등가선량

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1. 개요
2. 정의 및 계산
- 2.1. 수식
- 2.2. 방사선 가중 계수
3. 활용
- 3.1. 방사선 방호
- 3.2. 선량 측정
4. 역사
5. 관련 수량
6. 미래 전망
참조

1. 개요

등가선량은 방사선 가중 계수와 흡수 선량의 곱의 총합으로, 방사선 방호 및 선량 측정을 위해 사용되는 개념이다. 등가선량은 방사선 종류와 에너지에 따른 생물학적 영향의 차이를 고려하며, 계산식을 통해 산출된다. 국제방사선방호위원회(ICRP)는 등가선량을 "제한 수량"으로 지정하여 방사선 노출 제한을 설정하며, 관련 계산 및 권고 사항을 발표한다. 등가선량은 확률적 건강 위험 평가에 활용되며, 유효선량과 같은 관련 수량과 함께 사용된다. ICRP는 등가선량 사용 중단을 제안하는 등, 방사선 방호 체계는 지속적으로 변화하고 있다.

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등가선량
개요
이름	등가 선량
원어	equivalent dose
단위	시버트
다른 단위	렘
기호	H
유도 단위	J⋅kg^-1
정의
설명	흡수 선량에 방사선 가중치를 곱한 값
관련 개념	흡수 선량 유효 선량
의학적 적용
설명	방사선 내부흡수선량의 의학적 적용
치과 방사선 촬영
설명	직·간접 디지털 파노라마 방사선촬영시 흡수선량과 유효선량

2. 정의 및 계산

등가선량은 방사선 방호에서 확률적 건강 위험을 고려하기 위해 사용되는 개념이다. 흡수선량에 방사선의 종류와 에너지에 따라 달라지는 방사선 가중 계수를 곱하여 계산한다.

국제방사선방호위원회(ICRP)와 국제방사선단위측정위원회(ICRU)는 흡수선량으로부터 등가선량을 계산하는 방법에 대한 권고 및 데이터를 발표했다. ICRP는 등가선량을 "제한 수량"으로 지정하여, "확률적 건강 영향의 발생을 용납할 수 없는 수준 이하로 유지하고 조직 반응을 피하도록" 노출 제한을 지정한다.^[1]^[2]^[3] 등가선량은 실제로 측정할 수 없으므로, 계산을 통해 관찰된 건강 영향과 비교하기 위한 값을 생성한다.^[4]

2. 1. 수식

등가선량(

H_T

)은 다음 수식으로 계산된다.

:

H_T=\sum_{R} W_R \cdot D_{T,R}

여기서

$H_T$ : 등가선량 (Sv)
$W_R$ : 방사선 가중계수
$R$ : 방사선 종류
$D_T$ : 흡수선량 (Gy)

방사선 가중계수는 방사선의 상대적 생물학적 효과를 나타내며, 다양한 유형 및 에너지의 방사선에 따른 서로 다른 생물학적 효과를 고려하여 흡수선량을 수정한다.^[5]

방사선 가중계수^[18]
방사선 종류	에너지	가중계수
광자(전자파,X선,감마선)	모든 에너지	1
전자, 뮤온	모든 에너지	1
중성자	10 keV 미만	5
	10 keV ~ 100 keV	10
	100 keV ~ 2 MeV	20
	2 MeV ~ 20 MeV	10
	20 MeV 이상	5
양성자	2 MeV 이상	5
알파입자		20

예를 들어, 알파 입자에 의한 1 Gy의 흡수선량은 20 Sv의 등가선량을 유발하며, 등가선량은 가중 계수가 1인 감마선과 동일한 양의 흡수선량과 동일한 생물학적 효과를 갖는 것으로 추정된다.

