본문내용
1. 방사선학 정리
1.1. 방사선 물리학
1.1.1. 방사선의 발생
원자의 구조 및 동위원소
원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성된다. 원자번호는 양성자의 수와 같으며, 동위원소는 양성자의 수는 같지만 중성자의 수가 다른 원소이다. 전리는 원자핵과 결합된 전자가 외부로부터 더 큰 에너지를 받아 원자핵의 인력권을 벗어나는 현상이다. 전리 과정에서 전자가 튕겨져 나가며, 여기 과정에서 에너지가 높은 궤도로 전자가 옮겨갔다가 다시 안쪽 궤도로 전자가 들어와 방사선이 발생한다.
방사선의 분류
방사선은 물리적 성질에 따라 전자기방사선과 입자방사선으로 나뉜다. 전자기방사선은 진공 중에서 빛의 속도로 전파되며 주파수에 비례하고 파장에 반비례하는 에너지를 가진다. 전자기방사선은 전기장과 자기장의 결합상태로 주기적 진동에 의해 에너지가 전파되는 순수한 에너지 형태이다. 종류로는 우주선, 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 원적외선, 마이크로파, 열선, 전파 등이 있다. 입자방사선은 전하를 가지고 있어 물질과 상호작용하며 전리 능력이 있는 방사선이다.
X선은 가시광선과 비슷하게 직진하며, 초당 약 30만km의 속도로 전파되지만, 전기장이나 자기장에 의해 굴절되지 않는다. X선은 화학물질과 반응하여 필름을 자극하여 필름을 감광시키고, 물체의 음영을 투사할 수 있다. 광전효과에 의해 X선이 광자의 에너지가 전자의 결합에너지와 같거나 큰 경우 전자가 방출되어 필름이 감광되고, 콤프턴산란에 의해 X선이 전자와 충돌하면서 방향이 바뀌어 필름에 흐릿한 상이 나타난다.
X선관은 진공 상태를 유지하고 있으며, 음극에서 발생한 열전자가 양극의 텅스텐 타겟을 향해 가속되면서 X선이 발생한다. 음극의 텅스텐 필라멘트에서 열전자가 방출되어 전자구름을 형성하고, 양극의 텅스텐 타겟에 부딪히면서 X선이 생성된다. X선 발생 시 특성X선과 제동X선이 발생하는데, 특성X선은 전자가 내각 전자를 이탈시켜 발생하고, 제동X선은 전자가 텅스텐 원자핵과 충돌하면서 발생한다. X선관에는 물질의 절연과 냉각을 위한 유리관과 절연유, 그리고 투과력이 낮은 장파장 X선을 여과하는 여과기가 있다. X선 발생을 조절하는 장치로 갑압변압기와 승압변압기, 관전압 조절기, 관전류 조절기, 타이머가 사용된다.
1.1.2. X선의 성질
X선은 가시광선 특성과 같은 점도 있지만, 가시광선과 다른 점도 있다. X선은 직진함으로써 물질을 투과할 수 있다. X선은 초당 약 30만km의 속도로 전파된다. X선은 전장이나 자장에 의해 굴절되지 않는다. X선은 필름이 빛을 만나면 까맣게 되는 감광작용을 하여 필름 상에 물체의 음영을 투사할 수 있다.
X선의 파장이 극히 짧기 때문에 물질을 투과할 수 있다. X선은 특정한 화학물질과 작용하여 형광을 발생시킬 수 있다. X선은 물질의 원자를 전리시킬 수 있다.
X선은 광전효과에 의해 발생한다. X선 광자의 에너지가 전자의 결합에너지와 같거나 다소 클 때 광전효과가 일어난다. 이때 입사광자는 모든 에너지를 전자에 전달하고 소멸되며, 전자는 궤도에서 이탈되어 광전자 또는 도튐전자가 된다. 이 과정에서 원자는 전리된 불안한 상태가 되며, 빈자리를 바깥쪽 궤도의 전자가 채운다.
X선은 콤프턴산란에 의해서도 발생한다. X선의 광자 에너지가 전자의 결합에너지보다 매우 클 때 콤프턴산란이 일어난다. 이때 입사광자는 일부 에너지를 전자에 전달하고 편향되어 산란된다.
