금요일 11월 8, 1895 로 현재
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X선(X-radiation)은 고에너지 전자기 방사선의 투과 형태입니다. 대부분의 X선은 10피코미터에서 10나노미터 범위의 파장을 가지며, 이는 30페타헤르츠에서 30엑사헤르츠(3×10^15 Hz ~ 3×10^18 Hz) 범위의 주파수와 124 eV에서 124 keV 범위의 에너지에 해당합니다.
가장 먼저 (무의식적으로) X선을 생성한 것으로 여겨지는 실험자는 보험 계리사 윌리엄 모건(William Morgan)입니다. 1785년 그는 런던 왕립학회에 부분적으로 진공 처리된 유리관에 전류를 흘려보낼 때 발생하는 X선에 의한 빛의 효과를 설명하는 논문을 발표했습니다. 이 연구는 험프리 데이비(Humphry Davy)와 그의 조수 마이클 패러데이(Michael Faraday)에 의해 더 깊이 탐구되었습니다.
1895년 발견되기 전까지 X선은 실험용 방전관에서 방출되는 정체불명의 방사선 유형 중 하나였습니다. 이는 1869년에 처음 관찰된 고에너지 전자 빔인 음극선을 연구하던 과학자들에 의해 주목받았습니다.
1875년경 발명된 초기 크룩스관(Crookes tubes) 중 다수는 의심할 여지 없이 X선을 방출했습니다. 초기 연구자들이 X선에 기인한 효과를 발견했기 때문인데, 전압이 음극에서 나오는 전자를 충분히 높은 속도로 가속하여 양극이나 관의 유리 벽에 부딪힐 때 X선이 생성되었습니다.
헤르만 폰 헬름홀츠는 X선에 대한 수학적 방정식을 공식화했습니다. 그는 뢴트겐이 발견을 발표하기 전에 분산 이론을 가정했습니다. 이는 빛의 전자기 이론을 바탕으로 형성되었습니다. 그러나 그는 실제 X선을 가지고 연구하지는 않았습니다.
1888년부터 필리프 레나르트는 음극선이 크룩스 관에서 공기 중으로 빠져나갈 수 있는지 확인하기 위한 실험을 수행했습니다. 그는 음극선이 부딪히도록 음극을 향해 얇은 알루미늄으로 만든 '창'이 있는 크룩스 관(나중에 '레나르트 관'이라 불림)을 제작했습니다. 그는 무언가가 통과하여 사진 건판을 노출시키고 형광을 일으킨다는 것을 발견했습니다. 그는 다양한 물질을 통과하는 이 광선들의 투과력을 측정했습니다. 이 '레나르트 광선' 중 적어도 일부는 사실 X선이었을 것이라는 의견이 제기되었습니다.
1889년, 1877년부터 기체 충전 관의 특성을 조사하기 위해 다양한 설계를 연구해 온 프라하 폴리테크닉의 실험 물리학 강사이자 우크라이나 출신인 이반 풀루이는 밀봉된 사진 건판이 관에서 나오는 방사선에 노출되었을 때 어떻게 어두워지는지에 관한 논문을 발표했습니다.
1895년 11월 8일, 독일의 물리학 교수 빌헬름 뢴트겐은 레나르트 관과 크룩스 관으로 실험하던 중 우연히 X선을 발견하고 이를 연구하기 시작했습니다.
1895년 12월 28일, 뷔르츠부르크 물리-의학 학회지에 이를 제출했습니다. 이는 X선에 관해 작성된 최초의 논문이었습니다. 뢴트겐은 이 방사선이 알려지지 않은 종류임을 나타내기 위해 "X"라고 불렀습니다. 뢴트겐의 강력한 반대에도 불구하고 많은 동료들이 이를 뢴트겐선(Röntgen rays)이라고 부를 것을 제안했지만, 결국 X선이라는 이름이 굳어졌습니다.
뢴트겐은 X선이 의학적 응용 가능성이 있음을 즉시 알아차렸습니다. 그는 12월 28일 물리-의학 학회지에 제출한 논문과 함께 유럽 전역의 지인 의사들에게 편지를 보냈습니다(1896년 1월 1일).
스코틀랜드의 전기 공학자 앨런 아치볼드 캠벨-스윈튼은 뢴트겐 이후 최초로 (손의) X선 사진을 촬영했습니다. 2월 한 달 동안 북미에서만 46명의 실험자가 이 기술을 도입했습니다.
임상 환경에서 X선이 처음 사용된 것은 1896년 1월 11일 영국 버밍엄에서 존 홀-에드워즈에 의해서였으며, 그는 동료의 손에 박힌 바늘을 방사선 촬영했습니다.
미국에서 만들어진 최초의 의료용 X선 사진은 풀루이(Pului)가 설계한 방전관을 사용하여 얻은 것입니다. 1896년 1월, 다트머스 대학의 프랭크 오스틴은 뢴트겐의 발견에 관한 글을 읽고 물리학 실험실에 있는 모든 방전관을 테스트한 결과, 오직 풀루이 관만이 X선을 생성한다는 사실을 발견했습니다.
1896년 초, 뢴트겐의 발견 이후 몇 주가 지난 시점에 이반 로마노비치 타르카노프는 개구리와 곤충에 X선을 조사하여, 이 광선이 "사진을 찍을 뿐만 아니라 생체 기능에도 영향을 미친다"는 결론을 내렸습니다.
1896년 2월 3일, 대학 의학 교수인 길먼 프로스트와 그의 형제이자 물리학 교수인 에드윈 프로스트는 몇 주 전 길먼이 골절 치료를 했던 에디 매카시의 손목에 X선을 조사했습니다. 그들은 뢴트겐의 연구에 관심이 있던 지역 사진작가 하워드 랭길로부터 얻은 젤라틴 사진 건판에 부러진 뼈의 이미지를 담아냈습니다.
