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X-선 장비 경량화를 위한 맞춤형 콜리메이터 개발

Development of customized collimator for lightweight X-ray equipment

유창재 (공학대학원)

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X-선은 인체에 유해함이 증명되었기에 방호 대책으로 납으로 이루어진 차폐벽이 가장 흔히 사용된다. 통상적으로 사용되는 콜리메이터는 1차적인 차폐기능은 가능하나 X-선 장비의 크기와 구조에 최적화된 세밀한 차폐력은 기대하기 어렵다는 점이고 이는 장비의 전반적인 차폐벽의 두께를 증대 시켜 장비의 대형과, 중량화 된다. 이번 연구를 통해 기존 평면형이던 콜리메이터를 맞춤형으로 제작하여 조사가 필요 없는 부분에 대한 차폐능을 극대화시켜 방사선 장비의 전반적인 차폐물의 사용량을 절감함으로써 장비의 경량화에 기여 하고자 했으며 Monte-Ca...
X-선은 인체에 유해함이 증명되었기에 방호 대책으로 납으로 이루어진 차폐벽이 가장 흔히 사용된다. 통상적으로 사용되는 콜리메이터는 1차적인 차폐기능은 가능하나 X-선 장비의 크기와 구조에 최적화된 세밀한 차폐력은 기대하기 어렵다는 점이고 이는 장비의 전반적인 차폐벽의 두께를 증대 시켜 장비의 대형과, 중량화 된다. 이번 연구를 통해 기존 평면형이던 콜리메이터를 맞춤형으로 제작하여 조사가 필요 없는 부분에 대한 차폐능을 극대화시켜 방사선 장비의 전반적인 차폐물의 사용량을 절감함으로써 장비의 경량화에 기여 하고자 했으며 Monte-Carlo N-particle(MCNP)를 이용해 취약부위가 발생되는 부분에 콜리메이터의 형상을 보강하여 최적의 콜리메이터 형상을 찾을 수 있었다. 3D프린팅을 이용해 주물 틀을 제작하고 이를 납으로 주조하여 사용하여 실물로 제조하였다. 테스트를 통해 기존 5t두께의 납 차폐벽이 필요했던 장비에서 맞춤형 콜리메이터를 장착하면 3t의 납 차폐벽으로도 선량 기준치를 만족할 수 있는 것을 확인하였다. 이는 X-선 장비에서 가장 많은 중량을 차지하는 차폐 구조물의 30∼40%의 중량을 감량 할 수 있고 원자재 가격의 절감 효과도 볼 수 있을 것이라 판단된다.
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그림 목차
표 목차
I. 서 론 1
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표 목차
I. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 2
1.3 연구목적 3
II. 관련연구 4
2.1 X-선 장치 4
2.1.1 X-선 장치의 구성 5
2.1.2 X-선 발생장치 (TUBE) 6
2.1.3 X-선 기계장치 8
2.1.4 X-선 영상장치 8
2.2 콜리메이터 (collimator) 10
2.3 차폐 재질 11
2.3.1 납의 특성 12
2.3.2 TVL(tenth-value layer) 및 HVL (half-value layer) 12
2.4 유한 요소 해석, MNCP 14
2.4.1 Voxel 모델링 기법 14
III. 맞춤형 콜리메이터 개발 및 해석 16
3.1 개발 및 해석 목적 16
3.2 해석 방법 18
3.3 해석 결과 20
IV. 콜리메이터 제작 31
4.1 제작 목적 31
4.2 제작 방법 31
4.2.1 목업 제작 31
4.2.2 주조틀 제작 34
4.2.3 주조 35
V. 차폐 실험 36
5.1 실험 방법 36
5.2 실험 결과 38
5.2.1 평면형 콜리메이터 장착 후 측정 38
5.2.2 맞춤형 콜리메이터 장착 후 측정 40
VI. 결론 42
참고문헌 45