Comparison and Study of Alternative Materials for Radiation Shielding Based on 3D Printing Technique

국문 초록 (Abstract)

3D프린터 시장이 확장됨에 따라 대체 물질을 기반으로 한 차폐체 분야에서도 3D 프린팅 기술이 연구되고 있다. 본 연구에서는 3D프린터로 제작한 차폐체의 활용 가치를 평가하고자 하였다. PLA 필라멘트로 구성된 단일차폐체와 알루미늄과 PLA 필라멘트를 적층한 형태의 복합차폐체를 각 4장씩 제작하였다. 이때, 차폐체는 70X70mm의 크기로 밀도 50%와 100%, 두께 15mm와 30mm로 차폐체의 제작 조건을 다르게 설정하였다. 촬영은 넙다리뼈 몸통의 중앙을 기준으로 영상을 획득하고, Image J를 이용하여 정량적으로 비교 분석하였다. X선 발생장치의 조건은 넙다리뼈 기본 촬영 조건인 70kVp, 16mAs로 설정하였다. spot 영상을 기준으로 단일차폐체와 복합차폐체 중 각각 가장 큰 변화를 보인 차폐체 영상으로 비교 및 평가하였다. 이때, spot영상의 평균값은 15276.93, 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)는 90.59이며, 밀도 100%, 두께 30인 단일차폐체의 평균값은 14494.86, SNR 결과는 61.70이다. 밀도 100% 두께 30mm인 복합차폐체의 평균값은 14067.74, SNR 결과는 58.67으로 측정되었다. spot영상과 비교하였을 때, 밀도 100% 두께 30mm인 단일차폐체는 평균값이 5.1%, SNR 결과는 31.9%의 차이를, 밀도 100% 두께 30mm인 복합차폐체는 평균값이 7.9%, SNR 결과는 35.2%의 차이가 나타났다. 이로써 밀도와 두께, 원자번호가 높아질수록 평균값과 SNR 결과가 낮아지는 양상을 보였다. 결론적으로 차폐체의 두께와 밀도가 높아지고 단일 차폐체보다는 복합 차폐체일수록 3D프린터로 만든 차폐체가 차폐기능을 가짐을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we tried to evaluate the utilization value of shield made with 3D printer. A single shield composed of PLA filaments and a compound shield in the form of laminating aluminum and PLA filaments were manufactured four sheets each. At this time, the composition conditions of the shields with a size of 70×70mm are set differently a density of 50% and 100% and a thickness of 15mm and 30mm. The images were obtained based on the center of femur and quantitatively compared and analyzed using Image J. The conditions of the X-ray generator are set to 70kVp and 16mAs, which are the basic conditions of the femur lateral projection. Based on the spot image, we compared and evaluated the image with the largest variation in the single shield and the compound shield respectively. At this time, the average value of the spot image is 15276.93, SNR is 90.59. The average value of a single shield with a density of 100%, thickness of 30mm is 14494.86 and SNR is 61.70. The average value of a compound shield with a density of 100%, thickness of 30mm is 14067.74 and SNR is 58.6. Compared to spot images, a single shield with a density of 100%, thickness of 30mm showed that the average value difference is 5.1% and SNR difference is 31.9%. The average value difference of a compound shield with a density of 100%, thickness of 30 mm is 7.9%, and SNR difference is 35.2%. As a result, the higher the density, thickness, and atomic number, the lower the average value and SNR. In conclusion, it was confirmed that the thickness and density of the shield increased and that it is a compound shield rather than a single shield, the shield made of a 3D printer has a shielding function.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 재료 및 방법
• 1. 실험대상 및 방법
• 2. 정량적 분석
• Ⅲ. 결과
• Ⅳ. 고찰 및 결론
• Ⅴ. 참고문헌
• 요약