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문제 정의
- 그러나 현재의 납 성분의 에이프런보다는 5배 정도의 생산 가격을 가지고 있으며 대량생산과 보급은 아직도 어려운 현실이다. 본 실험에서는 현재 수입되는 외국제품보다 70% 이상 저렴한 바륨과 토르말린, 실리콘 폴리머의 합성체를 이용하여 의료 방사선 차폐시트를 제작하였으며, 이는 동일한 차폐 효과 시 유해성을 줄이고 경제성을 높이는데 목적을 두고 실험하였다. 제작된 시트는 관전압 60 kVp에서는 5 mm 부터 90% 이상의 차폐효과와 관전압 100 kVp, 8 mm에서 95%의 차폐율을 나타내었다.
- 본 연구에서는 납과 같은 차폐효과를 가지며, 동일한 경제성과 가공성을 지니고 있어 일반적인 의료방사선 방어복인 에이프런(Apron)을 제작할 수 있는 대체물질을 시트형태로 개발하여 의료 환경에 친환경 방사선 차폐시트로 사용하려고 한다.
- 1차 실험 결과에서 완전히 극복하지 못한 혼합 공정과정의 문제점을 해결 하기 위해 본 연구에서는 토르말린(Tourmaline)과 실리콘 폴리머를 이용하였다. 토르말린은 광물 중 유일하게 전기적 특성을 지니고 있고 일반 X선 영상에서 흡수량이 매우 높게 표현되며, 바륨과 혼합 시 광물로서 입자 제어가 밀링과정에서 가능하다고 예측하여 차폐시트를 제작하는데 혼화성을 높이고자 사용하여 의료방사선 차폐 시트를 제작하였으며, 실험을 통해 그 성능을 증명하고자 하였다.
제안 방법
- 3) 형성과정; 의료방사선 차폐시트로 사용하기 위해 일정한 크기로 형성하는 단계로 시트의 두께 조절이 가장 중요하며, 이를 위해 1차 차폐 실험 결과를 준수하여 제작시트의 크기를 기준으로 두께와 크기를 결정하였다.
- X선의 실효에너지를 측정하기 위한 기하학적 조건을 Fig. 5.와 같이 배치하고 관전류 200 mA, 조사시간 0.1 sec, 고유여과는 X선관 0.7 mmAl, 콜리메이터 1.5 mmAl로 총여과 2.2 mmAl으로 고정하고, 관전압은 임상에서 주로 많이 사용하는 범위내에서 관전압 60 kVp(부가여과판 없음), 100 kVp(부가여과판 0.2 mmCu 추가)에서 각각 반가층 측정용 Al 흡수체의 두께를 변화시키면서 검·교정한 전리조를 이용하여 조사선량을 측정한 후 반가층을 구하였다.
- . 그리고 친환경 소재로 제작된 차폐 시트의 차폐성능을 알아보기 위하여 진단용 X선 발생장치의 실효에너지(Effective Energy) 측정하여 이용하였다.
- 실리콘 폴리머에 분말화된 황산바륨을 혼합하는 과정으로 Mixing roller에 50℃를 유지하면서 일정한 간격으로 혼합, 균일하게 하는 작업이다. 기존의 연구에서는 혼합과정에서 바륨의 불균형 분포가 발생하여 전체 차폐율을 저감시키는 원인이 되었으나5), 이번 연구과정에서는 토르말린을 혼합 과정에 배합하여 좀 더 혼합이 우수한 상태를 유지하도록 하였다. 이는 바륨의 충전률과도 직접적인 관계가 있다.
- 0을 확인하였다. 또한 보다 더 정확한 차폐능 측정을 위해 X선발생장치의 관전압과 조사시간의 정확도 및 X선의 출력의 재현성과 직선성이 양호한 것을 확인한 후 실험하였다.
- 따라서 토르말린 분말은 실리콘과의 적합성을 우수하게 유지시키며, 바륨이 잘 분산되도록 도와주는 역할도 동시에 수행하는 것으로 나타났고 온도와 상관관계가 있어8,9) 아래와 같은 공식에 의해 공극률은 20~30% 미만으로 충전률은 250~300 중량%을 기준으로 작업하였다. 본 공정에서의 재현성은 제작 상 매우 어려운 과정이어서 공정의 범위를 두었으며, 시트의 유연성은 규정10)에 의한 인장강도(최소 6 MPa 이상)를 맞추기 위해 실리콘 폴리머의 중량대비 토르말린의 함유와 황산바륨의 함유량을 계산하여 충전하였다. 이외에도 실리콘 경화촉진제등을 사용하여 혼합과정을 수행한다.
- 본 실험은 의료 방사선의 선질 및 선량 범위 내를 기준으로 실험하였고, 시트의 두께는 1 mm 단위로 8개이며, 크기는 가로 800 mm, 세로 800 mm를 기준으로 하여 제품화를 목적으로 시트를 겹쳐서 실험하는 방법을 선택하였다. 이외의 모든 방사선 실험 조건은 동일하게 하여 차폐능을 평가하였다.
