전자 상자성 공명(EPR)은 방사선 조사량 결정 분야에서 응용 분야를 찾습니다. 식품 조사 테스트 및 직업병 예방

산업, 농업, 의료, 식품 분야에서 감마선이 광범위하게 사용되면서 방사선량의 정확한 측정이 점점 더 중요해지고 있습니다. EPR 분광계 는 현재 샘플에서 짝을 이루지 않은 전자를 검출하는 유일한 직접 방법으로, 조사된 물질에서 생성된 자유 라디칼을 검출하여 방사선량을 정확하게 측정할 수 있습니다.

방사선량은 저선량(1 kGy 미만), 중선량(1~10 kGy), 고용량(10 kGy 이상)으로 구분되며, 그 영향은 임상 증상이 없는 경우부터 심각한 증상까지 다양합니다. , 초기 치명적인 임상 증상 및 조기 사망.

수십 년간의 연구 끝에 광음향 표시기를 갖춘 다중 모드 제품을 포함하여 방사선량 측정을 위한 다양한 화학적, 물리적, 생물학적 방법이 개발되었습니다. 분자생물학의 발달로 염색체와 같은 특정 생물학적 분자가 방사선에 민감하고 방사선량을 측정하는 데 사용될 수 있다는 것이 인식되었습니다. 그러나 높은 방사선량에서는 생물학적 분자의 불활성화로 인해 검출 과정이 방해를 받을 수 있으며, 이 원리를 기반으로 한 생물학적 선량계는 시료 처리 및 분석 시간이 더 길어집니다.

재료에 다양한 방사선이나 중성자가 조사되면 자유 라디칼이 생성됩니다. 따라서 조사된 물질에서 생성된 자유 라디칼을 검출하기 위해 전자 상자성 공명(EPR) 분광학을 사용하는 것이 직접적이고 편리한 방법입니다. 이러한 목적을 위해 EPR을 기반으로 설계된 선량계를 EPR 선량계라고 하며 다른 선량계와 비교하여 독특한 장점이 있습니다.

• 임상적으로 유의미한 용량 수준을 검출하는 높은 감도
• 충분한 정확도로 매우 구체적이고 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다
• 빠른 감지에 적합한 넓은 범위의 감지
• 다양한 환경에서 작업 가능
• 샘플에 대한 비침습적, 비파괴적
• 조작하기 쉬운 특수 장비

사례 1: 식품 방사선 조사

식품조사란 방사선을 이용하여 신선식품의 특정 생리적 과정(발아, 숙성 등)을 지연시키거나 해충방제, 소독, 살균, 곰팡이 방지 등의 목적으로 식품을 처리하여 유통기한을 연장시키는 과정을 말한다. 품질의 안정화 및 개선을 도모하고 있습니다.

고기, 뼈, 과일, 말린 과일, 식품 등 다양한 식품은 방사선 조사 시 검출 가능한 자유 라디칼 EPR 신호를 생성합니다. 자유 라디칼 신호의 강도는 다양한 재료의 특성 및 처리 방법, 특히 방사선량과 관련이 있습니다. EPR 기술은 활성산소를 검출하는 가장 직접적인 방법입니다.

그림 10 kGy, 2.0 kGy, 4.0 kGy, 6.0 kGy 및 8.0 kGy의 방사선량으로 특정 브랜드의 분유에 대한 조사 전후의 EPR 스펙트럼을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이 조사 전에는 검출 가능한 EPR 신호가 거의 없었으나 조사 후에는 g-value가 2.0에 가까운 투명한 free radical 신호가 나타나며 그 세기는 조사량에 따라 선형적으로 증가한다. .

사례 2: 직업병 예방 및 치료

직업병 예방 및 치료는 원자력시설 주변에서 근무하는 근로자의 건강상태를 평가하는데 있어서 매우 중요한 의미를 갖는다. 1980년대 초 국제원자력기구(IAEA)는 고선량 조사용 선량계로 알라닌을 선정하고 알라닌-EPR 측정 시스템을 표준화했다.

알라닌은 이온화 조사 후 안정한 자유 라디칼을 형성할 수 있으며, EPR 스펙트럼은 중심 g 값이 약 2인 5선 피크를 보여줍니다. EPR 신호의 강도는 신호의 진폭 또는 두 번째 적분 곡선 아래의 영역으로 나타낼 수 있습니다. 기술적으로 알라닌 시약 분말은 작은 봉지나 캡슐에 포장하여 분말 선량계를 만들거나, 알라닌, 결합제 및 윤활제의 혼합물을 압축, 주조 또는 압출과 같은 공정을 사용하여 고체 알라닌 선량계로 만들 수 있습니다. 이 선량계는 직원과 함께 현장으로 가져갈 수 있으며, 현장을 떠난 후 EPR 분광계에서 샘플을 테스트할 수 있습니다. 검출된 EPR 신호강도를 보정곡선과 비교하여 사람이 받는 방사선량을 분석할 수 있다.

그림 2: 흡수선량 33.7 kGy를 조사한 알라닌 선량계의 EPR 스펙트럼(왼쪽);

알라닌의 용량-반응 검량선(오른쪽)

사례 3: 방사선량 재구성

방사선량 재구성은 핵전쟁이나 핵사고로 인한 우발적인 전리방사선 피폭의 경우 핵방사선의 준위 판단, 응급처치계획 수립, 후속 사고조사 등에 도움이 되기 때문에 필수적이다.

EPR 기술은 방사선량 재구성, 특히 방사선 피폭으로 인해 개인이 받는 방사선량을 평가하는 데 중요한 역할을 합니다. EPR 은 치아 법랑질, 손톱, 머리카락과 같은 생물학적 조직 샘플에서 방사선 유발 자유 라디칼을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 자유라디칼은 전리 방사선을 받은 후 생물학적 조직에서 형성되며, 그 농도는 받은 방사선량에 비례합니다. 따라서 이들 활성산소의 농도를 측정함으로써 개인이 받는 방사선량을 후향적으로 추정할 수 있다.

그림 3은 방사선에 노출된 모발의 EPR 스펙트럼을 보여줍니다.