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[IT뉴스]암 치료 동위원소부터 우주선 테스트까지…첨단방사선연구소 20년

온카뱅크관리자

2026-10-01 09:47:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국원자력연구원 
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 <img alt="이종철 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 사이클로트론응용연구실 선임연구원이 사이클로트론 표적이 자리잡는 위치를 설명하고 있다. 김소연 기자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093800276bztj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="7HSRLO2udP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093800276bztj.jpg" width="658">
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 이종철 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 사이클로트론응용연구실 선임연구원이 사이클로트론 표적이 자리잡는 위치를 설명하고 있다. 김소연 기자
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 9월 29일 찾은 전북 정읍 한국원자력연구원 첨단방사선연구소의 한 공간에 들어서자 원통형으로 생긴 큰 장비가 공간을 가득 채웠다. 개원 20주년을 맞은 첨단방사선연구소 개원 초기인 2009년 183억원의 예산을 투입해 구축한 'RFT-30 사이클로트론'이다.
 박정훈 사이클로트론응용연구실 실장이 RFT-30 사이클로트론을 시연하기 위해 표적 물질을 장비에 투입하자 실험공간 전체를 울리는 큰 소리가 들렸다. 3000만전자볼트(30MeV)의 에너지를 가진 양성자가 빛의 속도 25%에 달하는 초속 약 7만5000km의 속도로 표적 물질에 충돌한 것이다. 표적 물질은 양성자와 만나 핵 반응을 일으켜 암 치료, 방사성의약품 등에 활용되는 동위원소가 된다.  
 박 실장은 "현재 세계 시장 대부분을 점유하는 사이클로트론의 에너지 수준은 30MeV"라며 "원자력연은 앞으로 35MeV 수준의 사이클로트론을 개발해 세계 시장 기준을 한국이 주도하는 선도적 역할을 할 것"이라고 포부를 밝혔다.
 ● 암 환자 삶 구하는 첨단 물리학의 결과물, 사이클로트론
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 <img alt="첨단방사선연구소의 RFT-30 사이클로트론. 김소연 기자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093801528csda.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="z0OY12Oci6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093801528csda.jpg" width="658">
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 첨단방사선연구소의 RFT-30 사이클로트론. 김소연 기자
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 사이클로트론은 나선형의 궤도를 통해 수소 음이온을 회전시켜 높은 에너지를 얻는 방식의 입자가속기다. 수소 음이온은 나선 안쪽부터 바깥쪽으로 이동하며 점점 더 가속한다. 끈에 공을 매달고 빙빙 돌리는 모습과 비슷하다. 어느 순간 끈을 놓치면 공은 빠른 속도를 유지하며 멀리 날아가는 것처럼 나선 궤도 끝에서 수소 음이온은 탄소 포일로 날아가 꽂힌다. 
 수소 음이온은 양성자 하나와 전자 두 개로 구성돼 있다. 사이클로트론은 이 중 양성자를 탄환으로 사용한다. 수소 음이온을 탄소 포일에 통과시키면 전자가 제거되며 양성자만 날아간다. 이렇게 가속된 양성자를 특정 물질의 원자핵에 충돌시키면 방사성 동위원소가 생성된다. 
 첨단방사선연구소에서 생산하는 동위원소는 총 11종으로 암 진단, 말라리아 치료제 등 의료 분야에 사용된다. 지르코늄-89(Zr-89)는 항체면역을 연구하는 데 활용되는 동위원소다. RFT-30 사이클로트론 생산 기술을 확립하기 전에는 전량 수입에 의존했다. 
 글로벌 수요가 급증하고 있는 신경종암 진단용 저마늄-68(Ge-68)과 차세대 치료용 동위원소로 각광받는 구리-67(Cu-67)의 원료도 국산화하는 데 성공했다. 
 동위원소 제조기술 국산화의 관건은 핵반응이 끝난 표적 물질에서 원하는 동위원소만 분리하는 화학적 공정 단계다. 박 실장은 "가속기를 많이 보유하고 있는 중국도 아직 화학적 공정 기술은 부족한 상황"이라고 설명했다. 
 원자력연은 내년부터 국가전략연구사업의 일환으로 저마늄(Ge) 동위원소 양산 과제에 착수한다. 이종철 사이클로트론응용연구실 선임연구원은 "저마늄 동위원소는 전립선암 진단에 많이 사용하는데, 수요보다 공급이 압도적으로 적어 가격이 비싸다"면서 "최소 25MeV 이상의 사이클로트론으로 만들 수 있기 때문에 원자력연이 정부출연연구기관(정출연)으로서 저마늄 생산을 통해 국내 원자력의학 발전에 기여할 계획"이라고 했다. 
