X선 필터

X-ray filter

X선 필터는 스펙트럼에서 특정 파장의 강도를 줄이고 주어진 빔 내에서 X선 파장의 분포를 선택적으로 변경하기 위해 X선 소스 앞에 배치되는 물질이다.

X선이 물질을 맞으면 들어오는 빔의 일부가 물질을 통해 전달되고 그 일부가 물질에 흡수된다. 흡수량은 물질의 질량 흡수 계수에 따라 달라지며 더 큰 에너지의 입사 광자에 대해 감소하는 경향이 있다. 진정한 흡수는 충분한 에너지의 X선이 흡수 물질의 원자에 전자 에너지 레벨 전환을 일으킬 때 발생한다. 이 X-ray에서 나오는 에너지는 원자를 흥분시키기 위해 사용되며 물질을 지나가지 않는다(즉, "필터링"된다). 그 때문에, 높은 에너지 파장에서 흡수가 감소하는 일반적인 추세에도 불구하고, 각각의 원자 에너지 수준 전환에 해당하는 주어진 물질의 흡수 특성에 주기적으로 스파이크가 발생한다. 이 스파이크는 흡수 에지라고 불린다. 그 결과 모든 물질은 전자 에너지 수준에 해당하는 X선을 우선적으로 걸러내는 한편, 일반적으로 이러한 수준보다 약간 낮은 에너지를 가진 X선을 상대적으로 손상되지 않은 상태로 전송할 수 있게 된다.

따라서 특정 흡수 특성을 가진 물질을 서로 다른 X선 소스 스펙트럼에 일치시킴으로써 빔에 존재하는 X선의 파장을 선별적으로 미세 조정할 수 있다.

적용들

예를 들어 구리 X선 선원은 파장 154 및 139 피코미터의 X선 빔을 우선적으로 생성할 수 있다. 니켈은 오후 149시에 두 동선 사이에 흡수 에지가 있다. 따라서, 니켈을 구리 필터로 사용하면 154pm 광선은 강도의 큰 감소 없이 통과하면서 139pm x-ray의 약간 높은 에너지를 흡수하게 된다. 따라서 니켈 필터가 있는 구리 X선 선원은 거의 154pm의 광자를 가진 단색 X선 빔을 생성할 수 있다.

의학적 목적을 위해 X선 필터는 X선 영상촬영(방사선 촬영) 중 저에너지 광선을 선택적으로 감쇠시키거나 차단하는 데 사용된다. 낮은 에너지 X선(30 keV 미만)은 환자의 연조직(특히 피부)에 많이 흡수되기 때문에 결과 이미지에 거의 도움이 되지 않는다. 또한 이러한 흡수는 환자의 확률적 방사선 효과(예: 암) 또는 비 확률적 방사선 효과(예: 조직 반응)의 위험을 가중시킨다. 따라서 입사 광선으로부터 이러한 저에너지 X선을 제거하는 것이 유리하다. X선 필터는 X선 튜브 및 하우징 재료 자체로 인해 발생하거나 필터 재료의 추가 시트에서 추가될 수 있다. 일반적으로 사용되는 최소 여과물은 2.5mm 알루미늄(Al) 등가지만, 더 큰 여과물을 사용하는 경향이 증가하고 있다. 현대식 형광 투시 장비 제조업체는 환자 두께에 따라 가변 두께의 구리(Cu) 여과 장치를 추가하는 시스템을 활용한다. 이 범위는 일반적으로 0.1 ~ 0.9 mm Cu이다.

X선 필터는 결정 고형물의 원자간 공간의 결정에 X선 결정에도 사용된다. 이러한 격자 스페이싱은 Bragg 회절을 사용하여 결정할 수 있지만, 이 기법은 대략 단색 X선 빔으로 스캔을 수행해야 한다. 따라서 위에서 설명한 구리 니켈계통과 같은 필터 셋업은 하나의 X선 파장만이 대상 결정으로 침투할 수 있도록 하여 결과적으로 산란되어 회절 거리를 결정할 수 있게 한다.

다양한 원소효과

X선 결정학에 적합:

방사선 촬영에 적합:

  • 몰리브덴 - 유방 촬영에 사용됨
  • 로듐 - 로듐 양극이 있는 유방 촬영에 사용됨
  • 알루미늄 - 일반 방사선 촬영 X선 튜브에 사용
  • 구리 - 일반 방사선 촬영에 사용됨 - 특히 소아용 애플리케이션에 사용됨
  • 실버 - 텅스텐 양극이 있는 유방 촬영에 사용됨
  • 탄탈룸 - 텅스텐 양극이 있는 형광 투시 용도로 사용
  • Niobium - 방사선 촬영 및 텅스텐 양극이 있는 치과 방사선 촬영에 사용
  • 에르비움 - 텅스텐 양극이 있는 방사선 촬영 시 사용

주의:

  • - Bremsstrahlung 꼬집기는 원자 질량 때문이다. 원자의 밀도가 높을수록 X선 흡수율이 높다. 고에너지 X선만이 필터를 통과하여 브렘스스트라훌룽 연속체가 끼인 것처럼 나타난다.
  • - 이 경우 모씨는 브렘스스트라흘룽을 흡수하면서 K-알파, K-베타를 내버려두는 것으로 보인다. 이는 Mo가 스펙트럼의 모든 에너지를 흡수하기 때문이지만, 그렇게 함으로써 표적에 의해 생성된 것과 동일한 특성 피크를 생성한다.

추가 읽기

  • B.D. Cullity & S.R. Stock, Elements of X-Ray Diffraction, 3번째 Edition, Frentice-Hall Inc., 2001, p 167-171, ISBN0-201-61091-4.
  • CFL 영상 진단

참고 항목