X선과 물질과의 상호 작용
1. 광전효과 (광전흡수)(photoeletric effect)
정의 : 입사광자가 원자 궤도전자와 충돌하여 광자가 가지고 있는 전 에너지를 궤도전자에 주어 궤도전자를 방출하고, 입사광자 자체는 소멸하는 현상.
X선은 보통 빛 보다 에너지가 크기 때문에 아래 그림과 같이 원자핵과의 결합이 강한 내긱(內殼)전자가 자유전자(광전자)로 튀어나올수 있다.
이때 입사한 X선광자는 그 전체 에너지가 상실되어 소멸하는 (광전흡수 : phoeoeletric absorption)데 공석이 된 내각전자궤도에는 그 바깥쪽의 궤도전자가 천이(遷移)하므로, 그 전후의 에너지 준위 간 차의 에너지를 가진 특성X선이 2차 X선(secondary X-ray)로서 방사 된다.
광전효과는 광자에너지가 비교적 낮은 (100kV 이하)X선에서 현저하게 나타난다. 또한 물질의 밀도와 원자번호가 커질수록 광전효과는 커진다.
2. 콤프톤 효과(compton effect)
- 입자로서의 X선의 성질을 가장 잘 나타낸 현상이다.
정의 : 입사 X선광자가 자유전자 또는 원자핵과의 결합이 약한 외각전자에 충돌하면, 그 전자에 에너지의 일부를 공급하여(흡수) 반도전자(反跳電子:reciol electron)로 하여금 궤도밖으로 이탈시키고 자신은 그만큼 에저지가 작은(파장이 긴) X선이 되어 방향을 바꾸는 현상(산란)을 말한다.
Compton효과는 광자에너지와 물질의 밀도에 지배되는 현상(밀도가 클수록 강하다)으로, 비교적 고에너지(50keV정도 이상)의 X선영역에서는, 특히 원자번호가 높은 물질(중금속이 나 옥소 등)을 제외하고는 광전효과보다 강하게 나타나는 경우가 많다.
3. 전자쌍생성(electron pair creation)
정의 : 특히 튼 에너지를 가진 광자가 원자핵에 충분히 접근하게 되면 원자핵 이 강한 전장(電場)의 영향을 받아 소멸(흡수)하여, 전자 [구별하면 음전자(negatron)]와 양전자(positron)의 대를 생성하는 현상이다.
광자 에너지는 1.02MeV 이상에서 일어나기 때문에, 현재의 의료진당용 X선사진에서는 일반적으로 개의치 않아도 된다(γ선의 경우는 중요하다)
§사진특성
1. 사진농도(photograpic density)
; 어떤 일정한 빛의 강도 변화에 대한 흑화도를 나타나는 것을 사진의 특성 그 혹화된 정도를 사진농도(film density)라 한다
화학농도: 균일한 흑화도의 사진상의 단위면적에 포함되어 있는 금속은량
광학농도: 사진영상에 대한 입사광과 투과광 또는 반사광의 관계에서 사진상의 흑화도
→보통 사진특성
* 사진농도(D :필름 불투과도의 상용대수치)
Io=시료가 없을 때 빛의 강도(입사광)
It=시료를 투과한 후의 빛의 강도(투과광)
→불투과도
→필름의 투과도 T : 투과농도
It : 투과광
→투과율(%)
2. 감도측정법의 개요
; 감도측정법이란 ?
광재료를 노출하고 현상처리 할 경우에 조사된 노출량과 사진농도와의 관계를 으로 구하는 방법이다.
- 감도측정법의 이용 -
․필름의 사진특성의 측정
․현상처리조건의 성능 측정
․자동현상기의 처리성능의 측정 (자동현상기의 현상처리액의 관리)
․증감지의 감도 측정
- 감도측정법의 과정 -
․노출(exposure)
․현상처리(film processing)
․농도처리
․톡성곡선 작성
- 감도측정법의 조건이 되는 요소 -
․필름을 노출시키는 광원
․노출조건
․현상처리 조건
․농도측정의 조건
사진 특성치
1. 특성곡선 = 감도 측정곡선 (sensitometic) = H.D곡선
Charactristic curre(특성곡선) Hurter와 Driffelder곡선, 감광 재료에 준 노광량과 현상처리후의 감광처리 후의 감광 재료의 농도와의 관계를 황축에 노광량의 대수(logE) 종축에 사진의 농도(D)로 나타낸 그림으로 감광 재료의 특성을 알수 있다
A-B : 足部 (toe part : 노광부족부분) ⇒ 조사량이 적은 부분이며 농도는 작으나 조사량이 증가됨에 따라서 차차증대
B-C : 직선부 (stright part : 노광적정부분) ⇒ 조사량의 사진농도가 비례 하는
부분 사진 영상을 형성하는 주요부분
C-D : 견부(shoulder part : 노광과도부분) ⇒ 고농도로서 경사도 감소, 시각적 판 정이 잘 안되므로 잘 이용되고 있지 않음.
D : 최고농도부
D-E : 반전부(solartization part) ⇒ 고농도부로서 경사도 감소, 노광량의 증가와 함 께 농도는 저하된다. 이 부분 특성을 이용하여 반전상을 얻을 수 있다
(X-선사진복제용film)
2. fog density (최소 농도 : Dmin)
; 사진 감광 재료의 노광이 안된 부분이 현상이 흐릿하게 흑화(黑化)되는 현상, 또는 그 흑화 농도를 말한다. 이것은 필름유제의 제조시 또는 그 후에 화학적, 물리적 원인으로 발생한 것
→ 그 감광 재료의 유제가 가지고 있는 최소의 허용할 수 있는 fog 와 Base가 가지고 있는 극소의 흡수 또는 색소농도를 합친 것
⇒ 특성곡선의 toe의 황축이 수평으로 되는부분
․일반적으로 base density : 0.06-0.07
fog density : 0.05
․basedensity + fog density : 합이 0.2이상의 값은 피하는 것이 좋다.
⇒ 부적당한 형상 조작시 생긴 fog
고온도와 너무 높은 PH
장시간처리⇒chemical fog
optical fog⇒암실등의 누광
3. contrast(대조도)
; 노출량의 변화에 대한 명함의 차이, 즉 농도 차이를 나타낸다.
․gamma : 직선부의 경사도를 나타낼 때 사용, 특성곡선에서 직선부가 횡축과 이루는 각도의 tangent 값으로, 노출량 증가량에 대한 농도 증가 량의 비이다.
