초록 ▼

■ 연구의 배경 및 필요성
• 2012년말 양성자가속기연구센터의 완공을 앞두고 완공 후 양성자가속기시설의 활용을 극대화 및 빔이용 활성화를 위해 “가속기 이용 기초연구 및 인력양성 지원사업” 추진의 필요성이 대두되었음.
• 양성자기 반공학기술개발사업단에서는 2002년 사업착수 초기부터 빔이용활성화와 이용자 육성을 위해 양성자가속기 이용자 프로그램을 운영하여 왔으나 3단계 3차년도부터 예산부족으로 중단되어 8년간의 노력을 통해 확보된 이용자와 원천기술의 산업적 활용의 기회를 상실할 위기에 처해있음.
• 따라서, 본 연

■ 연구의 배경 및 필요성
• 2012년말 양성자가속기연구센터의 완공을 앞두고 완공 후 양성자가속기시설의 활용을 극대화 및 빔이용 활성화를 위해 “가속기 이용 기초연구 및 인력양성 지원사업” 추진의 필요성이 대두되었음.
• 양성자기 반공학기술개발사업단에서는 2002년 사업착수 초기부터 빔이용활성화와 이용자 육성을 위해 양성자가속기 이용자 프로그램을 운영하여 왔으나 3단계 3차년도부터 예산부족으로 중단되어 8년간의 노력을 통해 확보된 이용자와 원천기술의 산업적 활용의 기회를 상실할 위기에 처해있음.
• 따라서, 본 연구에서는 “가속기 이용 기초연구 및 인력양성 지원사업” 기획을 통해 가속기 완공 후 활용도 제고 및 qla 이용 활성화에 기여하고자 함.

■ 연구의 목표
• 국내 가속기 현황 및 이용 전망
- 국내의 운전 및 건설 중인 양성자, 방사광, 이온범, 중이온 가속기 등의 운영 및 추진 현황을 파악하고 이용 전망
- 향후 양성자가속기 이용자 및 협의회의 발전에 따른 공동 활용 및 연계 방안 검토
• 양성자/이온가속기 이용연구 촉진 및 인력양성 지원방안 도출
- 양성자가속기 활용 극대화를 위한 이용연구 촉진과 인력양성 방안 도출
- 해외 양성자가속기 시설 이용 현황 파악하여 유용한 빔 이용 연구 분야 도출
- 이온가속기의 활용방안 도출
- 양성자가속기 이용자협의회 구성 및 운영 방안 수립
- 양성자가속기연구센터의 중장기 발전에 대한 제언

