광섬유 방사선 센서를 이용한 방사성 동위원소의 실시간 위치 및 선량분포 측정에 관한 연구 A study on the real-time measurements of position and dose distribution for radioisotope using fiber-optic radiation sensors원문보기
<원자력시설의 적용> 일반적으로 광섬유 센서는 원거리에서 계측이 가능하고, 신호 전달과정에서 전자기파나 압력에 간섭을 받지 않으며, 높은 공간분해능을 가지고 있으므로 열악한 환경에서의 물리량 측정에 널리 사용되어 왔다. 특히 섬광체와 광섬유를 결합하여 제작한 광섬유 방사선 센서는 원자로 환경에서의 방사선 및 치료용 방사선 계측에 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 ...
<원자력시설의 적용> 일반적으로 광섬유 센서는 원거리에서 계측이 가능하고, 신호 전달과정에서 전자기파나 압력에 간섭을 받지 않으며, 높은 공간분해능을 가지고 있으므로 열악한 환경에서의 물리량 측정에 널리 사용되어 왔다. 특히 섬광체와 광섬유를 결합하여 제작한 광섬유 방사선 센서는 원자로 환경에서의 방사선 및 치료용 방사선 계측에 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 하전입자가 광섬유와 같은 투명한 매질 내에서 빛보다 빠른 속도로 투과할 때 발생되는 체렌코프 빛은 섬광체로부터 발생된 섬광 빛을 계측하는데 있어 방해요소로 작용해왔다. 체렌코프 빛의 파장대는 자외선 영역에서부터 가시영역인 400 ~ 480 nm까지 존재하므로 섬광체에서 방출되는 파장과 유사한 파장대를 가진다. 그러므로 기존 연구들은 선량측정 시 체렌코프 빛을 따로 측정하고 제거하는 방법에 중점을 두고 연구를 수행해 왔다. 그러나 이러한 체렌코프 빛 역시 방사선과 매질과의 상호작용에 의해 방출되므로 경우에 따라서 중요한 계측신호가 될 수 있다． 사용후핵연료 저장조 속에 저장되어 있는 사용후핵연료에서 방출되는 하전입자들은 매질이 되는 저장조 속의 물과 상호작용하여 체렌코프 방사선을 지속적으로 방출한다. 이러한 현상을 이용하여 현재, IAEA에서는 체렌코프 방사선 촬영장치인 DCVD를 저장조의 난간에 위치시켜 사용후핵연료 주변의 체렌코프 방사선을 현장에서 바로 측정한 뒤, 사용후핵연료의 진위를 검증하고 있다. 하지만 기존의 DCVD를 이용할 경우, 사용후핵연료 집합체의 이동 없이 체렌코프 방사선의 분포를 영상으로 측정할 수 있지만, 대부분의 체렌코프 방사선이 자외선과 가시광선 영역에 있으므로 주변광에 따른 잡음 및 측정 오차가 발생하게 된다. 또한 핵연료집합체의 윗면만을 촬영하기 때문에 사용후핵연료의 분포 및 진위만을 검사할 수 있게 된다. 따라서 사용후핵연료의 진위 및 안전성 확보를 위한 사용후핵연료의 연소도 측정이 가능한 새로운 검출기의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 사용후핵연료의 연소도와 손상 및 결함위치를 실시간, 원거리에서 측정할 수 있는 광섬유 체렌코프 방사선 센서를 개발하였으며, 개발된 센서의 성능평가를 위하여 Co-60 및 Ir-192 방사사선원의 세로축 선량분포를 측정하였다.
