국제 방사선 방호위원회 연감 번역(영어 원본)Conversion Coefficients for Radiological Protection Quantities for External Radiation Exposures
Abstract–This report gives fluence to dose conversion coefficients for both effective dose and organ absorbed doses for various types of external exposures, consistent with the 2007 Recommendations of the ICRP (ICRP, 2007). These coefficients were calculated using the official ICRP/ICRU computational phantoms (ICRP, 2009) representing the Reference Adult Male and Reference Adult Female (ICRP, 2002), in conjunction with Monte Carlo codes simulating the transport of radiation within the human body such as EGSnrc, FLUKA, GEANT4, MCNPX, and PHITS.
The incident radiations and energy ranges considered were external beams of mono-energetic photons of 10 keV–10 GeV, electrons and positrons of 50 keV–10 GeV, neutrons of 0.001 eV–10 GeV, protons of 1 MeV–10 GeV, pions (negative/positive) of 1 MeV–200 GeV, muons (negative/positive) of 1 MeV–10 GeV, and helium ions of 1 MeV/u–100 GeV/u.
For the simulations, idealised whole-body irradiation geometries were considered. These included unidirectional broad parallel beams along the antero-posterior, postero-anterior, left lateral and right lateral axes, and 360 rotational directions around the phantoms’ longitudinal axis. Fully isotropic irradiation of the phantoms was also considered.
Simulations were performed specifically for this report by members of the Task Group. For quality assurance purposes, data sets for given radiations and irradiation geometries were generated by different groups using the same reference computational phantoms but different Monte Carlo codes.
From the simulations, the absorbed dose to each organ within the reference phantoms was determined. The fluence to effective dose conversion coefficients were derived from the obtained organ dose conversion coefficients, the radiation weighting factor wR and the tissue weighting factor wT, following the procedure described
in ICRP Publication 103 (ICRP, 2007).
The operational quantities for photons, neutrons, and electrons continue to provide a good approximation for the conversion coefficients for effective dose for the energy ranges considered in ICRP Publication 74 (ICRP, 1996) and ICRU Report 57 (ICRU, 1998), but not at the higher energies considered in the present report.
The conversion coefficients obtained for this report represent the ICRP/ICRU reference values. They were established using various original data sets with the application of averaging, smoothing, and fitting techniques. They are partly tabulated in annexes, and fully tabulated in an accompanying CD in ASCII format and Microsoft Excel software.
Separate Monte Carlo simulations were made to determine the absorbed dose to the lens of the eye for incident photons, electrons, and neutrons using a stylised model of the eye. Similarly, localised skin-equivalent dose conversion coefficients for electrons and alpha particles are given as derived by Monte Carlo calculations simulating the transport of a normally incident, parallel beam on a tissue-equivalent slab.
Additionally, photon and neutron dose–response functions are given in this report, defined as the absorbed dose per particle fluence. Their use would compensate for the limited spatial resolution of the voxel geometry, as well as for dose enhancement or dose depression at the microscopic level of the marrow cavities.
ⓒ 2011 Published by Elsevier Ltd.
MAIN POINTS
• This report presents reference conversion coefficients for effective dose and organ absorbed doses for various types of external exposures, calculated following the 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection (ICRP, 2007).
• The phantoms used for the calculations were the official computational models of ICRP (2009) representing Reference Male and Reference Female (ICRP, 2002, 2007). These reference computational models are based on computed tomographic data of real people, and hence are digital three-dimensional representations of human anatomy.
• The radiations considered were external beams of mono-energetic photons of 10 keV–10 GeV, electrons and positrons of 50 keV–10 GeV, neutrons of 0.001 eV–10 GeV, protons of 1 MeV–10 GeV, pions (negative/positive) of 1 MeV–200 GeV, muons (negative/positive) of 1 MeV–10 GeV, and helium ions of 1 MeV/u–100 GeV/u. These energies are kinetic energies.
• Unlike the work reported previously in ICRP Publication 74 (ICRP, 1996) and ICRU Report 57 (ICRU, 1998), in which published values of conversion coefficients were used to establish reference values, the organ dose conversion coefficients given here were calculated specifically for this report by members of the Task Group. For
quality assurance purposes, data sets for given radiations and irradiation geometries were generated by different groups using the same reference computational phantoms but different Monte Carlo radiation transport codes, such as EGSnrc, FLUKA, GEANT4, MCNPX, and PHITS.
