Ⅰ. 서 론

방사성동위원소 및 방사선발생장치를 사용하는 대학과 같은 교육 분야에서는 원자력안전법에 따른 방사선안전관 리를 시행하여야 한다. 재학생들이 직접 방사성동위원소 및 방사선발생장치를 취급 및 조작하기 위해서는 방사선작업 종사자로의 등록이 필요하며 방사선안전사고에 대한 위험 의 심층적 관리와 함께 예산에 대한 부담이 증가하게 될 수 있다[1]. 가상현실 및 시뮬레이션을 활용한 교육을 적용하면 방사선안전관리상에서 발생할 수 있는 여러 문제점을 예방 할 수 있어 교육 분야를 포함한 여러 방사선 취급 분야에서 가상현실 등을 활용한 교육 및 훈련이 시도되고 있다. 시뮬 레이션을 활용한 가상현실 시장은 2018년 79억 달러에서 연 평균 성장률 33.47%로 증가하여 2024년에는 446억 8000 만 달러에 이를 것으로 보고 있다. 우리나라 시장에서도 연 평균 성장률 36.67%로 2024년에는 약 25억 3240만 달러에 이를 것으로 전망하고 있다[2].

재학생이 직접 방사선발생장치를 취급 및 조작하지 않고 가상현실과 같은 시뮬레이션을 활용한다면 방사선안전사고 의 방지와 함께 공간상에서의 장비 분리와 같이 현실공간에 서는 불가능한 교육까지 가능하게 된다[3]. 방사선을 취급 하는 인력양성을 위한 교육에서 방사선발생장치의 사용에 따른 방사선관리구역 내의 공간선량률에 대한 교육이 필요 하다[4]. 그러나 이러한 교육을 위하여 방사선이 발생되는 순간에 방사선관리구역 내에서 공간선량률을 직접 측정하 는 것은 방사선안전관리에 큰 문제를 야기할 수 있으므로 방사선발생장치 사용시설 내에서의 공간선량률 측정을 위 한 가상현실 시뮬레이션을 활용한다면 방사선안전사고의 위험성을 피하고 효과적인 교육이 가능할 것이다.

이에 본 연구에서는 사전 선행연구에서 개발한 방사선발 생장치의 사용 방법과 구조를 교육하기 위한 PC기반 가상 현실 시뮬레이션 환경을 추가적으로 개발하여 방사선관리 구역 내에서 방사선 사용에 따른 공간선량률을 측정하고 교 육할 수 있는 교육용 시뮬레이터 콘텐츠의 프로토 타입을 개발하고 그 유용성을 확인하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 방사선관리구역 내 공간선량률 측정 교육용 시뮬레이터 프로토타입 개발

선행연구[3]를 통하여 방사선발생장치의 기기학적 원리 와 취급 및 조작 방법을 교육하는 PC 기반의 시뮬레이터 콘 텐츠 프로토타입을 개발하였다. 본 콘텐츠는 방사선발생장 치의 기기학적 구조와 원리를 학습할 수 있고 간단한 취급 및 조작 방법을 교육할 수 있도록 설계되어 개발되었으며 Fig. 1과 같이 CAD object를 구성하여 Fig. 2와 같은 배치 로 방사선관리구역 내의 방사선발생장치를 구성하였다.

해당 콘텐츠에 추가적으로 방사선관리구역 내에서 방사선발 생장치를 사용할 때의 공간 방사선량률을 확인할 수 있도록 국내 대학 방사선학과의 방사선계측학과 방사선관리학의 공통 적인 교육 내용을 기반으로 하여 각 교육의 학습목표 성취에 도움이 될 수 있도록 추가적인 콘텐츠를 설계하였다.

시뮬레이터의 콘텐츠 개발을 위하여 가상공간 내의 방사 선발생장치 각 오브젝트 기본구성 설계와 렌더링은 3Ds MAX(Autodesk, US)를 이용하였고 가상공간 내의 각 모듈 구성과 시뮬레이터 프로그램 제작은 게임 개발용 플랫폼인 Unreal Engine(Epic Games, US)을 이용하였다.