<근접치료의 적용> 방사선치료는 크게 외부 방사선치료와 근접치료로 나눌 수 있다. 특히, 내조사치료인 근접치료는 Ra-226, Co-60, Cs-137 그리고 Ir-192 등과 같은 방사선 동위원소를 인체조직 내에 직접 삽입하거나 카데터를 통해 자궁, 비인강, 기관지, 식도 등에 삽입하여 종양을 치료하는 방법으로, 정상조직에 대한 방사선 조사는 최소화하고 환부에 대한 방사선 조사를 최대화함으로써, 원격치료와 함께, 혹은 단독으로 시행할 수 있는 장점을 가진다. 특히 국내의 근접치료에 있어 가장 많이 시행되고 있는 방법 중 T&O 강내치료의 경우, 방사선원의 위치 판별 및 선량분포 측정을 위한 연구는 미비한 상태이다. T&O 강내치료는 자궁경부암, 비인두강암, 식도암, 폐암 등의 치료에 사용되는 방법으로 기구를 강내에 밀어 넣고 방사선동위원소를 종양에 정확히 위치시키기 위해서 방사선치료기기 외에 실시간으로 방사선원의 위치를 판단할 수 있는 별도의 영상장치가 필요하다. T&O 강내치료 중 국내에서 가장 많이 시술되고 있는 자궁경부암 치료의 경우, 현재 사용되고 있는 기구들은 몇 개의 한정된 각도로 만들어져 있으며 환자의 자궁 모양에 가장 가까운 것만을 사용하고 있는 실정이다. 특히 자궁경부암 T&O 시술 시 가장 주의할 점은 탠덤이 자궁내막을 침투하거나 관통하지 않도록 하는 것인데 이 경우, 주변의 중요 장기, 특히 작은창자에 큰 피해를 줄 수 있으며 궁극적으로 괴사, 협착 그리고 누관 현상 등을 야기할 수 있다. 근접치료는 방사선원을 포함하고 있는 카테터 및 기구를 환자의 병부에 얼마나 정확하고, 안전하게 삽입하느냐에 달려있기 때문에 방사선원이 작용하는 종양부의 정확한 위치와 크기, 모양 등의 정보를 실시간으로 정확하게 판별하는 것이 가장 중요하다. 그러나 현재 사용되고 있는 방법들의 경우, 실시간 판별에 어려움이 있으며 고가의 영상장비를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 근접치료 시, 방사선원의 위치 판별 및 선량분포 측정을 위한 기초연구로서 유기섬광체 및 광섬유를 사용하여 0차원의 광섬유 방사선 센서를 제작하였고, 섬광체가 포함되지 않은 광섬유 체렌코프 방사선 센서를 함께 제작하여 성능을 평가하였다. 또한 섬광체가 포함된 일체형 팬텀 선량계와 카테터의 삽입이 가능한 번들 형태의 방사선 센서를 제작하여 Ir-192 방사선원으로부터 방출되는 감마선에 의해 유기섬광체 번들 센서로부터 발생된 섬광빛을 CMOS 카메라를 이용하여 측정하였다.
<원자력시설의 적용> 일반적으로 광섬유 센서는 원거리에서 계측이 가능하고, 신호 전달과정에서 전자기파나 압력에 간섭을 받지 않으며, 높은 공간분해능을 가지고 있으므로 열악한 환경에서의 물리량 측정에 널리 사용되어 왔다. 특히 섬광체와 광섬유를 결합하여 제작한 광섬유 방사선 센서는 원자로 환경에서의 방사선 및 치료용 방사선 계측에 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 하전입자가 광섬유와 같은 투명한 매질 내에서 빛보다 빠른 속도로 투과할 때 발생되는 체렌코프 빛은 섬광체로부터 발생된 섬광 빛을 계측하는데 있어 방해요소로 작용해왔다. 체렌코프 빛의 파장대는 자외선 영역에서부터 가시영역인 400 ~ 480 nm까지 존재하므로 섬광체에서 방출되는 파장과 유사한 파장대를 가진다. 그러므로 기존 연구들은 선량측정 시 체렌코프 빛을 따로 측정하고 제거하는 방법에 중점을 두고 연구를 수행해 왔다. 그러나 이러한 체렌코프 빛 역시 방사선과 매질과의 상호작용에 의해 방출되므로 경우에 따라서 중요한 계측신호가 될 수 있다． 사용후핵연료 저장조 속에 저장되어 있는 사용후핵연료에서 방출되는 하전입자들은 매질이 되는 저장조 속의 물과 상호작용하여 체렌코프 방사선을 지속적으로 방출한다. 이러한 현상을 이용하여 현재, IAEA에서는 체렌코프 방사선 촬영장치인 DCVD를 저장조의 난간에 위치시켜 사용후핵연료 주변의 체렌코프 방사선을 현장에서 바로 측정한 뒤, 사용후핵연료의 진위를 검증하고 있다. 하지만 기존의 DCVD를 이용할 경우, 사용후핵연료 집합체의 이동 없이 체렌코프 방사선의 분포를 영상으로 측정할 수 있지만, 대부분의 체렌코프 방사선이 자외선과 가시광선 영역에 있으므로 주변광에 따른 잡음 및 측정 오차가 발생하게 된다. 또한 핵연료집합체의 윗면만을 촬영하기 때문에 사용후핵연료의 분포 및 진위만을 검사할 수 있게 된다. 따라서 사용후핵연료의 진위 및 안전성 확보를 위한 사용후핵연료의 연소도 측정이 가능한 새로운 검출기의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 사용후핵연료의 연소도와 손상 및 결함위치를 실시간, 원거리에서 측정할 수 있는 광섬유 체렌코프 방사선 센서를 개발하였으며, 개발된 센서의 성능평가를 위하여 Co-60 및 Ir-192 방사사선원의 세로축 선량분포를 측정하였다.
