2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 2009 RI 일반면허 단기강좌 한양대학교 방사선안전연구실 장한기 방사선장해방어.

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1 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 2009 RI 일반면허 단기강좌 한양대학교 방사선안전연구실 장한기 방사선장해방어

2 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선원

3 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 가. 베타 붕괴 : 음전자 붕괴와 양전자 붕괴 - 음전자 붕괴 : 중성자 과잉상태인 핵종 - 양전자 붕괴 : 양성자 과잉인 핵에서 발생 음전자 붕괴와 붕괴 도식의 예 - 어미핵종의 에너지 준위에서 우하단 방향 사선으로 베타 붕괴 - 오른쪽 방향 원자번호 증가 - 하단 방향 : 에너지 감소 양전자 붕괴와 붕괴 도식의 예 - 양전자 붕괴와 전자포획이 경쟁적으로 일 어남. - 왼쪽 하단 : 원자번호와 에너지 감소 베타붕괴의 에너지스팩트럼 전 자 선 원

4 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 나. 내부전환(Internal Conversion) - 여기상태의 원자핵이 감마선을 방출하는 대신 그 에너지를 주변의 궤도전자(주로 K 각)에 전달하여 궤도 전자를 이탈 시키는 반응 - 감마선 방출반응과 경쟁적으로 일어남 여기서, α : 내부전환계수 n ce : 매 천이당 방출되는 내부전환전자 수 n γ : 매 천이당 방출되는 감마선의 수 K 각 결합에너지 : 28keV L 각 결합에너지 : 5keV 내부전환의 붕괴도식 및 내부전환전자의 스펙트럼 전 자 선 원

5 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 다. 오제전자(Auger electron) - 오제전자의 발생과정은 내부전환전자와 유사 - 내부전환전자 : 핵의 여기 에너지가 궤도 전장 전달 - 오제전자 : 원자의 여기 에너지를 외곽 전자에 전달하여 이탈되는 전자 - 스펙트럼 : 단색에너지 (선스펙트럼) - 오제전자의 방출은 원자번호가 낮은 원자에서 발생 Cs-137에서 방출되는 전자의 에너지 스펙트럼과 붕괴도식 전 자 선 원

6 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 가. 알파붕괴 - 원자번호가 83번 이상인 핵종에서 주로 일어남. [ 148 Gd 3.18 MeV제외] - 베타 붕괴와는 달리 알파입자가 상당한 무게를 가진 만큼 반도되는 핵도 상당한 에너지를 공유하게 되며 에너지와 운 동량 보존 - 만약 딸 핵종의 기저상태 에너지로 가지 않고 에너지 E ’ 인 여기 상태로 천이하면 아래 그림과 같이 4.602MeV를 가진 알파선을 방출 - 반감기가 길면 에너지가 작은 특징이 있음 Ra-226의 붕괴도식과 알파에너지 스펙트럼. 나. 자발 핵분열 - 자발핵분열 핵종은 중하전 입자 및 중성자 선원으로 이용. ( 예 : Cf-252, 반감기 2.65년, 주로 알파붕괴하며 3%만 자 발핵분열을 일으킴) - 우라늄보다 큰 핵종들은 대체로 자발 핵분열성이 있으며, 그 성질은 원자번호가 높아 질수록 커짐. 중 하 전 입 자

7 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 가. 감마천이 - 소수의 순수 베타 방출 핵종을 제외하고 알파, 베타 붕괴 후에도 여전히 여기 상태. - 준안정상태에 있는 핵은 전자파의 일종인 감마선을 방출하여 기저상태에 놓임. - 고유한 단색에너지 스펙트럼. - 감마선 분광분석을 통해 방사성물질에서 방출되는 감마선의 에너지를 측정함으로써 그 물질을 구성하는 핵종의 종류를 식별하고 방사능을 평가함. - 일반적으로 방사성핵종에서 방출되는 감마선의 에너지는 3 MeV 이하. - 예외적으로 N-16 : 6.13 MeV, 반감기 : 7.13초 Co-56 : 3.55 MeV, 반감기 : 77일 나. 핵반응 감마선 - 핵반응을 이용한 감마선원을 사용하는 경우는 드물다. - 9 Be : 4.44 MeV, 13 C : 6.13 MeV - 알파입자를 흡수시켜 핵반응을 일으키는 것은 효율이 낮음 전 자 파 방 사 선 원 Co-60의 붕괴도식

8 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 다. 소멸 감마선원 - 양전자 붕괴에서 방출된 양전자가 물질 내에서 감속되어 에너지가 거의 0에 도달하면 주의의 자유전자와 결합하여 소멸 하면서 0.511MeV의 에너지를 갖는 두 개의 광자 방출. 소멸감마선 라. 제동복사 - 고속의 하전입자 특히 전자가 강한 전기장 내를 지날 때 필연적으로 방향이 바뀌며 감속을 받게 되는데 이 감속으로 인해 입자의 에너지 손실이 전자파의 형태로 발산되며 이것이 제동복사선(bremsstrahlung)임. - 제동복사선 에너지 : 하전입자의 에너지, 전기장의 강도에 따라 유동적. 연속스펙트럼 - 제동복사선은 비교적 높은 에너지의 베타를 방출하는 방사성물질(Sr-90 등)에서도 방출되지만, 전형적으로는 X선 발 생장치에서 방출되는 X선의 대부분이 제동복사선임. - X선 발생장치의 양극에서는 입사한 전자 에너지의 99%가 열로 전환 - 제동복사율 = ZE/800 [ E : MeV, Z : 원자번호] 제동복사선의 방출원리 전 자 파 방 사 선 원

9 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 마. 특성 X-선 - 전자포획, 내부전환, 광자와 전자의 충돌, 전자와 전자의 충돌 등 여러 원인에 의해 원자 궤도의 내각 전자에 공백이 생기 면 외곽전자가 이를 메우면서 에너지 차이만큼 복사선을 방출하는데 이를 특성 X선이라 함. - 특성 X선은 오제전자 방출과 경쟁적으로 일어남. - 원자번호가 낮은 물질  오제전자, 원자번호가 높은 물질  특성 x-선 (K 각 방출을 기준으로 원자번호 50번 근처에서 교차가 일어남) - 광자를 방출하는 분률을 형광수율 (fluorescent yield) 이라 함. - 스펙트럼 : 단일에너지 (X선 회절분석, X선형광 분석 등 물질분석 수단으로 이용) - 특성 x선의 에너지는 이를 발산하는 원자의 원자번호의 제곱에 근사적으로 비례 (Moseley의 법칙) 특성 X-선의 방출원리 전 자 파 방 사 선 원

10 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방 사 선 량

11 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 Fluence / Energy fluence 플루언스(fluence; φ) : 일정한 시간 동안 한 점을 중심으로 한 단면적 ΔA인 가상의 구면을 지나는 입자의 수 ΔN 플루언스율(fluence rate; Φ) : 플루언스의 시간률 에너지 플루언스(energy fluence; ψ) 및 에너지 플루언스율(energy fluence rate; Ψ) 방사에너지(radiant energy; R) : 방출, 전달 또는 흡수된 에너지(정지에너지 포함)의 양

