Analysis of Shielding Effect of Lead and Tungsten by use of Medical Radiation

Donggun Jang(장동근),Gyoo Hyung Kim(김규형),Cheolwoo Park(박철우) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.2

Lead is a very useful material in shielding radiation in hospitals. But lead is toxic. Therefore, there are many studies on substitutable materials, Typically, there are many studies using tungsten. In this study, we investigated the physical properties of lead and tungsten and the Half value layer. As a result, lead having higher atomic number showed higher cross - sectional area than tungsten. But, at the same size, the electron density of tungsten with a high density is about 1.7 times higher than that of lead. In MCNPX simulation, the shielding effect of tungsten is about 1.4 times higher than that of lead, It was confirmed that tungsten had better shielding efficiency than lead. However, considering the economic aspect, tungsten is a rare metal, which is about 25 times more expensive than lead, which is considered to be inappropriate as an alternative to lead. 병원에서 방사선을 차폐하는데 있어 납은 매우 유용하게 사용되고 있다. 하지만 납은 독성을 가지고 있고 대체물질에 대한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 대표적으로 텅스텐을 대체물질로 한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서 납과 텅스텐의 물리적 특성 및 반가층 실험을 진행한 결과 원자번호가 높은 납 원소의 반응단면적이 텅스텐에 비해 높게 나타났으나, 텅스텐의 밀도가 높아 동일한 크기일 경우 텅스텐의 전자밀도가 납에 비해 약 1.7배 높은 것으로 나타났다. MCNPX를 이용한 모의 모사에서도 에너지 따라 다소 차이가 있지만 텅스텐이 납에 비해 약 1.4배 차폐효과가 높은 것으로 나타났으며, 텅스텐이 납에 비해 우수한 차폐효율을 갖고 있는 것으로 확인 되었다. 하지만 경제적 측면을 고려할 때 텅스텐은 희소금속으로 납에 비해 가격이 약 25배 높아 납에 대한 대체물질로는 부적당한 것으로 사료되었다.

몬테카를로 모의 모사를 이용한 의료용 사이클로트론의 Targetry 방사화 및 피폭선량 분석

장동근(Donggun Jang),김동현(Dong hyun Kim) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.5

의료용 사이크로트론은 방사성의약품을 생산하기 위해 양성자를 고속으로 가속시켜 핵반응을 일으키게 되며, 핵반응을 통해 불필요한 중성자가 발생하게 된다. 중성자는 사이클로트론의 부품에 방사화를 일으키는 원인으로 종사자들의 피폭의 원인이 된다. 이에 본 연구에서는 핵반응이 일어나는 Targetry 부품들인 Al uminum body, Silver body, Havar foil의 방사화 정도를 분석하여 피폭선량을 알아보고자 하였다. 실험결과 Aluminum body와 Silver body는 방사화된 핵종들의 에너지가 작고, 반감기가 짧아 종사들에게 미치는 선량이 미미하였으며, 재사용하는데 문제가 없었다. 하지만 Havar foil의 경우 방사화된 핵종들의 에너지가 높고 반감기가 길어 종사자들에게 미치는 영향이 매우 높았으며, 방사성폐기물로써 특별한 관리가 필용한 것으로 나타났다. Cyclotron for medical purposes generates nuclear reaction by accelerating protons in high speed, in order to produce radiopharmaceuticals, and unnecessary neutrons are generated through such nuclear reaction. Neutrons cause activation in the parts of cyclotron which then cause exposure to radiation for people working in the field. This study, in that regard, aims to analyze exposure level by finding out the degree of activation of aluminum body, silver body, and havar foil which are the parts of Targetry where the nuclear reaction takes place. The results of the experiment showed that aluminum body and silver body had no problems re-using them as the energy and half-life of activated nuclides were small and short, making the affect on the people working in the field extremely low. However for havar foil, its activated nuclides had a high level of energy which resulted in high level of affect to the people working in the field. The activation factors of the cyclotron were analyzed, and the results showed that the Havar foil was activated the most among the targetry parts, and greatly exposed workers due to regular replacement, and needed special management as radioactive waste.

