Well-being and Life, Radiation

오늘은 농도에 대해 포스팅하도록 하겠습니다.

농도는 방사선의 강도가 얼마나 분포해 있는지에 의해 결정이 되며, 그 외에도 여러 인자들이 있습니다. 그런 농도에 대해서 오늘 간단히 설명하도록 하고, 마지막에 나오는 '특성곡선'과 '특성치'에 대해서는 다음 포스팅에서 조금 더 자세히 알아보려 합니다.

우선 농도란 '영상 전체가 밝고 어두운 정도'를 뜻하며, 디지털 영상으로 치면 픽셀의 값과 비슷한 개념이라고 생각하시면 됩니다. 이 농도가 모여서 영상을 형성하게 되죠. 각 부분의 농도 차이에 따라 대조도가 형성되고 그 분포에 따라 우리가 육안으로 식별 가능한 영상이 되는 겁니다. 그렇기 때문에 양질의 영상을 위해서는 적당한 농도가 유지되어야 하나, 농도만으로 영상의 질을 평가하진 않습니다. 대조도, 선예도, 입상성 등 다른 특징들도 적절하게 유지되어야 하죠.

(그런 부분에 대해서는 다음에 다루도록 하겠습니다)

이러한 농도는 log(입사광/투과광)의 식을 따릅니다. 방사선이 투과하면서 필름이 흑화^[각주:1]된 정도를 뜻한다고 할 수 있죠. 

수식적으로 log(입사광/투과광) 의 식은 log(불투과도)와 동일합니다. 그 관계식에 대한 것은 아래의 표와 같습니다.

마지막으로, 농도는 노광^[각주:2]된 방사선의 양과 밀접한 관계가 있습니다. 그 관계는 특성곡선을 통해 잘 나타납니다.

특성곡선은 허터와 드리필드가 완성하여 H-D 곡선이라고도 하는데, 가로축은 log E이고 세로축은 농도를 나타냅니다. 가로축을 대수(log)로 이용하는 이유는, E를 그대로 사용할 경우 숫자가 너무 커져서 그래프가 좌우로만 너무 길어질 것이기 때문입니다.

이러한 특성곡선은 단순히 노광량과 농도 외에도 많은 특징들을 내포하고 있는데, 이를 특성치라고 합니다. 이러한 특성치에 대해서는 다음 포스팅에서, 그리고 특성곡선에서 알 수 있는 필름 대조도를 포함한 대조로에 대해서는 다다음 포스팅에서 소개하도록 하겠습니다.

이번에는 FFD에 대해서 다루어 보겠습니다.

앞서 x선 발생의 직접인자 포스팅에서 FFD에 대하여 간단히 다룬 적이 있습니다.

그림으로만 표현하였기에, 그 세부적인 내용은 없었지만 말이죠.

우선 그때의 그림을 그대로 따 와서 설명을 드리도록하겠습니다.

FFD란 Focus Film Distance의 약자로, F가 각각 초점과 필름을 나타내며, FFD의 의미는 초점과 필름 사이의 거리를 나타냅니다.

하지만 X선 촬영 시, 초점과 필름만 있는 것이 아니라 중간에 피사체(Object)도 존재하기 때문에, FOD와 OFD의 개념이 더 있으며, 이들은 각각 이름에 내포되어 있는 것들 사이의 거리를 뜻합니다.

이러한 FFD, FOD, OFD가 중요한 이유는 X선이 평행이 아닌 방사 원추형^[각주:1]으로 발생하기 때문입니다. 이에 대해 자세하게 알아보기 위하여 아래의 그림을 준비했습니다.

우선, (a)와 같이 x선이 평행하게 발생한다면, 실제 피사체와 형성된 영상의 형태, 모양, 크기 등이 동일할 것입니다만, 사실 x선은 방사원추형으로 발생합니다. 따라서, (b)나 (c)처럼 영상이 형성되게 되며, 이때 원하지 않는 음영인 반음영, 왜곡, 확대가 나타납니다.(이러한 불선예도에 대해서는 다음에 설명하도록 하겠습니다)

결국(X선이 방사원추형이기 때문에), FFD, FOD, OFD은 영상의 형성에 영향을 주며 그 영향은 다음과 같습니다.

