[논문]의료용 중입자 치료기 진공 기술

강건욱

의료용 중입자 치료기 진공 기술 원문보기

강건욱 (한국원자력 의학원)

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문제 정의

즉 초기 진공 배기로 가속기 운영이 시작되고, 유지 보수를 위하여 가속기 내부 진공을 대기압으로 상승시키면서 종료가 된다. 각 주요 부분의 최적의 성능을 유지하기 위하여 기반 기술인 진공 기술 측면에서 중입자 치료기를 살펴보도록 하자.
의료용 중입자 치료기 및 주요 기반 시설인 진공시스템 일반적인 사항과 진공함 설계 제작시 고려해야 할 주요한 현상에 대하여 살펴보았다. 앞서 이야기 하였던 중입자 치료기의 진공 요구조건은 현재 진공장치 산업의 기술이면 충분히 도달 가능하다고 판단된다.

가설 설정

73 m에 해당한다. H3 라인의 vacuum window에서 Leak가 발생하였을 때, Fast shutter 위치까지 도달하는 시간은 직선구간으로 가정하였을 때 대략 45.7 ms이다. 이 값보다 짧은 시간에 동작하도록 Fast shutter를 구성하면, 초고진공 영역을 효율적으로 보호할 수 있을 것으로 예상된다.

제안 방법

얇고 넓은 두께로 인하여 부주의로 진공 윈도우가 파손될 수 있다. 초고진공 영역인 싱크로트론 링을 보호하기 위하여 입사부와 인출부 부근에 Fast shutter를 장착하여 라인 쪽에서 발생된 Leak나 진공 윈도우 파손으로 인한 Air shockwave를 방지할 것이다. 따라서 적정 사양을 결정하기 위하여 윈도우 파손으로 발생된 pressure wave의 속도를 알아야 한다.

대상 데이터

치료용 가속기의 전체 총 연장 길이는 354 m에 해당하며, 첫 번째, 두 번째 치료실로 이송되는 수직 빔라인의 높이는 18 m에 이른다. 중입자 치료기는 2개의 ECR 이온원 및 선형 가속단을 가진 입사부, 주 가속장치인 싱크로트론 링, 그리고 3개의 치료실로 이송되는 고에너지 수송구간으로 구성된다.
진공함 구성의 마지막 구성요소는 조사라인의 끝의 두께 200 um, 지름 400 mm인 Kepton film vacuum window이다.
탄소 중입자를 빛의 속도의 70%까지 빠르게 가속시켜 난치성 암세포를 치료하기 위하여, 의료용 중입자 가속기사업단(KHIMA)에서 건설 중인 중입자 치료시설은 싱크로트론 기반의 입자 치료시설로 부산시 기장군에 설치된다. 치료용 가속기의 전체 총 연장 길이는 354 m에 해당하며, 첫 번째, 두 번째 치료실로 이송되는 수직 빔라인의 높이는 18 m에 이른다. 중입자 치료기는 2개의 ECR 이온원 및 선형 가속단을 가진 입사부, 주 가속장치인 싱크로트론 링, 그리고 3개의 치료실로 이송되는 고에너지 수송구간으로 구성된다.

성능/효과

왜냐하면 이 압력에서 탄소 이온빔의 손실은 5% 이하로 심각하지 않고, 탄소 및 양성자에서의 전자 포획은 입사되는 이온빔의 조정을 위한 번칭 효과를 고려하면 과대 해석된 경향이 있다. 결과적으로 주 링의 진공사양은 10^-8 mbar 피크 압력을 가지며, 평균 진공도는 10^-9 mbar 에서 유지되어야 한다.

후속연구

특히 독일과 일본이 꾸준하게 중입자 치료센터를 늘리고 있고, 프랑스, 오스트리아, 이탈리아 등 유럽과 미국, 러시아, 중국과 동남아시아 등에서 중입자 치료센터를 신설하고 있는 실정이다. 하지만, 양산으로 인한 설치비용 저감, 높은 암 치료 성적으로 인한 의료계의 관심 집중, 기술개발 향상으로 인한 치료기 크기 감소와 시스템 단순화 등으로 인해 향후 방사선 치료기술에서 우위를 차지할 것으로 기대된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

가속된 입자 빔의 인체 내 선량곡선이 X-선과 다르게 보이는 경향은?

가속된 입자 빔의 인체 내 선량곡선은 X-선과는 다른 경향을 보이는데, 높은 에너지로 가속된 하전 입자는 물질을 통과할 때 적은 충돌로 인해 적은 선량을 전달하며 서서히 에너지를 잃다가, 특정 깊이에서 최대 선량을 전달한 후 정지하게 된다. 이 때 전달된 최대 선량 피크를 Bragg peak라 부른다.

방사선 치료에서 중요한 사항은?

방사선 치료에서 중요한 사항은 암세포(종양)에 전달되는 선량의 종양 적합성을 높이는 것, 즉 ‘적합한 선량을 목표물에 전달하는 것’ 이다. 환부 깊숙이 위치한 종양을 선별적으로 조사하기 위해서 방사선 치료사들은 목표 종양을 중앙에 위치시키고 여러 방향에서 조사되는 복합 빔을 사용한다.

적정 사양을 결정하기 위하여 윈도우 파손으로 발생된 pressure wave의 속도를 알아야 하는 이유는?

진공함 구성의 마지막 구성요소는 조사라인의 끝의 두께 200 um, 지름 400 mm인 Kepton film vacuum window이다. 얇고 넓은 두께로 인하여 부주의로 진공 윈도우가 파손될 수 있다. 초고진공 영역인 싱크로트론 링을 보호하기 위하여 입사부와 인출부 부근에 Fast shutter를 장착하여 라인 쪽에서 발생된 Leak나 진공 윈도우 파손으로 인한 Air shockwave를 방지할 것이다. 따라서 적정 사양을 결정하기 위하여 윈도우 파손으로 발생된 pressure wave의 속도를 알아야 한다.

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