• 제목/요약/키워드: Monte-carlo simulation

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스퍼터링 코팅기법을 이용한 중성자 검출용 B4C 박막 개발 (Development of B4C Thin Films for Neutron Detection)

  • 임창휘;김종열;이수현;조상진;최영현;박종원;문명국
    • Journal of Radiation Protection and Research
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    • 제40권2호
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    • pp.79-86
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    • 2015
  • 헬륨-3는 높은 반응효율, 장시간 사용가능성, 감마선에 대한 낮은 반응확률 등과 같은 장점들을 가지고 있기 때문에 대부분의 중성자 검출기의 반응물질로 사용되어 왔다. 그러나 지난 몇 년 사이 전세계적인 헬륨-3의 부족으로 인해 기체의 수급이 어려워지고 있고 이에 따라 가격이 급격히 증가하게 되었다. 이러한 이유로 헬륨-3 대체 물질들을 이용한 고효율의 중성자 검출기의 개발에 대한 연구가 많은 연구그룹에 의해 활발히 진행되기 시작하였다. 이러한 연구에서는 다양한 물질들을 이용하고 있으며, 이 중에서 붕소-10은 다른 대체물질과 비교할 때 상대적으로 높은 중성자 반응확률, 낮은 감마반응효율, 물질의 안정성, 가격적 이점 그리고 기존 헬륨-3를 이용한 검출기의 계측회로의 재활용 가능성 등과 같은 장점들 때문에 많은 연구그룹에서 붕소-10을 이용한 중성자 검출기 개발을 진행하고 있다. 본 논문에서는 중성자 검출기에 사용될 수 있는 붕소-10 박막을 개발하고 이에 대한 성능평가를 수행하였다. 중성자 검출기의 반응물질로 붕소-10을 사용하기 위해서는 중성자와 붕소-10이 반응하여 생성되는 이차방사선을 측정할 수 있어야 한다. 본 연구에서 활용한 기체충진형 중성자 검출기의 경우 붕소-10을 얇은 박막 형태로 제작하여 중성자와 반응하여 생성된 이차방사선이 기체를 이온화 시켜서 생성되는 이온쌍을 측정하는 방법을 이용한다. 그러므로 중성자 반응효율과 이차방사선의 재흡수율을 고려한 붕소-10(탄화붕소)의 적절한 두께를 선정할 필요가 있다. 이를 위해서 본 논문에서는 몬테칼로 기법을 이용하는 MCNP6를 이용하여 다양한 두께에 따른 중성자신호수집효율의 변화를 계산하였다. 또한, 스퍼터링 기법을 이용하여 다양한 두께의 박막을 제작하고 이를 이용하여 중성자 반응신호를 측정하였다. 그리고 제작된 박막의 2차원 모니터링을 위한 다중선 비례계수기의 적용가능성을 타진하기 위해 제작된 붕소박막이 설치된 2차원 다중선 비례계수기를 제작하고 중성자 응답 특성을 평가하였다.

소아(10세) 흉부 방사선촬영에서의 두경부 방사선 방어기구 개발 및 평가 (The Evaluation and Development of Head and Neck Radiation Protective Device for Chest Radiography in 10 Years Children)

  • 이준호;임현수;이승열
    • Journal of Radiation Protection and Research
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    • 제40권2호
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    • pp.118-123
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    • 2015
  • 최근 의료기관에서의 진단방사선검사 빈도는 2011년 2억 2천만건, 연간 일인당 피폭선량은 1.4 mSv로 2007년 대비 각 51%, 35% 증가하였다. 여기서 흉부촬영건수는 일반촬영 중 가장 높은 빈도인 27.59%로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 흉부 방사선 촬영 시 영상판독에 불필요한 신체부위를 차폐하여 피폭선량을 최소화 시키는 차폐기구를 개발하고, 그 유용성 평가를 위해 국제 표준 소아(10세) 팬텀과 유리선량계를 사용하여 기구 사용 전, 후의 입사표면선량(entrance surface dose; ESD)과 장기의 흡수선량 차를 측정하였다. 또한 몬테카를로 시뮬레이션 기반 프로그램(PCXMC 2.0.1)을 이용하여 유효선량을 산출하였고 암발생의 생애귀속위험도(lifetime attributable risk of cancer incidence; LAR)를 비교하여 그 감소율을 간접적으로 평가하였다. 방어기구를 사용할 때, 입사표면선량(감소율)은 비강 $0.55{\mu}Sv$ (74.06%), 갑상선 $1.43{\mu}Sv$ (95.15%), 식도 $6.35{\mu}Sv$ (78.42%)로 평균 86.36% 감소되었고, 심부선량(감소율)은 경추 $1.23{\mu}Sv$ (89.73%), 침샘 $0.5{\mu}Sv$ (92.31%), 식도 $3.85{\mu}Sv$ (59.39%), 갑상선 $2.02{\mu}Sv$ (73.53%) 흉추 $5.68{\mu}Sv$ (54.01%) 로 평균 72.30%로 감소되어 차폐기구의 유용성을 확인할 수 있었다. 또한, 유효선량은 착용 전 $8.33{\mu}Sv$에서 착용 후 $7.35{\mu}Sv$로 11.76% 감소하였고, LAR 평가에서는 갑상선 암은 10세 소아 백만 명당 남아 0.14명(95.12%), 여아 0.77명(95.16%), 모든 암은 남아 0.14명(11.70%), 여아 0.25명(11.70%)의 감소(감소율)를 확인할 수 있었다. 진단방사선검사는 질병과 치료 등 건강을 위해 꼭 필요한 검사이지만, 가능한 진단에 불필요한 부위에 이러한 차폐기구를 적극적으로 사용하여 ALARA 개념에 입각한 의료방사선 최적화를 도모해야 할 것이다.

