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문제 정의
- 본 연구에서는 빔의 후방 입사에 의한 피폭의 경우 단일선량계의 심각한 과소평가 문제를 해결하기 위해 CaSQ:Dy, P 열 형광물질을 이용한 개인선량계를 설계하고자 하였다, 뱃지설계를 기반으로 후방피폭의 기여분을 판단하고 후방 입사에 의한 피폭이 상당 부분을 차지할 때에는 별도의 알고리즘을 통해 선량평가를 수행함으로써 기존의 단일선량계를 사용한 선량평가 체제의 응용범위를 확대하고자 하였다.
- 일반적으로 단일선량계를 사용한 선량평가에 있어서 방사선이 인체의 후면에서 입사되는 경우 유효선량을 심각하게 저평가하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 MCNP4C 코드를 사용한 이론적 뱃지설계와 실험적인 검증을 통해 이러한 결점을 극복한 단일선량계를 이용한 선량평가 체제를 제시하고 후방피폭의 기여분이 존재할 때의 선량평가 알고리즘을 수립하였다.
제안 방법
- A3 영역의 전면에 설치되어 있는 1.2mm 두께의 구리필터보다 얇은 구리필터를 A2 영역의 전면에 배치하고 A3 영역의 후면에 설치되어 있는 1mm 두께의 구리필터보다 두꺼운 납필터를 A2 영역의 후면에 배치함으로써 설계의 기본 개념을 만족시키고자 하였다.
- 2. The proto-type TL badge fabricated in this study for experiment to confirm the specification of filters.
- 따라서 A2 영역의 후면 필터 설계시에는 137Cs 감마선에 의한 순수 AP 피폭과 AP-PA 혼합피폭을 구분할 수 있는 필터의 설계가 그 요건이 된다. 결국 A2 영역의 후면에 설치될 납필터 의 두께가 설계요건의 만족 여부를 결정하므로 A2 영역의 전면에는 앞서 결정된 구리필터를 두고 후면의 납필터(e=10mm) 두께를 2mm에서 4 mm 까지 증가시키면서 AP와 PA 피폭의 최대 혼합비율 3:1에서의 A2와 A3 영역의 반응도를 비교함으로써 납의 적합한 두께를 결정하고자 하였다. 그림5에 도시된 바대로 H150의 경우 납의 두께가 2 mm일 경우에도 A2/A3의 비는 충분히 낮은 값을 보이는 반면 137Cs 감마선은 납의 두께가 증가함에 따라 A2/A3의 비는 감소하여 납의 두께가 4 mm에 이르면 0.
- KCT-300 소자의 뱃지를 설계하는 과정에서 빔의 입사 방향에 대한 정보를 제공하는 필터를 도입하여 빔의 입사 여부에 따라 A2와 A3 영역의 반응도 가 서로 상반되도록 함으로써 후방피폭 기여분의 유무를 판단할 수 있었다. 또한 빔의 후방 입사에 의한 피폭이 확인되면 입사 방사선의 에너지 및 AP-PA 피폭의 혼합비율을 구분하여 적절한 선량환산인자를 적용하는 선량평가 알고리즘을 개인선량 평가에 적용함으로써 적어도 ANSI에 서 제공하는 H150 또는 고에너지 감마선과 같은 투과력이 강한 방사선이 인체의 후면으로부터 입사되는 경우 단일선량계의 사용으로도 보수적으로 유효선량을 평가하였다. 개인선량계의 요건을 권고하는 IEC 또는 ANSI 등의 기관에서 선량계의 방향의존성에 관한 요건을 점차 강화하고 있는 시 점에서 본 연구를 통해 개발된 선량계 및 선량평가 알고리즘은 정렬확.
- ll에서 제시하는 혼합방사선장의 혼합비율을 근거로 최대 3:1의 비율로 AP와 PA 피폭 모드를 혼합하여 각광자 방사선장에서 AP- PA 혼합피폭의 경우 예상되는 반응도 결과를 표4에 제시하였다. 또한 입사광자의 선질과 AP-PA 혼합피폭에서의 혼합비율 결정을 위해 각 방사선장의 특성을 내포한 서로 다른 영역의 비 또는 곱의 비를 양산하여 함께 제시하였다. 부여된 선량에 따른 각 영역에서의 TL 반응도 값은 정면 방향에서의 10.
