사이클로트론을 이용하여 $^{18}F^-$동위원소를 생산하는 경우 가속된 양성자 빔은 사이클로트론의 금속부품들과 반응하여 방사화를 일으킨다. 그 중에서도 빔과 주요하게 반응하는 표적집합체를 구성하는 표적실, 표적창에 장반감기의 핵종이 많이 발생한다. 이러한 표적집합체의 방사화 핵종을 잘 이해하는 것은 사이클로트론 운영자와 유지 보수 작업자를 위해서 매우 중요하다. 본 연구에서는 IBA(Ion Beam Application)사 사이클로트론 Cyclone 18/9 기기의 표적집합체 유지보수 작업자의 방사선 안전지침을 마련하기 위해서 사이클로트론 가동 후 표적집합체에 발생되는 주요 핵종을 분석하고, 또한, 사이클로트론 가동정지 직후부터의 선량감소율을 실험적으로 측정하였다. $^{18}F^-$동위원소 생산 후 표적집합체의 잔류 방사화 핵종의 종류 및 방사능농도를 확인하기 위하여, 표적실내 잔류물질 및 표적창 하버포일 시료를 채취하여 고순도 게르마늄(HPGe) 감마핵종분석기로 측정하여 분석하였다. 또한, 사이클로트론 가동직후 사이클로트론에서 발생되는 선량률을 시간에 따라 측정하였다. 감마핵종분석과 선량률감소에 대한 데이터는 추후 사이클로트론 운영의 방사선안전을 위한 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
사이클로트론을 이용하여 $^{18}F^-$동위원소를 생산하는 경우 가속된 양성자 빔은 사이클로트론의 금속부품들과 반응하여 방사화를 일으킨다. 그 중에서도 빔과 주요하게 반응하는 표적집합체를 구성하는 표적실, 표적창에 장반감기의 핵종이 많이 발생한다. 이러한 표적집합체의 방사화 핵종을 잘 이해하는 것은 사이클로트론 운영자와 유지 보수 작업자를 위해서 매우 중요하다. 본 연구에서는 IBA(Ion Beam Application)사 사이클로트론 Cyclone 18/9 기기의 표적집합체 유지보수 작업자의 방사선 안전지침을 마련하기 위해서 사이클로트론 가동 후 표적집합체에 발생되는 주요 핵종을 분석하고, 또한, 사이클로트론 가동정지 직후부터의 선량감소율을 실험적으로 측정하였다. $^{18}F^-$동위원소 생산 후 표적집합체의 잔류 방사화 핵종의 종류 및 방사능농도를 확인하기 위하여, 표적실내 잔류물질 및 표적창 하버포일 시료를 채취하여 고순도 게르마늄(HPGe) 감마핵종분석기로 측정하여 분석하였다. 또한, 사이클로트론 가동직후 사이클로트론에서 발생되는 선량률을 시간에 따라 측정하였다. 감마핵종분석과 선량률감소에 대한 데이터는 추후 사이클로트론 운영의 방사선안전을 위한 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
When a cyclotron produces $^{18}F^-$, accelerated protons interact with metal parts of the cyclotron machine and induces radioactivity. Especially, the target window and chamber of the target assembly are the main parts where long-lived radionuclides are generated as they are incident by ...
When a cyclotron produces $^{18}F^-$, accelerated protons interact with metal parts of the cyclotron machine and induces radioactivity. Especially, the target window and chamber of the target assembly are the main parts where long-lived radionuclides are generated as they are incident by direct beams. It is of great importance to identify radionuclides induced in the target assembly for the safe operation and maintenance of a cyclotron facility. In this study, we analyzed major radionuclides generated in the target assembly by an operation of the Cyclotron 18/9 machine and measured dose rates after the operation to establish the radiation safety guideline for operators and maintenance personnel of the machine. Gamma spectroscopy with HPGe was performed on samples from the target chamber and Havar foil target window to identify the radionuclides generated during the operation for production of $^{18}F^-$- isotope and their specific activity. Also, the dose rates from the target were measured as a function of time after an operation. These data will help improve radiological safety of operating the cyclotron facilities.