12 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 조사선량 [Exposure] X 정의 : 에너지 흡수량을 [J]로 표현하지 공기의 않고 단위질량 당 방사선에 의해 생성되는 전하량 - 방사선 피폭 가능 준위를 나타내는 양으로 사용하며 3MeV 이하의 광자(감마선, X선)에 대해서만 사용 - 단위 : R [rontgen], 1 R = 2.58×10 -4 C/kg - 조사선량은 처음으로 사용된 선량으로서 사람이 피폭한 선량을 나타내는 것이 아니라 공간상의 어떤 위치에서 방사선장의 강도를 나타내는 데에 사용되는 양 - 조사선량은 공기 중에서 방사선에 의해 얼마나 많은 전리전하가 생성 되는가를 평가하는 양 공기 중 흡수선량과 조사선량과의 관계

13 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 흡수선량 [Absorbed dose] D 방사선피폭 : 에너지의 흐름인 방사선의 경로에 물체(인체)가 있어 방사선의 에너지지가 물체에 흡수 부여 에너지(energy imparted) (R in ) u, (R in ) c : 관심 체적속으로 들어온 모든 하전 입자와 비하전입자들의 에너지의 합 (R out ) u, (R out ) c : 관심 체적을 떠난 모든 하전입자와 비하전입자들의 에너지의 합 ΣQ : 체적내 정지질량에너지의 총 변화 (합이 +부호 이면 감소를 나타내고, -부호이면 증가 [J] ) [J/Kg] 흡수선량(D) : 물체 단위질량 당 흡수된 방사선의 평균에너지, 단위 1 Gy(gray) = 1 J/kg 흡수선량율 : 흡수선량을 시간으로 나눈 몫이며, 미소시간 동안에 흡수선량의 변화량임 단위 – Gy/sec = 1 J/kg s 장기선량(organ dose) : 흡수선량의 평가 대상체적을 확장하여 하나의 장기나 조직에 대해 평균한 흡수선량, 여기서 첨자 T는 장기조직(tissue)을 나타냄

14 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 커마 [kerma] K 정의 : 단위 질량당 방출된 운동에너지(kinetic energy released per unit mass)의 약어로 만든 물리량 - 카마의 단위로 J/kg의 특별 명칭은 Gy로 흡수선량과 같음 - E tr 은 비하전 방사선에 의해 만들어진 하전입자의 초기 운동에너지의 합으로 제한적으로 정의 되는 점이 흡수선량과 다름 - 커마는 전기적으로 중성 방사선인 광자(감마선, X선)나 중성자 등에 적용 - 2차 하전입자의 초기 운동에너지로 규정하므로 에너지의 양도 흡수선량과는 약간 차이가 있음 [J/Kg] K = Kc (Collision Kerma) + Kr (Radiative Kerma) 흡수선량과 커마는 물질의 경계면에서 차이가 커지며 이들 곡선의 구체적 모양은 1차 방사선의 투과력(에너지)에 따라 차이가 있음

15 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 커마 [kerma] K - kerma와 흡수선량이 같아지는 조건 관심체적 내에서 하전입자평형이 성립하고 제동복사에 의한 하전입자의 에너지 손실을 무시할 수 있을 때 W air =34eV dx 광자 e 매질 dx를 이탈하여 에너지를 잃거나 제동복사를 통해 에너지를 잃을 수 있다  K  D 침투깊이 흡수선량 kerma D or K 축적영역 이상적인 하전입자평형 이상적인 하전입자 평형조건에서 커마와 흡수선량 흡수선량 kerma 침투깊이 D or K 축적영역 근사적인 하전입자평형 실제적인 조건에서 커마와 흡수선량 매질에 의한 간접전리방사선의 감쇄가 없는 경우 매질에 의한 간접전리방사선의 감쇄가 있는 경우

16 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 부여에너지와 전달에너지의 비교 컴프턴 산란의 경우 e-e- h 1 T T' h 2 h 3 h 4 쌍생성의 경우 h 1 e-e- e+e+ T1 T2 h = 0.511MeV E = hv1 – (hv2+hv3+T`) + 0 E tr = hv1 – hv2 + 0 = T E n tr = hv1 – hv2 – (hv3+hv4)+0 = T- (hv3+hv4) 소멸감마선을 고려 하지 않은 경우 - E = E tr = E n tr = hv1 – 1.022MeV = T1 + T2 소멸감마선을 고려한 경우 - E = 0 – (1.022 + T3) + hv1 = T1 + T2 - T3 - E tr = 0 – 1.022 + hv1 = T1 + T2 - E n tr = 0 – 1.022 – T3 hv1 = T1 + T2 – T3

17 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 공기커마와 조사선량 C/kg J/m 2 m 2 /kgR erg/cm 2 cm 2 /g N=10 e + e + e + e + W air =34eV E=340eV J/kg C/kg 34J/C rad R

18 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 공기커마와 조사선량 ※ 감쇠계수 - 선형감쇠계수 물질 내에서 광자가 단위거리를 이동하는 동안 물질과 상호작용을 일으킬 확률  = N  [cm  1 ], [cm 2 /g], - 질량감쇠계수

19 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 생물학적 효과비 (RBE) 정의 : 어떤 지정된 효과를 일으키는데 필요한 기준방사선의 흡수선량에 대한 동일한 효과를 일으키는 비교방사선의 흡수선량의 비의 역수 - RBE 값이 1보다 크다는 것은 기준방사선보다 생물학적 위해도가 크다는 의미가 됨 - RBE가 방사선의 상대적 영향력에 대한 과학적 지표이므로 선질계수(선량당량에서 사용)또는 방사선가중치도 근본적으로는 RBE데이터로 부터 평가 - 방사선가중치는 여러 가지 방사선 영향 중에서 발암과 유전결함에 대한 것을 근거로 하고 있으므로 등가선량은 암 위험과 유전결함 위험을 평가하기 위한 양으로 간주하여야 함 - 백내장이나 피부 홍반의 발생 위험을 평가할 때 등가선량을 사용하는 것은 적절하지 않음(흡수선량 사용) - 기준방사선으로 250KVp X선을 많이 사용하지만 60 Co감마선이 사용 되기도함 - RBE값은 어떤 영향을 대상으로 하느냐에 따라 다르며 LET의 함수 RBE = 어떤 지정된 효과를 일으키는데 필요한 기준방사선의 흡수선량 동일한 효과를 일으키는데 필요한 비교방사선의 흡수선량

20 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 선에너지전달 (LET) 정의 : 물질에 전달되는 에너지 중 2차 방사선 에너지 형태로 관심 있는 영역을 빠져나간 것을 제외한 에너지 전달량으로 정의 이때 관심영역을 빠져나가는 2차 방사선을 δ-ray라 부름 - 생성된 2차 전자의 에너지가 일정한 값(cut-off energy) 이상이면 δ-ray로 간주하여 관심 체적내 에너지 전달량에서 배제 - LET는 에너지으 국지 흡수량을 평가하는 선량계측 목적으로 정의 - Δ는 cut-off energy

21 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 등가선량 [equivalent dose] H 정의 : H = D R W R - 여기서 D R 은 방사선 R에 의한 조직 흡수선량이며 W R 은 보정하는 상수로서 방사선가중치(radiation weighting factor)라 부름 (방사선의 LET, 다른 표현으로 방사선의 선질에 따라 생물학적 위해도가 다름) - 등가선량 H의 단위도 흡수선량 D와 같은 J/kg이 기본 단위이나 흡수선량과 구분하기 위해 특별 명칭을 시버트 [Sv]로 함 - 방사선가중인자 : 방사선이 인체에 전달하는 에너지의 부여에 따른 방사선장해를 고려하여 결정된 값 방사선의 종류 및 에너지방사선가중인자(w R ) 광자(전에너지) 전자 및 뮤온(전에너지) 중성자, 에너지 < 10keV 10keV  100keV 100keV  2MeV 2MeV  20MeV > 20MeV 반도양자 이외의 양자 알파입자, 핵분열파편 1 5 10 20 10 5 20

