• 한국방사선학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.197-203
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• 2017

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.

• 정보와 통신
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• 제32권8호
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• pp.62-68
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• 2015

본고에서는 차세대 보안통신 기술로 주목 받고 있는 양자암호시스템의 핵심 모듈인 단일광자 검출기의 최신 연구동향과 KIST 연구개발 내용에 대해 기술한다. 현재 상용화 수준으로까지 발전한 유선 양자암호 시스템에서는 성능, 소형화, 가격 등의 장점으로 인해 주로 InGaAs/InP avalanche photo diode (APD)를 이용한 단일광자검출기가 사용되고 있다. 유선 양자암호에서 사용하는 1550nm 통신 파장대의 단일광자가 갖는 에너지는 0.8 eV로 매우 미약한 수준이기 때문에 신호 검출을 위해 APD소자를 내부 증폭 이득이 무한대인 가이거모드(Geiger mode)에서 동작시킨다. 매우 높은 증폭비는 신호 검출뿐만 아니라 노이즈에도 동일하게 영향을 미치기 때문에 주변환경 노이즈에 의한 검출기 오동작 문제가 심각하게 발생한다. 따라서 단일광자검출기 구현에서 가장 중요한 기술은 소자 및 검출기 모듈에서 발생하는 노이즈의 영향을 최소화 시켜주는 것이다. 전세계적으로 검출기의 대표적인 노이즈인 after pulse를 저감 시키기 위한 연구가 매우 활발히 이루어지고 있는데 대표적으로 self-differencing, auxiliary signal, integrating, double balanced 등의 방법이 제시되고 있다. 본고에서는 각각의 최신 기술들에 대한 비교 분석 및 이를 바탕으로 현재 KIST에서 진행하고 있는 양자암호시스템을 위한 단일광자검출기 기술 개발에 대해 서술한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제6권2호
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• pp.51-60
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• 1995

고에너지 (6-15MV) 광자선속으로 치료할때 LiF(TLD-100) 결정은 solid water phantom 이나 환자의 피부 표면에서의 흡수선량을 측정하기 위해 열자극 발광 선량계(이하 NC-100)가 주로 사용된다. 통상 NC-100은 가열 과정을 여러회 반복하면 그 감도가 줄어드는 것으로 조사되었다. NC-100 위에 입사 광자선속 방향으로 올려놓은 140$\mu\textrm{m}$ 두께의 금박막(이하 GC-100)은 NC-100 과 다른 성질을 갖는다. 즉, 광자선속에서 GC-100 은 금박막에서 주로 쌍생성이 일어나고 부분적으로 Compton 산란이 일어나 많은 양전자와 음전자를 만들어 낸다. 그 결과 TLD-100 결정은 증가된 신호를 갖고(최대 100% 증가), 흡수 선량당 높은 반응도가 좋은 선형도를 갖으며, 선량물에 무관할 뿐만 아니라 Fluctuation error 도 $\pm$0.5% 미만으로 낮게 측정되었다. GC-100 은 주로 쌍생성이 일어나기 때문에 전자선보다 광자선에서 더욱 감도가 좋은것으로 나타난다. 그것은 금과같이 원자번호가 높은 매질에서 광자선에 의한 쌍생성의 확률이 큰것에 기인한다. 치료용 고에너지 광자선속에서 TLD-100 chip 위에 올려진 금박막은 TLD 의 신호를 크게 증가시키는 역할을 하는것으로 나타났다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제24권4호
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• pp.195-203
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• 1999

