- 2019년 3월 29일

[지식더하기] 비파괴 검사

최종 수정일: 2019년 3월 30일

우리는 공항 검색대에서 , X선 사진을 찍어 반입해선 안되는 물건을 가지고 있는지 확인을 하거나 몸에 내상이 있을 시 MRI를 찍어서 몸 내부에 문제가 있는지 확인해 봅니다. 이처럼 무언가를 손상시키지 않고, 그 내부를 들여다보는 것을 비파괴검사라고 합니다. 과연 비파괴 검사의 종류에는 어떤 것들이 있는지 알아봅시다.

방사선 투과검사(RT)

방사선투과검사는 강이나 기타 재질에 대하여 χ선이나 γ선을 시험체에 투과하여 시험체가 가지는 밀도차에 의해 내부에 존재하는 불연속을 검출하는 데 적용합니다. 밀도차에 따른 방사선 양이 RT 필름상에 검고 어둡운 상으로 나타나는 정도를 검사기준에 따라 관찰하는 비파괴검사 방법 중 하나입니다.

우리가 평소에 많이 접할 수 있는 X선은 제동 방사 X선 인데, 제동 방사 X선은 외부에서 강한 에너지를 가지고 이동하는 전자가 원자핵의 영향으로 방향을 전환하면서 운동 에너지를 감소할 경우, 감소된 에너지가 전자기파의 형태로 방출되는 것을 말합니다. 제동 방사 X선은 특성 X선과는 다르게 넓은 에너지 영역에 걸쳐 연속적으로 나타나며, 주로 사용되는 분야는 의료용 혹은 산업용 X-Ray 영상기기에 사용됩니다.

초음파 검사(UT)

초음파 검사란 초음파를 인체 내부로 보내, 내부에서 반사되는 음파를 통해 검사를 하는 것 을 말합니다. 초음파검사는 초음파 영상을 실시간으로 얻기 때문에, 혈관 내부의 혈류까지도 관찰할 수 있으며, 장기의 구조뿐 아니라 운동도 측정할 수 있습니다. 인체에 해로운 방사선을 사용하지 않으며, 통증없이 신속하게 검사를 할 수 있어 환자가 가진 질환을 진단하거나 그 치료 경과를 판단하기에 매우 쉽고 편리한 검사법입니다.

초음파 가 균일한 매질을 통과한다면 반사되지도 않고 산란도 일어나지 않습니다. 그렇지만 인체 내에서는 반사도 일어나고 산란이 일어나기 때문에 이 과정에서 공명이 형성됩니다. 초음파가 반사 되려면 수직으로 어떠한 면를 만난다고 가정할 때, 인접한 두 매질 사이에 음향 임피던스가 존재해야 가능합니다. 음향 임피던스는 매질의 밀도와 속도에 의해 결정됩니다. 두 매질 사이의

음향 임피던스가 클수록 반사되는 공명이 강해지며, 적을수록 미미 합니다. 변환기를 떠난 초음파가 인체로 들어오기 전에 공기 층을 통과해야 하는 경우 음향 임피던스 차가 커서 대부분이 통과하지 못하고 반사됩니다. 이런 현상을 막기 위해 변환기 와 인체 사이에 젤을 사용하여 음향 임피던스의 차이를 줄여 초음파의 인체 내 통과를 도와 주게 됩니다.

자기공명영상(MRI)

자기공명영상을 이용해 찍은 뇌 사진

자기공명장치는 사람의 뇌 속을 들여다볼 수도 있고, 좋아하는 음식이나 책•사람을 생각할 때 뇌의 어느 부분이 활성화되는지도 알 수 있습니다. 자기공명영상의 원리는 기계의 자기장이 우리 몸 속 체액의 수소 양성자가 가지고 있는 스핀의 방향을 가지런히 정렬한 후, 이를 영상으로 옮긴 것 입니다. MRI는 수소 양성자의 운동과 존재로 촬영하는 것이니만큼 물이나 수소를 함유한 모든 생물과 사물들의 자기 공명 영상을 찍는 것이 이론적으로 가능합니다.

뮤온 검출법

뮤온은 우주선이 대기권에 충돌할 때 발생하는데, 질량이 전자의 200배에 불과하고 수명도 100만 분의 2초 정도밖에 되지 않는 소립자입니다.

그러다 보니 과학자들은 그동안 뮤온을 지상에서 관측하는 것은 불가능한 입자라고 여겨왔습니다. 우선 질량이 작고 수명도 너무 짧아서 지상으로까지 도달하기는 어렵다고 생각했던 것입니다.

하지만 조사를 해보니 실제와는 전혀 달랐습니다. 뮤온이 지표 근처에서도 자주 관측되는 현상이 발생했기 때문입니다. 이는 뮤온의 속도가 빛의 속도에 가까워지면서 수명이 연장되었기 때문에 가능한 일이었습니다.

쿠푸왕 피라미드의 대회랑 사진

이처럼 뮤온이 지상에서도 관측이 가능한 입자라는 사실이 밝혀지면서 과학자들은 뮤온 연구에 착수했고, 이후 두꺼운 콘크리트나 돌을 통과할 정도로 투과력이 좋다는 사실을 파악했습니다. 게다가 뮤온은 투과하는 물질의 밀도에 따라 입자 수와 에너지의 양이 달라지는 특성이 있어서, 입자의 수와 에너지양을 분석하면 뮤온이 투과한 물질의 밀도를 역 추적할 수도 있다는 사실도 확인했습니다. 만약 뮤온이 투과한 물질 안에 빈 공간이 있다면, 그렇지 않은 곳에 비해 뮤온 입자의 수가 더 많이 검출된다는 의미인 것입니다. 이러한 뮤온의 성질을 이용하여 만들어진 방법이 바로 뮤온 검출법 입니다.

뮤온검출법은 지난 2011년 동일본대지진 당시 후쿠시마 원전 내부를 살펴볼 때 사용한 기법이며, 2017년 쿠푸왕 피라미드의 대회랑을 찾는데에도 이 뮤온 검출법이 이용되었습니다.