Geant4 전산모사를 이용한 항공 운항 고도에서의 유효선량률 평가

Evaluation of Effective Dose Rate at Flight Altitude Using Geant4 Monte Carlo Simulation

고도 약 12 km에서 운항하는 항공기는 높은 수준의 우주방사선에 노출된다. 특히, 항공 승무원은 장시간 반복적으로 비행함으로써 일반인보다 높은 선량을 받을 가능성이 있어 유효선량의 평가와 방사선 안전관리가 중요하다. 본 연구는 비행기 운항 고도에서 항공 승무원 및 승객이 받는 우주방사선 피폭 특성을 정량적으로 분석하기 위해, Geant4 몬테카를로 전산모사를 이용하여 ICRU 구에 대한 유효선량률과 흡수선량률 분포를 평가하였다. 12 km 고도에서 주요 2차 우주방사선인 중성자, 양성자, 광자, 양전자, 전자, 뮤온의 에너지 스펙트럼은 EXPACS 프로그램을 이용해 산출하였다. 단순화된 항공기 구조체(3 mmPVC + 2 mm 알루미늄)를 적용하여 전산모사를 수행하였다. 총 유효선량률은 11.27 μSv/h로 계산되었으며, 중성자, 양성자, 광자의 기여율은 각각 38%, 22.2%, 20.5%로 전체의 약 80%를 차지하였다. ICRU 구 내부의 흡수선량률은 중심부에서 가장 높았고, 반지름이 증가할수록 급격히 감소하였으며, 중심부의 값은 가장자리보다 약 17배 높았다. 본 연구 결과는 항공 승무원 및 장시간 고고도 비행 승객의 내부 피폭 특성을 이해하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

Aircraft operating at altitudes around 12 km are exposed to high levels of cosmic radiation. In particular, aircrew members are at risk of receiving high radiation dose due to long-term and repeated flights, making the evaluation of effective dose and radiation protection management critically important. In this study, the effective dose rate and absorbed dose rate distribution in an ICRU sphere were evaluated using the Geant4 Monte Carlo simulation. The energy spectra of major secon-dary cosmic radiations, such as neutrons, protons, photons, positrons, electrons, and muons, were obtained from the EXPACS at an altitude of 12 km. A simplified aircraft structure consisting of 3 mm PVC and 2 mm aluminum in thickness was modeled in the simulation. The total effective dose rate was calculated to be 11.27 μSv/h, with neutrons, protons, and photons con-tributing 38%, 22.2%, and 20.5%, respectively, accounting for approximately 80% of the total. The absorbed dose rate inside the ICRU sphere was highest at the center and decreased sharply with increasing radius; the central value was approximately 17 times higher than that near the surface. The findings of this study are expected to contribute to a better understanding of the internal exposure characteristics of aircrew and passengers during prolonged high-altitude flights.