국립암센터에 설치된 양성자 치료기는 양성자 가속기의 운영을 통해 많은 양의 이차방사선을 방출하게 되는데, 이는 양성자 빔이 가속 중에 주위의 물질과 반응을 하여 이차 입자를 발생하고 방사성 동위원소도 생성하기 때문이다. 생성된 방사성 동위원소에 의한 방사선량은 시간에 따라 감쇠되지만 양성자 치료기의 운영 및 유지보수를 위해 수시로 가속기 작업종사자들이 시설내부로 접근해야 하며 이로 인해 이차방사선에 의한 피폭 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 양성자 가속기(Cyclotron)를 포함한 양성자 치료기의 운영을 위해 필요한 작업종사자들의 작업환경을 평가하고, 적절한 수준의 방사선 방호대책을 수립하기 위해 양성자 치료기 운영 중 가장 높은 수준의 방사선이 발생되는 양성자 가속기(Cyclotron) 및 주변 지역에서의 가속기 가동에 따른 방사선 발생 정도를 측정하였고 그 지속시간을 분석하였다. 이를 위해 양성자 빔의 손실이 가장 큰 가속기 주변과 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)지역의 탄소(graphite, $^{12}C$) 재질로 구성된 에너지 감쇠장치(degrader)에서의 방사선 변화를 추적하고, 가속기에서 생산된 230 MeV의 고정된 에너지 빔이 에너지 감쇠장치(degrader)를 거쳐 ESS를 통해 전송된 빔의 효율을 산출하고 빔의 전송 구간에서의 상대적인 방사화 정도를 분석하였다. 이러한 분석 자료를 토대로 작업종사자들의 작업간 피폭 수준을 계산하고 연간 피폭 정도를 측정하였다. 작업 중 가속기 시설내의 선량은 수십 ${\mu}Sv/h$로 다른 방사선 치료기에 비해 상대적으로 높은 수준이지만 작업시간을 고려한 연간 총 피폭 선량은 작업자에 따라 1~3 mSv/year 정도로, 연간 피폭 한계 선량보다 충분히 낮은 수준으로 운영이 가능하였다.
국립암센터에 설치된 양성자 치료기는 양성자 가속기의 운영을 통해 많은 양의 이차방사선을 방출하게 되는데, 이는 양성자 빔이 가속 중에 주위의 물질과 반응을 하여 이차 입자를 발생하고 방사성 동위원소도 생성하기 때문이다. 생성된 방사성 동위원소에 의한 방사선량은 시간에 따라 감쇠되지만 양성자 치료기의 운영 및 유지보수를 위해 수시로 가속기 작업종사자들이 시설내부로 접근해야 하며 이로 인해 이차방사선에 의한 피폭 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 양성자 가속기(Cyclotron)를 포함한 양성자 치료기의 운영을 위해 필요한 작업종사자들의 작업환경을 평가하고, 적절한 수준의 방사선 방호대책을 수립하기 위해 양성자 치료기 운영 중 가장 높은 수준의 방사선이 발생되는 양성자 가속기(Cyclotron) 및 주변 지역에서의 가속기 가동에 따른 방사선 발생 정도를 측정하였고 그 지속시간을 분석하였다. 이를 위해 양성자 빔의 손실이 가장 큰 가속기 주변과 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)지역의 탄소(graphite, $^{12}C$) 재질로 구성된 에너지 감쇠장치(degrader)에서의 방사선 변화를 추적하고, 가속기에서 생산된 230 MeV의 고정된 에너지 빔이 에너지 감쇠장치(degrader)를 거쳐 ESS를 통해 전송된 빔의 효율을 산출하고 빔의 전송 구간에서의 상대적인 방사화 정도를 분석하였다. 이러한 분석 자료를 토대로 작업종사자들의 작업간 피폭 수준을 계산하고 연간 피폭 정도를 측정하였다. 작업 중 가속기 시설내의 선량은 수십 ${\mu}Sv/h$로 다른 방사선 치료기에 비해 상대적으로 높은 수준이지만 작업시간을 고려한 연간 총 피폭 선량은 작업자에 따라 1~3 mSv/year 정도로, 연간 피폭 한계 선량보다 충분히 낮은 수준으로 운영이 가능하였다.