PET 사이클로트론 가동에 따른 콘크리트 차폐벽의 방사화

장동근(Donggun Jang),이동연(Dongyeon Lee),김정훈(Junghoon Kim) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.5

사이클로트론은 양자 또는 중양자를 가속하는 장치로써 의료장비인 양전자방출촬영장치(PET)에 이용 되는 단반감기의 방사성의약품을 생산하는 시설로 이용되고 있다. 사이클로트론에서 방사성의약품을 생산하기 위해선 가속된 양성자와 타켓과의 핵반응이 필요하며 반응 후 불필요한 중성자가 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 사이클로트론에서 발생되는 양성자와 중성자가 콘크리트 차폐벽과 충돌하여 발생되는 방사화에 대해 알아보고자 하였다. 실험은 몬테카를로 모의 모사의 한 종류인 FLUKA를 통해 방사화된 방사성동위원소를 추적하였으며, 콘크리트 차폐벽의 물성은 ppm 단위의 미량의 불순물이 포함된 물성과 불순물이 포함되지 않은 물성을 이용하여 비교 분석하였다. 발생된 방사화 핵종은 RESRAD-Build를 통해 인체에 미치는 피폭선량율 기준으로 비교분석하였으며, 실험결과 불순물이 포함된 콘크리트 물성에서는 총 14개의 방사성동위원소가 생산되었으며, 인체에 미치는 피폭선량을 기준으로 분석 하였을 때, 60 Co(72.50%), 134 Cs(16.75%), 54 Mn(5.60%), 152 Eu(4.08%), 154 Eu(1.07%)이 전체 선량의 99.9%를 차지하였으며, 피폭의 위험도는 60 Co 핵종이 가장 높게 나타났다. 불순물이 포함되지 않은 물성에서는 총 5개 의 핵종이 나타났으며, 그 중 54 Mn이 피폭선량의 99.9%를 차지하는 것으로 나타났다. 양성자의 유도 핵반응에 따라 불순물이 아닌 56 Fe에서 방사화 과정을 통해 Cobalt가 발생될 가능성이 있으나 콘크리트벽에 도달하는 양성자의 개수가 작아 방사화를 일으키지 못하였다. 불순물의 포함 여부에 따른 피폭선량의 비교 결과 불순물이 포함된 경우가 그렇지 않은 경우 보다 약 98% 높게 나타나 ppm 단위의 미량의 불순물이 방사화의 주요인임을 알 수 있었다. Cyclotron is a device that accelerates positrons or neutrons, and is used as a facility for making radioactive drugs having short half-lives. Such radioactive drugs are used for positron emission tomography (PET), which is a medical apparatus. In order to make radioactive drugs from a cyclotron, a nuclear reaction must occur between accelerated positrons and a target. After the reaction, unncessary neutrons are produced. In the present study, radioactivation generated from the collisions between the concrete shielding wall and the positrons and neutrons produced from the cyclotron is investigated. We tracked radioactivated radioactive isotopes by conducting experiments using FLUKA, a type of Monte Carlo simulation. The properties of the concrete shielding wall were comparatively analyzed using materials containing impurities at ppm level and materials that do not contain impurities. The generated radioactivated nuclear species were comparatively analyzed based on the exposure dose affecting human body as a criterion, through RESRAD-Build. The results of experiments showed that the material containing impurities produced a total of 14 radioactive isotopes, and 60 Co(72.50%), 134 Cs(16.75%), 54 Mn(5.60%), 152 Eu(4.08%), 154 Eu(1.07%) accounted for 99.9% of the total dose according to the analysis having the exposure dose affecting human body as criterion. The 60 Co nuclear species showed the greatest risk of radiation exposure. The material that did not contain impurities produced a total of five nuclear species. Among the five nuclear species, 54Mn accounted for 99.9% of the exposure dose. There is a possibility that Cobalt can be generated by inducive nuclear reaction of positrons through the radioactivation process of 56 Fe instead of impurities. However, there was no radioactivation because only few positrons reached the concrete wall. The results of comparative analysis on exposure dose with respect to the presence of impurities indicated that the presence of impurities caused approximately 98% higher exposure dose. From this result, the main cause of radioactivation was identified as the small ppm-level amount of impurities.

의료 방사선사용에 따른 납과 텅스텐의 차폐효과 분석

장동근 ( Donggun Jang ),김규형 ( Gyoo Hyung Kim ),박철우 ( Cheolwoo Park ) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.2

병원에서 방사선을 차폐하는데 있어 납은 매우 유용하게 사용되고 있다. 하지만 납은 독성을 가지고 있고 대체물질에 대한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 대표적으로 텅스텐을 대체물질로 한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서 납과 텅스텐의 물리적 특성 및 반가층 실험을 진행한 결과 원자번호가 높은 납 원소의 반응단면적이 텅스텐에 비해 높게 나타났으나, 텅스텐의 밀도가 높아 동일한 크기일 경우 텅스텐의 전자밀도가 납에 비해 약 1.7배 높은 것으로 나타났다. MCNPX를 이용한 모의 모사에서도 에너지 따라 다소 차이가 있지만 텅스텐이 납에 비해 약 1.4배 차폐효과가 높은 것으로 나타났으며, 텅스텐이 납에 비해 우수한 차폐효율을 갖고 있는 것으로 확인 되었다. 하지만 경제적 측면을 고려할 때 텅스텐은 희소금속으로 납에 비해 가격이 약 25배 높아 납에 대한 대체물질로는 부적당한 것으로 사료되었다. Lead is a very useful material in shielding radiation in hospitals. But lead is toxic. Therefore, there are many studies on substitutable materials, Typically, there are many studies using tungsten. In this study, we investigated the physical properties of lead and tungsten and the Half value layer. As a result, lead having higher atomic number showed higher cross - sectional area than tungsten. But, at the same size, the electron density of tungsten with a high density is about 1.7 times higher than that of lead. In MCNPX simulation, the shielding effect of tungsten is about 1.4 times higher than that of lead, It was confirmed that tungsten had better shielding efficiency than lead. However, considering the economic aspect, tungsten is a rare metal, which is about 25 times more expensive than lead, which is considered to be inappropriate as an alternative to lead.

