방사선 보건 물리학 > Physical Therapy

방사선보건물리학은 방사선의 영향으로부터 인간과 환경을 방호하여 안전한 방사선의 활용을 추구하는 학문이다. 처음 미국에서 명칭을 사용되기 시작하여 최근에 널리 사용되는 용어로서 원자로 및 의료에서 발생되는 방사선으로부터 종사자 및 주민과 연구자들의 장해를 방어하기 위한 물리적, 공학적 이론을 수립하는 분야이다.

2011년 일본 대지진으로 인하여 발생된 후쿠시마 원전 사고로 인체에 유해를 줄 수 있는 여러 방사성물질이 유출되었으며 사고가 발생된 인접 지역은 방사성물질로 인한 피폭의 피해를 감수하고 피해를 최소화 하는 조치를 취하고 있다. 국내에서도 일본 원전 사고 후 여러 지역에서 공기 중에 제논, 방사성요오드, 세슘이 검출되어 방사선 피해에 대한 관심과 불안감으로 인한 스트레스가 증가되었다. 먹는 음식의 재료, 마시는 공기, 생활환경 등에 대한 불안감은 언론매체나 인터넷을 통하여 급속도로 전파되어 과학과 진실이 왜곡되는 경우도 발생된 경우도 있다.

인류는 방사선 환경속에서 살아가고 있다. 태양에서 방출되는 우주선, 공기 중의 라돈, 인체에서 방출되는 K-40 등의 환경방사선과 질병의 진단, 치료를 위해 전리 및 비전리방사선이 이용되고 있으며 선진국일수록 인공방사선의 이용은 증가되고 있는 추세이다. 인공방사선의 사용증가는 산업에서는 경제적 및 편리성을 주고 있으며 의료에서는 평균수명이 늘어나는 긍적적인 면이 있는 반면 사고 및 사용량 증가에 따른 방사선장해의 발생 또는 발생확률이 증가하는 부정적인 면도 이다.

1890년대 말 X선을 포함한 방사선이 발견된 이후 의학을 포함하여 과학과 다양한 산업분야에 활용되고 있다. 방사선의 이용은 양면의 날이 있는 칼에 비유를 하고 있으며 이는 이익과 위험의 양면성이 존재한다는 일반적인 상식이다. 방사선의 이용에는 행위로부터 얻는 이득이 수반되는 피폭에 비해 이득을 가져오지 않으면 그 행위는 인정되지 않는다. 여기서 이득이란 특정의 개인이나 단체가 얻는 이득과 사회전체가 얻는 이득을 포함한 전체의 이득이며 또한 비용이란 금전적 비용과 인간의 건강 또는 환경에 대한 방사선피폭에 따르는 모든 손해를 포함한 부정적 면의 총합이 된다.

대학에서 안전한 방사선 관리를 위한 전문가를 양성하기 위하여 방사선에 관련된 물리, 계측, 관리, 방어 등의 관련 교과목을 교육하고 있으나 분산되어 있는 이론을 정리하기 위하여 이 책을 발간하게 되었다. 이 책은 방사선 및 원자력을 공부하는 학생 및 현장에서 방사선종사자로 근무 중인 분들께 도움을 줄 수 있도록 하기 위한 목적으로 내용을 정리하고자 하였다,

대학에서 방사선보건물리학을 강의하는 동안 적합한 교재가 없음을 통감하여 시작한 작업이 원고를 마무리하는 시점에서 살펴보니 아직 여러모로 부족한 부분이 많이 있다고 생각되지만 부족한 부분은 지속적인 보완작업을 계획하고 있다.

책이 세상에 나올 때 까지 정리 작업에 참여한 6시그마 동아리 이강민, 심우용, 오주영, 김윤성, 지재선 군에게 고마움을 표하며 어려운 시절임에도 불구하고 보건의료서적의 출간에 정열을 아끼지 않으시는 군자출판사 장주연 사장님과 기획을 담당하신 장희성 과장님 그리고 편집부 여러분의 노고에 경의를 표하며 감사를 드린다.

