1. 주요 X-선 구분 : (연속 X선 및 특성 X선)
ㅇ 제동 복사(Bremsstrahlung, Whit Radiation)에 의한, 연속 제동 X선 (연속 스펙트럼) 발생
- (명칭) 백색 복사선(white radiation), 제동 복사선(bremsstrahlung) 이라고도 불리움
- 원자 핵의 전기장에 의해 가속된 전자의 진행이 방해 받으면서 (감속되며) X선 발생
. 원자 내부구조의 재조정에 따른 전자 천이에서 넓은 스펙트럼 영역에 걸쳐, X선 광자 방출
. 이때 방출된 광자의 에너지는, 충돌 전후의 전자의 운동에너지 차이와 같음
- 한편,
. 표적에 충돌한 전자의 운동에너지 대부분(99%)이 열로 변환되나,
. 이중 일부분(1% 미만) 만이 X선으로 방출됨
ㅇ 충돌 손실에 의한, 특성 복사(Characteristic Radiation) X선 (선 스펙트럼) 발생
- (명칭) X선 형광 (XRF, X-ray Fluorescence) 이라고도 함
- 표적 원자를 때려 분리된 전자가 바닥 상태로 되돌아가면서, X선 광자 방출
. 전자 궤도 간의 에너지 준위 차이에 의한 파장을 갖음
- 금속 표적 특유의 특성선
※ 보통, 두 X선이 함께 나타남
2. 일반적인, X선 발생 장치 (X선 관)
ㅇ 음극,양극을 갖는 진공관으로 구성된 X선 튜브에 의해 발생
ㅇ 주요 구성 요소
- 전자 발생원 : (음극)
. 높은 음 전압으로, 가열된 텅스턴 필라멘트
- 금속 표적 : (양극 : 통상, 접지됨)
. 주요 표적 물질 : Cr, Fe, Co, Ni, W(텅스텐) 등 주로 고 저항 재료
- 진공관 : (진공 유리관)
- 높은 가속 전압 : (약 35 kV 또는 100 kV 이상)
. 전자가 전기장 내 가속되는 동안 큰 운동에너지를 갖게됨
- 냉각 장치 : (음극 표적에서 방출된 열에너지를 식히기 위함)
3. X선 발생 방법 넷(4)
※ 여러 물리적 원리에 기반하여 다양한 방식으로 생성 가능
- 사용 목적이나 실험 환경에 따라 적절한 방식을 선택함
ㅇ 고 에너지 전자빔을 금속 표적에 충돌시켜 발생 (X선 관 방식)
- 가속된 전자가 금속 표적에 부딪히면서 감속(제동)되며, 운동에너지 일부가 X선으로 변환됨
- 생성 X선
. 연속 X선 (제동 X선) : 다양한 에너지의 연속적인 X선 스펙트럼
. 특성 X선 : 표적 원자의 내부 전자 탈락 후, 상위 궤도 전자가 전이 방출할 때 나오는 X선
- 특징 : 제어된 강도 및 스펙트럼, 다양한 물질분석과 영상 촬영에 널리 사용됨.
- 例) 일반적인 의료용 X선 촬영기, 실험실용 X선 회절(XRD) 장비
- 고 에너지 전자 살(빔)(일차 살)으로 금속 표적에 충격을 가해,
이로부터 직접 얻어내는, 가장 일반적인 방법 (연속 제동 X선)
ㅇ X선 형광 (X-ray Fluorescence, XRF)
- 1차 X선을 시료 물질에 조사하면, 시료 원자의 내각 전자가 탈락하고,
. 상위 궤도 전자가 전이할 때 특성 X선이 2차로 방출됨
- 생성 X선 : 선 스펙트럼 형태의 2차 X선 (이차선)
- 용도 : 시료에 포함된 원소의 정성 및 정량 분석.
- 장점 : 비파괴 분석, 복합재료 및 고고학적 시료 분석 등 다양한 분야에 활용
ㅇ 방사성 동위원소 붕괴로부터의 X선 생성
- 방사성 핵종이 자연 붕괴하면서 감마선 또는 내부 전환 전자를 방출할 때,
. 원자 궤도 재배치 과정에서 X선이 방출됨
- 특징 : 고정된 에너지의 X선 방출, 전원이 필요 없으며 휴대 가능
- 例) Americium-241, Cobalt-57 등의 동위원소 사용.
- 용도 : 산업용 두께 측정기, 휴대용 XRF 장비 등
ㅇ 입자 가속기 또는 싱크로트론 복사광원에 의한 X선 생성
- 가속된 전하 입자(주로 전자)가 자기장에 의해 진로가 꺾일 때,
. 고 에너지 전자기 복사선(싱크로트론 복사)을 방출하며 X선이 생성됨
- 특징 : 매우 강력하고 밝은 X선 빔
. 다양한 파장 범위에서 매우 높은 에너지 분해능과 시간 분해능 제공
- 용도 : 단백질 결정학, 고체 물리, 나노물질 구조 분석, X선 현미경 등 첨단 연구