22 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 등가선량 [equivalent dose] H ICRP Publication 103

23 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 유효선량 [Effective dose] E 정의 : E = Σ W T H T - 여기서 H T 는 조직 T의 등가선량이며 W T 는 그 조직의 조직가중치 임 - 유효선량의 기본 단위 : J/kg이 기본 단위이며, 특별 명칭으로 시버트 [Sv]를 사용 - 유효선량을 평가하기 위해서는 인체내 22개 조직에 대한 선량 분포를 알아야 하기 때문에 직접 측정하여 평가하는 것은 불가능. (물리량과 실용량을 사용하여 평가) - 즉, 유효선량은 개인의 방사선 피폭에 따른 생물학적 현상들을 잘 설명하고 있고, 확률적 영향에 대한 평가 지표로서 권고된 값임

24 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 유효선량 [Effective dose] E 조직wTwT wTwT wTwT wTwT 생식선 1) (gonads) 0.2 적색골수 (red bone marrow) 0.12 방광 (bladder) 0.05 뼈표면 (bone surface) 0.01 결장 (colon) 0.12 유방 2) (breast) 0.05 피부 (skin) 0.01 위 (stomach) 0.12 간 (liver) 0.05 폐 (lung) 0.12 식도 (esophagus) 0.05 갑상선 (thyroid) 0.05 기타조직 3) (remainder) 0.05 1) 생식선의 높은 가중치는 암위험이 아니라 후손에 심각한 유전결함의 발생위험을 근거로 부여된 것임. 2) 유방의 위험은 남녀 평균치에서 도출된 것임. 남성에서는 유방암 위험이 무시할 수 있으므로 여성은 이 값의 2배에 해당하는 것으로 이해할 수 있음. 3) 이 표에 열거되지 않은 10개의 장기(부신, 뇌, 후두, 소장, 신장, 근육, 비장, 췌장, 흉선, 자궁)에 대해 각각 0.005의 가중치를 할당할 수 있음. 만약 기타 조직 중 어떤 것이 표에 열거된 어느 조직보다도 높은 등가선량을 보이는 경우에는 이 조직에 0.05의 절반인 0.025를 할당하고 나머지 조직에 대해 0.025를 배분할 수 있음. - 조직가중치(w T )는 각 조직의 상대적인 암위험도를 나타냄 (단, 생식선에 대한 가중치는 피폭자의 후손에서 발생할 수 있는 심각한 유전적 결함의 위험도를 나타냄) - 조직가중치 결정의 데이터원 : 역학연구 결과  일본 원폭피해 생존자와 그 자손  방사선치료를 받은 환자 (엑스선을 이용한 강직성 척수염 치료)  우라늄 광산의 광부 ( 222 Rn 피폭)

25 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 유효선량 [Effective dose] E 조 직 생식선 위신장골수 소장 나머지 조직 등가선량 (mSv)252230122016 [예제] 어떤 작업자의 조직 등가선량이 아래 표와 같을 때 이 작업자의 유효선량은 얼마인가? - 주요장기: 생식선(25mSv), 위(22mSv), 골수(12mSv), 주요 장기 나머지 9개(각 16mSv) - 기타장기: 신장(30mSv), 소장(20mSv), 기타장기 나머지조직 8개(각 16mSv) 위 표에 열거된 주요장기보다 신장이 높은 선량을 피폭하였으므로 신장에 0.025의 가중치 할당 따라서 기타장기의 평균등가선량 = 갑상선,방광,유방,간,식도 신장 그러므로 E = 0.2  25 + 0.12  (22+12+16  2) + 0.05  16  5 + 0.01  16  2+ 0.025  30 + 0.025  16.4 = 18.4 mSv 생식선 골수, 결장, 위, 폐 뼈표면,피부 기타조직나머지

26 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 유효선량 [Effective dose] E ICRP Publication 103

27 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 기 타 선 량 집단 선량 (Collective dose) S C 정의 : S C = Σ i H i P i - 여기서 H i 는 전신 또는 특정 장기 및 조직의 개인당 선량이며, P i 는 피폭인구집단중 특정집단 i의 인구수임 - 방사선피폭에 의하여 특정 집단에 나타날 수 있는 확률적 영향 또는 위험을 평가할 때 유용하게 활용 선량 예탁(Dose commitment) H C 정의 : - 방사성물질의 호흡, 섭취 등 체내피폭과 관련한 방사선피폭이 장기간 계속될때, 특정 인구집단에서 개인당 조직 또는 장기의 선량율 H(t)의 무한시간적분 값으로 주어지는 선량 - 방사선방어의 관점에서 자주 사용되지 않으며 단지 참고적인 계산 또는 평가에 이용 예탁 선량(Commitment dose) H 50 정의 : - 방사성물질의 단일섭취로 인하여 향후 50년 동안 예상되는 피폭선량 - 이때 예탁된 선량을 등가선량으로 평가하면 예탁등가선량, 유효선량으로 평가하면 예탁유효선량이 됨 - 성인 : 50년, 어린이 : 70년

28 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 모니터링을 위한 양 환경방사선 감시용 ① 주위선량당량(Ambient dose equivalent) H*(d) - 투과력이 강한 방사선 감시에 적합 - 정렬되고 확장된 방사선장에 의해 생성된 선량당량 ② 방향선량당량(Directional dose equivlent) H′(d, Ω) - 투과력이 약한 방사선 감시에 적합 - 확장된 방사선장에 의해 생성된 선량당량 개인방사선 감시용 양 : 개인선량당량(Personal dose equivalent) H p (d) ① 심부선량당량 - 투과력이 강한 방사선에 의해 조사되는 신체 깊숙한 위치에 있는 조직의 감시에 적합 - 일반적 : d=10mm, H p (10) ② 표층선량당량 - 투과력이 약한 방사선에 의한 신체 표면에 위치한 조직의 감시에 적합 - d=3mm, H p (3) : 눈의 수정체 선량 - d=0.07mm, H p (0.07) : 피부선량

29 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 모니터링을 위한 양 실용량을 정의 하기 위한 확장된 방사선장과 정렬 확장된 방사선장의 개념 ① 확장된 장(expanded field) - 플루언스 및 그의 각도 및 에너지 분포가 전체 공간에 균질한 방사선장 ② 정렬되고 확장된 장(aligned and expanded field) - 플루언스가 모두 같은 방향이면서 확장된 방사선장 ③ ICRU sphere : 직경 30 cm, 밀도 1 g/cm 3 인 인체조직등가인 구 실용량을 정의하기 위한 (b)확장된 방사선장과 (c)정렬확장된 방사선장의 개념. 점선으로 된 원은 방향성선량당량(b)과 주위선량당량(c)을 측정하기 위해 관심있는 점 P에 ICRU 표준 모의피폭체의 중심을 두는 경우를 나타낸다.

