• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권3호
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• pp.860-866
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• 2019

The lead element or its salts are good radiation shielding materials. However, their toxic effects are high. Due to less toxicity of bismuth salts, the radiation shielding properties of the bismuth salts have been investigated and compared to that of lead salts to establish them as a better alternative to radiation shielding material to the lead element or its salts. The transmission geometry was utilized to measure the mass attenuation coefficient (${\mu}/{\rho}$) of different salts containing lead and bismuth using a high-resolution HPGe detector and different energies (between 81 and 1333 keV) emitted from point sources of $^{133}Ba$, $^{57}Co$, $^{22}Na$, $^{54}Mn$, $^{137}Cs$, and $^{60}Co$. The experimental ${\mu}/{\rho}$ results are compared with the theoretical values obtained through WinXCOM program. The theoretical calculations are in good agreement with their experimental ones. The radiation protection efficiencies, mean free paths, effective atomic numbers and electron densities for the present compounds were determined. The bismuth fluoride ($BiF_3$) is found to have maximum radiation protection efficiency among the selected salts. The results showed that present salts are more effective for reducing the intensity of gamma photons at low energy region.

• 대한핵의학회지
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• 제29권4호
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• pp.533-540
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• 1995

정량적인 PET 영상에서는 감쇠보정이 매우 중요하며 가장 정확한 방법은 투과스캔을 관심부위에 실시하여 측정된 감쇠보정영상을 만들고, 이를 같은 부위에서 실시한 방출 영상의 재구성에 적용하는 것이다. 기존의 방법은 투과스캔 후에 추적자가 섭취되기까지 장시간이 경과된 후 방출스캔을 하므로 PET스캐너의 효율적 사용에 제한이 있었다. 따라서, 스캔시간을 단축하고 촬영중 환자가 움직일 가능성을 최소화시켜 영상의 질을 개선하고 PET스캐너의 효율을 높이기 위하여, 추적자를 주사한 후 투과 및 방출스캔을 동시에 실시하여, 투과스캔에서의 측정치를 왜곡시키는 방출계수를 빼주는 T+E 감쇠보정 방법을 실행하였다. 배후에는 F-l8 fluoride ion $0.4{\mu}Ci/cc$의 방사능을 가진 물을 실린더 모형(5750 cc)에 채우고, 목적물을 나다내는 1개의 삽입물 실린더(276 cc)에는 F-18 fluoride ion $4.3{\mu}Ci/cc$의 방사능을 주입하고 공기를 주입한 삽입물 실린더와 테플론으로 이루어진 삽입물 실린더를 사용하여 T+E 방법의 특성을 고찰하였다. 투과용선원으로 Ge-68(10 mCi) 회전 핀선원을 사용하여 5시간 동안에 T+E 스캔을 5분, 10분, 20분, 방출스캔을 20분씩 교대로 5차례 실행하여 투과 및 방출영상이 최종 방출영상에 미치는 오차를 측정하였다. T+E 스캔으로 감쇠보정한 방출영상과 기준 투과영상으로 감쇠보정한 방출영상을 비교하면, 목적물의 방사능이 $1.0{\mu}Ci/cc$일 경우 T+E 감쇠보정 방법의 오차는 2.6%이었으며 이 오차는 목적물의 방사능이 줄어들수록 더욱 감소하였다. 또한, T+E 방법으로 구성된 방출영상의 노이즈는 기준 투과스캔 방법으로 보정된 영상에 비하여 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러므로, 회전 핀선원과 투과 및 방출 동시 영상 방법을 사용하여 정확한 감쇠보정을 할 수 있었으며 이 방법은 임상 PET 영상에서 환자당 스캔시간을 줄임으로써, 환자의 움직임으로 인하여 발생할 수 있는 오차를 최소화하여 PET 스캐너의 효율을 높일 수 있었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제15권2호
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• pp.153-158
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• 1997