When a cyclotron produces $^{18}F^-$, accelerated protons interact with metal parts of the cyclotron machine and induces radioactivity. Especially, the target window and chamber of the target assembly are the main parts where long-lived radionuclides are generated as they are incident by direct beams. It is of great importance to identify radionuclides induced in the target assembly for the safe operation and maintenance of a cyclotron facility. In this study, we analyzed major radionuclides generated in the target assembly by an operation of the Cyclotron 18/9 machine and measured dose rates after the operation to establish the radiation safety guideline for operators and maintenance personnel of the machine. Gamma spectroscopy with HPGe was performed on samples from the target chamber and Havar foil target window to identify the radionuclides generated during the operation for production of $^{18}F^-$- isotope and their specific activity. Also, the dose rates from the target were measured as a function of time after an operation. These data will help improve radiological safety of operating the cyclotron facilities.
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문제 정의
본 연구에서는 사이클로트론을 이용한 18F-생산 후 표적실 내 잔류하는 방사화 핵종과 표적창의 방사화 핵종 및 방사능을 확인하기 위하여 고순도 게르마늄 감마핵종분석기를 이용하여 분석하였다. 또한,
제안 방법
후)감마핵종 분석기의">감마핵종분석기의 교정은 국가표준기관(Primary Standard Institution)인 한국표준과학연구원(KRISS)에서 제시하는 국제적으로 인증된 표준물질(Primary Standard Insitution)을 사용한 교정용 혼합표준선원 10개(241Am, 109Cd, 57Co, 139Ce, 51Cr, 113Sn, 85Sr, 137Cs, 60Co, 88Y) 의 인공방사성핵종이 혼합되어 있는 인증 표준물질(CRM, 1 L marinelli beaker) 혼합선원을 이용하여 에너지 및 효율을 교정하였다.
후)감마핵종 분석을">감마핵종분석을 수행하였다12). 또한, 사이클로트론 가동직후 사이클로트론에서 발생되는 선량률을 시간에 따라 측정하였다13).
후)감마핵종 분석기를">감마핵종분석기를 이용하여 분석하였다. 또한, 표적 방사화 핵종 및 표적에 잔류하는 18F-에 의한 선량률을 측정 및 분석하였다.
후)포집시키고">포집 시키고 잔류 18F-만 10 cc 바이알에 회수하여 1시간 간격으로 12시간까지 큐리미터를 이용하여 방사능을 측정하고 패턴을 분석하였다. 또한, 표적집합체 내 잔류하는 방사화 핵종에 의한 선량률을 확인하기 위하여 Fig. 5와 같이 사이클로트론 표적집합체 유지보수 작업자의 최대 유효선량을 받을 수 있는 높이 1.44 m, 거리 50 cm 지점에서 방사선감시기를 이용하여 시간 경과에 따른 감마선량률을 1시간 간격으로 12시간 측정하고 패턴을 분석하였다.
본 연구는 사이클로트론 Cyclone 18/9 기기 Maintenance Guide에 따라 사이클로트론 가동 후 표적집합체에 발생되는 주요 핵종을 분석10,11)하였다. 이를 위해서
사이클로트론을 이용한 18F-생산 후 표적 내 잔류하는 18F-에 의한 방사능이 선량률에 미치는 영향을 확인하기 위하여 양성자 가속에너지 18 MeV, 가속전류 35 μA, 2시간 가동 후 표적 내부를 H218O 농축수 2.2 mL로 세척하여 양이온교환수지(C-18 cartridge)에 하버포일로부터 발생된 방사화 핵종을 포집 시키고 잔류 18F-만 10 cc 바이알에 회수하여 1시간 간격으로 12시간까지 큐리미터를 이용하여 방사능을 측정하고 패턴을 분석하였다.