Proton therapy facility, which is recently installed at National Cancer Center in Korea, generally produces a large amount of radiation near cyclotron due to the secondary particles and radioisotopes caused by collision between proton and nearby materials during the acceleration. Although the level ...
Proton therapy facility, which is recently installed at National Cancer Center in Korea, generally produces a large amount of radiation near cyclotron due to the secondary particles and radioisotopes caused by collision between proton and nearby materials during the acceleration. Although the level of radiation by radioisotope decreases in length of time, radiation exposure problem still exists since workers are easily exposed by a low level of radiation for a long time due to their job assignment for maintenance or repair of the proton facility. In this paper, the working environment near cyclotron, where the highest radiation exposure is expected, was studied by measuring the degree of radiation and its duration for an appropriate level of protective action guide. To do this, we measured the radiation change in the graphite based energy degrader, the efficiency of transmitted beam and relative activation degree of the transmission beam line. The results showed that while the level of radiation exposure around cyclotron and beam line during the operation is much higher than the other radiation therapy facilities, the radiation exposure rate per year is under the limit recommended by the law showing 1~3 mSv/year.
Proton therapy facility, which is recently installed at National Cancer Center in Korea, generally produces a large amount of radiation near cyclotron due to the secondary particles and radioisotopes caused by collision between proton and nearby materials during the acceleration. Although the level of radiation by radioisotope decreases in length of time, radiation exposure problem still exists since workers are easily exposed by a low level of radiation for a long time due to their job assignment for maintenance or repair of the proton facility. In this paper, the working environment near cyclotron, where the highest radiation exposure is expected, was studied by measuring the degree of radiation and its duration for an appropriate level of protective action guide. To do this, we measured the radiation change in the graphite based energy degrader, the efficiency of transmitted beam and relative activation degree of the transmission beam line. The results showed that while the level of radiation exposure around cyclotron and beam line during the operation is much higher than the other radiation therapy facilities, the radiation exposure rate per year is under the limit recommended by the law showing 1~3 mSv/year.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
가속기의 가동 시간의 증가는 출력되는 빔을 통해서 2차적으로 발생되는 방사선 강도와 지속시간에 영향을 미치게 되며 이는 양성자 가속기 시설의 작업 종사자에 대한 방사선 피폭 선량 증가의 직접적인 원인이 된다. 따라서, 본 연구에서는 양성자 치료를 위한 가속기 가동 직후 작업 종사자들의 피폭량 증가의 직접적인 원인이 되는 감마선의 영향을 확인하기 위하여 양성자 가속기시설내의 방사선 발생 정도와 그 지속시간을 분석하였으며 작업종사자의 피폭 정도를 평가하였다.
제안 방법
4은 하전입자가 에너지 선택 시스템(ESS)을 통과하면서 빔 에너지의 세기에 따른 전송 손실을 나타내고 있으며 에너지에 따른 전송 효율을 양성자 치료시설 설치 당시 측정을 통해 적용된 값으로 빔 라인을 통해 낮은 에너지를 전송할수록 전송 효율은 떨어지게 되고 이러한 손실의 증가는 빔 라인에서의 원자핵 반응의 증가로 나타나 이차 방사선 발생에 영향을 주게 된다. 가속기 가동 직후 양성자 치료시설 중 상대적으로 많은 양의 이차방사선이 에너지 감쇠장치(degrader)에서 지속적으로 방출되기 때문에 이를 전제로 본 연구에서는 Cyclotron과 에너지 감쇠장치(degrader) 근처의 감마선 계측기(detector)를 통해 발생되는 이차방사선 선량과 지속시간을 평가하였다.
본 연구에서는 wall-mount area monitor (375/2, Ludlum Measurements Inc., USA)를 이용하여 양성자 치료기 주요시설 내의 이차방사선에 의해 발생되는 중성자와 감마선을 24시간 계측하여 기록장치에 분 단위로 데이터를 실시간 수집, 보관하였다(Fig. 5, 6). 이렇게 지난 1년간의 가속기 운영을 통해 축적된 데이터를 분석하여 장시간 가속기 가동 시에 발생되는 이차방사선인 감마선의 세기를 측정하고 적정수준까지의 감쇠 도달 시간을 계산하였다.
