[논문]몬테카를로 시뮬레이션에 의한 납과 비스무트 흡수율 분석

김갑중; 김낙상; 유세종; 이원정; 김정호; 홍성일; 전민철

doi:10.7742/jksr.2022.16.4.419

[국내논문] 몬테카를로 시뮬레이션에 의한 납과 비스무트 흡수율 분석
Analysis of Lead and Bismuth Absorption Rate by Monte Carlo Simulation 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.4, 2022년, pp.419 - 425

김갑중 (송호대학교 방사선(학)과) , 김낙상 (송호대학교 방사선(학)과) , 유세종 (건양대학교 방사선학과) , 이원정 (대전보건대학교 방사선(학)과) , 김정호 (선린대학교 방사선(학)과) , 홍성일 (광양보건대학교 방사선과) , 전민철 (대전보건대학교 방사선(학)과)

초록
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의료현장에서는 방사선으로부터 인체를 보호하기 위하여 납 앞치마를 사용한다. 하지만 납은 중금속으로 인체 및 환경에 유해성을 나타내고 있어 다양한 차폐체 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 납과 원자번호가 비슷한 비스무트를 새로운 소재로 설정하고 같은 에너지 영역에서 두께에 따른 흡수율을 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 납 차폐체 두께가 0.25 mm인 경우 비스무트 두께가 0.3 mm, 납 0.50 mm인 경우 비스무트 0.60 mm, 납 0.75 mm인 경우 비스무트 0.90 mm에서 유사한 경향성을 확인할 수 있었다. 따라서 차폐체의 소재로 납을 비스무트로 대체하여 사용하는 데는 무리가 없을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the medical field, lead aprons are used to protect the human body from radiation. However, lead is a heavy metal that is harmful to the human body and the environment, so various shield are being developed. In this study, bismuth, which has a similar atomic number to lead, was set as a new material and the absorption rate according to thickness in the same energy region was compared and evaluated through Monte Carlo simulation. The same tendency was confirmed when the thickness of the lead shield was 0.25 mm, the thickness of the bismuth was 0.3 mm, when the lead was 0.50 mm, the bismuth was 0.60 mm, and when the lead was 0.75 mm, the bismuth was 0.90 mm. Therefore, it is reasonable to replace lead with bismuth in the shield material.

Keyword

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Open Source GATE Homepage^[15].
그림 Fig. 2. Overall simulation structure.
표 Table 1. Shielding Characteristics and Setting Parameters
그림 Fig. 3. This Graph show the Comparison of Radiation Absorption Rates at each Shielding Element Thickness.
표 Table 2. Lead Shield Absorption Rate at each Tube Voltage (Unit : %)
표 Table 3. Bismuth Shield Absorption Rate at each Tube Voltage (Unit : %)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 납의 문제점을 해결하기 위해 밀도와 원자번호가 높은 점을 공유하고 있는 납과 가장 비슷한 비스무트를 새로운 차폐용 소재로 설정하고 같은 에너지 영역에서 납과 비스무트의 두께에 따른 흡수율을 비교하였다. 이를 통해 방사선 흡수율을 납보다 높이면서, 적정 수준의 차폐 성능을 유지할 수 있는 무납 차폐체 소재로의 제작 가능성을 평가하는 것이 본 연구의 목적이다.
본 연구는 납의 문제점을 해결하기 위해 밀도와 원자번호가 높은 점을 공유하고 있는 납과 가장 비슷한 비스무트를 새로운 차폐용 소재로 설정하고 같은 에너지 영역에서 납과 비스무트의 두께에 따른 흡수율을 비교하였다. 이를 통해 방사선 흡수율을 납보다 높이면서, 적정 수준의 차폐 성능을 유지할 수 있는 무납 차폐체 소재로의 제작 가능성을 평가하는 것이 본 연구의 목적이다.
본 연구에서는 차폐체의 종류 및 두께를 주요 변수로 두어 연속 스펙트럼을 갖는 엑스선에 대해 각 에너지에 따른 방사선 흡수율을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 몬테카를로 기법 중 하나인 GATE v8.0을 사용하여 의료 진단에너지 영역 내에서 차폐원소인 납과 비스무트의 두께에 따른 방사선 흡수율을 모의 추정하고자 하였다.

성능/효과

마지막으로 에너지 120 kVp에서, 납일 때 각각 77.41%, 88.85%, 92.50%, 93.90%로 나타났고, 비스무트일 때 52.14%, 69.37%, 73.31%, 83.63%, 86.95%, 89.21%, 90.79%, 91.88%, 92.63%, 93.19%로 나타났다.
31)과 유사하였다. 또한, 납 0.50 mm인 경우 70, 100, 120 kVp에서의 방사선 흡수율은 92.77, 89.58, 88.85로 나타났으며 이는 비스무트 0.60 mm일 때의 방사선 흡수율 (93.01, 90.00, 89.21)과 유사하다, 또한 납 0.75 mm 인 경우 70, 100, 120 kVp에서의 방사선 흡수율은 93.71, 92.61, 92.50로 나타났으며 이는 비스무트 0.90 mm에서 방사선 흡수율(93.80, 92.84, 92.63)과 유사한 경향성을 확인할 수 있었다.

후속연구

이와 같이 차폐체의 소재로 납을 비스무트로 대체하여 사용되는데 무리가 없을 것으로 사료된다. 현재 납의 사용이 기피되고 있는 시점에서 납을 대신하여 사용할 차폐체 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
현재 납의 사용이 기피되고 있는 시점에서 납을 대신하여 사용할 차폐체 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이를 통해 납보다 방사선 흡수율을 높이면서 적정 수준의 차폐 성능을 유지할 수 있는 무납 차폐체 소재의 제작 가능 및 발전 가능성이 무궁할 것으로 사료된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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