목적 : 이중광자에너지 전산화단층촬영의 정량적골무기물함량(Dual-Energy Quantitative Computed Tomography, DEQCT)의 실험상수를 구하고, DEQCT에 의한 골무기물함량과 동물척추 해면골의 무기물함량과 일치하는지 비교하였다. 대상 및 방법 : 조직의 CT 번호는 주어진 방사선에너지와 조직상분에 따른 방사선 감약계수의 함수로 얻게 되며, 빙사선감약은 에너지에 따라 달라지므로 본 연구는 CT에서 사용되고 있는 80과 $120kV_p$ X선에서 각 조직의 질량감약계수를 구하여 실험적으로 DEQCT에 의한 골무기물함량을 결정하였다. DEQCT에서 골무기물함량결정에 이용되는 실험상수들은 골등가물질의 표준시료 $K_2HPO_4$ 용액과 연부조직의 물 및 지방등가물질로 무수알코올을 이용하여 구하였다. 골무기물함량 비교는 실험적 상수결정에 의한 DEQCT와 제작회사의 DEQCT를 사용하여 각각 구하였으며, 동물척추해면골 시편의 재의 질량과 각각 비교하였다. 결과 : $80kV_p$에서 골둥가물질의 질량흡수계수는 0.5608, 물 0.2409과 지방등가 조직에서 $0.2206cm^2/g$을 얻었으며, $120kV_p$의 방사선에서는 0.3273, 0.2046 및 $0.1971cm^2/g$을 각각 얻었다. 골등가물질 $K_2HPO_4$ 표준시료를 80과 $120kV_p$ X선으로 스켄한 CT 번호를 이용하여 실험상수 $K_1$는 0.3232, $K_2$는 0.2450를 각각 얻펐다. 이중광자에너지에 의한 골무기물함량측정결과는 동물척추해면골 시편의 재의 질량을 골무기물함량으로 정한 값과 비교한 결과 잘 일치하였으며 상관계수 r=0.998을 보였다. 한편, 동물척추골시편의 골무기물에 대하여 CT에 탑재된 DEQCT에 의한 골무기함량의 비교 결과는 상관계수 r=0.996 을 보여 상호 잘 일치함을 알 수 있었다. 결론 :이중광자에너지 전산화단층영상장친에 대한 조직등가물질의 실험적 질량감약계수에 의한 골무기물함량과 제작사의 DEQCT에 의한 정량적 골무기물함량이 실험적 골무기물함량과 잘 일치함을 보였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제11권2호
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• pp.91-99
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• 2000

본 연구는 선형 가속기에서 나오는 고 에너지 광자빔 조사를 받은 환자 내부의 선량 분포를 조사문 선량 분포로부터 재구성하는 방법을 개발하기 위한 기초 연구로서 삼차원 선량 분포를 재구성하는 방법을 제시하고 이 방법을 전산모사를 통해 평가하였다. 본 연구에서 제안하는 방법은 환자나 팬톰 내부의 임의의 지점에서 흡수된 선량과 그 지점에 대응되는 조사문 선량의 측정 지점에서 흡수된 선량의 차이를 계산하여 측정된 조사문 선량 분포로부터 환자나 팬톰 내부의 선량분포를 얻는 것이다. 선량의 차이는 역제곱법칙과 선형감쇄계수, 그리고 Monte Carlo 프로그램을 이용하여 환자나 팬톰의 CT 정보로부터 계산한 산란선량과 주선량의 비(scatter to primary dose ratio)를 이용하여 계산한다. 이 방법을 시험하기 위해 여러 종류의 균질 혹은 비균질 팬톰의 조사문 선량 분포를 Monte Carlo 전산모사로 계산한 뒤 팬톰 내부의 선량 분포를 재구성하였다. 광자빔은 1.5 MeV의 단일에너지를 사용하였고 Monte Carlo 프로그램은 EGS4를사용하였다. 본 연구의 방법을 사용하여 재구성된 팬톰 내부의 선량 분포와 Monte Carlo로 계산한 팬텀 내부의 선량 분포와 비교하였다. 비교 결과 오차 -4%∼+2% 이내로 일치하였다. 이 방법은 다른 in vivo dosimetry 방법을 대신하여 환자내의 선량분포를 예측하는데 쓰여질 수 있을 것이다.

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

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권10호
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• pp.3855-3863
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• 2022

