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몬테칼로법을 이용한 의료용 선형가속기 차폐벽의 방사화 특성 분석
Analysis of Radioactive Characterization in the Medical Linear Accelerator Shielding Wall Using Monte Carlo Method 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.16 no.10, 2016년, pp.758 - 765  

이동연 (동남권 원자력의학원 방사선종양학과) ,  박은태 (인제대학교 부산 백 병원 방사선종양학과)

초록
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본 연구는 의료용 선형가속기를 차폐하고 있는 차폐벽에 대하여 방사화 분석을 함으로서 추후 선형가속기 시설의 해체 시 해체비용의 절반이상을 차지하는 차폐벽에 대하여 폐기물 준위를 평가하고 이에 따른 폐기물 처리방법을 분석함으로서 해체비용 측면에 있어서 이득을 얻을 수 있는 방법에 대하여 논의하고자 한다. 실험결과, 선형가속기에서 발생하는 중성자 양은 차폐벽을 방사화 시키기에 충분한 양이 측정되었으며, 방사화 분석 결과 약 20 개 이상의 핵종이 분석되었다. 이 중 $^{24}Na$, $^{45}Ca$, $^{59}Fe$ 핵종이 규제해제 농도를 초과하는 것으로 분석되었으며, 그 값은 차폐벽 깊이가 깊어질수록 농도는 줄어들었다. 이를 바탕으로 특정 세 구역(E,F,G)은 매립이나 재활용이 불가능한 것으로 평가되었으며, 나머지 구역은 일정 깊이 이상일 경우 매립이나 재활용이 가능한 것으로 평가되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study analyzed for the radioactive shielding wall, which shields the medical linear accelerator. This allows to evaluate the level of waste with respect to the shield wall, which accounts for more than half of the cost of dismantling later linac facility. In addition, by analyzing the waste pro...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 선형가속기 장비를 교체 없이 최대한 사용할 수 있을 것으로 유추되는 기간을 30년으로 설정하였고, 이 기간 동안 지속적으로 가동한다는 가정 하에 모의실험을 진행하였으며, 선형가속기 장비 해체 시 폐기물 비용의 대부분을 차지하는 콘크리트 벽에 대한 방사화양을 벽 두께 깊이에 따라 평가하고자 하였다. 선형가속기에서 발생하는 광자와 차폐벽이 받는 중성자의 양을 MCNPX(Ver.
  • 본 연구는 의료용 선형가속기 해체에 있어서 가장 큰비용을 차지하는 차폐벽에 대한 연구로서, 방사화로 인해 발생하는 핵종과 방사화 정도를 예측, 분석하고자 하였다.
  • 본 연구에서 모사한 선형가속기에서 발생하는 광자에 대하여 스펙트럼과 플루언스율(photon number/㎠•sec•e)을 분석하였다. 이것은 모사한 선형가속기의 신뢰성 검증과 전자 1 개를 수송하였을 때를 기준으로 생성된 광자의 양과 중성자의 양을 비교, 평가하기 위한 것이다.
  • 이에 본 연구는 의료분야에서 쓰이는 장비 중 사용 빈도가 많으며, 상대적으로 고에너지를 사용하는 선형 가속기를 대상으로 방사화 정도를 평가하여 시설해체에 있어서 방사성폐기물 처리방법과 처리 비용 측면에서 이득을 얻을 수 있는 방안에 대하여 논의하고자 한다.
  • 이에 본 연구에서는 차폐벽을 5㎝ 두께별로 깊이에 따라 각각 구분하여 폐기물 준위를 분류하고 폐기물 처리방법에 대하여 평가하였다.

