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한국원자력연구원의 팔방미인 '하나로' /ㅎㄷㅋㄹ

우리나라 원자력 기술의 자부심인 ‘하나로’는 1995년 우리 기술로 설계 및 건설된 최초의 다목적 연구용 원자로입니다. 세계 10위권의 중성자 발생 능력을 갖춘 이 장치는 기초 과학 연구부터 산업 기술 발전까지 다양한 분야를 지원하며 ‘팔방미인’이라는 별칭에 걸맞은 활약을 펼치고 있습니다. 하나로는 핵분열 과정에서 방출되는 입자를 활용하여 우리 삶에 밀접한 여러 첨단 기술을 완성하는 핵심적인 토대가 됩니다. 정밀 분석과 물질 변환을 통해 우리 일상 속에 숨겨진 과학적 원리를 규명하고 국가 경쟁력을 강화하는 데 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 첨단 산업의 핵심인 고품질 반도체 생산 공정에서도 하나로의 가치는 빛을 발합니다. 특히 고전압과 고전류를 견뎌야 하는 전기자동차나 고속열차용 반도체 제조에는 중성자 핵변환 도핑 기술이 필수적입니다. 이 기술은 실리콘 소자에 중성자를 쪼여 원자핵 일부를 인으로 변환시킴으로써 전기 전도성을 조절하는 고난도의 공정입니다. 하나로를 통해 생산된 반도체는 뛰어난 안정성과 성능을 바탕으로 친환경 이동 수단의 전력 효율을 높이는 데 기여하고 있습니다. 이는 원자력 기술이 단순한 에너지를 넘어 미래 모빌리티 산업의 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소임을 보여줍니다. 중성자의 독특한 투과 성질을 활용한 비파괴 검사 기술은 정밀 제조 분야에서 혁신을 일으키고 있습니다. 중성자 영상 장치는 물질을 훼손하지 않고도 내부 구조를 상세히 들여다볼 수 있게 해주어, 국방 소재나 항공우주 부품의 결함을 찾아내는 데 유용합니다. 특히 작동 중인 수소 연료전지의 내부를 실시간으로 분석하여 성능과 내구성을 향상시키는 연구 결과는 수소차의 대량 생산과 해외 수출에 결정적인 기여를 했습니다. 이외에도 미세먼지의 발생 원인을 규명하거나 소중한 문화재의 내부 결함을 검사하는 등 공익적인 목적으로도 널리 활용되며 안전한 사회를 만드는 데 이바지하고 있습니다. 하나로는 난치병 환자들에게 희망을 주는 의료용 방사성 동위원소 생산 기지로서의 역할도 수행합니다. 대표적으로 소아암이나 갑상선암 치료에 필수적인 아이오다인-131은 국내에서 유일하게 하나로를 통해서만 생산되고 있습니다. 과거에는 의료용 동위원소의 상당 부분을 수입에 의존해야 했기에 해외 수급 상황에 따라 환자들의 치료에 차질이 생기기도 했습니다. 하지만 하나로가 안정적으로 원료를 공급하면서 치료의 연속성을 확보하고 국내 의료 산업의 질적 수준을 높일 수 있게 되었습니다. 이러한 성과를 바탕으로 현재는 기장에 신형 연구로를 추가로 건설하며 국민 복지 증진을 위한 인프라 확장을 지속하고 있습니다. 산업 현장의 안전을 책임지는 비파괴 검사용 방사성 동위원소인 이리듐 생산 역시 하나로가 담당하는 중요한 업무 중 하나입니다. 과거 전량 수입에 의존하던 이리듐을 하나로의 중성자 기술로 직접 생산하면서 국내 관련 산업의 가격 경쟁력을 획기적으로 높였습니다. 거대한 기계 장치나 건축 구조물의 미세한 균열을 찾아내는 이 기술은 대형 사고를 예방하는 안전의 파수꾼 역할을 톡톡히 해내고 있습니다. 하나로는 지난 30여 년 동안 과학 기술의 발전과 국민의 삶을 이롭게 하는 데 헌신해 왔습니다. 앞으로도 끊임없는 연구와 기술 혁신을 통해 대한민국이 선도하는 더 나은 미래를 설계하는 원동력이 될 것입니다.