- 몬테칼로 모사에 의한 계산 결과를 바탕으로 그 림2와 같은 원형 TL 카드와 뱃지 케이스를 제작하였다. TL 카드는 상용 Harshaw TLD 카드에 KCT-300 소자를 넣어 제작하였고, 뱃지 케이스는 ABS 플라스틱을 이용하였다.
- 97 이상의 값을 보이므로 3mm 이상의 두께의 납을 A2 영역의 후면 필터로 설치하면 순수 AP 피폭과 AP-PA 혼합피폭을 구분할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 목적의 충분히 안정된 A2/ A3 비를 제공하기 위하여 4mm납 필터를 선택 하였다.
- 후면에 부착한 후 H150과 137Cs 감마선장에 조사시킴으로써 표4의 굵은 글씨에 해당하는 기초 자료를 획득하였다. 이 반응도를 이용하여 ANSI N13.ll에서 제시하는 혼합방사선장의 혼합비율을 근거로 최대 3:1의 비율로 AP와 PA 피폭 모드를 혼합하여 각광자 방사선장에서 AP- PA 혼합피폭의 경우 예상되는 반응도 결과를 표4에 제시하였다. 또한 입사광자의 선질과 AP-PA 혼합피폭에서의 혼합비율 결정을 위해 각 방사선장의 특성을 내포한 서로 다른 영역의 비 또는 곱의 비를 양산하여 함께 제시하였다.
- TL 카드는 상용 Harshaw TLD 카드에 KCT-300 소자를 넣어 제작하였고, 뱃지 케이스는 ABS 플라스틱을 이용하였다. 제작된 원형 뱃지 케이스를 한국원자력연구소의 교정용 방사선장에 노출 시킴으로써 조사 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- ANSI N13.11[9]에서 개인선량계 교정용으로 권고하는 30x30x15 cm, 크기의 PMMA (polymethyl methacrylate) 팬텀을 사용하였다. 이 경우 방사선의 입사 방향에 따른 선량환산인자, 즉 PMMA 팬텀10mm와 0.
- 몬테칼로 모사에 의한 계산 결과를 바탕으로 그 림2와 같은 원형 TL 카드와 뱃지 케이스를 제작하였다. TL 카드는 상용 Harshaw TLD 카드에 KCT-300 소자를 넣어 제작하였고, 뱃지 케이스는 ABS 플라스틱을 이용하였다. 제작된 원형 뱃지 케이스를 한국원자력연구소의 교정용 방사선장에 노출 시킴으로써 조사 실험을 수행하였다.
- 뱃지설계의 대상이 되는 방사선은 투과력이 강한 137Cs 선원과 ANSI N13.11[9]에서 제공하는 X-선장 중 H150으로 한정하였다. 방사선 작업이 이루어지는 환경을 고려할 때 수 십keV 이하의 X-선에 의한 피폭은 주로 빔의 정면 방향 입사에 기인하지만 원자력발전소의 증기발생기 수실이나 U튜브 구역은 주요 선원항이 ^Co, ^Co 그리고 H'Cs과 같이 고 에너지 감마선을 방출하는 핵종으로 후방피폭의 우려가 높은 환경이다[10].
- 적절한 필터의 재질, 두께 및 조합을 결정하기 위한 실험은 많은 시간과 비용을 초래하므로 그 림1과 같이 몬테칼로 시뮬레이션을 통해 선량계를 구성하고 변수의 변화에 따른 선량계의 반응 자료를 획득하였다. MCNP4C코드[14]를 ENDF/ B-VI 단면적과 함께 이용하였으며 유의한 수준의 계산 결과를 획득하기 위해 최대 8xl()7의 history를 사용하였다.
- 따라서 설계된 선량계를 팬텀의 전 . 후면에 부착한 후 H150과 137Cs 감마선장에 조사시킴으로써 표4의 굵은 글씨에 해당하는 기초 자료를 획득하였다. 이 반응도를 이용하여 ANSI N13.
