한국과 몽골 간 투자협력 Connect 구축 방안에 관한 연구 : 양성자가속기이용 사업을 중심으로

배기수 한몽경상학회 2006 한몽경상연구 Vol.17 No.2

경제구조가 취약한 몽골은 첨단과학분야에 대해 기술적 투자를 할 여유는 아직 없지만, 많은 부존자원 보유라는 매력을 가지고 있다. 양성자가속기기술은 최첨단과학기술이다. 경주에 위치하게 될 양성자가속기의 이용가치는 총 34조 3,686억원으로 천문학적인 경제적 파급효과가 있다. 그렇지만 이미규모의 경제를 달성한 한국 경제구조와의 융화는 그리 쉬운 것이 아니다. 이에 아직 개발의 여지가 많고 지역적 현안문제가 적은 몽골과 협력하여 양성자가속기시설 사업을 추진하면 몽골과 우리나라는 서로 각국의 국익에 도움이 될 것으로 판단되는바 양성자가속기사업을 중심으로 한국과 몽골의 투자 협력 방안에 대해 알아보았다. 한국과 몽골 간 양성자가속기 사업이 체계적으로 지원되기위해서는 투자조합을 통한 "한·몽 양성 자가속기이용 지주회사"를 설립할 필요가 있다. 가칭 "한·몽 양성자가속기이용 지주회사"는 선진적인 벤처투자시스템을 도입함으로써 한국과 몽골의 투자조합 결성 운영에 획기적인 전환을 선도할 수 있다. 이를 위해, 기존의 벤처투자시스템인 창업투자조합 위주의 운영방식에서 나아가 미국 선진국에서 일반화된 "유한회사형 조합운용사"를 채택하여 "한·몽 양성자가속기이용 지주회사" 운영에 전념하도록 할 필요가 있다. 투자방향은 시장에서 자금조달이 어려운 초기 단계의 기업과 연구소기업, 첨단기술기업을 중점 투자대상으로 하고, 운영기간도 첨단기술의 긴 투자회수기간임을 고려하여 7년 이상의 장기간으로 해야 한다.

양성자치료기 가속기 시설에서의 작업종사자의 방사선 피폭 연구

이상훈,신동호,윤명근,신정욱,라정은,곽정원,박성용,신경환,이두현,안성환,김대용,조관호,이세병,Lee, Sang-Hoon,Shin, Dong-Ho,Yoon, Myong-Geun,Shin, Jung-Wook,Rah, Jeong-Eun,Kwak, Jung-Won,Park, Sung-Yong,Shin, Kyung-Hwan,Lee, Doo-Hyun,Ahn, Sung 한국의학물리학회 2009 의학물리 Vol.20 No.1

국립암센터에 설치된 양성자 치료기는 양성자 가속기의 운영을 통해 많은 양의 이차방사선을 방출하게 되는데, 이는 양성자 빔이 가속 중에 주위의 물질과 반응을 하여 이차 입자를 발생하고 방사성 동위원소도 생성하기 때문이다. 생성된 방사성 동위원소에 의한 방사선량은 시간에 따라 감쇠되지만 양성자 치료기의 운영 및 유지보수를 위해 수시로 가속기 작업종사자들이 시설내부로 접근해야 하며 이로 인해 이차방사선에 의한 피폭 문제가 발생될 수 있다. 본 논문에서는 양성자 가속기(Cyclotron)를 포함한 양성자 치료기의 운영을 위해 필요한 작업종사자들의 작업환경을 평가하고, 적절한 수준의 방사선 방호대책을 수립하기 위해 양성자 치료기 운영 중 가장 높은 수준의 방사선이 발생되는 양성자 가속기(Cyclotron) 및 주변 지역에서의 가속기 가동에 따른 방사선 발생 정도를 측정하였고 그 지속시간을 분석하였다. 이를 위해 양성자 빔의 손실이 가장 큰 가속기 주변과 에너지 선택 시스템(Energy Selection System, ESS)지역의 탄소(graphite, $^{12}C$) 재질로 구성된 에너지 감쇠장치(degrader)에서의 방사선 변화를 추적하고, 가속기에서 생산된 230 MeV의 고정된 에너지 빔이 에너지 감쇠장치(degrader)를 거쳐 ESS를 통해 전송된 빔의 효율을 산출하고 빔의 전송 구간에서의 상대적인 방사화 정도를 분석하였다. 이러한 분석 자료를 토대로 작업종사자들의 작업간 피폭 수준을 계산하고 연간 피폭 정도를 측정하였다. 작업 중 가속기 시설내의 선량은 수십 ${\mu}Sv/h$로 다른 방사선 치료기에 비해 상대적으로 높은 수준이지만 작업시간을 고려한 연간 총 피폭 선량은 작업자에 따라 1~3 mSv/year 정도로, 연간 피폭 한계 선량보다 충분히 낮은 수준으로 운영이 가능하였다. Proton therapy facility, which is recently installed at National Cancer Center in Korea, generally produces a large amount of radiation near cyclotron due to the secondary particles and radioisotopes caused by collision between proton and nearby materials during the acceleration. Although the level of radiation by radioisotope decreases in length of time, radiation exposure problem still exists since workers are easily exposed by a low level of radiation for a long time due to their job assignment for maintenance or repair of the proton facility. In this paper, the working environment near cyclotron, where the highest radiation exposure is expected, was studied by measuring the degree of radiation and its duration for an appropriate level of protective action guide. To do this, we measured the radiation change in the graphite based energy degrader, the efficiency of transmitted beam and relative activation degree of the transmission beam line. The results showed that while the level of radiation exposure around cyclotron and beam line during the operation is much higher than the other radiation therapy facilities, the radiation exposure rate per year is under the limit recommended by the law showing 1~3 mSv/year.

