• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제43권6호
• /
• pp.567-572
• /
• 2011

A sensitivity analysis of the methods used to evaluate the transport properties of a CdZnTe detector was performed using two different radiations (${\alpha}$ particle and gamma-ray) emitted from an $^{241}Am$ source. The mobility-lifetime products of the electron-hole pair in a planar CZT detector ($5{\times}5{\times}2\;mm^3$) were determined by fitting the peak position as a function of biased voltage data to the Hecht equation. To verify the accuracy of these products derived from ${\alpha}$ particles and low-energy gamma-rays, an energy spectrum considering the transport property of the CZT detector was simulated through a combination of the deposited energy and the charge collection efficiency at a specific position. It was found that the shaping time of the amplifier module significantly affects the determination of the (${\mu}{\tau}$) products; the ${\alpha}$ particle method was stabilized with an increase in the shaping time and was less sensitive to this change compared to when the gamma-ray method was used. In the case of the simulated energy spectrum with transport properties evaluated by the ${\alpha}$ particle method, the peak position and tail were slightly different from the measured result, whereas the energy spectrum derived from the low-energy gamma-ray was in good agreement with the experimental results. From these results, it was confirmed that low-energy gamma-rays are more useful when seeking to obtain the transport properties of carriers than ${\alpha}$ particles because the methods that use gamma-rays are less influenced by the surface condition of the CZT detector. Furthermore, the analysis system employed in this study, which was configured by a combination of Monte Carlo simulation and the Hecht model, is expected to be highly applicable to the study of the characteristics of CZT detectors.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제53권1호
• /
• pp.282-293
• /
• 2021

This paper examines gamma-ray shielding properties of SBC-Bx glass system with the chemical composition of 40SiO₂-10B₂O₃-xBaO-(45-x)CaO- yZnO- zMgO (where x = 0, 10, 20, 30, and 35 mol% and y = z = 6 mol%). Mass attenuation coefficient (µ/ρ) which is an essential parameter to study gamma-ray shielding properties was obtained in the photon energy range of 0.015-15 MeV using PHITS Monte Carlo code for the proposed glasses. The obtained results were compared with those calculated by WinXCOM program. Both the values of PHITS code and WinXCOM program were observed in very good agreement. The (µ/ρ values were then used to derive mean free path (MFP), electron density (N_eff), effective atomic number (Z_eff), and half value layer (HVL) for all the glasses involved. Additionally, G-P method was employed to estimate exposure buildup factor (EBF) for each glass in the energy range of 0.015-15 MeV up to penetration depths of 40 mfp. The results reveal that gamma-ray shielding effectiveness of the SBC-Bx glasses evolves with increasing BaO content in the glass sample. Such that SBC-B35 glass has superior shielding capacity against gamma-rays among the studied glasses. Gamma-ray shielding properties of SBC-B35 glass were compared with different conventional shielding materials, commercial glasses, and newly developed HMO glasse. Therefore, the investigated glasses have potential uses in gamma shielding applications.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제30권5호
• /
• pp.431-435
• /
• 2023

An irradiation hardening of Inconel 718 produced by selective laser melting (SLM) was studied based on the microstructural observation and mechanical behavior. Ion irradiation for emulating neutron irradiation has been proposed owing to advantages such as low radiation emission and short experimental periods. To prevent softening caused by the dissolution of γ' and γ" precipitates due to irradiation, only solution annealing (SA) was performed. SLM SA Inconel 718 specimen was ion irradiated to demonstrate the difference in microstructure and mechanical properties between the irradiated and non-irradiated specimens. After exposing specimens to Fe³⁺ ions irradiation up to 100 dpa (displacement per atom) at an ambient temperature, the hardness of irradiated specimens was measured by nano-indentation as a function of depth. The depth distribution profile of Fe³⁺ and dpa were calculated by the Monte Carlo SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter)-2013 code under the assumption of the displacement threshold energy of 40 eV. A transmission electron microscope was utilized to observe the formation of irradiation defects such as dislocation loops. This study reveals that the Frank partial dislocation loops induce irradiation hardening of SLM SA Inconel 718 specimens.