이론/모형
- 적절한 필터의 재질, 두께 및 조합을 결정하기 위한 실험은 많은 시간과 비용을 초래하므로 그 림1과 같이 몬테칼로 시뮬레이션을 통해 선량계를 구성하고 변수의 변화에 따른 선량계의 반응 자료를 획득하였다. MCNP4C코드[14]를 ENDF/ B-VI 단면적과 함께 이용하였으며 유의한 수준의 계산 결과를 획득하기 위해 최대 8xl()7의 history를 사용하였다. TL 감응의 계상에는 TL 출력이 선량계의 흡수선량에 비례한다는 가정 하에 커마근사를 이용하는 F6 계산자(tally)를 사 용하였다.
- 07mm 깊이에서의 심부선량 환산인자와 피부선량 환산인자는 표2와 같다. 본 연구에 사용된 H150과 137cs 선원에 대한 AP 방향 에서의 선량환산인자 값은 ANSI 13.1H9]에서 제공되는 값을 이용하였으나 PA 방향에서의 선량환산인 자는 Grosswendts[ll-13]의 단일 에너지 광자에 대한 선량환산인자 값을 기초로 하여 cubic spline 보간 법과 외삽을 통해 획득하였다.
성능/효과
- KCT-300 소자의 뱃지를 설계하는 과정에서 빔의 입사 방향에 대한 정보를 제공하는 필터를 도입하여 빔의 입사 여부에 따라 A2와 A3 영역의 반응도 가 서로 상반되도록 함으로써 후방피폭 기여분의 유무를 판단할 수 있었다. 또한 빔의 후방 입사에 의한 피폭이 확인되면 입사 방사선의 에너지 및 AP-PA 피폭의 혼합비율을 구분하여 적절한 선량환산인자를 적용하는 선량평가 알고리즘을 개인선량 평가에 적용함으로써 적어도 ANSI에 서 제공하는 H150 또는 고에너지 감마선과 같은 투과력이 강한 방사선이 인체의 후면으로부터 입사되는 경우 단일선량계의 사용으로도 보수적으로 유효선량을 평가하였다.
- 또한 빔의 후방 입사에 의한 피폭이 확인되면 입사 방사선의 에너지 및 AP-PA 피폭의 혼합비율을 구분하여 적절한 선량환산인자를 적용하는 선량평가 알고리즘을 개인선량 평가에 적용함으로써 적어도 ANSI에 서 제공하는 H150 또는 고에너지 감마선과 같은 투과력이 강한 방사선이 인체의 후면으로부터 입사되는 경우 단일선량계의 사용으로도 보수적으로 유효선량을 평가하였다. 개인선량계의 요건을 권고하는 IEC 또는 ANSI 등의 기관에서 선량계의 방향의존성에 관한 요건을 점차 강화하고 있는 시 점에서 본 연구를 통해 개발된 선량계 및 선량평가 알고리즘은 정렬확.장된 방사선장에서의 피폭 상황뿐 아니라 현장에서 접할 수 있는 비균질.
- 90범위의 값을 지닌다. 따라서 137Cs 감마선에 의한 후방피폭 기여분이 존재하면 AP-PA 혼합피폭 비율을 구별하지 않고 순수 PA 피폭 그리고 AP- PA 혼합피폭에 해당하는 환산인자의 평균값, 즉 심부선량은 0.96, 피부 선량은 0.94를 적용하더라도 ±3% 오차범위에서 관심 있는 깊이에서의 선량을 평가할 수 있다. H150의 경우 PA 피폭의 기여분이 높아질수록 선량환산인 자는 137Cs보다 많은 차이를 보이지만 AP 피폭에 대한 PA 피폭의 혼합비율이 0.
후속연구
- 본 연구는 고에너지광자 방사선의 전면과 후방 입사에 의한 혼합피폭시의 선량평가에 역점을 두었으나 수십 keV 에너지광자를 포함하는 선량계의 설계와 선량평가 알고리즘이 수립될 때 그 활용의 폭은 보다 확대될 것이다.
- 장된 방사선장에서의 피폭 상황뿐 아니라 현장에서 접할 수 있는 비균질.비등방의 고에너지 방사선장에서의 실용량 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 이를 통해 현재 제기되고 있는 복수선량계 사용에 따른 비용 부담 및 불편 해소에 일익을 담당할 것이다.
- 비등방의 고에너지 방사선장에서의 실용량 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. 이를 통해 현재 제기되고 있는 복수선량계 사용에 따른 비용 부담 및 불편 해소에 일익을 담당할 것이다.
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