몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 방사선원 위치 검출기의 각도의존성 연구 Evaluation of Angle Dependence on Positional Radioisotope Source Detector using Monte Carlo Simulation in NDT원문보기
산업 비파괴 분야에서 사용되는 방사선원은 장비의 노후화 및 작업자의 부주의로 인해 선원이 노출되는 사고가 발생되어 왔다. 이에 선원의 위치를 실시간으로 추적할 수 있는 안전관리 시스템의 필요성이 부곽되고 있다. 이에 본 연구에서는 방사선원의 위치 추적을 위한 line-array 선량계를 구성하는 unit-cell 선량계 단위의 각도의존성을 분석하기 위해 Monte Carlo Simulation을 수행하였다. 그 결과 각 기울기에서 상위 10% 수치에 대한 오차율은 $0^{\circ}$에서 5.90%, $30^{\circ}$에서 8.08%, $60^{\circ}$에서 20.90%의 오차율을 보였다. 총 흡수선량의 비율은 $0^{\circ}$(100%)를 기준으로 $30^{\circ}$에서 83.77%, $60^{\circ}$에서 53.36%로 나타났으며 기울기가 증가함에 따라 낮아지는 경향성을 보였다. 모든 기울기에서 최대 수치는 $30^{\circ}$의 No. 9에서 나타났으며, No. 10에서는 7.24% 낮아지는 경향성을 보였다. 본 연구 결과 각도의존성은 크게 발생되는 것으로 나타났으며, 이를 낮추기 위해서는 선원과 line-array 선량계의 적정거리는 1 cm 이상의 거리에서 유지해야 하는 것으로 사료된다.
산업 비파괴 분야에서 사용되는 방사선원은 장비의 노후화 및 작업자의 부주의로 인해 선원이 노출되는 사고가 발생되어 왔다. 이에 선원의 위치를 실시간으로 추적할 수 있는 안전관리 시스템의 필요성이 부곽되고 있다. 이에 본 연구에서는 방사선원의 위치 추적을 위한 line-array 선량계를 구성하는 unit-cell 선량계 단위의 각도의존성을 분석하기 위해 Monte Carlo Simulation을 수행하였다. 그 결과 각 기울기에서 상위 10% 수치에 대한 오차율은 $0^{\circ}$에서 5.90%, $30^{\circ}$에서 8.08%, $60^{\circ}$에서 20.90%의 오차율을 보였다. 총 흡수선량의 비율은 $0^{\circ}$(100%)를 기준으로 $30^{\circ}$에서 83.77%, $60^{\circ}$에서 53.36%로 나타났으며 기울기가 증가함에 따라 낮아지는 경향성을 보였다. 모든 기울기에서 최대 수치는 $30^{\circ}$의 No. 9에서 나타났으며, No. 10에서는 7.24% 낮아지는 경향성을 보였다. 본 연구 결과 각도의존성은 크게 발생되는 것으로 나타났으며, 이를 낮추기 위해서는 선원과 line-array 선량계의 적정거리는 1 cm 이상의 거리에서 유지해야 하는 것으로 사료된다.
Radiation sources used in the field of industrial non-destructive pose a risk of exposure due to ageing equipment and operator carelessness. Thus, the need for a safety management system to trace the location of the source is being added. In this study, Monte Carlo Simulation was performed to analys...
Radiation sources used in the field of industrial non-destructive pose a risk of exposure due to ageing equipment and operator carelessness. Thus, the need for a safety management system to trace the location of the source is being added. In this study, Monte Carlo Simulation was performed to analyse the angle dependence of the unit-cell comprising the line-array dosimeter for tracking the location of radiation sources. As a result, the margin of error for the top 10% of each slope was 5.90% at $0^{\circ}$, 8.08% at $30^{\circ}$, and 20.90% at $60^{\circ}$. The ratio of the total absorbed dose was 83.77% at $30^{\circ}$ and 53.36% at $60^{\circ}$ based on $0^{\circ}$(100%) and showed a tendency to decrease with increasing slope. For all gradients, the maximum number was shown at $30^{\circ}$ No. 9 pixels, and for No. 10, there was a tendency to drop 7.24 percent. This study has shown a large amount of angle dependence, and it is estimated that the proper distance between the source and line-array dosimeters should be maintained at a distance of not less than 1 cm to reduce them.
