방사선 물리학

방사선을 다루고 관련 건강 영향을 설명할 때 방사선 물리학에 대한 기본적인 이해가 중요하다. 원자는 물질의 기본 구성 요소이며 양성자, 중성자, 전자로 구성되어 있다. 화학 원소는 같은 수의 양성자를 보유하고 있으며, 이는 원자 수에 해당한다. 그러나, 핵에 있는 중성자의 수에 따라, 원소의 원자 질량은 변할 수 있다. 이 차이는 원소의 동위원소를 만드는 것이다. 전자는 핵 주위를 돌고 껍질이라고 불리는 층으로 배열된다. 원자에서 외부 전자 중 하나를 제거하면 일반적으로 감마선의 형태로 에너지를 방출한다. 이 현상을 전리방사선이라고 한다. 이온화 방사선의 중요한 원리는 동위원소와 핵종의 안정성이다. 원소의 동위원소가 핵에 중성자가 너무 적거나 많으면 불안정해진다. 핵은 양성자와 중성자가 2, 8, 20, 82, 126을 포함한 특정 숫자에 더해질 때 가장 안정적이다. 물리학은 중성자와 양성자의 홀수가 짝수보다 덜 안정적이라는 것을 보여준다. 방사성 붕괴라고 불리는 과정에서, 이 방사성 및 불안정한 핵종들은 궁극적으로 X선과 감마선을 포함하는 베타 입자, 알파 입자, 광자를 방출하는 보다 안정적인 핵종으로 변할 수 있다. 방출되는 입자들은 방사선의 한 형태이다.

방사성 동위원소는 입자의 종류, 얼마나 많은 에너지를 방출하는지, 그리고 붕괴 속도에 의해 결정되는 독특한 특성을 가지고 있다. 다른 종류의 입자들은 알파, 베타, 광자를 포함한다. 각 입자가 상호작용하는 원자에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 각 입자의 다른 특성을 이해하는 것이 중요하다. 목표 물질의 질량, 속도, 전하 및 전자 밀도에 따라 운동 에너지가 손실되고 에너지가 특정 매체로 전달되는 정도가 달라집니다.

알파 입자는 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있다. 이 입자의 방출은 원자 질량의 4 감소와 원자 번호의 2 감소를 초래한다. 알파 입자의 방출은 보통 플루토늄, 우라늄, 라듐과 같은 무거운 원소의 방사성 붕괴로부터 발생한다. 알파 입자는 +2의 양의 전하를 가지며 이온화 힘이 크다. 하지만, 전하와 큰 밀도 때문에, 그들은 일반적으로 짧은 기간과 거리에 걸쳐 빠르게 에너지를 잃습니다. 알파 입자가 이동하는 평균 거리는 약 3~5cm이며, 보통 옷이나 피부에 침투할 수 없다. 이러한 특성으로 인해 효과나 손상을 유발하려면 알파 입자가 목표값 가까이로 배출되어야 합니다.

베타 입자는 음의 방출과 양의 방출로 나뉩니다. 음의 베타 방출은 하나의 음전하를 가지며, 그것은 양성자의 수를 1씩 증가시키고 중성자의 수를 1만큼 감소시킨다. 양성 베타 방출은 하나의 양성 전하를 포함하며, 양성자의 수를 1만큼 줄이고 중성자의 수를 1만큼 증가시킨다. 두 경우 모두 원자 질량은 동일하지만 다른 원소를 형성한다. 알파 입자와 달리 베타 입자는 멀리 이동할 수 있고 높은 에너지를 가진 물과 조직을 통해 침투할 수 있다.

방사성 붕괴가 원소 안에서 일어날 때, 변환에서 생성된 잔류 에너지는 일반적으로 핵 안에 저장되며, 따라서 궁극적으로 핵을 흥분시킨다. 높은 에너지 상태는 불안정성을 야기하기 때문에, 핵은 이 에너지를 방출하여 그들의 기본 에너지 수준으로 돌아갑니다. 방출되는 에너지는 일반적으로 감마선의 형태이다. 감마선은 또한 매우 멀리 이동할 수 있으며 철, 조직 및 콘크리트와 같은 물체를 침전하거나 통과할 수 있다. X선 생산은 유사한 패턴으로 이루어지지만, 핵에서 에너지를 생성하는 대신에, 에너지 생성은 주변 전자에서 일어난다. 이 프로세스를 내부 변환이라고 합니다. 핵이 흥분 상태에 있을 때, 그것은 감마선을 방출한다. 이 감마선은 일반적으로 가장 안쪽 K층에서 궤도 전자 중 하나와 상호작용한다. 감마선은 완전히 흡수되고, 원자는 전자가 원래 있던 층에 공허하게 남게 된다. 빈 자리는 외부 쉘 전자에 의해 채워져 X선이 생성되며, X선은 전자의 가속으로 생성될 수도 있다. 이 메커니즘은 X선을 이용한 방사선 영상의 생성에서 입증된다.