눈 은 가시광선의 특정 파장에 민감하지만 고에너지 X선파의 더 짧은 파장이나 저에너지 전파 의 더 긴 파장에는 민감하지 않습니다 .
가시광선 광자와 X선 광자는 모두 원자 에서 전자 의 이동에 의해 생성됩니다 . 전자는 원자핵 주위에서 서로 다른 에너지 준위 또는 궤도를 차지합니다. 전자가 더 낮은 궤도로 떨어질 때 약간의 에너지를 방출해야 합니다. 즉, 광자의 형태로 추가 에너지를 방출합니다. 광자의 에너지 준위는 전자가 오비탈 사이에서 떨어뜨린 거리에 따라 달라집니다. ( 이 프로세스에 대한 자세한 설명은 이 페이지 를 참조하십시오 .)
광자가 다른 원자와 충돌할 때 원자는 전자를 더 높은 수준으로 끌어 올려 광자의 에너지를 흡수 할 수 있습니다. 이를 위해서는 광자의 에너지 준위가 두 전자 위치 사이의 에너지 차이 와 일치해야 합니다. 그렇지 않으면 광자는 궤도 사이에서 전자를 이동할 수 없습니다.
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신체 조직을 구성하는 원자는 가시광선 광자를 매우 잘 흡수합니다. 광자의 에너지 준위는 전자 위치 간의 다양한 에너지 차이에 맞습니다. 전파는 더 큰 원자의 궤도 사이에서 전자를 이동시키기에 충분한 에너지가 없으므로 대부분의 물체를 통과합니다. X선 광자는 또한 대부분의 물체를 통과하지만 그 반대의 이유로 에너지가 너무 많습니다.
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기타 X선 용도
X선 기술의 가장 중요한 공헌은 의학 분야에서 이루어졌지만 X선은 다른 많은 분야에서도 중요한 역할을 했습니다. X선은 양자 역학 이론, 결정학 및 우주론과 관련된 연구에서 중추적이었습니다. 산업 세계에서 X선 스캐너는 종종 중금속 장비의 미세한 결함을 감지하는 데 사용됩니다. 그리고 X선 스캐너는 물론 공항 보안의 표준 장비가 되었습니다
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그러나 그들은 원자에서 전자를 완전히 떨어뜨릴 수 있습니다. X선 광자의 에너지 중 일부는 전자를 원자에서 분리하는 작용을 하고 나머지는 전자를 우주 공간을 통해 날아가게 합니다. 원자가 클수록 이러한 방식으로 X선 광자를 흡수할 가능성이 더 높습니다. 원자가 클수록 궤도 간의 에너지 차이가 더 크기 때문입니다. 에너지 준위는 광자의 에너지와 더 가깝습니다. 전자 궤도가 상대적으로 낮은 에너지 점프로 분리되어 있는 더 작은 원자는 X선 광자를 흡수할 가능성이 적습니다.
신체의 연조직은 더 작은 원자로 구성되어 있으므로 X선 광자를 특히 잘 흡수하지 않습니다. 뼈를 구성하는 칼슘 원자는 훨씬 크기 때문에 X선 광자를 더 잘 흡수 합니다.
다음 섹션에서 우리는 X선 기계가 이 효과를 작동시키는 방법을 볼 것입니다.
엑스레이 기계
X선 장비의 핵심은 유리 진공관 내부에 있는 전극 쌍( 음극과 양극) 입니다. 음극은 구형 형광등 에서 볼 수 있는 것처럼 가열된 필라멘트 입니다. 기계는 필라멘트를 통해 전류를 통과시켜 가열합니다. 열은 필라멘트 표면에서 전자를 스퍼터링합니다. 텅스텐으로 만들어진 평평한 디스크인 양전하를 띤 양극 은 튜브를 가로질러 전자를 끌어당깁니다.
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캐소드와 애노드 사이의 전압 차가 매우 커서 전자가 튜브를 통해 큰 힘으로 날아갑니다. 속도가 빠른 전자가 텅스텐 원자와 충돌하면 원자의 낮은 궤도 중 하나에서 전자를 떨어뜨립니다. 더 높은 궤도에 있는 전자는 즉시 더 낮은 에너지 준위로 떨어지고 광자의 형태로 여분의 에너지를 방출합니다. 그것은 큰 방울입니다. 그래서 광자는 높은 에너지 준위를 가지고 있습니다. 그것은 X선 광자입니다.
자유 전자는 텅스텐 원자와 충돌하여 전자를 더 낮은 궤도에서 떨어뜨립니다. 더 높은 궤도 전자는 빈 위치를 채우고 과잉 에너지를 광자로 방출합니다. |
자유 전자는 또한 원자에 충돌하지 않고 광자를 생성할 수 있습니다. 원자의 핵은 속도를 내는 전자를 끌어당겨 그 경로를 바꿀 수 있습니다. 태양 주위를 휘젓는 혜성처럼 전자는 속도가 느려지고 원자를 지나갈 때 방향이 바뀝니다. 이 "제동" 작용은 전자가 X선 광자의 형태로 과도한 에너지를 방출하도록 합니다.