후)후표적집합체에">후 표적집합체에 발생되는 주요 핵종을 분석10,11)하였다. 이를 위해서 표적실내의 잔류물질 및 표적창 하버포일에 대한 감마핵종분석을 수행하였다12). 또한, 사이클로트론
표적실 잔류물질 및 표적창의 방사화된 핵종을 분석하기 위하여 미국 ORTEC사의 고순도 게르마늄 감마핵종분석기를 사용했으며, 감마핵종분석기는 검출기(detector), 증폭기(amplifier), 다중 파고 분석기(Muti-Channel Analyzer; MCA) 등으로 구성되어 있다.
표적집합체 내 잔류하는 18F-에 의한 방사능을 측정한 결과에 감마상수(1.851×10-4 mSv/MBq.h at 1 m)를 적용하여 선량률로 환산하였다.
표적집합체 내부 구성부품인 하버포일(Havar foil)에서 생성된 방사화 핵종의 종류 및 방사능농도를 확인하기 위하여 하버포일(5,000 μAh 사용)을 Fig. 4와 같이 표적집합체 유지보수 작업 시 분리하여 0.03 g의 시료를 채취하여 고순도 게르마늄 감마핵종분석기로 측정․분석하였다.
표적집합체내 잔류 방사화 핵종 분석을 위하여 사이클로트론을 양성자 가속에너지 18 MeV, 가속전류 35 μA, 2시간 가동하여 18F-생산한 후 표적내부를 H218O 농축수 2.2 mL로 세척하여 시료를 Fig. 3과 같이 채취한 후 고순도 게르마늄 감마핵종분석기를 이용하여 표적집합체 내 잔류하는 방사화 핵종의 종류 및 방사능농도를 측정분석하였다.
대상 데이터
후)사용하는 데">사용하는데 이용되고 있다. 교정은 20 cc 유리병에 에폭시 형태로 담겨있는 교정용 밀봉선원(57Co, 133Ba, 137Cs)으로 교정되었다.
이 연구의 분석 대상인 사이클로트론은 IBA 사의 Cyclone 18/9 모델로서 Fig. 1에 보여진 것과 같다10,11). 이 사이클로트론은 2005년 1월 부산대학교병원 사이클로트론센터에 설치되었고 2005년 3월부터 현재(2016년 11월)까지 양성자를 가속하여 18F-동위원소를
표적물질이 들어있는 표적실의 재질은 니오비움(Nb : Niobium)합금으로 구성되어 있다. 표적물질은 액체형태의 H218O 농축수를 사용하며 표적물질을 저장하는 용량은 약 2.2 mL(대형부피표적-large volume target)이다. 사이클로트론의
데이터처리
검출된 시료에 대하여 최소검출방사능(Minimum Detectable Activity; MDA)을 산출하였다.
이론/모형
후)방사선 감시기의">방사선감시기의
교정은 2014년 10월 24일 PTW Unidose사의 Webline T10021 참고기준에 따라 교정되었다.
표적집합체에 잔류하는 18F-의 방사능을 정량하기 위하여 미국 CAPINTEC사의 CRC-25PET 모델 큐리미터(Dose Calibrator)를 사용했다. 큐리미터는
표적집합체에 잔류하는 방사선량률을 확인하기 위하여 미국 CAPINTEC사의 AreaExpert 방사선감시기를 사용했다.
성능/효과
후)방사선 감시기에">방사선감시기에 의한 표적집합체에서의 감마선량률을 측정한 결과 사이클로트론 빔 종료 후, 초기선량률은 21 mSv/h이고, 10시간 후 0.67 mSv/h로 감소하였다. 이는 초기 선량률의
후)최 소">최소 방사능 크기를 의미한다. 본 연구에서는 방사능 95%의 신뢰수준으로 최소검출방사능을 산출하였다.
h at 1 m)를 적용하여 선량률로 환산하였다. 사이클로트론 빔 종료 후, 초기 선량률은 1.23 mSv/h이고, 10시간 후 0.04 mSv/h로 감소하였다.
