Ⅰ. 서 론
방사선은 의료, 산업, 연구, 원자력 시설 등에서 환자의 진단 및 치료, 식품 조사, 방사성 의약품 개발, 계측 장비의 교정 등 다양한 목적으로 이용되고 있다. 다양한 유용성에 도 불구하고, 방사선은 예기치 못한 사고 혹은 악의적인 목 적의 방사선 테러 발생 시 생명을 위협할 정도의 대용량 피 폭을 발생시킬 수 있다[1]. 또한, 자외선과 같은 자연방사 선, 의료방사선 등 소량의 방사선 피폭의 인체 노출로 인하 여 유전자 변이, 변성 유전자 생성 등의 방사선 만성질환 (chronic disease)의 결과를 유발할 수 있다. 이와 같은 이 유로 방사선의 위험성에 대한 사회적 우려는 커지고 있다 (Table 1, 2)[2].
다양한 환경에서 방사선 피폭에 빈번하게 노출되어 있음 에도 불구하고 개인피폭선량계(TLD, OSLD)를 이용하여 선 량을 측정할 수 있는 방사선 작업종사자들을 제외한 일반인 들의 즉각적이고 주기적인 피폭선량 측정은 어렵다[3]. 신 속하게 이뤄지는 개인 피폭선량 측정은 방사선 피폭 환자들 의 치료방법 및 약물 투여의 즉각적인 결정을 도와 치료 효 과를 높이고 사고 후 대책 마련에도 기여할 수 있으며, 사후 대비 대책 대비에도 효과적으로 일조할 수 있다[4]. 이러한 이유로 최근 국내·외로 방사선 피폭에 의한 인체 흡수선량 측정 및 평가, 피폭 방사선량 복원의 중요도가 높아졌으며, 이에 관한 연구 또한 증가하고 있다.
방사선량 측정 및 복원 연구에 사용될 수 있는 물질로는 결정구조로 이뤄져 고유의 전자 띠(band)를 가지고 있는 이 산화규소(SiO2)가 이용될 수 있다. 외부 방사선 자극으로 인 하여 내부 전자의 트랩(Trap) 간 이동 후 외부 자극 요인 (열 혹은 빛)에 따라 열 자극 발광(Thermo-luminescence, TL) 및 광 자극 발광(Optical Stimulated Luminescence, OSL)이라 부른다[5]. 이 때 방출되는 빛의 양을 측정함으로 써 조사된 방사선량을 측정 및 평가할 수 있다(Fig. 1)[6].
본 연구에서는 일상생활에서 자주 사용하는 물품 중 SiO2 를 주로 함유한 신용카드, 신분증, 사원증 등의 내부에 존재 하는 스마트 칩 카드의 광 자극 발광(OSL) 특성을 일어나는 시료 후면의 자외선 경화 에폭시 레진(UV epoxy resin)을 물리적으로 추출하여 피폭방사선량 측정 및 복원 연구를 진 행하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 시료 및 실험 준비
실험에 사용된 스마트 칩 카드는 신용카드, 전자여권, 신 분증 등에 실제 사용되는 시료로써, LG전자에서 생산된 스 마트 칩 카드를 사용하였다(Fig. 2). 칩 카드 전면부의 도 금된 필름은 물질 구조상 특정한 물성을 가지고 있지 않아 방사선 조사 후 광 자극 발광(OSL) 기법을 적용하더라도 내부 전자의 활성화 및 발광현상이 일어나지 방사선 측정이 어렵다
이에 광 자극 발광(OSL) 특성이 활발하게 일어나는 시료 후면의 자외선 경화 에폭시 레진(UV epoxy resin)을 물리 적으로 추출하여 실험하였다.
2. 실험 방법
방사선 조사 후 광 자극 발광(OSL)기법을 통한 피폭선량 측정 및 복원 진행을 위해 시료 수집 및 실험의 전 과정에서 빛 노출 최소화가 필수적이다. 이에 모든 실험 과정은 암실 에서 진행하였다[7]. 다양한 조사선량 구간에서의 방사선 반응도 관찰을 위해 총 9개의 조사 구간(0.06, 0.12, 0.3, 0.7, 1, 2, 5, 10, 15Gy)을 나누어 방사선 조사를 시행하였 다. 반복 측정에 따른 감도 보정을 위해 각 조사 구간 사이 마다 표준 선량 50 mGy를 조사하여 각 선량 구간마다 나타 나는 방사선 반응도를 표준화하였다[8]. 시료 내에서 일어 날 수 있는 방사선 자연 감쇠를 고려하여 조사 후 1, 24, 48 시간 마다 측정하여 감쇠를 평가하였다. 시료 간 나타날 수 있는 오차 적용을 위해 10개 시료에 대해 배경선량을 측정 하였으며, 조사 및 선량평가 후 동일 시료를 재사용하여 시 료의 반복사용 가능성을 확인하였다.