An evaluation of the radiation shielding performance of high-Z-particle-loaded polylactic acid (PLA) composite materials was pursued. Specimens were produced via fused deposition modeling (FDM) using copper-PLA, steel-PLA, and BaSO₄-PLA composite filaments containing 82.7, 75.2, and 44.6 wt% particulate phase contents, respectively, and were tested under broad-band flash x-ray conditions at the Sandia National Laboratories HERMES III facility. The experimental results for the mass attenuation coefficients of the composites were found to be in good agreement with GEANT4 simulations carried out using the same exposure conditions and an atomistic mixture as a model for the composite materials. Further simulation studies, focusing on the Cu-PLA composite system, were used to explore a shield design parameter space (in this case, defined by Cu-particle loading and shield areal density) to assess performance under both high-energy photon and electron fluxes over an incident energy range of 0.5-15 MeV. Based on these results, a method is proposed that can assist in the visualization and isolation of shield parameter coordinate sets that optimize performance under targeted radiation characteristics (type, energy). For electron flux shielding, an empirical relationship was found between areal density (AD), electron energy (E), composition and performance. In cases where ${\frac{E}{AD}}{\geq}2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$, a shield composed of >85 wt% Cu results in optimal performance. In contrast, a shield composed of <10 wt% Cu is anticipated to perform best against electron irradiation when ${\frac{E}{AD}}<2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권1호
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• pp.278-284
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• 2023

The synthetic B₂O₃-As₂O₃ glass ceramic are prepared to investigate the physical properties and the radiation shielding capabilities with the variation of concentration of the As₂O₃ with 10, 20, 30, and 40%, respectively. XRD analyses are performed on the fabricated glass-ceramic and depicted the improvement of crystallinity by adding As₂O₃. The radiation shielding properties are studied for the B₂O₃-As₂O₃ glass ceramic. The values of linear attenuation coefficient (LAC) are varied with the variation of incident photon gamma energy (23.1-103 keV). The LAC values enhanced from 12.19 cm^-1-37.75 cm^-1 by raising the As₂O₃ concentration from 10 to 40 mol% at low gamma energy (23.1 keV) for BAs10 and BAs40, respectively. Among the shielding parameters, the half-value layer, transmission factor, and radiation protection efficiency are estimated. Furthermore, the fabricated samples of glass ceramic have low manufacturing costs and good shielding features compared to the previous work. It can be concluded the B₂O₃-As₂O₃ glass ceramic is appropriate to apply in X-ray or low-energy gamma-ray shielding applications.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제9권3호
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• pp.137-141
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• 1998

납공 (lead ball)과 쇠공(steel ball)을 고에너지 광자선에 대한 차폐재로 이용하는 것이 가능한가를 평가하고 ,4～10MV 엑스선 차폐를 위한 납공과 쇠공의 물리자료를 구하는 것이 목적이다. 직경이 각각 2.0-2.5mm, 1.5-2.0mm 인 납공 및 쇠공을 폭이 균일한 아크릴 용기에 채워, 두께의 균일성 확인을 위해 MV 엑스선사진을 촬영하였으며, 금속공의 평균 밀도와 4～10MV 엑스선에 대한 선감쇠계수를 측정하였다. 선감쇠계수를 측정할 때 Farmer 이온함을 이용하였으며 산란선의 효과를 최소화하기 위해 70cm 거리에서 조사면크기는 5.5cm$\times$5.5cm로 하였다. 비교하기 위해 납판과 철판에 대해서도 같은 종류의 변수를 구하였다. 금속구를 용기에 채웠을 때 분포는 균일하였으며, 납 -공기 혼합물의 밀도는 6.93g/$cm^3$이었으며, 철-공기 혼합물의 밀도는 4.75g/$cm^3$ 이었다. 납의 밀도에 대한 납-공기 혼합물의 밀도의 비는 0.611, 철에 대한 철-공기 혼합물의 밀도의 비는 0.604이었다. 납-공기 혼합물의 반가층은 4MV, 6MV, 10MV 엑스선 각각에 대하여 1.89cm, 2.07cm, 2.16cm 이었으며 납판 반가층의 약 1.64배였다. 철-공기 혼합물의 반가층은 4MV, 6MV, 10MV 엑스선 각각에 대하여 3.24cm, 3.70cm, 4.15cm 이었으며 철판 반가 층의 약 1.65 배였다. 금속구는 용기속에 고르게 채워질 수 있기 때문에 차폐재료로 쓸 수 있다. 납공과 쇠공이 고르게 채워질 때 밀도는 각각 6.93g/$cm^3$, 4.75g/$cm^3$ 이었으며 각각의 반가층은 납 또는 철의 반가층의 1.65배였다. 밀도와 반가층을 곱한 값은 공이나 판에 대해 같은 값이었다.

