• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권1호
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• pp.31-36
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• 2016

본 연구에서는 이중에너지 영상을 획득하는 방법으로, 구리판을 이용한 에너지 변조 필터를 사용하였을 때의 선량을 계산 및 측정하였고, 기존의 다른 방법들과 선량을 비교하였다. 몬테칼로 전산모사를 이용하여 에너지 변조 필터에 의한 선량 변화를 평가하기 위하여 MCNPX를 사용하였다. 두경부, 흉부, 복부 촬영에 주로 사용되는 관전압인 80, 120 kVp에 대한 스펙트럼을 SPEC78 프로그램으로 생성하여 선원을 모사하였고, 구리 물질로 이루어진 에너지 변조 필터(밀도: $8.96g/cm^3$)는 두께를 0.5 mm부터 2.0 mm까지 0.5 mm 간격으로 변화시켜가면서 선원으로부터 20.0 cm 거리에 X-선 창을 절반만 가리도록 모델링 하였다. 몬테칼로 전산모사 값과 실제 선량 값을 비교하기 위해서는 교정 상수가 필요하므로, Gafchromic EBT3 필름에 알고 있는 선량을 조사한 후 판독하여 선량 교정 곡선을 획득하였다. 실험과 동일한 조건으로 MCNPX의 f6 tally로 획득한 결과값과 측정값 간의 선량 환산 인자는 $7.2*10^4cGy/output$으로 구해졌으며, 관전압 80 kVp과 관전류 6 mA의 조건으로 콘빔 CT 촬영 시, 평균 10.1 cGy (표준편차 2.7 cGy) 조사됨을 알 수 있었다. 에너지 변조 필터에 기반한 이중 에너지 영상 획득 기술을 적용한 본 연구에서는 이중 에너지 콘빔 CT 시스템의 선량이 단일 에너지 CT 시스템의 선량보다 33~40% 감소함을 알 수 있다. 또한, 에너지 변조 필터에서 발생한 산란선에 의한 선량 증가 효과는 거의 없었다. 따라서, 인체 내 물질 분별력이 우수하여 임상에 널리 응용되었던 기존 이중 에너지 CT 시스템의 상대적으로 피폭선량이 높다는 단점을 효과적으로 개선할 수 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제26권4호
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• pp.250-257
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• 2015

양성자 치료를 위해서는 Snout이 부착된 받침대(gantry)를 사용하는데 빔의 형태를 만들기 위해 환자 종양의 크기와 거리에 맞게 황동 차폐체(aperture)가 많이 사용된다. 또한 빔의 거리를 보정하기 위해 PMMA를 이용한 거리 보상체도 사용된다. 이렇게 황동으로 만들어진 차폐체의 경우 가공하는데 많은 시간이 소요되며 비용 발생이 높다. 또한 치료 사용되었던 차폐체의 방사선 노출에 따라 재사용이 어렵다. 이러한 단점을 보안하기 위해 황동 차폐체 대신 X-선 치료에서 사용되는 수동형 다엽 콜리메이터 시스템을 도입하였다. 수동형 다업 콜리메이터는 여러 개의 황동판을 조립하여 차폐체를 제작하는 방식이다. 본 연구는 제작된 수동형 다엽 콜리메이터의 방사화 실험 및 필름을 이용해 선량측정을 진행하였다. 다엽 콜리메이터를 투과한 2차 발생 선량 1% 이하였으며, 여러 번의 230 MeV의 빔에서도 방사화가 2시간 이내에서 감소하였다. 이렇게 개발된 수동형 다엽 콜리메이터를 임상에 적용하여 일반 차폐체와 수동형 다엽 콜리메이터를 감마지표 분석을 했을 시 99.74%의 높은 일치도가 측정되었다. 또한, 일반 황동 차폐체에 비해 수동형 다엽 콜리메이터를 제작하는데 소요되는 비용과 시간을 1/10 이상 단축시킬 수 있다. 개발된 수동형 다엽 콜리메이터는 성공적으로 양성자 환자치료에 사용하고 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제10권1호
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• pp.1-7
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• 1999