- 직선부의 연장이 축과 교차되는 점 I 를 inertia라 하며 횡축과의 각도θ는 tanθ 로 나타낸다.
․r값 : X선 film을 경사각이 크다 ⇒ contrast가 크다.
(직선부가 길면 관용도가 크다.)
․Everage gradient (G:평균계조도) ⇒ 노광량의 대수치의 미소한 변화(△logE)에 대 한 농도의 변화가 △D일 때 G=△D/△logE
D₁= fog + 0.25
D₂= fog + 2.0
logEⅠ, logEⅡ = 노광량의 대수치
4. 감도 (sensitivity)
→ 필름의 감도 또는 speed ; 그 필름에 주어지는 농도가 생기는데 요구되는 방사선 에너지의 역수 (사진필름에 노광을 주어 영상을 만들 때, 원하는 농도를 적은 노광 에너지로 얻게 될수록 필름감도는 상승)
일정농도를 내기 위하여 A필름을 노광량 EⅠ, B필름을 EⅡ로서 같은 사진효과가 있다.
⇒ 비감도 (Relative speed) ← fog + 1.0 (b)
⇒ 감광재료에서는 어떤 정해진 기준에 따라서 산출된 감도가 있어야 한다. 현재 많 이 쓰이고 있는 것은?
․ASA (American standard Association)
․JIS (Japan Indnstrial Standard)
⇒ X-선 필름의 감도 표시법
1
Namber of Rontgens needed to preduce a density of 1.0
R ≒ rad ← Gy
rem ← Sr 100rem ← 1Sr
100rad ← 1Gy
⇒ 농도 1.0을 내기위하여 25mR가 필요한 때의 그 필름의 감도는?
( 4 ) 관용도 ( Latitude)
→관용도란 특성곡선의 직선부에 포함되는 노광영역의 크기를 말한다.
(관용도가 큰 film은 r가 작다. )
→ 주어진 농도범위 (0.25 - 2.0)내에서 이 농도가 생기는 노광범위에서 하나의 척 도다.
필름 관용도는 Contrast역수로 변화된다. 낮은 Contrast의 film은 높은 Contrast 필름보다 관용도가 크다.
→ 관용도가 큰 film은 관용도가 작은 film보다 큰 범위의 조사량이 허용 된다.
( 5 ) 최고농도 (Dmax)
; 노광량의 증가에 따라 농도가 증가하는데 그 한계치가 Dmax이다.
( 6 ) 현상성 현상감도
․현상성 : 같은 노광을 준 몇 개의 film을 준비하고 현상처리 조건 중에서 현상시간 만 바꾸면서 현상한 다음 농도를 측정하면 각각 다른 농도가 나타나고, 현상 시간 연장
→ fog 상승, gamma값도 시간과 함께 상승, 더욱 시간이 길어지면 fog 치는 크게 되고, 평균계조도 저하
․현상감도 : 현상시간이 변동에 따라서 차이가 생기는 감도
전자파 스펙트럼
‥ 전자파 방사선이 전달되는 주파수의 범위
‥ 10¹- 10²㎐
‥ E = hF E = 에너지
h = Planck 상수
F = 방사선의 주파수
가시광선의 스팩트럼
파장 400 - 500nm : 청자색 (blue violet)
파장 500 - 600nm : 녹색 (green)
파장 600 - 700nm : 적색 (red)
․분광감도 (감색성)
감색성 ⇒ 각 파장의 색광에 대한 분광감도
(spectral sensitivity)
⇒ 유제가 반응하는 전자파 스펙트럼의 범위
파장의 색광에 대한 분광감도를 감색도
감광 재료의 사진감도는 감광도와 감색도가 측정되어 처음으로 그 성능을 판정한다.
→ 인간의 눈은 4000 (자색) - 7000A (적색) 까지의 파장을 감지하고 5500A (황녹색)에 감도의 극대점을 지니고 있다. 필름 등의 감광유제도 종류에 따 라 감응하는 비율이 각각 다르다.
( 1 ) 비정색성 감광재료
․ regular type . 청색감성
․ silver halide 고유의 감광 파장 영역에만 감도를 가진 것.
․ 사진재료에 증감색소를 하지 않은 것 자외선, 자청색에 감광성, 4300A에 peak , 4800 - 5000A 부근에는 심한 감도 저하
- 직접촬영용 X -선 필름, 인화지, 영화용, posi film
- 암등의 filter : 등적색
- Cawo4 증감지
( 2 ) 정색성 감광재료
․ortho type
․silver halide 고유의 분광감도와 함께 녹색에서 황색까지 감도 5300 - 5800A 의 파장 범위 내에서 파장이 극대가 되게 증감색소로 증감(cyanin 색소)
- 간접촬영용 X-선 film , 복사용 인화지
- 암등의 filter : 암적색
- 희토류 증감지
( 3 ) 전정색성 감광재료
․전정색성, 범정색성등
감도와 파장영역은 자외선에서 가사광선 전역에 걸친다
- 일반용 고감도 film 전부, FCR
- 암등 filter : 암록색(암흑)
( 4 ) 적외선 감광재료
silver halide 고유의 분광감도 밖에 7000A 이상의 부분에서 극대가 있게 증감 된 것
7500A 극대 : 적말형
8000-9000A
9000A
( 5 ) 자외선 감광재료
2800A 이하 파장을 가진 자외선
․ 입상성
-> 사진 감광 재료 감광막은 silver halide crystal의 미립자가 gelatin층 속에 분산되어 형성되어 있으므로 그 감광 재료가 틀리게 되면 그 결정입자의 크기 및 균일성과 분산상태도 틀려 각각 특유의 graininess
-입자의 직경: 고감도유제 - 1.0
보통 - 0.2 이하
-입자의 크기 : 고감도 감광 재료 일수록 크고, 저감도 일수록 작다.
-> 입상성은 마이크로 사진, 원자핵 사건 ; 확대 사진에서 중요재판 사진 등에 중요
-> 입상성은 유제의 특성뿐만 아니라 노광 조건 현상처리에 따라 그 영향이 있으며 현상액의 종류, 현상시간, 현상온도등에 영향을 받음
film의 입상성 : ㄱ. 유제의 특성 ㄴ. 현상조건
증감지의 입상성: ㄱ. 증감지의 특성 ㄴ. 양자 mottle
․ 해상력
-> 사진 감광 재료의 감광막은 극히 미세하고 선예한 상을 조사해도 현상의 결과로서 선예한 상이 재현 될 때에는 물리적, 화학적인 여러 인자에 의해 영향을 받아 그 정도에 한계가 있게 된다. 이와 같은 특성을 해상력이라 한다.
