[논문]MCNP-code를 이용한 의료용 선형가속기의 타깃 재질에 따른 광자선 특성 분석

이동연; 박은태; 김정훈

doi:10.7742/jksr.2017.11.4.197

[국내논문] MCNP-code를 이용한 의료용 선형가속기의 타깃 재질에 따른 광자선 특성 분석
Analysis of the Photon Beam Characteristics by Medical Linear Accelerator According to Various Target Materials using MCNP-code 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.11 no.4, 2017년, pp.197 - 203

이동연 (동남권원자력의학원 방사선종양학과) , 박은태 (인제대학교 부산백병원 방사선종양학과) , 김정훈 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과)

초록
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의료용 선형가속장치의 두부 구성요소 중 광자 발생의 원인이 되는 타깃에 대한 연구로써, 타깃의 재질에 따른 광자를 분석하여 타깃 재질 별 발생하는 광자특성에 대한 기초자료를 제시하고자 한다. 본 연구에서는 몬테카를로 방식을 바탕으로 한 MCNPX를 사용하여 타깃 재질에 따른 6, 15 MV의 광자 특성을 비교분석하였다. 타깃 재질 별 평균에너지는 6 MV에서 1.69 ~ 1.84 MeV, 15 MV에서는 3.38 ~ 3.56 MeV로 분석되었다. Flux는 6 MV에서 $1.64{\times}10^{-5}{\sim}1.80{\times}10^{-5}{\sharp}/cm^2/e$, 15 MV는 $1.76{\times}10^{-4}{\sim}1.85{\times}10^{-4}{\sharp}/cm^2/e$로 계산되었다. 결과를 분석하면, 타깃 재질이 고원자번호일수록 평균에너지와 Flux가 증가하는 것으로 평가다. 본 연구를 바탕으로 광자의 물리적 특성에 대한 기초적인 자료를 제시할 수 있었으며, 추후 타깃 선정 시 경제성, 효율성은 물론 물리적 측면을 고려할 수 있어 적절한 선택을 할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study purpose is propose the basic data for selecting the optimal target material by analyzing the photon characteristics of various materials which was located in the head of medical linear accelerator. In this study, energy spectrum of 6, 15 MV photon beams were compared and analyzed for 13 target materials using MCNPX of Monte Carlo method. The mean energy for the 6 MV energy spectrum was 1.69 ~ 1.84 MeV and that for the 15 MV was 3.38 ~ 3.56 MeV, according to the target material. The flux for the 6 MV energy spectrum was $1.64{\times}10^{-5}{\sim}1.80{\times}10^{-5}{\sharp}/cm^2/e$ and that for the 15 MV was $1.76{\times}10^{-4}{\sim}1.85{\times}10^{-4}{\sharp}/cm^2/e$. The analysis shows that the average energy and flux increase with higher atomic number of the target material. Based on this study, it is possible to present the basic data about the physical characteristics of the photon, and it will be possible to select the target later considering economic, efficiency and physical aspect.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 MCNPX를 이용하여 의료용 선형가속장치에서 다양한 타깃 재질에 따른 광자선의 에너지스펙트럼을 산출하고 평균에너지, flux, 특성선 등 광자의 물리적 특성을 분석함으로써, 적절한 타깃 선정을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

광자 특성을 분석하기 위해 6, 15 MV 광자선 및 타깃 재질에 따른 에너지스펙트럼을 산출하고 생성된 광자의 평균에너지와 flux를 분석하였으며, 특성선이 방사선 치료에 미치는 영향을 알아보기 위해 타깃 재질에 따른 특성선 flux의 백분율을 비교 및 분석하였다.

대상 데이터

타깃 재질은 여러 선행 연구들을 바탕으로 13가지 종류의 재질로 선정하였으며, Table 1은 각 재질별 원자번호와 밀도이다.^[18-23] 실험에 사용된 모든 타깃 재질은 광자의 물리적 특성을 정확하게 분석하기 위해 단일 재질을 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 임상에서 저에너지와 고에너지로 사용하는 6, 15 MV를 대상으로 에너지스펙트럼을 분석하기 위하여 MCNPX 코드를 이용한 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였다. 그리고 MCNPX 프로그램의 출력 연산자인 tally specification card는 F5 tally를 이용하였으며, 선원-표면간 거리(Source-Surface Distance; SSD) 100 cm, 10 × 10 cm² 의 검출기를 통과한 Flux를 산출함으로써 에너지스펙트럼을 측정하였다.

성능/효과

타깃 재질의 원자번호가 증가할수록 평균에너지와 flux는 증가하는 경향성을 나타냈다. 그러나 현재 임상에서 사용되고 있는 텅스텐과 비교하였을 때, 평균에너지와 flux는 다른 타깃 재질과 상대적으로 큰 차이를 보이지는 않았다.
타깃 재질의 원자번호가 증가할수록 평균에너지와 flux는 증가하는 경향성을 나타냈다. 그러나 현재 임상에서 사용되고 있는 텅스텐과 비교하였을 때, 평균에너지와 flux는 다른 타깃 재질과 상대적으로 큰 차이를 보이지는 않았다. 그러므로 광자의 물리적 특성뿐만 아니라 경제성과 효율성, 광핵반응으로 인한 중성자 발생 등의 다양한 인자를 고려한 적절한 타깃 선정이 필요할 것이다.

후속연구

그러나 현재 임상에서 사용되고 있는 텅스텐과 비교하였을 때, 평균에너지와 flux는 다른 타깃 재질과 상대적으로 큰 차이를 보이지는 않았다. 그러므로 광자의 물리적 특성뿐만 아니라 경제성과 효율성, 광핵반응으로 인한 중성자 발생 등의 다양한 인자를 고려한 적절한 타깃 선정이 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MCNPX 코드란?	0)’을 사용했다. MCNPX 코드는 몬테카를로 방식을 이용한 계산코드의 하나이다. 다양한 기하학적 구조를 지원하고 다중 입자의 수송이 가능하며 직접 측정이 어려운 상황을 대체하여 계산을 수행할 수 있다.
	적절한 타깃 선정을 하기 위해 어떠한 점을 고려하여야 하는가?	[8] 백금, 금과 같은 경우는 광자 발생 효율이 텅스텐보다 더 좋은 반면 상대적으로 낮은 용융점과 비싼 가격 등의 이유로 사용하는 데 있어서 제한적이다.[7] 따라서 적절한 타깃 선정을 위해서는 여러 구비조건을 고려하고 광자의 특성을 분석하여 평가해야 할 것이다.[9]
	선형가속장치는 타깃으로 인해 어떠한 것이 발생되는가?	[2] 선형가속장치의 원리는 전자총에서 발생된 전자가 가속관을 통해 진행하여 타깃(Target)과 충돌하게 된다. 이때 타깃과 전자간의 상호작용에 의한 연속스펙트럼 형태의 제동방사선이 발생하게 된다.[3,4]

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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