Radiation sources used in the field of industrial non-destructive pose a risk of exposure due to ageing equipment and operator carelessness. Thus, the need for a safety management system to trace the location of the source is being added. In this study, Monte Carlo Simulation was performed to analyse the angle dependence of the unit-cell comprising the line-array dosimeter for tracking the location of radiation sources. As a result, the margin of error for the top 10% of each slope was 5.90% at $0^{\circ}$, 8.08% at $30^{\circ}$, and 20.90% at $60^{\circ}$. The ratio of the total absorbed dose was 83.77% at $30^{\circ}$ and 53.36% at $60^{\circ}$ based on $0^{\circ}$(100%) and showed a tendency to decrease with increasing slope. For all gradients, the maximum number was shown at $30^{\circ}$ No. 9 pixels, and for No. 10, there was a tendency to drop 7.24 percent. This study has shown a large amount of angle dependence, and it is estimated that the proper distance between the source and line-array dosimeters should be maintained at a distance of not less than 1 cm to reduce them.
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문제 정의
[8,9] 이에 본 연구에서는 주사기에 적용할 수 있는 HgI2 unit-cell 선량계의 각도의존성을 분석하기 위한 기초연구로써, 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 이때 사용된 tool은 유럽원자핵공동연구소(CERN)에서 개발한 FLUKA(FLUktuie rende KAskade)[10]를 활용하였다.
본 연구는 RI 선원의 위치 추적을 위한 linearray 선량계의 각도의존성을 분석하기 위한 연구로써, 몬테카를로 시뮬레이션 코드 중 하나인 FLUKA코드를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 기울기가 증가함에 따라서 선원과의 거리가 근접한 영역에서 높은 수치를 보였지만, 일정 거리에서 누설되는 선량이 발생되어 수치가 낮아지는 경향을 보였다.
기하학적 설계는 가장 기본적으로 수행하여야 할 항목으로 방사선 노출 및 조사 환경을 실제와 같게 모델링 하는 것이다. 이에 본 연구에서는 RI 선원의 위치 검증을 위한 line-array 선량계에 포함되는 unit-cell 선량계에 대한 각도의존성 평가를 위한 시뮬레이션 모델을 설계하였다. 이후 해당 모델을 FLUKA 코드에 동일하게 기하학적 설계를 수행하였다.
제안 방법
Scoring을 위해 unit-cell 선량계(HgI2, 1 cm × 1 cm)를 USRBIN card를 이용하였으며, unit-cell 선량계의 전체 흡수선량 분포를 얻기 위해, scoring type을 선량으로, 10 × 10 binning 하여 1 mm × 1 mm size로 100개의 흡수선량(GeV/g)을 얻도록 설계하였다.
각 기울기의 수치비교는 unit-cell 선량계 중앙에 위치하는 x축을 기준으로 모든 각도에 대한 수치를 나타내었으며, 가장 높은 흡수선량 수치를 나타내는 30°의 No.9 pixel 수치를 기준으로 정규화 하였다.
또한 모든 기울기에 대한 총 흡수선량 값을 제시하기 위해 0°의 총 흡수선량 기준으로 정규화 하였다.
분포도 분석의 경우, 각각의 기울기 결과의 최대 수치를 기준으로 정규화 하였다. 또한 선량분포가 높은 영역에서의 크기 변화를 나타내기 위해 상위 10%에 속하는 분포에 대하여 오차율을 제시하였다. 또한 모든 기울기에 대한 총 흡수선량 값을 제시하기 위해 0°의 총 흡수선량 기준으로 정규화 하였다.
본 연구에서는 각 기울기 분포에 대한 정량적 수치를 비교하기 위해 x축 No.5 pixel에 위치하는 y축의 모든 pixel 수치를 비교하였다. Fig.