감광 , 현상기구
I, 할로겐화은 결정
(1) 할로겐화은의 성질
1) silver halide ( 할로겐화은 )
a) AgBr ( Silver bromide : 취화은 ) - 모든 촬영
b) AgCl ( Sliver chlurid : 염화은 ) - 모든 촬영
c) AgI ( Sliver iodide : 요오드화은 ) -단독촬영불가
d) AgBrI ( Silver iodide bromide ) - X-ray film 의 유제
* 감광성 - 일정 노광에 의한 흑화도
AgBrI > AgBr > AgCl > AgI
* 감도가 좋을수록 결정의 크기는 크고, 불균등하게 분포.
(2) 할로겐화은의 구조
- 은이온과 할로겐화은이온이 서로 어긋나게 배열된 소위 식염형, 입방격자이
며 순취화은 입자는 Ag 와 Br과의 거리가 가까운 것으로 2,880A이다.
(3) 할로겐화은의 형태
- 단순한 결정형은 Miller지수(100)면의 입방체와 (111)면을 외표면으로 하는 정팔면체인데 사진용 유제에서는 (100) 또는 (111)면을 가진 쌍결정형이라는 다면체인 경우가 많다.( 육방정계, 입방정계, wartzit형 )
- 입자가 클수록 고감도 ---- 암모니아법, 중성법 (물리적 숙성 )
- 할로겐화은 결정의 결함
1) Frenkel 결함 , Schottky 결함
그림 4-5
2) 제조과정 이종원자 혼입.
3) 연속된 격자점으로 생기는 선의결함.
4) 쌍결정면 부근에 작은 왜곡의 결정결함은 격자왜곡을 동반 격자 간격의 변화
초래 -> 감도상승, 사진성능 증가
그림 4-6
II. Gurney - Mott 의 잠상이론
1. 할로겐화은의 광화학반응, 잠상형성
(1) G-M 이론
=> 전자의 trap silver halide 는 Ag 와 Br 이 상호 격자 형상 =>격자간 온
1) silver halide 결정에 빛이 조사 -> 자유 전자 발생
=> Ag+ + Br + Lv( 광전자 ) => Br + e
2) 결정내의 Energy 의 낮은 부분 ( 감광핵 : sensitivity speck )에 단 시간 내에 포착. 음전하 형성 => Ag + e = AgS-
3) 음으로 대전된 감광핵에 은이온이 끌려가 중화
AgS- + Ag+ = Ag
4) 이 과정의 반복된 은원자 집단을 잠상이라 한다.
=> 여기서 1개 이상의 잠상의 집단을 현상핵이라 함
그림4-10
(2) 잠상퇴행현상
- Ag와 Br이 불안정한 상태이며 Ag은 Br-과 재결합 없어도 주위의 Ag+와의 전 자 교환에 의해서 확산, 잠상핵 소실되어 잠상퇴행이 일어난다.
- 고온 고습에 더 심하다.
X선, r선이 빛보다 심하다.
미립자, 저감도 유제가 심하다.
2. Mitchell의 잠상설
Positive hole ( 정공 )의 trap
1) 감광핵 ( 졀정표면 ) => Br- + Br ( p )
2) 정공 + 전자가 전자교환 => Ag+Br 생성
-> Br 정전 인력 약
3) Ag 격자간 확산 => Br2-형태가 됨
4) 이 과정의 확산된 Ag+ 전자가 trap에 잡혀 환원됨.
* 전잠상 : 은원자가 1개 trap에 잡혀 환원됨.
* 아잠상 : 은원자가 2개 trap에 잡혀 환원됨.
* 중성잠상 : 은원자가 3개 trap에 잡혀 환원됨.
* 안정잠상 : 은원자가 3개와 Ag 1개로 된 안정된 상.
3. 상반법칙불궤
D = f ( I * t ) I = 조사광의 강도
t = 조사시간
D = 흑화농도
---위식은 busen - Roscoe의 법칙 또는 상반법칙이라 한다
상반법칙불궤는 It가 일정하도록 I를 변화시켜도 (a)와 같이 않고 (b)와 같이
되는 현상.
그림4-13
III. 증감, 분광증감
(1) 증감
-> 유제 제조시 숙성을 통해 감도 상승
제 1숙성 => 할로겐화은 결정을 키워서 감도 상승
제 2숙성 => 결정중에 화학적 변화를 일으켜 감도 상승
1. 화학증감
- 젤라틴 중에 할로겐화은을 도포하기 전에 화학증감제를 첨가시킴으로써 할로 겐화은의 고유감도를 높이는 방법.
- 환원증감 - 생성된 황화은핵에 의해 기존의 전자 trap을 깊게하여 Ag을 안 정시킴
유제 + 아황산이온, 초산나트륨 => 감도상승
- 금증감 - Au 및 유황증감을 병용하여 생성, 황화금 (고감도 유제 제조시 이용 ) 유제 + 제 1 시안화금 ( AuCl4-) ->Au+
- 황화증감 - 할로겐화은 유제 + 미량의 유황 ( Ag2+S ) -> 감도상승
2, 분광증감
- 할로겐화은은 고유감광 파장역인 자외선광이나 청색광외에는 감광이 안되는데 이것에 어떤 종류의 색소를 첨가함으로써 고유역 이외의 감광역을 넓힐 수 있다.