거대과학 연구를 위한 가속기의 유형별 역할 분석

이수경,김은주 한국물리학회 2008 새물리 Vol.57 No.4

Particle accelerators are one of the most important tools for basic science. They are indispensable apparati for the study of the fundamental structure of matter and of cosmology at high-energy and they are extensively utilized for advancements in material science, biology, and medical applications. Additionally, various frontier technologies developed for accelerator-related applications have greatly influenced other fields of science and technology. Currently, there are over 100 high-energy accelerators in the world, but none in Korea. Domestic researchers in fields of basic science, such as nuclear physics, particle physics, and astrophysics, have been utilizing foreign high-energy accelerators on a limited scope. We review the current accelerator-based science and application programs in Korea and assess the opportunities for and the feasibilities of new accelerator facilities in Korea. 가속기시설은 기초과학 발전을 위한 필수 시설 중 하나로 입자의 구조, 기본입자의 상호작용과 성질, 통일장 이론, 우주론 등 기초 연구뿐만아니라, 의료, 환경, 전산, 통신 분야를 비롯한 다른 여러 응용분야에까지도 근본적인 영향을 줄 수 종합적인 첨단 기술의 집약체이다. 또한 가속기 시설을 건설하면서 개발한 여러 원천 기술들은 과학, 기술, 정보, 지식 등 사회 전체에 걸쳐서 막대한 영향을 준다.이에 선진국들은과거 가속기 건설과 발전에 지대한 관심을 기울여 왔을 뿐만 아니라, 현재에도 기초과학 발전을 위한 초대형 가속기 시설에 막대한 예산을투자하여 1~GeV 이상의 고에너지 가속기가 전 세계적으로 100여대가 넘게분포하고 있다. 그러나 우리나라는 현재 한 대의 연구용 고에너지가속기도 보유하고 있지 못한 실정으로 이 시설을 필요로 하는 핵물리, 입자물리, 천체물리 등 기초과학 분야에서 해외 가속기에 의존하고 있다. 이처럼 해외 가속기에 의존함에 따라 우리나라 연구진들이 독자적인연구를 제안하고 수행할 수 있는 기회가 부족하고 또한 고급 연구 인력의양성에도 한계가 있는 등 여러 가지 어려움을 가지고 있다. 따라서우리나라의 기초과학 연구의 질적 발전을 위해 국내외 가속기의 유형별분석과 현재 수요와 미래 수요에 대한 분석, 예측을 통해서 국내고에너지 가속기 연구시설 구축의 타당성을 조사하고, 국외 대규모가속기와 효율적인 협력방안을 모색하여 기초과학 발전에서의 가속기와관련된 정책 방향 제시가 필요하다.