• The conversion coefficients tabulated in this report represent the ICRP/ICRU reference values. They were established using various original data sets with the application of averaging, smoothing, and fitting techniques.
• The operational quantities for photons, neutrons, and electrons continue to provide a good approximation for the conversion coefficients for effective dose for the energy ranges considered in ICRP Publication 74 (ICRP, 1996) and ICRU Report 57 (ICRU, 1998), but they do not extend to the higher energies considered in the present report.
EXECUTIVE SUMMARY
(a) The purpose of this report is to present fluence to dose conversion coefficients for effective dose and organ absorbed doses for various types of external exposures, consistent with the 2007 Recommendations of the ICRP (ICRP, 2007). For this purpose, the official ICRP/ICRU computational models (ICRP, 2009) representing Reference Male and Reference Female (ICRP, 2002) were used, in conjunction with Monte Carlo codes simulating the transport of radiation within the human body.The ICRP/ICRU reference computational phantoms are hereafter referred to as the ‘reference phantoms’.
(b) The externally incident radiations and kinetic energy ranges considered were external beams of mono-energetic photons of 10 keV–10 GeV, electrons and positrons of 50 keV–10 GeV, neutrons of 0.001 eV–10 GeV, protons of 1 MeV–10 GeV, pions (negative/positive) of 1 MeV–200 GeV, muons (negative/positive) of 1 MeV–10 GeV, and helium ions of 1 MeV/u–100 GeV/u.
(c) In order to calculate the dose conversion coefficients, simulations were performed to evaluate the absorbed dose to each organ within the reference phantoms using the following well-established Monte Carlo codes: EGSnrc (Kawrakow et al., 2009), MCNPX (Waters, 2002; Pelowitz, 2008), PHITS (Iwase et al., 2002; Niita et al., 2006, 2010), FLUKA (Fasso` et al., 2005; Battistoni et al., 2006), and GEANT4 (GEANT4, 2006a,b). The fluence to effective dose conversion coefficients were then derived from the organ dose conversion coefficients, the radiation weighting factor wR and the tissue weighting factor wT following the procedure described in ICRP Publication 103 (ICRP, 2007).
(d) For the simulations, idealised whole-body irradiation geometries were considered. These included unidirectional broad parallel beams along the antero-posterior, postero-anterior, left lateral and right lateral axes, and 360 rotational directions around the phantoms’ longitudinal axis. Fully isotropic irradiation of the phantoms was also considered.
(e) The organ absorbed dose conversion coefficients were calculated specifically for this report by members of the Task Group. For quality assurance purposes, selected data sets for given radiations and irradiation geometries were generated by different members of the DOCAL Task Group using the same reference computational phantoms but different Monte Carlo codes. Reference values were then determined from the individual data through a procedure that included averaging, smoothing, and data fitting where necessary. The resultant data sets are the ICRP/ICRU reference values intended for use in radiological protection control, and thus they are fixed by convention and are not subject to uncertainties. They are hereafter referred to as ‘reference values’.
(f) Separate Monte Carlo simulations were made to determine the absorbed dose to the lens of the eye for incident photons, electrons, and neutrons using a stylised model of the eye, allowing for a more detailed representation of the eye than afforded by the ICRP/ICRU voxel phantoms due to the limitations on eye structure voxel resolution (ICRP, 2009). |
국제 방사선 방호위원회 연감 번역(한국어 번역본)외부 방사선 피폭의 방사선 방호량 환산계수
초록 – 본 보고서는 2007 ICRP 권고안 (ICRP, 2007)에 따라, 다양한 유형의 외부 피폭에 의한 기관 흡수선량과 유효선량의 플루언스 당 선량 환산계수를 제시한다. 이러한 계수들은 EGSnrc, FLUKA, GEANT4, MCNPX, PHITS와 같이 인체 내 방사선 수송을 시뮬레이션한 몬테카를로 코드와 함께 기준 성인 남성과 기준 성인 여성 (ICRP, 2002)을 모사한 ICRP/ICRU 공식 전산 팬텀 (ICRP, 2009)을 이용해 계산하였다.
고찰된 입사 방사선과 에너지 범위는 10 keV–10 GeV의 단일 에너지 광자, 50 keV–10 GeV의 전자 및 양전자, 0.001 eV–10 GeV의 중성자, 1 MeV–10 GeV의 양성자, 1 MeV–200 GeV의 파이온 (음성/양성), 1 MeV–10 GeV의 뮤온 (음성/양성), 1 MeV/u–100 GeV/u 헬륨 이온의 외부 빔이었다.
