몬테카를로 시뮬레이션 기반 3D 프린팅 혼합물질의 방사선 차폐평가 연구 (A Study on Radiation Shielding Evaluation of 3D Printed Composites based on Monte Carlo Simulation)

서지정보

· 발행기관 : 한국방사선학회
· 수록지 정보 : 한국방사선학회논문지 / 19권 / 2호 / 237 ~ 243페이지
· 저자명 : 김해숙, 정근우, 허승욱, 박원석, 민병인

초록

현재 방사선 의료 및 산업 분야에서는 원자번호와 밀도가 높아 차폐 효과가 우수한 납을 대표적인 차폐체로 이용하고 있다. 하지만 납은 무게가 매우 무겁고 납 중독 등의 환경적인 문제를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 납을 대체 할 수 있는 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 의료 및 산업현장에서 방사선작업종사자의 맞춤형 차폐체 제작을 위해 3D 프린팅 혼합물질의 함량에 따른 차폐 분석을 수행하였다. FLUKA Code를 이용하여 PLA, ABS와 BaSO4, Bi2O3을 혼합하여 다양한 함량의 차폐체를 설계하였으며, IEC61331-1에 제시된 모식도를 바탕으로 시뮬레이션으로 구현하였다. 감마선원 75Se, 192Ir 대한 흡수선량과 차폐율을 납과 비교하여 평가하였다. 각 물질 함량에 따른 흡수선량과 차폐율을 비교한 결과 PLA+Bi2O3(50%)에서 가장 우수한 차폐효과가 나타났으며, ABS+Bi2O3(50%), PLA+Bi2O3(40%), PLA+BaSO4(25%)+Bi2O3(25%), ABS+Bi2O3(40%) 순으로 높은 차폐효과가 나타났다. PLA, ABS와 BaSO4, Bi2O3의 원료 배합은 시뮬레이션으로는 이상적으로 혼합된 것으로 사료된다. 하지만 추후 3D 프린터를 이용한 방사선 차폐기구 제작을 위해서는 실제 제작과 실측에 필요한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

영어초록

Currently, lead is used as a representative shielding material in the radiation medical and industrial fields. Because it has high atomic number and density and thus has excellent shielding effect. However, lead is very heavy and has environmental problems such as lead poisoning. To solve these problems, much research is being conducted on materials that can replace lead. In this study, we performed a shielding analysis according to the content of 3D printing mixtures to produce customized shields for radiation workers in medical and industrial settings. Using the FLUKA Code, shields with various contents were designed by mixing PLA, ABS, BaSO4, and Bi2O3, and implemented through simulation based on the schematic diagram presented in IEC61331-1. The absorbed dose and shielding rate for gamma sources 75Se and 192Ir were evaluated by comparing them with lead. As a result of comparing the absorbed dose and shielding rate according to the content of each material, PLA+Bi2O3(50%) showed the best shielding effect, followed by ABS+Bi2O3(50%), PLA+Bi2O3(40%), PLA+BaSO4 (25%)+Bi2O3(25%), and ABS+Bi2O3(40%). The raw material mixture of PLA, ABS, BaSO4, and Bi2O3 is considered to be ideally mixed based on simulation. However, it is thought that research on actual production and actual measurements will be necessary for the future production of radiation shielding devices using 3D printers.

참고자료

· 없음