(b)에서 피사체가 필름에 밀착해 있는 경우(빨간색) 즉, FOD가 크고 OFD가 거의 0에 가까운 경우는 가장 이상적인 경우로, 피사체와 영상의 크기가 가장 비슷하게 형성됩니다. 그러나, 피사체가 필름에서 멀고 초점에 가까운 경우(파란색) 즉, FOD가 작고 OFD가 큰 경우, 영상은 실제의 크기보다 크게 형성됩니다.

(c)에서는 동일한 피사체에서 초점 위치에 따른 영상의 변화를 나타낸 것인데, 위에 있는 초점의 경우가, 아래에 있는 초점의 경우보다 상대적으로 영상이 피사체의 크기에 더 가깝게 형성됩니다.

이처럼, FFD, FOD, OFD, 초점의 위치는 영상 형성에 영향을 주며, 결과적으로 영상의 질을 결정하는 요소로 작용한다고 할 수 있습니다.

추가적으로 FFD에서 알아야 할 것은, 거리역자승법칙과 거리자승법칙입니다.

X선은 거리가 증가함에 따라 그 강도가 감소하게 되는데, 이 또한 X선이 방사원추형이기 때문입니다. 이를 법칙으로 표현한 것이 바로 '거리역자승법칙'입니다. 또한 , 거리 변화에 따라 감소되는 농도를 일정하게 유지하기 위해 만든 것이 '거리자승법칙'이죠.

거리 역자승 법칙은 아래의 그림을 보면 조금 더 잘 이해가 될 겁니다.

거리 D가 2D, 3D로 각각 2배, 3배 증가함에 따라 X선의 강도가 1/4배, 1/9배가 되고 있는 것을 확인할 수 있습니다.

단순하게 같은 양의 방사선을 더 넓은 면적에 뿌린다고 생각하시면 될겁니다. 거리는 1차원이고 면적은 2차원이기에, 강도가 거리의 제곱에 비례하여 감소하는 것입니다.

이상 X선의 직접인자인 FFD에 대한 포스팅이었습니다. 다음번에는 농도를 2번의 포스팅에 나누어서 설명해 드리도록 하겠습니다.

☞ 농도

이 포스트를 읽기 전에

☞ X선의 직접인자

오늘은 여행과 방사선이라는 다소 와닿는 주제와 연관지어 포스팅을 준비했습니다.

병원의 영상의학과에만 가도 '방사선'에 대해 걱정하시는 환자분들을 많이 볼 수 있습니다. 물론 방사선으로 받는 피해보다도 얻는 이득이 훨씬 크기 때문에, 충분한 합리성을 전제로 방사선 촬영을 하고 있습니다만, 환자분들이 불안한 감정도 전혀 이상한 것이 아닙니다.

(사진 출처 : 항공 승무원이 알아야 할 우주방사선 이야기 - 원자력안전위원회, 한국 원자력 안전 재단)

하지만, 병원만이 아니라 그저 여행을 다녀오기만 해도 방사선에 피폭된다면 어떻게 하실 것입니까?

비행 중 피폭에 대해 알기 위해서는 우주방사선의 개념에 대해 먼저 알아보아야 할 것입니다.

(사진 출처 : 항공 승무원이 알아야 할 우주방사선 이야기 - 원자력안전위원회, 한국 원자력 안전 재단)

우주 방사선이란 말 그대로 우주에서 날아오는 방사선으로, 우리가 병원에서 주로 사용하는 X선 또는 초음파 등과는 확연한 성질적 차이를 보입니다.
가령 병원에서 사용하는 X선의 단위는 keV인데 반해 우주선의 일부는 GeV 단위의 에너지를 가집니다. 그 단위만 해도 1,000,000배에 달하죠.

