FDM 3D 프린터 필라멘트 물성을 이용한 복합 방사선 차폐체 제작을 위한 기초 연구 Fundamental Study on the Fabrication of Composite Radiation Shields Using FDM 3D Printer Properties원문보기
목적: 방사성동위원소의 이용은 산업기술의 발전과 국민 소득 수준의 향상에 따라 매년 증가하고 있다. 이로 인해 방사선작업종사자의 수도 매년 증가하고 있다. 방사선작업종사자가 취급하는 방사성동위원소는 업무 환경에 따라 그 종류 및 에너지가 모두 다르며, 방사선 차폐체로는 대부분 납을 사용하고 있다. 납은 중량이 무겁고 인체 유해성과 더불어 환경적인 문제로 사용을 기피하고 있다. 그러므로 이를 대체하기 위해 취급하는 선원의 종류 및 에너지에 따른 최적의 차폐기구 설계 및 사용이 필요하다. 이에 본 연구는 모의 모사를 통해 ...
목적: 방사성동위원소의 이용은 산업기술의 발전과 국민 소득 수준의 향상에 따라 매년 증가하고 있다. 이로 인해 방사선작업종사자의 수도 매년 증가하고 있다. 방사선작업종사자가 취급하는 방사성동위원소는 업무 환경에 따라 그 종류 및 에너지가 모두 다르며, 방사선 차폐체로는 대부분 납을 사용하고 있다. 납은 중량이 무겁고 인체 유해성과 더불어 환경적인 문제로 사용을 기피하고 있다. 그러므로 이를 대체하기 위해 취급하는 선원의 종류 및 에너지에 따른 최적의 차폐기구 설계 및 사용이 필요하다. 이에 본 연구는 모의 모사를 통해 FDM 3D 프린터필라멘트 물성을 이용하여 방사선피폭을 유발할 수 있는 γ선, 중성자선 및 β선에 대한 차폐 효과를 평가하고자 한다. 재료 및 방법: FDM 3D 프린터 필라멘트의 두께별, 재질별, 함유비별, 구성별 차폐 효과를 평가하기 위해 MCNPX code를 사용하였고, ICRU slab phantom을 모의 모사하여 연구를 수행하였다. 연구 방법은 첫째, 감마선원은 192Ir, 중성자선원은 252Cf, 베타선원은 32P를 사용하여 차폐체 미 사용 시 ICRU slab phantom의 10 mm, 0.07 mm 깊이에서의 단위 질량 당 흡수에너지를 분석하였다. 둘째, 각 선원별로 3D 프린터 필라멘트 차폐체의 두께를 192Ir 및 252Cf 선원은 3∼60 mm를 3 mm 단위로, 32P 선원은 0.5 ∼ 3 mm를 0.5 mm 단위로 나누어 차폐 능을 평가하였다. 셋째, 필라멘트 차폐체의 플라스틱 원료와 금속의 함유비에 따른 차폐 효과를 평가하였다. 넷째, 가장 차폐 효과가 높은 함유비로 혼합한 혼합 필라멘트 차폐체와 플라스틱 원료와 금속을 각각 분리하여 적층한 복합 필라멘트 차폐체에 대한 차폐 효과를 평가하였다. 끝으로 β선원 차폐 시 제동복사 방출 빈도를 확인하고자 모의 모사 내 반응에 의한 확률과 이론적 계산을 통한 확률을 비교 분석하여 적절한 β선원 차폐 능을 분석하였다. 결과: 3D 프린터 필라멘트 차폐체 미사용 시 각 선원별로 측정 깊이에서의 단위 질량 당 흡수 에너지는 중성자, 광자, 베타입자 순으로 높았다. 필라멘트 차폐체의 두께별 차폐 효과는 차폐체가 두꺼워질수록 차폐 효과는 높게 나타났다. 필라멘트 차폐체의 플라스틱 원료와 금속의 함유비에 따른 차폐 효과는 광자일 경우, 금속의 함유비가 높을수록 차폐 효과는 높게 나타났으며, 중성자와 베타는 특정한 함유비에서 차폐 효과가 가장 높게 나타났다. 필라멘트 차페체의 구성에 따른 차폐 효과는 중성자의 경우 혼합 차폐체가 복합 차폐체에 비해 높은 차폐 효과를 나타냈으며, 베타의 경우 플라스틱 원료를 선원 측에 배치한 복합 차폐체가 가장 높은 차폐 효과를 나타냈다. 끝으로 β선 상호작용에 의해 발생하는 제동복사 발생 확률을 분석한 결과, 이론적 계산이 모의 모사 내 반응에 의한 제동복사 발생 비율보다 높은 경향을 나타냈다. 결론: 방사선작업종사자가 취급하는 방사선원은 업종별로 방사선원의 종류 및 에너지가 다르며, 업무 환경 또한 천차만별이다. 그러므로 사용하는 방사선 차폐체 역시 차폐 효과로만 평가해서는 안된다. 이에 본 연구를 토대로 방사선작업종사자의 업무 환경에 맞는 맞춤형 차폐체를 선택하고, 제작하는 데 있어서 본 연구가 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 다양한 차폐체 재질에 대한 혼합을 통해, 보다 향상된 차폐 효과를 갖춘 차폐체의 모델링에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