IV. 사진의 각종현상
(1) 노광에 의한 현상
1) 상반법칙
2) 간혈효과 - 노광을 간혈적으로 몇번 반복해서 노광시간의 합계가 t 시간이 된 경우 연속적으로 t시간 조사한 경우보다 사진효과가 낮게 나타나는 현상 3) solarization - 특성 곡선상 반전부 = 감광재료에 다량의 노광을 주어지게 되 면 노광으로 생긴 Br 전자가 노광량과 함께 증가하는 결정표 면 잠상의 Ag 원자와 재결합하기 때문
4) clayden 효과 - 제 1노광된 감광재료에 -> 산광으로
제 2노광을 가함 -> 반전
5) villad 효과 - 감광재료에 X 선 노광후 빛으로 제 2노광하면 반전하는 현상
6) Sabattier 효과 - 최초의 노광에 의한 현상중 산광을 노광하면 반전상이 나 타나는 현상
7) Albert effect : 반전상 - 질산도가 낮은 니트로 셀룰로오스 유제에 마그네슘 섬광을 조사후 질산에 담가 건조시킨 다음 확산광으로 조사하면 반전
(2) 잠상에 관한 현상
1) Fading regression - 감광재료를 노광후 현상하지 않은채 방치해두면 잠상 이 점점 사라져가는 현상 ( 습도 50%, 온도 10-12도, 방치시간 )
2) Herschel 효과
3) Becqyerel 효과
4) Sterly 효과
(3) 노광이외의 사진현상
1) 압력효과 - 감광재료의 유제막에 압력을 가하거나 마찰하여 현상하면 그 부 분이 흑화되는 현상
* 노광 전 압력 후 촬영시 => 반전 -> 흰색
* 노광 후 현상전 압력 => 증감 -> 검은색
2)static
정전기 현상 - 저온 저습일 때 많이 발생 ( 나뭇가지 모양 )
water mark -> 검은 반점 ( 현상전 )
노광후 현상전 현상액 부착 -> 검은 반점
노광후 현상전 정착액 부착 -> 흰색 반점
기포 -> 흰색 반점
백색 반원형 Artifact -> 노광전
손톱자국 -> 초생달
감광재료의 제조
I. 사진유제 ( 젤라틴, silver hahide )
- 젤라틴용액 중에 미세한 할로겐화은 입자를 분산시킨 것으로, 소위 suspension된 것인데 ,사진에서는 관습상 유제라 한다.
1. 사진유제의 조제
혼합- 제 1 숙성 - 탈염 - 제 2 숙성
(1) 혼 합
- 젤라틴용액에 할로겐화 알카리 용액과 질산은 용액을 혼합하여 할로겐화은 의 젤라틴 분산용액을 만든다. ( 입상성과 감도에 영향을 줌 )
* single jet 방식 - H입자 성장이 쉽고 H입자의 분포가 넓어진다.
* double jet 방식 - H( 할로겐화은 )입자의 적절한 상태 유지
(2) 제 1 숙성
- 혼합이 막 끝난 할로겐화은 유제는 결정도 작고 감도가 낮기 때문에 50-60 도 가까이에서 1시간 정도 교반하면서 결정의 성장을 지켜보고 적당한 크기 로 한 다음 감도를 높이는 공정.
* 숙성 - Halogen 염 증가 => 중성법 ( 중성유제 )
- 암모니아 첨가 => 암모니아법 ( 암모니아 유제 )
(3) 탈 염
- 제 1 숙성후 유제 중에 질산염이 낳아 있으면, 감광막의 물리성을 나쁘게 하고, 할로겐염은 감도를 저하시키며, 암모니아는 fog를 증대시킨데 이를 제 거하는 것
- 수세법
- 유제를 냉각해서 응고 시킨 후, noodle 또는 주사위 모양으로 작게 잘라 서 흐르는 깨끗한 물에서 수세하는 방법.
- 침전법
- 유제의 pH를 젤라틴의 pH4.8이하로 내린 후, 젤라틴을 응결하는 약품을 첨가해서 할로겐화은 입자를 젤라틴으로 싸서 응결 침전시킨다. 상등액 을 버리고 2-3회 수세하여 염류를 제거한다.
(4) 제 2 숙성
- 아직 감도,계조가 낮으므로, 탈염한 유제에 필요량의 물이나 젤라틴을 첨가 해서 용해한 후, pH 와 pAg를 조절하여, 각종 화학증감지와 억제제를 첨가 시켜 50-60도C 가까이에 30-90분 정도 재차 숙성.-> 감도와 gamma가 비 약적으로 증가
(5) 제 2숙성 후 : 증감 색소 및 첨가제( 안정제, 경막제 )등을 가함.
II. 젤라틴 ( gelatin )
- 동물의 결합조직의 주단백인 collagen을 석회액이나 산으로 처리하여, 온수추 출로 가수분해한 후에 온수에 용해될 수 있도록 변성시킨 친수성 단백질.
(1) 사진용 젤라틴의 역할과 성질
- 할로겐화은 입자의 분산작용 ( 친수성의 보호colloid )
- 화학반응성 ( 첨가제와의 반응 쉬워 첨가제 목적 달성하게 함 )
- 유제막 생성과 밀착 및 보호작용
- 잠상안전화작용
- sol-gel 가역성 ( 따뜻하면 sol 차면 gel )
- 현상처리 적성 ( 알카리성 수용액 )
III. 지지체
-투명 지지체 - TAC, PET bare
불투명 지지체 - 사진용 종이
1. film base
- 무색, 투명, 균일하며, 상처나 왜곡이 없으며, 또한 사진유제에 대해 불활성인 것이 기본.
< 조 건 >
1) 강성을 가지며 가소성이 있고 신장 감도가 클 것.
2) 투명하고 착색이 없을 것.
3) 내성이 있고 장기간 변질이 없을 것.
4) 내열적일 것.
5) 가격이 저렴, 제조 공정 중 고장이 없을 것.
< 종 류 >
1) 3초산 섬유소 ( Triacetate Cellulose : TAC )
* 섬유소에 탄성 요성을 주기 위해 가조제 첨가
2) Polyester ( Polyethylene telephthalate : PET )
* 일반적으로 Polyester가 3초산 섬유소보다 두께가 얇다.
* 신축성이 작고 , 강도 ,내구력 , 유연성이 좋다 ( 多 )
3) 질산 섬유소 - 가연성이 단점.
2. 인화지 지지체
1) Baryta paper ( 바라이타지 )
사진용 원지 + BaSo 을 도포한 종이 지지체
2) 수지 Coat지
원지 + Polyerhylene 과 같은 수지를 도포
3. 유리판
Dry plate ( 사진 건판 ), 정밀도 요하는 곳 사용
< Film size >
8 * 10 " ( 6 절 ) 200 * 250mm
10 * 12 " ( 4 절 ) 250 * 300mm
11 * 14 " ( 대륙판 ) 275 * 350mm
14 * 14 " ( 대 판 ) 350 * 350mm - chest 촬영
14 * 17 " ( 반 절 ) 350 * 430mm
@ 다리 찍을 때 7 * 17
IV. Film 제조
1. 유제도포
- 분광증감제와 fog를 억제하기 위한 안정제, 도포성 향상을 위한 계면활성제, 대 전방지를 위한 antistatic제 칼라 감광재료에서는 Coupler등 각종 첨가제가 가해 져서 초벌을 한 film base상에 반점이 없도록 두께를 맞춰야함.
