복수선량계기법의실험적검증및 ICRP 103 기반알고리즘개발 조성구 ( 한양대학교 ) 2008. 09. 01 제 8 회방사선안전심포지움 유효선량, E 방사선방호에있어서중심이되는계측량 M F HT HT E = wtht = w + T T T 2 ICRP 103 (2007) 에서개정됨 장기및조직가중치변경 ICRP reference phantoms에대하여정의됨 실제측정이불가능함 신체외부에서방사선량을측정하여유효선량을간접적으로평가 개인선량당량,H p (10)
유효선량간접적평가 개인선량계를가슴에패용하여측정 대부분의균질방사선장에대하여보수적인값을제공 방사선이뒤에서오는경우등개인선량계가작업자의신체에의해가려지는경우는보수적인값을제공하지못함 (7-10 배의과소평가가능 ) 다수의선량계를패용하여측정 몸표면에여러개의선량계를패용하고그중최대값을선택과대평가문제발생예 ) 증기발생기수실의경우머리선량계가항상최대값을보이며유효선량이과대평가됨 복수선량계기법 복수선량계기법제안 Lakshmanan (1991) 최초제안 가슴 / 등선량계 1 개의가슴선량계사용에따른과소평가문제해결 복수선량계기법의 2 개의선량계중 1 개는항상방사선에직접노출되므로극심한과소평가가발생하지않음 다수의선량계사용에따른과대평가문제해결 복수선량계기법을사용함으로써이러한과대평가문제가근본적으로해결될수있음
복수선량계기법의적용 1994 년 NCRP 방사선장의특성이정확하게파악되지않는경우복수선량계기법사용을권고 2004 년 USNRC 복수선량계기법을사용하여유효선량을평가할경우이를인정하기로결정 2005 년전력연구원 복수선량계기법의국내적용방안조사현재국내원전적용 (NCRP55/50) H ( estimate) = 0.55 H (10) + 0.50 H (10) E p front p back 복수선량계기법의문제점 단순화된피폭조건을가정한 Monte Carlo 전산모사연구결과만을근거로함 원전내복잡한고준위비균질방사선장에서실험적으로검증된적이없음유효선량측정이현실적으로매우어렵기때문임
연구목적 실제방사선장에서실시간유효선량측정시스템을이용하여유효선량을측정하고이를복수선량계기법의결과와비교하여복수선량계기법의적합성을평가함 ICRP-103에서새롭게권고된유효선량을기반으로 ICRP reference phantom 을 이용하여 새로운 복수선량계알고리즘을개발함 실시간유효선량측정시스템 () 조직등가물질로이루어진 ATOM 성인남성모의체 실시간측정이가능한고감도 MOSFET 선량계 38 개의 Highsensitivity MOSFET 선량계삽입 데이터처리프로그램 인체모의피폭체
장기별선량계개수 Organ/Tissue Tissue weighting factor, w T (ICRP- 103) Organ volume (cm 3 ) Number of dosimeters Gonads 0.08 46 4 Lungs 0.12 3,380 6 Red bone marrow (RBM) 0.12 1,077 4 Colon 0.12 440 4 Stomach 0.12 402 3 Bladder 0.04 249 1 Breast 0.12 337 2 Liver 0.04 1,830 4 Thyroid 0.04 20 1 Esophagus 0.04 39 2 Bone surface 0.01 - - Skin 0.01 2,890 4 Brain 0.01 1,370 1 Salivary glands 0.01 82 2 Total 0.88 12,162 38 장기내선량계위치결정 장기정의 MIRD5 단면 장기별선량계위치 ATOM phantom slice
선량보정인자결정 Photon energy spectrum (in-phantom) MOSFET energy dependence Photon Fluence per Energy Bin, cm -2 9.0x10-5 8.0x10-5 7.0x10-5 6.0x10-5 5.0x10-5 4.0x10-5 3.0x10-5 2.0x10-5 1.0x10-5 Liver #1 0.662 MeV AP PA RLAT LLAT OH UF RLAT(R=1.06,1.05) PA(R=1.08,1.05) AP(R=1.03,1.04) OH(R=1.05,1.04) LLAT(R=1.11,1.06) UF(R=1.14,1.07) Energy dependence, R(E), of the MOSFET dosimeter 7 6 5 4 3 2 1 Silicon Epoxy (Normalized at 1.25 MeV) 0.0 0.1 1 Energy Bin, MeV 0.01 0.1 1 10 Photon energy, MeV 상대반응인자 [Relative response factor, R] R= Ri ( E) i Ψi ( E) Ψi ( E) i R > 1: overestimation R = 1: correct estimation (ideal detector) R < 1: underestimation 선량보정인자 [Dose Correction Factor, ε] 1 ε = R ε m = median( ε ) ( 선량계위치당 24 개의값 ) 선량계위치별선량보정인자 분포 : 0.89-0.96