30 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 물리량, 실용량, 방호량 물리량 플루언스,  커마, K 흡수선량, D 실용량 주변성 선량당량, H * (d) 방향성 선량당량, H'(d,Ω) 개인선량당량, H p (d) 방호량 장기 흡수선량, D T 장기 등가선량, H T 유효선량, E 감시량 검출기의 반응도 Calculated using w R, w T, and anthropomorphic phantoms Calculated using Q(L) and simple phantoms(sphere or slab) validated by measurements and calculations Compared by measurement and calculations(using w R, w T, and anthropomorphic phantoms) Related by calibration and calculation 방사선측정의 기본량, 실용량 및 방호량의 관계 - 물리적인 측정을 위한 기본적인양 : 플루언스, 커마, 흡수선량 - 방사선방호를 위한 양 : 장기선량, 등가선량, 유효선량 - 방사선방호를 위한 양은 실측 불가능하기에 측정가능한 실용량으로 - 지역감시를 위한 주위선량당량, 방향선량당량 - 개인감시를 위한 개인선량당량

31 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 물리량, 실용량, 방호량 ※ 10 mm 깊이 선량의 의미 장기 A 장기 B 장기 C 1cm 최대선량이 나타나는 지점이 대략 1cm 이다 H * (10) > 장기 A, 장기 B 또는 장기 C H(10) > 장기 A, 장기 B 또는 장기 C H p (10) > 장기 A, 장기 B 또는 장기 C  균질 방사선장에서 전신피폭할 경우 실용량은 등가선량 및 유효선량의 보수적 평가치가 된다 실무에서 등가선량 및 유효선량의 적용 - 등가선량 및 유효선량은 직접측정이 불가능함 - 과다한 과대 또는 과소평가를 피하면서 유효선량을 평가하는 실용량 도입 (유효선량의 간접평가) - 다양한 환산인자 도입(K a / , H * (10)/ , H * (10)/K a, H(0.07)/ , H(0.07)/K a, H p (10)/K a, D T /  )

32 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 예시문제 [방사선량] [예제] 질량이 1kg인 어떤 인체조직이 3 H(반감기 12.3년) 2MBq에 의해 균일하게 오염 되어 있다. 이 때 그 조직의 평균 등가 선량률은? (단, 3 H의 평균에너지는 5.6keV이다) 정의 : H = D R W R [예제] 어느 비파괴검사 회사가 192 Ir 100Ci가 내장된 검사기를 이용하여 용접부위에 대한 비파괴검사를 하고자 하였다. 조사기 위치에서의 방사선량률이 40mR/h이었다면 이 위치에 있는 종사자의 연조직 부위가 받는 흡수선량률은 얼마인가? (단, 192 Ir에 대한 공기와 연조직의 질량에너지 흡수 계수는 각각 0.0288cm 2 /g 및 0.0317 cm 2 /g 이다) 조사선량과 흡수선량과의 관계식 이용

33 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 예시문제 [방사선량] [예제] 어떤 방사선 작업장에서 작업자가 에너지 불명의 중성자와 광자를 합계하여 2Gy로 피폭하였을 때 이 총선량의 10%가 중성자에 의한 것이라면 총 등가선량은 몇 Sv인가? (단, 중성자의 방사선가중치는 20을 적용한다) 정의 : H = D R W R 광자에 의한 선량: 1.8Gy, 중성자에 의한 선량: 0.2 Gy 광자 및 중성자에 대한 방사선가중치를 고려한 총 등가선량은 1.8Gy + 0.2×20 = 3.8Gy

34 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선과 인체의 영향

35 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 가. 물리적 단계 [10 -16 초] - 방사선이 입사되어 물분자 및 생물학적 분자와 반응(전리, 여기)하여 활성 기단을 생성 생물학적 작용단계 나. 화학적 단계 [~ 10 -3 초] - 기단과 생물분자의 화학작용 및 직접변화 다. 생물학적 단계 [~ 수분 에서 시간 이상] - 생화학 반응이 생체에 영향을 주고 생물계로 결과 증폭 - 각각의 증상에 따라 세포, 장기에 영향을 주는 형태로 변화 - 세포가 조기 사멸 - 세포분열이 중단되거나 지연 - 영구적인 변화가 일어나 자손세포에 전달

36 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 세포와 구성성분 세포와 DNA - 인간의 성인은 약 5×10 13 개의 세포로 구성 - 작은 조직도 수십억개 이상의 세포로 구성 - DNA를 구성하는 염기 타이민(T), 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C) - RNA에는 우라실(U)이 타이민을 대체 - 퓨린계열 : A, G - 피리미딘 계열 : T, U, C - 상보결합 : A-T, C-G - 염기들의 손상에 대한 내성은 T>C>A>G 순으로 강하게 나타남

37 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 생물학적 작용단계 라디칼 형성(화학적 단계) - 인체는 약 70%가 물로 구성되어 있고 물 분자는 방사선에 의해 분해되고 이어서 화학적 변화를 거치는 반응이 일어남. H 2 O → H 2 O + + e - H 2 O + → H + + OH · H 2 O + + H 2 O → H 3 O + + OH · e - → e - aq (수화전자, hydrated electron) - 수화전자: 물 분자의 전기적 극성으로 인해 정지상태에 가까운 자유전자를 중심으로 물 분자들이 에워싼 형태 G Value : 흡수된 방사선 에너지 100eV 당 변화의 수 - 물의 방사선분해에 의한 생성물 및 G 값 Product s G value Product s G value e - aq 2.7H2H2 0.45 H∙H∙ 0.55H2O2H2O2 0.71 OH ∙ 2.7H3O+H3O+

38 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 생물학적 작용단계 방사선의 직접작용과 간접작용 - 간접작용 : 인체의 대부분이 물로 구성되어 방사선에 의해 수화전자, 수소기, 수산화기, 수소가스 등의 기단을 형성하는데 이렇게 생성된 기단들이 이동하여 DNA분자와 화학반응을 할 수가 있으며 방사선에 의해 생성된 화학적 부산물이 DNA를 공격하여 손상을 입히는 경우 - 직접작용 : 방사선이 원자 물리적 작용에 의해 DNA를 직접 공격하고 손상시키는 것을 말함

39 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 손상의 유형 한가닥절단(Single strand break)과 양가닥절단(double strand break) - SSB와 DSB가 일어나는 빈도는 SSB가 압도적으로 많으며 방사선이 하나의 SSB를 형성하는데 필요한 에너지는 60~80eV(G 값으로 1.3~1.7)이며, 하나의 DSB를 형성하는 데는 약 1000~1800eV가 필요 - DSB가 발생하는 방식은 하나의 원인에 의해 양가닥이 동시에 손상하는 경우(a)와 독립된 두 원인이 각각 SSB를 발생시기는데 두 SSB가 시간, 공간적으로 근접하여 DSB로 발전하는 경우(b)가 있음 SSBDSB (a)(b) 구경꾼 효과(By-stander effect) - 특정 세포가 방사선에 조사될 때 피폭을 받은 세포가 아니라 인근의 다른 세포에서 그 영향이 나타나는 현상 구경꾼 효과

40 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 손상의 유형 적응 반응(Adaptive Response) - 방사선피폭이라는 하나의 자극에 의해 세포 생물학적 활성화가 유도되고 이에 따라 유해한 작용으로 부터 방어 능력이 향상 지놈불안전성(Genome Instability) - 방사선에 피폭한 세포와 그 근거리 후손세포는 모두 건전하나 먼 후손세포에서 피해가 나타나는 현상

41 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 손상의 유형 세포 분열주기의 방사선감수성 - 방사선 감수성은 분열기인 M기가 가장 민감 - M기는 세분하면 핵막이 사라지기 전까지의 전기(prophase), 방추사의 분리작용이 이루어지는 중기(metaphase), 염색체들이 분리되는 후기(anaphase), 분리된 핵막과 세포막이 형성되는 종기(telophase)로 구분 세포 분열주기에 따른 생존율 곡선 (인간의 섬유모세포에 5 Gy를 조사한 경우)

