• 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.

• 대한방사선치료학회지
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• 제25권1호
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• pp.9-14
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• 2013

목 적: 10 MV 이상 고에너지 방사선 치료 시 광핵반응을 통해 광중성자가 발생된다. 광중성자는 방사선하중계수가 X선 보다 커 작은 선량에도 인체에 미치는 영향이 크므로 정확한 선량계산 및 고려가 필요하다. 이에 광자선 에너지 크기와 치료방법에 따른 광중성자의 선량변화를 공간적인 측면에서 비교 분석하였다. 대상 및 방법: 광자선의 에너지 크기에 따른 광중성자의 선량 변화를 측정하고자 동일한 치료부위의 환자를 대상으로 치료 계획을 10 MV와 15 MV conventional plan으로 각각 만들었다. 그리고 치료방법에 따른 차이에 대해 측정하고자 10 MV conventional plan과 10 MV IMRT plan을 각각 만들었다. 검출기의 위치는 광자선원으로부터 isocenter까지의 거리를 100 cm으로 정한 기준점을 $^3He$비례계수기의 중심점에 위치시키고 광중성자 선량을 측정하였다. 또한 중심점을 기준으로 couch의 longitudinal 방향으로 상방, 하방 50 cm 방향으로 각각 $^3He$비례계수기를 위치시켜 위치변화에 따른 선량변화를 측정하여 상용프로그램을 이용하여 분석하였다. 결 과: 에너지 크기에 따른 광중성자의 평균 누적선량은 10 MV, 15 MV conventional RT시 각각 $220.27{\mu}Sv$, $526.61{\mu}Sv$로 15 MV conventional RT가 평균 2.39배의 선량이 증가하였다. 동일한 에너지의 conventional RT와 IMRT의 광중성자의 평균 누적선량은 Conventional RT, IMRT 시 각각 $220.27{\mu}Sv$, $308.27{\mu}Sv$로 IMRT가 1.40배의 선량이 증가하였다. 측정위치에 따른 광중성자의 누적선량은 Conventional RT시 point 2가 3보다 10 MV에서는 약 7.1%, 15 MV에서는 3.0%로 유의하게 높게 측정되었다. 결 론: 고에너지 방사선 치료 시 광중성자에 의한 불필요한 선량을 줄이기 위해 에너지의 선택, 치료 방법의 결정 및 환자의 position을 고려해야 할 것이다. 또한 광중성자의 선량 데이터를 체계화하여 전산화계획 프로그램에 적용되는 방안을 모색하여야 할 것이다. 이는 환자에게 불필요한 선량을 최소화하고 방사선 치료로 인한 2차 암 발생확률과 부작용을 감소시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권4호
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• pp.199-205
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• 2014

중성자 검출분야에서$^3He$는 높은 중성자 검출효율 때문에 아주 많이 사용되고 있다. 하지만 2009년 초반부터 발생하고 있는 전세계적인 $^3He$의 품귀현상으로 인하여 가격이 급등하고 수급이 어려워졌기 때문에 대체 중성자 검출물질에 대한 필요성이 높아졌다. 그러므로 중성자 검출물질로 사용될 수는 있지만 $^3He$에 비해 반응효율이 낮아 중성자 검출용으로 주로 사용되지 않던 물질들을 사용하여 검출기를 제작하는 연구가 다시 활발하게 진행되고 있다. $BF_3$, $^6Li$, $^{10}B$, $Gd_2O_2S$ 등과 같은 $^3He$ 대체 물질들 중 하나인 $^{10}B$은 손쉬운 감마선 구별, 무독성, 낮은 가격 등과 같은 여러 장점으로 인하여 여러 연구그룹에서 연구되고 있다. $^{10}B$ 박막을 이용한 중성자 검출은 중성자와 반응하여 발생되는 2차 방사선을 측정하여 간접적으로 중성자를 측정하는 검출기법이다. 반응을 통해 생성된 알파입자의 비정은 고체 내에서 아주 짧기 때문에 $^{10}B$ 층은 박막 형태로 얇게 제작해야 한다. 그러므로 중성자와 박막의 반응을 통해 발생되는 알파입자의 검출효율을 증가시키기 위해서는 $^{10}B$ 박막의 두께를 얇게 제작하는 것이 중요하다. 하지만 박막의 두께를 얇게 제작하는 것은 중성자와 반응하여 생성되는 알파입자의 수집효율을 증가시키는 장점이 있지만 또한 중성자와 반응할 단면적을 감소시키는 단점이 있다. 본 논문에서는 리튬이온전지에 사용되는 초박막 극판 제조 기술을 이용하여 중성자 검출을 위한 대략 $60{\mu}m$ 두께의 얇은 $^{10}B$ 박막을 제작하였다. 그리고 전도성, 분포, 점착력, 유연성와 같은 간단한 물리적 실험을 통해 제작된 $^{10}B$ 박막의 물성을 확인하였다. 또한, 제작된 $^{10}B$ 박막을 사용하여 중성자 모니터링을 위한 비례계수기 제작하고 이를 이용하여 한국원자력연구원의 중성자 조사시설의 중성자 파고 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 중성자 검출효율을 증가시킬 수 있는 방법 중 하나인 다층 박막을 이용한 중성자 측정 방법을 이용하여 박막 층수에 따른 중성자 검출효율의 변화를 몬테칼로 전산모사 기법을 이용하여 계산하였고 실험을 통해 박막층의 증가에 따른 신호변화를 측정하였다.