데이터처리프로그램개발 MOSFET readout 흡수선량 장기선량 유효선량 Point-wise Dose 창조사정보교정인자, 보정인자부피분율장기명 (organ, tissue) 등가선량계산식 H R C R = V i i T, o rg a n i i CF i H T : Equivalent dose (msv) R i : MOSFET readout (mv) CR i : Correction factor CF i : Calibration factor (mv/msv) V i : Volume fraction 데이터처리프로그램개발 Organ dose & Effective dose 창 조사정보 장기선량 가슴 / 등선량계선량 유효선량 ICRP 60 (1991) ICRP 103 (2007) Two-dosimeter 알고리즘 NCRP 55/50 Kim
실시간유효선량측정시스템 () ATOM 남성모의피폭체 고감도 MOSFET 선량계 38 개 Remainder 를제외한 14 개주요장기에대한선량측정 장기당 1-6 개 MOSFET 선량계사용 MOSFET 선량계방향및에너지의존성에대한보정 데이터처리프로그램 유효선량실시간측정 유효선량평가방법비교 ICRP 103 ICRP 103 적색골수, 대장, 폐, 위, 유방, 잔여장기 (14) 0.12 고려되는장기 생식기 ( 남성, 여성 ) 0.08 방광, 식도, 간, 갑상선 0.04 뼈표면, 뇌, 타액선, 피부 0.01 인체모델 ICRP reference phantoms ( 남성및여성 ) 장기선량계산방식 장기평균선량 Rex Regina 고려되는장기 적색골수, 대장, 폐, 위, 유방 0.12 생식기 ( 남성, 여성 ) 0.08 방광, 식도, 간, 갑상선 0.04 뼈표면, 뇌, 타액선, 피부 0.01 인체모델 ATOM phantom ( 남성 ) 장기선량계산방식 Point 선량에기반한장기선량
의오차평가조건 평가방법 Monte Carlo 모사연구 인체모델 ICRP 103: ICRP reference phantom 사용, 남녀 15개장기의평균선량이용 : ATOM-MIRD male phantom 사용, 남성 14개주용장기의 point 선량기반장기선량 Rex Regina 평가범위 에너지 : 15 kev 10 MeV 조사방향 : AP, PA, LLAT, RLAT, ROT, ISO ATOM-MIRD male phantom 유효선량결정방법에따른오차 최대오차 : 35% ( 30 kev) Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 AP ICRP103 0.1 1 10 Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 PA ICRP103 0.1 1 10 Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 LLAT ICRP103 0.1 1 10 Photon Energy [MeV] Photon Energy [MeV] Photon Energy [MeV] Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 RLAT ICRP103 0.1 1 10 Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 ROT ICRP103 0.1 1 10 Effective dose conversion coefficients [Sv/Gy] 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 ISO ICRP103 0.1 1 10 Photon Energy [MeV] Photon Energy [MeV] Photon Energy [MeV]
측정불확도 불확도요인 편차 (±%) 확률분포 표준불확도 교정인자 4 정규 4.0% 보정인자 12 직사각형 6.9% 재현성 3 직사각형 1.7% 패이딩 3 직사각형 1.7% 주변온도 2 직사각형 1.2% 합성표준불확도 정규 8.5% 확장불확도 K=2 17.0% 확장불확도산출 36 개의선량계를사용하여유효선량평가 확장불확도 17% 36 = ~3% (k=2) TLD 측정을통한 검증 TLD 측정 GR-200 (LiF:Mg,Cu,P) 지름 : 1 mm, 길이 : 6 mm 판독기 : Harshaw 3500 조사조건 137 Cs 전면 4 m 위치 60 Co 전면 4 m 위치
TLD 측정을통한 검증 장기선량 대부분 5% 이내일치 최대 16% 차이 유효선량 137 Cs: 4.3% 차이 60 Co: 2.6% 차이 MOSFET 선량계에대한교정및보정이적절히이루어짐을확인 복수선량계기법의적합성평가 방사선원 137 Cs 입사선량 : 50 mgy 선원거리 : 250 cm 60 Co 입사선량 : 50 mgy 선원거리 : 360 cm 192 Ir 입사선량 : 50 mgy 선원거리 : 100 cm 조사조건 조사회수 : 3 회 조사방향 : 앞, 뒤, 옆 ( 오른쪽 )
