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입자 방사선

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목차

1. 개요

입자 방사선은 전하를 띠거나 띠지 않는 입자가 불안정한 원자핵에서 방출되거나 핵반응으로 생성되는 현상이다. 방출되는 입자로는 양성자, 알파 입자, 베타 입자, 중성자, 중성미자 등이 있으며, 알파 붕괴, 베타 붕괴, 핵분열, 핵융합, 입자 가속기 등을 통해 생성된다. 입자 방사선은 물질과 상호작용하며, 이온화 방사선과 비이온화 방사선으로 구분된다. 이온화 방사선은 생체 조직에 손상을 줄 수 있으며, 하전 입자는 물질을 통과하면서 에너지를 잃고, 브래그 피크를 형성한다.

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입자 방사선

2. 입자 방사선의 종류 및 생성

입자는 전하를 띠거나 띠지 않을 수 있다. 입자 방사선은 알파 붕괴, 오제 효과, 베타 붕괴, 클러스터 붕괴, 내부 변환, 중성자 방출, 핵분열 및 자발적 핵분열, 핵융합, 입자 가속기, 양성자 방출, 태양 플레어, 태양 입자 현상, 초신성 폭발, 은하 우주선 등 다양한 메커니즘을 통해 생성된다.

전하를 띤 입자 (전자, 중간자, 양성자, 알파 입자, HZE 이온 등)는 입자 가속기로 생성할 수 있다. 이온 주입은 반도체 산업에서 도펀트를 재료에 도입하는 데 널리 사용되는 방법이다.

중성미자 빔은 입자 가속기로, 중성자 빔은 주로 원자로로 생성된다.

2. 1. 입자의 종류

입자 방사선은 불안정한 원자핵에서 방출되거나(방사성 붕괴), 다른 종류의 핵반응으로부터 생성될 수 있으며, 여러 종류의 입자가 방출될 수 있다.

2. 2. 생성 메커니즘

입자 방사선은 불안정한 원자핵에서 방출되거나(방사성 붕괴), 다른 종류의 핵반응으로부터 생성될 수 있다. 여러 종류의 입자가 방출될 수 있다.

입자 방사선을 생성하는 메커니즘은 다음과 같다.

전하를 띤 입자 (전자, 중간자, 양성자, 알파 입자, 더 무거운 HZE 이온 등)는 입자 가속기에 의해 생성될 수 있다. 이온 조사(Ion irradiation)는 반도체 산업에서 도펀트를 재료에 도입하는 데 널리 사용되며, 이는 이온 주입으로 알려진 방법이다.

입자 가속기는 또한 중성미자 빔을 생성할 수 있다. 중성자 빔은 주로 원자로에 의해 생성된다.

3. 물질과의 상호작용

방사능과 감지된 이온화 방사선 간의 관계를 보여주는 그림


하전 입자는 물질을 통과할 때 이온화를 일으키며 여러 단계에 걸쳐 에너지를 잃는다. 하전 입자가 에너지를 모두 잃은 지점까지의 거리를 입자의 범위라고 하며, 범위는 입자의 종류, 초기 에너지, 통과하는 물질에 따라 달라진다. 단위 경로 길이당 에너지 손실인 제동력 역시 하전 입자의 종류와 에너지, 그리고 물질에 따라 달라진다. 제동력, 즉 이온화 밀도는 일반적으로 범위의 끝을 향해 증가하여 에너지가 0으로 떨어지기 직전에 최대값인 브래그 피크에 도달한다.[1]

3. 1. 이온화 방사선과 비이온화 방사선

방사선 방호에서 방사선은 인간에게 가해지는 위험 수준을 나타내기 위해 ''이온화 방사선''과 ''비이온화 방사선''의 두 가지 범주로 구분된다. 이온화는 원자에서 전자를 제거하여 두 개의 전하를 띤 입자(전자와 양전하 이온)를 남기는 과정이다.[1] 이온화 방사선에 의해 생성된 음전하 전자와 양전하 이온은 생체 조직에 손상을 줄 수 있다. 기본적으로 입자는 에너지가 일반적인 물질, 즉 몇 eV의 이온화 에너지보다 높고 전자와 유의미하게 상호 작용하는 경우 이온화된다.

국제 비이온화 방사선 방호 위원회에 따르면 자외선에서 적외선, 무선 주파수(마이크로파 포함) 방사선에 이르기까지, 정적 및 시간 변화하는 전기장 및 자기장, 그리고 초음파는 비이온화 방사선에 속한다.[2]

위에 언급된 하전 입자는 모두 이온화 방사선에 속한다. 물질을 통과할 때, 그들은 이온화되어 여러 작은 단계에서 에너지를 잃는다. 하전 입자가 모든 에너지를 잃은 지점까지의 거리를 입자의 범위라고 한다. 범위는 입자의 유형, 초기 에너지 및 통과하는 물질에 따라 달라진다. 마찬가지로, 단위 경로 길이당 에너지 손실인 '제동력'은 하전 입자의 유형과 에너지 및 물질에 따라 달라진다. 제동력, 즉 이온화 밀도는 일반적으로 범위의 끝을 향해 증가하여 에너지가 0으로 떨어지기 직전에 최대값인 브래그 피크에 도달한다.[1]

3. 2. 하전 입자의 범위와 제동력

방사선 방호에서 방사선은 인간에게 가해지는 위험 수준을 나타내기 위해 ''이온화 방사선''과 ''비이온화 방사선''의 두 가지 범주로 구분된다. 이온화는 원자에서 전자를 제거하여 두 개의 전하를 띤 입자(전자와 양전하 이온)를 남기는 과정이다.[1] 이온화 방사선에 의해 생성된 음전하 전자와 양전하 이온은 생체 조직에 손상을 줄 수 있다. 물질을 통과할 때, 하전 입자들은 이온화되어 여러 작은 단계에서 에너지를 잃는다. 하전 입자가 모든 에너지를 잃은 지점까지의 거리를 입자의 범위라고 한다. 범위는 입자의 유형, 초기 에너지 및 통과하는 물질에 따라 달라진다. 마찬가지로, 단위 경로 길이당 에너지 손실인 '제동력'은 하전 입자의 유형과 에너지 및 물질에 따라 달라진다. 제동력, 즉 이온화 밀도는 일반적으로 범위의 끝을 향해 증가하여 에너지가 0으로 떨어지기 직전에 최대값인 브래그 피크에 도달한다.[1]

4. 한국의 입자 방사선 관련 현황

(이전 출력이 비어있으므로, 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스와 요약 정보가 제공되어야 합니다.)

참조

[1] 웹사이트 ionizing radiation {{!}} Definition, Sources, Types, Effects, & Facts https://www.britanni[...] 2021-02-27
[2] 웹사이트 ICNIRP {{!}} Frequencies https://www.icnirp.o[...] 2021-02-27


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