<근접치료의 적용> 방사선치료는 크게 외부 방사선치료와 근접치료로 나눌 수 있다. 특히, 내조사치료인 근접치료는 Ra-226, Co-60, Cs-137 그리고 Ir-192 등과 같은 방사선 동위원소를 인체조직 내에 직접 삽입하거나 카데터를 통해 자궁, 비인강, 기관지, 식도 등에 삽입하여 종양을 치료하는 방법으로, 정상조직에 대한 방사선 조사는 최소화하고 환부에 대한 방사선 조사를 최대화함으로써, 원격치료와 함께, 혹은 단독으로 시행할 수 있는 장점을 가진다. 특히 국내의 근접치료에 있어 가장 많이 시행되고 있는 방법 중 T&O 강내치료의 경우, 방사선원의 위치 판별 및 선량분포 측정을 위한 연구는 미비한 상태이다. T&O 강내치료는 자궁경부암, 비인두강암, 식도암, 폐암 등의 치료에 사용되는 방법으로 기구를 강내에 밀어 넣고 방사선동위원소를 종양에 정확히 위치시키기 위해서 방사선치료기기 외에 실시간으로 방사선원의 위치를 판단할 수 있는 별도의 영상장치가 필요하다. T&O 강내치료 중 국내에서 가장 많이 시술되고 있는 자궁경부암 치료의 경우, 현재 사용되고 있는 기구들은 몇 개의 한정된 각도로 만들어져 있으며 환자의 자궁 모양에 가장 가까운 것만을 사용하고 있는 실정이다. 특히 자궁경부암 T&O 시술 시 가장 주의할 점은 탠덤이 자궁내막을 침투하거나 관통하지 않도록 하는 것인데 이 경우, 주변의 중요 장기, 특히 작은창자에 큰 피해를 줄 수 있으며 궁극적으로 괴사, 협착 그리고 누관 현상 등을 야기할 수 있다. 근접치료는 방사선원을 포함하고 있는 카테터 및 기구를 환자의 병부에 얼마나 정확하고, 안전하게 삽입하느냐에 달려있기 때문에 방사선원이 작용하는 종양부의 정확한 위치와 크기, 모양 등의 정보를 실시간으로 정확하게 판별하는 것이 가장 중요하다. 그러나 현재 사용되고 있는 방법들의 경우, 실시간 판별에 어려움이 있으며 고가의 영상장비를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 근접치료 시, 방사선원의 위치 판별 및 선량분포 측정을 위한 기초연구로서 유기섬광체 및 광섬유를 사용하여 0차원의 광섬유 방사선 센서를 제작하였고, 섬광체가 포함되지 않은 광섬유 체렌코프 방사선 센서를 함께 제작하여 성능을 평가하였다. 또한 섬광체가 포함된 일체형 팬텀 선량계와 카테터의 삽입이 가능한 번들 형태의 방사선 센서를 제작하여 Ir-192 방사선원으로부터 방출되는 감마선에 의해 유기섬광체 번들 센서로부터 발생된 섬광빛을 CMOS 카메라를 이용하여 측정하였다.
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