가설 설정

  • 방사화 평가는 보수적인 평가를 위해 20 MV 광자선을 사용하였을 때 발생한 중성자 플루언스율을 적용하고 선형가속기의 가동 시간은 하루 8시간을 기준으로 30년 동안 쉬지 않고 가동한다는 가정 하에 평가를 진행하였으며, 발생한 핵종들에 대하여 Bq/kg으로 방사화 양을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MCNPX(Ver.2.5.0)의 단점은 무엇인가? 0)는 입자의 수송 계산에 있어서 다양한 종류의 입자를 적용할 수 있다는 점, 연산 시간이 빠르다는 점, 또한 정확성이 높은 장점을 가지고 있다. 하지만 그에 반해 방사화에 대한 핵 데이터가 없는 단점을 가지고 있다. 이에 영국 원자력 공사(UKAEA)에서 MCNPX 프로그램과 연계하여 핵 융합시설, 핵분열로 고에너지 가속기 등의 방사화 평가에 적용할 수 있는 코드인 FISPACT-2010을 개발하여 IAEA를 통해 배포하였다[12].
MCNPX(Ver.2.5.0)의 장점은 무엇인가? 5.0)는 입자의 수송 계산에 있어서 다양한 종류의 입자를 적용할 수 있다는 점, 연산 시간이 빠르다는 점, 또한 정확성이 높은 장점을 가지고 있다. 하지만 그에 반해 방사화에 대한 핵 데이터가 없는 단점을 가지고 있다.
방사선이용시설은 어디에 분포하며 방사선의 위험성은 어떤가? 방사선이용시설은 연구소 및 대학, 의료기관, 산업체 등 다양하게 분포하고 있으며, 일반적으로 발전소나 산업체보다 의료에서 사용하는 방사선의 위험성은 적다고 볼 수 있다[1]. 이에 따라 과거 의료분야에 있어서 방사선 발생 장치를 설치 시 누설선의 차폐가 중점이었으며, 방사선을 사용함으로서 2차적으로 일어날 가능성은 염두에 두지 않았던 것이 사실이다.
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참고문헌 (16)

  1. 조운갑, 송민철, 김용민, 박병현, 김우란, 방사선 이용시설 국내 운영현황 및 국외 해체사례 분석, 한국원자력안전기술원, 2014. 

  2. 이재호, 사이클로트론 시설 방사성 콘크리트 폐기물 발생량 평가 및 감축기법 개발, 한양대학교 대학원, 석사학위논문, 2016. 

  3. H. W. Fischer, B. E. Tabot, and B. Poppe, "Activation processes in a medical linear accelerator and spatial distribution of activation products," Phys. Med. Biol., Vol.51, pp.N461-N466, 2006. 

  4. Y. Z. Wang, M. D. C. Evans, and D. B. Podgorsak, "Characteristics of induced activity from medical accelerators," Med. Phys., Vol.32, No.9, pp.2899-2910, 2005. 

  5. European Commission Nuclear Safety and the Environment, Evaluation of the Radiological and Economic Consequences of Decommissioning Particle Accelerators, Leuxembourg, 1999. 

  6. E. T. Cheng and G. Saji, "Activation and waste management considerations of fusion materials," Journal of nuclear materials, Vol.212-215, No.1, pp.621-627, 1994. 

  7. Bob Major, Pet cyclotron Design for Decommissioning and Waste Inventory Reduction, The American Society of Mechanical Engineers, 2009. 

  8. R. Calandrino, A. del Vecchino, A. Savi, S. Todde, V. Griffoni, S. Brambilla, R. Parisi, G. Simone, and F. Fazio, "Decommissioning Procedures for an 11 MeV Self-shielded Medical Cyclotron After 16 Years of Working Time," Health Phys., Vol.90, No.6, pp.588-596, 2006. 

  9. International Atomic Energy Agency, Decommissioning of Medical, Industrial and Research Facilities, IAEA in Austria, 1999. 

  10. International Atomic Energy Agency, Safety Report Series No.47 Radiation Protection in the Design of Radoitherapy Facilities, 2006. 

  11. Korea Atomic Energy Research Institute, Shielding Technology for High Energy Radiation Production Facility, 2004. 

  12. R. A. Forrest, FISPACT-2007: User manual, UKAEA FUS 534, 2007. 

  13. International Atomic Energy Agency, IAEA GSG-1: Classification of Radioactive Waste, IAEA in Vienna, 2009. 

  14. International Atomic Energy Agency, Safety guide RS-G-1.7: application of the concepts of Exclusion, Exemption and clearance, IAEA in Austria, 2004. 

  15. 이정옥, 정동혁, 강정구, "24MV 의료용 선형가속기의 중성자 발생에 관한 연구," 의학물리학회, Vol.16, No.2, 2005. 

  16. 박은태, "MCNPX를 이용한 방사선 치료실의 광중성자 선량 평가," 한국콘텐츠학회논문지, Vol.15, No.6, 2015. 

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