1) 공간선량률 측정 모델링

시뮬레이션 가상공간 내에서 방사선량률 측정에 사용하 는 측정기는 엑스선 조사조건과 측정위치 및 차폐물 조건에 따라 mSv/h 단위 또는 μSv/hr 단위로 값을 표현하도록 설 정하였다. 엑스선 조사조건은 관전압과 관전류량의 값을 변 화시킬 수 있도록 설정하였으며 관전압의 범위는 60 kVp에 서 120 kVp까지 10 kVp 단위로 변화시켜 설정할 수 있도록 하였고 관전류량의 범위는 10 mAs에서 40 mAs까지 10 mAs 단위로 변화시킬 수 있도록 설정하였다. 조사조건과 거리에 따른 공간선량률 변화를 확인하는 것이 주목적인 관 계로 조사면적은 30 ㎝ × 30 ㎝로 고정하여 적용하였다.

방사선발생장치의 방사선발생 모듈을 기준점으로 설정하고 기준점으로부터 100 ㎝ 거리에서 조사조건에 따른 실측값을 기준 데이터로 적용하였다. 각 조사조건에 따른 기준 데이터에 서 기준점으로부터 측정기 사이의 거리 변화에 따른 측정값의 변화는 ‘거리 역제곱의 법칙’이 적용되도록 설정하였다.

2) 차폐물 모델링

방사선발생장치와 방사선측정기 사이에 차폐물이 존재할 때 선량률의 변화를 확인할 수 있도록 가상공간 내의 방사 선발생장치와 계측기 사이에 철과 납 재질의 차폐판을 사용 할 수 있도록 설정하였다. 각 차폐물의 넓이는 1800 ㎜ × 1800 ㎜, 두께는 1 ㎜에서 최대 20 ㎜까지 1 ㎜ 단위로 두께 를 변화시킬 수 있도록 구성하였다.

차폐물의 감쇠계수 설정은 주선속이 아닌 주변 산란선속 의 에너지를 고려하게 되므로 각 재질의 샘플 차폐물을 적 용하고 기준점으로부터 100 ㎝에서 측정한 공간선량 실측값 을 이용하여 적용하였다. 각 차폐물의 선감쇠계수(cm^-1)는 철 4.68, 납 27.43으로 설정하고 각 두께에 따른 공간선량 률이 자동으로 계산되어 나타나도록 하였다.

2. 공간선량률 측정 교육용 시뮬레이터 콘텐츠의 유용성 평가

방사선관리구역 내의 방사선사용에 따른 공간선량률과 그 측정을 교육하기 위한 가상현실 시뮬레이터의 유용성을 평가 하기 위하여 공간선량률 측정 교육용 가상현실 시뮬레이터 프로토타입을 활용한 교육을 시행하기 전과 후로 나누어 20 명을 대상으로 설문을 시행하고 SPSS(SPSS Statistics 26, IBM, US)를 이용하여 대응표본 t-검정 분석을 시행하였다.

시뮬레이션을 통하여 방사선발생장치로부터의 거리에 따 른 선량률 변화와 차폐물의 설정에 따른 선량률 변화를 직 접 체험하도록 하였으며 거리 및 차폐에 따른 공간선량률의 변화에 대한 이해 정도에 따라 리커트 5점 척도를 적용하여 설문 문항을 제시하였다. 콘텐츠 체험을 통한 엑스선 조사 조건, 선원으로부터의 거리, 차폐물의 사용여부와 차폐물의 재질 및 두께에 따른 공간선량률의 변화에 대한 이해도 향 상여부를 조사하였으며 설문 문항의 내용은 아래와 같이 다 섯 가지의 이해도 정도를 확인하는 내용으로 구성하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 공간선량률 측정 교육용 시뮬레이터 프로토타입 개발 결과

1) 공간선량률 측정 모델링

관전압과 관전류량의 각 조건에서 기준점으로부터 100 cm 거리에서의 공간선량률은 mSv/h단위 또는 μSv/hr 단 위로 측정값을 나타내도록 개발하였다. Fig. 3과 같이 기준 점으로부터의 거리를 변화시키며 공간선량률을 측정할 수 있도록 하였으며 ‘거리 역제곱의 법칙’에 따라 변화된 값을 나타내도록 개발하였다. 기준점으로부터의 거리는 30에서 최대 400 cm까지 변화시키며 측정값을 제시할 수 있도록 개발되었다.

2) 차폐물 모델링

철과 납 재질의 차폐물을 Fig. 4와 같이 배치하여 적용할 수 있도록 하였으며 각 재질의 차폐물을 각각 사용하거나 동시에 두 재질을 함께 적용할 수 있도록 개발되었다. 또한 각 차폐물의 두께에 따라 설정된 감쇠계수에 따른 공간선량 률의 변화를 자동으로 계산하여 나타내도록 개발되었다.