고 에너지 광자선 소조사면에 대한 선량 특성은 조사면내의 급격한 선량 변화와 측면 전자 평형상태하의 측정이 어려우므로 정확하게 파악하기 어렵다. 다이아몬드 검출기를 이용하여 광자선 에너지 4, 6, 그리고 10 MeV에 대한 소조사면의 선량특성을 측정하였고 그 값들을 작은 용적의 원통형과 평행평판형 이온함의 선량특성과 비교하였다. 다이아몬드 검출기와 원통형 이온함을 이용하여 의료용 선형가속기에서 방출되는 광자선 에너지 6 MeV X-선, 10 MeV X-선에 대한 소조사면($1{\times}1,\;1.5{\times}1.5,\;2{\times}2,\;3{\times}3,\;4{\times}4\;cm^2$)에 대하여 심부선량백분율, 측면 선량분포를 측정하였다. 또한 다이아몬드 검출기, 원통형 이온함 및 평행평판형 이온함을 이용하여 광자선 에너지 4 MeV X-선, 6 MeV X-선 및 10 MeV X-선으로 소조사면의 크기를 $1{\times}1\;cm^2$에서 $0.5\;cm^2$간격으로 $4{\times}4\;cm^2$까지 변화하면서 출력계수를 측정하였다. 세 가지 측정기에 대한 출력계수를 비교한 결과 광자선 에너지 4 MeV X-선은 조사면의 크기 $2{\times}2\;cm^2$, 6 MeV X-선은 $2.5{\times}2.5\;cm^2$ 그리고 10 MeV X-선은 $3{\times}3\;cm^2$이상에서 출력계수가 $\pm$1.2% 내외로 잘 일치하였으나 원통형과 평행평판형 이온함에 대한 출력계수는 조사면의 크기가 작아질수록 다이아몬드의 검출기와 비교하여 낮게 평가되었는데 이는 원통형과 평행평판형 이온함의 측면전자평형상태가 이루어지지 않아 낮게 평가되었다. 광자선 에너지 6 MeV X-선과 10 MeV X-선에 대한 심부선량백분율은 다이아몬드 검출기와 원통형 이온함이 조사면의 크기 $3{\times}3\;cm^2$까지 $\pm$1.5% 내외로 잘 일치하였으나 조사면의 크기가 작고 깊이가 깊어짐에 따라 다이아몬드의 심부선량백분율이 크게 평가되었다. 측면 선량분포는 원통형 이온함의 반음영의 크기가 측정된 소조사면에 대하여 다이아몬드 검출기보다 크게 나타났다. 측면 선량분포는 다이아몬드 검출기가 상대적으로 이온함에 비해 민감 용적이 작고 높은 분해능을 가지므로 반음영이 작은 것으로 사료된다. 따라서 고 에너지 광자선 소조사면에 대한 선량 측정시 검출기의 민감 용적이 작고 분해능이 우수하며 물과 등가인 다이아몬드 검출기는 이온함에 비해 상대적으로 우수한 것으로 생각된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제6권2호
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• pp.41-50
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• 1995

암치료용 방사선 (15 MV의 에너지를 갖는 광자선) 속에 있는 흡수선량과 불순전자 또는 산란 광자에 관한 분포를 광자선 면적 크기에 따른 변화와 광자선 면적을 반만 차폐시킨 선속에 대하여 연구 조사하였다. 광자선의 에너지를 15MV로 주어질때 광자선 최대 흡수깊이 $d^{max}$ 값은 광자선의 면적을 증가시키면 시킬수록(5$\times$5 에서 30$\times$30$\textrm{cm}^2$)d$_{max}$ 값은 감소된다. 이는 광자선 즉 방사선을 발생시키는 가속기 기계 속에 있는 여러 부품 (flattening filter, collimator jaws, tray holder,……)과 상호작용하여 형성된 불순전자로 인하여 d$_{max}$ 값이 표피쪽으로 이동되어 buildup 영역에 높은 선량흡수를 갖게 된다. 최대 흡수깊이 값을 계산할 때 이러한 현상을 고려하지 않으면 그릇된 data 값을 갖는다. 대부분의 불순 전자는 광자선 중심에 주로 분포하며 그 진행거리는 30.0mm 이하의 짧은 거리를 갖는다. 이 불순전자가 30.0mm이내(즉 buidup 영역)에 전부 흡수되므로 buidup 영역은 높은 선량흡수를 갖게되어 해를 주게된다. 그러므로 이러한 불순전자를 제거시키므로서 buidup 영역에 낮은 선량 흡수를 갖을 뿐 아니라 d$_{max}$ 값도 역시 깊은 곳까지 이동시켜 치료에 효과적인 방법 이 창출된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제31권2호
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• pp.97-104
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• 2006

