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방사선 (Radiation) 이란 ?

방사선 (Radiation) 이란 ?.  에너지를 가지고 있는 일종의 보이지 않는 광선. - 어떠한 공간을 전파 이동하는 에너지의 흐름. ( 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 전파 , TV 파 , 자외선 , 가시광선 , 적외선 , 우주선 , X- 선 ,  선 등 ).  자연방사선과 인공방사선.  전리방사선 (ionization radio.) 과 비전리방사선. 직접전리방사선 : 전자 , 양자 , 알파입자. 간접전리방사선 : 중성자선 , X- 선 ,  선.

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방사선 (Radiation) 이란 ?

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Presentation Transcript

  1. 방사선(Radiation) 이란? 에너지를 가지고 있는 일종의 보이지 않는 광선 - 어떠한 공간을 전파 이동하는 에너지의 흐름 (일상생활에서 흔히 볼 수 있는 전파, TV파, 자외선, 가시광선,적외선, 우주선, X-선, 선 등) 자연방사선과 인공방사선 전리방사선(ionization radio.) 과 비전리방사선 직접전리방사선 : 전자, 양자, 알파입자 간접전리방사선 : 중성자선, X-선, 선

  2. 방사선의 특성(Characteristics of Radiation) 1. 사람의 오감(five senses) 으로 감지 불가 2. 방사선 피해로 나타난 증상의 비특이성 (non singularity of condition) 3. 일정 시간 후 증상이 나타남 - 잠복기(latent period) : 급성 or 만성 방사선의 작용 1. 투과작용 2. 전리작용 3. 사진작용 4. 형광작용 5. 생물학적작용

  3. 방사선이 인체에 미치는 영향 우리들은 생활 속에서 끊임없이 자연과 인공방사선을 받음 1. 방사선 피폭 체외피폭(X-선, 감마선)과 체내피폭(알파선,베타선 ) 2. 방사선 장애 신체적 장애와 유전적 장애 3. 방사선 안전관리 대책(안전성, 최소화, 최적화) 국제방사선방호위원회 권고에 의한 엄격한 법으로 규제 4. 방사선에 대한 방호(체외피폭) 1) 거리(distance), 2) 시간(time ), 3)차폐( shielding)

  4. 방사선의 이용 분야 1. 방사선의학(Radiology) –의학에 이용 1) 진단방사선(Diagnostic Radiology) 2) 치료방사선(Radiation Therapy) 3) 핵의학 (Nuclear Medicine) 2. 농업에 이용 –식품에 쏘여 살균, 살충, 품종개량 3. 공업에 이용 - 비파괴검사 4. 환경보전, 유전공학, 연대측정, 반도체 집적회로의 집적도 향상 - 방사광

  5. 방사선검사 1. 일반X-선검사(General Radiography)

  6. 2. 투시검사법(Fluoroscopy) X-ray TV system

  7. 3. 초음파검사법(Ultrasonography)

  8. 4. 전산화단층촬영(Computed Tomography)

  9. 5. 핵자기공명영상(M.R.I)

  10. 6. 혈관조영술(Angiography) i i

  11. 6. 핵의학검사(Nuclear Medicine)

  12. 7. 유방촬영법(Mammography)

  13. 방사선기기(Radiation Equipment) 방사선을 발생시키는데 필요한 모든 장치 X-선발생장치 및 촬영장치 X-선투시장치, 간접촬영장치, 치과X-선장치 초음파장치, 전산화단층촬영장치, 치료장치 핵자기공명영상장치, 핵의학장치 자동현상기 및 부속기기 등

  14. ■음극선의 발생 1.전자(electron) 원자(Atom) : ①원자핵 - 중성자, 양성자 ②전자 ■전자의 발생 : 1)가열에 의한 전자방출(열전자 방출) 2)이온의 충돌에 의한 전자방출 3) 광에너지에 의한 전자방출(광전자) 4)고전계에 의한 전자방출 5) 원자붕괴에 의한 전자방출 2. 열전자 ■열전자방출 :금속 혹은 반도체에 온도를 올리면 그중의 자유전자가 표면으로부터 방출되는 현상 전자방출체의 운동에너지(Wo) = 1/2 m.v2 = e . V

