초록 ▼

1) 선량계로써의 EPR 스펙트럼 특성 분석 가) 실험절차의 확립 EPR dosimetry를 위한 실험 절차로는 치아의 수집, 에나멜과 덴틴의 분리, 에나멜의 기계적 및 화학적 방법을 활용한 분쇄, 에나멜의 백그라운드 EPR 스펙트럼의 측정, 에나멜에 대한 방사선 조사, 조사된 에나멜의 EPR 스펙트럼 측정, 방사선 조사에 의해 생성된 EPR 스펙트럼 평가로 이어지는 일련의 과정을 통해 이루어진다. 나) 생체시료의 EPR 스펙트럼 특성분석 생체시료로써 인체의 치아와 동물뼈를 선택해서 실험을 수행하였다. 치아 에나멜의 경우 일단 에나

1) 선량계로써의 EPR 스펙트럼 특성 분석 가) 실험절차의 확립 EPR dosimetry를 위한 실험 절차로는 치아의 수집, 에나멜과 덴틴의 분리, 에나멜의 기계적 및 화학적 방법을 활용한 분쇄, 에나멜의 백그라운드 EPR 스펙트럼의 측정, 에나멜에 대한 방사선 조사, 조사된 에나멜의 EPR 스펙트럼 측정, 방사선 조사에 의해 생성된 EPR 스펙트럼 평가로 이어지는 일련의 과정을 통해 이루어진다. 나) 생체시료의 EPR 스펙트럼 특성분석 생체시료로써 인체의 치아와 동물뼈를 선택해서 실험을 수행하였다. 치아 에나멜의 경우 일단 에나멜이 덴틴으로부터 분리되면 일반적으로 유발과 유봉를 이용하여 분말형태로 만든다. 이러한 과정을 거치는 이유는 선량에 의해 생성되는 CO2-가 이방성을 가지게 되고 이것은 분말형태를 사용함으로써 감소시킬수 있기 때문이다. 치아 에나멜에 방사선 조사를 시킬 경우 대략 1개월 정도 지속되는 transient EPR 스펙트럼이 생성된다. 스펙트럼 분해능과 평가방법에 따라서 이러한 신호는 선량 유발신호와 상호작용을 일으킬 수 있으며 선량평가 결과에영향을 줄 수 있다. 이러한 현상을 저감화하기 위해서는 샘플을 조사 시킨뒤 상온 에서 대략 1개월간 보관하는 과정을 거치든지 아니면 90～95℃로 2시간동안annealing하는 방법을 활용할 수 있다. 측정과정사이에서 샘플의 수분 함량의 변화를 피하기 위하여 annealing후 하루 정도 주위 환경과 샘플이 평형을 이루도록 하는 과정이 권고된다. 조사된 치아 에나멜의 EPR 스펙트럼은 수많은 신호들을 포함하고 있으며 이것들은 보통 방사선에 의해 생성된 신호와 방사선에 둔감한 신호들로 구분할 수 있다. 이러한 접근법은 아무리 방사선 조사에 둔감한 신호라 하더라도 100Gy 이상의 방사선 조사에 의해서는 약간의 영향을 받는다는 증거에 의한 것이다. 그러나, 이러한 EPR 스펙트럼 구성성분들은 회구 선량 범위에서는 방사선에 둔감한 것으로써 고려될 수 있다. 뼈는 치아와 달리 체내에 있는 조직으로써, 주변의 혈장과의 반응으로 인해 그 구성성분이 일정하게 유지되지는 않는다. 또한, 사고 발생시에서도 뼈를 대상으로한 선량평가의 경우는 극히 드문 경우로 극한될 것으로 판단된다. 외국의 경우에도, 뼈를 이용한 EPR dosimetry의 사례 및 기법에 대한 논의는 거의 이루어지지 않고 있는 실정이지만, 적용 사례가 드물게 있으므로, 본 연구에서도 뼈를 이용한 선량평가를 위한 실험을 수행하였다. 인체의 뼈를 실험에서 사용하기에는 시료의 확보에 어려운 점이 있어, 토끼의 다리뼈, 소의 다리뼈를 이용하여 실험을 수행하였다. 인체의 뼈와는 구성성분의 차이가 다소 있을 것으로 판단되나, 시료의 전처리 및 스페트럼의 분석을 위해서는 충분할 것이라 판단된다.시료의 전처리 과정은 앞서 논의한 치아의 전처리 과정과 동일하게 수행하였다. 다만, 뼈에는 치아에 비하여 유기물질이 다량으로 함유되어 있으므로, 처리과정에 있어 제거되는 물질이 치아의 경우보다 많았다. 2) EPR 스펙트럼 평가 기법 향상가) EPR 스펙트럼 관련 인자 특성 분석 방사선 유발 신호 측정을 교란하는 몇가지 인자들이 존재한다. 우선 치아 자체가 비 균질적인 생체 시료로써 뼈와 뼈 그리고 치아간의 화학적 조성의 편차를 보이고 있다. 