2. 공간선량률 측정 교육용 시뮬레이터 콘텐츠의 유용성 평가

공간선량률 측정 교육용 가상현실 시뮬레이터 프로토타 입을 활용한 교육을 시행하기 전과 후로 나누어 시행한 설 문의 결과를 통하여 엑스선 조사조건, 선원으로부터의 거 리, 차폐물의 사용여부와 차폐물의 재질 및 두께에 따른 공 간선량률의 변화에 대한 이해도 향상여부를 확인하였다. 모 든 영역에서 교육 전과 후에 유의한 차이(p<.05, Table 1)가 나타나는 향상을 보였으며, 가상공간 시뮬레이터의 사용이 방사선발생장치를 사용하는 공간에서의 공간선량률의 이해 에 도움이 되는 것으로 나타났다.

Ⅳ. 고 찰

본 연구에서 개발한 공간선량률 측정 교육용 가상현실 시 뮬레이터 프로토타입은 방사선발생장치를 사용하는 방사선 관리구역 내에서 엑스선이 조사되는 시점에서의 공간선량률 을 여러 조건에서 확인할 수 있도록 개발하였다. 대학과 같 은 교육기관의 재학생이 방사선발생장치를 취급 및 조작하 기 위해서는 방사선작업종사자로 등록되어 관리되어야 하고 방사선안전관리 차원에서 업무와 예산의 부담이 발생된다. 또한 재학생을 수시출입자로 관리하면 방사선발생장치에 대 한 취급 및 조작이 불가하여 실습의 수행이 어렵다. 의료 분 야에서 사용하는 진단용 방사선 발생장치를 대학에서 교육 및 실습용으로 사용하게 되면 의료 분야와 달리 원자력안전 법의 규제대상이 되어 재학생에 대한 엄격한 방사선안전관 리가 필요한 상황이기 때문이다[1]. 이에 가상현실 시뮬레이 터를 활용하는 교육을 통하여 방사선안전규제 문제의 위험 을 피하고 효과적인 교육이 가능할 것으로 사료된다.

이러한 가상현실을 활용한 교육방법은 여러 분야에서 적 용하기 위하여 시도되고 있으며 교육부에서 2019년에 이러 닝의 개념에 증강현실 및 가상현실과 같이 정보통신기술을 활용한 차세대 교육을 명시적으로 포함시켜 에듀테크 기술 의 개발과 산업 활성화를 위한 관련법이 발의되어 교육 분 야에서 매우 활성화 될 것으로 사료된다[5]. 원자력발전 분 야에서는 방사선안전관리 차원에서 이미 예전부터 가상현 실을 이용한 교육훈련이 빈번하게 시행되고 있으며[6] 방사 성폐기물의 저장실 관리를 위한 가상현실 훈련 콘텐츠도 활 용되고 있다[7]. 비파괴 검사의 방사선투과검사 분야에서도 가상현실 시뮬레이션을 이용한 교육이 필요하며 Lee 등의 연구에서 감마선원장비의 기계적 구성 학습과 사용법 훈련 이 가능한 시뮬레이터를 개발하여 활용하고자 하고[8] Park 등의 연구에서도 혼합현실 교육훈련 시스템을 개발하여 방 사선비파괴 작업종사자의 교육에 활용하는 방안을 제시하 고 있다[9].

Chae 등의 연구에서는 산업분야에서 선상 밀폐공간의 작 업훈련에 동영상 시청과 같은 단방향 교육보다 가상공간을 활용한 상호작용 학습이 학습효과와 교육방식의 선호도에 서 유의미하게 양호한 결과를 보였다[10]. 이처럼 컴퓨터 프 로그램 기반의 가상공간에서 사용자가 마치 현실처럼 물체 들과 상호작용을 하는 가상공간 기반 안전교육콘텐츠의 제 공은 여러 분야에서 매우 유용한 도구가 되고 있으며 Lee의 연구에서는 이와 같은 행동주의 이론에 바탕을 둔 가상공간 기반 체험 안전교육은 기존의 교육방식보다 효과가 높아 실 제 작업에 존재하는 위험요인의 제거는 물론 함께 작업을 수행하는 팀원 간의 협동심 상승 등의 효과도 기대할 수 있 다고 한다[11].

