▲ 성균관대학교 IT가속기공학연구센터 채종서 교수

초소형·초절전형 사이클로트론, 세계 시장을 겨냥하다
성균관대학교 IT가속기공학연구센터 채종서 교수
‘사이클로트론’은 조기 암 진단을 위한 PET(양전자방출단층촬영)용 동위원소 등을 생산하는 입자 가속기다. 비교적 개발비가 저렴하고, 작은 규모에서 효과적으로 입자를 가속시킬 수 있어 의료용으로 널리 사용된다. 성균관대학교 IT가속기공학연구센터의 채종서 교수는 국산 사이클로트론을 처음 개발했으며, 30MeV급 사이클로트론 개발에도 성공한 바 있는 국산 가속기 모델의 개척자이다.

기존 대비 생산효율 10배 향상, 중소규모 병원에도 설치 가능
현재 전국 의료기관에 방사성동위원소 생산용으로 가동되고 있는 사이클로트론은 한국원자력의학원이 개발한 국산 사이클로트론 8대를 포함한 총 39대. 하지만 그 중 대부분이 값비싼 비용을 지불하고 외국에서 들여온 것이며, 30~40평의 공간이 필요하고 무게도 18~20톤에 달해 설치와 운용이 쉽지 않다. 또한 이른 아침에 전문기사가 기계를 작동해 한꺼번에 많은 양의 방사성동위원소를 생산해두고 사용하는 방식으로 운용되며, 오후에는 반감기 때문에 품질이 떨어져 다른 병원에 공급하기도 어렵다. 암 환자가 갈수록 늘어나고, PET 촬영의 이용횟수 또한 두 배 가까이 증가한 상황에서 의료용 동위원소의 공급은 턱없이 부족한 것이 지금의 현실인 것이다. 이러한 가운데 채종서 교수는 지난 2014년, 세계 최소형이자 초절전형 9MeV급 사이클로트론을 개발하며 의료용 방사성동위원소 활용의 새 지평을 열었다는 평을 받고 있다.

채종서 교수 연구팀이 개발한 초소형·초절전형 사이클로트론 ‘스커시-9(SKKUCY-9)’은 동급의 외국 제품보다 크기가 1.5배 작아진 것은 물론, 무게도 6톤으로 경감시켜 설치나 활용의 제약이 대폭 줄어들었다. 또한 선진국 경쟁제품에 비해 전력효율이 약 20% 정도 좋고, 가격도 70% 수준에 불과해 경제적이며, IT기술을 결합해 직접 기계를 조작하지 않고도 가동과 생산이 가능하다. 기존 제품 대비 생산효율을 10배나 향상시킨 ‘스커시-9’은 국내 중소규모의 병원에도 보급이 가능한 것은 물론 해외 시장에서도 우수한 경쟁력을 확보하고 있다. 채 교수는 “스커시-9은 자석 사이의 갭을 줄이는 정밀 가공기술을 통해 크기를 소형화하고, 효율을 높였습니다. 소형 가속기의 보급은 국민 건강을 위한 소규모 PET 클리닉의 확산에 기여하는 것은 물론 반감기가 짧은 탄소-11 연구 활성화에도 도움이 되리라 생각합니다”라고 밝혔다.

세계 최고의 입자가속기 연구센터로 발돋움할 것
현재 ‘스커시-9은 ㈜퀀텀바이오사이언스(QBS)로 기술 이전되었으며, 1조8천억 달러 규모의 세계시장을 공략하기 위한 상용화 단계를 진행 중인 상태이다. 성균관대 IT가속기공학연구센터는 또한 Dual-head 갠트리 방사선 치료시스템 개발, 방사선 치료를 위한 X-band급 전자가속기 개발 등의 내부 연구 과제 뿐 아니라 CERN, PSI, KEK, J-PARC, ANL, INFN, BNL 등의 세계적인 연구소와의 지속적인 교류 및 인력 파견을 통하여 세계 최고 수준의 입자가속기 기술 개발에 참여하고 있다. 이러한 결과로 센터는 기술 이전 2건과 최근 5년간 SCI/SCIE 논문 37건 이상, 26건 이상의 특허 등록 등의 성과를 창출했다.