• Radiation Oncology Journal
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• 제16권1호
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• pp.71-79
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• 1998

목적 : 비 상업용 3차원 컴퓨터치료계획시스템인 Plunc의 구축 사례를 소개하고 이의 임상적용 가능성에 대하여 검증하고자 한다. 대상 및 방법 : 미국 North Carolina 대학에서 개발된 3차원 치료계획시스템인 Plunc의 소스코드를 제공받아, PC용 Unix인 Linux 환경의 Pentium Pro 200MHz(128MB RAM, Millennium VGA)에서 설치하였다. 본과의 6MV 광자선(Siemens MXE 6740)에 대한 출력인자, 최대산란비, 최대산란인자, 쐐기의 모양 및 감쇄인자 등의 빔데이터를 입력한 후, 일반적인 치료조건인 loom 깊이의 회전중심점에서의 심부선량백분율, 선량측면도, oblique 입사빔 및 공기간격 하에서의 선량계산 결과를 물팬톰에서의 측정치와 비교, 분석하였다. 결과 : Plunc는 원래 CT 영상데이터를 이용한 모의치료기로써 개발되어, 빔 설계가 매우 편리하도록 사용자 인터페이스가 구성되어 있으며, BEV, DRR 및 영상합성 등의 기능을 갖추고 있다. 선량계산은 10초 정도가 소요되는 3차원 선량분포나 선량체적히스토그람을 제외하고는 거의 실시간으로 실행되었다. Plunc에 의한 선량 계산 값을 측정값과 비교한 결과, 심부선량백분율의 경우, 선량증가영역을 제외하고는 $1\%$이내에서 일치하였다. 또한, 선량측면도의 경우, $5\%$가량의 선량감소를 나타내는 치료영역 크기 밖의 저선량 영역을 제외하고는 $2\%$ 이내에서 일치하였다. Oblique 입사 빔의 경우, 빔 중심축을 포함하는 평면상의 선량분포가 선량이 $30\%$ 이하인 영역을 제외하고는 비교적 잘 일치하였다. 공기간격을 통과한 빔에 대한 선량측면도의 비교 결과, 중심 축에서의 선량 값에 대해 $5\%$의 오차를 보였다. 결론 : Plunc의 광자선량계산의 정밀도는 일반적인 치료조건하에서 약 $2-5\%$ 내외의 오차로써, 측정치에 대한 보정에 근거한 알고리즘을 사용하는 일반 치료계획시스템과 비슷한 수준이라 사료된다. 현재로서는 전자선에 대한 선량계산이 불가능하기 때문에 완전한 형태의 치료계획시스템이 되기 위해서는 향후, 전자선에 대한 계산모듈의 개발과 광자선 선량계산 또한 보다 정밀한 선량계산이 가능한 컨벌루션 방법과 같은 3차원 선량계산모듈의 개발도 필요하다. Plunc는 상업용 3차원 치료계획 시스템의 사용이 현실적으로 어려운 여건의 병원에서 2차원 치료계획시스템과 상호 보완적으로 사용한다면 2차원 치료계획시스템이 갖는 많은 제약을 극복할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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• pp.407-410
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• 2002

Monochromatic x-ray CT has several advantages over conventional CT, which utilizes bremsstrahlung white x-rays from an x-ray tube. There are several methods to produce such monochromatic x-rays. The most popular one is crystal diffraction monochromatization, which has been commonly used because of the fact that the energy spread is very narrow and the energy can be changed continuously. The alternative method is the use of fluorescent x-ray, which has several advantages such as large beam size and fast energy change. We have developed a parallel-beam and a fan-beam monochromatic x-ray CT, and compared some characteristics such as accuracy of CT numbers between those systems. The fan beam monochromatic x-rays were generated by irradiating target materials by incident white x-rays from a bending magnet beam line NE5 in 6.5 GeV Accumulation Ring at Tukuba. The parallel beam monochromatic x-rays were generated by using a silicon double crystal monochromator at the bending magnet beam line BL-20BM in Spring-8. A Cadmium telluride (CdTe) 256 channel array detector with 512mm sensitive width capable of operating at room temperature was used in the photon counting mode. A cylindrical phantom containing eight concentrations of gadolinium was used for the fan beam monochromatic x-ray CT system, while a phantom containing acetone, ethanol, acrylic and water was used for the parallel monochromatic x-ray CT system. The linear attenuation coefficients obtained from CT numbers of those monochromatic x-ray CT images were compared with theoretical values. They showed a good agreement within 3%. It was found that the quantitative measurement can be possible by using the fan beam monochromatic x-ray CT system as well as a parallel beam monochromatic X-ray CT system.