3. 측정
방사선조사 및 광 자극 발광(OSL)기법을 통한 피폭선량 측정은 Bialkali EMI 9235 QA PMT가 장착된 Risoe TL / OSL-DA-20 TL/OSL 판독기를 사용하였다[9]. 실제 TLD, OSLD와 같은 개인피폭선량을 조사 및 측정할 수 있는 장비로 써 장치 내부에 내장된 150MBq 90Sr/90Y선원과 470 nm Blue LEDs를 조사 및 측정을 진행하였다(Fig. 3)[10].
광 자극 발광(OSL) 측정은 40초 및 160초 Blue LED를 90% 광도로 설정하여 수행되었으며, 총 250개 데이터를 수 집하였다. 데이터 분석을 위해 40초 광 조사는 0 – 6초 및 34-40초 구간, 160초 광 조사는 0-24초 및 136-160 초 구간을 각각 선량 반응 신호 및 배경신호로 간주하여 적 분 후 분석에 적용하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 시료 안정성 평가
같은 종류 시료 10개에 대한 배경선량을 측정하였다(Fig. 4). 가장 큰 배경선량을 기준으로 평균과 표준편차를 이용 한 표준화 결과, 1± 0.01의 값으로 동일 종류 내 다른 시료 라 하더라도 실제 실험 사용 시 값의 차이가 크게 나타나지 않음을 확인할 수 있다.
2. 선량 반응도 평가
9개의 조사선량 구간마다 나타나는 선량 반응도를 나타 냈다(Fig. 5). 방사선 조사 후 40 초 및 160 초 광 조사를 통한 방사선 검출 반응도는 0.06 -15 Gy의 선량구간에서 일정한 선형성을 나타내며, 방사선 반응에 대해 안정적으로 나타났다. 또한, 최저 선량(zero-dose)와 최소검출하한치 (Minimum Detectable Dose, MDD)는 각각 18.08 mGy, 35 mGy로 나타났다(Eq. 1, 2).
[a = back-ground dose, b = after irradiation of initial minimal dose,
x = initial dose, n = sample counts]
3. 반복사용을 통한 시료 재사용 평가
방사선 조사 후 광 자극 발광(OSL)기법을 통한 방사선량 측정 및 평가 실시 후 동일 시료에 대해 동일 선량 조사 후 나타나는 결과를 나타냈다(Fig. 6). 선량 반응도 평가와 같 이 40초 및 160초 광 조사를 통해 방사선량 측정 결과 재사 용 여부는 큰 영향 없이 초기 측정값과 일정한 반응도를 나 타냈다.
다만, 40초 광 조사를 통한 방사선량 반복 측정 시 160초 광 조사를 통한 방사선량 판독 값보다 높은 초기 값이 나타 났다. 이는 시료 내에 누적된 피폭 방사선량의 값으로 간주 되며, 이는 광 자극 발광(OSL) 판독 시간이 다소 부족하여 나타난 결과로 생각된다.
4. 감쇠율 평가
1 Gy 방사선 조사 후 시간 경과에 따라 나타나는 시료 내 방사선 감쇠를 평가하였다(Fig. 7). 본 연구에 사용된 시료 에 대한 광 자극 발광(OSL) 신호는 조사 경과 시간에 따라 감쇠하는 특성을 나타냈다. 초기 1, 24, 48시간 경과 후, 각 각 약 44%, 45%, 48%의 감쇠를 나타낸다. 감쇠곡선을 통해 나타난 결과는 본 시료를 이용한 실제 선량 복원 시 보정 값 으로 사용될 수 있다.
Ⅳ. 고 찰
2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 후, 최근 동일 지역 내에 서 15일 후 400mSv 선량이 검출되었으며, 인근 지역 거주 민의 경우 최대 시간당 0.5mSv의 피폭을 받는 것으로 확인 되었다[11]. 또한 의료방사선의 경우 치료의 목적으로 사용 되기에 그 성격상 방사선 노출장해로 간주하지 않는다. 그 러나 자연방사선 및 건강 검진 및 치료의 목적으로 수반되 는 방사선 노출의 장해유발은 수정체의 백내장 유발, 불임 등을 포함한 확률적 장해의 요인으로 이어질 수 있다[12]. 이에 방사선 조사로 인하여 발생할 수 있는 장해는 무시되 어서는 안된다고 생각한다. 이와 같은 이유로 방사선작업종 사자를 포함하여 개인피폭선량계를 소지하지 않는 일반인 의 신속한 피폭 방사선량 측정 및 복원은 긴급 상황을 그 중 요도가 높아지고 있다.
