• Nuclear Engineering and Technology
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• 제53권6호
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• pp.1964-1969
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• 2021

We developed a Dual-PPACs detector for fast neutron measurements that consists of two sets of PPAC: conventional PPAC and fission PPAC. A²³⁸U(U₃O₈) coating is placed in the fission PPAC's anode, which is used as the neutrons conversion layer. An experiment was performed to measure neutron time-of-flight (TOF) in which ²⁵²Cf spontaneous fission source was used. An excellent time resolution of 164ps has been observed at 6 mbar in isobutene gas. With the excellent time resolution of Dual-PPACs detector, exact neutron energy can be extracted from the timing measurement. The experimental detection efficiency was 1.9 × 10^-7, consistent with the efficiency of 2.5 × 10^-7 given by a Geant4 simulation. Ultimately, the results show that the Dual-PPACs detector is a suitable candidate for measuring fast neutrons in the future CiADS system.

• Journal of the Korean Physical Society
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• 제73권9호
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• pp.1393-1398
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• 2018

In conventional single-photon emission computed tomography (SPECT), only the photoelectric events in the detectors are used for image reconstruction. However, if the $^{131}I$ isotope, which emits high-energy radiations (364, 637, and 723 keV), is used in nuclear medicine, both photoelectric and Compton scattering events can be used for image reconstruction. The purpose of our work is to perform simulations for Compton SPECT by using the Geant4 application for tomographic emission (GATE). The performance of Compton SPECT is evaluated and compared with that of conventional SPECT. The Compton SPECT unit has an area of $12cm{\times}12cm$ with four gantry heads. Each head is composed of a 2-cm tungsten collimator and a $40{\times}40$ array of CdZnTe (CZT) crystals with a $3{\times}3mm^2$ area and a 6-mm thickness. Compton SPECT can use not only the photoelectric effect but also the Compton scattering effect for image reconstruction. The correct sequential order of the interactions used for image reconstruction is determined using the angular resolution measurement (ARM) method and the energies deposited in each detector. In all the results of simulations using spherical volume sources of various diameters, the reconstructed images of Compton SPECT show higher signal-to-noise ratios (SNRs) without degradation of the image resolution when compared to those of conventional SPECT because the effective count for image reconstruction is higher. For a Derenzo-like phantom, the reconstructed images for different modalities are compared by visual inspection and by using their projected histograms in the X-direction of the reconstructed images.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권6호
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• pp.2247-2257
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• 2024

To investigate the impact of the recently released pediatric reference voxel phantoms (0-, 1-, 5-, 10-, 15-year-old males and females) of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) on organ dose estimates for radioactive iodine (RAI) treatment in pediatric patients, we calculated and analyzed pediatric-specific iodine131 S values (r_T ← thyroid) for the 30 radiosensitive organs by conducting Monte Carlo simulations using the Geant4. The gender dependency in the S values was frequently seen for the 15-year-old phantoms with higher S values of female than male. In addition, the age dependency in the S values was observed for most target organs; that is, the S values tend to decrease for older ages (e.g., ~120 times for the gonads between the adult and newborn) due mainly to the inter-organ distances generally longer for older ages. Moreover, we observed that the iodine-131 S values tend to be significantly greater by up to ~145.5 times than those of the stylized phantoms that have been widely used for organ dose estimates of pediatric RAI patients. We believe that the pediatric-specific iodine-131 S values (r_T ← thyroid) of the ICRP pediatric reference voxel phantoms should be beneficial to improve the dosimetry of pediatric RAI patients.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제31권3호
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• pp.277-283
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• 2014

