• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 기술교육전문연구회
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• pp.164-168
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• 2003

Digital 방사선투과검사 시스템인 1차원 Radiometric scanning system을 개발하여 부식 및 침적물이 있는 배관의 두께평가에 적용하였다. 단일 방사성 동위원소에서 나오는 방사선을 선현으로 접속하여 시험체를 투과시킨 방사선을 BGO 검출기를 사용하여 측정하는 single source - single detector alignment system과 제어 프로그램을 개발하였다. 개발된 시스템의 성능을 GEANT4 프로그램을 사용하여 예측하였다. 그리고, 인공결함을 제작하여 넣은 시편과 두께 변화를 준 시편에 적용하여 실제 성능을 평가하였다. 방사성 동위원소를 이용하여 배관의 부식과 침적물에 의한 두께 변화에 대하여 실시간으로 필름을 사용하지 않고 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 천문학회보
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• 제36권1호
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• pp.70.2-70.2
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• 2011

Ultra-high energy cosmic rays(UHECRs) refer cosmic rays with energy above 1018eV. UHECR experiments have employed air shower simulations to quantify the properties of cosmic rays. Using COSMOS and CORSIKA, we have produced a library of over 15000 thinned extensive air shower(EAS) simulations with the primary energies ranging from 1018.5eV to 1020eV and the zenith angle of primary cosmic ray particles from 0 to 45 for proton and iron primaries. We have compared the results from CORSIKA and COSMOS. The comparison has shown perceptible differences in the ground distributions, longitudinal distributions, Calorimetric energy, and Xmax distributions. We have also measured the detector response evaluated using GEANT4 simulations. Here, we discuss S(800), i.e. the signal at a distance of 800 m from the shower core, as the primary energy estimator and present the lateral distribution function(LDF) with S(800).

• 센서학회지
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• 제25권1호
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• pp.41-45
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• 2016

In this study, LET (Linear Energy Transfer) calibration of CR-39 SSNTD (Solid State Nuclear Track Detector) was performed using 500 MeV/u Fe heavy ions in HIMAC (Heavy Ion Medical Accelerator) for high LET radiation dosimetry. The irradiated CR-39 SSNDT were etched according JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) etching conditions. And the etched SSNTD were analyzed by using Image J. Determined dose-mean lineal energy ($\overline{y_D}$) of 500 MeV/u Fe is about 283.3 keV/um by using the CR-39 SSNTD. This value is very similar result compare to the results calculated by GEANT4 Monte Carlo simulation and measured with TEPC active radiation detector. We confirmed that the CR-39 SSNTD was useful for high LET radiation dosimetry such as heavy iron ions.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제35권4호
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• pp.353-360
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• 2012

핵의학 영상 기기 중 SPECT시스템은 촬영목적에 따라 다양한 콜리메이터를 사용하며 영상 재구성을 위해서는 각 콜리메이터의 기하학적 특성을 반영하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이 중 핀홀 콜리메이터를 사용한 핵의학 영상기기의 영상 재구성에 관한 연구를 수행하였으며 특히 핀홀 콜리메이터 영상 재구성시 발생하는 샘플링 문제를 제거하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 순환적 영상 재구성 방법의 투사(projection)와 역투사(back-projection)시 각기 다른 방식으로 구축된 시스템 모델을 반영한 비동일 시스템 모델 방식을 개발하여 최대우도 기댓값최대화(maximum likelihood expectation maximization, ML-EM) 알고리듬에 적용하였다. 설계한 재구성 알고리듬을 성능을 검증하기 위해 geant4 application for tomographic emission(GATE) 시뮬레이션 툴을 이용하여 핀홀 콜리메이터의 디지털 팬텀 시뮬레이션을 수행하고 이를 이용하여 기존방식과 제안한 방식의 재구성 알고리듬에 대한 비교평가 연구를 수행하였다. 그 결과 본 연구에서 제안한 비동일 시스템 모델 사용 영상 재구성 방법은 동일 시스템 모델을 사용한 순환적 재구성 알고리듬에 비해 효과적으로 샘플링 문제를 제거할 수 있는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 영상 재구성 방법은 다양한 콜리메이터에 확대적용 되어 사용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.681-689
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• 2023