일산화탄소중독(一酸化炭素中毒)의 진료대책(診療對策) 수립(樹立)을 위한 추계학적(推計學的) 연구(硏究) (A Stochastic Study for the Emergency Treatment of Carbon Monoxide Poisoning in Korea)

  • 김용익;윤덕로;신영수
    • Journal of Preventive Medicine and Public Health
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    • 제16권1호
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    • pp.135-152
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    • 1983
  • Emergency medical service is an important part of the health care delivery system, and the optimal allocation of resources and their efficient utilization are essentially demanded. Since these conditions are the prerequisite to prompt treatment which, in turn, will be crucial for life saving and in reducing the undesirable sequelae of the event. This study, taking the hyperbaric chamber for carbon monoxide poisoning as an example, is to develop a stochastic approach for solving the problems of optimal allocation of such emergency medical facility in Korea. The hyperbaric chamber, in Korea, is used almost exclusively for the treatment of acute carbon monoxide poisoning, most of which occur at home, since the coal briquette is used as domestic fuel by 69.6 per cent of the Korean population. The annual incidence rate of the comatous and fatal carbon monoxide poisoning is estimated at 45.5 per 10,000 of coal briquette-using population. It offers a serious public health problem and occupies a large portion of the emergency outpatients, especially in the winter season. The requirement of hyperbaric chambers can be calculated by setting the level of the annual queueing rate, which is here defined as the proportion of the annual number of the queued patients among the annual number of the total patients. The rate is determined by the size of the coal briquette-using population which generate a certain number of carbon monoxide poisoning patients in terms of the annual incidence rate, and the number of hyperbaric chambers per hospital to which the patients are sent, assuming that there is no referral of the patients among hospitals. The queueing occurs due to the conflicting events of the 'arrival' of the patients and the 'service' of the hyperbaric chambers. Here, we can assume that the length of the service time of hyperbaric chambers is fixed at sixty minutes, and the service discipline is based on 'first come, first served'. The arrival pattern of the carbon monoxide poisoning is relatively unique, because it usually occurs while the people are in bed. Diurnal variation of the carbon monoxide poisoning can hardly be formulated mathematically, so empirical cumulative distribution of the probability of the hourly arrival of the patients was used for Monte Carlo simulation to calculate the probability of queueing by the number of the patients per day, for the cases of one, two or three hyperbaric chambers assumed to be available per hospital. Incidence of the carbon monoxide poisoning also has strong seasonal variation, because of the four distinctive seasons in Korea. So the number of the patients per day could not be assumed to be distributed according to the Poisson distribution. Testing the fitness of various distributions of rare event, it turned out to be that the daily distribution of the carbon monoxide poisoning fits well to the Polya-Eggenberger distribution. With this model, we could forecast the number of the poisonings per day by the size of the coal-briquette using population. By combining the probability of queueing by the number of patients per day, and the probability of the number of patients per day in a year, we can estimate the number of the queued patients and the number of the patients in a year by the number of hyperbaric chamber per hospital and by the size of coal briquette-using population. Setting 5 per cent as the annual queueing rate, the required number of hyperbaric chambers was calculated for each province and for the whole country, in the cases of 25, 50, 75 and 100 per cent of the treatment rate which stand for the rate of the patients treated by hyperbaric chamber among the patients who are to be treated. Findings of the study were as follows. 1. Probability of the number of patients per day follows Polya-Eggenberger distribution. $$P(X=\gamma)=\frac{\Pi\limits_{k=1}^\gamma[m+(K-1)\times10.86]}{\gamma!}\times11.86^{-{(\frac{m}{10.86}+\gamma)}}$$ when$${\gamma}=1,2,...,n$$$$P(X=0)=11.86^{-(m/10.86)}$$ when $${\gamma}=0$$ Hourly arrival pattern of the patients turned out to be bimodal, the large peak was observed in $7 : 00{\sim}8 : 00$ a.m., and the small peak in $11 : 00{\sim}12 : 00$ p.m. 2. In the cases of only one or two hyperbaric chambers installed per hospital, the annual queueing rate will be at the level of more than 5 per cent. Only in case of three chambers, however, the rate will reach 5 per cent when the average number of the patients per day is 0.481. 3. According to the results above, a hospital equipped with three hyperbaric chambers will be able to serve 166,485, 83,242, 55,495 and 41,620 of population, when the treatmet rate are 25, 50, 75 and 100 per cent. 4. The required number of hyperbaric chambers are estimated at 483, 963, 1,441 and 1,923 when the treatment rate are taken as 25, 50, 75 and 100 per cent. Therefore, the shortage are respectively turned out to be 312, 791. 1,270 and 1,752. The author believes that the methodology developed in this study will also be applicable to the problems of resource allocation for the other kinds of the emergency medical facilities.

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