최근 방사선 치료 및 진단 분야에서 선량 측정을 위하여 다양하게 사용되고 있는 MOSFET 선량계는 검출부위가 실리콘으로 이루어져 있으며 다른 검출기들과 마찬가지로 어느 정도의 에너지 의존도와 방향 의존도를 보인다. 따라서 MOSFET 선량제가 공기 중이 아닌 모의피폭체 내에서 선량 측정에 사용될 경우 낮은 에너지를 갖는 산란 광자 등 이차 광자들로 인하여 선량을 실제보다. 높게 평가하게 된다. 본 연구에서는 MOSFET 선량계의 에너지 의존도와 방향 의존도로 인하여 발생하는 오차를 보정하기 위한 선량보정인자를 몬테카를로 전산모사 기법을 이용하여 계산하였다. 먼저 사용되는 인형 모의 피폭체의 체적소 모의피폭체(Voxel Phanom)를 CT 영상을 이용하여 제작하였으며 제작된 체적소 모의 피폭체를 몬테카를로 전산코드로 구현한 후, 모의피폭체 내 각 선량계 지점에서 입사하는 광자의 에너지 및 방향별 에너지 스펙트럼을 계산하였다. 각각의 선량계 지점에서 0.662 MeV와 1.25 MeV의 광자빔을 고려하였으며 또한 MOSFET 선량계의 방향은 실리콘 베이스 방향과 에폭시 방향을 고려하였다. 주어진 선량제 지점에서의 선량보정인자는 계산된 에너지 의존도들의 중간간을 이용하여 결정하였으며 이렇게 결정된 각 선량계 지점에서 선량보정인자는 0.89-0.97 범위의 값들을 나타내었다. 본 연구결과에 따르면 MOSFET 선량계를 이용하여 인형 모의피폭체 내에 선량을 측정할 때 에너지 의존도와 방향 의존도를 고려하지 않을 경우 측정 위치에 따라 $3{\sim}11%$ 정도의 측정오차가 발생할 수 있다. 그러므로 인형 모의피폭체 내의 선량을 정확하게 측정하기 위해서는 선량보정인자를 각 선량계에 필히 적용해주어야 한다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제8권1호
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• pp.26-32
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• 1983

Co-60과 Cs-137의 감마선원이 균일하게 분포된 ICRU의 표준 조직등가 물질에서 광자의 감속과 이감속과정에서 생성된 전자의 감속을 결합시킨 에너지 분포를 비적길이의 함수로서 계산하였으며 계산은 최적 전산코드의 입력으로서 최근의 핵단면적 데이터를 사용하였다. 본 논문에서는 이론적 계산방법을 상세히 기술하였으며 계산 결과는 그림으로 나타내었다. 그 결과, 미소 비적길이의 함수로서 정의되는 에너지 분포는 상이한 에너지의 감마선원에 대해 동일한 형태로 나타나며, 초기광자는 어느 에너지 이하로 감속되지 않기 때문에 $T=(1/T_0+2/m_0c^2)^{-1}$의 에너지에서 불연속이 나타난다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제17권4호
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• pp.224-231
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• 2006

본 연구에서는 MCNPX 코드를 사용하여 6 MeV 전자선의 에너지분포를 계산하였다. 이를 위하여 선형가속기(ML6M; Mitsubishi, Japan)의 헤드를 모델화하였다. 전자선의 초기에너지 분포는 가우시안으로 가정하였으며, 이 때 평균에너지는 측정과 계산으로 구한 $R_{50}$과 공기중 선량프로 파일을 평가하여 결정하였다. 결정된 빔 변수를 적용하여 선형가속기 헤드속 주요 위치에서의 전자선 에너지분포를 계산하였다. 어플리케이터 출구에서의 광자에 대한 에너지분포를 이용하여 깊이선량률에서 오염광자의 영향을 분석하였다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2015년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.167-168
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• 2015

고에너지 의료용 선형가속기를 이용한 폐암 방사선치료 시 갑상선에 미치는 선량을 평가하였다. 산란광자의 영향은 3DCRT 시 평균 27.9mSv, IMRT에 있어서는 43.6mSv로 평가 되었다. 광중성자의 영향은 3DCRT 시 평균 3.2mSv, IMRT에 있어서는 평균 4.7mSv로 평가 되었다. 산란광자와 광중성자 모두 3DCRT 보다 IMRT가 높은 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통하여 고에너지를 이용한 방사선치료 시 인접한 정상조직에 상당한 양의 산란선량이 영향을 주는 것으로 평가된 바와 같이 방사선을 이용한 암 치료 종사자는 이러한 내용을 충분히 인지하여 피폭 저감화를 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2014년도 추계 종합학술대회 논문집
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• pp.181-182
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• 2014

고에너지 의료용 선형가속기를 이용한 폐암 방사선치료 시 갑상선에 미치는 선량을 평가하였다. 산란광자의 영향은 3DCRT 시평균 27.9mSv, IMRT에 있어서는 43.6mSv로 평가 되었다. 광중성자의 영향은 3DCRT 시 평균 3.2mSv, IMRT에 있어서는 평균 4.7mSv로 평가 되었다. 산란광자와 광중성자 모두 3DCRT 보다 IMRT가 높은 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통하여 고에너지를 이용한 방사선치료 시 인접한 정상조직에 상당한 양의 산란선량이 영향을 주는 것으로 평가된 바와 같이 방사선을 이용한 암치료 종사자는 이러한 내용을 충분히 인지하여 피폭 저감화를 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.