본 연구는 위와 같은 목적으로 물질과 방사선의 상호작용 특성을 이해하고 신용카드, 신분증 등의 내부에 존재하고 실생활에서 쉽게 구할 수 있는 스마트 칩 카드를 이용하여 방사선 조사 및 광 자극 발광(OSL)기법 적용을 통한 물질의 방사선 반응도 및 피폭선량 복원 가능성에 대한 연구를 진 행하였다. 방사선 조사에 사용된 칩 카드 한쪽 면은 일반적 인 칩 카드에서 볼 수 있는 칩을 읽는 기계와 접촉하는데 사 용되며 금색 접점으로 되어있으며, 결정구조를 가지고 있지 않아 방사선 조사 후 열 또는 광 자극에 의해 반응하지 않는 다. 이에 스마트 칩 카드 후면에 부착된 자외선 경화 에폭시 레진을 물리적으로 추출하여 광 자극 발광(OSL) 기법을 적 용하여 피폭방사선량 측정 및 복원을 진행하였다. 동일 시 료에 대해 같은 방사선량을 조사하더라도 방사선 반응도의 차이가 나타날 수 있는 가능성을 대비하여 동일 시료 10개 에 대해 배경선량을 측정한 결과 1%의 오차로 시료 간 방사 선반응도 편차는 매우 작은 것으로 나타났다. 또한, 조사된 선량(0.06-15Gy) 범위 내에서 광 자극 발광(OSL)기법 적 용을 통해 선량 측정을 한 결과 선형적인 반응을 나타내었 으며, 이를 통해 스마트 칩 카드의 전리방사선 반응도가 민 감하게 나타나며 조사된 선량은 Blue light를 통해 측정이 가능하다는 증거를 제시할 수 있었다[13]. 또한, 기존 광 자 극 발광(OSL) 기법을 적용하여 사후방사선량이 평가되었던 타 시료(유리, 저항, 벽돌 등)에 비해 빠르게 추출할 수 있다 는 장점과 더불어 낮은 방사선 감쇠율과 최소검출하한치 (MDD)를 나타냄으로써 사후피폭선량 측정에 효과적인 시 료로 사용될 가능성을 나타냈다[14,15]. 단, OSL 기법 적용 시 광 조사 시간(40, 160초)에 따른 선량 측정 결과 및 누적 선량의 값이 다르게 나타남에 따라 적절한 광 조사 시간 설 정에 대해 추가적인 연구가 필요하다. 더불어 추후 실제 사 고 발생 시 선량복원의 정확한 평가를 위해 개인의 방사선 피폭 노출 시간 및 경과 시간, 세부적인 감쇠 속도 및 시간, 사고 선량으로부터의 거리 등의 세밀한 분석 조건을 추가로 진행하여 신속하고 정확한 인체 피폭 방사선량 측정 및 복 원 연구를 진행할 예정이다.
Ⅴ. 결 론
스마트 칩 카드의 광 자극 발광(OSL)기법 적용으로 측정 된 방사선 반응도는 0.06 –15 Gy 사이의 선량에서 선형적 반응도를 나타냈다. 방사선 조사 후 경과 시간에 따라 1, 24, 48시간 동안 각각 약 44%, 45 %, 48 %의 감쇠를 나타 냈다. 시료 간 나타날 수 있는 편차를 측정하기 위해 동일 종류 10개에 대한 안정성 측정 결과 시료 간 오차는 1 %로 편차는 거의 없는 것으로 나타났다. 또한, 방사선 조사 및 광 측정 후 반복 사용에도 동일한 반응을 나타내어 광 자극 발광(OSL) 기법을 통한 선량 측정 후 동일 시료에 대한 재 사용 가능성이 높게 나타났다.
본 연구를 통해 스마트 칩 카드의 광 자극 발광(OSL)기법 을 이용하여 고용량 방사선 누출 사고 발생 시 즉각적인 피 폭 선량 측정 가능하다고 생각된다. 추후 장기간에 걸친 신 호 감쇠 특성을 평가하고 피폭 후 긴 경과 시간에도 정확한 보정이 가능하도록 시료의 수를 늘려 최소검출하한치(MDD) 의 정교한 수치를 산출하여 실험 오차를 줄여 정확한 연구 결과를 산출 할 예정이다.
