비파괴검사 스터디 내용 정리

방사선이 물질에 조사되어 물질 내를 투과할 때 방사선은 그 물질에 뭔가 변화를 주는 동시에 물질에 의해 흡수되기도 하고 산란하여 방향이 바뀌기도 한다. 이 같은 현상을 방사선과 물질과의 상호작용이라 한다. 방사선은 물질과 상호작용을 할 때 주로 원자와 작용하는데, 원자핵과는 거의 작용하지 않고 원자핵 주위의 전자와 작용한다. 이 상호작용으로는 광전효과, 톰슨산란, 콤프톤산란, 전자쌍 생성 등이 있다.

1. 광전효과

방사선의 광양자가 물질에 입사하여 원자의 K각의 궤도전자와 충돌할 경우 방사선 광양자의 에너지가 K전자의 결합에너지 보다 크면 K전자를 궤도 바깥으로 튀어나가게 하며 광양자의 에너지는 모두 원자에 흡수되어 버린다. 이 현상을 광전효과라고 하고 이 광전효과에 의해 떨어져 나간 전자를 광전자라 한다. 이 효과에 의해 K각에 전자의 공석이 생기면 K각보다 에너지의 순위가 높은 L전자, M전자가 그 공석을 메우며, 이 때 특성 X선이 발생한다. 광전효과는 광양자의 에너지가 궤도전자의 여기 에너지보다 큰 경우에만 일어난다.

2. 톰슨산란

방사선이 물질에 입사 후 방향을 바꾸어도 파장이 변하지 않는 산란을 톰슨산란 또는 레일리 산란이라 한다. 또한 이 산란은 광양자의 에너지가 변하지 않기 때문에 탄성산란이라고도 한다. 이 톰슨산란이 일어나는 정도는 원자번호에 비례한다.

3. 콤프톤산란

방사선이 물질에 입사하여 산란할 때 산란 후의 광양자의 에너지가 감소하는 현상을 콤프톤산란이라 한다. 콤프톤산란에서는 산란할 때 충돌한 전자에 에너지를 주어 원자 바깥으로 튀어나가게 하기 때문에 산란한 방사선의 에너지는 입사 방사선의 에너지보다 낮아진다. 이 때 튀어나간 전자를 콤프톤전자라 한다. 콤프톤산란은 궤도전자에 의해서보다 주로 물질내의 자유전자와의 상호작용에 의해 발생한다.

4. 전자쌍 생성

전자쌍 생성은 아주 높은 에너지의 방사선 광양자가 원자핵 근처의 강한 전장을 통과할 때 광양자가 소멸하고 그 대신 음전자와 양전자가 생성하는 현상이다. 따라서 광양자의 에너지는 음전자와 양전자의 정지질량의 합에 해당하는 에너지 이상의 에너지를 갖지 않으면 안 된다.

5. 방사선의 감쇠

방사선이 물체에 입사하는 방향을 바꾸지 않고 직진하여 물체를 투과하는 직접투과선과 도중에 물질과의 상호작용에 의해 발생하는 산란선으로 나눌 수 있다. 직접투과선의 강도는 상호작용에 의한 흡수, 산란에 의해 점차 감쇠하고 상호작용이 일어나는 정도는 방사선의 에너지, 물질의 종류 및 두께에 따라 변한다. 발생한 산란선의 산란각이 90˚ 이하인 산란선을 전방산란선이라 하고, 90˚를 넘는 것을 후방산란선이라 한다.

6. 전리작용

기체에 방사선을 노출시키면 전기적으로 중성이었던 기체의 원자 또는 분자는 이온으로 분리되는데 이것을 전리작용이라 한다. 전리되는 기체분자의 수는 조사된 방사선량에 비례한다. 이 작용을 통해 조사선량을 측정할 수 있다.

7. 형광작용

방사선은 육안으로는 볼 수 없지만 형광 물질에 방사선을 노출시키면 형광 물질은 방사선의 에너지를 흡수하여 들뜨게 되며, 안정한 상태로 되돌아 올 때에 황색, 청색 등의 형광을 발하는데 이 작용을 형광작용이라 한다.

8. 사진작용

사진 필름에 방사선을 쪼이면 필름의 사진유제 속으로 할로겐화은에 흡수되어 현상핵, 잠상을 만드는데 이것을 사진작용이라 한다. 사진작용은 방사선 투과사진 촬영, 방사선 피폭선량의 측정에 이용한다. 노출된 필름을 현상, 정착의 사진처리를 하면 잠상이 생겼던 부분이 화학반응을 일으켜 검은 색의 황화은으로 변하여 사진 상이 된다.