시뮬레이션을 위해 이상화한 전신 복사의 기하학적 구조를 고려하였다. 여기에는 팬텀 세로축을 중심으로 한 360도 회전 방향, 왼쪽 가로축과 오른쪽 가로축, 앞-뒤 방향, 뒤-앞 방향의 단방향 광역 평행 빔이 포함되었다. 또한 팬텀의 등방성 복사도 충분히 고려하였다.
시뮬레이션은 특별히 본 보고서를 위해 태스크 그룹의 성원들이 실시하였다. 품질 보증을 목적으로, 다양한 그룹에서 동일한 기준 전산 팬텀과 상이한 몬테카를로 코드를 이용해 주어진 방사선과 복사의 기하학적 구조에 대한 데이터를 생성하였다.
시뮬레이션을 통해 기준 팬텀으로 각 기관의 흡수선량을 측정하였다. 플루언스 당 유효선량 환산계수는 ICRP 발행물 103 (ICRP, 2007)에 기술되어 있는 절차에 따라 구한 기관 선량 환산계수, 방사선 가중계수 wR, 조직 가중계수 wT로부터 도출하였다.
광자, 중성자, 전자의 실용량은 ICRP 발행물 74 (ICRP, 1996)와 ICRU 보고서 57 (ICRU, 1998)에서 고려된 에너지 범위의 유효선량 환산계수를 거의 유사하게 제공해 준다. 그러나 본 보고서에서는 이 보다 높은 에너지를 고려하였다.
본 보고서를 위해 구한 환산계수는 ICRP/ICRU 기준값을 대표한다. 이는 평균화, 평활화, 적합 기법을 활용하고 다양한 소스 자료를 이용해 확립되었다. 이 중 일부는 부록에 표로 제시되어 있으며, 첨부 CD에는 환산계수 일체가 ASCⅡ 포맷과 마이크로소프트 엑셀 소프트웨어로 작성되어 있다.
입사 광자, 전자, 중성자로 인한 수정체의 흡수선량을 측정하기 위해 양식화한 눈 모델을 이용해 별도의 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 이와 유사하게 전자와 알파 입자로 인한 국소 피부 등가선량 환산계수는 조직 등가 슬래브(slab) 상의 일반적인 입사 평행 빔 수송을 시뮬레이션한 몬테카를로 계산을 통해 도출하였다. 또한 본 보고서에는 입자 플루언스 당 흡수선량으로 정의된 광자와 중성자 선량-반응 함수도 제시되어 있다. 이를 이용하면 미시적인 골수강 수준에서의 선량 상승 또는 선량 저하뿐 아니라 복셀 구조의 공간 분해능 한계도 보완될 것이다.
ⓒ 2011 Published by Elsevier Ltd.
주요 사항
• 본 보고서는 국제 방사선 방호위원회 2007 권고안 (ICRP, 2007)에 따라 계산한 다양한 유형의 외부 피폭으로 인한 유효선량과 기간 흡수선량의 기준 환산계수를 제시한다.
• 계산에 이용된 팬텀은 기준 남성과 기준 여성을 모사한 ICRP 공식 전산 모델 (2009)이었다. (ICRP 2002, 2007). 이러한 기준 전산 모델은 실제 사람의 컴퓨터 단층 촬영 자료를 근거로 하므로 사람의 해부학적 구조를 묘사한 디지털 3차원 표현이다.
• 고려된 방사선은 10 keV–10 GeV의 단일 에너지 광자, 50 keV–10 GeV의 전자 및 양전자, 0.001 eV–10 GeV의 중성자, 1 MeV–10 GeV의 양성자, 1 MeV–200 GeV의 파이온 (음성/양성), 1 MeV–10 GeV의 뮤온 (음성/양성), 1 MeV/u–100 GeV/u 헬륨 이온의 외부 빔이었다. 이러한 에너지들은 운동에너지이다.
• 기준값을 확립하는데 이용되었던 환산계수 값을 발표한 과거 ICRP 발행물 74 (ICRP, 1996)와 ICRU 보고서 57 (ICRU, 1998)에 보고된 연구와 달리, 본 보고서에 제시된 기관 선량 환산계수는 태스크 그룹의 회원들이 본 보고서를 위해 특별히 계산하였다. 품질 보증 목적을 위해, 다양한 그룹에서 EGSnrc, FLUKA, GEANT4, MCNPX, PHITS와 같은 상이한 몬테카를로 코드와 동일한 기준 전산 팬텀을 이용해 주어진 방사선과 조사 구조에 관한 자료를 생성하였다.