의료용 사이클로트론 해체 시 발생되는 방사화 콘크리트의 방사선학적 영향평가

장동근 ( Donggun Jang ),신상화 ( Sanghwa Shin ) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.1

사이클로트론 가동 시 핵반응으로 인해 중성자가 발생되며, 발생된 중성자는 콘크리트벽에 흡수되어 방사화를 일으키게 된다. 이에 본 연구에서는 콘크리트 종류에 따른 방사화 분석과 방사화 핵종이 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 실험은 몬테카를로 시뮬레이션 및 RESRAD 모델을 사용하였다. 실험 결과 콘크리트의 Fe 함유량이 높을수록 차폐율이 증가하였으며, Fe은 ⁵⁶Fe(n, 2np)⁵⁴Mn 반응으로 인하여 종사자에게 미치는 영향 또한 같이 증가하였다. 하지만, 방사화로 생성된 핵종의 방사능은 매우 낮게 나타나 종사자들에게 미치는 영향은 매우 낮은 것으로 나타났다. 방사화된 콘크리트 해체 처분 시 방사능이 자체처분한도 미만으로 일반폐기물로써 처리되어야 하며, ¹⁴C의 영향을 최소화하기 위해 매립이 아닌 도로 보수와 같은 표층에 재활용 되어야 할 것이다. Neutrons are generated by the nuclear reaction, which is absorbed into the concrete wall and causes the activation during cyclotron operation. The purpose of this study is to investigate the effect of neutron activation and radiative concrete on concrete type. This experiment used Monte Carlo simulation and RESRAD model. The results of the experiment showed that the higher the content of Fe in concrete, the greater the shielding rate. The effect of ⁵⁶Fe(n, 2np)⁵⁴Mn reaction on workers is also increased. However, radioactive nuclides have low activity and have very low impact on workers. Radioactive concrete should be treated as general wastes with less than its self-disposal tolerance level, and it should be recycled to the surface such as road repair rather than landfill to minimize the effect of ¹⁴C.

일반인들의 항공여객기 이용 시 우주방사선 피폭선량 비교 분석

장동근(Donggun Jang),신상화(Sanghwa Shin) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2018 방사선기술과학 Vol.41 No.4

Humans received an exposure dose of 2.4 mSv of natural radiation per year, of which the contribution of spacecraft accounts for about 75%. The crew of the aircraft has increased radiation exposure doses based on cosmic radiation safety management regulations There is no reference to air passengers. Therefore, in this study, we measured the radiation exposure dose received in the sky at high altitude during flight, and tried to compare the radiation exposure dose received by ordinary people during flight. We selected 20 sample specimens, including major tourist spots and the capital by continent with direct flights from Incheon International Airport. Using the CARI-6/6M model and the NAIRAS model, which are cosmic radiation prediction models provided at the National Radio Research Institute, we measured the cosmic radiation exposure dose by the selected flight and departure/arrival place. In the case of exposure dose, Beijing was the lowest at 2.87 μSv (NAIRAS) and 2.05 μSv (CARI - 6/6M), New York had the highest at 146.45 μSv (NAIRAS) and 79.42 μSv (CARI - 6/6M). We found that the route using Arctic routes at the same time and distance will receive more exposure dose than other paths. While the dose of cosmic radiation to be received during flight does not have a decisive influence on the human body, because of the greater risk of stochastic effects in the case of frequent flights and in children with high radiation sensitivity Institutional regulation should be prepared for this.

포스터 세션 : PA9 기업품질/품질경영/경영품질/통계적품질경영/품질기법/6시그마 ; PA9.13 : 6시그마 공차설계 프로세스에 관한 실증적 연구

김용태 ( Yongtae Kim ),이상복 ( Sangbok Lee ),장동근 ( Donggun Jang ),이명석 ( Myoubgsuk Lee ) 한국품질경영학회 2014 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2014 No.1