의료용 선형가속기, 라이낙(LINAC)의 구조와 작동원리 [물리학 세특, 의학, 보건]

소개

방사선 치료용 선형가속기, 라이낙(LINAC)의 구조와 작동 원리에 대한 내용입니다. 물리세특, 의학, 보건 탐구 보고서로 활용하기 좋습니다. <탐구 동기 및 활동 정리>(세특기제) 포함되어 있습니다.

목차

1. 탐구 내용
(1) 라이낙의 개요
(2) 라이낙의 구조
(3) 라이낙의 작동 원리

2. 활동 정리

3. 참고 자료

본문내용

Ⅰ. 탐구 내용

1. 라이낙(LINAC)의 개요

의료용 선형가속기, 라이낙(LINAC)은 전자총에서 발생된 전자를 초고주파(약 3,000MHz의 microwave)로 가속시켜 고에너지 전자선 및 X선을 얻는 방사선발생장치이다. 이 선형가속장치는 선형(Linear)으로 가속(Accelerator)시킨다는 용어의 합성어로 ‘LINAC’이라고 하며, 현재 가장 많이 사용되고 있는 방사선 치료장비(외부 방사선 치료기)이다.
아래 그림은 방사선 치료용 선형가속기의 대략적인 모습을 보여준다.

[그림] 방사선 치료용 선형가속기. 외부 방사선 치료: 선형가속기를 이용하여 만든 고에너지 엑스선이나 전자선을 신체 외부로부터 조사하여 신체 내부의 종양을 파괴함.

Schematic diagram of a typical linear accelerator (Linac). | Download Scientific Diagram

아래 그림은 고주파 교류전압을 사용하는 선형가속기의 가속 원리를 나타낸다. 고주파를 이용해 전압의 부호를 바꾸어 108eV(100MeV)이상의 에너지를 얻어내는 선형가속기이다.

<중 략>

라이낙은 크게 고주파 발진부, 가속부, 조사 헤드부로 나눌 수 있다. 고주파 발진부에서 고주전자파를 발생하여, 가속부에서 발생된 전자를 가속시키고, 조사 헤드부에서 엑스선 또는 전자선을 발생시켜 치료에 사용하게 된다.

<중 략>

마그네트론(magnetron)이나 클라이스트론(klystron)에서 생산된 고주파(약 3,000 MHz 정도의 마이크로웨이브)는, 도파관(wave guide)을 통해 가속관(accelerator tube)에 유도되고, 구리로 된 가속관 내부에는 시간에 따라 변화하는 높은 전압이 형성된다. 전자총(electron gun)에서 방출된 열전자는 매 진행위치에서 최대가속전압만을 볼 수 있도록 정확히 시간을 맞추어 가속기에 입사되고, 교류전압의 위상속도와 일치하는 전자다발만이 가속된다. 가속된 전자는 전자선 그대로 사용되거나, 타깃(target)에 충돌시켜 X선을 얻는데 사용된다.

참고자료

· 방사선물리학 (북스힐) : 가속기, 선형가속기
· 방사선치료학 핵심정리 (청구문화사) : 의료용 선형가속기(Linac)
· https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Nuclear%20physics/Accelerators/text/Linear_accelerator/index.html
· https://dsaint31.tistory.com/307#google_vignette
· https://altairusa.com/role-of-the-linear-accelerator-linac-in-cancer-radiation-therapy/
· https://physics.stackexchange.com/questions/427735/confusion-about-how-an-electron-gun-works
· https://www.researchgate.net/figure/A-block-diagram-of-a-typical-medical-linear-accelerator-46_fig14_260887128