• Journal of Radiation Protection and Research
• /
• 제48권3호
• /
• pp.117-123
• /
• 2023

Background: We investigated the impact of 0.35 T magnetic field on dose calculation for non-small cell lung cancer (NSCLC) stereotactic ablative radiotherapy (SABR) in the ViewRay system (ViewRay Inc.), which features a simultaneous use of magnetic resonance imaging (MRI) to guide radiotherapy for an improved targeting of tumors. Materials and Methods: Here, we present a comprehensive analysis of the effects induced by the 0.35 T magnetic field on various characteristics of SABR plans including the plan qualities and dose calculation for the planning target volume, organs at risk, and outer/inner shells. Therefore, two SABR plans were set up, one with a 0.35 T magnetic field applied during radiotherapy and another in the absence of the field. The dosimetric parameters were calculated in both cases, and the plan quality indices were evaluated using a Monte Carlo algorithm based on a treatment planning system. Results and Discussion: Our findings showed no significant impact on dose calculation under the 0.35 T magnetic field for all analyzed parameters. Nonetheless, a significant enhancement in the dose was calculated on the skin surrounding the tumor when the 0.35 T magnetic field was applied during the radiotherapy. This was attributed to the electron return effect, which results from the deviation of the electrons ejected from tissues upon radiation due to Lorentz forces. These returned electrons re-enter the tissues, causing a local dose increase in the calculated dose. Conclusion: The present study highlights the impact of the 0.35 T magnetic field used for MRI in the ViewRay system for NSCLC SABR treatment, especially on the skin surrounding the tumors.

• Radiation Oncology Journal
• /
• 제19권1호
• /
• pp.66-73
• /
• 2001

목적 : 붕소-중성자 포획치료법(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)을 위해 원자력병원 싸이클로트론에서 발생되는 최대에너지 34.4 MeV의 속중성자(Fast neutron)를 70 cm 파라핀으로 감속시킨 후 선량 특성을 조사하였다. 그 결과를 토대로 열외중성자(Epithermal neutron) 선량 측정법에 대한 프로토콜을 확립하여 원자로에서 방출되는 열외 중성자 선량 특성 평가의 기초를 삼고, 가속기를 이용한 BNCT 연구에 대한 타당성 여부를 조사하고자 한다. 대상 및 방법 : 공기 중 선량 및 물질 내 선량 분포 측정을 위해 Unidos 10005 (PTW, Germany) 전기계와 조직 등가 물질인 A-150 플라스틱으로 제작된 IC-17 (Far West, USA) 및 IC-18, ElC-1 이온함을 사용하였고, 감마선의 측정을 위해서는 마그네슘으로 제작된 IC-l7M 이온함을 이용하였으며 조직등가 기체와 아르곤 기체를 분당 5cc 씩 주입하며 측정하였다. 중성자, 광자, 전자가 혼합된 장의 모의 수송 해석을 위해 이용되는 Monte Carlo N-Particle (MCNP) transport code를 사용하여 2차원적 선량 분포 및 에너지 분포를 계산하였으며 이 결과를 측정값과 비교하였다. 결과 : BNCT에서의 유효 치료 깊이인 물 팬텀 4 cm에서의 선량은 치료기 1 MU 당 $6.47\times10^{-3}\;cGy$로 미세하였으며, 이때 감마 오염도(contamination)는 $65.2{\pm}0.9\%$로 중성자보다는 감마선에 의한 선량 기여분이 우세하였다. 깊이에 따른 선량 분포 특성에서는 중성자 선량은 선형적으로 감쇠 되었고, 감마선량은 지수적으로 보다 급격히 감쇠되는 경향을 보였으며 전체 선량의 $D_{20}/D_{10}$은 0.718 이었다. MCNP에 의한 에너지 분포 전산 계산의 결과 2.87 MeV 이하에서 중성자 피크가 나타났으며, 저에너지 영역에서는 감마선이 연속적으로 분포되는 양상을 보였다. 결론 : 벽 물질이 서로 다른 두 개의 이온함을 사용한 직접 선량 측정과 MCNP 전산 시뮬레이션을 이용한 공간 선량분포 계산으로 미세 속중성자 빔에 대한 선량 특성을 파악할 수 있었으며, 원자로 열외중성자 주(Epithermal neutron column)에 대한 선량 평가 자료로 확보하였다. 아울러 가속기에 대한 연구가 진행되어 고전압, 고전류를 발생시키는 전원 공급장치와 표적핵(Target) 물질이 개발되고 비스무스나 납 등에 의해 감마 오염도를 줄일 경우, 싸이크로트론에 의한 보론-중성자 포획치료도 가능해질 것으로 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제21권2호
• /
• pp.192-200
• /
• 2010

