중국인 여성용 Rad HUMAN 팬텀의 전자 및 광자 흡수분율 연구

초록

본 연구는 중국 성인 여성을 모델링한 Rad‑HUMAN 체적 팬텀을 이용해 10 keV–4 MeV 범위의 단일 에너지 광자와 전자에 대한 특정 흡수분율(SAF)을 Monte Carlo 코드 MCNP로 계산하였다. 결과는 ICRP와 ORNL 표준 모델과 비교했을 때 전반적으로 높은 SAF 값을 보였으며, 이는 장기 질량 및 장기 간 거리 차이에 기인한다.

상세 분석

Rad‑HUMAN 팬텀은 중국 가시인체(CVH) 데이터의 색채 사진을 기반으로 제작된 고해상도 체적 모델로, 2 mm × 2 mm × 2 mm 크기의 복셀에 46개의 주요 장기가 정밀하게 매핑되어 있다. 이러한 해부학적 정밀도는 기존 서구 중심 ICRP/ICRU 기준 모델과 비교했을 때 장기 질량과 위치 배치에서 현저한 차이를 만든다. 연구팀은 MCNP5를 이용해 10 keV부터 4 MeV까지 20 단계의 에너지 포인트에서 광자와 전자를 각각 10⁸ 입자씩 시뮬레이션했으며, 전자와 광자의 에너지 전이 메커니즘을 정확히 반영하기 위해 물리 모델(전자산란, 광자 콤프턴, 광전효과 등)을 최신 ENDF/B‑VII 데이터베이스와 연계하였다. SAF는 장기별 흡수 에너지(keV·g⁻¹)와 방출 에너지(keV) 비율로 정의되며, 자기‑자기(self‑irradiation)와 상호‑자기(cross‑irradiation) 두 경우를 모두 계산하였다. 결과는 전자 SAF가 저에너지(≤100 keV)에서 급격히 감소하고, 고에너지에서는 장기 간 거리와 조직 밀도에 따라 완만한 감소 추세를 보이는 반면, 광자 SAF는 에너지 증가에 따라 전형적인 1/Eⁿ 형태의 감소를 나타냈다. 특히, Rad‑HUMAN의 간·신장·갑상선 등 소형 장기에서는 자기‑자기 SAF가 ICRP/ORNL 모델보다 10–30 % 높게 측정되었으며, 이는 해당 장기의 질량이 작아 에너지 흡수가 집중되기 때문이다. 반면, 대형 장기(간, 폐)에서는 차이가 상대적으로 작아 5 % 이내에 머물렀다. 이러한 차이는 인종별 체형·해부학적 특성이 내부 선량 계산에 미치는 영향을 정량적으로 보여준다.