42 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 조직장기의 방사선감수성 1. 림프조직 2. 골수 3. 생식선 4. 소장 및 대장 상피 5. 피부상피 6. 모세혈관 7. 수정체 8. 모낭 9. 신장 간장 10. 폐 11. 타액선 12. 피지선 13. 모든 피부층 14. 췌장 15. 갑상선 16. 근육 17. 연골 18. 골 19. 신경세포 및 신경섬유 세포의 방사선 감수성 - 유사분열율이 높은 세포 - 분열과정이 긴 세포 - 형태적, 기능적 분화의 정도가 낮은세포 - 어리고 약한 세포 - 핵 부피가 큰 세포 - 염색체의 수가 적은 세포 - 미토콘드리아의 수가 적은 세포 - 대사율이 높은 세포

43 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선피폭에 따른 방사선장해 DNA 손상 정상복구? 세포 사멸/기능마비세포 돌연변이 단기간 대량사멸? 적응? 홍반, 백내장, 사망 불임 체세포생식세포 암(백혈병 포함)유전결함 세포유전 영향 없음 영향 없음 체세포생식세포 No Yes No 결정적 영향확률적 영향 분자레벨에서 DNA손상으로 인한 세포의 사멸, 기능마비, 돌연변이로 나타남

44 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선의 인체에 대한 영향 신체적 영향과 유전적 영향 - 신체적 영향 급성 : 일반전신 장해(중추신경사망), 조혈조직 손상(골수사망), 소화기 손상(위장관 사망), 불임, 수포, 홍반, 탈모 만성 : 악성종양(백내장, 백혈병, 골육종, 갑상선암, 유방암, 폐암, 피부암), 재생불량성 빈혈, 수명단축, 국소적영향 - 유전적 영향 (피폭한 개체의 후손에게서 나타남) : 유전자 돌연변이, 염색체 이상 결정적 영향 Vs. 확률적 영향 결정적 영향과 확률적 영향의 특성 비교 영향결정적 영향(Deterministic effect)확률적 영향(Stochastic effect) 발생기전 급성 고선량 피폭으로 인한 세포사 또는 급성반응에서 기인하는 영향 세포의 돌연변이와 세포유전의 결과로 발생 가능한 영향 인과관계피폭과 영향 발현의 인과관계가 필연적임영향의 발현을 우연성이 지배함 선량효과증상의 심각도가 선량에 비례영향의 발생확률이 선량에 비례 문턱선량 존재 영향의 정도가 임상학적으로 중요하지 않은 문턱선량 존재 문턱선량이 없이 선량에 비례하는 위험이 있는 것으로 가정 발현시기대체로 급성(acute)지발성(chronic) 임상적 특성증상의 특이성 있음(예를 들어 화상)타원인 영향과 구분 불가 방호개념선량을 문턱치 이하로 유지하면 방지 가능위험을 합리적 범위에서 최소화 관심 영역사고 피폭이나 치료 분야에서 관심영향일상 저선량 피폭에서 관심 영향 영향의 예홍반, 백내장, 혈액상 변화, 치사, 불임암, 백혈병, 유전결함

45 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 전신피폭에 따른 증상 전신 피폭(체내 중요 장기의 동시 피폭)시 선량에 따른 증상 선 량(Gy)증 상 0.05~0.25염색체 이상이 발견되는 최소 선량 0.25~0.5백혈구, 임파구 변화(집단 대조로 판별 가능) 0.5~0.75혈액 변화를 개별적으로 확인 가능 0.75`~1.25피폭자 10% 오심, 구토 1~2 20～70% 구토; 30～60% 무력증; 20～35% 혈구생산 감소, 합병증으로 사망자 발생가능(~5%) 3~5조혈 기능 장해로 수 개월내 50% 사망(LD 50 / 60 ) 6~8위장계 증후군으로 수 주～수 개월내 100% 사망 (LD 100 / 60 ) 8~10객혈, 폐수종 등 발현 수주내 사망 15 이상중추신경계 증후군 장애로 수 일～수 주에 사망

46 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 전신피폭에 따른 증상(조혈 기능) - 인체의 적색골수는 상당한 양이 골반뼈(60%)에 존재하며 그 나머지는 두개골, 늑골, 상완골, 대퇴골 등에 분포 - 골수선량 3~5Gy를 반치사선량 LD 50 으로 간주함 조혈조직 피폭에 의한 혈액상의 변화 혈액소증상 문턱선량 (Gy) 명목 정상치 백혈구 불안정하며 대체로 감소 경향 0.53500-10000 μL -1 적혈구1.0400-500 ×10 4 μL -1 혈소판1.02×10 5 μL -1 혈색소-12-17 gdL -1

47 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 생식선 (불임) 생식선 피폭으로 인한 불임의 문턱선량 성별영 향 문턱선량(Gy) 1 회의 급성피폭 만성피폭 남성 일시적 불임0.15 매년 0.4 영구 불임3.5～6 매년 2 여성 * 일시적 불임0.6～1.5 영구 불임2.5～6 매년 0.2 이상 연령에 따라 상당한 차이 있음

48 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 피부 선량준위에 따른 피부의 증상 선량 * (Gy)초 기 증 상만 성 증 상 0.5염색체 변화없음 5일시적 탈모, 홍반변화 인지되지 않음 10일시적 피부염, 수종위축,혈관확장,색소침착 25궤양, 궤사만성 궤양 * 선량 범위는 전형적인 것일 뿐이며 신체의 부위와 개인에 따라 상당한 차이가 있을 수 있음.

49 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 수정체 감마선, X선, 베타 등에 의한 수정체의 문턱선량 * 증 상 문턱선량(Gy) 1회 급성 피폭 여러번 분할 피폭 수정체의 혼탁0.5 ~2 5 이상 백내장5 8 이상 *중성자, 양성자 등의 경우는 위 값의 1/2 내지 1/3로 예상됨(high LET). 증 상문턱선량(Gy)비 고 기능 저하 성인: 25~30 아동: 1~10 급성 갑상선염200수 주이내 발생 지발성 갑상선염10수 년 후까지 발생 가능 갑상선의 방사선영향

50 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 결정론적 영향 태아 - 태생기(수정에서 출생까지의 기간)의 구분과 각각의 시기에 방사선피폭이 된 경우의 주된 영향 - 확률적 영향보다 배의 사망, 기형 또는 발육 이상 그리고 정신발달 지체로 대변되는 결정적 영향 - 기관형성기인 수정후 2~8주는 기형 유발에 매우 민감한 시기이며 기형유발의 문턱선량도 약 0.1Gy 정도로 평가 - 뇌를 포함한 중추신경계 형성 시기인 수정후 8~25주의 기간은 정신발달지체 또는 지능저하라는 특유한 결정적 영향의 관점에서 중요 (지능저하의 문턱선량은 0.12 ~ 0.2 Gy정도로 간주됨) - 전반 8주(수정 후 8~15주)는 1Sv 피폭에서 지능저하 발생확률이 40%정도 높은 시기 - 후반 8주(16주~)에서는 그 위험도가 10%정도로 낮아진다고 보고 있음 - 결정적 영향의 특성의 하나인 선량에 따른 지능저하정도는 1Sv당 IQ30점 정도 평가 휴펫(human embryo and fetus)의 방사선 피폭으로 인한 영향 영향의 구분발생확률/문턱선량해당 피폭시기 확률론적 영향 아동암 유발 유전적영향 결정론적 영향 배 사망 기형.발육이상 지능저하 Sv당 ~10% 소아와 같은정도 ~0.1 Gy 0.1 Gy 문턱선량 : 0.1~0.2 Gy 발생빈도 : Sv당0.4~0.1 전 임신 기간 착상전 ~ 착상직후 기형: 2 ~ 8주 발육이상: 전기간 수정후 8 ~ 25주

