방사성물질의 수송 및 저장용기 등에 사용되는 실리콘고무계 및 수소 첨가된 비스페놀-A형 에폭시수지계 중성자 차폐재들의 인장강도, 압축강도, 비중, 무게, 수소함량 등에 방사선이 미치는 영향을 검토하였다. 방사선 조사선량의 증가에 따라 실리콘고무계 중성자 차폐재(KNS-101 및 102)들의 인장강도, 압축강도, 비중 등이 증가하는 경향을 나타내었으며, 차폐재의 무게는 거의 변화가 없었으나, 수소함량은 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 에폭시수지계 중성자 차폐재(KNS-201 및 202)들의 인장강도 및 압축강도는 0.1 MGy까지는 방사선 조사선량의 증가에 따라 증가하다가 0.1MGy 이상에서는 감소하는 경향을 나타내었으며, 조사선량의 증가에 따른 차폐재들의 비중, 무게 및 수소함량은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.
3D 프린팅 FDM방식의 재료인 필라멘트 중 차폐성능을 지닌 필라멘트는 국내에 판매되지 않고 있으며 관련 연구도 미비하다. 이에 본 연구는 금속 입자가 함유된 필라멘트의 물성과 방사선의 차폐능력을 평가하여 3D 프린트를 이용한 방사선 차폐체 개발의 기초자료를 제공하고자 한다. 금속입자 강화재가 함유된 금속 필라멘트 5가지를 선정 후 ASTM의 평가방법을 이용하여 인장강도, 밀도, XRD, 무게측정 등 물성을 평가하고 방사선 차폐능력을 알아보기 위하여 한국산업표준의 방호용구류 시험방법에 따라서 방사선 차폐율을 구하였다. 인장강도는 PLA + SS가 가장 높았고 ABS + W가 가장 낮았으며 밀도는 ABS + W 가 3.13 g/cm3으로 가장 높게 나타났다. XRD결과 시편의 표면의 입자의 XRD peak 패턴이 각 입자 강화재 분말 금속의 패턴과 일치함을 확인 할 수 있어 프린트된 시편이 분말금속이 함유 되었음을 확인하였다. 3D 프린트 복합 필라멘트별 차폐효과는 ABS + W, ABS + Bi, PLA + SS, PLA + Cu, PLA + Al의 순서로 실효원자번호와 밀도에 비례하여 차폐율이 높게 나타났다. 본 연구에서는 강화재로 금속 분말이 함유된 금속입자 복합 필라멘트는 방사선의 차폐능력을 가지는 것이 확인되었으며 향후 방사선 차폐용 필라멘트의 사용가능성을 확인하였다.
현재 의료방사선 분야에서 차폐를 목적으로 주로 사용되고 있는 납(Pb)소재는 방사선 차폐 기능은 뛰어 나지만 납 자체가 가지고 있는 인체 유해성과 무거운 무게에 의한 불편함 때문에 지속적으로 직, 간접적으로 방사선 피폭 위험을 차단함과 동시에 납 소재를 대체할 수 있는 인체 친화적인이며 가벼우면서 사용편의성을 가진 차폐소재의 연구는 지속적으로 진행되어지고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 PET(polyethylene terephthalate) 필름과 실제 방사선 방호복 사용되는 원단소재를 기재로 하여 방사선을 차폐할 수 있는 금속물질인 비스무트, 텅스텐, 주석을 스퍼터링 진공증착 방식을 통한 다층박막을 구현하여 차페필름을 제작하여 방사선 차폐소재로의 적용가능성을 평가하였다. 차폐필름을 제작하기 위한 인가전압, 롤 구동속력, 가스공급량을 제어하면서 차폐물질별 최적화된 조건을 확립하여 방사선 차폐필름 제작하였다. 모재와 차폐금속박막간 밀착력 확인은 Cross-cut 100/100으로 확인하였고 시간에 따른 박막의 변화를 측정하기 위해 내열탕 테스트 1시간을 통하여 박막의 안정성을 확인하였다. 최종적으로 구현된 차폐필름의 차폐성능은 한국방사선진흥협회를 통한 실제 방사선 차폐성능을 측정한 결과 시험조건(역넓은 빔, 관전압 50 kV, 반가층 1.828 mmAl)을 설정하여 감쇠비 16.4 (초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.018 mGy/s)와 감쇠비 4.31(초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.069 mGy/s)의 결과를 얻었다. 추후 제품화를 위한 공정효율성을 확보하여 가벼우면서 차폐성능을 보유한 필름 및 원단을 활용하여 방사선 방호복이나 차폐기능을 가진 건축자재로의 필름적용을 위한 초석을 마련하였다.