고에너지 양성자가속기 사업의 비시장적 편익 추정

유승훈,황석원,곽소윤 한국산업경제학회 2010 산업경제연구 Vol.23 No.1

고에너지 양성자가속기는 21세기 미래 산업인 정보기술, 생명공학, 나노기술, 환경기술, 우주기술 등 첨단산업에 널리 활용되고, 기초과학 분야의 연구를 활성화시켜 많은 경제적 파급효과를 가져다 줄 것으로 예상되는 시설이다. 본 연구에서는 고에너지 양성자가속기에 대한 일반 국민의 편익의 추정에 초점을 두고, 조건부 가치측정법을 적용하여 서울 주민들을 대상으로 고에너지 양성자가속기 도입에 대한 지불의사액(WTP)를 조사하고 이를 바탕으로 경제적 편익을 추정하였다. 단일경계 스파이크 모형을 적용하여 분석한 결과, 고에너지 양성자가속기 도입을 위한 WTP는 가구당 매월 1,171원으로 나타났으며, 고에너지 양성자가속기 도입에 대한 전국의 연간 편익은 약 1,898억원에 이르는 것으로 추정되었다. The investment in basic research is considered as a key to make a leap into the group of world leading countries. The Korean government plans to expand basic research investment of total public R&D up to 35% until 2012. The next generation proton beam accelerator is an important and essential facility that is expected to provide economic impacts by activating research in the field of basic science. One main character of the next generation proton beam accelerator project is that it has non-market value. We adopted CVM (Contingent Valuation Method) to measure the non-market value in this study. This study employed single bound dichotomous choice spike model to avoid the potential response bias and to consider zero responses. The study results indicate that the WTP for the next generation proton beam accelerator project is 1,171 Korean Won per household per month. This study contributes to policy makers with useful framework for estimating non-market values of a basic research project and quantitative information in the decision making process.

국립 암 센터 치료용 가속기를 위한 빔라인의 광학계 연구

황지광,김은산,이세병,황왕신,현상헌 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.4

The proton accelerator which was constructed in 2007 at the NCC (National Cancel Center) consists of an ion source for high-intensity proton beams, a cyclotron for acceleration of the proton beam produced by the ion source up to 230 MeV, an energy degrader to decrease the energy of the proton beams to provide the required energy, an energy selection section to decrease the energy spread, a beam transport line for the transport of the beam to the gantry, and a gantry for adjusting the beam distribution so as to be suitable for treatment. A high-stability proton accelerator is required for cancel therapy. If high-stability beams are to be achieved,the beams must have an accurate energy, a small energy spread and a small beam size at exit of the gantry. To achieve a high-stability beam,we investigated of the specifications for a beam line which consisted of a quadrupole and a dipole magnet, and we simulated the design of the beam line that could produce a round beam with a beam size of 2 mm rms at the exit of the gantry. 암 치료를 목적으로 2007년 완공된 국립 암센터의 치료용 양성자가속기는 양성자를 만들어내는 이온원과 이온원에서 발생된 양성자를 230MeV의 에너지까지 가속시키는 사이클로트론, 가속된 양성자의 에너지를원하는 에너지로 만들기위한 에너지 감속재 (Degrader), 빔의 에너지퍼짐도를 줄이기 위한 에너지 선택구간, 낮은 에너지 퍼짐도를 가지는양성자 빔을 갠트리 (Gantry)까지 전송해주는 빔 전송라인, 전송 된양성자 빔을 치료의 목적에 알맞게 해주는 갠트리구간 등으로 이루어져있다. 이러한 가속기에서 만들어진 양성자 빔을 환자에게 조사하여 암치료에 이용하기 위해서는 높은 안정성이 요구된다. 빔의 높은 안정성을얻기 위해서는 발생되는 양성자 빔 에너지를 정확하게 알아야하며 동시에낮은 에너지 퍼짐도를 가지져야 하고, 갠트리의 출구에서 가능한 작은 빔사이즈를 만드는 것이 좋다. 우리는 앞에서 말한 빔의 높은 안정성을성취하기 위하여 갠트리 최종단에서 가능한 작은 사이즈를 가지는 양성자빔 생산을 위한 양성자 가속기의 빔 라인의 사극자석 및 이극자석이만들어 내는 광학적 특성의 조사와 이를 이론적으로 설명하기위한시뮬레이션을 수행하여 갠트리 최종단에서 2 mm rms 빔 사이즈를 가지는원형 빔을 생성 할 수 있는 광학 격자를 설계하였다.