51 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 확률론적 영향 확률론적 영향 (일정한 잠복기가 있음) - 발암원에 노출된 후 암 위험의 시간에 따른 변화 - 백혈별은 노출 후 5년을 전후로 최고치에 달했다가 점차 감소 - 고형암은 최소 잠복기 이후 노년까지 계속 증가 확률론적 영향 평가 모델 - 젊은 연령에서 피폭으로 인해 노령에 암 위험에 대한 미래의 암 증가를 예측(역학연구 대상인 원폭피해 생존자) - 위험을 투사하는 모델은 기본적으로 절대위험 모델과 상대위험 모델로 분류 - 절대위험모델(더하기 모델) : 방사선 피폭으로 인한 암 위험이 선량 크기에 따라 일정량이 되고 이것이 자연 암 위험에 더해진다고 간주하는 것 - 상대위험도 모델(곱하기 모델) : 방사선으로 인한 암 위험이 자연 암 위험에 비례할 것으로 보는 것 피폭집단 손해(10 -2 /Sv) 치사암비치사암유전적영향합계 성인작업자4.00.8 5.6 전체집단5.011.37.3 확률적 영향에 관한 명목확률 계수

52 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선장해에 영향을 미치는 인자 흡수선량 - 인체에 대한 선량과 장해와의 상관관계는 복잡하고 불확실한 점이 남아 있으나 선량이 결국 장해발생을 지배 선량률(선량의 시간 분포) - 인체피폭의 경우 손상받은 조직의 세포가 대사작용에 의하여 회복능력이 있으므로 단시간에 받을 경우 치명적인 선량준위도 장기간에 걸쳐 나누어 받게 되면 중대한 장해는 발현 않음 선량의 분포 - 동일한 흡수선량을 특정 장기가 균등분배한 상태의 피폭보다 그 장기의 일부가 집중 피폭 받는 경우가 장해발생 가능성이 큼 피폭의 범위 - 인체의 전신이 피폭받는 경우가 부분적으로 피폭받는 경우보다 장해발생 확률이 높은 피폭조직의 방사선 감수성 - 신체조직의 방사선 감수성은 세포나 조직의 종류에 따라 다름 - 세포분열 빈도가 높은 조직일수록 감수성이 큼 방사선의 선질 - 방사선의 종류 및 에너지 즉, 방사선의 선질이 다른 경우 장해발생 위험이 다름

53 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선장해에 영향을 미치는 인자 방사성핵종의 장기내 침착부위 - 동일한 장기에 침착하는 핵종이라도 구체적인 침착부위가 다름 - 라듐과 플루토늄은 다같이 뼈를 친화성 조직으로 하고 있으나 라듐은 뼈의 무기질 부위, 플루토늄은 내부의 다공성 조직에 침착하므로 골수 피폭은 플루토늄의 영향이 큼 인체내에서의 반감기 - 방사성핵종의 물리적 반감기와 생물학적 반감기의 길고 짧음에 따라 피폭 영향에 차이가 있음 핵종의 물리적, 화학적 성질 - 섭취 또는 호흡하는 방사성핵종의 물리적, 화학적 특성에 따라 그것이 인체내 침착하는 특성 및 부위가 달라질 경우도 있음 - 입자상의 핵종을 호흡할 경우 그 입자의 크기에 따라 호흡기관에 침착하는 부위가 다름

54 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호

55 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 목표 결정적 영향을 방지 - 생애 피폭선량이 발단선량을 초과 하지 않도록 관리 확률적 영향의 위험을 합리적 범위에서 최소화 - 선량한도 설정 배경 피폭 수반행위로 인한 이득이 위해를 상회하여 정당화됨을 보장 - 이로운 방사선 이용을 부당하게 제한하지 않으면서 사람의 안전을 보장

56 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 TMNR (Technically Modified Natural Radiation) - 피폭은 천연적인 것이지만 인간의 활동이 증가시킨 자연방사선 피폭 선원중심 평가와 개인중심 평가 - 선원중심(source related) 평가 : 하나의 피폭원에 관련한 여러 사람의 피폭을 평가하는 것. 선원중심평가는 행위의 정당화나 방호의 최적화에 적용 - 개인중심(individual related) 평가 : 특정인에 대한 여러 피폭원의 기여를 종합적으로 평가하는 것. 정상적인 피폭에 대해서만 적용하며, 선량한도 준수여부를 판단할 때 필요. 선원중심 평가 개인중심 평가 선원에 주목한 방호 행위의 정당화, 방호의 최적화 개인에 주목한 방호 개인의 선량한도

57 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 피폭의 구분 - 자연방사선 - 의료상 피폭 - 직업상 피폭 ICRP가 제시하고 있는 방사선방호의 원칙 - 정당화(justification) : 방사선피폭을 수반하는 행위로 부터 얻는 이득이 수반되는 피폭의 위해에 비해 큰경우 - 최적화(optimization) : 정당화된 행위도 그 피폭자의 수, 피폭선량 및 잠재적 피폭 가능성에 있어서 방사선피폭을 경제적, 사회적 인자를 고려하여 ALARA를 지향 - 선량한도(dose limits) : 어떠한 개인도 피폭이 제어되는 행위로부터 선량한도를 초과해서는 안됨 구 분방사선작업종사자 수시출입자 및 운반종사자 일반인 1. 유효선량한도 연간 50밀리시버트를 넘지 아니하는 범위에서 5년간 100밀리시버트 연간 12밀리시버트 연간 1밀리시버트 2. 등가선량 한도 수정체연간 150밀리시버트연간 15밀리시버트 손 ․ 발 및 피부연간 500밀리시버트연간 50밀리시버트

58 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 일반인과 작업자와 선량한도가 차이 나는 이유 - 위험에 대한 수용준위가 다름 - 일반인은 상대적으로 감수성이 높은 소아나 유아 그룹이 포함 되어 있음 - 종사자는 상대적 소수인데 반해 일반인 집단은 대규모 이므로 동일한 평균선량이면 집단선량이 압도적 - 종사자에 대해서는 적극적 방호관리가 이루어지는 데 반해 일반인에 대해서는 그렇지 못함 - 직업상 피폭의 경우에는 방사선사용으로 발생하는 이득 일부가 직접 또는 간접적으로 피폭자에게 돌아오지만 일반인의 경우 무관 선량제약(Dose constraint) - 선량제약 : 서로 다른 종류의 행위에 대해 선량한도 이하에 부차적인 제한을 부과 - 선량제약은 피폭자 ‘ 개인중심 ’ 으로 평가하는 것이 아니라 피폭원인 주어진 행위에 대하여 설정하는 ‘ 선원중심 ’ 의 개념 - 선량제약치는 규제기관이 설정할 수도 있고 회사의 경영진이 설정할 수도 있음 - 방사선방호의 최적화라는 관점에서 보면 사소한 행위에 대해서는 선량한도 외에 관련자의 피폭을 일정수준 이하로 억제할 수 있는 제한이 필요