여러 방사선 유형과 에너지의 혼합에 대한 등가선량을 얻기 위해서는 모든 유형의 방사선 에너지 선량에 대한 합을 계산한다.^[6]

2. 2. 방사선 가중 계수

등가선량은 방사선 가중 계수(가중 인자)와 방사선에 대한 장기나 조직의 흡수선량의 곱의 총합이다.^[18]

:

H_T=\sum_{R} W_R \cdot D_{T,R}

$H_T$ : 등가선량 (Sv)
$W_R$ : 방사선 가중계수
$R$ : 방사선 종류
$D_T$ : 흡수선량 (Gy)

방사선 가중 계수는 방사선의 상대적 생물학적 효과(RBE)를 나타내며, 다양한 유형 및 에너지의 방사선에 따른 서로 다른 생물학적 효과를 고려하여 흡수 선량을 수정한다.^[5]

국제방사선방호위원회(ICRP)는 특정 방사선 유형에 방사선 가중 계수를 할당했다.^[5]

방사선 가중계수^[18] ^[6]
방사선 종류	에너지	가중계수 (W_R)
광자(전자파,X선,감마선)	모든 에너지	1
전자, 뮤온	모든 에너지	1
중성자	10 keV 미만	5
	10 keV ~ 100 keV	10
	100 keV ~ 2 MeV	20
	2 MeV ~ 20 MeV	10
	20 MeV 이상	5
양성자	2 MeV 이상	5
알파입자, 핵분열 생성물, 무거운 원자핵		20
중성자	< 1 MeV	2.5 + 18.2·e^{−[ln(E)]²/6}
1 MeV ~ 50 MeV	5.0 + 17.0·e^{−[ln(2·E)]²/6}
> 50 MeV	2.5 + 3.25·e^{−[ln(0.04·E)]²/6}
양성자, 하전된 파이온		2

3. 활용

등가선량은 방사선 방호 및 선량 측정 평가에 활용되며, 방사선 노출 제한을 설정하는 데 중요한 기준이 된다. 국제방사선방호위원회(ICRP)와 국제방사선단위측정위원회(ICRU)는 흡수 선량으로부터 등가 선량을 계산하는 방법에 대한 권고 및 데이터를 발표했다.^[1]^[2]^[3]

등가 선량은 실제로 측정할 수 없지만, 계산을 통해 관찰된 건강 영향과 비교하기 위한 값을 생성한다.^[4] 이는 다양한 방사선 유형과 에너지의 혼합에 대한 생물학적 효과를 고려하기 위해 모든 유형의 방사선 에너지 선량에 대한 합을 계산하여 얻는다.^[6]

3. 1. 방사선 방호

국제방사선방호위원회(ICRP)는 등가선량을 "제한 수량"으로 지정하여, 방사선 노출로 인한 확률적 건강 영향(예: 암 발생)을 허용 불가능한 수준 이하로 유지하고 조직 반응(예: 백내장)을 방지하기 위한 노출 제한을 설정한다.^[1]^[2]^[3]

등가선량 ''H''_T는 신체 조직 또는 장기 T에 침착된 평균 흡수 선량에 방사선 유형 및 에너지 R에 따라 달라지는 방사선 가중 계수 ''W''_R를 곱하여 계산한다. 방사선 가중 계수는 방사선의 상대적 생물학적 효과를 나타내며, 흡수 선량을 수정한다.

흡수 선량으로부터 등가 선량 계산 공식은 다음과 같다.

:

H_T = \sum_R W_R \cdot D_{T,R}

''H_T'' : 조직 T에 흡수된 등가 선량 (단위: 시버트(Sv))
''D_T,R'' : 방사선 유형 R에 의해 조직 T에 흡수된 선량 (단위: 그레이(Gy))
''W_R'' : 규정에 의해 정의된 방사선 가중 계수

예를 들어 알파 입자에 의한 1 Gy의 흡수 선량은 20 Sv의 등가 선량을 유발하며, 이는 가중 계수가 1인 감마선과 동일한 양의 흡수 선량이 갖는 생물학적 효과와 같다고 추정된다.

방사선 가중 계수 W_R^[6]
방사선	에너지	W_R
X선, 감마선, 베타 입자, 뮤온		1
중성자	< 1 MeV	2.5 + 18.2·e^{−[ln(E)]²/6}
	1...50 MeV	5.0 + 17.0·e^{−[ln(2·E)]²/6}
	> 50 MeV	2.5 + 3.25·e^{−[ln(0.04·E)]²/6}
양성자, 하전된 파이온		2
알파 입자, 핵분열 생성물, 무거운 원자핵		20

3. 2. 선량 측정

확률적 건강 위험을 고려하여 흡수 선량을 등가 선량으로 변환하는 계산이 수행되며, 세부 사항은 방사선 유형에 따라 달라진다. 방사선 방호 및 선량 측정 평가를 위해 국제방사선방호위원회(ICRP)와 국제방사선단위측정위원회(ICRU)는 흡수 선량으로부터 등가 선량을 계산하는 방법에 대한 권고 및 데이터를 발표했다.