본 연구에서는 $\beta$선 방출 동위원소들 중에서 $^{32}$P으로부터 방출되는 $\beta$선에 의한 홉수선량 분포를 방사선원의 형태와 기하학적인 조건을 달리하여 컴퓨터를 이용한 모사실험을 통해 예측함으로써 balloon catheter 및 radioactive stent의 이용과 관련된 정보를 얻고자한다. $^{32}$p로부터 방출된 $\beta$선이 인체내에서 에너지를 전달하는 과정에 대한 모사실험은 EGS4 code system 을 이용하여 수행되었다. 인체내의 방사선 흡수선량은 선원의 형태와 위치를 고려하여 축방향과 반경방향으로 등간격으로 나누어 각 격자에서 계산되었다. $^{32}$P 에서 방출되는 $\beta$선 에너지는 Coulomb 포텐셜에 대한 Dirac방정식의 해를 이용하여 계산된 $\beta$선 스펙트럼의 결과를 사용하여 무작위로 선정되었다. 체적 선원과 표면선원에서 시료 표면으로부터 반경방향으로 깊이 0.5 mm내에 있는 표적체에서의 선량률은 각각 12.133 cGy/s per GBq (0.449 cGy/s per mCi, uncertainty: 1.51%)와 24.732 cGy/s per GBq (0.915 cGy/s per mCi, uncertainty: 1.01 %)이다. 선량률은 시료표면으로부터 축방향과 반경방향으로의 거리에 따라 감소한다. 본 연구 결과를 근거로하여 balloon catheter 및 radioactive stent에 $^{32}$P 핵종을 사용할 때 치료선량을 20 Gy로 할 경우 치료에 적합한 초기 방사능량은 각각 29.69 mCi(치료시간을 3분으로 제한할 때) 와 1.2278 $\mu$Ci (영구삽입)로 계산되었다. 또한 원통형 체적선원과 표면선원에 대하여 초기방사능의 크기를 1 mCi/ml의 방사능 체적 밀도와 0.1 mCi/$cm^2$의 방사능 면 밀도로 나타내었을 때 각 표적체에서의 흡수선량률을 계산하였다. 통일한 값의 방사능 체적 밀도와 방사능 면 밀도는 크기가 다른 모델에 대해서 비슷한 크기의 홉수선량을 유도하므로 $^{32}$p 방사선원의 초기 방사능 체적 밀도와 초기 방사능 면 밀도를 알고 있을 때 본 연구의 계산 결과를 이용하면 직경과 길이가 다른 $^{32}$P 핵종의 원통형 모델 주위의 홉수선량 분포를 쉽게 계산할 수 있다.

• 센서학회지
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• 제7권3호
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• pp.179-187
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• 1998

플라즈마의 이온온도를 측정하기 위하여 전하교환체로 탄소박막을 이용한 $90^{\circ}$ 원통형 중성입자 에너지 분석기를 설계 제작하였다. Duoplasmatron을 이용하여 에너지 $0.5{\sim}3.0\;keV$ 수소이온에 대해 장치의 에너지 교정 및 에너지 분해능을 조사하였다. 에너지에 따른 정전편향판 전압과의 관계는 $E_{o}(keV)$=3.83V(kV) 였다. 에너지 분해능은 입사입자의 에너지가 3.0 keV 인 경우 약 2 %였으며, 에너지가 0.5 keV 일 때는 약 9 % 로 수소이온의 에너지가 증가함에 따라 향상되었다. 또한 전하교환체로 두께 $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ 사이의 탄소박막을 사용하여 입사 중성입자의 에너지와 탄소박막의 두께에 따른 에너지 교정, 에너지 손실 및 전하교환된 입자의 에너지 분해능을 측정하였다. 중성수소입자의 에너지($E_{o}$)는 탄소박막의 두께(${\mu}g/cm^{2}$)와 정전편향판 전압(kV)의 함수로 $E_{o}(keV)=(0.53d+4.4){\cdot}V(kV)$ 였다. 중성입자의 손실 에너지는 $0.5{\sim}3.0\;keV$ 사이의 입사입자 에너지와 $0.5{\sim}2.0{\mu}g/cm^{2}$ 사이의 탄소박막 두께에 따라 $0.23{\sim}0.89\;keV $ 였다. 손실에너지는 중성수소입자의 에너지와 탄소박막 두께의 함수로 ${\Delta}E=(0.12d+0.27){\cdot}{E_{o}}^{1/2}(keV)$ 였다. 전하가 교환된 입자의 에너지 분해능은 실험의 범위에서 $7{\sim}35\;%$였으며, 입사 중성입자의 에너지가 높을수록, 탄소박막의 두께가 얇을수록 향상되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권6호
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• pp.422-429
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• 2013