  15. ■일함수(work function) : 단위 - eV(φ) 전자가 밖으로 튀어나오기 위한 운동에너지 ■Richardson’s effect(리차드슨효과)- 열전자방출과 온도 관계 I = AT2e-b/kT (I : 열전자방출양, A,b : 상수,  : 일함수, k : 볼쯔만상수, T : 금속의 절대온도) ■ 2극진공관의 동작특성 1) 초속도 영역 : 2) 공간전하 영역 : 3) 포화 영역 : ■3극진공관의 동작 ■광전자(photoelectron) 금속 표면에 빛을 쪼이면 표면에서 전자가 튀어 나옴:광전효과

  16. ■음극선(Cathode ray) 1) 직진한다. 2) 전자기장 내에서는 진로가 바뀐다. 3) 형광 및 인광작용이 있다. 4) 가열작용이 있다. 5) 역학적작용이 있다. 6) 전리작용이 있다. 7) 감광작용이 있다. 8) 회절작용이 있다. ■X-선의 발생( X-ray production) ■X-선의 발생조건 1) 자유전자(열전자)의 발생 2) 고속도의 운동에너지 부여: 전자 이동 3) 고진공도 유지( 10-5 - 10-7 mmHg ) 4) 저지물( target)

  17. ■연속X선(=저지X선,제동X선, 백색선) 고속전자가 저지물(타깃트:W)의 원자핵 근처를 통과할 때 핵의 강한 전기력(+)을 받아 본래의 진행방향을 바꾸면서 감속 된다. 이때 전자가 잃은 운동에너지는X선으로 발생 ■전자의 이동속도 ( υ) 1/2 m·υ2 = e ·V υ2 = 2 e·V / m υ = 5.95 ×105√V (m/sec) = 600 √V(km/sec) ( 가속전압 : V, 전자의 전하 : e, 전자의 질량 : m) Ex) 100kV 로 가속한 전자의 이동 속도는? ■전자가 잃어버린 운동 에너지(ΔE) ΔE = e ·V - e· V ＇ = h · υ ( h : Plank 상수(6.625 × 10-34J·S ) , υ : 방출된 X선의 진동수)

  18. ■X선의 이중성 1) X선의 파동성 전자파로서 파동으로 공간을 진행 전자파의 파장 : λ(cm), 진동수 : υ(s-1), 광속도 : c λ= c / υ (Å) , υ = c/ λ 2) X선의 입자성 X선의 발생, 흡수,산란 현상을 일종의 입자로 생각 광자(photon) 광자의 에너지(E) = eV = h · υ = h · c/ λ ■Duane - Hunt’s law : 최단파장과 가속전압과의 관계식 λ = 12.42/ kVp (Å) Ex) 100kV 일때 발생되는 X선의 최단파장은?

  19. ■연속X선의 총에너지(강도) : Ix Ix = k · V2 · I · Z (k : 정수,V : 관전압, I : 관전류, Z : 타켓트의 원자번호) ■ X선의 발생효율(η) 발생한 X선의 총에너지와 소비된 전자의 에너지의 비 η = X선총에너지/전자에너지 = k · V2 · I · Z /V · I = K · V · Z Ex) 관전압이 70 kVp일때 X선 발생효율은? ■고유X선(특성X선: Characteristics X- ray) 고속전자가 타켓트 물질 원자의 내각전자를 이탈시키고 그 공위에 외각전자가 천이 할 때 발생되는 X선 ■Mosley's law : 특성X선의 파장에 관한 법칙 √ υ = K ( Z -  ) (υ :특성X선의 진동수, K:정수, Z: 타켓트원자번호)

  20. ■X선장치의 기본 회로 1. 고전압회로 1)자기정류회로 2) 단상전파정류회로 3)3상전파정류회로 4) 축전기방전식고전압회로 5)인버터식 X선고전압회로 2. 필라멘트가열회로 ■의료용X선장치의 구성 1. X선발생장치 :1) X선관, 2) 고전압발생장치, 3)제어장치 2.X선기계장치 : 촬영대, X선관지지장치, 투시촬영대 등 3. X선영상장치 : X선용TV, 영상증배관, 등 4. 관련기기 : 자동현상기, 그리드, 필름, 증감지, 필름체인저, 방어용품, 조영제 자동주입장치 등