등가 선량은 ICRP에 의해 "제한 수량"으로 지정되며, "확률적 건강 영향의 발생을 용납할 수 없는 수준 이하로 유지하고 조직 반응을 피하도록" 노출 제한을 지정한다.^[1]^[2]^[3] 이것은 계산된 값이며, 등가 선량은 실제로 측정할 수 없으므로, 이 계산의 목적은 관찰된 건강 영향과 비교하기 위한 등가 선량 값을 생성하는 것이다.^[4]

등가선량 ''H''_T는 신체 조직 또는 장기 T에 침착된 평균 흡수 선량에 방사선 유형 및 에너지 R에 따라 달라지는 방사선 가중 계수 ''W''_R를 곱하여 계산한다.

방사선 가중 계수는 방사선의 상대적 생물학적 효과를 나타내며, 다양한 유형 및 에너지의 방사선에 따른 서로 다른 생물학적 효과를 고려하여 흡수 선량을 수정한다.

국제방사선방호위원회(ICRP)는 상대적 생물학적 효과에 따라 특정 방사선 유형에 방사선 가중 계수를 할당했다.^[5]

흡수 선량으로부터 등가 선량 계산;

:

H_T = \sum_R W_R \cdot D_{T,R}

여기서

:''H_T'' 는 조직 T에 흡수된 등가 선량으로, 시버트(Sv) 단위이다.

:''D_T,R'' 는 방사선 유형 R에 의해 조직 T에 흡수된 선량으로, 그레이(Gy) 단위이다.

:''W_R'' 는 규정에 의해 정의된 방사선 가중 계수이다.

따라서, 예를 들어 알파 입자에 의한 1 Gy의 흡수 선량은 20 Sv의 등가 선량을 유발하며, 방사선의 등가 선량은 가중 계수가 1인 감마선과 동일한 양의 흡수 선량과 동일한 생물학적 효과를 갖는 것으로 추정된다.

다양한 방사선 유형과 에너지의 혼합에 대한 등가 선량을 얻기 위해, 모든 유형의 방사선 에너지 선량에 대한 합이 계산된다.^[6] 이는 서로 다른 방사선 유형의 다양한 생물학적 효과에 대한 기여를 고려한다.

방사선 가중 계수 W_R (이전 명칭: Q 인자)
ICRP 보고서 103에 따른 상대적 생물학적 효과를 나타내기 위해 사용됨^[6]
방사선	에너지	W_R (이전 Q)
X선, 감마선, 베타 입자, 뮤온		1
중성자	< 1 MeV	2.5 + 18.2·e^{−[ln(E)]²/6}
	1...50 MeV	5.0 + 17.0·e^{−[ln(2·E)]²/6}
	> 50 MeV	2.5 + 3.25·e^{−[ln(0.04·E)]²/6}
양성자, 하전된 파이온		2
알파 입자, 핵분열 생성물, 무거운 원자핵		20

4. 역사

등가선량 개념은 1950년대에 개발되었다.^[7] 1990년 국제 방사선 방호 위원회(ICRP)의 권고에서 일부 방사선 방호 수량의 정의를 개정하고 개정된 수량에 대한 새로운 명칭을 제공했다.^[8] 국제 도량형 위원회(CIPM)와 미국 원자력 규제 위원회(NRC)를 포함한 일부 규제 기관은 기본 계산이 변경되었음에도 불구하고 품질 계수 및 선량 당량의 구 용어를 계속 사용하고 있다.^[9]

5. 관련 수량

흡수 선량을 등가 선량으로 변환하는 계산은 방사선 유형에 따라 세부 사항이 달라진다. 국제방사선방호위원회(ICRP)와 국제방사선단위측정위원회(ICRU)는 방사선 방호 및 선량 측정 평가를 위해 흡수 선량으로부터 등가 선량을 계산하는 방법에 대한 권고 및 데이터를 발표했다.