2. 건조
- base에 도포한 유제층에 냉풍을 불어넣어 gel화 시킨 후, 건조 zone에 반송된 면서 gel의 융점 이하가 되는 저온풍으로 , 건조진행에 따라 천천히 온도를 높 은 낮은 온도의 공기로 건조.
3. 검사
- 사진특성, 물리특성을 검사하여, 합격품을 가공공정 보냄.
4. 가공
- 재단, 천공, corner cutting을 한다.
5. 포장
- 전체 차광, 방습재료를 용도에 따라 사용해 기밀내장을 한 후 box에 외장한다.
필름의 구성과 특성
I. 감광재료의 조성, 구조와 특성
1. 구조
그림6-1
(1) 보호막 ( PC, protective coating layer )
- 감광유제는 여러 물질에 민감하기 때문에 보호하기 위해서 유제 위에 젤라틴 을 주체로 한 층 도포한 층 ( 너무 두꺼우면 해상력이 저하, 현상진행 지연 )
(2) 유제층 ( EC, emulsion layer )
- 감광물질인 할로겐화은의 미세결정을 젤라틴층 안에 극히 균등하게 분산,현탁 상태로 한 것 -> 영상이 이 층에 기록됨.
- 유제층에서 젤라틴의 목적
- 할로겐화은 입자를 지지해 줌
- 할로겐화은에 대한 증감 또는 억제작용
- 현상처리시, 현상액을 가급적 신속하게 층안의 할로겐화은입자에 접촉시 켜 작용 원할.
(3) 하도층
- 유제층고 지지체와의 밀착을 견고하게 하기 위한 매체.
(4) 지지체
- 투명한 3초산섬유소 또는 polyester 계 합성수지를 일정한 두께의 대상 막으 로 한 것 -> 유제층의 지지체 , 균일성 중요.
2. Irradiation 과 Halation
․ Irradiation - 피사체의 hilight 부 또는 피사체 중에 빛의 휘도가 특별히 강하게 되면 그 빛은 할로겐화은 층에 전부 흡수되지 않고 대단히 많은 양 의 할로겐화은 표면에서 여러각도로 빛이 퍼지게 돼 인접한 할로겐 화은을 감광시키는 것.
․ Halation - 여러각도로 반사된 빛의 일부가 유제층과 base 내를 비스듬히 통과 하여, 그 경계면에서 반사해 재차 유제층의 할로겐화은을 감광시킨 현상.
그림 6-2
- Halation을 방지하는 방법
- 유제층과 base사이에 착색층을 만든다.
- Halation 을 생기게 하는 빛은 base 안을 두 번 통과하므로 base 자체를 청 회색으로 착색해서 빛을 흡수.
II. 직접촬영용 X 선 필름
- 직접촬영용 X 선필름에는 피사체를 투과한 X 선상을 직접 X 선 필름에 조사 해서 영상을 형성하는 방식 ( nonscreen type )
형광체에 조사함으로써, 거기에서 여기 된 가시광 상으로 영상을 형성하는 방식
( screen type ) - film base 양면에 도포되어 있는 양면유제인 것
(1) non screen type과 screen type film의 비교
1) non screen type film은 screen type film 보다 감광유제가 두껍다
2) non screen type film은 screen type film 보다 감도가 높다
3) non screen type film은 screen type film 보다 contrast가 약하다
4) non screen type film은 screen type film 보다 현상시간이 길다
5) non screen type film은 screen type film 보다 정착이 느리다
III. 간접촬영용 X 선 필름
- X 선에서 여기된 형광판상의 가시광을 직접렌즈 또는 mirror camera 로 촬영 하는 방식. ( ZnCdS )
1) mirror 간접용 필름
-형광판의 발광 spectrum 에 합친 ortho type 의 고감도, contrast 필름
2) I.I, 간접용 필름
- I,I 의 2 차측 형광면 형광체의 발광 spectrum 에 peck를 합친 ortho type 유제
->감도는 mirror의 반이다
IV. CRT image film
- CT, MR, 초음파 등에 접속한 imaging camera 의 CRT 상에 묘출된 진단 영상 을 기록하는 필름.
V. 기타 의료용 필름
1. X 선 cine film
- 심혈관을 중심으로 한 혈관 혈류의 동태영상을 기록하는 방법.
2. dental film
- 구강촬영용 - 필름은 양면유제로, 3*4cm size이며
소아용 occlusal등
- panorama - 치열 전체를 촬영, screen film system,
film size 15*30 ,20*30
3. mammography용 필름
- 유방내의 가느다란 유선이나 석회화상을 묘출하는데 필요.
필름과 screen 은 고화질 type으로 됨.
4. badge film
- 개인피폭선량을 monitor 하기 위한 필름.
VI. X 선 film 의 보관
1) 숩도 40 - 50 %에서 온도 10 - 15도
2) 방사선 납 차폐
3) 세워서 보관 ( 압력, 마찰 방지 )
4) 유해가스 방지
5) 유효기간을 지킬 것
6) 냉장된 film은 사용 전 24 - 26h 실온에서 표형을 맞출 것
7) film 운반시 충격을 피할 것
VI. 필름 취급상의 주의
- 금속면, 페인트 도장면, 신나 과산화수소등에 의해 fog가 발생
- 감광유제막을 강하게 문지르면 마찰 fog 발생
- 습도가 높을수록 변질이 빨라짐
- 극도로 건조하면 대전되어 정전기 현상이 생겨 fog 발생
표 6-3
◎증감지(intensify screen)
인체를 투과한 X선은 인체조직 즉, 뼈, 근육, 지방, 공기 등에 따라 Xtjs 습수가 틀리기 때문에 X선 감약의 분포 차로 X선 상이 향상된다. 그러나, X 선은 투과력이 강하므로 필름에 흡수되는 것은 몇 %에 불과하고 대부분 투과된다. 형광증감지는 투과 X선을 빛으로 변환하여 필름에 흡수가 잘 되도록 감광효과를 증가시키는데 있다.
