양성자가속기연구센터(KOMAC)의 100-MeV 양성자 선형가속기에서 생성된 고에너지 양성자를 사용하여 천연 텅스텐과 핵반응을 일으켰다. 핵반응을 통해 생성된 다양한 핵종으로 부터의 감마선은 HPGe 검출기 감마선 분광시스템을 사용하여 측정하였다. 감마선 표준선원은 에너지 교정 및 검출기의 효율 측정에 사용되었다. 측정된 스펙트럼에서 관찰된 감마선을 분석한 결과 방사성 핵종은 167Re, 178Re, 179Re, 180Re, 181Re, 182Re, 184Re, 172Ta, 174Ta, 178Ta, 182Ta, 184Ta, 175W, 176W, 177W 및 179W 으로 총 16 종류의 핵종이 생성되었다. 이 연구의 결과는 미래의 핵융합, 천체 물리학 및 핵의학 응용 분야에 적용될 것으로 생각된다.

본 연구는 선형가속기를 이용하여 10 MV 광자선을 조사하는 과정에서 발생하는 광중성자의 선량률 변 화를 측정하고자 하였다. 또한 방사선 조사가 종료된 후 광중성자의 수명을 분석하고자 하였다. 광중성자 측정은 BF3 비례계수관을 사용하였으며, 광중성자의 선량률 측정결과를 2초 간격으로 3부분으로 나누어 분석 하였다. 측정결과 조사야 내에 금속판이 없는 경우와 납판이 존재할 때 광중성자의 발생이 가장 빠르 게 나타났으며, 최종적으로 백그라운드 수준의 선량률을 나타내는 시간은 물질의 종류와 무관하게 약 1분 40초 정도의 수명시간을 나타내었다. 따라서 광중성자가 수명을 다할 때까지의 시간에 따른 선량률은 물질 의 종류와 임계에너지에 따라 다르게 나타내었다. 그러나 최종 수명시간은 물질의 종류에 관계없이 비슷한 결과를 나타내었으므로 물질의 종류가 광중성자의 수명시간에는 크게 관여하지 않는다고 판단되어진다.

의료용 선형가속장치의 두부 구성요소 중 광자 발생의 원인이 되는 타깃에 대한 연구로써, 타깃의 재질 에 따른 광자를 분석하여 타깃 재질 별 발생하는 광자특성에 대한 기초자료를 제시하고자 한다. 본 연구에 서는 몬테카를로 방식을 바탕으로 한 MCNPX를 사용하여 타깃 재질에 따른 6, 15 MV의 광자 특성을 비교 분석하였다. 타깃 재질 별 평균에너지는 6 MV에서 1.69 ~ 1.84 MeV, 15 MV에서는 3.38 ~ 3.56 MeV로 분 석되었다. Flux는 6 MV에서 1.64 × 10-5 ∼ 1.80 × 10-5 ＃/cm2/e, 15 MV는 1.76 × 10-4 ∼ 1.85 × 10-4 ＃/cm2/e 로 계산되었다. 결과를 분석하면, 타깃 재질이 고원자번호일수록 평균에너지와 Flux가 증가하는 것으로 평 가다. 본 연구를 바탕으로 광자의 물리적 특성에 대한 기초적인 자료를 제시할 수 있었으며, 추후 타깃 선 정 시 경제성, 효율성은 물론 물리적 측면을 고려할 수 있어 적절한 선택을 할 수 있을 것으로 판단된다.

의료용 선형가속기의 헤드 구성요소인 표적물질과 일차 콜리메이터는 선속특징을 결정짓는데 가장 큰 영향을 미치며 이로 인해 발생하는 후방산란은 구조물 차폐와 장비 관리 관점에서 고려하여야 할 요소이다. 이에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 중 하나인 Geant4를 통해 선형가속기를 모델링하고 헤드 구성요소의 변화에 따른 후방산란 양상을 살펴보았다. 산란되어 발생한 전자의 경우, 표적물질이 위치한 일차 콜리메이터의 내부 반경에 대부분의 분포를 보였으며 이와 반대로 산란된 광자의 경우, 바깥쪽 영역에서 상대적으로 높은 에너지의 산란이 많음을 알 수 있었다. 산란된 양전자는 약 0.03%로 미미한 발생을 보였다. 일차 콜리메이터의 내부 반경이 달라짐에 따라 세 산란입자(전자, 광자, 양전자) 모두 반경 내부 쪽에서의 변화가 컸으며, 전체 반경의 변화에 따른 후방산란은 60 mm 이상에서부터 어느 정도의 영향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 표적물질 두께의 변화에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이를 통하여 가속시킨 초기 전자에 대한 후방 쪽으로의 산란도 무시할 수 없음을 알 수 있었으며 주변 구성요소의 기하학적인 형태나 크기에 의해서도 후방산란의 양상이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 산란된 입자들의 에너지 분포를 통해 장비 관리의 관점에서도 고려하여야 할 결과라고 사료된다.

의료용 선형가속장치는 1952년에 개발된 이후 방사선 치료에 사용되어 왔으며 그 활용도가 더욱 증가하고 있다. 현재는 6 MeV 이상의 광자 에너지를 사용하는 고 에너지 방사선치료가 보편화되어 사용되고 있으나, 광핵반응에 의한 중성자의 생성으로 환자 및 술자에 대한 피폭이 문제가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 MCNPX를 사용하여 의료용 선형가속장치에서 발생되는 6~24 MV 광자선의 스펙트럼을 분석하고, 평균에너지 및 텅스텐의 중성자 생성 임계에너지인 7.41 MeV 이상의 광자 개수를 평가하였다. 그 결과 8 MV를 시작으로 24 MV에서는 전체 검출 광자 수에 비해 0.59%의 비율로서 광핵 반응을 일으킬 수 있는 광자수가 증가함을 알 수 있었다.

Energy calibration is important to identify accurate neutron capture resonance energy in the neutron TOF (Time-of-Flight) experiment. In present study, the accurate neutron capture resonance energies of natural Sm were measuredby using a 46-MeV electron linear accelerator (linac) at the Research Reactor Institute, Kyoto University(KURRI). The BGO spectrometer were adopted for measurement the prompt capture gamma-ray of the sample. To obtain energy calibration curve, resonance energy of a gold sample used as standard resonance energy Mughabghab’s data (From neutron resonance parameters data). Previous data (by Mughabghab) of natural Sm sample have been compared with the present result.