2013년 5월

집필자 일동

1. 보건 물리학 소개 / 3

1.1 보건 물리학의 정의 ………………………………………………… 3

1.2 보건 물리학의 역할 개요…………………………………………… 3

1.3 보건 물리학자와 다른 학문과의 상호작용 ……………………… 4

2. 과학의 기초 / 7

2.1 과학 및 공학에서의 양과 단위 …………………………………… 7

2.2 배경 정보 …………………………………………………………… 8

2.3 물질의 본질 Molecules, Atoms, Quarks ………………… 9

2.4 여기와 전리 ………………………………………………………… 13

2.5 Bohr 원자에서의 세분화 ………………………………………… 14

2.6 특성 X선(Characteristic X Rays) ………………………… 16

2.7 결합 에너지 ………………………………………………………… 16

2.8 핵종 도표(The Chart of Nuclides)………………………… 18

2.9 양자론의 일부 원소 ……………………………………………… 19

3. 방사성 원자 - 본질과 움직임 / 23

3.1 알파 붕괴(α붕괴) ………………………………………………… 26

3.2 양전자 방출(β+ 붕괴) …………………………………………… 29

3.3 궤도 전자 포획(EC: Electron capture) …………………… 31

3.4 베타 마이너스(β- 붕괴) ………………………………………… 33

3.5 감마선(γ선) 방출 ………………………………………………… 34

3.6 내부 전환 전자(ICEs: Internal conversion elelctrons) 35

3.7 오제전자(Auger Electrons) ………………………………… 35

3.8 요약 및 예제 ……………………………………………………… 36

3.9 전환 동역학(Dynamics) ……………………………………… 38

3.10 평균 수명(AVERAGE LIFE, MEAN LIFE) ……………… 42

3.11 비 방사능(Specific Activity)………………………………… 43

3.12 붕괴 계열 (Series Decay)…………………………………… 44

3.13 자핵종의 최대 활동 시간 ……………………………………… 47

3.14 핵종 도표에서 방사능 붕괴 추적하기………………………… 50

4. 물질과 방사선의 상호작용 / 55

4.1 전하 입자의 상호작용 메커니즘 ………………………………… 58

4.2 α입자의 상호 작용 ……………………………………………… 59

4.3 β입자 상호 작용 ………………………………………………… 62

4.4 비전리(Specific Ionization) ………………………………… 65

4.5 질량 저지능(Mass Stopping Power) ……………………… 67

4.6 선형 에너지 전달(LET, Linear Energy Transfer) …… 68

4.7 제동 방사선(Bremsstrahlung Radiation)………………… 69

4.8 감마선 상호 작용 ………………………………………………… 70

4.9 메커니즘(Mechanism) ………………………………………… 71

10 광자 감쇄(Photon Attenuation)와 흡수 계수(Absorption

Coefficients)……………………………………………………… 77

4.11 중성자 상호작용 ………………………………………………… 77

5. 방사선 방호에 대한 양과 단위 / 85

5.1 피폭(Exposure) ………………………………………………… 87

5.2 흡수선량과 등가 선량 …………………………………………… 88

5.3 방사능 ……………………………………………………………… 93

5.4 입자와 에너지장 단위 …………………………………………… 94

6. 방사선의 생물학적 효과 / 95

6.1 서론: 배경 ………………………………………………………… 95

6.2 생물계에 대한 방사선 손상 기전 ……………………………… 99

6.3 인간의 생체 효과………………………………………………… 102

6.4 세포 생존 연구…………………………………………………… 123

6.5 상대적 생물학적 효과비(Relative Biological

Effectiveness, RBE)………………………………………… 125

7. 방사선 피폭 규제의 기반 / 129

7.1 Period 1: 1895-1913 ……………………………………… 129

7.2 Period 2: 1913-1922 ……………………………………… 129

7.3 Period 3: 1922-1928 ……………………………………… 130

7.4 Period 4: 1928-1934 ……………………………………… 131

7.5 Period 5: 1934-1941 ……………………………………… 131

7.6 Period 6: 1941-1946 ……………………………………… 132