→형광과 냉광
증감지는 다량의 X선을 흡수하여 형광을 발광하므로 이것을 film에 밀착시키면 film 감광막에 강한 사진작용을 한다. 즉, X선 자체의 사진작용과 증감지의 형광에 의한 감광작용이 서로 협력하여 사진작용이 한층 더 뚜렷해지는 것이다.
→물질은 빛이나 열, 방사선 기타 화학적 기계적 자극으로 온도 복사와 다른 빛(냉광)을 발생하는 현상을 가지고 있다. 물질에 X선이 조사되면 그 원자, 분자는 여기 상태가 되나 이것을 불완전한 상태이므로 즉시 원상태로 돌아온다.
→증감지 사용시 기능
①촬영시간 1/20sec～1/80sec 정도 단축
②운동에 의한 흐림 감소(피사체 움직임으로 인한 불선예도 저감)
③환자의 X선 피폭 감소
④감도와 contrast가 좋아진다
⑤X선 film에 대한 증폭기 역할
⑥X선 장치의 부하 경감 및 수명 연장→소용량의 X선 장치 촬영가능
※증감계수(증감율 : intensifying factor)
동일 피사체를 촬영할 때 증감지를 쓰지 않는데 비해 증감지를 사용하면 같은 농도의 X선 사진을 낼 수 있는 촬영시간이 단축되는 수를 intensifying factor라 함
(t: 증감지 사용치 않을 때 적정 노출시간,
․증감율 : 촬영관전압이 높아질수록 크다
증감지의 감도가 높을수록 크다
․단점 : 증감지는 감도가 상승됨에 따라 사진 선예도가 저하
․원인 : 증감물질 입자의 크기
형광체층의 두께층
⑴증감지의 구조
⇒plastic이나 빌라이타지와 같이 X선에 대하여 비교적 흡수가 없는 물질에 사진 작용이 강한 형광을 발생하는 물질의 미세 분말을 binder와 함께 발라 다시 합성수지 같은 보호막을 바른 것으로 유백색의 광택 front screen, back screen(약간 두껍다)
★형광물질 calcium tangstate(CaWO4)
⑵증감지의 형광과 파장
형광판 : 투시나 간접촬영 ⇒ 가시형광(우리 망막에 잘 느낄 정도 파장 5000～6000Å)
황화아연 카드뮴(ZnCds)
증감지 : film의 감광파장이 가까운 것이 아니면 안되므로 형광파장 4000～5000Å
텅스텐산 칼슘(Calcium tungstate) →4300Å
희토류(Gd, La, Y) →원자번호57번 →5300Å
<형광판, 증감지의 형광과 눈의 망막이나 필름 감도와의 비교>
ⓐAgBr : 활로겐 염 고유의 감도 곡선
ⓑE : 사람눈의 망막의 감도 곡선
ⓒCaWo4 : 텅스텐, 칼슘의 형광 스펙트럼
ⓓZncds : 황화아연, 카드뮴의 형광스펙트럼
⑶증감지의 화질
①증감계수(intensifying fact)
◘ 증감지가 발생하는 형광은 X선의 감도(KVp)가 크게 됨에 따라 강해지고 노출시 간을 그만큼 단축되므로 증감계수는 증대
f⇒보통 20～60 가량, 고감도 60～80정도
f가 크게 될수록 영상의 선예도는 떨어짐
②영상의 선예도에 대한 영향
ⓐ형광물질의 입자의 크기의 문제→CaWo4의 결정입자는 film의 감광물질인 AgBr 입자보다 훨씬 크다(증감지 사용하면 비교적 큰 증감지 입자가 형광을 발생하여 이 것과 밀착된 몇 개의 브롬화은 입자를 감광시키므로 증감지를 쓰지 않을 때 보다 영상의 흐림(lock of definition)은 증대
★고감도일수록 형광물징의 입자가 커서 감도는 좋으나 선예도는 떨어진다
ⓑ증감지의 형광물질층 가운데, 대지에 가까운 곳에 있는 입자는 film 감광막에 떨 어져 있는 까닭으로 여기서 발생하는 형광을 film에 접착되는 입자보다 비교적 넓 은 범위의 브롬화은을 감광시켜 불선예도가 되는 원인이 됨
ⓒ증감지의 형광이 film의 감광층을 통과하여 대지면에서 반사되어 그 빛이 유제에 halation을 만들어 역시 fog원인
※증감지에서 선예도를 좋게 하기 위한 방안
①형광체의 입자를 작게
②형광층의 두께를 얇게
③대지를 착색하여 반사를 작게
④보호막을 얇게
⑤형광체층의 binder를 착색
※좋은 증감지의 구비조건
①증감지면이 평활 할 것
②발생하는 형광이 밝을 것
③film에 대한 감광 작용이 강할 것
④입자가 되도록 작을 것(미립자 증감지)
⑤잔광이 없을 것
⑥기온(20°), 습도(60%) 차에 의해 효력이 변화하지 않을 것
⑦오염된 경우 막면에 영향을 주지 않고, 닦아 낼 수 있을 것
희토류 형광체 증감지 ( Rare Earth Intensifying screen )
-> 피폭선량을 경감할 목적으로 개발
X선 촬영범위가 다양화로 X선 사진은 보다 큰 감도와 보다 큰 정보량이 요구됨. 그래서 화질을 유지하면서 해상력 감도를 향상시키는 방향으로 개발 (화질개선)
CaWO₄로서는 거의 한계점에 도달 화질과 감도를 대폭 향상시키기 위해서는 희토류계 형광체와 ortho로 증감한 X선 filmd으로 대체 중
1) 형광체
① Y₂O₂S(산황화이트륨) : Eu -> 빨간색 : 칼라TV 형광체
② Y₂O₂S(산황화이트륨) : Tb -> 파란색 또는 초록색 : 감도가 높다
③ Gd₂O₂S(산황화가돌늄) : Tb -> 초록색 : 선예도 ,입상성이 좋다
④ La₂O₂S(산황화란탄) : Tb -> 초록색 : 증감지의 성능 약간 저하
**희토류 형광체 특징
① 형광효율이 높다(변환 효율)
② 형광체 구성원소의 원자번호가 높으므로 X선 흡수율이 높다
③ 발광효율이 높다
-> 발광효율 : CaWO₄: 3-5％
희토류 형광체 : 13-18％( CaWO₄의 4-8배
* X-선용 screen의 효율 *
X-ray광자 - 형광광자로 변환 (흡수, 변환, 방출)
1) 흡수효율 ( 광전효과 ) : X-선 screen 내의 X-선 광자흡수
CaWO₄: 흡수 20-40％ 변환 3-5％ 방출 50％
희토류 : 흡수 40-60％ 변환 12-18％ 방출 60％
->광전효과 : X-ray를 생각하면 물질 K각 Wedge의 energe보다 약간 높은 외부energe(x-ray)에 의해서 효율이 높게 일어난다. 이때 광전효과가 많이 일어난다.
