[논문]무연 방사선 융합 차폐시트 단일 구조와 적층 구조의 비교를 통한 두께별 차폐성능 예측

김선칠

doi:10.15207/jkcs.2021.12.1.105

무연 방사선 융합 차폐시트 단일 구조와 적층 구조의 비교를 통한 두께별 차폐성능 예측
Prediction of Shielding Performance by Thickness by Comparing the Single and Laminated Structures of Lead-free Radiation Fusion Shielding Sheets 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.12 no.1, 2021년, pp.105 - 110

초록
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의료기관에서 최근 많이 사용되고 있는 친환경 소재 방사선 차폐체는 시트 형태로 제작되어 Apron의 재료로 활용되고 있다. 친환경 Apron의 차폐성능은 납당량을 기준으로 제시되고 있으며, 납당량은 0.25~0.50mmPb로 제시되고 있다. 납이 주재료 사용되는 차폐체인 경우 납의 우수한 가공성으로 인해 두께로 차폐성능을 조절할 수 있다. 그러나 친환경 차폐시트는 차폐재료의 함량, 베이스 재료인 고분자 물질의 물성, 공정과정의 기술적 차이에 따라 차폐성능이 변화되어 두께 기준의 차폐성능을 제어하기가 어렵다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 두께를 기준으로 차폐시트를 제작하여 차폐성능을 평가, 비교하였다. 동일한 시트 제작공정을 제시하여 두께를 제어할 수 있는 캘린더 공정의 압연 기술을 적용하였고 여러층의 적층 구조와 단일 구조로 제작된 두 시트의 두께별 차폐성능을 비교하여 5%대의 차이를 관찰하였다. 그 결과 여러 층으로 차폐한 적층 구조 차폐시트가 더 효과적임을 증명하는 동시에 두께 중심의 차폐성능의 가능성을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Radiation shielding of affinity material, which is widely used in medical institutions, is made in sheet form and is mainly applied to apron. Shielding performance is presented based on lead equivalent, and is presented as 0.25-0.50mmPb. In the case of shielding materials where lead is used as the main material, the shielding performance can be adjusted by thickness due to the excellent machinability of lead. However, eco-friendly shielding sheets are difficult to control shielding performance based on thickness criteria as shielding performance varies depending on the content of shielding materials, the properties of polymeric materials that are base materials, and the technical differences in the process. In this study, shielding sheets were manufactured based on thickness to solve these problems and the shielding performance was compared in this study. As a result, it was shown that the laminated structure shielding sheet was more effective.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Sheet Process with Thickness Adjustment
그림 Fig. 2. Calender process technology through constant speed rotation
그림 Fig. 3. Evaluation of Radiation Shielding Performance of Shielding Sheets
그림 Fig. 4. The appearance of the final shielding sheet ((a) and (c) are a stacked structure of 5 sheets and 3 sheets, respectively, and (b) and (d) are sheets made of 1 sheet with the same thickness)
그림 Fig. 5. Structure of the shielding sheet's internal SEM photo
표 Table 1. Fabrication composition of radiation shielding sheet
표 Table 2. Result of the radiation shielding sheet tests [60kVp]
표 Table 3. Result of the radiation shielding sheet tests [60kVp]
표 Table 4. Result of the radiation shielding sheet tests [100kVp]
표 Table 5. Result of the radiation shielding sheet tests [100kVp]