- 본 연구의 대상으로 납을 대체할 의료방사선 차폐시트의 제작과정은 5단계를 거쳐 제작되었으며, 각각의 과정은 1차 실험에서의 문제점을 파악하여5) 혼합과 교합과정의 완성도를 높이는데 중점을 두었다.
- 이는 향후 공극률을 정량적으로 평가하는 방법으로 혼합과정 조절요소의 상관관계에 대한 연구가 지속적으로 필요하다. 아직 상품화 단계까지 만족한 결과를 도출하지 못했지만, 1차 실험에서 바륨을 이용한 친환경 차폐시트실험결과 실리콘 재질이 가장 우수한 결과를 도출하였고, 그 실험을 토대로 2차 실험에서는 바륨과 실리콘을 잘 조합 할 수 있는 토르말린의 새로운 물질을 조합하여 혼합과 교반과정을 수행하였다. 1차 실험 때 보다 차폐율을 유지하면서 두께를 더욱 얇게 하여 제품의 대량생산 즉, 가공성은 만족하였으나 차폐율의 결과에는 큰 영향을 주지 못한 것으로 1차 실험 결과와 비교하여 나타났다.
- 본 실험은 의료 방사선의 선질 및 선량 범위 내를 기준으로 실험하였고, 시트의 두께는 1 mm 단위로 8개이며, 크기는 가로 800 mm, 세로 800 mm를 기준으로 하여 제품화를 목적으로 시트를 겹쳐서 실험하는 방법을 선택하였다. 이외의 모든 방사선 실험 조건은 동일하게 하여 차폐능을 평가하였다.
- 직접 개발한 의료방사선 차폐시트의 성능검사를 위한 실험방법은 Fig. 6.와 같이 기하하적 조건을 설정하였으며, 차폐 시트의 차폐율 계산은 (1-W/W0)×100으로 하였다.
- 제작된 시트는 관전압 60 kVp에서는 5 mm 부터 90% 이상의 차폐효과와 관전압 100 kVp, 8 mm에서 95%의 차폐율을 나타내었다. 차폐시트 제작에 있어서 바륨의 충전률을 높여 차폐율을 높이고자 제작공정을 여러 단계로 나누어 시행하였고, 이 과정에 토르말린을 실리콘 폴리머에 함유하였다. 이는 실험과정과 결과와 같이 바륨의 공극률을 줄이고 차폐 시트의 유연성을 유지할 수 있는 범위 내에서 충전하였으며, 1차 실험 때 보다 더 좋은 차폐율과 두께를 낮출 수 있었다.
대상 데이터
- 5 g/cm3로 매우 클 뿐 아니라, 타 물질과 혼화성(Miscibility)이 나쁜 단점이 있어 방사선 차폐섬유 또는 시트로 개발하는데 한계를 가지고 있다. 1차 실험 결과에서 완전히 극복하지 못한 혼합 공정과정의 문제점을 해결 하기 위해 본 연구에서는 토르말린(Tourmaline)과 실리콘 폴리머를 이용하였다. 토르말린은 광물 중 유일하게 전기적 특성을 지니고 있고 일반 X선 영상에서 흡수량이 매우 높게 표현되며, 바륨과 혼합 시 광물로서 입자 제어가 밀링과정에서 가능하다고 예측하여 차폐시트를 제작하는데 혼화성을 높이고자 사용하여 의료방사선 차폐 시트를 제작하였으며, 실험을 통해 그 성능을 증명하고자 하였다.
- 본 연구를 위해 제작된 시트는 1 mm 두께의 시트 8장이며, 혼합과정에서 최적의 공극률을 제시하고자 실험 제작 된 시트는 모두 5종이었다. 그 중 공극률이 초기에 제시되었던 20~30% 안에 있는 시트인 a를 실험 대상 시트로 선택하였으며, 이와 관련된 제작 시트의 결과는 Table 2와 같다. 토르말린의 충전률이 높을수록 바륨의 함유량이 높았으며, 밀도와 인장강도에도 영향을 주며, 이는 촉감과 유연성에도 좋은 결과를 가지고 있었다.
- 본 연구를 위해 제작된 시트는 1 mm 두께의 시트 8장이며, 혼합과정에서 최적의 공극률을 제시하고자 실험 제작 된 시트는 모두 5종이었다. 그 중 공극률이 초기에 제시되었던 20~30% 안에 있는 시트인 a를 실험 대상 시트로 선택하였으며, 이와 관련된 제작 시트의 결과는 Table 2와 같다.
- 차폐 시트가 없을 경우의 W0는 평균 6.31 mR로 측정되었으며, 에이프런에서 사용되는 납과 고무형태의 시트에서는 1 mm로 5장을 사용하고 있으며, 본 실험에서도 100% 차폐가 되는 두께가 나올 때까지 실험을 하였다. 그 결과 60 kVp에서는 5 mm부터 90% 이상의 차폐효과가 나타났다.
이론/모형
- 본 연구에서의 실험방법은 한국산업표준에 X선 방호용품류의 납당량 시험방법(KS A 4025: 1990, 2005년 확인)과 동일한 실험방법을 준수하여 적용하였다14). 그리고 친환경 소재로 제작된 차폐 시트의 차폐성능을 알아보기 위하여 진단용 X선 발생장치의 실효에너지(Effective Energy) 측정하여 이용하였다.