- X-선 흡수는 형광물질의 원자번호에 영향
~ 광전흡수의 영향 - K각 전자의 결합 에너지와 X선 흡수에너지(입사 E)
~ X선 선 spectrum 분포에 따라 좌우
2) 변환효율 : excitation(여기), ionization(전리)를 통해 에너지 광자로 변환
3) 방출효울(투과율) : screen에서 발광 광자 효율
* 최대관전압(KVp)과 평균에너지 관계는?
-> CaWO 형광체의 발광분포는 4300에 중심을 둔 청색 영역에 연속 발광분포 (3500-5000)하며 청색 감색성의 Regular type film 사용
-> GdOS 형광체: 몇 개 선색광분포(Line spectrum)를 발광 5400의 초록색 영역에 중심을 둔 강한 선-스펙트럼을 발광 초록색(녹색)이 발생하여 초록색 감색성이 있 는 정색성 (ortho type film)사용
-> 온도효과
X선 증감 물질은 낮은 온도에서 형광 효과가 높아 21。C 에 적합하며 35。에서 는 21。C 보다 25% 정도 mAs 증가
-> Activator란?
NaI(tl), GdOS(Tb)
- Tl , Tb, Eu
1) 순수물질의 0.01
2) 발광 효율을 높인다
* 발광효율 향상 - 발광 파장 이동
* CaWO₄는 사용 않음
Ⅰ 현상액의 조성과 작용
*현상액-현상 주약(developing agent)
-현상 보조제(developing subordinators)
*현상액의 성분
①developing(현상주약) -metol
-hydroquinone
-phenydone
②preserve(보호제) : sodium solphite
③accelerators(촉진제) : sodium carbonate
④restrainer(억제제) : potasium bromide
⑤solvent(용제) : loater-softner(경수 연화제)
II. 현상주약 → 유기 환원제
▲역할 : 감광 유제층에 침투하여 감광된 할로겐화은만 선택적으로 흑화은으로 환원
⑴hydroquinone(완성경조현상주약)
․화학명 : para di oxy benzen ․분자식 : C6H4(OH)2
․분자량 : 110.1108 ․융점 : 196°c
․구조식 :
백색침상결정, 물, 알코올, 에테르에 잘 용해됨
Metal과 Hydroquinone이 혼합하면 현상능력이 크게 향상
*M.Q 현상액 : 비율- 1:2～1:3
(사진 특성)-완성 경조 현상액
㉠화상 출현, 흑화진행이 천천히 이루어짐
㉡High light가 먼저 현상되고, shadow에 대한 작용이 약하다
pH가 높은 현상액에서는 높은 사진 농도를 얻는다(화상)
시간이 지남에 따라 농도차가 큰 화상-고 г치 사진
㉢현상의 pH와 온도에 영향이 크다
㉣고농도부는 충분한 흑화, 저농도부는 잘 나타나지 않는다
→노광과도 film 현상에 적합
㉤활성이 약해서 단독 사용 불가
㉥억제제의 영향을 받는다(KBr)
⑵metol
․화학명 : Mono methyl para minophonol ․분자량 : 172
․융점 : 87°c ․분자식 : (OH)C6H4(NHCH3) 1/2H2SO4
․구조식 :
무색 침상 결정, 물에 용해가 잘 됨
→알코올, 에틸, 아황산 소오다 용액에 용해가 어렵다
(사진특성)-급성연조의 현상주약
㉠화상출현, 흑화 진행이 빠른 속도로 진행(급성)
㉡shadow와 highlight가 대체적으로 동시에 현상됨
*농도차가 적은 화상-저 г치 화상
㉢현상액의 pH와 온도에 영향을 잘 받지 않는다
㉣저농도부의 세부묘사는 좋으나 고농도의 흑화는 좋지 않음
(노광 부족 필림 현상에 적합)
㉤단독으로 사용가능
㉥억제제의 영향을 (잘) 받는다 *Hydroquinone 보다 잘 받지 않음
⑶phemidone(급성연조현상주약)
․화학명 : 1-phenol-3-피라소리돈
․구조식 :
(사진특성)
㉠단독으로 활성이 약해서 현상능력이 metol보다 저하, Hydroquinone과 병용(PQ현 상액)이 MQ현상액보다 활성이 강하다→Q와 병용하면 감도처리 능력이 우수한 현 상액이 된다
㉡phenitone의 사용량은 metol의 1/10～1/20
㉢현상액의 피로가 적고, 피로회복이 잘 된다
㉣억제제의 영향을 잘 받지 않는다
♣PQ현상액의 장점
㉠액의 보존성과 현상능력의 지속성이 우수
㉡산화 피로도가 적고 피로회복이 빠르다
㉢현상시간을 연장해도 화상의 변화가 없고, fog 현상도 없다(입상성 현상 없다)
㉣노광 부족사진 현상에 적합
⑷기타 현상 주약
①Amidol :강력한 급성현상주약
․구조식 :
단독사용가능
현상시 fog가 적으나 액의 보존성이 좋지 않다
단 하루도 못 감
②Glycin : 완성현상액
fog가 작고 액의 보존성도 좋으나 단독사용불가
③pyro : 인물사진현상주약(영업용)
현상액에 의한 피부오염이 심하다
④Pyro phenylendimine : color 사진용
Ⅲ 보조제
(1)보호제(preserver)→산화방지제
아황산 소오다(Na2So3) : sodoum sulphite
아황산수소나트륨(NaHSo3) : 중아황산 나트륨
아황산칼리(K2So3)
①현상주약의 산화방지→액의 보존
2Na2So3+ O2 → 2Na2So4(황산 소오다)
②현상촉진작용(Halogen 은를 용해시 현상을 시킴)
아황산소오다 지신이 수용액 중에서 일부가 가수분해되어 약알칼리를 나타냄
③미립자 현상제로 쓰임
현상제중 Na2So4가 다량 포함되어 있을 시 할로겐화은 결정을 용해
④주약의 산화 생성물에 작용-gelatin 오염 방지