COVID-19로 인해 수출용 컨테이너에 방사선 발생 장치를 설치한 경우 방사선실의 공간선량을 측정하고 검사실 내의 차폐벽의 효용성에 대하여 연구하고자 하였다. 측정 지점은 X-선관에서 검사자가 있는 뒤쪽으로 이동식 차폐벽을 사용하지 않았을 때를 12곳을 측정하였으며, 이와 대조군으로 이동식 차폐벽을 사용한 후 차폐벽 뒤에서 3곳을 측정하였다. 측정은 Survey Meter를 켜고 배후 방사선(Background)을 측정하였고, 배후 방사선(Background)에서 측정 Peak치 값을 빼서 산출하였다. 이동식 차폐벽 없이 X-선관 뒤, 50cm, 100cm, 200cm로 설정하여 12 곳을 측정하였고, 이동식 방사선 차폐벽을 사용하여 X-선관 뒤에서 3곳을 측정하여 이동식 방사선 차폐벽의 사용 전후의 선량값을 비교하였다. 이동식 차폐벽의 사용 여부에 따라 측정된 선량의 평균값을 대응표본 t 검정을 통하여 결과값 p < 0.05(양측)로 검증하였다. 측정값은 X-선관 뒤 좌측 50cm : 1.446μSv, X-선관 뒤 : 0.545μSv, X-선관 뒤 우측 50cm : 1.466μSv, 방사선 방어용 벽 뒤에서 측정값은 0.190μSv, 0.204μSv, 0.191μSv였다. 실측한 결과 검사실 내에서의 차폐벽으로 인한 검사자의 의료 피폭은 82.3%로 감소시킬 수 있었다. 선별 방사선 검사실에서의 직업 피폭을 감소시키기 위해서는 방사선 발생원으로부터 충분한 이격과 차폐벽의 사용을 권고하는 바이다.
현재 의료환경에서 영상의학 검사 시 의료 방사선을 차폐하기 위한 차폐체는 납가운, 납유리가 대부분이다. 이러한 차폐체의 주성분인 납은 납중독과 경량화의 한계, 고가라는 제한점이 있다. 납차폐체 대신 대체 물질로 조영제로 쓰이고 있는 요오드 성분은 방사선을 흡수하는 특성을 지니고 있어 차폐체로써 효과가 있을 것이라 예측하고 있다. 이에 본 연구에서는 투시 검사 시 기존의 납유리 대신 임상에서 사용하고 남은 CT 조영제로 채워진 아크릴판을 이용하여 차폐유무를 평가 하였다. 그 결과 산란선 선량 평가 시 차폐를 하지 않았을 때 보다 CT조영제로 채워진 아크릴판은 7배 이상 차폐효과가 나타났다. 따라서 기존의 납유리 대신 요오드 성분으로 이루어진 CT 조영제가 차폐체로써 활용될 것이라 기대된다.
국내 가압경수로형 원전 계획예방정비기간에 수행되는 주요 방사선작업에 대한 감마선 에너지 분포를 측정하였다. 고방사선구역 작업시 종사자가 착용하는 대표적인 납 차폐복에 대하여 감마선 에너지 분포에 따른 차폐효과를 평가하기 위해 전산모사 방법을 이용하였다. 전산모사는 MIRD형 인체모형에 추가적으로 납 차폐복을 모델링하고 측정된 감마선 에너지 정보를 이용하여 수행하였다. 주요 방사선작업의 평균 감마선 에너지는 일반적으로 방사선방호 과정에서 적용되는 기준 방사선에너지 보다 낮은 것으로 평가되었다. 방사선 방호 목적을 달성하기 위한 효율적인 납 차폐복 착용을 위해 방사선작업 지역의 방사선에너지 분포평가의 필요성을 확인하였다.
방사선 차폐 물질인 납을 대신하여 싸고 친환경적인 산화철, 알루미나로 차폐체를 제작 후 차폐체의 성능을 평가하고자 한다. 산화철과 알루미나 각각 석고와 혼합하여 차폐체를 제작 이후 X-ray Tube를 이용하여 석고보드, 납복과 비교하여 성능을 평가한다. 관전압에 변화를 주며 실험한 결과 알루미나의 차폐 성능은 석고보드보다 차폐 성능이 떨어졌으며 50%의 알루미나가 함유되었을 때 석고보드와 차폐 성능이 비슷하였다. 산화철은 약 75%가 함유되었을 때 납복의 차폐 성능과 비슷해졌다. 알루미나를 이용한 차폐체는 석고와 비슷한 차폐 성능을 보여줘 납 대체물질로 적합하지는 않다. 하지만 산화철은 납복과 비슷한 차폐 성능을 나타내어 향후 납을 대체하는 X선 차폐 물질로 활용이 가능하기에 추가 연구가 필요하다.
핵의학과에 근무하는 방사선작업종사자들은 방사성동위원소의 생산, 분배, 조제, 주입 등의 업무를 진행하며, 이러한 과정에서 손에 대한 방사선 피폭이 높게 발생한다. 이에 본 연구에서는 핵의학과에서 이용되는 방사성동위원소의 에너지로서 140 keV와 511 keV의 ${\gamma}$선에 대한 차폐효과를 몬테카를로 모의 모사를 통해 분석하였다. 모의실험 결과 140 keV ${\gamma}$선은 차폐체에 두께와 상관없이 모두 방사선에 대한 차폐효과가 발생되었으며, 511 keV의 ${\gamma}$선에서는 1.1 mm 이상에서 차폐효과가 발생되었다. 그러나 1.1 mm 미만에서는 2차적으로 발생된 산란선으로 인하여 차폐효과가 없었으며, 오히려 방사성동위원소의 피폭선량이 증가되었다. 따라서 효율적인 방사선 방어를 위해서는 핵종별 에너지에 따른 납 차폐체의 두께를 고려하여야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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