양성자 가속기 주변의 이차방사선(secon-dary radiation) 발생 정도는 가속기의 운영 시간과 사용되는 빔의 에너지 값에 직접적인 영향을 받는다. 본 연구에서는 가속기의 운영시간은 빔을 가속하기 전, 준비시간을 제외한 실제 양성자 빔이 가속되어 Cyclotron 가속기 외부로 방출되는 시간으로 한정하였다. Cyclotron 내부의 중심부(cen-tral region)에서 시작되는 ion source는 최종적으로 외부출력시스템(extraction system)을 거쳐 가속기 외부로 방출되며 이때 가속기 내부에서 발생되는 이차방사선의 선량은 Cyclotron을 둘러싸고 있는 main coil과 magnet yoke에 의해 상당부분 차폐된다(Fig.
본 연구에서는 양성자 가속기 시설 주변의 선량제약(dose constraint) 및 선량한도(dose limit)를 시설내의 작업자를 위한 선량제약치로써 연간 선량한도 내에서 월평균 비율로 가속기내의 작업시간을 고려하여 안전하게 작업 가능한 수준인 20μSv/h 이하로 제한하였다.
이때 가속기는 실제 환자를 치료하기 위한 치료모드(treatment mode)와 치료기의 QA (quality assurance) 및 연구를 위해 빔 데이터를 측정하기 위한 서비스모드(service mode)로 구분하여 가동 직후의 방사선 발생 정도를 평가하였으며 계측기의 특성상 문턱값(threshold)은 1,000μSv/h 이하로 고정시켜 사용하였다.
5, 6). 이렇게 지난 1년간의 가속기 운영을 통해 축적된 데이터를 분석하여 장시간 가속기 가동 시에 발생되는 이차방사선인 감마선의 세기를 측정하고 적정수준까지의 감쇠 도달 시간을 계산하였다. 이때 가속기는 실제 환자를 치료하기 위한 치료모드(treatment mode)와 치료기의 QA (quality assurance) 및 연구를 위해 빔 데이터를 측정하기 위한 서비스모드(service mode)로 구분하여 가동 직후의 방사선 발생 정도를 평가하였으며 계측기의 특성상 문턱값(threshold)은 1,000μSv/h 이하로 고정시켜 사용하였다.
특히 실험을 위해 6시간의 장시간 양성자 빔을 조사한 실험에서는 작업환경 조건인 20μSv/h 수준 이하로 떨어지는 데는 약 24시간 정도가 소요 되는 것으로 측정 되었다.
환자 치료 시에 사용되는 가속기의 양성자 빔의 전류는 6∼200 nA 이내의 범위에서 운영되고, ESS (Energy selection system)와 BTS (Beam transport system)를 거쳐 최종적으로 치료실에 전달되는 양성자 빔의 전류는 5∼10 nA 수준이며 본 연구에서도 같은 빔 조건을 사용하였다.
성능/효과
6,9) 방사선 작업종사자의 연간 최대 피폭한도를 고려한 누적 피폭 선량이 5년 평균 20 mSv/year 이하로 이 기준을 충족 시키기 위해 이차방사선 방출선량을 20μSv/h 이하의 기준으로 한달 평균 약 80시간 정도를 가속기 시설 내에서 유지보수를 위해 사용할 수 있게 된다.
Fig. 7의 결과에서 보듯이 가속기 시설 내에서의 이차방사선의 주 발생부위는 예상했던 대로 에너지 감쇠장치(degrader)였으며 비교적 Cyclotron 주위에서의 이차방사선의 측정은 가속기 시설내의 다른 위치에서의 측정과 대동 소이하게 측정됨을 알 수 있었다. 또한 Fig.
가속기 주변에서 발생하는 이차방사선의 선량에 대한 추적 데이터에서 알 수 있듯이 가속기 가동 중에는 높은 수준의 이차방사선이 방출되고 가동 직후부터는 이차방사선 방출 정도는 급격하게 낮아지지만 약 20μSv/h 정도의 선량은 상당히 오랜 기간 지속적으로 가속기 시설 주변에서 발생하고 있음을 확인 할 수 있다.