복수선량계기법적합성평가결과 대부분 10% 이내에서일치 60 Co 옆방향최대 46% 차이 두개의선량계가동시에피폭되기때문에발생하는문제 예상대로심각한과소평가는없음 복수선량계기법개발 복수선량계알고리즘 개발방법알고리즘광자에너지 Lakshmanan (1991) 직관적으로결정 / Slab 팬텀으로테스트 H ( estimate) = [ H (10) + H (10) ] /1.5 E p front p back 30 kev-1.25 MeV 테스트 Reece and Xu (1994) 직관적으로결정 / MIRD 형수학적모델로테스트 H ( estimate) = [ H (10) + H (10) ] / 2 E p max. p avg. 80 kev, 300 kev, 1 MeV 테스트 NCRP (1995) PMMA 팬텀을모의피폭체를사용하고 AP, PA 방향만을고려한최적화연구 H ( estimate) = 0.7 H (10) + 0.3 H (10) E p front p back H ( estimate) = 0.55 H (10) + 0.50 H (10) E p front p back 30 kev-1 MeV Kim (1998) MIRD 형수학적모델을이용하고전방향을고려한최적화연구 ICRP 103 의유효선량개념 H ( estimate) = 1.02[0.58 H (10) + 0.42 H (10) ] E p front p back 0.08 MeV-1 MeV ICRP 60 (1990) ICRP 103 (2007) 생식기 0.20 적색골수, 대장, 폐, 위, 유방, 잔여장기 2) 0.12 장기별조직가중치 (w T ) 적색골수, 대장, 폐, 위 0.12 생식기 0.08 방광, 유방, 간, 식도, 갑상선, 잔여장기 1) 0.05 방광, 식도, 간, 갑상선 0.04 피부, 뼈표면 0.01 피부, 뼈표면, 뇌, 타액선 0.01 표준모델없음 ( 일반적으로 MIRD 형모의체사용 ) 성인남성및여성체적소형모의체 1) 부신, 뇌, 상부대장, 소장, 신장, 근육, 췌장, 비장, 흉선, 자궁 2) 부신, 흉부외기도, 쓸개, 심장벽, 신장, 림프관, 근육, 구강점막, 췌장, 전립선, 소장, 비장, 흉선, 자궁 / 경부
복수선량계기법개발절차 가슴 / 등개인선량계정의 Rex Regina
몬테칼로전산모사조건 MCNPX 내구축 복셀크기 Rex: 2.137 x 2.137 x 8 mm 3 (254 x 127 x 222) Regina: 1.775 x 1.775 x 4.84 mm 3 (299 x 137 x 348) 광자에너지 0.08, 0.3, 1 MeV 선원 평행빔선원 (R=100 cm) 100 cm 조사방향 수직각 : 15 도간격 (12 방향 ) 수평각 : 15 도간격 (24 방향 ) 100 cm 복수선량계가중치최적화 복수선량계가중치계산 E( est) = a R + (1 a) R f b r = E( est) E 가중치의최적값산출 E( est) = 0.6 R + 0.4 R f b
유효선량과복수선량계기법의비교 유효선량과복수선량계기법의비교 방사선이정면이나뒷면에서조사될경우복수선량계기법은유효선량을과소평가함하단부에서조사되는경우유효선량을과대평가함 복수선량계기법의 normalization Normalization 인자 : h(e) 복수선량계기법의과소평가를최소화하기위해적용 Eest ( ) = he ( ) 0.6 Rf + 0.4 R b 0.9 E( AP) where he ( ) = 0.6 R ( AP) + 0.4 R ( AP) f b Energy [MeV] Rf(AP) Rb(AP) E(AP) Hp(10)/Ka [Sv/Gy] h 0.08 1.69E+00 2.05E-01 1.48E+00 1.903 1.08 0.3 1.33E+00 3.18E-01 1.09E+00 1.369 1.04 1 1.17E+00 4.64E-01 1.00E+00 1.167 1.02 2 1.13E+00 5.68E-01 9.99E-01 1.132 0.99 Center = 1.04 선량계는 ICRU slab phantom의개인선량당량에대해교정됨따라서, H p (10)/K a (ICRU 74) 의값을적용해줌
결론및향후계획 실시간유효선량측정시스템을이용하여실제방사선장 ( 192 Ir, 137 Cs, 60 Co) 에서유효선량을측정하고복수선량계기법 (NCRP55/50) 의결과와비교하여적합성을평가함 향후원전의비균질방사선장을이용하여복수선량계기법의정합성평가예정 ICRP reference phantoms 을이용하여 ICRP 103 기반복수선량계알고리즘을개발함 Eest ( ) = 1.04 (0.6 R + 0.4 R) f b 감사합니다.