Next Generation Small Satellite-1 (NEXTSat-1) is scheduled to launch in 2017 and Instruments for the Study of Space Storm (ISSS) is planned to be onboard the NEXTSat-1. High Energy Particle Detector (HEPD) is one of the equipment comprising ISSS and the main objective of HEPD is to measure the high energy particles streaming into the Earth radiation belt during the event of a space storm, especially, electrons and protons, to obtain the flux information of those particles. For the design of HEPD, the Geometrical Factor was calculated to be 0.05 to be consistent with the targets of measurement and the structure of telescope with field of view of $33.4^{\circ}$ was designed using this factor. In order to decide the thickness of the detector sensor and the classification of the detection channels, a simulation was performed using GEANT4. Based on the simulation results, two silicon detectors with 1 mm thickness were selected and the aluminum foil of 0.05 mm is placed right in front of the silicon detectors to shield low energy particles. The detection channels are divided into an electron channel and two proton channels based on the measured LET of the particle. If the measured LET is less than 0.8 MeV, the particle belongs to the electron channel, otherwise it belongs to proton channels. HEPD is installed in the direction of $0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $90^{\circ}$ against the along-track of a satellite to enable the efficient measurement of high energy particles. HEPD detects electrons with the energy of 0.1 MeV to several MeV and protons with the energy of more than a few MeV. Thus, the study on the dynamic mechanism of these particles in the Earth radiation belt will be performed.

• 한국방사선학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.827-833
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• 2023

방사선 촬영 조영제는 특수 조영을 필요로 하는 병원에서 인체 장기 및 특정한 부위 검사를 촬영할 때 흔히 쓰이고 있다. 특히 컴퓨터단층촬영(Computed Tomography CT) 조영제는 요오드(Iodine)라는 물질이 혼합되어 있는데 이것이 방사선의 에너지를 흡수하면서 방사선 영상 이미지에서 하얀색으로 보이게 되어 영상의 화질을 더욱 개선시킨다. 또한, 혈관에서 혈액과 같이 움직이는 CT 조영제는 근육 및 물과 확연히 구분을 시켜주고 있어 조영제를 병원에서 많이 사용하고 있다. 이러한 조영제는 엑스레이를 흡수하지만, 엑스레이를 흡수하기 위해서는 밀도가 높거나 방사선 흡수계수가 높아야 한다. 조영제가 혈관에 투입되기 때문에 밀도가 높으면 혈관에 무리가 가서 환자는 쇼크 상태가 오기 때문에 물과 비슷한 밀도를 맞춰야 하고 부작용에 대해 항상 신경을 써야한다. 또한, CT 조영제의 양을 환자의 체형에 따라 조절하면서 쓰고 남은 조영제를 폐기하는데 이것을 방사선 차폐재로 재활용을 할 수 있는 아이디어를 알아보고자 하였다. 조영제와 물을 혼합하는 방법에는 조영제 10%와 물 90%, 조영제 30%와 물 70%, 조영제 50%와 물 50%으로 3가지로 혼합하였다. CT 촬영은 광주광역시 U병원에서 GE사 4채널 CT를 사용하였으며 조영제와 물을 혼합하여 듀란병에 저장하였으며, 물 90%와 조영제 10% 혼합 액체의 밀도가 1.4 g/mL 정도일 때의 물질을 찾아보면 MYLAR라는 물질과 비슷한 것을 확인하였고, 물 70%와 조영제 30% 혼합 액체의 밀도가 1.76 g/mL일 때는 Polyvinylidene과 비슷한 물질인 것을 알 수 있었으며, 물 50%와 조영제 50%일 때 혼합 액체의 밀도는 2.3 g/mL일 때는 콘크리트(concrete) 밀도와 비슷한 밀도를 구성하고 있음을 알 수 있었다. 본 실험의 결과를 통해서 물 50%와 조영제 50%를 혼합한 액체는 콘크리트 차폐와 비슷한 밀도를 가지고 방사선의 차폐가 가능하였다. 따라서 콘크리트 두께와 비교하여 조영제를 50% 이상 첨가한 두께를 이용한 차폐재를 만든다면 충분한 차폐재의 역할을 할 수 있을 것으로 생각된다.

