다양한 분야에서 방사선이 사용되고 있다. 2020년 9,143개의 기관이 방사선 사용과 관련된 승인을 받았으며, 이 수는 매년 증가하고 있다. 승인을 받은 기관 중 약 17%가 허가기관이다. 이용기관의 수가 증가함에 따라 방사선작업종사자의 수도 함께 증가하고 있다. 2020년 방사선 작업종사자의 수는 146,790명이다.
국제암연구기관(International Agency for Research on Cancer)은 엑스선과 감마선을 1급 발암물질로 분류했다. 이에 따라 방사선 발생장치 또는 방사성동위원소를 사용할 때에는 방사선 작업종사자와 공공에 대한 안전을 관리할 필요가 있다. 또한, 국제방사선방호위원회(International Commission on Radiological Protection)에서는 방사선을 사용하는 경우 정당화와 최적화를 지켜야 한다고 권고하고 있다. 방호최적화 과정은 정당화가 이루어진 것으로 간주되는 상황에 적용되며, 방호최적화는 방사선방호체계의 핵심이다. 국제 방사선 방어위원회에서 권고한 방호최적화를 위해 6개의 연구를 진행했다.
첫 번째로 슬릿 형태의 차폐 구조물을 제안하여 일반촬영실의 산란엑스선에 대한 차폐능력을 몬테카를로 방법을 사용하여 평가하였다. 의료종사자의 피폭선량을 줄이기 위한 최근 연구에서, 방사선이 산란될 때 발생하는 광전효과를 이용하여 방사선치료실 입구에서의 선량을 줄이는 방법이 제안되었다. 이 방법은 특히 저에너지 광자에 효과적이기 때문에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 슬릿형태 구조물의 일반촬영실 산란 엑스선에 대한 차폐성능을 평가하였다. 두께 2 mm, 폭 50 mm, 길이 900 mm인 판을 2 mm 간격으로 수평 적재하는 형태의 슬릿형태 구조물은 알루미늄에 비해 철 또는 납으로 만드는 경우 차폐효과가 뛰어났다. 재질을 철로 한정한 경우 선원과 관심구역 사이에서 결정된 구조물의 설치위치는 차폐효과와 무관했으며, 판의 폭은 차폐효과에 비례했다. 폭 50 mm 철판을 사용한 경우 산란선이 직접 발생하는 바닥 및 환자의 높이를 제외하면 약 99.9% 또는 그 이상의 차폐효과가 있었다.
두 번째로 슬릿 형태의 차폐 구조물을 치료방사선 사용시설의 덕트 차폐체로 사용함을 제안했다. 가속기를 사용하는 방사선종양학과 치료실은 방사선이 치료실 외부로 누설되는 것을 막기위해 차폐구조물을 이용하여 격리시킨다. 그러나 가속기에서 발생하는 오존같은 유해가스를 배출하고 신선한 공기를 치료실 내부에 공급하기 위해 덕트의 설치는 필수적이다. 덕트로 인해 만들어진 틈을 막는 것은 불가능하므로 NCRP Report No. 49와 No. 151에서는 다양한 차폐 방법을 제안하였다. 그러나 이 방법들은 많은 공간과 무거운 차폐물을 요구했다. 따라서 다양한 형태의 슬릿형태 구조물을 덕트 내부에 설치하여 방사능 차폐능력을 MCNP를 이용하여 계산했다. 계산에 사용된 X-ray의 에너지 분포는 6 MV 선형가속기에서 방출된 X-ray를 NaI(Tl) 검출기를 이용하여 측정한 것이며, 평균에너지는 0.336 MeV, 최빈값은 0.137 MeV였다. 이 연구에서는 두께 2, 3, 4 mm인 철판으로 만든 슬릿형태 구조물에 의한 선량감쇠를 계산하였다.