Purpose: Muons are characterized by a strong penetrating ability and can travel through thousands of meters of rock, making them ideal to image large volumes and substances typically impenetrable to, for example, electrons and photons. The feasibility of 3D image reconstruction and material identification based on a cosmic ray muons tomography (MT) system with triangular bar plastic scintillator detectors has been verified in this paper. Our prototype shows potential application value and the authors wish to apply this prototype system to 3D imaging. In addition, an MT experiment with the same detector system is also in progress. Methods: A simulation based on GEANT4 was developed to study cosmic ray muons' physical processes and motion trails. The yield and transportation of optical photons scintillated in each triangular bar of the detector system were reproduced. An image reconstruction algorithm and correction method based on muon scattering, which differs from the conventional PoCA algorithm, has been developed based on simulation data and verified by experimental data. Results: According to the simulation result, the detector system's position resolution is below 1 ~ mm in simulation and 2 mm in the experiment. A relatively legible 3D image of lead bricks in size of 20 cm × 5 cm × 10 cm used our inversion algorithm can be presented below 1× 10⁴ effective events, which takes 16 h of acquisition time experimentally. Conclusion: The proposed method is a potential candidate to monitor the cosmic ray MT accurately. Monte Carlo simulations have been performed to discuss the application of the detector and the simulation results have indicated that the detector can be used in cosmic ray MT. The cosmic ray MT experiment is currently underway. Furthermore, the proposal also has the potential to scan the earth, buildings, and other structures of interest including for instance computerized imaging in an archaeological framework.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제48권4호
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• pp.167-174
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• 2023

Background: A nondestructive test is commonly used to inspect the surface defects and internal structure of an object without any physical damage. X-rays generated from an electron accelerator or a tube are one of the methods used for nondestructive testing. The high penetration of X-rays through materials with low atomic numbers makes it difficult to discriminate between these materials using X-ray imaging. The interaction characteristics of neutrons with materials can supplement the limitations of X-ray imaging in material discrimination. Materials and Methods: The radiation image acquisition process for air-cargo security inspection equipment using X-rays and neutrons was simulated using a GEometry ANd Tracking (Geant4) simulation toolkit. Radiation images of phantoms composed of 13 materials were obtained, and the R-value, representing the attenuation ratio of neutrons and gamma rays in a material, was calculated from these images. Results and Discussion: The R-values were calculated from the simulated X-ray and neutron images for each phantom and compared with those obtained in the experiments. The R-values obtained from the experiments were higher than those obtained from the simulations. The difference can be due to the following two causes. The first reason is that there are various facilities or equipment in the experimental environment that scatter neutrons, unlike the simulation. The other is the difference in the neutron signal processing. In the simulation, the neutron signal is the sum of the number of neutrons entering the detector. However, in the experiment, the neutron signal was obtained by superimposing the intensities of the neutron signals. Neutron detectors also detect gamma rays, and the neutron signal cannot be clearly distinguished in the process of separating the two types of radiation. Despite these differences, the two results showed similar trends and the viability of using simulation-based radiation images, particularly in the field of security screening. With further research, the simulation-based radiation images can replace ones from experiments and be used in the related fields. Conclusion: The Korea Atomic Energy Research Institute has developed air-cargo security inspection equipment using neutrons and X-rays. Using this equipment, radiation images and R-values for various materials were obtained. The equipment was reconstructed, and the R-values were obtained for 13 materials using the Geant4 simulation toolkit. The R-values calculated by experiment and simulation show similar trends. Therefore, we confirmed the feasibility of using the simulation-based radiation image.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제41권1호
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• pp.41-47
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• 2016

연구배경: 세기조절방사선치료와 같이 고선량을 암조직에 정밀하게 전달할 수 있는 방사선 치료기술이 개발됨에 따라, 보다 정확한 선량평가 기술의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 선형가속기에서 발생된 광자선의 물질투과율 정보를 통해 간접유도방식으로 에너지스펙트럼을 예측할 수 있는 기술의 개발을 목적으로 한다. 재료 및 방법: 의료용 선형가속기를 사용한 측정과 몬테칼로 전산모사를 통해 감쇠물질의 두께에 따른 X-선의 투과율이 평가되었으며, 이와 더불어 단일에너지에 의한 이온함의 반응함수가 결정되었다. 최종적으로 Unfolding 방법을 사용하는 HEOROW 프로그램을 통해 고선량률의 치료용 선형가속기에서 발생된 광자선의 에너지스펙트럼이 유도되었다. 본 연구에서 실험을 위해 Elekta Synergy Flatform 선형가속기가 사용되었으며, 몬테칼로 방법을 사용하는 Geant4 전산모사 프로그램이 사용되었다. 결과 및 논의: 감쇠물질의 두께에 따른 X-선 투과율과 몬테칼로 전산모사를 통해 계산된 X-선 투과율의 비교 결과 0.43%의 평균제곱근오차가 확인된다. 물질투과정보를 통해 간접적으로 유도된 에너지스펙트럼은 몬테칼로 전산모사를 통해 직접적으로 계산된 에너지스펙트럼과 비교분석 되었으며, 피크위치 및 평균에너지의 오차가 각각 0.066 MeV와 0.03 MeV로 평가되었다. 하지만 보다 정확한 에너지스펙트럼을 예측하기 위해서는 다양한 감쇠물질의 사용과 에너지스펙트럼 유도프로그램의 정밀도 향상을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 결론: 본 연구를 통해 확인된 물질투과율 기반의 에너지스펙트럼 측정 기술은 에너지가 높고 선량률이 높기 때문에 광자선을 직접적으로 측정하는 것이 제한적인 의료용 선형가속기에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권1호
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• pp.12-17
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• 2015