1896년 2월 5일, 이탈리아 과학자 엔리코 살비오니(그의 '크립토스코프')와 프린스턴 대학교의 맥기 교수(그의 '스키아스코프')가 모두 백금시안화바륨을 사용하여 실시간 영상 장치를 개발했습니다.
1896년 2월 14일, 홀-에드워즈는 외과 수술에 X선을 사용한 최초의 인물이기도 했습니다.
미국의 발명가 토머스 에디슨은 뢴트겐의 발견 직후 연구를 시작하여 X선에 노출되었을 때 형광을 발하는 물질의 능력을 조사했고, 텅스텐산칼슘이 가장 효과적인 물질임을 발견했습니다. 1896년 5월, 그는 최초의 대량 생산 실시간 영상 장치인 '비타스코프'를 개발했는데, 이는 나중에 형광투시경으로 불리게 되었으며 의료용 X선 검사의 표준이 되었습니다.
1896년 8월, 컬럼비아 대학 졸업생인 HD. 호크스 박사는 엑스레이 시연 도중 손과 가슴에 심각한 화상을 입었습니다. 이 사건은 'Electrical Review'에 보도되었으며, 이후 엑스레이와 관련된 문제들에 대한 수많은 제보가 해당 간행물로 이어지는 계기가 되었습니다.
많은 의사들이 X선 노출로 인한 영향은 전혀 없다고 주장했습니다. 1905년 8월 3일, 캘리포니아주 샌프란시스코에서 미국의 X선 선구자인 엘리자베스 플라이슈만(Elizabeth Fleischman)이 X선 연구 작업의 결과로 발생한 합병증으로 사망했습니다.
1906년경, 물리학자 찰스 바클라(Charles Barkla)는 X선이 기체에 의해 산란될 수 있으며, 각 원소마다 고유한 X선 스펙트럼이 있다는 사실을 발견했습니다. 그는 이 발견으로 1917년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
1912년, 막스 폰 라우에(Max von Laue), 파울 크니핑(Paul Knipping), 발터 프리드리히(Walter Friedrich)가 결정에 의한 X선 회절 현상을 처음으로 관찰했습니다. 이 발견은 파울 페터 에발트(Paul Peter Ewald), 윌리엄 헨리 브래그(William Henry Bragg), 윌리엄 로렌스 브래그(William Lawrence Bragg)의 초기 연구와 함께 X선 결정학이라는 분야를 탄생시켰습니다.
1913년, 헨리 모즐리(Henry Moseley)는 다양한 금속에서 방출되는 X선을 이용해 결정학 실험을 수행했으며, X선의 진동수와 금속의 원자 번호 사이의 관계를 나타내는 모즐리의 법칙을 정립했습니다.
쿨리지 X선관은 윌리엄 D. 쿨리지(William D. Coolidge)에 의해 발명되었습니다. 이 발명으로 X선의 연속적인 방출이 가능해졌습니다. 현대의 X선관은 이 설계를 기반으로 하며, 종종 회전식 타겟을 사용하여 정지식 타겟보다 훨씬 높은 열 방출을 가능하게 함으로써 회전식 CT 스캐너와 같은 고출력 응용 분야에서 더 많은 양의 X선을 출력할 수 있게 합니다.
1914년 마리 퀴리(Marie Curie)는 제1차 세계 대전에서 부상당한 군인들을 지원하기 위해 방사선 차량을 개발했습니다. 이 차량을 통해 부상병들의 X선 영상을 신속하게 촬영할 수 있게 되어 전장 외과의들이 더 빠르고 정확하게 수술할 수 있었습니다.
1904년, 존 앰브로즈 플레밍(John Ambrose Fleming)은 최초의 진공관 형태인 열전자 다이오드를 발명했습니다. 이는 뜨거운 음극을 사용하여 진공 상태에서 전류가 흐르게 하는 방식이었습니다. 이 아이디어는 곧 X선관에 적용되었고, 그 결과 '쿨리지 관'이라 불리는 가열 음극 X선관이 1920년경 문제가 많던 냉음극관을 완전히 대체하게 되었습니다.
1920년대부터 1950년대까지, 신발 피팅을 돕기 위한 X선 기계가 개발되어 상업용 신발 매장에 판매되었습니다.
X선 레이저 장치는 1980년대 레이건 행정부의 전략 방위 구상(SDI)의 일환으로 제안되었으나, 해당 장치(열핵 폭발을 동력으로 하는 일종의 레이저 '블래스터' 또는 죽음의 광선)에 대한 유일한 실험은 결론을 내리지 못했습니다. 기술적 및 정치적 이유로 X선 레이저를 포함한 전체 프로젝트는 자금 지원이 중단되었습니다(이후 부시 2세 행정부에서 다른 기술을 사용하는 국가 미사일 방어 체계로 부활했습니다).
1999년 7월 23일에 발사된 찬드라 X선 관측선은 X선을 생성하는 우주의 매우 격렬한 과정을 탐사할 수 있게 해주었습니다. 우주를 비교적 안정적으로 보여주는 가시광선과 달리, X선 우주는 불안정합니다. 이곳에서는 블랙홀에 의해 찢겨 나가는 별, 은하 간의 충돌, 신성, 그리고 플라즈마 층을 형성하다가 우주로 폭발하는 중성자별 등을 관찰할 수 있습니다.
미국에서 현재 발생하는 암의 0.4%는 과거에 시행된 컴퓨터 단층 촬영(CT 스캔) 때문인 것으로 추정되며, 2007년의 CT 사용률을 기준으로 할 때 이 수치는 최대 1.5~2%까지 증가할 수 있습니다.