물론 에너지가 크다고 해서 무조건 피폭이 많이 되는 것은 아닙니다. 그러나 고에너지 방사선이 인체에 어떤 영향을 주는지에 대해서 확고한 연구 결과가 나온 것이 없어 우주선이 주의의 대상이라는 사실은 아직까지 확실합니다.

(사진 출처 : 항공 승무원이 알아야 할 우주방사선 이야기 - 원자력안전위원회, 한국 원자력 안전 재단)

높은 고도를 나는 비행기를 타는 것은, 이러한 우주선에 노출될 확률이 높다는 것입니다. 시간, 거리, 차폐라는 방사선의 방호 원칙이 있는데, 이 중에서 거리에 의한 방호를 적용하면 높은 고도 즉, 방사선이 나오는 우주와 가까울수록 더 많은 피폭량을 받게 되는 셈이죠.

그렇다면 비행기를 직업적으로 많이 타는 승무원의 경우는 어떨까요?

(x-ray 사진 출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:X-rays_chest_neg_icon.svg)

위의 값은, 연간 승무원이 받는 방사선량입니다. 병원에 가서 Chest PA, 쉽게 말해서 가슴 사진 한 장을 찍을 때 받는 방사선량을 0.1mSv라고 합니다. 그에 비해 승무원이 연간 받는 선량은 객실승무원, 항공승무원 각각 가슴사진 22장, 17장에 달하는데 이 수치는 무시할 수 없는 수치입니다. 병원이나 산업체에서 방사선 관련 종사자로 일하시는 분들과 대등한 방사선량이라고 할 수 있죠.

이런 부분을 반영해 국내에서도 '국제 방사선 방호 위원회(ICPR)'의 권고에 따라 2011년 '생활주변 방사선 안전 관리법'을 제정하였고, 항공 승무원의 경우 이 법안에 따라 관리를 받고 있습니다.

(사진 출처 : 원자력 안전 위원회 공식 블로그)

그러나, 이는 승무원에 대한 권고 또는 법안일 뿐 승객에 대한 법안은 어디에도 제정되어 있지 않습니다.

사실 승객의 방사선량이 2.20mSv, 1.67mSv의 정도의 피폭선량을 받는 승무원과 비교하면 많은 피폭받는 것은 아닙니다. 인체적 영향을 고려해도 크게 걱정해야 할 정도도 아니라고들 학계에 알려져 있죠.

다만! 확률이 아주 낮을 뿐 존재하고 있는 위험이라는 것은 변함이 없습니다. 더하여 여행을 많이 다닐수록 그 위험은 더 커지죠. 이런 부분에 대해서 법적 조치가 없는 현행법상 자가 진단적 관리가 필요합니다.

결국 이 포스팅에 더하여 함께 소개해 드리고자 하는 프로그램이 있습니다.

대한민국 국민이라면 누구나 사용할 수 있는 프로그램이죠.

바로 '우주전파센터'에서 제공하는 NAIRAS 및 CARI-6이라는 프로그램입니다.

설명은 사용방법과 함께 알려드리도록 하겠습니다.

(사진 클릭 시 SAFE 사이트 접속)

SAFE 시작하기를 클릭하시면 다음과 같은 창이 뜹니다.

우측 상단의 검색 버튼을 클릭하시면

이런 창이 뜰텐데요. 차례로 입력을 하시면 됩니다.

모두 입력을 하시고 검색하시면

비행 중 받는 피폭선량이 나옵니다.

이 결과값을 토대로 비교해 다른 값과 비교해 보시면 될겁니다.

ex) 가슴 x-ray 사진

여행을 많이 다니시는 분이라면, 특히 임산부와 같은 분들은 조금 더 주의를 하셔야 합니다.

 물론, 한두 번의 여행으로 인체에 큰 영향을 줄 정도의 방사선 피폭을 받지는 않습니다. 다만, 작은 확률이라도 관심을 갖고, 알아보고 관리할 필요성이 있다는 것은 사실입니다.

아는 만큼 보이고, 준비하는 만큼 대비할 수 있습니다.