7.7 Period 7: 1946-1953 ……………………………………… 133

7.8 Period 8: 1953-1959 ……………………………………… 134

7.9 Period 9: 1960-1965 ……………………………………… 135

7.10 Period 10: 1966-현재 …………………………………… 137

7.11 Period 11: 미래……………………………………………… 140

7.12 방사선 규정-Acronymonious History ………………… 141

8. 보건 물리학 계측장비 / 151

8.1 열반응……………………………………………………………… 152

8.2 화학 반응 ………………………………………………………… 152

8.3 전기 기구 ………………………………………………………… 153

8.4 알파와 감마 분광경검사법/분광법 …………………………… 173

8.5 개인용 모니터링 ………………………………………………… 176

8.6 중성자 검출 ……………………………………………………… 181

8.7 보정에 대한 고려………………………………………………… 185

8.8 계수 통계 ………………………………………………………… 187

9. 외부 선량 평가 / 205

9.1 단절된 선원으로부터의 선량…………………………………… 206

9.2 특정한 c (감마)선 방출 인자 ………………………………… 208

9.3 불연속 전자선원으로부터의 선량……………………………… 215

9.4 고방사능 입자(Hot Particles) ……………………………… 217

9.5 불연속 중성자 선원으로부터의 선량 ………………………… 219

9.6 확장 발생원(Extended Source)에서의 선량 …………… 221

9.7 트리튬과 불활성 가스…………………………………………… 227

9.8 외부 선량 평가의 컴퓨터 모델링……………………………… 229

9.9 외부 선량 평가에 관한 참조문헌……………………………… 234

10. 내부 선량 평가 / 237

10.1 내부 선량 계산의 기본 개념 ………………………………… 237

10.2 유효 반감기 …………………………………………………… 239

10.3 선량계 시스템 ………………………………………………… 242

10.4 방사선 근로자를 위한 내부 선량 계산 ……………………… 247

10.5 핵의학 환자를 위한 내부 선량 계산………………………… 264

11. 방사선 방호 활동/평가 섭취 / 283

11.1 서론 ……………………………………………………………… 283

11.2 외부 방호 원칙 ………………………………………………… 285

11.3 광자 선원의 차폐 ……………………………………………… 286

11.4 등급화된 차폐 또는 적층 차폐 ……………………………… 291

11.5 X-선원의 차폐 ………………………………………………… 292

11.6 불연속 전자 선원의 차폐……………………………………… 299

11.7 중성자 선원의 차폐 …………………………………………… 303

11.8 방사선 측정 수행 ……………………………………………… 308

11.9 최적화의 원리…………………………………………………… 309

11.10 내부 오염으로부터 종사자 방호 …………………………… 312

11.11 공기 표본 추출 계산…………………………………………… 319

11.12 생물학적 분석 데이터 수집 방법 …………………………… 325

11.13 임계와 임계 관리……………………………………………… 338

12. 방사능에 대한 환경 모니터링 / 357

12.1 환경 평가 프로그램의 유형…………………………………… 358

12.2 시설의 종류 모니터링 ………………………………………… 359

12.3 표본의 유형과 표본화 전략 ………………………………… 360

12.4 장기적 현장 외 지역의 감시 ………………………………… 365

12.5 일반 샘플링 전략과 테크닉…………………………………… 373

12.6 샘플 관리………………………………………………………… 376

12.7 계측기기 ………………………………………………………… 379

12.8 데이터의 평가 ………………………………………………… 380

12.9 방사성 폐기물 관리 …………………………………………… 387

12.10 현장 평가 ……………………………………………………… 395

13. 비전리성 방사선 / 399

13.1 자외선 방사선…………………………………………………… 399

13.2 레이저 …………………………………………………………… 405

13.3 고주파 방사선 및 마이크로파 선원 ………………………… 417

13.4 전자기장 (EMF, electromagnetic field) ……………… 422

13.5 자기공명영상(MRI) …………………………………………… 423

색인(INDEX) / 429