본 연구에서 한국형 중이온 가속기 RAON에서의 의생물 실험을 위하여 요구되는 빔 조건을 만족할 수 있도록 Monte Carlo 전산모사를 통한 노즐 설계를 최적화하고자 하였다. 의생명 실험을 위한 빔 조건으로 최대 조사면 크기, 선량균일도 그리고 빔 오염도의 특정 조건을 만족하는 $C^{12}$ 빔 생산이 요구되었다. 이때 최적화된 빔 노즐 설계를 위하여 Monte Carlo 시뮬레이션인 GEANT4 toolkit이 사용되었다. $15{\times}15cm^2$ 이상의 빔 조사면 크기와 3% 이내의 선량 균일도 그리고 전체 선량의 5% 보다 낮은 빔 오염도를 기본적인 조건으로 설정 되었다. 조사면 크기는 쌍극자 자석에 의해서 빔의 각도를 기울여 원형으로 회전하면서 쌍극자 자석의 아래쪽에 위치한 산란판의 두께를 조정하여 최적화 하였다. 빔 스캐닝 각도와 산란판의 두께는 Monte Carlo 시뮬레이션 분석에 의해서 각각 $0.5^{\circ}$와 0.05 cm로 최적의 값을 나타내었다. 선량 균일도와 최대 조사면 크기를 만족하기 위하여 static과 scanning beam을 복합하는 기술을 이용한 새로운 빔 전달 방법을 소개하였다. 중앙 고정용 빔과 빔 축으로부터 $0.5^{\circ}$ 경사각을 가지고 회전하는 빔과 경사각이 없이 바로 들어오는 빔을 조합하여 선량균일도가 1.1%와 빔 조사면의 최대크기가 $15{\times}15cm^2$가 되는 것을 확인하였다. 빔 오염도는 $C^{12}$ 이온과 다른 입자들에 의해서 전달된 흡수선량의 비율로 나타내었다. 물등가 깊이(water equivalent depth) 5 cm에서 17 cm 사이에서의 빔 오염도는 전체 선량에서의 2.5% 미만임을 확인하였으며 이와 같은 결과를 바탕으로, 본 연구에서는 의생명 실험을 위하여 요구되는 빔 조건을 만족하는 노즐 구조를 설정할 수 있었다.

• 천문학회지
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• 제51권4호
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• pp.111-117
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• 2018

A numerical method is proposed to calculate the response of detectors measuring particle energies from incident isotropic fluxes of electrons and positive ions. The isotropic flux is generated by injecting particles moving radially inward on a hypothetical, spherical surface encompassing the detectors. A geometric projection of the field-of-view from the detectors onto the spherical surface allows for the identification of initial positions and momenta corresponding to the clear field-of-view of the detectors. The contamination of detector responses by particles penetrating through, or scattering off, the structure is also similarly identified by tracing the initial positions and momenta of the detected particles. The relative contribution from the contaminating particles is calculated using GEANT4 to obtain the geometric factor of the instrument as a function of the energy. This calculation clearly shows that the geometric factor is a strong function of incident particle energies. The current investigation provides a simple and decisive method to analyze the instrument geometric factor, which is a complicated function of contributions from the anticipated field-of-view particles, together with penetrating or scattered particles.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권6호
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• pp.1947-1954
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• 2021

In the nuclear medicine imaging, quality control (QC) process using quadrant bar phantom is fundamental aspect of evaluating the spatial resolution. In addition, QC process of gamma camera is performed by daily or weekly. Recently, Monte Carlo simulation using the Geant4 application for tomographic emission (GATE) is widely applied in the pre-clinical nuclear medicine field for modeling gamma cameras with pixelated cadmium telluride (CdTe) semiconductor detector. In this study, we modeled a pixelated CdTe semiconductor detector and quadrant bar phantom (0.5, 1.0, 1.5, and 2.0 mm bar thicknesses) using the GATE tool. Similarity analysis based on correlation coefficients and peak signal-to-noise ratios was performed to compare image qualities for various source to collimator distances (0, 2, 4, 6, and 8 cm) and collimator lengths (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0 cm). To this end, we selected reference images based on collimator length and source to collimator distance settings. The results demonstrate that as the collimator length increases and the source to collimator distance decreases, the similarity to reference images improves. Therefore, our simulation results represent valuable information for the modeling of CdTe-based semiconductor gamma imaging systems and QC phantoms in the field of nuclear medicine.