생성된 핵종 중 51Cr, 52Mn의 반감기는 각각 27.7일, 5.6일으로 비교적 짧은 물리적 반감기를 가지고 있으며 54Mn, 56Co, 57Co, 58Co의 반감기는 312일, 77.3일, 272일, 71일으로 비교적 긴 물리적 반감기를 가지고 있다.
후)95% 이상">95%이상 감소를 의미한다. 특히, 사이클로트론 빔 종료 후 초기 선량률은 10시간 후 약 95%이상 감소하였다는 의미는 단 반감기 핵종(18F-)에 의한 선량률이 가동종료 후부터 10시간까지 지배적임을 알 수 있었다.
후)표적 실내에">표적실내에 잔류하는 방사화 핵종을 감마핵종분석기를 이용하여 분석한 결과 검출 핵종 및 방사능 농도는 51Cr(13.3 Bq/L), 52Mn(27.1 Bq/L), 54Mn(11.3 Bq/L), 56Co(104 Bq/L), 57Co(116 Bq/L), 58Co(537 Bq/L)이었고, 검출된 핵종 중 58Co의 방사능 농도가 537 Bq/L로 가장 높은 것으로 나타났다. 검출된
표적집합체내 하버포일에서 잔류하는 방사화 핵종을 감마핵종분석기를 이용하여 분석한 결과 검출된 감마핵종 및 방사능 농도는 54Mn(9.5679×105 Bq/kg), 56Co(1.9224×107 Bq/kg), 57Co(1.0872×106 Bq/kg), 58Co(7.4645×107 Bq/kg) 이고, 검출된 감마핵종 중, 58Co의 방사능 농도가 7.4645×107 Bq/kg로 가장 높은 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구결과 사이클로트론 빔 조사 종료 후 표적 유지보수 작업 시 잔류 18F-의 영향에 의한 감마선 영향 감소를 고려하여 최소 10시간 이후 표적집합체 유지보수 작업을 수행할 필요가 있다.
실제로 측정한 데이터를 근거로 부산대학교 병원에서의 사이클로트론 표적집합체 유지보수 작업 시, 방사화 핵종분석 및 표적집합체에 잔류하는 18F-에 의한 선량률 분석 자료를 이용하여 표적집합체 유지보수 작업자의 출입시점 및 작업시간을 지정하여 유지보수 작업을 수행할 경우 ICRP 103 권고에서 강조한 작업자 방호의 최적화를 달성할 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사이클로트론의 에너지와 전류 특징?
국내 의료용 사이클로트론센터는 2015년 현재 약 40개소에 이르고 있으며, 사이클로트론은 가속에너지 20 MeV 이하, 가속전류 150 μA 이하가 대부분이다. 의료용 사이클로트론은 방사성의약품인 [18F]FDG를 주로 제조하고 있으며, [18F]FDG는 핵의학 검사장치인 양전자방출단층촬영기기 (PET-CT)에 이용되고 있다1,2).
의료용 사이클로트론은 무엇을 주로 제조하는가
국내 의료용 사이클로트론센터는 2015년 현재 약 40개소에 이르고 있으며, 사이클로트론은 가속에너지 20 MeV 이하, 가속전류 150 μA 이하가 대부분이다. 의료용 사이클로트론은 방사성의약품인 [18F]FDG를 주로 제조하고 있으며, [18F]FDG는 핵의학 검사장치인 양전자방출단층촬영기기 (PET-CT)에 이용되고 있다1,2).
부산대학교병원 사이클로트론센터에 설치되어 운용되는 모델은 무엇인가
이 연구의 분석 대상인 사이클로트론은 IBA 사의 Cyclone 18/9 모델로서 Fig. 1에 보여진 것과 같다10,11).
참고문헌 (13)
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