• 대한핵의학회지
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• 제38권5호
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• pp.338-343
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• 2004

목적: 이 연구의 목적은 두층 섬광결정을 사용하여 PET 기기 시야 외곽에서 발생하는 영상 왜곡현상을 최소화하는 고 민감도, 고 분해능의 소동물 PET 시스템을 개발하는 것이다. 대상 및 방법: GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 시스템을 모사하였고 시스템 성능을 예측하였으며 시뮬레이션에서 도출한 파라미터를 기준으로 시스템을 설계 제작 하였다. 두층 섬광결정은 Lutetium Oxyorthosilicate (LSO)와 Lutetium-Yttrium Aluminate-Perovskite (LuYAP)으로 구성하였다. 섬광결정의 각 픽셀크기는 $2mm{\times}2mm{\times}8mm$이며 $8{\times}8$로 배열하여 두층 섬광결정으로 구성하였다. 두층 섬광결정 배열을 위치민감형 광전자증배관(Position Sensitive Photomultiplier Tube: PSPMT)과 결합하여 한 개의 검출기를 구성하였으며, 총 16개 검출기를 지름 10 cm, 유효시야 8 cm인 원형으로 배열하였다. 검출기로부터 출력된 데이터는 소켓, 디코더, ADC, FPGA회로를 거쳐 전 처리 컴퓨터에 입력되고 마스터 컴퓨터에 저장 되도록 하였다. 결과: 시스템 개발의 초기 연구로 한쌍 검출기만 사용하여 단층영상을 획득하고 민감도와 공간분해능을 측정하였다. 점선원을 시야 중앙에 위치했을 때 공간분해능은 2.3 mm FWHM이고, 민감도는 10.9 $cps/{\mu}Ci$이었다. 결론: 구축한 시스템을 사용하여 선원의 위치와 모양변화를 정확하게 측정한 사이노그램과 PET 영상을 획득할 수 있었다. 이 연구는 고 분해능 고 민감도 PET 시스템 개발의 초기연구로, 소형 원형 PET 시스템 개발 가능성을 보여준다.lamate을 이용하여 측정한 사구체 여과율과 통계적으로 유의한 상관 관계를 보이지 않았다. 결론: Gates 방법을 이용한 사구체 여과율 측정에서 배후 방사능 관심 영역은 신장의 상방과 양측 신장사이, 즉 혈액 풀 방사능이 많이 분포하는 부위에 설정하는 것이 I-125-iothalamate을 이용한 사구체 여과율과 가장 높은 상관 관계를 보였고, 신장 깊이가 깊지 않은 2군에서 두 사구체 여과율은 더 높은 상관 관계를 보였다.7%$, 25분일 때 $95{\pm}12%$, 40분일 때 $98{\pm}3%$로 통계학적으로 유의한 차이는 없었다(p>0.05). 항응고제 종류에 따른 결합효율은 헤파린을 사용한 경우 $89{\pm}20%$, CPDA를 사용한 경우 $97{\pm}6%$, ACD를 사용한 경우 $98{\pm}4%$로 CPDA와ACD를 사용한 경우에 유의하게 높은 결합효율을 보였다(p<0.001). 결론: 변형 체내 표지법으로 적혈구를 표지시 우수한 결합효율을 유지하기 위해서는 채취하는 혈액의 양은 3 mL 이상, 배양시간은 10분 이상(10분-40분), 항응고제는 ACD나 CPDA tinning 시간은 20분 이상(20-35분)을 유지하고, 가능한 rotating invertor를 사용하는 것이 좋을 것으로 생각된다.KC $\varepsilon$이 K562(Adr)세포에서 많이 발현되었으나, K562와 K562(Adr)세포에서는 verapamil처리에 따른 PKC 아형의 변화는 없었다. 결론: Verapamil은 암세포의 종류에 따라 MIBI와 TF의 섭취를 감소시켰고, 고용량에는 MDR세포의 섭취도 감소시켰으며 이러한 현상은 세포독성 이나 PKC효소 아형과는 관련이 없었다. 그러므로 MDR의 진단시 verapamil을