본 연구에서는 고정된 Ir-192 선원에 대하여 unit–cell 선량계의 중심축을 기준으로 기울기 0°, 30°, 60° 에 대한 선량 분포도를 확인함으로써 각도의존성에 대한 경향성을 분석하였다.
본 연구에서는 고정된 Ir-192 선원에 대하여 unit-cell 선량계의 중심축을 기준으로 기울기 0°, 30°, 60°에 대한 흡수선량 분포도 제시하였으며, 각 기울기에 흡수선량 수치를 비교하였다.
본 연구에서는 고정된 Ir-192 선원에 대하여 unit-cell 선량계의 중심축을 기준으로 기울기 0°, 30°, 60°에 대한 흡수선량 분포도 제시하였으며, 각 기울기에 흡수선량 수치를 비교하였다. 분포도 분석의 경우, 각각의 기울기 결과의 최대 수치를 기준으로 정규화 하였다. 또한 선량분포가 높은 영역에서의 크기 변화를 나타내기 위해 상위 10%에 속하는 분포에 대하여 오차율을 제시하였다.
설계된 unit-cell 선량계는 1 cm × 1 cm 로 구성하였으며, 구간별 선량분포의 정량적인 평가를 위해 0.1 cm × 0.1 cm의 pixel 단위로써 총 100개의 pixel로 세분화하였다.
이에 본 연구에서는 RI 선원의 위치 검증을 위한 line-array 선량계에 포함되는 unit-cell 선량계에 대한 각도의존성 평가를 위한 시뮬레이션 모델을 설계하였다. 이후 해당 모델을 FLUKA 코드에 동일하게 기하학적 설계를 수행하였다. Fig.
이론/모형
[8,9] 이에 본 연구에서는 주사기에 적용할 수 있는 HgI2 unit-cell 선량계의 각도의존성을 분석하기 위한 기초연구로써, 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 이때 사용된 tool은 유럽원자핵공동연구소(CERN)에서 개발한 FLUKA(FLUktuie rende KAskade)[10]를 활용하였다. FLUKA는 현재 다양한 물리모델을 적용하고 있으며 그에 따른 정확도가 입증되었다.
성능/효과
30°는 한쪽 영역으로 흡수선량이 선형적으로 증가하며, 60°의 경우는 2차 함수적으로 급격하게 증가하는 경향성을 보였다.
본 연구는 RI 선원의 위치 추적을 위한 linearray 선량계의 각도의존성을 분석하기 위한 연구로써, 몬테카를로 시뮬레이션 코드 중 하나인 FLUKA코드를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 기울기가 증가함에 따라서 선원과의 거리가 근접한 영역에서 높은 수치를 보였지만, 일정 거리에서 누설되는 선량이 발생되어 수치가 낮아지는 경향을 보였다. 선량 분포도에서 상위 10% 영역은 기울기가 높아질수록 오차율이 크게 발생되며 이는 1cm 이내 거리에서는 각도의존성의 크게 발생되는 결과를 보였다.
그 결과 기울기가 증가함에 따라서 선원과의 거리가 근접한 영역에서 높은 수치를 보였지만, 일정 거리에서 누설되는 선량이 발생되어 수치가 낮아지는 경향을 보였다. 선량 분포도에서 상위 10% 영역은 기울기가 높아질수록 오차율이 크게 발생되며 이는 1cm 이내 거리에서는 각도의존성의 크게 발생되는 결과를 보였다. 본 결과는 선원과 거리가 근접할수록 투과선량이 크게 발생되기 때문에 오차율을 발생시키는 원인이 될 수 있으며, 선원으로부터 받아들이는 조사야 차이로 인한 결과로 사료된다.
이때 총 흡수선량의 비율은 0°(100%)를 기준으로 30°에서 83.77%, 60°에서 53.36%로 나타났으며, 고정된 선원에 대하여 unit-cell 선량계의 기울기가 증가할수록 흡수선량은 감소하는 경향성을 보였다.