■ 연구 수행 내용
• 국내외 가속기 현황 및 이용 전망
- 국내에서 운영 또는 건설 중인 방사광가속기(포항가속기연구소), 사이클로트론(한국원자력연구원, 한국원자력의학원), 탄뎀가속기 (한국지질자원연구원, 한국과학기술연구원, 서울대), 중이온가속기(기초과학연구원) 등의 가속기 시설들의 추진 및 운영 현황과 더불어 이용 현황 조사 및 전망.
- 국외 가속기시설 중 양성자가속기와 유사한 대형 연구시설들, J-PARC(일본), SNS(미국), CSNS(중국), ESS (유럽) 등을 주요 대상으로 그 현황을 조사하였음.
- 국내외 가속기의 이용 사례를 수집하고 분석하여 선형 양성자가속기 및 이온가속기의 이용 활성화를 위한 방안 도출 및 체계 구축의 기초자료로 활용하고 향후 활용가능한 신규 이용 분야 창출을 모색하였음
• 국내 대형 연구시설 이용 활성화 및 인력 양성 사례 분석
- 국내에서 가동 중인 대형연구시설들, 연구용 원자로 하나로, 전자가속기, 사이클로트론, 핵융합, 중이온가속기 등의 인력 양성 및 이용 활성화를 위한 지원 방안 및 체계 등에 대해 조사하고 연구하였음.
- 국내 대형시설에 대한 사례 분석 결과를 통해 보다 효율적이고 최적화된 양성자가속기의 활용도 제고 방안, 즉, 가속기 이용 기초 연구 지원 및 인력양성 지원 방안과 체계 수립에 활용하였음.
• 양성자 및 이온가속기 주요 이용 분야 도출
- 양성자/이온가속기의 12개 주요 활용 분야, 나노과학기술, 의료, 생명공학, 에너지/환경, 중성자원, 우주/항공, 반도체/정보통신, 동위원소, 원자력, 재료, 핵물리, 기초과학에 대한 분야별 기술 개요, 기술개발 및 기술 시장 현황과 전망, 소요 빔규격 및 부대시설 등에 대한 기술현황자료 작성.
- 국내 다양한 분야의 연구자들을 대상으로 기술수요조사를 실시하여 양성자 범이용 분야를 도출 하고 빔라인별 이용 계획에 반영하였음.
• 양성자가속기와 이온가속기 활용도 조사
- 양성자 가속기의 10개 빔 라인과 3대의 이온가속기에 대한 활용도를 조사하였음
- 수요조사를 통해 확보된 연구제안 내용을 분석하여 각각의 빔 이용시설별로 활용가능한 연구주제들을 배정하고 향후 연구 수행 시 필요한 부대시설 및 보완 사항에 대한 추가의견을 조사하여 반영
- 또한 사업초기부터 가속기 기술을 이용해 개발, 운영하고 있는 이온가속기들의 활용에 대해서도 함께 조사하여 향후 활용계획 수립에 반영하였으며, 양성자가속기와 이온가속기의 공동활용 분야를 도출하였음.
• 양성자/이온가속기 전문 인력양성
- 석박사과정을 중심으로 분야별 빔이용 전문인력 양성, 양성자범 이용자의 가속기 활용을 지원할 수 있는 전문요원 양성, 빔이용에 필요한 장치 개발 및 구축 전문 인력의 양성에 대해 검토하 여 구체적이고 장기적인 실천 방안을 제시하였음
• 빔이용 활성화를 위한 부대시설 수요조사 및 구축(안) 수립
- 양성자빔 이용 활성화를 위해서는 가속기와 범이용시설의 구축 이외에도 빔 조사 전후 이용자들이 연구센터에서 수행해야 여러 가지 분석 및 전후 처리에 필요한 장치와 시설이 확보되어 있어야 함.
- 다양한 이용분야에서 필요한 여러 가지 부대시설을 조사하고 이의 구죽 계획을 우선순위를 부여해 반영하였음
• 이용자협의회 구성 및 운영/활동 계획 수립
- 양성자가속기 이용자협의회 추진위원회 구성
- 추진위원회는 추진위원, 자문위원, 전문위원으로 구성하고 전문위원은 나노과학기술, 생명공학, 의료, 동위원소, 핵물리, 우주/항공, 기초과학 등 12개 분야별로 구성하였으며, 각 분야별 대표 전문위원이 양성자/이온 가속기의 분야별 활용가능성에 대해 검토하였음
- 특히, 국내 대형 연구시설 및 기관의 사례를 기반으로 활동범위나 활동방향 등을 포함하는 이용자협의회의 발전적인 역할을 제안
- 이용자협의회는 현재 건설되고 있는 100 MeV 빔 이용에만 집중할 것이 아니라 장기적으로 미래 더 많은 잠재 수요가 있을 것으로 기대되는 파쇄중성자원이나 시설확충을 전제로 한 이용자 커뮤니티 및 인력양성 방안 제시하고 모색함
• 양성자가속기 연구센터의 중장기 발전
- 해외 유수의 가속기 연구센터의 현황 검토
- 해외 유사 가속기 연구센터의 현황 조사 결과를 토대로 운영 및 발전방향을 제시
- 자문위원 활용을 확대/보완하여 연구센터의 중장기 발전에 대한 의견 수렴
- 연구센터의 중장기 발전에 대한 의견 수렴

