선량 측정

선량 측정

 

물질인 인체와 방사선의 상호작용으로 방사선의 에너지가 인체에 전달되어 결국 방사선에 피폭됩니다. 방사선량은 물리학적으로는 물질의 단위 면적당 통과된 입자 수나 에너지에 따라서 결정되므로 입자 플루언스나 에너지 플루언스로 측정될 수 있습니다. 그러나 이것은 생물학적 효과를 고려하지 않았기 때문에 방사선의학에서는 유용한 측정이라 할 수 없습니다. 방사선의학에서는 방사선에 의해서 발생하는 생물학적 효과를 중요시하므로 생물학적 영향을 평가할 수 있는 방사선량을 기준으로 측정해야 합니다. 이 글에서는 방사선량의 정의와 단위를 알아보겠습니다.

 

 

조사선량

 

 

조사선량은 1956년 국제 방사선 단위 측정위원회에 의해 도입된 개념으로 말합니다. 광자에 의한 공기에서 전리 능력에 따라서 표시되는 방사선의 양을 의미합니다. 즉 공기 중에서 미소 부피의 질량당 광자에 의해서 발생한 모든 2차 전자가 완전히 움직임을 멈출 때까지 생성된 양전하 또는 음전하 중의 어느 한쪽의 총 전하량을 말합니다.

 

광자의 에너지가 커지면 2차 전자의 비정이 매우 길어져서 조사선량의 절대 측정이 곤란하므로 조사선량은 3MeV 이하의 X선 및 감마선에만 적용됩니다.

 

 

흡수 선량

 

 

조사선량의 정의에 이용되는 방사선은 X선이나 감마선이고, 조사되는 대상 물질은 공기에 국한되지만, 흡수 선량은 모든 전리방사선에 의한 모든 물질에 적용될 수 있습니다.

 

흡수 선량은 어떤 특정 지점에서의 흡수체의 단위 질량당 흡수되는 방사선의 에너지의 양을 말합니다. 즉, 어떤 물질의 단위 부피의 질량당 흡수된 방사선의 평균 에너지를 흡수 선량이라고 합니다. 동일한 조사선량을 주더라도 물질의 종류, 밀도 등에 따라서 흡수 선량이 다릅니다. 물질에서의 흡수 선량은 Bragg-Gray 공동이론으로 구할 수 있습니다. Bragg-Gray 공동이론은 공동 전리 조에 의한 방사선량 측정의 원리를 이용합니다.

 

흡수 선량을 측정하려는 물질 속에 공기나 아르곤 같은 불활성 기체가 채워진 작은 공동이 있다고 생각합니다. Bragg-Gray 공동이론을 이용하면 공동 속의 기체 이온밀도를 측정함으로써 그 주위 물질의 흡수 선량을 구할 수 있습니다. 어떤 물질에 흡수된 에너지는 공기에 흡수된 에너지에 비례합니다. 즉, 공기에서의 흡수 선량과 인체조직에서의 흡수 선량의 비는 공기와 인체조직에서의 질량 에너지 흡수계수의 비와 같습니다. 그러나 질량 에너지 흡수계수는 광자의 에너지에 따라서 다르므로 그 비도 에너지에 따라 다른 값을 가집니다.

 

 

Kinetic energy released in material

 

 

Kinetic energy released in material은 중성자나 광자 등 비하전 방사선에만 관계되는 양으로써 어떤 종류의 방사선 효과를 일으킬 수 있는 잠재 능력을 나타냅니다. 비하전 입자가 물질 내에 입사하면 하전입자를 발생시키고 이들 하전입자의 운동에너지를 물질에 부여합니다.

 

물질의 단위 부피의 질량에서 간접전리방사선에 의하여 발생한 모든 하전 입자의 초기운동에너지의 총합을 ‘Kinetic energy released in material’이라고 합니다.

 

간접전리방사선에 의해서 발생한 하전입자의 초기 운동에너지의 합이란 하전입자에 의한 제동복사의 에너지 또는 2차 과정에서 생기는 모든 입자의 에너지를 포함한 것입니다.

 

Kinetic energy released in material은 물질 내의 어떤 지점에서 하전입자 평형이 성립되며, 제동복사로 인한 손실을 무시할 때는 그 점에서의 흡수 선량과 같습니다. 하지만 일반적으로 Kinetic energy released in material은 흡수 선량보다 약간 작은 값을 갖는다. 높은 에너지의 X선, 감마선, 중성자선에서는 하전입자의 준 평형이 생길 수 있습니다.

 

 

선량당량과 등가선량

 

 

생체 내의 흡수 선량이 동일해도 방사선의 종류, 에너지, 조사 조건 등에 따라서 생물학적 효과가 다릅니다. 따라서 흡수 선량은 생물학의 영향 정도를 정확하게 반영했다 할 수 없습니다. 따라서 방사선의 종류와 에너지가 다른 방사선의 생체에 미치는 효과에 주목하여 1962년 ICRU에서 선량당량을 제정했습니다.

 

선량당량은 방사선의 종류, 에너지 등을 고려하여 방사선 방호목적으로 사용되는 양으로써 흡수량에 생물학적 효과에 관계되는 모든 요소를 보정한 방사선량입니다. 조직 내의 특정한 지점에서 선량당량은 흡수 선량, 선질계수, 기타 모든 보정계수의 곱입니다.

 

선질계수는 방사선의 비정에 따른 선 에너지 전달(LET)의 크기에 따라 정해집니다.

 

등가선량이란 방사선 가중계수와 방사선의 조직이나 장기에서의 평균 흡수 선량의 곱입니다.

 

방사선 가중계수는 조직에 의존되지 않으며, 선질계수와 비슷합니다. 또한 피폭 시간 동안의 등가선량을 등가선량률이라고 합니다.

 

 

유효선량

 

 

같은 등가선량을 가해도 인체의 조직 또는 장기에 따라 영향의 정도가 다르기에 어느 한 장기의 등가선량만으로 종합적인 피폭 위험도를 나타내기는 힘듭니다. 따라서 선량 분포에 따른 인체 장기의 위험 정도를 나타내는 유효선량을 사용합니다.

 

유효선량은 각 장기의 등가선량에 그 장기의 조직 가중계수를 곱하여 얻어진 값을 피폭된 모든 장기에 대해 합한 양으로 나타냅니다. 1990년 ICRP 권고에서는 치사성 암의 발생확률뿐만 아니라 비치사 암의 발생확률, 유전적 영향의 발생확률, 수명 단축 등을 고려하여 각 장기의 기여율을 토대로 조직 가중계수를 결정했습니다.

 

조직 가중계수는 방사선에 따라 좌우되지 않습니다. 즉 모든 방사선에 적용됩니다. 유효선량은 외부피폭과 내부피폭 선량을 더할 수 있다는 것이 특징입니다. 전신 조직의 가중계수 합은 1이므로 전신에 걸쳐 동일한 등가선량을 받았다면 유효선량은 그 등가선량과 같습니다.