네이버 지식 in을 둘러보다, 그리고 대학교를 다니면서 했던 진로멘토단 활동 중 입시를 준비하는 학생들과 상담을 하면서 느낀 것이 있습니다. 그것은 바로 방사선학과를 지망하는 학생들이 하나같이 곤란해 하는 '도서'에 대한 부분입니다. 방사선이라 하면 아무래도 다른 학과나 다른 학문에 비해 관련 도서가 많지 않은 것이 사실인데요, 생활 기록부에 방사선과 관련된 도서를 적어넣고 싶어 하는 학생들에게는 여간 곤란한 일이 아닙니다.

그래서 이번 포스트에서는 간단히 '방사선학과' 진학을 희망하는 학생에게 추천해 줄 만한 도서를 소개할까 합니다.

(출처 : http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=197191)

책 제목 : 뢴트겐의 생애와 x선의 발견

저자 : 김성규

출판사 : 대학서림

뢴트겐 선생님은 x선을 발견한 독일의 물리학자입니다. x선의 발견 이후로 현대 의학은 지대한 발전을 이룩하였고, x선은 현재 의학뿐만 아니라 비파괴 등 많은 분야에 널리 이용되고 있죠. 이렇게 인류에 지대한 영향을 준 x선을 발견한 뢴트겐 선생님은 그렇게 큰 업적을 남겼음에도 불구하고 x선에 대한 특허권을 거부하고, x선을 발견한 과학자의 이름을 딴 '뢴트겐 선'이라고 하자는 권유조차도 거절하였습니다. 그 이유는 x선에 대한 연구가 보다 더 활발해지고, 인류 발전에 기여하기를 바라는 마음 때문이었다고 알려져 있는데요, 이처럼 대단한 과학자로서의 면모를 보였지만 우리가 잘 모르는 부분에 대해서 잘 알려주는 책이 바로 『뢴트겐의 생애와 x선의 발견』입니다.

더군다나 방사선학과에 진학하고자 하여 방사선 또는 원자력과 관련된 책을 찾아 보아도 방사선이나 원자력에 대한 부정적인 견해를 담은 책이 더 많을 뿐더러 그 수 조차도 상대적으로 적은 것이 사실이죠. 그렇기에 이 책은 여러 의미로 사막의 오아시스 같은 존재라고 하겠습니다.

이 책에 대해 한 마디로 정리하자면 "방사선에 대해 배우고 싶다면 그리고, 방사선학과에 진학하고자 한다면 한 번쯤 읽어보면 좋을 책"입니다.

이번에는 관전류량에 대해서 다루어 보겠습니다.

관전류량은 관전류와 조사시간의 곱으로 나타내는 단위 즉, 관전류와 조사시간을 포함하는 개념이기 때문에 같이 다루어 보도록 하겠습니다.

관전류와 조사시간을 포함한 x선 발생의 직접인자에 대해서는 전에도 포스팅한 적이 있지만, 관전류량의 설명을 위해 다시 한 번 다루어 보았습니다.

그렇다면 관전류량에 대해 알아보겠습니다.

저번 포스팅에서 소개했던 관전압은 선질 관여 인자인 반면, 관전류(량)는 선량 관여 인자입니다.

관전류량의 구성 요소인 관전류와 조사시간에 변화를 주어도 관전류량 자체가 변하는 것이 아니라면, 총 X선량은 유지된다는 내용입니다.

이때 선질은 평균에너지와 최대에너지를 말하는 것으로, 위에서는 각각 30keV, 90keV값을 가지네요. 관전류(량)의 변화는 선량을 증가시키나 선질 자체에는 변화를 주지는 않습니다. 그래서 선량 관여 인자라고 할 수 있죠.

 관전압 변화 시의 스펙트럼 변화와 잘 구분하셔야 합니다.

다음 포스팅에서는 직접인자의 마지막 항목인 'FFD'에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

☞ FFD(Focus-Film Distance)

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☞ X선의 직접인자

안녕하세요? 오늘은 X선 발생의 직접인자 중 관전압에 대해 더 알아볼까 합니다.

관전압의 정의는 일전에 소개한 내용과 동일합니다.