59 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 선량한도와 선량제약치 - 선량제약 : 선원중심 평가에 적용하며 주로 예방적(prospective)인 목적을 위한것 - 선량한도 : 개인중심 평가에 적용하며 복고적(retrospective)으로 적용. ICRP 103 – 선량제약, 참조준위, 선량한도의 비교

60 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 규제제외(exclusion) - 방사선원 또는 행위에 대한 규제관리가 현실적으로 거의 불가능하여 이를 규제하지 않는 경우 - 우주선 및 체내에 존재하는 K-40 등이 해당됨 - 대부분의 자연방사선의 경우에서처럼 피폭의 통제가 불가능하거나 현실적으로 곤란 - 피폭저감화의 비효과적 - 5keV이하의 광자에너지 방사선발생장치 - 자연에 존재하는 형태의 방사성 물질 규제면제(expemption) - 대상 행위의 방사선 영향의 크기의 관점에서 정상상태 또는 예상되는 이상 상황에서도 위험 즉, 선량이 지극히 사소한 경우 - 규제 합리성의 관점에서 규제행위로 실제의 피폭 저감이 거의 이루어질 수 없는 경우 규제면제와 규제 해제(clearance) - 규제면제 및 규제해제는 방사선원 또는 관련된 방사학적 영향이 미미하여 이를 규제 대상에서 제외한다는 점에서 유사한 개념 - 규제면제는 신규 선원 및 행위를 처음부터 규제 대상에서 제외(연구용 추적자, 교정선원 등)하는 것이며, 규제해제는 기존에 규제 대상이던 선원 및 행위를 규제 대상에서 제외(산업시설에서 발생하는 방사성폐기물) 하는것

61 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 외부피폭과 내부피폭 방사선을 피폭하는 모드 - 외부피폭 : 인체 외부에 있는 방사선원으로부터 방출된 방사선에 사람이 피폭하는 유형 - 내부피폭 : 인체의 조직 내부에 있는 방사성핵종이 방출하는 방사선에 의해 그 조직 및 주변조직이 피폭하는 유형 선원 (방사성물질, 발생장치) 방사성핵종 (가스, 먼지) 외부피폭 내부피폭

62 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 방사선 긴급작업시 선량제한 - 긴급작업에 종사하는 자나 사고의 진압 등 피해의 확대를 방지하기 위해 불가피한 작업에 참여하는 자에 대해서는 유효선량 0.5Sv, 피부의 등가선량은 5Sv까지 허용 - 인명의 구조를 목적으로 하는 긴급작업에 대해서는 이를 적용하지 않음 연간섭취한도(ALI; Annual Limits on intake) - 정의 : 선량평가 절차가 번잡한 내부피폭 선량의 평가가 용이 하도록 미리 선량한도에 해당하는 예탁선량을 초래하는 섭취량을 산출한 값 - 단위 방사능 섭취 당 각 조직의 예탁등가선량 또는 예탁유효선량을 산출한 결과로부터 선량한도에 해당하는 섭취량을 역산하여 제공 - 1ALI의 방사능을 섭취하면 그로 인한 내부피폭선량(예탁유효선량)이 선량한도에 이르게 됨 여기서, E L : 선량한도(20mSv/yr), E 50 = 선량환산계수[Bq/mSv]  섭취량을 알면 예탁선량을 계산할 수 있음

63 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선방호의 원칙 유도공기중농도(DAC; Derived Air Concentration) - 공기 중 오염이 있는 곳에서 종사하는 경우 방사선관리를 직접 기본한도 또는 2차 한도(ALI)에 연관시켜 평가하는 것은 대단히 번잡 - 유도공기중농도는 편의를 위해 2차 한도인 ALI로 부터 유도된 유도한도 - 이상적인 경우로서 1일 8시간, 1주 40시간, 연간 50주를 일정한 농도로 오염된 공기를 흡입한다고 가정할 때 그 섭취량이 1 ALI가 되는 공기농도 - 즉 연간 작업장 흡입시간이 2000시간, 시간당 공기 흡입량은 표준인 자료로 부터 1.2m 3 에서 도출 기본한도와 연계하자면 2000DAC-h(예 : 20DAC의 공기농도에 100시간 노출)가 선량한도에 준하는 것으로 볼 수 있음

64 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방 호 원 리 외부피폭 방호원리 : 시간, 거리, 차폐 내부피폭 방호원리 : 격납, 희석, 차단 시 간 거 리 차 폐

65 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 외부피폭 방호 시간 - 모의훈련 등을 통한 작업의 숙련도 향상으로 작업시간 줄임 - 선량률이 높은 작업장인 경우 여러 명이 작업시간을 분배하여 수행 - 사전에 면밀한 작업계획을 세워 불필요하게 방사선장내에서 낭비하는 시간을 줄임 거리 : 거리 역자승의 법칙 - 특히 외부피폭의 관심사인 감마선 및 X선 또는 중성자선이 이에 해당 - D 1 (r 1 ) 2 = D 2 (r 2 ) 2 여기서 D는 선량률, r은 거리 차폐 – 차폐효과 활용 - 방사선은 어떤 매질을 통과하는 동안 그 매질의 구성원자와 반응하여 방사선의 세기가 감소 - 방사선의 이러한 감쇠 현상을 이용하는 것을 차폐라 하며 이때의 장해물을 차폐물이라 함  방사선의 수/ cm 2 s  S : 방사선원의 세기[MBq], s -1  r : 방사선원과 피폭대상물간의 거리, cm

66 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선 차폐 베타선의 차폐 - 베타선의 차폐에서 문제가 되는 것은 제동복사에 의한 광자 - 원자번호가 작은 물질로 먼저 차폐(베타선)를 한 후 뒤에 납 등의 재질로 광자를 차폐 - 제동복사선을 고려 ∝E, Z 1~1.5cm 플라스틱 얇은납얇은납 고에너지 β-선

67 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선 차폐 감마선 차폐 - 감마선의 차폐는 차폐하고자 하는 차폐체의 재질(선형감쇄계수)과 감마선의 에너지에 따라 달라짐 차폐체 두께(t)  좁은빔의 감쇠(산란선 무시) 차폐체 두께(t)  넓은 빔의 감쇠(산란선 고려) I0I0 I I0I0 I   : 선형감쇄계수[cm -1 ] 차폐체가 여러 종류의 재질인 경우   : 선형감쇄계수[cm -1 ] 축척 인자(Build-up factor) : 항상 1보다 큼

68 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선 차폐 반가층(HVL; Half Value layer) - 초기에 입사한 방사선의 강도가 반으로 줄어드는데 필요한 차폐재의 투께 - 반가층은 방사선의 강도(I)나 선량률(X) 등이 ½ 로 줄어 드는데 필요한 두께를 의미하므로  양변에 자연로그를 취하여 정리하면 십가층(TVL; Tenth Value layer) - 초기에 입사한 방사선의 강도가 1/10으로 줄어드는데 필요한 차폐재의 투께 - 반가층은 방사선의 강도(I)나 선량률(X) 등이 1/10로 줄어 드는데 필요한 두께를 의미하므로  양변에 자연로그를 취하여 정리하면 점선원에 대한 차폐계산  상수 [R  m 2 /Ci  h] 137 Cs 60 Co 0.321.32  단위 주의

