10 MeV 전자선가속기의 필름선량계를 통한 해석적 선량평가에 관한 연구

Abstract

국내의 경우 운영되는 전자선가속기가 증가하고 있음에도 국제표준에 근거하여 흡수선량 품질보증을 체계적으로 달성한 연구결과가 부족한 실정이다. 전자선은 60Co 동위원소를 이용하는 감마선 조사와는 달리 전자빔 조사는 더욱 많은 공정인자에 대해 품질시험을 실시할 것을 ISO/ASTM 51649에서 규정하고 있어 전자선가속기의 흡수선량 품질보증 절차의 가이드라인의 필요성이 증가하고 있다. 운전 적격성 시험은 일반적으로 깊이선량분포 및 전자선 에너지 산정, 평균 빔 전류, 컨베이어 속도, 빔 폭, 빔 균질성, 선량 선형성, 공정 중단에 대한 사항을 포함하고 있다. 가속기의 운용 범위가 넓어짐에 따라 보다 다양한 종류의 제품 및 재료가 조사되고 있다. 그러나 선량측정의 요건은 방사선 조사 과정과 제품의 특성에 따라 달라진다. 특히 전자선은 감마선에 비해 투과깊이가 낮기 때문에 적정깊이를 찾는 것이 중요하기 때문에 전자선의 물질에 따른 선량측정 요건의 정립이 필요한 시점이다. 따라서 운전 적격성 시험의 항목 중 연구 범위 내 가능한 항목을 시험해보고 ISO/ASTM에 제시된 OQ의 선량측정절차에 대해 상세히 제시하고자 하였으며 선정된 대상 물질을 여러 선량 조건에서 조사시켜 깊이선량분포를 분석하여 물질별 최적의 조사조건을 도출하는 것이 본 연구의 목적이다. 본 연구의 내용은 다음과 같다. 운전 적격성 시험은 흡수선량 품질에 영향을 줄 수 있는 주요한 인자인 전자선 에너지, UBC 속도, 선량 선형성에 대해 검증하여 운전 적격성 시험을 수행하였다. 운전 적격성 시험 절차는 ISO/ASTM에 제시된 선량측정 절차에 따라 수행하였으며 선량측정은 B3필름선량계를 이용하였다. 전자선 에너지는 Aluminum wedge 장치를, UBC 속도 시험 및 선량 선형성 시험은 전자선 보정 팬텀을 이용하였다. 물질별 깊이선량분포 분석 실험은 5가지 물질을 선정하여 각 물질을 판 형태로 준비한 후 적층을 쌓아 B3필름선량계를 부착해 전자선에 조사시켰다. 물질별 최적의 조사조건을 도출하기 위하여 여러 선량 조건에서 단면조사 및 양면조사를 수행하였으며 실험 결과를 통해 깊이선량과 물질의 밀도와의 관계를 분석하였다. 운전 적격성 시험 결과에 따라 전자선 에너지는 평균 9.71 ± 0.03 MeV였으며 UBC 속도와 선량 간의 관계를 확인하였고 선량 선형성을 검증하였다. 또한 물질별 깊이선량분포 측정 결과를 통해 단면조사 및 양면조사의 특징을 분석하였으며 이를 이용하여 조사대상의 밀도와 최대선량에 도달하는 깊이의 관계를 도출하였다.|In Korea, despite the increasing number of electronic accelerator systems operated, there is a lack of research results that systematically achieved quality assurance of absorbed dose based on international standards. Unlike γ-ray irradiation using 60Co isotopes, ISO/ASTM 51649 specifies that quality tests are conducted for more process factors, increasing the need for guidelines on the quality assurance procedures for absorbed dose of electron beam accelerators. Operational qualification testing generally includes matters on depth dose distribution and electron beam energy calculation, average beam current, conveyor speed, beam width, beam homogeneity, dose linearity, and process interruption. As the operating range of the accelerators widens, more diverse types of products and materials are being investigated. However, the requirements for dosimetry depend on the nature of the product and the irradiation process. In particular, it is important to find a proper depth because electron rays have a lower penetration depth than γ-rays, so it is necessary to establish the requirements for dosimetry according to the matter of electron rays. Therefore, the purpose of this study is to test possible items within the scope of the operation qualification test and present in detail the dosimetry procedure of OQ given in ISO/ASTM, and to analyze the depth dose distribution of selected target materials under different dose conditions to derive optimal survey conditions by substance. The contents of this study are as follows. Operational qualification tests were conducted by verifying the major factors that could affect absorbed dose quality: electron beam energy, UBC speed and dose linearity. The operational qualification test procedures were performed in accordance with the dosimetry procedures given in ISO/ASTM and the dose measurements were made using the B3 film dosimetry. Electron beam energy was used with Aluminum wedge devices, and UBC speed tests and dose linearity tests with Electron beam calibration phantom. The analysis of depth dose distribution by substance was carried out by the following procedure. After selecting five substances, each substance was prepared in plate form and then layers were stacked to attach a B3 film dosimeter to irradiate the electron beam. In order to derive the optimal irradiation conditions by substance, single-sided irradiation and double-sided irradiation were performed under different dose conditions and the relationship between depth dose and material density was analyzed through the experimental results. Based on the results of the operation qualification test, the electron beam energy averaged 9.71 ± 0.03 MeV and the relationship between UBC speed and dose was verified and dose linearity was verified. In addition, the characteristics of single-sided irradiation and double-sided irradiation were analyzed through the measurement results of depth dose distribution by substance, and the relationship between density in the survey target and depth reaching maximum dose was derived using this analysis.