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권4호
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• pp.216-224
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• 2009

$^{99m}Tc$은 핵의학 영상 획득 물리적 특성이 우수하지만 유기화 작용이 일어나지 않아 갑상선 호르몬의 합성능력이 없는 결절을 진단하는데 제한을 받는다. 이와는 달리 $^{131}I$은 유기화 작용으로 인하여 갑상선의 기능을 평가하는데 활용됨은 물론 높은 에너지의 베타선과 감마선을 방출함으로써 암의 치료에도 널리 사용되고 있는 방사선 핵종이다. 그러나 $^{131}I$은 단일에너지의 감마선을 방출하는 $^{99m}Tc$ 등과는 달리, 다양한 에너지의 감마선을 방출함으로써 핵의학 영상의 정량화가 어려운 단점이 있으며, 특히 고에너지 영역의 감마선에 의한 격벽투과와 산란선은 핵의학 진단영상에 악영향을 미치게 되는 단점이 있다. 본 연구에서는 팬텀 내에서 선원의 위치 변화에 따른 산란의 영향을 알아보기 위해 GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) 시뮬레이션 도구로 dual-head 감마카메라(ECAM), PMMA 팬텀(RADICAL, USA), 점선원 0.1 mCi를 사용하여 모사하였다. 팬텀 내에서 $^{131}I$ 점선원을 X축, Y축으로 위치를 변화시키며 영상을 획득하였다. 또 산란 매질의 유무에 따른 영향을 확인하기 위해 같은 위치에서 점선원이 팬텀 안에 있을 때와 공기 중에 있을 때를 비교 하였다. 저에너지 선원과 비교를 위해 같은 방법으로 $^{99m}Tc$으로도 시뮬레이션 하였다. 또한 시뮬레이션과 똑같은 환경에서 측정 실험을 통해 시뮬레이션의 타당성을 검증 하였다. 이 연구에서는 한 팬텀 내에서도 위치 변화에 따라 산란의 영향이 달라진다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 이러한 분포 변화는 시뮬레이션과 측정 실험 모두에서 동일한 경향을 나타내었으므로 시뮬레이션이 타당함을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션을 이용하면 X축, Y축 위치 변화만 아닌 다양한 경우에 대해서도 위치 변화에 따른 산란 영향의 예상이 가능할 것이며 나아가 산란 보정 연구의 기초 자료로 사용될 것이라 생각한다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제39권1호
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• pp.30-37
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• 2014

최근 표준한국인 성인남녀 복셀 팬텀 한 쌍인 High-Definition Reference Korean-Man (HDRK-Man)과 High-Definition Reference Korean-Woman (HDRK-Woman)을 개발한 바 있다. HDRK-Man과 HDRK-Woman은 각각 한국인 성인 남성과 여성을 대표하므로 이들을 이용하면 한국인 고유의 유효선량을 계산할 수 있다. 이러한 한국인 고유의 유효선량을 계산하기 위해서는 표준한국인 팬텀을 이용한 몬테칼로 선량계산을 수행하여야 한다. 하지만 이러한 몬테칼로 선량계산은 전산인체모델에 대한 이해와 고도의 몬테칼로 전산모사 기술이 요구되기 때문에 몬테칼로 전산모사 경험이 적은 연구자들에게는 접근성이 용이하지 않다. 최근 UFPE (Federal University of Pernambuco) 연구팀에서는 몬테칼로 선량계산 온라인 시스템인 CALDOSE_X를 운영하고 있다. CALDOSE_X는 사용자가 온라인상에서 직접 입력한 선원조건에 따라 곧바로 몬테칼로 선량계산을 수행하고 계산된 결과를 제공해주는 온라인 서비스이다. 따라서 CALDOSE_X를 이용하면 몬테칼로 전산모사 경험 없이도 누구나 쉽게 원하는 선원조건에 대한 선량계산을 수행할 수 있다. 하지만 CALDOSE_X에서 제공하는 선량값은 서양인 전산팬텀을 이용하기 때문에, 이를 한국인 종사자에 대한 방사선 방호목적으로 사용하기에는 여전히 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 온라인상에서 사용자가 입력한 선원조건에 따라 실시간으로 표준 한국인에 대한 유효선량을 계산할 수 있는 웹 기반 표준한국인 선량평가 시스템을 구축하였다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제21권3호
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• pp.291-297
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• 2010