후속연구
이는 고선량률 근접치료계획 시스템에서 1 cm 거리를 기준으로 계획하는 것과 같이[12] unit-cell 선량계의 각도의존성을 줄이기 위해서는 1 cm 이상의 적정거리를 유지해야 하는 것으로 사료된다. 또한 line-array 선량계의 최적화를 위해 흡수선량을 높이기 위한 두께 효율성과 거리의존성에 대한 추가적인 연구가 이루어진다면, 방사선원을 이용하는 모든 분야에서 안전관리 시스템 구축을 위한 정확한 지표를 제시할 수 있을 것으로 사료된다.
본 결과는 선원과 거리가 근접할수록 투과선량이 크게 발생되기 때문에 오차율을 발생시키는 원인이 될 수 있으며, 선원으로부터 받아들이는 조사야 차이로 인한 결과로 사료된다. 본 연구는 선원의 위치 추적을 위한 선량계의 적정거리를 확인할 수 있는 지표로 활용될 수 있다. 이는 고선량률 근접치료계획 시스템에서 1 cm 거리를 기준으로 계획하는 것과 같이[12] unit-cell 선량계의 각도의존성을 줄이기 위해서는 1 cm 이상의 적정거리를 유지해야 하는 것으로 사료된다.
참고문헌 (12)
P. Guide, Manual on gamma radiography, International Atomic Energy Agency PRSM 1, Austria, pp. 1-57, 1996.
E. Massoud, "Dose assessment for some industrial gamma sources with an application to a radiation accident, Open Journal of Modelling and Simulation," Vol. 2, No. 1, pp. 4-11, 2014.
G. T. Joo, J. S. Shin, D. E. Kim, J. H. Song, S. H. Choo, H. K. Chang, "Development of automatic remote exposure controller for gamma radiography," Journal of Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 22, No. 5, pp. 490-499, 2002.
K. J. Lee, J. I. Yun, B. G. Park, S. Kim, B. S. Lee, "Evaluation of luminance performance of scintillating film for monitoring the position of a radioactive source in an NDT apparatus," Journal of Radiological Science Technology, Vol. 28, No. 1, pp. 13-17, 2005.
K. T. Kim, J. H. Kim, M. J. Han, Y. J. Heo, S. K. Park, Characterization of a new dosimeter for the development of a position-sensitive detector of radioactive sources in industrial NDT equipment, Journal of Instrumentation, Vol. 13, No. 2, C02003, 2018. DOI:10.1088/1748-0221/13/02/C02003
Y. J. Heo, K. T. Kim, M. J. Han, C. W. Moon, J. E. Kim, J. K. Park, S. K. Park, "Development of a stable and sensitive semiconductor detector by using a mixture of lead(II) iodide and lead monoxide for NDT radiation dose detection," Journal of Instrumentation, Vol. 13, No. 3, C03023, 2018. DOI:10.1088/1748-0221/13/03/C03023
D. Terribilini, P. Manser, D. Frei, W. Volken, R. Mini, M. K. Fix, "Implementation of a brachytherapy Ir-source in an in-house system and comparison of simulation results with EGSnrc, VMC++ and PIN," Journal of Physics: Conference Series, Vol. 74, No. 1, pp. 12-22, 2007.
G. Hajdok, J. J. Battista, I. A. Cunningham, "Fundamental X-ray interaction limits in diagnostic imaging detectors: Spatial resolution," Medical Physics, Vol. 35, No. 7, pp. 3180-3193, 2008.
K. M. Oh, J. S. Kim, J. W. Shin, S. U. Heo, G. S. Cho, D. K. Kim, J. G. Park, S. H. Nam, "Improvement in pixel signal uniformity of polycrystalline mercuric iodide films for digital X-ray imaging," Japanese Journal of Applied Physics, Vol 53, No. 3, 031201, 2014. DOI:10.7567/JJAP.53.031201
R. Herrera, MCNP5 Monte Carlo based Dosimetry for the Nucletron Iridium-192 High Dose-rate Brachytherapy Source with Tissue Heterogeneity Corrections, Florida, pp. 1-76, 2012.
M. Sawicki, Treatment Planning in Brachytherapy HDR Based on Three-Dimensional Image, Book Citation Index, London, pp. 28-61, 2017.
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