⑵촉진제(accelerator)
현상 주약의 환원력은 현상액의 pH에 크게 좌우
환원늘력을 조절하기 위해 사용되는 alkali제(pH 8～12전후)
*현상액의 pH : 10～11.5
수산화나트륨(NaoH) 초강세용
수산화 칼륨(KoH) 촉진제에 해당
⑶억제제(Restrainer)
KBr(Potassiym Bromide : 브롬화 칼리)
①현상의 진행을 억제하고 fog방지
AgBr⇒ Ag+Br+e ⇒Ag 현상진행
KBr ⇒ K+Br ⇒Br이 AgBr의 Br을 이온화 되는 것을 억제
→현상 진행 차단
②현상액중에 KBr은 저농도부에 강한 작용
⇒fog 방지 ⇒ contrast 강화
③X선 film 현상(고온 단시간 현상)
⇒contrast를 증대시키기 위해 억제제 다량 사용
⑷경막제
유제막의 팽윤과 연화를 억제
-필림을 급속하게 건조시키는 작용,막면에 상처가 생기는 것을 방지
㉠알칼리 성으로 gelatin과 급속하게 반응해서 강한 경막 작용을 하여야 할 것
㉡알칼리성 수용액에 용해되기 쉬울 것
㉢현상액 중에서 가능한 장시간 안정되어야 할 것
㉣사진성에 대한 영향이 적을 것
㉤cost가 높으면 안될 것
⑸용제(solvent)
Ⅳ 현상액 처방. 조제. 조액
♣용해와 희석
①조제에 사용되는 용기와 재질
-stainness, plastic 유리
②기구의 청결성 유지
③용해시 사용되는 물 : 증류수⇒ 수돗물
④용해시 온도 : 50°c (열광이나 냉수 사용 금지)
⑤약품 용해 순서
Metol⇒ Sodiumsolphite(SS)⇒ Hydroquinone(Q)⇒ Sodiumcarbonate(SC)⇒ KBr
․M→Q→SC : 즉시 산화 (보호제 결여)
․M→SS→Q→KBr : 화상 완성 안됨(촉진제 결여)
․M→SS→Q→SC : fog가 심해 사용불가
⑥보관 : 어두운 곳에 보관
⑦교반
※현상진행
◎현상시간 : 길어지면 전체적으로 흑화도, 강도증대 , contrast 상승
너무 길어지면 chemical fog 현상이 나타남. 입상성도 저하
수동 현상시 적정시간은 3～5분
◎현상온도 : 온도가 증가하면 활성 Energyr가 변한다
Inr = B-E/RT
(r:현상속도 T:현상온도 R:정수 B:정수)
(1/T의 직선 관계 한정된 온도 범위에서만 성립)
수동 현상 20°c
자동 현상 27～35°c
※현상 효과에 영향을 주는 인자
①현상시간 ②현상온도 ③현상액의 조건(농도, 노화도)
④현상액의 교반 ⑤현상방법
◉교반의 영향
현상액이 정지되었을 때 활성 성분의 확산 속도가 늦어지면(억제 성분의 받음)
⇒현상이 지연
균등한 현상
현상 시간 단축
교반이 현상에 미치는 영향 : 고노광부일수록 contrast, Dmax가 낮아지는 현상
§현상의 정지․정착․수세․건조
1. 현상정지
현상정지액(=산성 정지액)
1) 역할 : 현상정지, 정착액의 오염 방지
2) 산성정지액 : 1.0～3.0%초산(CH3COOH․acetic acid)
3) 산성 정지액 사용
① 약알카리를 중화 - 현상작용 정지
② 정착액의 산화 중화 방지 - 정착액의 경막력 저하 방지
③ 이중정색(dichromatic fog)의 방지
2. 정착액의 조성과 작용(fixing)
현상(환원)
노광된 AgBr ------------>금속은(Ag)
정착
미노광된 AgBr ---------->film면에서 제거 → 미노광된 AgBr을 film막면으로 제 거 (완전한 화상 형성)
＊정착액의 주요 기능
① 현상의 정지
② 상의 명료화
③ 영상의 정착
④ 유제의 정착
3. 정착 주약 (정착제)
1) 구비 조건
① Ag은 화상에 영향이 없고 미노광된 할로겐화은만 변화
② 정착력이 커야함
③ 독성이 없어야 함
④ 조제가 용이해야 함
2) 종류
① 티오 황산 소오다 [Na2S2O3]
② 티오 황산 암모니아 [(CNH4)S2O3}
③ 시안화 칼리 [KCN]
④ 유황 청산 칼리 [KSCN]
⑤ 유황 청산 암모니아 [(NH4)CNS]
＊-화학 반응식-
① Herschel (1819)
2AgBr + Na2S2O3 → Ag2S2O3 + 2NaBr
Ag2S2O3․Na2S2O3 → Ag2S2O3․Na2S2O3
Ag2S2O3․Na2S2O3 + Na2S2O3 → Ag2S2O32Na2S2O3
▷2분자(mol)의 AgBr + 3분자(mol)Na2S2O3 ⇒가용성이됨
② Basns (1929)
AgBr + Na2S2O3 → NaAgS2O3 + NaBr
3NaAgS2O3 + Na2S2O3 → Na5Ag3(S2O3)4
▷3mol AgBr + 4mol Na2S2O3
③ Baines
AgBr + S2O32- → Ag(S2O3)- + Br-
Ag(S2O3)- + S2O32- → [Ag(S2O3)2]3-
[Ag(S2O3)2]3- + S2O32- → [Ag(S2O3)2]5-
3) 정착 과정
① 정착 주약이 유제층 중에 침투한다.(확산)
② 정착 주약이 할로겐화은 입자를 용해한다.(반응)
③ 티오황산 은착 이온이 유제층에서 정착액 안으로 나간다.(확산)
4) 정착 속도의 좌우 요소(정착 시간에 영향을 미치는 인자?)
① film 유제의 성질
동일 type이면 감광막(film)의 두께는 은 함유량에 따라 다르다.
＊감도가 좋은 film일수록 정착의 속도가 느려진다.
② 정착액 중의 티오 황산 소오다(Na2S2O3)의 농도.
40%까지는 농도에 비례해서 활성 증가 → 정착 시간 단축.
60～70%가 되면 수산화 알미늄의 침전, 활성 저하, 시간이 길어짐.