  21. ■진단용X선장치의 정격 1.변압기식X선고전압장치의 형명 표시 RDP - 100 - 100, RF - 500 -150, TRF - 1000 - 150 (1항:형명) , (2항:최대관전류) (3항: 최고관전압) 2. 콘덴서식X선고전압장치의 형명 표시 CR - 0.5 - 100 , CRF - 1.5 - 150 (1항 : 형명- condenser), (2항 : 콘덴서용량), (3항 :최고관전압) 3.인버터식X선고전압장치의 형명 표시 IR - 400 - 150, IRF - 500 - 150, ( 1항 : I - INVERTER), (2항 : 최대관전류), (3항 : 최고관전압) 4. 정격(Rating) 장치가 사용 할 수 있는 한도

  22. ● X선관의 변천 1) 가스 X선관  1895년독일의Roentgen에 의해Crookes tube로 X선 발견 -음극선 실험용으로 열에 의해 유리관 쉽게 파손  1896년 gas X선관(최초의 X선관) –양극 focus tube 2) 자기전자관 1912년 J.E.Lilienfeld와 W.J.Rosenthal에 의해 자기전자관 3) 열전자X선관 1913년 Coolidge에 의해 열전자X선관 개발 1918년 O.Goetz - 선상초점(line focus) X선관 개발 1929년 A. Bouwers - 회전양극X선관 개발 1934년 A. Ungelenk - 우산형target 개발 ● X선관의 종류 1) 진료 목적 : 진단용&치료용 2)양극구조 : 고정양극&회전양극 3) 극수: 2극관& 3극관4) 초점 형태: 선상& 원형, 단일& 2중

  23. ● X선관의 구조 1)고정양극 X선관(stationary anode X-ray tube) cathode(음극)와 고정된anode(양극)으로 된 2극진공관 ① 음극- filament(W) : 전자방출 - 나선형 focusing cap(집속통) : 전자 집속 stem : 유리관과 금속 접합부 ② 양극 - 대부분 구리(Cu)로 되어있고 앞부분에 텡스텐 target가 봉입 ③ 유리관(glass bulb) - 고전압이 가해지고,높은 열이 발생: 붕규산경질유리 사용

  24. ● 유리관(glass bulb) = 관체의 구비조건 ① 내부를 고 진공도로 유지(10-6mmHg 정도) ② 전기 절연 내력이 클 것 ③ 가공 용이 - 금속과 접합이 용이해야 함 ④ 열팽창계수가 적을 것 ⑤ X선 흡수가 적을 것 ⑥ 기계적 강도가 높고, 화학적 내성이 좋을 것 ◎ 붕규산경질유리= SiO2(76%) + B2O3(16%) + Na2O(5%) + Al2Fe2O3(2%) + K2O(1%) <특성> : 항장력이 크고, 열팽창계수가 적고 내열성으로 온도 급변에 견디고, 알칼리가 적고 전기전도율이 적고, 절연파괴전압이 높다

  25. 2) 회전양극X선관 고정양극X선관의 양극에 축적할 수 있는 열의 한계성 때문에 target를 회전시켜 초점을 이동하여 열을 냉각하는 X선관 ◎ 구조: 1. 음극– filament(W): double focus(2중 초점) Focusing cap(집속전극) - 필라멘트에서 나오는 열전자 집속 양극에 초점 형성, 양극에 대해( - )전위

