엑스선

엑스선(X선)은 파장이 0.01 ~ 10 나노미터인 전자기파이다.

가시광선보다 투과력이 높아 의학에서 몸속 사진을 찍는데 쓰이며, 파장이 짧아 물질의 구조를 알아내는데 쓰인다. 뢴트겐(W. Röntgen, 1845-1923)이 처음 발견한 것으로 전해진다. 발견 당시 이 빛의 성질에 대해서 아는 것이 없었으므로 미지의 성질을 가진다고 하여 X선이라고 불리웠으며, 발견자의 이름을 따서 뢴트겐선이라고도 부른다.

우리가 흔히 빛이라고 하는 가시광선(눈으로 볼 수 있는 빛)은 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 뼈 조직은 잘 투과하지 못하므로, 뼈 사진을 찍는데 쓰인다(그림 1). 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(그림 2), 디옥시리보핵산(DNA)의 구조를 알아내는데도 엑스선 산란 사진을 이용하였다(그림 3).

X선은 이온화선(ionizing radiation)으로 DNA와 같은 분자에서 이온을 떼어넬 수 있다(흔히 말하는 방사선. 흔히 방사선을 분류할 때는 엑스선과 감마선을 구분하지 않는다). 그러나 그 피해가 감마선보다는 덜하다.

그림 1. 뢴트겐이 1895년 12월 22일에 찍은 최초의 X선 사진. 이후로 엑스선은 몸속의 사진을 찍는 대표적인 의료 진단 기술이 되었다. ()

그림 2. 라우에(M. v Laue, 1879-1960)가 얻은 최초의 X선 결정 사진들중 하나. ()

그림 3. 프랭클린(R. Franklin, 1920 - 1958)과 고슬링(Gosling, 1926 - )이 1952년 찍은 DNA의 X선 사진. 'Photo 51'이라는 이름으로 유명하다. ()