본 연구에서는 양성자 치료에서 치료부위에 금 마커를 삽입하였을 때 양성자 빔의 선량과 그 분포에 미치는 영향을 평가하였다. 1.2 mm 직경에 3 mm 길이의 원통형 금 마커가 사용되었고 양성자 빔의 여러 위치에서 각각의 선량에 미치는 영향을 조사하였다. 3차원 moving 팬텀과 유효 반경이 0.5 mm인 정위적 방사선 치료용 다이로드 검출기를 이용하여 금마커의 방사선 선량으로의 영향을 결정하였다. Gafchromic film을 이용한 필름에 의한 선량 평가도 시행하였다. 그리고 선량-체적관계 히스토그램을 통한 분석을 위하여 GEANT4 전산 모의 도구 모음을 이용한 전산모의를 실시하였다. 마커의 움직임에 대한 영향성을 평가하기 위하여 직장 풍선을 적용하고 금 마커를 삽입한 10명의 환자에 대한 MV 영상을 이용하였다. 하나의 금 마커에 의하여 처방선량의 95% 이하가 들어간 체적은 0.15 cc로 작지만 그 체적은 치료부위 안쪽에 위치하고 평행이동에 대하여 발려져서 없어지지 않았다. 금 마커의 위치와 양성자 빔의 상태에 따라서 선량분포에 각각 다른 영향을 미치고 이는 임상치료에서 충분히 고려되어야 할 것으로 사료된다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제40권1호
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• pp.1-9
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• 2015

콤프턴 카메라는 검출 신호의 동시성 판단을 기반으로 한 전자적 집속방식을 이용하기 때문에, 기존의 물리적 집속기를 이용하는 감마선 영상 장비의 가시영역이 좁고 투과력이 높은 고에너지 감마선에 적용하기 어렵다는 한계를 극복할 수 있다. 특히 대면적의 콤프턴 카메라는 절대 검출 효율이 높아 영상 장비의 운반이 요구되지 않는 대규모 공정 시설내 핵물질의 모니터링용으로 매우 적합하다. 본 연구팀은 한국원자력연구원에서 개발 중인 파이로 시험 공정 시설에서의 안전조치 수립을 위해 대면적 콤프턴 카메라를 적용하고자 한다. 대면적 콤프턴 카메라를 구성하는 대면적의 검출기는 그 형태나 구성 방식에 따라 에너지 분해능이나 위치 분해능이 달라질 수 있다. 이는 콤프턴 영상의 질에 직접적으로 영향을 미치므로, 본 연구에서는 전산모사를 통해 그 영향을 예측하여 대면적 검출기의 설계 방향을 결정하였다. 또한 한국원자력연구원으로부터 파이로 시험 공정 시설의 정보를 전달받아 전산모사를 수행하였고, 여러 계측 환경에 대해 대면적 콤프턴 카메라의 성능을 예측하여 보았다. 그 결과 대면적 검출기는 에너지 분해능 측면에서의 손실을 최소화 할 수 있도록 구성하여야 한다는 결론을 얻었으며, 에너지 분해능 10%, 위치 분해능 7 mm 정도 성능의 검출기를 이용하여 콤프턴 카메라를 구성할 경우 1 m 거리에 위치한 감손우라늄 선원을 영상 해상도 16.3 cm(각도 분해능 $9.26^{\circ}$)으로 영상화할 수 있음을 확인하였다.