• 본 보고서에 제시되어 있는 환산계수는 ICRP/ICRU 기준값을 대표한다. 이는 평균화, 평활화, 적합 기법을 활용하고 다양한 소스 자료를 이용해 확립되었다.
• 광자, 중성자, 전자의 실용량은 ICRP 발행물 74 (ICRP, 1996)와 ICRU 보고서 57 (ICRU, 1998)에서 고려된 에너지 범위의 유효선량 환산계수를 거의 유사하게 제시해 준다. 그러나 본 보고서에서는 이 보다 높은 에너지를 고려하였다.
개요
(a) 본 보고서의 목적은 2007 ICRP 권고안 (ICRP, 2007)에 따라, 다양한 유형의 외부 피폭에 의한 기관 흡수선량과 유효선량의 플루언스 당 선량 환산계수를 제시하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 인체 내 방사선 수송을 시뮬레이션한 몬테카를로 코드와 함께 기준 남성과 기준 여성을 모사한 ICRP/ICRU 공식 전산 모델 (ICRP, 2009)을 이용하였다. 이하 ICRP/ICRU 기준 전산 팬텀은 ‘기준 팬텀’이라 한다.
(b) 고려된 외부 입사방사선과 운동에너지 범위는 10 keV–10 GeV의 단일 에너지 광자, 50 keV–10 GeV의 전자 및 양전자, 0.001 eV–10 GeV의 중성자, 1 MeV–10 GeV의 양성자, 1 MeV–200 GeV의 파이온 (음성/양성), 1 MeV–10 GeV의 뮤온 (음성/양성), 1 MeV/u–100 GeV/u 헬륨 이온의 외부 빔이었다.
(c) 선량 환산계수를 계산하기 위해, 다음과 같이 명확하게 확립된 몬테카를로 코드를 이용해 시뮬레이션을 실시하고 기준 팬텀으로 각 기관의 흡수선량을 평가하였다. EGSnrc (Kawrakow et al., 2009), MCNPX (Waters, 2002; Pelowitz, 2008), PHITS (Iwase et al., 2002; Niita et al., 2006, 2010), FLUKA (Fasso` et al., 2005; Battistoni et al., 2006), GEANT4 (GEANT4, 2006a,b). 그러고 나서 ICRP 발행물 103 (ICRP, 2007)에 기술되어 있는 절차에 따라 기관 선량 환산계수와 방사선 가중계수 wR, 조직 가중계수 wT로부터 플루언스 당 유효선량 환산계수를 도출하였다.
(d) 시뮬레이션을 위해 이상화한 전신 복사의 기하학적 구조를 고려하였다. 여기에는 팬텀 세로축을 중심으로 한 360도 회전 방향, 왼쪽 가로축과 오른쪽 가로축, 앞-뒤 방향, 뒤-앞 방향의 단방향 광역 평행 빔이 포함되었다. 또한 팬텀의 등방성 복사도 충분히 고려하였다.
(e) 시뮬레이션은 특별히 본 보고서를 위해 태스크 그룹의 성원들이 실시하였다. 품질 보증을 목적으로, DOCAL 태스크 그룹의 여러 성원들이 동일한 기준 전산 팬텀과 상이한 몬테카를로 코드를 이용해 주어진 방사선과 복사의 기하학적 구조에 따라 선별된 데이터를 생성하였다. 필요한 경우 평균화, 평활화, 적합 기법이 포함된 절차를 통해 각각의 데이터에서 기준값을 확인하였다. 그 결과로 구해진 자료들이 방사선 방호 제어에 이용될 ICRP/ICRU 기준값들이며 따라서 이는 변환을 통해 적합하게 되고, 불확실성의 대상이 되지 않는다. 이러한 것들은 이하 ‘기준값’이라 한다.
(f) 입사 광자, 전자, 중성자로 인한 수정체의 흡수선량을 측정하기 위해 양식화한 눈 모델을 이용해 별도의 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 눈 구조 복셀 분해능의 한계로 인해 이러한 모델이 CRP/ICRU 복셀 팬텀보다 눈을 한층 상세하게 모사해 준다 (ICRP, 2009). |