채 교수는 “가속기 연구 분야는 자본 및 기술 집약적인 특성을 가지고 있어 소규모로는 수행하기 어려운 주제입니다. 때문에 주로 한국연구재단, 한국원자력연구원에서 연구 과제를 수주받아 진행해야 한다는 한계가 있었습니다”라며, “이에 따라 저희 연구소에서는 연구의 초점을 소형화, 절전형 등 실용화 및 사업화가 가능한 부분에 맞춤으로써 기업의 참여가 상대적으로 수월할 수 있도록 주력해 왔습니다. 또한 결과물을 제품화하고 보급하기에도 용이해져 더욱 가시적인 기술 개발을 이룰 수 있었습니다”라고 밝혔다. 또한 이에 덧붙여 “저희는 산업·경제적 필요에 따른 솔루션 개발 및 인력 육성 뿐 아니라 국민 건강 증진에도 이바지할 수 있는 방사선 의학 기술의 향상을 위해 노력하고 있습니다. 앞으로도 입자 가속기 분야의 첨단 기술 개발을 통해 국민 삶의 질 향상에 기여할 수 있도록 한걸음씩 나아가겠습니다”라고 밝혔다. 세계를 선도하는 대한민국을 만들어가는 이들의 노력에 응원의 박수를 보낸다.

Subminiature and ultra power saving cyclotron aims at global market
Prof. Chae Jong-Seo of Sungkyungkwan University IT Accelerator Engineering Research Center
10 times more production efficiency for small and medium hospitals 
Cyclotron currently is being operated for radioactive isotope production for medical institutions nationwide. There are 39 of it including 8 domestic cyclotrons developed by Korea Institute of Radiological & Medial Sciences. The expensive imported cyclotrons require a 99 square meter to 132 square meter space to install and they weight 18 to 20 tons which make it not easy to install and operate. An operator produces large quantity of radioactive isotope in early morning for the use but supplying it to other hospitals is difficult in the afternoon due to its decreased quality caused by half-life as time goes by. While there is an increasing number of cancer patients and PET, the supply of radioactive isotope is far from enough. The good news is that a professor Chae Jong-Seo developed the world’s first subminiature and ultra power saving 9MeV-level cyclotron in 2014 and opened a new era for the use of radioactive isotope. The cyclotron ‘SKKUCY-9’, developed by Chae and his team, is 1.5 times smaller in size and 6 tons less in weight compared to the imported ones which made it easy to install and operate. It has 20% better energy efficiency and the price is 70% of those existing products. The team also loaded IT in SKKUCY-9 and makes it possible to operate and produce without directly operating the machine. Also, production efficiency is 10 times improved and can be installed in small and medium sized hospitals and secured competitiveness in overseas market. Chae said “SKKUCY-9 reduced the size and increased efficiency with precision processing technology that reduced gap between magnets. It will contribute to spreading of small sized PET clinics and helping activation of carbon-11 which has short half-life.” 

Growing to be the world’s best particle accelerator research center
The technology of SKKUCY-9 has been transferred to Quantum Bio Science and is preparing to attack the USD 1.8 trillion worth market in the world. The center also developed Dual-head Gantry Radiation Treatment System and working on development of X-band level electron accelerator for radiation treatment and actively carrying out exchanges with world research institutes in the fields of CERN, PSI, KEK, J-PARC, ANL, INFN and BNL. As a result, the center so far has done 2 technology transfers, published more than 37 SCI/SCIE dissertations for the last 5 years and obtained more than 26 patents. Chae said “Due to its capital and technology-intensive elements, the accelerator research has to be carried out by taking an order from the National Research Federation of Korea or the Korea Atomic Energy Research Institute. So we focused our research on miniaturization, power saving, practicality and commercialization for easy use of companies. We are also exerting our effort in advancement of radiotherapeutics, bringing up solutions and fostering industry specialists. We will keep doing our best in developing the world’s best particle accelerator and contribute to better health of people.” <Power Korea> wishes Chae and his team a great 2017.