AI 본문요약
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문제 정의

고밀도로 텅스텐을 첨가하지 않고 동일한 공정 조건 하에서 차폐 시트의 차폐성능을 비교하기 위해 차폐시트의 최종무게를 동일하게 맞추고자 하였다. 그 결과 Fig 5의 입자 분산 SEM 사진에서도 시트 내부 밀도의 큰 차이가 없다는 것을 관찰할 수 있다.
동일한 공정을 통해 두께에 대한 차폐성능을 표준화 하여 방사선 차폐성능의 재현성을 유지하고자 하였다. 그 결과 동일한 제조 공정을 기반으로 한 경우 여러 겹의 적층 구조 차폐시트의 차폐성능이 5% 정도 상향되게 나타나, 두께별 차폐성능 예측에 있어서 이 점을 고려하여 차폐구조와 차폐성능을 계산할 수 있다.
동일한 차폐 구성물질로 제작된 시트의 두께에 대한 구성이 단일구조에서 여러 층을 겹겹이 구성한 복합 적층 구조로 차폐성능을 비교하여 차폐율이 예측가능한 두께를 산정하고자 연구하였고, 차폐시트 제조 결과 차폐성능의 차이의 범위를 알아내었다. 따라서 향후 차폐물질의차이에 따라 두께를 예측할 수 있는 시스템이 필요하다고 사료된다.
동일한 차폐성능의 두께별 차폐율 변화를 실험하여 적층 구조 차폐시트의 차폐성능 재현성에 대하여 연구하고자 한다. 한 장의 차폐시트와 여러 장 겹겹이 적층 한 시트 구조의 차폐성능 차이를 비교 분석하였다.
관전압을 사용하였다. 이는 인체에 사용되는 에너지 중 저에너지 영역대와 고에너지 영역대의 차폐성능을 평가하기 위해 사용하였다.
한 장의 차폐시트와 여러 장 겹겹이 적층 한 시트 구조의 차폐성능 차이를 비교 분석하였다. 이를 통해 단일 구조와 적층 구조의 차폐 성능의 차이를 제시하고 동일한 조건으로 10회의 동일한 차폐시트 제조공정을 통해 최종 제품인 차폐시트의 차폐성능 재현성을 제시하고자 한다. 최대한 외부 영향인자를 줄인 동일한 제조공정을 제시하여 여러 장 시트가 동일한 두께 범위에 차폐 능을 나타낼 수 있는지를 실험하였다.
최대한 외부 영향인자를 줄인 동일한 제조공정을 제시하여 여러 장 시트가 동일한 두께 범위에 차폐 능을 나타낼 수 있는지를 실험하였다. 이를 통해 적층 구조 시트의 차폐성능 예측 가능성을 평가하고자 하였다.