게다가 충치와 같은 치아의 손상이 있게 되면 이러한 편차는 더욱 커지게 된다. 예를 들어 동일인의 치아의 탄소 함량 편차는 선량 재구성에 있어서도 최대 40%까지 불확실성을 증대시킬 수 있다. EPR 신호에 영향을 주는 인자들은 빛에 의한 영향, 입도 크기에 의한 영향, Transient 방사선 유도 신호 영향, Dental X-rays가 있다. 이러한 신호중 Transient 방사선 유도 신호, 빛에 의해 유도된 신호, 그리고 입도 크기 영향은 모두 잠재적인 EPR 분석에 있어서의 오차를 발생시킬 수 있는 원인이 된다. 다행히, 이러한 인자들에 대한 지식을 통해 적절한 실험 절차를 세워서 이러한 인자들의 영향을 줄일 수 있다. 우선 Transient 방사선 유도 신호에 의한 영향의 경우 적절한 사전 어널링 작업을 통해 피할 수 있으며, 빛에 의한 영향의 최소화의 경우 어금니나 사랑니만을 사용함 으로써 각각의 기증자의 발치 이전에 빛에 의해서 조사될 수 있는 가능성을 배제하였다. 더욱이 발치된 이후 치아 보관의 경우 에탄올에 담가 어두운 장소에 보관을 하여 빛의 UV 광선에 의한 영향을 차단하였다. 또한 기계적 전처리 과정을 통해 나타 날 수 있는 날카로운 스펙트럼의 영향은 NaOH 용액을 이용한 사전전처리를 통해 피할 수 있으며, 입도 크기 역시 분말 형태로 시료를 제작할 때 입도 크기를 조절함으로써 통제될 수 있다. 나) EPR 스펙트럼의 시뮬레이션 기법 확립 EPR 시뮬레이션에 활용되는 시뮬레이션 프로그램으로써는 미국 보건원 산하의 환경 보건 연구원에서 1996년에 제작한 P.E.S.T (Public EPR Software Tools)와 Bruker사에서 EPR 측정장치에 번들로 제공하는 SimFonia, 그리고 미국 일리노이즈 주립 대학 박사학위 논문에서 처음 제시된 QPOW가 있다. 이 중 사용자 친환경적인 Windows 운영체제를 기반으로 제작된 프로그램은 P.E.S.T와 SimFonia이다. 본 연구에서는 EPR spectrum 측정에 사용하는 WIN-EPR 프로그램과 상호연동 할 수 있는 독일 Bruker 사가 제작한 SimFonia ver 1.5를 활용하여 EPR 스펙트럼 시뮬레이션에 활용하였다. EPR 스펙트럼을 구성하는 인자들은 크게 EPR 신호 측정시 발생하는 noise, 소량의 수분과 유기물에 의해 생성되는 EPR 신호, 그리고 방사선 조사에 의해 생성된 라디칼에 의한 신호가 있다. 그 결과 이러한 신호의 전체가 합쳐진 형태로 나타나게 되는 것이 우리가 최종적으로 확인할 수있는 EPR 스펙트럼이 된다.3) EPR 스펙트럼의 측정 하한치 확인 소다리 뼈의 경우 측정되는 EPR 스펙트럼도 높은 방사선 조사를 시킨 이후 (～ 8Gy)에 나타나며, 선형성은 보이고 있지만 PTP 높이의 증가율이 매우 낮아 실제 선량 회구 분석을 위해서는 치아의 경우에 비해 좀더 세밀한 평가 과정을 거쳐야 원하는 수준의 신뢰성을 확보 할 수 있을 것으로 보인다. 측정 하한치의 경우 기존 문헌에서는 뼈의 경우 <2Gy를 제시하고 있으며 치아 에나멜의 경우 <0.3 Gy를 제시하고 있다. 본 연구에서는 동물뼈의 경우 <8Gy 이상에서 그리고 치아 에나멜의 경우 <0.5 Gy 수준에서 EPR 스펙트럼을 확인 할 수 있었다. 이러한 측면을 평가해볼때 2년간의 기초연구를 통하여 외국 선진국의 기술수준을 어느정도 따라잡을 수 있었으며 향후 추가적인 연구를 통하여 효율성을 증가시킬수 있을 것으로 판단된다. 치아 에나멜을 통한 EPR 스펙트럼의 경우 외국에서 많은 응용사례가 발견되었으며 본 연구를 통해서 제시된 치아 전처리 방법과 측정기술, 그리고 시뮬레이션 기법의 확립을 통해서 어느 정도 신뢰할 수 있는 회구선량 기법이 확립되어 충분히 적용 가능하리라 판단된다. 동물 뼈의 경우 인체의 뼈와는 직접 비교하기에 어려움이 있다. 