다만 이번 시간에 중점적으로 볼 내용은, 관전압이 어느 인자와 직접적인 연관이 있는지(X선 선질)와 관전압의 변화가 그에 어떤 영향을 주는지입니다. 

우선 관전압은 X선의 선질과 직접적인 연관이 있는 만큼, 관전압의 증가는 곧 X선질의 증가를 뜻합니다.

(그리고 선질이 증가함에 따라 부가적으로 X선량 또한 증가하죠)

선질의 변화는 곧 X선의 투과력 변화로 이어지며, 이는 그레이 스케일과 연동됩니다.

투과력은 X선 사진 농도를 결정 짓는 중요한 요소이고, 이것이 그레이 스케일로 표현됩니다.

끝으로 관전압과 관련된 용어와 법칙은 다음과 같은 것이 있습니다.

최소 관전압이란, X선이 유효한 사진농도를 내기 위해 필요한 최소한의 관전압 값이며, 관전압을 15% 변화 시키면 사진 농도값이 약 2배, 1/2배가 된다는 '관전압 15%법칙'도 함께 소개되어 있습니다.

여기까지 X선 발생의 직접인자인 관전압에 대하여 보다 더 자세히 알아보았습니다.

 다음번에는 X선 발생의 직접인자 중 다른 하나인 관전류에 대해 조금 더 자세히 소개하도록 하겠습니다.

☞ 관전류량(관전류, 조사시간)

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☞ X선 스펙트럼

오늘 다루게 될 내용은 연속 스펙트럼과 선 스펙트럼입니다.

각 용어의 정의는 다음과 같습니다.

▲태양광선의 스펙트럼

(사진 출처 : 사이언스올 과학백과사전 「연속 스펙트럼」)

X선의 스펙트럼은 다음과 같습니다.

각 영역의 색깔(파장)만을 나타낸 일반적인 스펙트럼과 달리, 에너지와 그에 따른 양을 나타내는 광자량 또한 스펙트럼에 반영되어 있습니다.

X선 스펙트럼은 위와 같이 각각 연속 스펙트럼과 선 스펙트럼에 분포합니다.

다음에는 난 포스팅에서 다 못 다룬 X선 발생의 직접인자에 대해 보충하여 다루어 보려고 합니다.

관전압과 관전류의 변화에 따라 X선 스펙트럼이 어떻게 변하는지를 중점으로 다루도록 하겠습니다.

함께 보면 좋을 내용

☞X선의 발생

오늘은 x선 발생의 직접인자에 대해 소개하려 합니다.

x선 발생의 직접인자라 하면, x선이 발생되기까지 직접적으로 영향을 주는 녀석들을 말하는데 그 종류로는 4가지가 있습니다.

우선 관전압부터 차례로 보도록 하겠습니다.

관전압은 X선관의 양극에 걸린 전압입니다.

X선관 속에 있는 전류를 흐르게 하므로 관전압을 인가하는 것을, Slope를 준다고 하기도 합니다.

또한 이는 X선의 선질^[각주:1]과 투과력^[각주:2]에 직접적인 관계가 있습니다.

다음은 관전류입니다.

관전류란, X선 양단에 흐르는 전류를 뜻하며, X선의 선량에 직접적으로 관여합니다.

관전류와 X선량과의 관계는 다음과 같습니다.

▲관전류와 X선량의 관계

위의 그래프와 같이 관전류가 증가함에 따라 X선량도 함께 증가됨을 알 수 있습니다.

다음은 조사시간입니다.

조사시간은 이름 그대로 X선을 조사하는(X선에 노출되는) 시간을 뜻합니다.

조사시간은 그 자체로 쓰이지 않고, 관전류와 곱을 하여 관전류의 총량을 나타내는 데에 쓰입니다.

▶관전류량[mAs]

끝으로 FFD 즉, 초점 필름 간 거리를 보겠습니다.

정의는 위와 같고, FFD는 선예도^[각주:3]나 농도^[각주:4]에 영향을 줍니다.

(선예도와 농도는 추후에 포스팅하도록 하겠습니다.)

