엑스선

뢴트겐이 찍은 그의 부인 손의 엑스선 사진 (반지 포함)

엑스선(X-ray, X-radiation, X선, 엑스레이)은 파장이 10 ~ 0.01 nm이며 주파수는 3 × 10¹⁶Hz에서 3 × 10¹⁹Hz 사이인 전자기파다. 이는 자외선보다 짧은 파장의 영역이다. 독일의 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐(Wilhelm Conrad Röntgen)이 처음 발견하여 이름 붙였으며 그의 이름을 따라 뢴트겐선으로도 부르기도 한다. 뢴트겐은 이 발견으로 최초의 노벨 물리학상을 수상했다. 엑스선은 투과성이 강하여 물체의 내부를 볼 수 있으므로 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 널리 쓰인다.

개요

엑스선은 빠른 전자를 물체에 충돌시킬 때 투과력이 강한 복사선(전자기파)으로 방출된다. 엑스선은 자외선보다 짧은 파장의 영역이고 감마선보다 긴 파장의 영역에 속한다. X선과 감마선을 파장의 길이로 구별하는 것은 사실상 어렵다기보단 의미가 없다. X선과 감마선은 에너지가 아니라 발생 원인으로 구별하는 것뿐이며 겹치는 영역이 있다. 더 쉽게 말하자면 낮은 에너지의 감마선도 있고 마음만 먹으면 메가전자볼트(MeV) 단위의 X선도 낼 수 있다. X선과 감마선을 구별하는 중요한 차이는 발생원에 의한 차이이며 에너지 분포가 어떠한가에 따라서도 구별할 수 있다. 전자기파의 파장별 분류는 단순히 임의적으로 구분된 것일 뿐이며 말그대로 파장의 길이(바꿔 말하면 에너지 혹은 진동수)가 다르다는 것 외에는 본질적으로 아무런 차이도 없다는 사실이다. 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 것이다. 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. 흔히 방사선을 분류할 때는 엑스선과 감마선을 구분하지 않는다.

엑스선은 가시광선보다 투과력이 높아 의학에서 몸속 사진을 찍는데 쓰이며 파장이 짧아 물질의 구조를 알아내는데 쓰인다. 우리가 흔히 빛이라고 하는 가시광선은 전자기파로 일반화할 수 있다. 가시광선보다 파장이 짧은 전자기파는 대개 파장이 긴 순서대로 자외선, 엑스선, 그리고 감마선으로 분류한다. 파장이 짧으면 전자기파의 에너지가 커지고 투과력이 높아진다. 엑스선 자체도 가지고 있는 에너지 크기에 따라 파장이 0.1 ~ 0.2 나노미터보다 길면 무른 엑스선(저에너지 엑스선, soft X-ray), 짧으면 굳은 엑스선(고에너지 엑스선, hard X-ray)으로 세분한다. 엑스선은 투과력이 높아 피부 세포는 잘 투과하지만 뼈조직은 잘 투과하지 못하므로 뼈 사진을 찍는데 쓰인다. 그러나 피부도 완전히 투과하지는 못하고 투과하는 정도가 각 기관마다 미세하게 다르므로 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography, CT)에도 엑스선을 활용한다. 이보다 더 투과력이 높은 분야(건물 비파괴 검사)에는 파장이 더 짧은 감마선을 사용한다. 엑스선은 파장이 0.01 ~ 10 나노미터로 원자의 크기 정도이다. 따라서 이를 원자에 산란(scattering)시키면 원자의 배열에 대한 정보를 주므로 고체 결정이나 분자의 원자구조를 탐구할 수 있다. 브래그 산란 등을 통하여 고체의 원자구조를 밝혀낼 수 있고 디옥시리보핵산(DNA)의 구조를 알아내는데도 엑스선 산란 사진을 이용하였다. X선은 이온화선(ionizing radiation)으로 DNA와 같은 분자에서 이온을 떼어낼 수 있다. 의사들 사이에서는 X선 사진보다는 뢴트겐 사진이라고 더 많이 불린다. 미국과 일본에서 많은 영향을 받은 국내 의학계, 특히 방사선학이라고 불리는 의료 방사선 관련 학문은 일본에서 많은 발전이 있었으며 일본에서는 방사선학 대신에 뢴트겐 학이라는 이름을 많이 사용한다. 방사선을 다루는 학문에서는 유독 일본에서 유래한 단어가 많은 것도 이 때문이며 요즈음은 X선, X레이라고 더 많이 하지만 아직 일본에서 유학을 하고 온 사람이나 그런 스승 혹은 상관 밑에서 수학한 의사들을 중심으로 간간이 쓰인다.

참고자료

• 〈엑스선〉, 《위키백과》
• 〈X선〉, 《나무위키》
• 〈엑스선〉, 《네이버 지식백과》
• "X-ray", Wikipedia

같이 보기

• 자외선
• 감마선
• 전자
• 가시광선

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