- 693/μ으로부터 계산할 수 있었다. 실효에너지 계산15)은 앞에서 구한 반가층으로부터 단일에너지에 해당되는 반가층과 같은 반가층을 갖는 실효에너지를 산출하기 위하여 Hubbell의 질량흡수계수표16)를 이용하였다. 직접 개발한 의료방사선 차폐시트의 성능검사를 위한 실험방법은 Fig.
성능/효과
- 2) 혼합과정; 혼합과정에는 토르말린 혼합과정, 황산바륨 혼합과정, 촉진제, 경화제 혼합과정이 있다. 실리콘 폴리머에 분말화된 황산바륨을 혼합하는 과정으로 Mixing roller에 50℃를 유지하면서 일정한 간격으로 혼합, 균일하게 하는 작업이다.
- 5) 성형과정; 마지막 단계로 일정의 재단과정이 끝나면 250 ton의 1~2기압의 진공 성형과정을 위해 유압프레스의 일정온도로 약 300초간 압착과정을 진행하는데 경화 과정이 완성되면 방사선 차폐시트로 완성된다.
- 31 mR로 측정되었으며, 에이프런에서 사용되는 납과 고무형태의 시트에서는 1 mm로 5장을 사용하고 있으며, 본 실험에서도 100% 차폐가 되는 두께가 나올 때까지 실험을 하였다. 그 결과 60 kVp에서는 5 mm부터 90% 이상의 차폐효과가 나타났다. 이는 바륨입자를 고르게 분산시키는 제작공정과 밀접한 관계가 있을 것으로 추정하고 있다.
- 14 keV임을 알 수 있었다. 따라서 관전압이 증가하고 부가여과판이 두꺼울수록 선질에 영향을 주어 실효에너지가 증가함을 알 수 있었으며, 또한 정확한 선질을 이용한 차폐 시트의 차폐능을 구할 수 있었다.
- 차폐시트 제작에 있어서 바륨의 충전률을 높여 차폐율을 높이고자 제작공정을 여러 단계로 나누어 시행하였고, 이 과정에 토르말린을 실리콘 폴리머에 함유하였다. 이는 실험과정과 결과와 같이 바륨의 공극률을 줄이고 차폐 시트의 유연성을 유지할 수 있는 범위 내에서 충전하였으며, 1차 실험 때 보다 더 좋은 차폐율과 두께를 낮출 수 있었다. 따라서 실리콘 폴리머 혼합체인 차폐시트는 이러한 점에서 매우 효과적이고 두께를 줄임으로써 경량화라는 문제의 접근도 가능하다는 여지를 남겼다.
- 본 실험에서는 현재 수입되는 외국제품보다 70% 이상 저렴한 바륨과 토르말린, 실리콘 폴리머의 합성체를 이용하여 의료 방사선 차폐시트를 제작하였으며, 이는 동일한 차폐 효과 시 유해성을 줄이고 경제성을 높이는데 목적을 두고 실험하였다. 제작된 시트는 관전압 60 kVp에서는 5 mm 부터 90% 이상의 차폐효과와 관전압 100 kVp, 8 mm에서 95%의 차폐율을 나타내었다. 차폐시트 제작에 있어서 바륨의 충전률을 높여 차폐율을 높이고자 제작공정을 여러 단계로 나누어 시행하였고, 이 과정에 토르말린을 실리콘 폴리머에 함유하였다.
- 그 중 공극률이 초기에 제시되었던 20~30% 안에 있는 시트인 a를 실험 대상 시트로 선택하였으며, 이와 관련된 제작 시트의 결과는 Table 2와 같다. 토르말린의 충전률이 높을수록 바륨의 함유량이 높았으며, 밀도와 인장강도에도 영향을 주며, 이는 촉감과 유연성에도 좋은 결과를 가지고 있었다.
후속연구
- 다만, 제작과정에서 바륨의 혼합체에 있어서 공극률을 줄이는 과정의 문제점도 동시에 안고 있다. 이는 향후 공극률을 정량적으로 평가하는 방법으로 혼합과정 조절요소의 상관관계에 대한 연구가 지속적으로 필요하다. 아직 상품화 단계까지 만족한 결과를 도출하지 못했지만, 1차 실험에서 바륨을 이용한 친환경 차폐시트실험결과 실리콘 재질이 가장 우수한 결과를 도출하였고, 그 실험을 토대로 2차 실험에서는 바륨과 실리콘을 잘 조합 할 수 있는 토르말린의 새로운 물질을 조합하여 혼합과 교반과정을 수행하였다.
- 1차 실험 때 보다 차폐율을 유지하면서 두께를 더욱 얇게 하여 제품의 대량생산 즉, 가공성은 만족하였으나 차폐율의 결과에는 큰 영향을 주지 못한 것으로 1차 실험 결과와 비교하여 나타났다. 향후 제작과정에서 차폐시트의 공극률 조절에 대한 연구가 진행된다면 좀 더 좋은 결과를 기대할 수 있을 것이다.
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