방사선안전관리가 필요한 방사선 교육 분야에서도 가상 공간을 활용한 연구가 다양하게 이루어지고 있으며 Kwon 등의 연구에서는 360도 촬영용 카메라를 이용하여 가상공 간의 체험을 할 수 있도록 한 사례가 있다[12]. 또한 Shim 등의 연구에서도 가상현실 교육 콘텐츠를 활용하여 학생들 을 교육하였을 때에 자발적인 자기 주도적 학습과 학업 만 족도에서 효과를 보인다는 보고가 있다[13]. 또한 Park 등 의 연구에서는 방사선 안전교육 시뮬레이터를 혼합현실에 접목하여 개발한 연구도 보고되고 있다[14]. 심지어 사용자 가 직접 게임 개발용 플랫폼을 이용하여 가상현실 시스템을 구축하는 연구도 Sato 등의 연구에서 찾아볼 수 있다[15]. 이처럼 사용자가 직접 필요한 가상현실 콘텐츠를 만드는 시 대가 다가오고 있다고 사료된다. Hwang 등의 연구에 따르 면 의료 및 보건분야에서도 가상현실 콘텐츠를 활용한 교육 은 다양하게 시도되고 있으며 의료술기 콘텐츠의 학습몰입 을 유도하여 효과적인 의료교육을 향한 연구들이 활발하다 [16]. 또한 Seo 등의 연구에서 가상현실 콘텐츠 제작으로 사 용된 3D 모델을 의료분야에서 사용하는 DICOM 영상으로 변환하여 각종 의료기술에 적용하는 사례가 가능한 보고도 있다[17].

방사선전문인 육성을 위한 교육에서 방사선의 취급을 위 한 이론교육을 넘어서 직접 체험을 통한 실습교육이 이루어 져야 학습의 효과가 증대될 것이라는 것은 논란의 여지가 없을 것이다. Moon 등의 연구에서 방사선학과 대학생을 대 상으로 공간선량 측정 경험이 방사선 안전에 미치는 영향을 연구하였으며 학생이 직접 방사선관리구역 내의 공간선량 을 측정하고 그 결과를 확인함으로써 거리에 따른 공간선량 의 변화에 대한 이해도와 방사선안전에 대한 인식도가 유의 하게 개선되는 것을 확인하였다[4]. 본 연구의 설문조사 결 과에서도 볼 수 있듯이 가상현실 시뮬레이터를 이용하여 여 러 조건에서의 공간선량률 측정을 직접 실습함으로써 선원 으로부터의 거리와 차폐물의 적용에 따른 공간선량률의 변 화에 대한 이해도가 유의하게 개선되는 것을 확인할 수 있 었다.

방사선관리구역 내의 공간선량은 방사선 조사대상인 피 검체가 있는 경우 그 두께와 함께 피검체에 대하여 방사선 을 조사하는 조사면적의 크기에 의한 영향을 받으나 본 연 구에서 개발한 가상현실 시뮬레이션 콘텐츠에는 이와 같은 부분은 반영하지 않았으며 공간선량에 영향을 주는 산란선 의 에너지에 의한 차폐체의 감쇠계수 결정이 아닌 실측을 통하여 유도한 선감쇠계수를 사용하는 점 등은 본 연구의 한계점으로서 후속 연구에서 추가적인 개선과 개발이 필요 할 것으로 사료된다.

또한, 향후에는 공간선량에 의한 방사선의 생물학적 영향 에 대한 인식과 방사선안전에 대한 인식도를 향상할 수 있 는 교육으로 연계하여 방사선 전문인으로서의 직업윤리의 식과 방사선안전의식을 높이고 의료방사선분야의 방사선안 전문화 정착에 기여할 수 있도록 교육을 이어나아가야 하는 것이 필요할 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 사전 선행연구에서 개발한 방사선발생장 치의 기기학적 학습과 장치의 기본적인 취급법 등을 수행할 수 있는 가상현실 콘텐츠를 기반으로 방사선관리구역에서 의 공간선량률을 다양한 조건에서 확인할 수 있는 체험교육 을 할 수 있는 가상현실 시뮬레이션 콘텐츠를 개발하였다. 본 콘텐츠를 활용하여 방사선안전사고의 발생이 전무한 환 경에서 시간과 공간의 제한 없이 양질의 방사선측정 교육이 가능할 것으로 사료되며 더 나아가 방사선안전문화 정착을 위한 교육으로 연장하여 방사선 전문인의 양성에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.