제안 방법

5%)을 사용하여 캐스팅 용액을 만들었다. DMF를 10wt% 내외의 비율로 교반기에 폴리우레탄(PU:Polyurethane) 를 녹이고 완성된 캐스팅 용액에 텅스텐 마이크로 분말을 첨부하여 5000rpm으로 교반하여 텅스텐 입자를 분산시켰다. 차폐시트 내부의 공극을 제거하기 위하여 사용된 가소제는 Diisononyl phthalate (DINP)를 0.
측정방식은 납당량 시험방법(KS A 4025 : 2017)과 동일한 실험방법을 준수하여 적용하였다[8]. X 선 차폐율 측정은 시트 1장씩의 반복 복층형태의 차폐 효과와 제작과정에서 동일 두께로 제작된 3장과 5장의 단일 구조 차폐시트의 차폐효과를 비교하였다. 실험에서 방사선 차폐시트의 차폐율 측정은 E.
X-선 발생장치와 방사선 검출 분석기를 이용하여 방사선 차폐시트를 의료기관 방사선 촬영에서 사용되는 저선량 범위와 고선량 범위인 60kVp와 100kVp 두 영역의 관전압을 사용하였다. 이는 인체에 사용되는 에너지 중 저에너지 영역대와 고에너지 영역대의 차폐성능을 평가하기 위해 사용하였다.
시트 제작의 공통된 공정기술 플랫폼을 연구하기 위해 제작된 단일구조 차폐 시트의 구조는 Table 1과 같다. 단일 구조 시트를 복층으로 하여 차폐성능을 비교하여 적층 구조의 데이터와 동일하도록 구성하였다.
10개의 동일한 시트를 제작하였다. 따라서 두께의 재현성을 유지하기 위해서는 Fig. 1과 같이 성형 압착과정은 등속 회전 방식의 캘린더 공정을 이용하여 여러 형태의 공정 과정을 실험하여 단일 방법을 선택하였다. 따라서 동일한 두께의 시트를 재현하기 위해 공정 과정의 기술을 동일하게 적용하였다.
따라서 본 연구는 납 대신에 텅스텐을 이용하여 고분자 수지와 혼합하여 친환경 방사선 차폐시트를 제작하였다. 동일한 차폐성능의 두께별 차폐율 변화를 실험하여 적층 구조 차폐시트의 차폐성능 재현성에 대하여 연구하고자 한다.
따라서 본 연구에서 여러가지의 조건 등을 고려하지 못한 한계점도 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 동일한 조건을 맞추어 시트를 제작하였으며, 10kg의 대량생산을 통해 일정 크기의 시트를 실험한 결과로 방사선 차폐시트의 대량생산에 초점을 맞추어 실험하였다.
방사선 차폐를 목적으로 한 친환경 차폐시트 적층 구조의 차폐성능을 단일구조와 비교하여 차이점을 분석하였다. 동일한 공정을 통해 두께에 대한 차폐성능을 표준화 하여 방사선 차폐성능의 재현성을 유지하고자 하였다.
따라서 혼합물의 구성에 따라 차폐성능에 영향을 줄 수 있기 때문에 차폐물질의 함량을 기준으로 혼합물의 중량을 포함해야 한다. 본 실험을 위해 제작한 시트의 차폐성능을 동일한 조건으로 비교 평가하기 위해서는 동일 면적의 차폐물질과 고분자 수지의 중량을 기준으로 제시하였다.
(a)는 일반 캘런더 압연 성형과정으로 70℃의 온도로 반복 압연을 통해 시트를 제작하였으며 (b), (c)는 두 개의 시트를 하나로합포하는 과정으로 동일한 혼합물의 양을 투입하여 2배로 시트의 두께를 만들었다. 이렇게 제작된 시트의 두께 변화와 차폐성능을 평가하였다.
차폐시트 내의 텅스텐 입자 분포상태를 확인하기 위해 Field Emission Scanning Electron Microscope을 15.0kV×10.0k 조건으로 SEM으로 분석하였다. 차폐성능을 테스트하기 위한 실험장비로 X-선 발생장치 (MOBIX-1000, Listem, 2010), 방사선 검출선량계는이온챔버 전리조(Radcal 2186(Accu-Dose), Radcal Co, 2017, Correction.
이를 통해 단일 구조와 적층 구조의 차폐 성능의 차이를 제시하고 동일한 조건으로 10회의 동일한 차폐시트 제조공정을 통해 최종 제품인 차폐시트의 차폐성능 재현성을 제시하고자 한다. 최대한 외부 영향인자를 줄인 동일한 제조공정을 제시하여 여러 장 시트가 동일한 두께 범위에 차폐 능을 나타낼 수 있는지를 실험하였다. 이를 통해 적층 구조 시트의 차폐성능 예측 가능성을 평가하고자 하였다.
95wt%를 사용하였다. 최종 케스팅 용액의 균일한 차폐성능을 유지하기 위해서 이물질을 필터링을 통해 제거하고, 탈포 과정을 거친 후 압착 성형의 카렌더 공정으로 마무리 하였으며, 시트의 크기는 500㎜×500㎜로 작업을 수행하였다.
친환경 방사선 차폐시트의 동일한 차폐성능을 평가하는 실험이라 본 연구에서는 혼합물의 함량을 일정한 용량으로 고정하고 두께 재현성에 초점을 두고 동일한 공정기술로 10개의 동일한 시트를 제작하였다. 따라서 두께의 재현성을 유지하기 위해서는 Fig.
동일한 차폐성능의 두께별 차폐율 변화를 실험하여 적층 구조 차폐시트의 차폐성능 재현성에 대하여 연구하고자 한다. 한 장의 차폐시트와 여러 장 겹겹이 적층 한 시트 구조의 차폐성능 차이를 비교 분석하였다. 이를 통해 단일 구조와 적층 구조의 차폐 성능의 차이를 제시하고 동일한 조건으로 10회의 동일한 차폐시트 제조공정을 통해 최종 제품인 차폐시트의 차폐성능 재현성을 제시하고자 한다.

