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국제우주정거장에서 우주 방사선을 측정하기 위한 조직등가비례계수기(TEPC) 개발 소개

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2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 154 _http://www.karp.or.kr

국제우주정거장에서 우주 방사선을 측정하기 위한

조직등가비례계수기(TEPC) 개발 소개

이 재 진 ․ 남 욱 원 ․ 박 귀 종 ․ 표 창 원 한 국 천 문 연 구 원 (E-mail: jjlee@kasi.re.kr) 김 성 환 청 주 대 학 교 중심어 : 우주 방사선, 국제우주정거장, 조직등가비례계수기, 방사선대, 선형에너지전달

서 론

한국천문연구원에서는 국제우주정거장에서 우주방 사선을 측정할 수 있는 방사선 계측기를 개발하고 있 다. 본 개발은 우주기초기술연구사업의 일환으로 교과 부의 지원을 받아 추진하고 있으며 한-미 우주협력 차원에서 도출된 과제다. 2011년부터 시작하여 1단계 로 2014년까지 우주방사선을 측정할 수 있는 장비 개 발을 완료하고 우주정거장에서 방사선량을 측정하는 데 이용될 예정이다. 2 단계 사업은 지상에서 활용할 수 있는 상업용 개량 모델을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 국제우주정거장이 운용되는 350 km 우주 공간에 존재하는 방사선은 은하 중심부에서 기원하는 은하 우주선(Galactic Cosmic Ray)과 태양 활동이 활발할 때 방출되는 태양 우주선(Solar Cosmic Ray)으로 이 루어지는데, 지상에서 경험할 수 있는 방사선에 비해 에너지가 높다. 우주 방사선을 측정하는 데는 여러 계 측 장비가 이용될 수 있지만, 본 장비의 목적이 우주 비행사의 방사선 피폭을 정확이 파악하는 것인 만큼, 인체 조직에 전달되는 LET를 안정적으로 측정할 수 있는 조직등가비례계수기 (TEPC)[1]와 이를 보조적 으로 검증할 수 있는 passive type의 TLD, SSNTD 를 함께 이용할 계획이다. TEPC는 넓은 범위 (0.2 ~ 300 keV/um)의 LET를 측정할 수 있어야 하며 무게 와 크기에 제한이 따르며 NASA가 요구하는 검증과 정을 거쳐야 한다. 본 발표는 TEPC 개발에 중점을 두고, 국제우주정 거장에서의 방사선 환경, 방사선 모사 실험, TEPC 설계, 그리고 향후 계획에 대해 논하고자 한다.

재료 및 방법

국제우주정거장에서 활동하는 우주 비행사들이 우 주 방사선에 피폭될 수 있는 요인은 전하를 가진 고 에너지 입자 (주로 전자와 양성자)가 지구의 자기장에 포획된 방사선대 (Radiation Belt)가 존재하기 때문이 다. 지구 방사선대는 주로 양성자가 존재하는 Inner Radiation Belt와 전자로 이루어진 Outer Radiation Belt로 구성되는데, 국제우주정거장은 Inner Radiation Belt 안쪽 가장 자리에 있기 때문에 고에너 지 양성자가 우주정거장의 외벽을 뚫고 침투하는 방 사선의 영향을 주로 받게 된다. 본 연구에서는 국제우주정거장 주변에서의 고에너 지 입자 분포를 AP/E-8 모델과 RBSP (Radiation Belt Storm Probe) 위성 자료를 이용하여 분석할 것 이다.

Fig 1. The Earth radiation belt consists of inner and outer belts.

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2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 제3분과(측정 및 분석Ⅱ)_ 155 모델과 위성 관측을 통해 파악된 고에너지 분포는 TEPC 개발에 필요한 모사 실험의 중요한 자료가 된 다. 모사 실험은 GEANT-4를 이용하여 수행되며 국 제우주정거장 내부에서의 방사선 스펙트럼과 TEPC 를 통해 측정할 수 있는 예상 LET량을 계산하는데 이용될 것이다. 현재 알려져 있는 국제우주정거장에서 의 방사선량(Dose Equivalent H)은 약 2000 uSv/day 이다[2].

결과 및 고찰

미항공우주국(NASA)은 국제우주정거장에 탑재할 수 있는 방사선 측정기의 요구사항으로 0.2 ~ 300 keV/um의 LET를 측정할 것과, 무게는 5 kg이하, 부 피는 6000 cm3 이하 일 것 등의 요구 조건을 제시하였 다. 그림 2는 이러한 요구 조건을 반영하여 설계한 TEPC의 초기모형이다.

Fig. 2. Tissue Equivalent Proportional Counter Prototype 본 연구에서 개발하고자 하는 TEPC는 등방향성을 갖는 구 형태의 가스 비례계수기이다. 그림 2에서 보는 것과 같이 알루미늄으로 제작된 케이스 안에 구 형태의 챔버가 놓이게 된다. 챔버는 A150이라는 조직등가 플 라스틱으로 만들어 지고, 챔버 내부는 낮은 기압의 메 탄 혹은 프로판 가스를 채워 입사하는 입자들과 반응하 게 한다. 챔버 중앙에는 고전압이 인가된 전선이 놓여 내부 기체에 전기장을 걸어주게 된다. 챔버 내부의 기 압은 20 Torr 정도로 유지 되는데, 이는 인체 조직 1 um에 전달되는 에너지를 측정하기 위함이다. LET를 측정하기 위한 전자 장비는 챔버 아래에 배치되도록 설 계하였다.

결 론

우주에서 방사선 환경을 측정하기 위한 노력은 지 금까지 많이 시도되었지만, 아직 충분하다고 할 수는 없다. 국제우주정거장에서의 방사선 환경은 지상에서 경험할 수 있는 방사선 환경과는 본질적으로 다르며, 측정 위치와 시기 따라 다르게 나타난다. 무엇보다도 소수의 인원이 짧은 기간 우주에 머물기 때문에 우주 방사선이 인체에 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 체 계적인 연구가 이루어지지 못하고 있다. 따라서 지속적이고 다양한 방법으로 우주 방사선을 측정하는 것이 중요하며, 이러한 노력은 국제 공조를 통해 이루어지는 것이 효율적인 방법이다. 본 연구는 국제우주정거장 프로그램에 참여할 수 있는 계기가 마련되었다는 데 의의를 찾을 수 있을 것이다. 또한 본 연구의 성과는 우주 방사선의 영향을 직접적으로 받는 항공기 승무원들의 방사선 피폭을 측정하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 참 고 문 헌

1. Kliauga, P., Waker, A.J. and Barthe, J., Design of Tissue-Equivalent Pro-portional Counters. Radiat. Prot. Dosim. 6 (1995) 309.

2. Shinn, J.L., Bahdwar, G.D., Xapsos, M.A., Cucinotta, F.A. and Wilson, J.W. An analysis of energy deposition in a tissue equivalent proportional counter onboard the space shuttle Radiat. Meas. 30 (1999) 19.

수치

Fig  1.  The  Earth  radiation  belt  consists  of  inner  and  outer  belts.
Fig.  2.    Tissue  Equivalent  Proportional  Counter  Prototype  본  연구에서  개발하고자  하는  TEPC는  등방향성을  갖는  구  형태의  가스  비례계수기이다

참조

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