 RFT-30 사이클로트론이 위치한 사이클로트론동 바닥에는 납으로 통로가 깔려 있다. 앞서 사이클로트론의 표적 수송관에 넣은 표적 물질이 납으로 된 통로를 통해 사이클로트론으로 향한다. 
 과거에는 표적을 수송관에 넣고 빔을 조사한 다음 다시 수거하고 화학적 공정 단계를 진행하는 전 단계를 사람이 수행했다. 이 선임연구원은 "인공지능(AI) 발전에 따라 가속기 운영 과정을 점차 자율화하고 있다"고 말했다. 
 가속기 운영의 자율화는 첨단방사선연구소 사이클로트론의 혜택을 더 많은 기업과 연구소가 누리도록 돕는다. 이 선임연구원은 "현재 의료용 동위원소 시장의 70~80%를 벨기에 기업 하나가 점유한다"며 "한국은 아직 기업 차원에서 자체적으로 30MeV 사이클로트론을 마련하기 어려운 상황이라 원자력연에서 다양한 종류의 동위원소를 생산해 기업에 공급한다"고 했다. 
 사이클로트론의 활용처는 앞으로 더 많아질 전망이다. 뉴스페이스 시대가 열리며 인공위성의 전기회로나 반도체 등이 우주의 고에너지 입자에 의해 손상되는 문제가 대두되고 있다. 우주선에 의해 손상되지 않는 '내방사선 반도체'를 시험하는 데도 사이클로트론이 활용된다. 
 ● 내리는 '전자의 비'로 우주탐사부터 악취 제거까지 연구한다
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 <img alt="첨단방사선연구소의 10MeV 전자가속기로 대형 원목 소독을 시연하는 모습. 김소연 기자" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093802807rszz.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="qkJcmXJ6i8" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/01/dongascience/20261001093802807rszz.jpg" width="658">
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 첨단방사선연구소의 10MeV 전자가속기로 대형 원목 소독을 시연하는 모습. 김소연 기자
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 저에너지 전자가속기 기반 대기정화 융합시스템을 보러 작은 방에 들어갔다. 방 한가득 악취가 가득 메우고 있었다. 김병남 방사선융합연구부 책임연구원은 "여러분이 온다고 해서 미리 오물을 구해 놓았다"면서 짓궂게 웃었다. 
 저에너지 전자가속기는 전자총으로 발생시킨 전자를 높은 전압으로 아주 빠르게 가속해 물질에 쏘는 기기다. 사이클로트론이 높은 에너지를 가진 양성자의 탄환을 쏘는 장치라면 저에너지 전자가속기는 물체 위로 높은 에너지를 가진 전자의 빗방울을 뿌리는 장치다. 
 저에너지 전자가속기에서 나온 전자는 물체를 통과하며 의료기기를 멸균하고, 문화유산 복원에 사용할 목재 속 흰개미를 죽인다. 저에너지 전자가속기 기반 대기정화 융합시스템은 전자를 이용해 대기 중의 냄새물질을 제거하는 장치다. 
 "분당 2700입방미터의 공기를 정화합니다. 이 방 안에 있는 공기의 양을 수분 만에 처리할 수 있는 정도죠. 자, 냄새를 맡아보세요. 아까와 다르게 악취가 느껴지지 않을 겁니다."
 김 책임연구원이 내민 노즐에 코를 가져다 대니 종전의 악취가 더 이상 느껴지지 않았다. 저에너지 전자가속기 기반 대기정화 융합시스템은 실제로 기업에 판매돼 현장에 적용되고 있다. 김 책임연구원은 "커다란 전자가속기를 소형화해 연간 3만 건 이상의 민원이 발생하는 산업현장의 악취 문제를 해결하고자 고민한 결과물"이라고 말했다. 
 이외에도 전자선실증연구동에는 10MeV와 2.5MeV 전자가속기 등 다양한 종류의 전자가속기가 있어 산업악취부터 기능성 소재 연구, 우주용 소재 연구에 활용된다. 
 정병엽 첨단방사선연구소장은 "20년 전 허허벌판에 건물 8동을 지으며 시작한 첨단방사선연구소가 현재는 국내 유일 방사선 인프라 밀집 연구소로 자리잡았다"면서 "이제는 해외에서 찾는 연구소가 된 만큼 앞으로는 방사선으로만 만들 수 있는 대체불가 기술을 만들겠다"고 말했다.    
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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