양성자 가속기를 이용한 MPC860의 우주방사선 인증 시험

선종호(Jongho Seon),김성준(Sung-Joon Kim),정성근(SeongKeun Jeong),민경욱(Kyoung-Wook Min),최원호(Wonho Choe) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.5

사이클로트론 가속기를 이용한 양성자 우주환경의 모사시험이 수행되었다. 모사시험에 사용된 사이클로트론은 양성자를 약 10?­10? protons/cm²/s의 선속에서 200 MeV까지 가속 할 수 있다. 가속된 양성자는 우주에서 사용될 MPC860 소자에 입사되었으며, 양성자 조사에 의한 소자의 누적 반응과 순간 반응이 모두 관찰되었다. 주된 순간 반응은 저장된 데이터의 변화였으나, 간헐적인 기능 정지 현상도 관찰되었다. 누적 반응은 소자 내에서 소모되는 전류의 증가로 나타났다. Simulation of proton irradiation in space is undertaken with a cyclotron accelerator. The cyclotron is capable of accelerating protons up to 200 MeV with nominal fluxes near 10?­10? protons/cm²/s, Accelerated protons are irradiated onto a MPC860 for space application. Both the transient and cumulative responses of the device are found due to the proton irradiation. The primary transient response of the device is modification of the stored data in the circuit, whereas intermittent functional interrupts are also found. The cumulative response of the device is the increase of current consumption by the device.

KOMAC 양성자 선형가속기를 이용한 천연 텅스텐 핵반응에 대한 감마선 스펙트럼 측정에 대한 연구

이삼열 ( Samyol Lee ) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.2

양성자가속기연구센터(KOMAC)의 100-MeV 양성자 선형가속기에서 생성된 고에너지 양성자를 사용하여 천연 텅스텐과 핵반응을 일으켰다. 핵반응을 통해 생성된 다양한 핵종으로 부터의 감마선은 HPGe 검출기 감마선 분광시스템을 사용하여 측정하였다. 감마선 표준선원은 에너지 교정 및 검출기의 효율 측정에 사용 되었다. 측정된 스펙트럼에서 관찰된 감마선을 분석한 결과 방사성 핵종은 ¹⁶⁷Re, ¹⁷⁸Re, ¹⁷⁹Re, ¹⁸⁰Re, ¹⁸¹Re, ¹⁸²Re, ¹⁸⁴Re, ¹⁷²Ta, ¹⁷⁴Ta, ¹⁷⁸Ta, ¹⁸²Ta, ¹⁸⁴Ta, ¹⁷⁵W, ¹⁷⁶W, ¹⁷⁷W 및 ¹⁷⁹W 으로 총 16 종류의 핵종이 생성되었다. 이 연구의 결과는 미래의 핵융합, 천체 물리학 및 핵의학 응용 분야에 적용될 것으로 생각된다. The measurement of gamma-ray spectrum of ^natW(p,xn) reaction with natural tungsten were performed by using a high energy proton generated from a 100-MeV proton linear accelerator of the Korea Multi-purpose Accelerator Complex (KOMAC). Gamma rays generated by various nuclides generated through the nuclide were measured using a gamma-ray spectroscopy system composed of HPGe detector. A gamma-ray standard source was used for energy calibration and efficiency measurement of the detector. Analysis of the gamma rays observed in the measured spectra showed that the radionuclides produced were ¹⁶⁷Re, ¹⁷⁸Re, ¹⁷⁹Re, ¹⁸⁰Re, ¹⁸¹Re, ¹⁸²Re, ¹⁸⁴Re, ¹⁷²Ta, ¹⁷⁴Ta, ¹⁷⁸Ta, ¹⁸²Ta, ¹⁸⁴Ta, ¹⁷⁵W, ¹⁷⁶W, ¹⁷⁷W and ¹⁷⁹W. Nuclides were generated. The results of this study will be applied to nuclear fusion, astrophysics, and nuclear medicine applications in the future.