  26. 2. 양극 - 우산형 target, 회전자, 고정자코일, 베어링, 양극 축 ①우산형target - tungsten(W):전면+ molybdenum(Mo):후면 → 회전특성 향상, 허용부하가 커짐 rhenium(10%)+ tungsten(90%)의 합금 → target 균열방지  Target의 구비조건 ①원자번호가 클 것 ② 용융점이 높을 것 ③증기압이 낮을 것 ④ 괴산성이 작을 것 ⑤열전도가 좋을 것 ⑥ 전기전도가 좋을 것  양극의 회전 → 유도전동기의 회전자계: 진공관 내의 회전자가 외부 자계 양극의 회전 수(n) = 120 f / p (r.p.m) (보통회전형 : 3,000회, 고속회전형 : 9,000회)  ball bearing : 고 진공, 고 온도에서도 양극을 원활히 회전 → 금속윤활제(납,은의 엷은 막) 사용

  27. 회전양극X선관의 장단점 ① 열용량이 크다. ② 부하량을 크게 할 수 있다. ③ 실초점 면적이 크다. ④ 실효초점이 적다 ⑤ 선예도가 좋다. ⑥ 단시간 조사가 가능하다 ⑦ 소음이 난다. ⑧ 가격이 비싸다. ⑨ 베어링의 마모로 수명을 단축시킨다. 회전양극의 전자충돌 면적 총 충돌궤도면적 = 2π r d (mm2) (r : 회전중심에서 충돌면의 중앙선까지 거리, d : 전자 충돌면의 폭 2 π r : 원의 둘레) Ex) 전자류의 폭이 4mm이고, 실효초점이 1mm일 때 ①고정양극의 전자충돌면적= 1  4 = 4 mm2 ②회전양극관 ˝ = 2  3.14  30  4 = 754 mm2 (고정보다 188배) 회전양극의 축적열량 : Q(cal) Q = m · C · T (m : 양극의 질량 (g),C : 비열, T : 온도)

  28. ● X 선관의 특성 ◎초점에 관한 특성 초점(Focus) <집속전극의 단면> 정초점(major focus): 부초점(minor focus): A d ◎ 초점의 크기나 형태의 좌우인자 h a ①필라멘트 크기나 형태 ②집속통의 크기나 집속통 내의 필라멘트 위치 ③음극과 양극 사이 거리 필라멘트 ◎ 실초점과 실효초점 ①실초점(actual focus:AF) :열전자가 target에 충돌된 면적 ② 실효초점(effective focus:EF):X선 중심축에서 보았을 때 상의 형성에 관여하는 초점(작용초점)

  29. ◎실초점과 실효초점의 관계 실효초점 = 실초점×sinθ , 실초점 = 실효초점 ×1/sinθ Ex) 양극의 경사각도가10, 15, 17, 20, 45일 때 실초점은 실효초점의 몇 배? (sin10  - 0.173) 10 : 6배, 15 : 4배, 17 : 3.5배, 20 : 3배 , 45 :1.4배 - 실초점은 크고 실효초점을 작게해서 좋은 화질을 얻음 ◎ 실효초점의 측정 ① 목적 : ㉠ 초점의 크기나 형태 ㉡ 초점외 X선 발생 유무 ㉢ 초점의 파괴 상태 파악 :㉠ pin hole camera examination(창사법,침공기법) ㉡ resolving power examination(해상력법) ● X선의 방사 강도분포 특성 target에서 방출되는X선의 방향 및 공간강도분포는 관전압, target 재질 및 두께에 따라 정해짐

  30. ◎ Heel effect(각도효과) X선관 초점면에서 발생되는 X선의 강도분포는 음극측이 양극측보다 더 강하게 나타나는 현상 - 양극의 경사면 때문 감소 대책: Filter사용, 피사체의 두꺼운 부분이 음극측에 오게 위치잡이 ● X선관의 관전류 특성 ◎ 열전자X선관 - 관전류는 필라멘트가열전류를 변화시켜 관전압과 관계없이 조정 ①저전압, 대전류, 소초점 : 공간전하전류로 전압의 3/2파형 ②고전압, 소전류, 대초점 : 포화전류(온도 제한의 전류)로 방형파 ◎ 초점크기에 따라 관전류 특성이 달라진다. ◎ 관전류는 전극간 거리(d)의 제곱에 반비례 한다 ◎ 관 전류 특성과 사진효과 X선발생총강도(E) = K· V2· I ·Z 흡수체를 투과한 후 사진효과(D) : D ∝ log V4-6 (V:관전압)

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