등가 선량은 ICRP에 의해 "제한 수량"으로 지정되며, "확률적 건강 영향의 발생을 용납할 수 없는 수준 이하로 유지하고 조직 반응을 피하도록" 노출 제한을 지정한다.^[1]^[2]^[3] 등가 선량은 실제로 측정할 수 없는 계산된 값이므로, 이 계산의 목적은 관찰된 건강 영향과 비교하기 위한 등가 선량 값을 생성하는 것이다.^[4]

등가 선량은 외부 방사선의 확률적 효과에 사용된다.

5. 1. 등가선량 계산의 한계

등가선량(Equivalent dose^영어) ''H''_T는 신체 전체에 균일하게 방사선이 조사될 때의 확률적 건강 위험을 평가하는 데 사용된다.^[1]^[2]^[3] 그러나 신체의 일부에만 방사선이 조사되거나 불균일하게 조사될 경우에는 유효선량을 사용하여 신체 전체의 확률적 건강 위험을 측정해야 한다.

5. 2. 피폭 선량 (Committed dose)

국제방사선방호위원회(ICRP)는 흡입 또는 섭취된 방사성 물질의 영향을 측정하기 위해 개인 피폭 선량에 대한 등가선량량을 정의한다. 내부 방사원으로부터의 피폭 선량은 외부 방사원으로부터 전신에 동일한 양의 등가선량을 균일하게 적용하는 것과 동일한 유효 위험을 나타낸다.

'''피폭 등가 선량''' H_T(''t'')는 기준인이 방사성 물질을 신체 내로 섭취한 후 개인이 받게 될 특정 조직 또는 장기의 등가 선량률을 시간에 따라 적분한 값이며, s는 연 단위의 적분 시간이다.^[13] 이는 외부 등가 선량과 유사하게 특정 조직 또는 장기의 선량을 구체적으로 나타낸다.

ICRP는 "인체 내에 포함된 방사성 핵종은 물리적 반감기와 신체 내 생물학적 잔류 시간에 따라 시간이 지남에 따라 조직에 방사선을 조사한다. 따라서 섭취 후 수개월 또는 수년 동안 신체 조직에 선량을 발생시킬 수 있다. 방사성 핵종에 대한 노출을 규제하고 장기간에 걸쳐 방사선 선량이 축적될 필요성이 피폭 선량량의 정의로 이어졌다"고 명시하고 있다.^[14]

5. 3. 유효선량 (Effective dose)

국제방사선방호위원회(ICRP)는 신체 각 조직의 방사선 민감도를 고려하여, 신체 전체의 확률적 건강 위험을 나타내는 유효선량을 정의하였다. 유효선량은 등가선량과 함께 방사선 방호에서 중요한 지표로 활용된다.

등가선량 ''H''_T는 신체 조직 또는 장기 T에 흡수된 평균 흡수 선량에 방사선 유형 및 에너지 R에 따라 달라지는 방사선 가중 계수 ''W''_R를 곱하여 계산한다.^[5] 방사선 가중 계수는 방사선의 상대적 생물학적 효과를 나타내며, 다양한 유형 및 에너지의 방사선에 따른 서로 다른 생물학적 효과를 고려하여 흡수 선량을 수정한다.

흡수 선량으로부터 등가 선량을 계산하는 공식은 다음과 같다.

:

H_T = \sum_R W_R \cdot D_{T,R}

여기서,

:''H_T'' 는 조직 T에 흡수된 등가 선량 (단위: 시버트(Sv))

:''D_T,R'' 는 방사선 유형 R에 의해 조직 T에 흡수된 선량 (단위: 그레이(Gy))

:''W_R'' 는 규정에 의해 정의된 방사선 가중 계수

예를 들어, 알파 입자에 의한 1 Gy의 흡수 선량은 20 Sv의 등가 선량을 유발한다. 이는 방사선의 등가 선량이 가중 계수가 1인 감마선과 동일한 양의 흡수 선량과 같은 생물학적 효과를 갖는 것으로 추정되기 때문이다.^[6]