사이버나이프 치료에서 사용하는 소조사면은 전자평형의 부재와 급격한 선량 경사도(Steep dose gradients), 그리고 광자와 전자들의 스펙트럼 변화 요인으로 인하여 소조사면 광자선 선량 측정은 일반적인 치료의 측정보다 좀더 어렵고 복잡하다. 본 연구에서는 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 GEANT4를 이용한 계산값을 비교하고 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 GEANT4의 유용성을 입증하고자 한다. 사이버나이프 몬테카를로 모델을 개발하는데 있어 두 단계로 진행하였다. 첫 번째 단계는 선형가속기 헤드(treatment head) 시뮬레이션과 이를 통한 광자 에너지 스펙트럼의 계산이었고, 두 번째 단계는 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 여섯 개 원형 조사면에 대한 물팬텀속에서의 깊이선량율의 계산이었다. 그리고 출력인수(Relative output factors)에 대한 계산은 5 mm부터 60 mm까지 총 12가지 조사면에 대해 수행되었으며 그 결과를 다이오드 검출기를 이용한 측정값과 비교하였다. 가로선량분포(Profiles)의 경우 5, 10, 20, 30, 50, 60 mm의 6가지 조사면에 대해 계산이 이루어졌고 깊이는 1.5, 10, 20 cm의 세 가지 깊이에 대해 수행되었다. 깊이선량율의 계산값을 측정값과 비교한 결과 평균 2% 미만의 오차를 보여 임상에서 허용 가능한 결과를 얻었다. 조사면 출력인자의 경우에 조사면 직경 7.5 mm 이상에서 3% 이내의 오차를 보였으나 직경 5 mm 조사면에서는 6.9%로 높은 오차를 보였다. 가로선량분포에서 20 mm 이상의 조사면에서는 2% 미만의 오차를 보였고 그 이하의 조사면에서는 3.5% 미만의 오차를 보였다. 본 연구에서는 소조사면 사이버나이프 측정을 위한 선량분포 계산을 GEANT4 코드를 사용하여 다이오드 측정 결과와 비교하였다. 다이오드와의 측정 비교 결과 5 mm 조사면을 제외한 나머지 조사면들에 대해 오차 0.2~0.6% 내의 만족할만한 결과를 얻었다. 향후 소조사면에서 정확성을 가지는 Gafchromic 필름 등 다른 측정기와 비교를 통하여 그 정확성이 평가된다면 이 GEANT4의 선량분포 계산 방법은 소조사면을 이용하는 사이버나이프 방사선치료에서 정확한 선량 전달을 위한 측정 선량의 검증 도구의 한 종류로 사용할 수 있을 것으로 예상한다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제14권6호
• /
• pp.841-848
• /
• 2020

광자선과 전자선을 사용하는 방사선 치료 분야에서는 환자마다 방사선에 대한 민감도가 다르기 때문에 동일한 선량에서도 피부 부작용이 발생될 수 있다. 이에 피부에 과다선량 위험도가 있을 경우, 선량계를 부착하여 정확한 선량이 조사되고 있는지 검증하고 있다. 하지만 피부선량계는 점선량을 측정하는 방식으로 부착부위를 육안으로 확인하기 때문에, 정확한 선량 분포를 확인하기 어려운 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 체표면적에 대한 선량분포를 확인할 수 있는 2D 선량계의 기초 연구로 감약률 오차를 분석하여 최적화된 선량계 조건을 제시하고자 하였다. 본 결과 6 MV 광자선에서 물질 HgI₂의 측정과 시뮬레이션 오차는 최소두께 25 ㎛에서 각 각 3.73%, 5.24%를 보였고, 물질 PbI₂는 각각 4.73%, 5.65%를 보였다. 반면 6 MeV 전자선 결과, 물질 HgI₂의 측정과 시뮬레이션 오차는 최소두께 25 ㎛에서 각 각 1.35%, 1.12%를 보였고, 물질 PbI₂는 각 각 1.67%, 1.20%로 비교적 낮은 감약률 오차를 보였다. 이에 본 연구 결과 5% 이내의 감약률 오차를 가지기 위해서는 광자선 측정은 최소 25 ㎛ 미만, 전자선 측정은 100 ㎛ 이내 두께가 적합한 것으로 평가되었다. 본 연구는 임상에서 요구되는 인체 부착형 flexible 선량계의 새로운 연구 방향과 미래 피부선량계의 구성 조건을 제시하고 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
• /
• 제20권1호
• /
• pp.7-13
• /
• 2009