그러나 기존의 연구 사례를 살펴보면 1991년 메릴랜드에서 가속기 조작자가 조작 미숙으로 손에 과피폭을 당하여 손을 절단하는 사고가 있었으며 이 때 EPR 스펙트럼의 선량 회구 기법을 활용하여 피폭자가 대략 55 ～ 108 Gy정도 피폭 된 것을 확인한 경우가 있었다. 따라서 국부 과피폭에 의한 신체 절단에 이르는 사고의 경우 수 Gy에서 수십 Gy에 이르는 피폭을 수반하며 이러한 수준의 피폭은 본 연구를 통해 확립된 EPR 측정 기법을 통해서 충분히 평가할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

As a distinct physical technique for dose reconstruction, EPR (Electron Paramagnetic Resonance) or ESR(Electron Spin Resonance) dosimetry has been widely used. In EPR dosimetry, electrons generated by the interaction of material with radiation and trapped in lattice are measured by microwave absorpt

As a distinct physical technique for dose reconstruction, EPR (Electron Paramagnetic Resonance) or ESR(Electron Spin Resonance) dosimetry has been widely used. In EPR dosimetry, electrons generated by the interaction of material with radiation and trapped in lattice are measured by microwave absorption spectroscopy. Among the materials used for EPR dosimetry, tooth enamel has a high sensitivity for ionising radiation and since the tooth follows the carrier in all situations, it can act as a lifetime-dosimeter. And it is considered as one of the important biological samples.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 18
• 제1절 연구 개발의 필요성 ... 18
• 제2절 연구개발의 목적 및 범위 ... 19
• 제2장 국내$\cdot$외 기술개발 현황 ... 20
• 제1절 외국의 현황 ... 20
• 제2절 국내의 현황 ... 20
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 21
• 제1절 Retrospective Dosimetry 방법 ... 21
• 1. 물리적 방법 ... 21
• 2. 생물학적 방법 ... 24
• 3. ESR spectrometer system의 구성 및 성능비교 ... 25
• 제2절 선량계로써의 EPR 스펙트럼 특성분석 ... 29
• 1. 실험 절차의 확립 ... 30
• 2. 생체시료의 EPR 스펙트럼 특성분석 ... 33
• 제3절 EPR 스펙트럼 평가 기법 향상 ... 46
• 1. EPR 스펙트럼 관련 인자의 특성 분석 ... 46
• 2. EPR 스펙트럼의 simulation 기법 확립 ... 48
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 58
• 제5장 연구 개발 결과의 활용방안 ... 59
• 제6장 연구 개발 과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 61