실제로 양성자 치료기기의 운영을 통해 작업간 피폭선량은 시간당 수십 μSv로 다른 방사선 치료기에 비해 상당히 높은 수준이지만 연간 피폭 선량은 작업자에 따라 1∼3 mSv/year 정도로 양성자 치료기 운영시기인 2007년부터 2년여 간의 운용을 통해 측정된 연간 피폭 선량은 제한 피폭선량보다 현저하게 낮은 수준으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국립 암센터 내의 양성자 치료센터에 설치되어 운영되고 있는 Cyclotron은 어떤 시설인가?
국립암센터 내의 양성자치료센터에서 설치되어 운영되고 있는 Cyclotron (Proteus235, IBA, Belgium)은 양성자(1H＋)를 230 MeV의 에너지로 가속할 수 있으며 이는 현재 국내에 설치된 양성자 가속기로는 가장 큰 에너지를 생산할 수 있는 시설이다. 양성자 치료실은 2기의 회전형 갠트리와 1기의 고정형 빔 조사장치를 갖추고 있으며, 양성자 빔은 Cyclotron 가속기에서 생성되어 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)과 빔 이송 시스템(Beam Transport System, BTS)을 거쳐 각각의 치료실로 빔을 전달해 주게 된다(Fig.
Cyclotron 양성자 가속기에서 생성된 양성자 빔은 어떤 시스템을 거쳐 각각의 치료실에 빔을 전달되는가?
국립암센터 내의 양성자치료센터에서 설치되어 운영되고 있는 Cyclotron (Proteus235, IBA, Belgium)은 양성자(1H＋)를 230 MeV의 에너지로 가속할 수 있으며 이는 현재 국내에 설치된 양성자 가속기로는 가장 큰 에너지를 생산할 수 있는 시설이다. 양성자 치료실은 2기의 회전형 갠트리와 1기의 고정형 빔 조사장치를 갖추고 있으며, 양성자 빔은 Cyclotron 가속기에서 생성되어 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)과 빔 이송 시스템(Beam Transport System, BTS)을 거쳐 각각의 치료실로 빔을 전달해 주게 된다(Fig. 1).
양성자 치료실은 어떤 장치를 갖추고 있는가?
국립암센터 내의 양성자치료센터에서 설치되어 운영되고 있는 Cyclotron (Proteus235, IBA, Belgium)은 양성자(1H＋)를 230 MeV의 에너지로 가속할 수 있으며 이는 현재 국내에 설치된 양성자 가속기로는 가장 큰 에너지를 생산할 수 있는 시설이다. 양성자 치료실은 2기의 회전형 갠트리와 1기의 고정형 빔 조사장치를 갖추고 있으며, 양성자 빔은 Cyclotron 가속기에서 생성되어 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)과 빔 이송 시스템(Beam Transport System, BTS)을 거쳐 각각의 치료실로 빔을 전달해 주게 된다(Fig. 1).
참고문헌 (9)
William R Leo: Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. 2nd ed, Springer-Verlag (1994), pp. 17-65
Agosteo S: Secondary neutron and photon dose in proton therapy. Radiotherapy and Oncology 48:293-305 (1998)
IBA (Ion Beam Application) Co.: Proton Therapy System, Maintenance Manual for the National Cancer Center, IBA, Belgium (2006), pp 3:1-4
한국원자력연구소 한국 핵자료연구회: http://atom.kaeri.re.kr
ICRP Publication 60: International Commission on Radiological Protection: Recommendations of the ICRP, ICRP pub.60, Pergamon Press (1991)
원자력 관계 법령: 과학기술부고시 제2002-23호, 제4조.
Schneider U, Agosteo S, Pedroni E, Besserer J: Secondary neutron dose during proton therapy using spot scanning Int J Radiat Oncol Biol Phys 53:244-251 (2002)
Jun IS: Effects of secondary particles on the total dose and thedisplacement damage in space proton environments. Nuclear Science, vol 48:162-175 (2001)
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.