FFD에 대해 쉽게 이해하기 위해서는 그림으로 이를 볼 필요가 있습니다.

▲X선 영상의 기하학적 관계

이번 포스트에서는 X선 발생의 직접인자에 대해 다루어 보았습니다.

간단하게 다룬 만큼, 추후에 추가적인 포스팅이 필요할 것으로 보입니다. 그러나 이번 포스팅의 보충에 앞서 다음 포스팅에서는 '연속 스펙트럼과 선 스펙트럼'에 대하여 다루어 보도록 하겠습니다.

☞ 연속 스펙트럼과 선 스펙트럼

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☞ X선의 발생

관전압에 대해 더 알아보기

☞ X선 발생의 직접인자 (관전압)

안녕하세요 띰뜜입니다.

오늘은 X선의 발생에 대해서 소개하려 합니다.

X선의 발생에 대해 알기 위해서는, X선의 이중성에 대해 먼저 알아야 합니다.

(X선의 이중성 : X선은 전자기파로써 질량이 없지만, 파동의 성질에 더불어 입자의 성질 또한 지닌다.)

입자성과 파동성에 대해 차례로 보겠습니다.

▲X선의 입자성

▲X선의 파동성

X선의 이중성은 'X선의 발생'을 설명할 수 있게 해줍니다.

X선의 발생 과정이 바로 '전자와 물질과의 상호작용'이기 때문이죠.

(전자 : 입자)

(이 내용에 대해서는 나중에 구체적으로 다루도록 하겠습니다)

▲X선 발생 원리

이때 발생하는 X선의 종류로는 연속 X선과 특성 X선이 있으며,

이는 발생 원리에 따라 구분할 수 있습니다.

▲연속 X선

▲연속 X선 모식도

▲특성 X선

▲특성 X선 모식도

이번 포스트에서는 X선의 발생을 다루었는데요, 다음번에는 이 포스트의 이해해 도움이 되는 그리고 이 내용에 연동되는 'X선 발생의 직접인자'에 대해 소개하겠습니다.

안녕하세요?

오늘은 X선관(X-ray tube)에 대해 간단히 설명을 해드리려 해요.

X선관은 X-ray를 발생시키는 유리관입니다.

설명에 있듯이, 구성은 크게 음극과 양극으로(총 2극) 돼 있습니다.

음극에서 전자를 발생시키고 이 전자가 양극과 충돌하면서 X선이 발생됩니다.

(유리관 내를 고진공도로 유지하는 이유는 '공기가 생성된 전자가 진행하는 것을 방해하기 때문'입니다.)

X선관의 그림으로 살펴보겠습니다.

▲회전 양극 X선관

(사진 출처 : 방사선과학개론, 방사선과학연구회, 청구문화사, p 108 )

1. 양극

2. 회전 축

3. 양극 회전자

4.음극

5.유리관

앞서 설명을 드린 양극, 음극 그리고 유리관이 그림에 나타나 있습니다.

(이외에 회전자, 회전축은 사진 속의 X 선관이 '회전 양극 X선관'이기 때문입니다.)

그렇다면 양극과 음극에 대해 소개하겠습니다.

전자빔이 양극에 충돌 시 모든 에너지가 X선이 되는 것은 아닙니다.

99%는 열이 되고 단 1%만이 X선이 되죠.

그렇기 때문에 양극은 용융점^[각주:1]이 높은 물질을 이용해야 합니다.

그리고 앞서 말씀을 드린 '회전 양극 X선관'은 양극이 열을 잘 견디게 하기 위해 고안된 것입니다.

집속통이 전자를 집속시키는 원리는 전하에 있습니다. 전자 빔은 모두 음전하(-)를 띄기 때문에 서로 반발하는데, 이를 아주 강한 음극인 집속통으로 모아주는 것입니다.

지금까지 X선관에 대해 간단하게 소개해 드렸습니다.

X선관에 대해 소개를 드리면, 초점과 양극 힐 효과에 대해 설명을 해드려야 할텐데, 차례로 포스팅하도록 하겠습니다.

☞ 초점

☞ 양극 힐 효과