대상 데이터

9%)을 사용하였고, 텅스텐 분말을 초음파 분쇄 장비를 활용하여 입자를 5이하로 분쇄하여 70℃에 12시간 건조하여 사용하였다. 고체상태의 폴리머(PU, MW 100000∼150000) 를 사용하기에 용매는 N-dimethylformamide(DMF, 99.5%)을 사용하여 캐스팅 용액을 만들었다. DMF를 10wt% 내외의 비율로 교반기에 폴리우레탄(PU:Polyurethane) 를 녹이고 완성된 캐스팅 용액에 텅스텐 마이크로 분말을 첨부하여 5000rpm으로 교반하여 텅스텐 입자를 분산시켰다.
Fig 4와 같이 비교되었다. 두께의 변화 없이 공정기술제어로 시트를 제작하였다. 시트 제작의 공통된 공정기술 플랫폼을 연구하기 위해 제작된 단일구조 차폐 시트의 구조는 Table 1과 같다.
DMF를 10wt% 내외의 비율로 교반기에 폴리우레탄(PU:Polyurethane) 를 녹이고 완성된 캐스팅 용액에 텅스텐 마이크로 분말을 첨부하여 5000rpm으로 교반하여 텅스텐 입자를 분산시켰다. 차폐시트 내부의 공극을 제거하기 위하여 사용된 가소제는 Diisononyl phthalate (DINP)를 0.85∼ 0.95wt%를 사용하였다. 최종 케스팅 용액의 균일한 차폐성능을 유지하기 위해서 이물질을 필터링을 통해 제거하고, 탈포 과정을 거친 후 압착 성형의 카렌더 공정으로 마무리 하였으며, 시트의 크기는 500㎜×500㎜로 작업을 수행하였다.
차폐시트 재료는 텅스텐 분말(순도 99.9%)을 사용하였고, 텅스텐 분말을 초음파 분쇄 장비를 활용하여 입자를 5이하로 분쇄하여 70℃에 12시간 건조하여 사용하였다. 고체상태의 폴리머(PU, MW 100000∼150000) 를 사용하기에 용매는 N-dimethylformamide(DMF, 99.

이론/모형

측정방식은 납당량 시험방법(KS A 4025 : 2017)과 동일한 실험방법을 준수하여 적용하였다[8]. X 선 차폐율 측정은 시트 1장씩의 반복 복층형태의 차폐 효과와 제작과정에서 동일 두께로 제작된 3장과 5장의 단일 구조 차폐시트의 차폐효과를 비교하였다.

성능/효과

그 결과 Fig 5의 입자 분산 SEM 사진에서도 시트 내부 밀도의 큰 차이가 없다는 것을 관찰할 수 있다. 고밀도로 텅스텐 입자를 충전한 것이 아니어서 우수한 차폐성능을 나타나지 않았지만 두께에 대해 비례적인 관계의 차폐성능은 얻을 수 있었다.
동일한 공정을 통해 두께에 대한 차폐성능을 표준화 하여 방사선 차폐성능의 재현성을 유지하고자 하였다. 그 결과 동일한 제조 공정을 기반으로 한 경우 여러 겹의 적층 구조 차폐시트의 차폐성능이 5% 정도 상향되게 나타나, 두께별 차폐성능 예측에 있어서 이 점을 고려하여 차폐구조와 차폐성능을 계산할 수 있다.
이는 적층구조 사이의 아주 작은 공기층이 방사선 산란과 흡수에 영향을 끼치는 것을 예측할 수 있다. 단일 구조보다 적층 구조가 저 에너지에서는 5.4 ∼ 7.4% 정도의 차폐율 상승효과가 있으며, 고에너지에서는 2.6 ∼ 5.5% 정도 증가함을 보였다.

후속연구

차이의 범위를 알아내었다. 따라서 향후 차폐물질의차이에 따라 두께를 예측할 수 있는 시스템이 필요하다고 사료된다.
본 연구에서 제시된 단일구조와 적층 구조의 차이는 본 연구에서는 적층 사이의 공기 함량에 따른 변화로 예측되며, 향후 두께와 밀도, 입자의 분산 정도를 고려하는 공정기술도 필요할 것으로 생각된다. 이러한 점은 앞으로 연구되어야 하며, 본 실험에서 입자 사진을 보고 예측한 결과이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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