의료영상용 방사선방호를 위한 무납차폐체 개발

Abstract

The shielding materials designed for replacement of lead equivalent materials for lighter apron than that of lead in diagnostic photon beams. The absorption characteristics of elements were applied to investigate the lead free material for design the shielding materials through the 50 kVp to 110 kVp x-ray energy in interval of 20 kVp respectively. The idea focused to the effect of K-edge absorption of variable elements excluding the lead material for weight reduction. The designed shielding materials composited of Tin 34.1%, Antimon 33.8% and Iodine 26.8% and Polyisoprene 5.3% gram weight account for 84 percent of weight of lead equivalent of 0.5 mm thickness. The size of lead-free shielder was $200{\times}200{\times}1.5\;mm^3$ and $3.2\;g/cm^3$ of density which is equivalent to 0.42 mm of Pb. The lead equivalent of 0.5 mm thickness generally used for shielding apron of diagnostic X rays which is transmitted 0.1% for 50 kVp, 0.9% for 70 kVp and 3.2% for 90 kVp and 4.8% for 110 kVp in experimental measurements. The experiment of transmittance for lead-free shielder has showed 0.3% for 50 kVp, 0.6% for 70 kVp, 2.0% for 90 kVp and 4.2% for 110 kVp within ${\pm}0.1%$ . respectively. Using the attenuation coefficient of experiments for 0.5 mm Pb equivalent of lead-free materials showed 0.1%. 0.3%, 1.0% and 2.4%, respectively. Furthermore, the transmittance of lead-free shielder for scatter rays has showed the 2.4% in operation energy of 50 kVp and 5.9% in energy of 110 kVp against 2.4% and 5.1% for standard lead thickness within ${\pm}0.2%$ discrepancy, respectively. In this experiment shows the designed lead-free shielder is very effective for reduction the apron weight in diagnostic radiation fields.

본 연구에서는 의학영상장치의 방사선에너지스펙트럼과 중원자번호 물질의 방사선흡수특성을 이용하여 경량 재질의 무납차폐체를 개발하였다. 개발된 차폐체는 중량비율로 주석 34.1%, 안티몬 33.8%, 요오드 26.8%와 Polyisoprene 5.3%를 혼합하여 가로$\times$세로$\times$두께 $200{\times}200{\times}1.5\;(mm^3)$로 제작되었으며 밀도는 $3.2\;g/cm^3$이다. 무납차폐체의 무게는 표준납차폐체 무게의 84%로 연당량 0.42 mm에 해당되며, 제작된 무납차폐체는 일차선과 산란선에 대해 표준납차폐체(연당량 0.5 mm 두께)의 투과율과 비교하였다. 일차선 에너지는 50 kVp에서 20 kVp씩 증가하여 110 kVp까지 조사 되었으며, 표준납 차폐체의 투과율은 0.1%, 0.9%, 3.2%, 4.8%였고, 무납차폐체는 각각 0.3%, 0.6%, 2.0%, 4.2%를 보였으며, 오차는 ${\pm}0.1$%이었다. 표준납차폐체와 동등한 연당량의 무납차폐체의 투과율은 각각 0.1%, 0.3%, 1.0%와 2.4%로 저에너지에서는 납과 동일한 감쇠를 나타내었으나 높은 에너지영역 에서는 납의 30~50%의 투과율로 측정되어 차폐효과가 뛰어남을 알 수 있었다. 인체팬텀의 측방산란선에 대한 비교결과는 표준납차폐체가 2.4%, 2.5%, 4.2%, 5.1%를 보였고, 무납차폐체는 각각 2.4%, 3.3%, 4.6%와 5.9%이며 각 오차는 ${\pm}0.2%$였다. 혼합성분의 무납차폐체의 연당량을 표준납차폐체까지 올리는 경우 낮은 에너지에서 뿐만 아니라 높은 에너지 영역에서 납에 비해 월등히 감쇠효과가 있음을 주장하며, 방사선구역의 특성에 따라 경량의 차폐체를 이용함으로써 방사선피폭을 효과적으로 차폐할 수 있을 것이다.