목적: 방사성동위원소의 이용은 산업기술의 발전과 국민 소득 수준의 향상에 따라 매년 증가하고 있다. 이로 인해 방사선작업종사자의 수도 매년 증가하고 있다. 방사선작업종사자가 취급하는 방사성동위원소는 업무 환경에 따라 그 종류 및 에너지가 모두 다르며, 방사선 차폐체로는 대부분 납을 사용하고 있다. 납은 중량이 무겁고 인체 유해성과 더불어 환경적인 문제로 사용을 기피하고 있다. 그러므로 이를 대체하기 위해 취급하는 선원의 종류 및 에너지에 따른 최적의 차폐기구 설계 및 사용이 필요하다. 이에 본 연구는 모의 모사를 통해 FDM 3D 프린터 필라멘트 물성을 이용하여 방사선피폭을 유발할 수 있는 γ선, 중성자선 및 β선에 대한 차폐 효과를 평가하고자 한다. 재료 및 방법: FDM 3D 프린터 필라멘트의 두께별, 재질별, 함유비별, 구성별 차폐 효과를 평가하기 위해 MCNPX code를 사용하였고, ICRU slab phantom을 모의 모사하여 연구를 수행하였다. 연구 방법은 첫째, 감마선원은 192Ir, 중성자선원은 252Cf, 베타선원은 32P를 사용하여 차폐체 미 사용 시 ICRU slab phantom의 10 mm, 0.07 mm 깊이에서의 단위 질량 당 흡수에너지를 분석하였다. 둘째, 각 선원별로 3D 프린터 필라멘트 차폐체의 두께를 192Ir 및 252Cf 선원은 3∼60 mm를 3 mm 단위로, 32P 선원은 0.5 ∼ 3 mm를 0.5 mm 단위로 나누어 차폐 능을 평가하였다. 셋째, 필라멘트 차폐체의 플라스틱 원료와 금속의 함유비에 따른 차폐 효과를 평가하였다. 넷째, 가장 차폐 효과가 높은 함유비로 혼합한 혼합 필라멘트 차폐체와 플라스틱 원료와 금속을 각각 분리하여 적층한 복합 필라멘트 차폐체에 대한 차폐 효과를 평가하였다. 끝으로 β선원 차폐 시 제동복사 방출 빈도를 확인하고자 모의 모사 내 반응에 의한 확률과 이론적 계산을 통한 확률을 비교 분석하여 적절한 β선원 차폐 능을 분석하였다. 결과: 3D 프린터 필라멘트 차폐체 미사용 시 각 선원별로 측정 깊이에서의 단위 질량 당 흡수 에너지는 중성자, 광자, 베타입자 순으로 높았다. 필라멘트 차폐체의 두께별 차폐 효과는 차폐체가 두꺼워질수록 차폐 효과는 높게 나타났다. 필라멘트 차폐체의 플라스틱 원료와 금속의 함유비에 따른 차폐 효과는 광자일 경우, 금속의 함유비가 높을수록 차폐 효과는 높게 나타났으며, 중성자와 베타는 특정한 함유비에서 차폐 효과가 가장 높게 나타났다. 필라멘트 차페체의 구성에 따른 차폐 효과는 중성자의 경우 혼합 차폐체가 복합 차폐체에 비해 높은 차폐 효과를 나타냈으며, 베타의 경우 플라스틱 원료를 선원 측에 배치한 복합 차폐체가 가장 높은 차폐 효과를 나타냈다. 끝으로 β선 상호작용에 의해 발생하는 제동복사 발생 확률을 분석한 결과, 이론적 계산이 모의 모사 내 반응에 의한 제동복사 발생 비율보다 높은 경향을 나타냈다. 결론: 방사선작업종사자가 취급하는 방사선원은 업종별로 방사선원의 종류 및 에너지가 다르며, 업무 환경 또한 천차만별이다. 그러므로 사용하는 방사선 차폐체 역시 차폐 효과로만 평가해서는 안된다. 이에 본 연구를 토대로 방사선작업종사자의 업무 환경에 맞는 맞춤형 차폐체를 선택하고, 제작하는 데 있어서 본 연구가 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 다양한 차폐체 재질에 대한 혼합을 통해, 보다 향상된 차폐 효과를 갖춘 차폐체의 모델링에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Purpose: The use of radiation isotopes is increasing every year with the development of industrial technologies and the improvement of national income levels. As a result, the number of radiation workers is also increasing every year. radiation isotopes handled by radiation workers differ in both ty...