1.1.3. X선의 발생
X선관은 전자선을 이용하여 X선을 발생시키는 장치이다. X선관은 텅스텐 필라멘트로 구성된 음극과 고전압 전원에 연결된 양극으로 이루어져 있다. 음극에 전류가 흐르면 필라멘트에서 열전자가 방출되어 전자구름이 형성된다. 양극에 높은 전압이 인가되면 이 전자들이 양극의 표적(타겟) 물질인 텅스텐으로 가속되어 충돌하게 되는데, 이때 충돌에너지의 일부가 X선 광자로 전환된다. 이렇게 발생한 X선은 촬영 대상과 필름 사이를 거쳐 필름을 감광시켜 영상을 만들어낸다.
X선 발생 과정에서 주목할 점은 다음과 같다. 먼저, 텅스텐 타겟 물질은 원자번호가 크고 용융점이 높으며 증기압이 낮아 X선 발생에 적합한 물질이다. 또한 초점의 크기를 작게 하면 방사선 사진의 선예도가 향상되나, 단위 면적당 발생되는 열이 증가하므로 이를 보완하기 위해 초점을 경사지게 배치하여 실효초점이 실초점보다 작게 되도록 한다.
여과기는 투과력이 낮은 장파장 X선 광자를 제거하여 X선의 평균에너지를 높이고, 균일성을 향상시키는 역할을 한다. 이를 통해 환자의 방사선 노출량을 줄일 수 있다. 한편, 시준기는 X선속의 직경을 조절하여 산란선을 감소시켜 영상의 질을 향상시킨다.
X선관에 인가되는 관전압과 관전류는 각각 X선의 질과 양을 결정한다. 관전압이 높아지면 전자의 평균에너지와 최대에너지가 증가하여 조직 투과력이 향상되고, 관전류가 높아지면 타겟에 충돌하는 전자의 수가 증가하여 X선량이 증가한다.
X선 발생 메커니즘에는 특선방사선과 제동방사선 두 가지 유형이 있다. 특선방사선은 전자가 저지극 원자의 내각전자를 이탈시켜 원자가 기저상태로 돌아오며 발생하고, 제동방사선은 전자가 원자핵과 정면 충돌하여 에너지를 잃으면서 발생한다. 이 두 유형의 방사선이 복합적으로 방출되어 X선속을 구성한다.
X선관에서 발생한 X선은 일차방사선, 유용방사선, 이차방사선, 누출방사선 등의 형태로 나뉜다. 일차방사선은 X선관 초점에서 직접 방출되는 방사선이고, 유용방사선은 조사창과 여과기를 통과한 일차방사선 중 실제 사용되는 방사선이다. 이차방사선은 일차방사선이 투과 중 발생하는 산란 방사선이며, 누출방사선은 관구덮개를 통해 누출되는 방사선이다.
X선속의 강도는 초점으로부터의 거리의 제곱에 반비례하는 거리의 역자승 법칙을 따른다. 이는 X선 촬영 시 환자와 X선관, 필름의 간격을 적절히 유지해야 함을 의미한다.
1.2. 방사선 생물학
1.2.1. 진단방사선의 위험과 방어
방사선의 확률적 영향과 결정적 영향이 존재한다. 확률적 영향은 피폭선량의 증가와 함께 발생 확률이 증가하지만 장해 정도와는 무관하며, 장기간 동안의 저선량 피폭에 의해 만성적으로 나타나는 신체 영향으로 잠복기를 가진다. 암, 백혈병, 종양 등이 확률적 영향의 대표적인 예이다. 반면 결정적 영향은 어떤 피폭선량까지는 방사선 장해가 나타나지 않다가 한계 피폭선량을 초과하면 장애가 발생하며, 선량이 증가할수록 장해 악화 정도도 함께 증가한다. 피부홍반, 탈모, 백내장, 생식능력 감소, 골수기능 저하 등이 결정적 영향에 해당한다.
방사선의 직접효과와 간접효과가 있다. 직접효과는 세포 내 표적부위에 직접...
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