지구온난화와 도시 사막화에 따른 지표면의 온도 상승은 기상과 기후에 대한 실질적은 변화를 야기시킨다는 것은 경험적으로 잘 알려져 있다. 특히 사막화 지역에서는 사막 토양이 침투에 유리한 높은 기공성을 가졌음에도 불구하고 오히려 강우 시 강력한 유출(runoff) 현상에 의한 홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 강수시 이러한 높은 유출 특성은 빠른 수분증발과 짧은 수자원순환주기에 의하여 집중호우를 발생시키고 지하수 자원을 고갈시키는 최악의 양극화 현상을 야기시키고 있다. 이러한 현상에 대한 물리적인 기전은 사막과 같은 토양에 높은 온도에 의한 강한 열적 부력현상에 의한 것으로 판단된다. 그러나 이러한 주제의 중요성에도 불구하고 이것에 대한 과학적인 연구가 제대로 이루어지지 않은 것으로 나타나고 있다. 본 논문에서는 이러한 현상에 대한 물리적인 가설에 대한 기전을 밝히기 위해 실험적인 연구와 수치 해석적 연구를 병행하였다. 실험적 연구를 위해 기공도 약 35%에 입도 2.0 mm를 가진 자갈성 모래를 가지고 토양 온도 변화에 따른 실험을 수행하였다. 온도 변화에 대한 구체적인 변수는 case 1의 표준상태의 경우에는 지표면의 온도를 $15^{\circ}C$로 하였고, case 2의 경우는 $70^{\circ}C$ 비교적 높은 고온을 선택하여 각각 10회의 반복실험을 시도하여 평균값을 취하였다. $70^{\circ}C$를 선택한 이유는 캘리포니아 Coachella Valley이 검은 모래가 화씨 191도(섭씨 88도)까지 상승한다는 경험적 자료에 기초하였다. 실험 결과 온도가 $70^{\circ}C$인 경우는 $15^{\circ}C$인 경우에 비하여 유출(runoff)이 온도상승효과에 의하여 약 5% 이상 실질적으로 증가하는 결과를 보였으며 지하로 침투하는 침투량(infiltration)은 빗물의 양을 동일한 양으로 표준화 하여 보정한 경우 온도가 낮을 때 상대적으로 30% 정도 증가하는 현상을 나타내었다. 이러한 결과는 지표면 온도 상승이 지하수 고갈과 그에 따른 지반강하에 중요한 인자가 될 수 있음을 시사한다. 수치해석의 결과는 실험 결과와 비교할 때 온도상승에 의해 약 4.6% 정도 유출이 증가되는 것으로 나타나 실험결과와 비교적 잘 부합하였으며 강우량에 따른 변수 연구의 경우도 물리적으로 일관성이 있었다. 이러한 기본적인 연구 결과에 기초할 때 향후 보다 실질적인 시스템에 대한 연구가 가능할 것으로 판단된다.