Calculation of Neutron Energy Distribution from the Components of Proton Therapy Accelerator Using MCNPX

배상일(Sang-Il Bae),신상화(Sang-Hwa Shin) 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.7

양성자 치료기의 Passive Scattering System 노즐을 모의모사 하여 노즐 내 각 구성품에서 발생되는 중성자를 에너지별로 평가하였다. MCNPX code를 이용하여 치료환경에 사용되는 양성자 에너지 220 MeV, 도달거리 20 cm, 6 cm 길이의 SOBP를 구현하고, 치료기 가동 시 발생하는 중성자를 각 구성품에 따라 종류별로 분류하였다. 양성자 가속기 구성품 중 산란체에서 중성자가 가장 높게 발생되었으며 양성자의 중심 선속에서부터 멀어질수록 중성자의 선속은 감소되었다. 본 연구는 양성자 가속기의 유지 보수 및 해체에 필수적인 방사화 평가를 진행하기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다. The passive scattering system nozzle of the proton therapy accelerator was simulated to evaluate the neutrons generated by each component in each nozzle by energy. The Monte Carlo N-Particle code was used to implement spread out Bragg peak with proton energy 220 MeV, reach 20 cm, and 6 cm length used in the treatment environment. Among the proton accelerator components, neutrons were the highest in scatterers, and the neutron flux decreased as it moved away from the central flux of the proton. This study can be used as a basic data for the evaluation of the radiation necessary for the maintenance and dismantling of proton accelerators.

A Study on Measurement of Gamma-ray Spectrum for the Natural Tungsten nuclear reaction by using KOMAC proton Linear Accelerator

Samyol Lee(이삼열) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.2

The measurement of gamma-ray spectrum of nat W(p,xn) reaction with natural tungsten were performed by using a high energy proton generated from a 100-MeV proton linear accelerator of the Korea Multi-purpose Accelerator Complex (KOMAC). Gamma rays generated by various nuclides generated through the nuclide were measured using a gamma-ray spectroscopy system composed of HPGe detector. A gamma-ray standard source was used for energy calibration and efficiency measurement of the detector. Analysis of the gamma rays observed in the measured spectra showed that the radionuclides produced were 167 Re, 178 Re, 179 Re, 180 Re, 181 Re, 182 Re, 184 Re, 172 Ta, 174 Ta, 178 Ta, 182 Ta, 184 Ta, 175 W, 176 W, 177 W and 179 W. Nuclides were generated. The results of this study will be applied to nuclear fusion, astrophysics, and nuclear medicine applications in the future. 양성자가속기연구센터(KOMAC)의 100-MeV 양성자 선형가속기에서 생성된 고에너지 양성자를 사용하여 천연 텅스텐과 핵반응을 일으켰다. 핵반응을 통해 생성된 다양한 핵종으로 부터의 감마선은 HPGe 검출기 감마선 분광시스템을 사용하여 측정하였다. 감마선 표준선원은 에너지 교정 및 검출기의 효율 측정에 사용 되었다. 측정된 스펙트럼에서 관찰된 감마선을 분석한 결과 방사성 핵종은 167 Re, 178 Re, 179 Re, 180 Re, 181 Re, 182 Re, 184 Re, 172 Ta, 174 Ta, 178 Ta, 182 Ta, 184 Ta, 175 W, 176 W, 177 W 및 179 W 으로 총 16 종류의 핵종이 생성되었다. 이 연구의 결과는 미래의 핵융합, 천체 물리학 및 핵의학 응용 분야에 적용될 것으로 생각된다.

MCNPX를 이용한 양성자 치료기의 구성품에서 발생하는 중성자 에너지 분포계산

배상일,신상화 한국방사선학회 2019 한국방사선학회 논문지 Vol.13 No.7

The passive scattering system nozzle of the proton therapy accelerator was simulated to evaluate the neutrons generated by each component in each nozzle by energy. The Monte Carlo N-Particle code was used to implement spread out Bragg peak with proton energy 220 MeV, reach 20 cm, and 6 cm length used in the treatment environment. Among the proton accelerator components, neutrons were the highest in scatterers, and the neutron flux decreased as it moved away from the central flux of the proton. This study can be used as a basic data for the evaluation of the radiation necessary for the maintenance and dismantling of proton accelerators. 양성자 치료기의 Passive Scattering System 노즐을 모의모사 하여 노즐 내 각 구성품에서 발생되는 중성자를 에너지별로 평가하였다. MCNPX code를 이용하여 치료환경에 사용되는 양성자 에너지 220 MeV, 도달거리 20 cm, 6 cm 길이의 SOBP를 구현하고, 치료기 가동 시 발생하는 중성자를 각 구성품에 따라 종류별로 분류하였다. 양성자 가속기 구성품 중 산란체에서 중성자가 가장 높게 발생되었으며 양성자의 중심 선속에서부터 멀어질수록 중성자의 선속은 감소되었다. 본 연구는 양성자 가속기의 유지 보수 및 해체에 필수적인 방사화 평가를 진행하기 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.