본 논문은 물 흡수선량 표준에 기반하여 근접치료 선원인 $^{192}Ir$을 교정하는 것에 대한 예비적 연구를 위한 것이다. 이온함을 사용하여 물흡수선량 표준에 기반하여 근접치료 선원을 교정하기 위해선, 빔 선질 교정인자인 $k_{Q,Q_0}$가 필요하다. 본 연구에선 일차 표준을 사용하여 지정된 거리에서의 흡수선량를 측정하는 데 있어서의 현실적인 어려움 때문에 몬테칼로 전산모사와 반실험적인 방법을 통하여 $k_{Q,Q_0}$를 결정하였다. 본 연구를 위해 PTW30013 이온함 5개를 선택하였다. 포괄적 $k^{gen}_{Q,Q_0}$ 값의 경우엔 이온함간 변화가 최대 4.0%에 이른 반면, 개별적 $k^{ind}_{Q,Q_0}$ 경우엔 이온함간 변화가 최대 0.5% 이내였다. 이 결과는 물 흡수선량에 기반하여 근접치료 선원인 $^{192}Ir$을 교정시에 이온함을 왜 개별적으로 교정해야 하는지, 개별적인 교정이 얼마나 중요한 지를 보여 준다. 가까운 장래에 공기커마 세기 대신에 사용자가 근접치료 선원을 고에너지 광자빔과 전자빔의 교정에서처럼 치료에서 관심있는 물리량인 물흡수선량의 관점에서 교정할 수 있기를 희망한다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.183-188
• /
• 2017

최근, 감마선 조사기의 자동 원격 조사 제어기가 오동작하여 방사선작업종사자가 방사선 피폭 사고가 지속적으로 보고되고 있다. 이에 NDT 분야에서는 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하기 위한 방사선원 모니터링 시스템 구축에 많은 시간과 재원을 투자하고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 비파괴검사장비에 범용적으로 적용할 수 있는 방사선원 위치 모니터링 시스템의 개발을 위한 선행연구로써 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 산화납 기반 방사선 검출기에 대한 감마선 응답 특성을 모의 추정하였다. 연구 결과, 방사선 검출기의 최적화 두께는 방사선원에서 방사되는 감마선 에너지에 따라 상이하며 에너지가 증가함에 따라 최적화 두께가 점차 증가하는 것으로 나타났다. 결론적으로 PbO 기반 방사선 검출기의 최적화 두께는 Ir-192에 대하여 $200{\mu}m$, Se-75 $150{\mu}m$, Co-60 $300{\mu}m$로 분석되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 범용적으로 적용하기 위하여 2차 전자 평형을 고려한 PbO 기반 방사선 검출기의 적절한 두께는 $300{\mu}m$로 평가되었다. 이러한 결과는 차후 다양한 NDT 장비에 범용적으로 적용하기 위한 방사선원 위치 모니터링 시스템을 개발 시 방사선 검출기에서 요구되는 적절한 두께를 결정하는데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국방사선학회논문지
• /
• 제11권3호
• /
• pp.171-175
• /
• 2017

비파괴검사 분야에서는 작업자들의 안전을 확보하기 위해 방사선원에 대한 시스템 개발에 많은 시간과 재원을 투자하고 있으나 아직까지 사고 발생 확률은 높은 실정이다. 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하기 위해서는 방사선원의 위치를 직접적으로 검증하는 것이지만 아직까지 연구가 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 감마선조사기의 선원 가이드 튜브에서 방사선원의 위치를 감지할 수 있는 모니터링 시스템 개발을 위한 선행연구로써 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 방사선 검출기에 대한 특성을 모의 추정하였다. 연구 결과, Ir-192의 감마선 에너지에 대한 방사선 검출기는 반도체 소재에 무관하게 $150{\mu}m$에서 2차 전자평형이 이루어지는 것으로 분석되었으며, 감마선 응답 특성은 $HgI_2$가 가장 우수할 것으로 기대된다. 이러한 결과는 차후 모니터링 시스템의 검출부에 위치하는 방사선 검출기의 최적화 두께를 결정하는데 기초자료로써 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 이를 바탕으로 모니터링 시스템을 개발 시 방사선작업종사자가 위험을 쉽게 인지하여 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 잠재적인 방사선 사고에 대한 예방 및 선제적 대응이 가능함으로써 사회 안전망 구축 에 기여할 수 있을 것이다.