세 번째로 여러 번 굽어진 미로 구조를 감마선이 통과할 때 발생하는 선량감소율을 계산하여, 192Ir이나 60Co를 사용하는 비피괴검사실의 미로구조를 쉽고 빠르게 설계하는 방법을 제안하였다. 통로에 미로 구조를 설치하는 것은 통로 끝에 설치하는 차페도어의 차폐체 두께를 줄여주는 효과가 있다. 이 연구에서는 비파괴검사실의 출입구에 설치하는 한번, 두 번, 세 번 꺽인 미로구조에 의한 선량감쇠를 몬테카를로 방법을 사용하여 계산했다. 계산결과 1.85 TBq 192Ir을 사용하는 조사실에서는 두번, 또는 세 번 꺽인 미로구조를 사용하는 경우, 통로 길이를 각각 10 m와 6 m로 설계하면 차폐도어 없이 설계기준을 만족할 수 있었다.
네 번째로 전산유체역학 프로그램을 사용하여 방사성동위원소 분배실에서 사용하는 흄후드의 공기 역류율을 평가하였다. IAEA에서 제안한 선량환산계수를 이용하여 작업자의 내부피폭을 평가하는 경우 흄후드의 공기 역류율은 중요한 요소이다. 이 연구에서는 전산유체역학을 사용하여 방사성동위원소 분배시설에서 사용하는 흄후드로부터 누출되는 공기의 역류율을 계산하였다. 이를 위해 CAD 프로그램을 이용하여 흄후드를 3차원 모델로 만들었고, 계산결과 후드 개구부에서의 면속도가 0.11∼1.0 m/s인 경우 역류율은 3%로 평가되었다. 이 역류율은 면석도가 0.1 m/s보다 작아지는 경우 급격히 감소하였다.
다섯 번째로 방사성 폐수의 방사능 준위의 연속감시를 위한 저해상도 감마선분석기를 설계했다. 방사성물질을 포함한 폐수는 감쇠탱크에 저장되며, 이 감쇠탱크는 일반적으로 일반인의 접근이 어려운 지하에 설치된다. 이러한 방사성 폐수를 배출하기 전 배출기준 만족여부를 확인하기 위해 샘플을 채취하여 감마분광시스템이나 감마카운터를 사용하여 몇 시간 동안 비방사능을 측정한다. 이러한 배출전 샘플채취 및 측정절차를 간략화하기 위해 감쇠탱크 상단에 고정 설치된 1.5인치 NaI(Tl) 검출기를 이용하여 측정한 측정값을 비방사능으로 환산하는 환산계수를 계산하였다. 병원에서 가장 흔히 사용하는 감마선원인 18 F 희석액 14 L가 담긴 탱크를 이용하여 측정한 값을, 고순도 게르마늄검출기를 사용하는 감마분광시스템 측정결과를 이용해 변환하였다. 이 감마분광시스템은 표준인증물질로 교정하였다. 탱크 크기에 따른 환산계수의 변화는 몬테카를로 방법을 사용해서 수정하고, 이 시스템의 측정하한을 계산하여 배출기준보다 낮음을 증명하였다. 계산결과 18 F의 한 시간 측정에 대한 환산계수와 측정하한은 각각 5.5389x1010와 2.09x105였다.
마지막으로 몬테카를로 방법과 Inventory 코드를 이용하여 50 MeV 사이크로트론의 조사 과정에서 발생하는 방사화를 평가하였다. 한국원자력의학원은 50 MeV 사이크로트론을 이용하여 연구자들에게 방사선 조사 서비스를 제공한다. 특히 양성자와 베릴륨의 핵반응을 이용하는 중성자 조사 서비스의 경우, 높은 빔전류 사용으로 인해 조사대상물의 방사화 가능성이 증가한다. 이 연구에서는 중성자 조사 서비스를 요구하는 연구자들이 선호하는 35 MeV 20 μA 양성자 빔을 이용한 중성자 조사 서비스에서 발생하는 방사화에 대해 MCNP 6.2와 FISPACT-II 4.0을 사용하여 평가하였다. 계산결과 철, 구리, 텅스텐을 1시간 이상 조사하는 경우 장반감기 핵종이 생성되어 자체처분 기준을 초과하였다. 건축물의 경우 매일 2시간 조사하더라도 생성된 핵종이 자체처분 기준 이하였고, 시설 내부 공기의 방사화로 인한 내부피폭도 매우 미비하였다. 이 방사화된 공기를 환경에 배출하는 경우 배기중의 방사성물질의 농도 역시 배출기준을 만족하였다.