02 핵의학물리 및 방사선 검출기 - 1. 기초 핵의학물리 1) 원자

02 핵의학물리 및 방사선 검출기

1. 기초 핵의학물리

1) 원자

• 20세기 초 러더퍼드는 원자의 구조에 관한 중요한 실험 결과를 발표하였는데, 이는 금속박막에 알파입자를 충돌시키는 실험이었다. 
• 실험 결과 대부분의 알파입자는 산란 없이 직선으로 진행하고 일부 알파입자만 매우 큰 각도로 산란되었으며 심지어 90도 이상 꺾여 산란되는 알파입자까지 검출되었다. 이러한 현상이 일어나기 위해서는 알파입자에 대해 매우 큰 반발력을 일으킬 수 있는 물질이 한 곳에 모여 있어야 하는데, 이것의 밀도는 상당히 커야 하고 원자 내 양전하의 대부분을 가지고 있어야 했다.
• 이러한 실험 결과를 분석해 보았을 떄, 원자의 내부는 대부분이 비어 있으나 원자 질량의 대부분으 차지하여 양으로 대전된 부분이 있어야 한다고 결론을 지었고 이를 원자의 핵이라고 생각하게 되었다.

 

• 핵과학에서 광범위하게 사용되는 무게의 단위로서 통일원자질량단위(universal mass unit)라는 것이 있는데, 이는 간단히 'u'로 나타내며 탄소원자 하나의 무게를 탄소의 원자량인 12로 나누었을 때의 무게로 정의한다. 이 'u'는 SI 단위인 킬로그램(kg)과 다음과 같은 관계를 가지고 있다.
• 1 u = 1.66054 x 10^-27 kg
• 예를 들어 탄소원자 하나의 무게는 실제로 1.99265 x 10^-26 kg으로 이는 SI 단위계로 나타내려면 상당히 복잡한 것을 한 눈에 알 수 있다. 그러나 이른 통일원자질량단위로 나타내는 경우 매우 간단히 12 u로 나타낼 수 있다.

 

• SI 단위가 아닌 단위 중 많이 사용되는 또 다른 것으로 전자볼트(eV)가 있다. 이는 +1가의 전하를 띤 입자가 1V의 전압차를 갖는 전극들 사이에서 가속되면서 얻게 되는 에너지를 말한다. 실험적으로 구한 'eV'의 에너지는 SI 단위인 줄과 다음과 같은 관계가 있다.
• 1 eV = 1.6022 x 10^-19 J

 

• 다음으로 SI 단위와 함꼐 사용되는 것이 허용되진 않았지만 통상적으로 매우 빈번하게 사용되는 단위인 큐리(Ci)가 있는데, 이는 방사능을 나타내는 고전적 단위이다. 원래 1 Ci라고 하는 단위는 1 g의 226Ra으로부터 방출되는 방사능량에서 유래되었다.  
• 방사능을 나타내는 SI 단위로는 베크렐(Bq)이 있는데, 이는 1초당 일어나는 방사성 붕괴의 수(방출되는 방사선의 수가 아님)를 표현하며, 엄밀하게는 s^-1의 단위를 갖는다. 큐리는 베크렐과 다음과 같은 관계를 가진다.
• 1 Ci = 3.7 x 10^10 Bq
• 흔히 핵의학 검사를 위해 환자에게 투여하는 방사능량을 밀리큐리(mCi) 단위로 나타내는데, 1 mCi는 37 MBq과 같다.