69 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 방사선 차폐 기본 예제(1) - 192 Ir 의  상수는 0.46 R m 2 /Ci h이다. 3TBq의 192 Ir으로부터 2m 거리에서 조사선량률은 얼마인가? 또한 10분간 피폭되었을 때의 조사선량은? 기본 예제(2) - 60 Co에 대하여 Γ=1.32 R · m 2 /Ci · hr,  /  =0.06cm 2 /g, B( ,t)=1+0.3  t 이다. 1Ci의 60 Co 선원이 두께 5cm 의 납용기에 있을 경우 2m 거리에서의 선량율은(  lead =11.3g/cm 3 )? 2m 5cm

70 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 예시문제 [방사선방호] [예제] 3cm두께의 납 용기안에 방사선원이 들어 있다. 이 선원으로 부터 1m 떨어진 공간에서의 선량률이 80uGy/h 였고, 선원과 1m 거리 공간사이에 1cm 두께의 납판을 삽입 하였을때 선량율이 40 uGy/h로 낮아졌다고 한다. 만일 이 선원을 공기 중에 노출 시켰을 경우 1m 떨어진 공간에서의 방사선량률은? 640uGy/h [예제] 60Co에 의해 오염된 공기를 작업자가 흡입한 후 전신계수기로 그 작업자의 체내 방사능을 측정한 결과 0.2MBq로 확인 되었다. 의 연간섭취한도가 1MBq 이라면 흡입으로 인한 예탁유효선량은?

71 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 예시문제 [방사선방호] [예제] 어떤 핵종 7.2×10 3 Bq을 한번 섭취하였을 때 특정장기에 대한 50년 예탁선량이 0.17mGy 였다. 이중 α- 선에 의한 흡수선량이 0.02mGy 이고 저 에너지 β-선 입자에 대한 흡수선량이 0.15mGy 였다면 이 장기의 예탁등가선량은 얼마인가? 또한 이 핵종이 상기 특정장기의 피폭에만 관여하는 핵종이라면 이 핵종의 연간섭취한도는(ALI)는 약 얼마인가? 단, 년간 유효선량한도는 20mSv를 적용한다. 등가선량정의 : H = D R W R 알파 및 베타선에 대한 방사선가중치를 고려한 예탁등가선량은 0.02mGy×20 + 0.15mGy×1 = 0.55mSv

72 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 예시문제 [방사선방호] [예제] 갑상선 치료목적으로 131 I을 20mCi 투여한 외래환자가 있다. 환자를 점 선원으로 가정하고 131 I의 물리적 반감기는 8일이며 생물학적 반감기는 무시한다. 131 I 감마상수는 2.2R ․ cm 2 /mCi ․ h이고, 1 R/h 선량에서 1시간 피폭시 1cSv로 가정한다. 환자 옆 1m 지점에서 환자의 가족이 간호를 위하여 24시간 있었다고 가정하면 이 사람이 받은 피폭선량은 몇 mSv 인가? 감마상수를 이용하여 조사선량을 산출한 후 피폭선량을 산출

73 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 내부피폭 방호원리 : 격납, 희석, 차단 방사성물질이 체내에 들어오는 경로 3가지 - 호흡기를 통과하는 섭취(inhalation) - 입, 소화기를 통해서 섭취(ingestion) - 피부 특히 상처를 통해서 섭취(injection) 선원의 격납 - 비 밀봉선원을 취급할 때에는 항상 방사성물질의 외부 확산 및 오염의 가능성이 있으므로 이를 예방하기 위해서는 선원자체를 적절한 격납설비에서 취급 - 격납설비의 예로는 글로브박스(glove box)와 핫셀(hot cell)등과 같은 설비 - 격납의 기본개념은 격납경계면 외부로의 방사성물질의 누출을 최소로 줄이는 것으로 격납경계 외부로의 의도된 누출 경로에는 필터와 같은 차단설비를 설치

74 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 농도의 희석 - 완벽한 격납은 일반적으로 불가능 하므로 비밀봉선원을 취급하는 시설은 그 오염의 정도를 최소로 유지 - 공기중 오염을 낮추기 위해서는 공기정화설비 또는 배기설비를 설치 - 공기오염과 표면오염은 상관성이 있으므로 작업장내 여러 표면상의 오염을 제염작업에 의해 관리유지 - 시설외부로 방출되는 유출물은 방출에 앞서 정화설비를 거치게 함으로써 환경중의 방사성오염도를 낮춤 오염경로의 차단 - 작업환경의 안전한 준위 유지가 어려울 때에는 수동적인 방법으로 방사성물질이 체내에 섭취되는 경로를 차단하는 것으로 방독면의 착용, 방호복의 착용, 신체외부오염의 검사 및 제염 - 방사성오염이 예상되는 구역 내에서 음식물의 섭취 제한도 결국은 차단의 개념 - 방사선관리구역을 나올 때에는 오염을 검사하고 필요에 따라 신체 제염 - 방사선관리구역 외부로의 방사성물질 유출을 제한

75 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 결정 장기(Critical Organ) - 내부피폭 발생시 방사성 핵종은 특정장기에 집착되는 특성이 있음 - 골(골수) ; 90 Sr, 45 Ca, 226 Ra, 59 Fe, 239 Pu - 갑상선 ; 131 I, 211 At - 적혈구 : 59 Fe, 56 Fe - 근육 ; 137 Cs - 체내균등분포; 24 Na, 36 Cl, 3 H - 폐 ; 210 Po, 63 Ni, Th - 신장 ; 238 U

76 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 유효반감기 - 방사성핵종의 인체내 거동은 인체에 유입된 핵종의 물리 화학적 형태에 따라 많은 차이가 있어 섭취 시점이 동일하더라도 인체 밖으로 배출되는 시기가 차이가 발생 - 내부피폭 발현 시기는 방사성핵종이 인체 내부에 체류하고 있는 때임 - 유효반감기는 물리 생물학적 반감기에 의해 결정되며 이중 짧은 반감기에 비해서도 짧은 특징이 있음 체외계수법 - 검출기 : NaI(Tl), HPGe - 전신계수기(Whole Body Counter) 및 폐계수기(Lung Counter) 체외계수법, 바이오에세이(생물분석법), 작업환경감시(공기샘플러 등) 내부피폭선량측정 PC based MCA AMP Preamp PC Oscilloscope H. V. 예탁유효선량 평가 격실모델 해석 시료채집(대 · 소변) 시료의 화학적 처리 방사능측정(LSC, ICP-MS.) 예탁유효선량 평가 격실모델 해석

77 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 호흡기 모델 소화기 모델 생체역학적 모델 격실모델

78 Radiation Safety LAB 2009 RI일반면허 단기강좌 - 방사선장해방어 내부피폭 방호 공기중 오염 포집기를 이용하여 시료를 채집한 후 감시목적에 따라 방사선계측기를 선택하여 측정  입자형태 - 여과지와 공기포집기를 이용하여 포집 - 여과지 : 셀룰로스(cellulose), 유리섬유(glass fiber), 멤브레인(membrane) A : 공기중 방사능 농도 (Bq/m 3 ) r : 순계수율 (cpm)  : 검출효율 V : 공기유입량 (m 3 )  불활성가스 - 85 Xr, 133 Xe, 222 Rn, 220 Rn 등 - 연속 유입형 계수기 ㆍ공기포집기와 검출기(전리함)로 구성 - Grab sampler ㆍ현장에서 공기를 포집한 후 계측실로 이동하여 분석 ㆍ “ Lucas Cell ”

79 Nuclear Reactor Analysis Lab 감사합니다 장 한 기 Tel : 02) 2220-0571 E-mail : hkjang@rrl.hanyang.ac.kr