Purpose: The use of radiation isotopes is increasing every year with the development of industrial technologies and the improvement of national income levels. As a result, the number of radiation workers is also increasing every year. radiation isotopes handled by radiation workers differ in both types and energy depending on the work environment, and the optimal shielding equipment use and design are required for each source's radiological characteristics. Thus, in this study, the shielding effects of γ, neutron, and β-rays that can cause external exposure are to be evaluated using the FDM 3D printer filament properties through simulation. Material and Methods: simulations were performed using ICRU slab phantom and MCNPX codes to assess shielding effects by thickness, material, content, and composition of FDM 3D printer filaments. First, absorption energy per unit mass was obtained for each source at a depth of 10 mm, 0.07 mm of ICRU slab phantom when shielding was not used. Second, the shielding effects of the 3D printer filament shielding were evaluated for each source by thickness. Thirdly, the shielding effect of the filament shielding was evaluated according to the plastic material and the metal content ratio. Fourth, the shielding effect on laminated composite filament shielding was assessed by separating the mixed filament shielding mixed with the highest shielding effect and the plastic raw material and metal respectively. Finally, in order to verify the frequency of braking radiation releases in the shielding of β-source, the probabilities from the reaction in the simulator were compared with those from theoretical calculations. Results: In the absence of 3D printed filament shielding, the absorbed energy per unit mass at the measured depth for each source was higher in order of neutrons, photons and beta particles. The shielding effect for each thickness of the filament shielding was shown to be higher as the shielding thickness became thicker. The shielding effect of the plastic material and metal content ratio of the filament shielding material was shown to be the higher the metal content, the higher the shielding effect, and the higher the neutrons and beta had the highest shielding effect of the specific content ratio. The shielding effect of composition of filament chafes showed higher shielding effect for neutrons compared to composite shielding, and in Beta, composite shielding with plastic materials placed on the source side showed the highest shielding effect. Finally, the assessment of the probability of occurrence of braking radiation showed that the probability of a theoretical calculation was higher than that of a reaction in a simulation. Conclusion: Radiation workers have different types of radiation sources and different energy sources handled by different industries, and their working environment is also different. Therefore, the radiation shielding used should not be evaluated only with shielding effects. Based on this study, it is deemed that basic data can be provided in selecting and producing shielding materials that are customized for each field and individual work environment of radiation workers. Further research on the modeling of shielding with improved shielding effects will be required through the mixing of various materials in the future.
Purpose: The use of radiation isotopes is increasing every year with the development of industrial technologies and the improvement of national income levels. As a result, the number of radiation workers is also increasing every year. radiation isotopes handled by radiation workers differ in both types and energy depending on the work environment, and the optimal shielding equipment use and design are required for each source's radiological characteristics. Thus, in this study, the shielding effects of γ, neutron, and β-rays that can cause external exposure are to be evaluated using the FDM 3D printer filament properties through simulation. Material and Methods: simulations were performed using ICRU slab phantom and MCNPX codes to assess shielding effects by thickness, material, content, and composition of FDM 3D printer filaments. First, absorption energy per unit mass was obtained for each source at a depth of 10 mm, 0.07 mm of ICRU slab phantom when shielding was not used. Second, the shielding effects of the 3D printer filament shielding were evaluated for each source by thickness. Thirdly, the shielding effect of the filament shielding was evaluated according to the plastic material and the metal content ratio. Fourth, the shielding effect on laminated composite filament shielding was assessed by separating the mixed filament shielding mixed with the highest shielding effect and the plastic raw material and metal respectively. Finally, in order to verify the frequency of braking radiation releases in the shielding of β-source, the probabilities from the reaction in the simulator were compared with those from theoretical calculations. Results: In the absence of 3D printed filament shielding, the absorbed energy per unit mass at the measured depth for each source was higher in order of neutrons, photons and beta particles. The shielding effect for each thickness of the filament shielding was shown to be higher as the shielding thickness became thicker. The shielding effect of the plastic material and metal content ratio of the filament shielding material was shown to be the higher the metal content, the higher the shielding effect, and the higher the neutrons and beta had the highest shielding effect of the specific content ratio. The shielding effect of composition of filament chafes showed higher shielding effect for neutrons compared to composite shielding, and in Beta, composite shielding with plastic materials placed on the source side showed the highest shielding effect. Finally, the assessment of the probability of occurrence of braking radiation showed that the probability of a theoretical calculation was higher than that of a reaction in a simulation. Conclusion: Radiation workers have different types of radiation sources and different energy sources handled by different industries, and their working environment is also different. Therefore, the radiation shielding used should not be evaluated only with shielding effects. Based on this study, it is deemed that basic data can be provided in selecting and producing shielding materials that are customized for each field and individual work environment of radiation workers. Further research on the modeling of shielding with improved shielding effects will be required through the mixing of various materials in the future.
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