이리듐-192 선원을 이용한 다결정 반도체 선량계의 거리 및 각도 의존성: 실험적 측정과 몬테카를로 시뮬레이션 비교

Distance and Angular Dependence of Polycrystalline Semiconductor Dosimeters Based on Mercury(II) Iodide (HgI2) and Tallium(I) Bromide(TlBr) for an Iridium-192 Source: Experimental Measurements and Monte Carlo Simulation Comparison

본 연구는 이리듐-192(Ir-192) 선원을 이용한 고선량률 근접방사선치료(HDR brachytherapy)에서 정도관리에 적용하기 위해 수은 요오드화수은(HgI2)과 브로민화 탈륨(TlBr)을 기반으로 제작한 다결정 반도체 선량계(PSDs)의 가능성을 평가하였다. 제작된 다결정 반도체 선량계들은 스크린 프린팅 및 열처리 공정을 통해 제작되었으며, 거리 및 각도 의존성을 중심으로 성능을 측정하였다. 선원-검출기 간 거리를 1∼8 ㎝ 범위에서 변화시키고, 0°∼60° 각도에서 조사하여 실험을 수행하였으며, 그 결과는 GATE 플랫폼을 이용한 몬테카를로(MC) 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 두 다결정 반도체 선량계들은 모두 거리 의존성에서 제곱 반비례 법칙을 따랐으며, HgI2기반 다결정 반도체 선량계는 이론값(-2)에 더 근접한 기울기를 보여 높은 민감도를 나타냈다. 각도 의존성에서는 TlBr 기반 다결정 반도체 선량계가 HgI2기반 다결정 반도체 선량계 보다 각도 변화에 따른 신호감소가 작아 안정적인 성능을 보였다. 실험 결과와 MC 시뮬레이션은 전반적으로 잘 일치하였으며, 차이는 주로 3∼9% 범위였다. 본 연구 결과는 HgI2및 TlBr 기반 다결정 반도체 선량계들은 근접치료 선량검증에서 실시간·고해상도의 신뢰성 있는 선량 측정이 가능함을 확인하였다, 향후 장기 안정성 및 선량률 의존성에 대한 추가 연구가 필요하다.

This study evaluated the feasibility of polycrystalline semiconductor dosimeters (PSDs) fabricated from mercury (II) iodide (HgI2) and thallium (I) bromide (TlBr) for quality assurance in high-dose-rate (HDR) brachytherapy with an Iridium-192 (Ir-192) source. The PSDs were manufactured using screen-printing and annealing processes, and their performance was eval-uated with respect distance and angular dependence. Experimental measurements were conducted with varying source-to-de-tector distances (1–8 ㎝) and angular positions (0°–60°), and the results were validated using Monte Carlo (MC) simulations with the GATE platform. Both PSDs exhibited dose responses following the inverse square law, with the HgI2-based PSD showing a slope closer to the theoretical value of -2, indicating higher sensitivity. In angular dependence, the TlBr-based PSD demonstrated superior stability, with smaller deviations over different angles compared to HgI2. The experimental data showed good agreement with MC simulations, with differences mostly generally 3–9%. These findings confirm that HgI2 and TlBr PSDs provide reliable, real-time, and high-resolution dose measurements, highlighting their potential as alternative detectors for bra-chytherapy quality assurance. Further investigations into long-term stability and dose-rate dependence are warranted for clin-ical implementation.