다양한 방사선 유형과 에너지의 혼합에 대한 등가 선량을 얻기 위해서는 모든 유형의 방사선 에너지 선량에 대한 합을 계산해야 한다. 이는 서로 다른 방사선 유형의 다양한 생물학적 효과에 대한 기여를 고려하기 위함이다.^[6]

ICRP 보고서 103에 따른 방사선 가중 계수 ''W''_R (이전 명칭: Q 인자)는 다음과 같다.^[6]

방사선 가중 계수 W_R
방사선	에너지	W_R (이전 Q)
X선, 감마선, 베타 입자, 뮤온		1
중성자	< 1 MeV	2.5 + 18.2·e^{−[ln(E)]²/6}
	1...50 MeV	5.0 + 17.0·e^{−[ln(2·E)]²/6}
	> 50 MeV	2.5 + 3.25·e^{−[ln(0.04·E)]²/6}
양성자, 하전된 파이온		2
알파 입자, 핵분열 생성물, 무거운 원자핵		20

6. 미래 전망

국제방사선방호위원회(ICRP)는 등가선량의 사용 중단을 제안하고 있다. 2015년 10월 ICRP 제3차 국제 방사선 방호 체계 심포지엄에서 ICRP 태스크 그룹 79는 "위험 관련 방사선 방호량으로서의 유효 선량 사용"에 대해 보고했다. 이 보고서에는 등가 선량을 별도의 방호량으로 사용하지 않는다는 제안이 포함되어 있었다.^[10]

이는 등가 선량, 유효 선량, 선량 당량 사이에서 발생할 수 있는 혼동을 피하기 위한 조치이다. 또한, 눈의 수정체, 피부, 손, 발 등에서 발생하는 결정론적 영향(deterministic effects)을 평가하는 데는 흡수선량(Gy)을 사용하는 것이 더 적절하다는 판단도 작용했다.^[10]

이러한 제안은 ICRP 위원회 내 토론, 태스크 그룹에 의한 보고서 수정, 위원회 및 본 위원회의 재검토, 공개 협의 등의 단계를 거쳐야 한다.^[10]

참조

_[1] 간행물 ICRP publication 103, paragraph 112
_[2] 간행물 ICRP publication 103, paragraph B50
_[3] 보고서 "In 1991, the International Commission on Radiological Protection (ICRP) [7] recommended a revised system of dose limitation, including specification of primary ''limiting quantities'' for radiation protection purposes. These protection quantities are essentially unmeasurable" IAEA Safety report 16
_[4] 간행물 ICRP publication 103, paragraph B64
_[5] 간행물 ICRP publication 103, glossary
_[6] 논문 The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection http://www.icrp.org/[...] 2012-05-17
_[7] 논문 The History of ICRP and the Evolution of its Policies http://www.icrp.org/[...] 2012-05-12
_[8] 논문 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection https://archive.org/[...] 2012-05-17
_[9] 서적 10 CFR 20.1004 https://www.nrc.gov/[...] US Nuclear Regulatory Commission
_[10] 기타 "Use of Effective Dose" http://www.icrp.org/[...] 3rd International Symposium on the System of Radiological Protection, Seoul. 2015-10
_[11] 문서 REDIRECT
_[12] 웹사이트 NRC Regulations: §34.3 Definitions https://www.nrc.gov/[...] United States Government 2007-03-14
_[13] 간행물 ICRP publication 103 - Glossary
_[14] 간행물 ICRP Publication 103 paragraph 140
_[15] 간행물 ICRP publication 60 published in 1991
_[16] 웹사이트 "The confusing world of radiation dosimetry" http://www.wmsym.org[...] U.S. Environmental Protection Agency
_[17] 서적 10 CFR 20.1003 https://www.nrc.gov/[...] US Nuclear Regulatory Commission
_[18] 저널 방사선 내부흡수선량의 의학적 적용 null 대한핵의학회 2013-12-13
_[19] 저널 직∙간접디지털 파노라마 방사선촬영시 흡수선량과 유효선량 null 대한구강악안면방사선학회지 2013-12-13

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