자유 전자는 텅스텐 원자핵에 끌립니다. 전자의 속도가 빨라짐에 따라 핵은 진로를 바꿉니다. 전자는 에너지를 잃고 X선 광자로 방출됩니다. |
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조영제
일반 엑스레이 사진에서는 대부분의 연조직이 선명하게 나타나지 않습니다. 장기에 초점을 맞추거나 순환계를 구성하는 혈관을 검사하기 위해 의사는 신체에 조영제 를 주입해야 합니다
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조영제는 주변 조직보다 X선을 더 효과적으로 흡수하는 액체입니다. 소화기 및 내분비 시스템의 기관에 초점을 맞추기 위해 환자는 일반적으로 바륨 화합물인 조영제 혼합물을 삼킬 것입니다. 의사가 순환계의 혈관이나 기타 요소를 검사하려는 경우 환자의 혈류에 조영제를 주입합니다. 조영제는 종종 투시경 과 함께 사용됩니다. . 형광투시에서 X선은 신체를 통과하여 형광 스크린으로 이동하여 움직이는 X선 이미지를 생성합니다. 의사는 형광투시를 사용하여 신체를 통한 조영제의 통과를 추적할 수 있습니다. 의사는 움직이는 X선 영상을 필름이나 비디오에 기록할 수도 있습니다. |
X선 생성과 관련된 고충격 충돌은 많은 열을 발생시킵니다. 모터 양극 용해에서 계속 회전하여는 (전자 빔이 항상 동일한 영역에 집중되지 않는다). 봉투를 둘러싸고 있는 시원한 오일 배스도 열을 흡수합니다.
전체 메커니즘은 두꺼운 리드 실드로 둘러싸여 있습니다. 이것은 X선이 모든 방향으로 빠져나가는 것을 방지합니다. 방패의 작은 창을 통해 X선 광자의 일부가 좁은 빔으로 빠져나갑니다. 빔은 환자에게 가는 도중에 일련의 필터를 통과합니다.
환자의 반대편에 있는 카메라는 환자의 몸 전체를 통과하는 X선 빛의 패턴을 기록합니다. X-ray 카메라는 일반 카메라 와 동일한 필름 기술을 사용 하지만 X-ray 빛은 가시광선 대신 화학 반응을 일으킵니다. ( 이 프로세스에 대한 자세한 내용은 사진 필름 작동 방식 을 참조하십시오 .)
일반적으로 의사는 필름 이미지를 네거티브 로 유지합니다 . 즉, 더 많은 빛에 노출되는 영역은 더 어둡게 표시되고 더 적은 빛에 노출되는 영역은 더 밝게 나타납니다. 뼈와 같은 단단한 재료는 흰색으로 나타나고 더 부드러운 재료는 검은색 또는 회색으로 나타납니다. 의사는 X선 빔의 강도를 변화시켜 다양한 재료에 초점을 맞출 수 있습니다.
엑스레이가 몸에 나쁠까요?
엑스레이는 의학의 세계에 훌륭한 부가물입니다. 그들은 의사가 수술을 전혀 하지 않고 환자의 내부를 들여다볼 수 있도록 했습니다. 부러진 뼈를 엑스레이로 보는 것이 환자를 뜯는 것보다 훨씬 쉽고 안전합니다.
그러나 X선도 해로울 수 있습니다. X선 과학의 초기에는 많은 의사들이 환자와 자신을 방사선에 장기간 노출시켰습니다. 결국 의사와 환자들은 방사선 질환에 걸리기 시작했고 의료계는 뭔가 잘못되었다는 것을 알게 되었습니다.
문제는 X선이 이온화 방사선의 한 형태라는 것입니다 . 일반 빛이 원자에 닿으면 원자를 크게 변화시킬 수 없습니다. 그러나 X선이 원자에 부딪히면 원자에서 전자를 떨어뜨려 전기적으로 하전된 원자인 이온 을 생성할 수 있습니다 . 그런 다음 자유 전자는 다른 원자와 충돌하여 더 많은 이온을 생성합니다.
이온의 전하는 세포 내부에서 부자연스러운 화학 반응을 일으킬 수 있습니다 . 무엇보다도 전하는 DNA 사슬을 끊을 수 있습니다 . DNA 가닥이 끊어진 세포는 죽거나 DNA가 돌연변이를 일으킬 것입니다. 많은 세포가 죽으면 몸에 다양한 질병이 생길 수 있습니다. DNA가 돌연변이되면 세포가 암 이 될 수 있고 이 암이 퍼질 수 있습니다. 돌연변이가 정자나 난자에 있는 경우 선천적 기형을 유발할 수 있습니다. 이러한 모든 위험 때문에 의사들은 오늘날 엑스레이를 거의 사용하지 않습니다.
이러한 위험에도 불구하고 X선 스캔은 여전히 수술보다 안전한 옵션입니다. X선 기계는 의학 분야에서 매우 귀중한 도구일 뿐만 아니라 보안 및 과학 연구의 자산입니다. 그들은 진정으로 모든 시간의 가장 유용한 발명품 중 하나입니다.
X-ray 및 X-ray 장비에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