[KERI TV]방사선 암치료기용 X-Band 선형가속기 기술

방사선 암 치료의 핵심인 선형 가속기는 전자기파 에너지를 이용해 고에너지 전자빔을 가속하고, 이를 통해 X선이나 중성자를 발생시키는 첨단 장치입니다. 이는 의료 분야의 암 치료뿐만 아니라 산업용 비파괴 검사나 멸균 장치 등 다양한 고부가가치 산업의 기반이 됩니다. 현재 국내에서 사용되는 방사선 치료기는 대당 수십억 원을 호가하지만 전량 수입에 의존하고 있어, 독자적인 기술 확보와 국산화가 절실한 상황입니다. 이러한 배경 속에서 진행되는 연구는 국내 의료 기기 산업의 경쟁력을 높이는 중요한 전환점이 될 것입니다. 기존의 방사선 암 치료기는 주로 3.0 GHz 대역의 S-밴드 주파수를 사용해 왔으나, 최신 기술은 이보다 세 배 높은 9.3 GHz 대역의 X-밴드 선형 가속기로 진화하고 있습니다. 주파수가 높아지면 가속기를 구성하는 공진기의 크기가 작아지므로 장비 전체의 소형화와 경량화가 가능해집니다. 이는 정밀 로봇 시스템이나 영상 유도 장치와의 융합을 용이하게 하여, 환자 체내의 종양을 더욱 정확하게 추적하고 치료할 수 있는 환경을 제공합니다. 결국 X-밴드 기술은 암 치료의 정밀도를 한 단계 끌어올리는 핵심 동력이 됩니다. 고성능 가속기를 개발하기 위해서는 설계 단계부터 정교한 다중 물리 해석 기술이 필요합니다. 독자적인 해석 기술을 통해 40 cm 길이의 24개 공진기 구조를 설계했으며, 이를 통해 6 MeV 이상의 에너지와 80 mA의 전류를 안정적으로 확보하는 데 성공했습니다. 또한 진공 내 접합 공정인 브레이징 기술을 활용해 가속기의 구조적 완성도를 높였으며, 각 공정 단계마다 엄격한 특성 평가를 수행하여 제작 신뢰성을 확보했습니다. 이러한 독자적 설계 및 제작 공정은 세계적으로도 앞선 수준의 기술력을 보여주는 대목입니다. 제작된 선형 가속기의 성능 검증은 임상적 유용성을 판단하는 중요한 과정입니다. 국제 프로토콜에 따라 워터 팬텀을 활용한 X선 선량 측정 결과, 목표치인 800 cGy를 상회하는 815 cGy의 선량을 확인했습니다. 또한 X선 빔의 대칭성과 평탄도 특성에서도 세계 최고 수준의 장비와 비교해 동등 이상의 결과를 얻어 임상 적용 가능성을 입증했습니다. 이는 대학병원 방사선 종양학과와의 공동 연구를 통해 실제 의료 현장에서 요구하는 기준을 완벽히 충족했음을 의미하며, 국산 가속기의 실용화를 앞당기는 성과입니다. 선형 가속기의 심장이라 할 수 있는 마그네트론 기술의 국산화도 동시에 진행되고 있습니다. 마그네트론은 전자빔 에너지를 고출력 전자기파로 변환하는 장치로, 이번 연구에서는 이중 주파수 채널을 적용한 듀얼 튜너 구조를 통해 주파수 대역폭을 획기적으로 향상시켰습니다. 3.1 MW급의 고출력과 세계 최고 수준의 대역폭을 확보함으로써 기존 해외 수입 제품을 대체할 수 있는 기반을 마련했습니다. 가속기 본체와 구동 소자를 아우르는 통합적인 기술 확보는 향후 의료 및 산업 분야 전반에 걸쳐 막대한 경제적 파급 효과를 가져올 것입니다.

암치료기술

한국원자력연구원의 팔방미인 '하나로' /ㅎㄷㅋㄹ

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[KERI TV]방사선 암치료기용 X-Band 선형가속기 기술

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