■ 연구 수행 결과
• 양성자가속기 활용 수요조사
- 양성자가속기의 효율적 활용에 대한 수요조사는 ① 양성자가속기연구센터 활용 시설, ② 연구제안, ③ 개인참여의향, ④ 기관참여의향 등에 대해 실시되었음.
- 수요조사 실시 결과, 전체응답자는 206명이며, 이들의 소속기관 수는 108개에 이름.
- 이용자협의회 구성 시 참여의향을 나타낸 이용자 수는 152명, 고려해보겠다는 답변이 48명
- 양성자빔을 이용 연구제안은 139건
- “가속기 이용 기초연구 및 인력양성 지원사업” 및 빔이용활성화 등에 대한 설문조사
- 양성자빔 이용시설 및 저에너지 이온가속기의 활용도 조사
- 206명의 이용자가 이용자협의회 참여의향서를 제출하고 그 중 약 74.1%의 이용자가 이용자협의회 참여의사를 표명하였으며, 23.4%의 이용자가 참여를 고려해보겠다고 응답해 97.5% 의 이용자의 참여가능성올 확인하였음.
- 기관참여의향서의 경우, 총 96개의 기관에서 참여를 표명하였으며, 세부적으로 포스코, OCI 등 38개 산업체와 서울대, 한국과학기술원 둥 42개 대학과 한국원자력의학원, 농업기술원 등 16개 연구기관에서 참여 의사를 표명하였음.
- 이상의 수요조사 결과에서 살펴본 바와 같이 양성자빔 및 이온가속기의 이용자가 다양한 분야 에 걸쳐 매우 폭넓게 분포하고 있음을 알 수 있었으며, 사업단이 보유하고 있는 빔이용시설과 이온가속기들의 활용 의사 또한 균등하게 분포함을 알 수 있었음.
- 빔이용 활성화를 위해 연구비 지원이 필요하다는 응답이 59.3%로 가장 많았으며, 부대시설 구 축이 19.6%, 이용자협의회 구성이 16.2%로 나타났음.
• 양성자빙 이용 분야
- 조사 대상 분야 : 나노과학기술, 의료, 생명공학, 에너지/환경, 중성자원, 우주/항공, 반도체/정보 통신, 동위원소, 원자력, 재료, 기초과학, 핵물리, 양성자 및 이온빔 복합공정 분야 둥의 기술 현 황 및 전망을 조사한 결과를 요약해 나타내었음
- 분야별 적용 가능 기술
• 부대시설 수요 조사
- 이용분야별로 필요한 부대시설을 조사하고 2008년 실시한 부대시설 수요조사 결과와 함께 정리해 예산 범위 내에서 우선순위에 따라 확보하는 계획 수립
• 이용자협의회 구성 및 운영/활동 계획 수립
- 2012년 3월 23일 양성자가속기 이용자협의회 추진위원회 구성하고 참여의향서 제출을 통해 이용자협의회 참여의사를 표명한 151명으로 양성자가속기 이용자협의회 구성 인정
- 추진위원회는 추진위원, 자문위원, 전문위원으로 구성하고 전문위원은 나노과학기술, 생명공학, 의료, 동위원소, 핵물리, 우주/항공, 기초과학 등 12개 분야별로 구성하였음
- 이용자협의회는 양성자가속기 이용 기초연구 및 인력양성 사업 추진에 대해 적극적인 의견을 제시하고, 양성자가속기연구센터의 발전을 위한 제언을 포함해 장기적인 발전 계획 수립 등의 정책 과제를 수행
- 양성자가속기 이용자협의회는 개인 이용자뿐만 아니라 기관 회원의 확보와 참여를 촉진함으로써 양성자가속기의 산업적 활용에도 기여
• 양성자가속기 연구센터의 중장기 발전
- 미국 등의 가속장치 기술과 범이용기술의 민간기업으로의 기술 이전 사례를 참고한 산업화 력 수립 및 추진
- 국가적인 지원을 수반한 시설 및 지속적이고 안정적인 지원이 매우 필요함
- 운영은 기관장을 중심으로 연구 및 개발부서, 경영부서, 과제관리부서 등으로 조직하여 운영하고 가속기의 운영 및 성능개선을 담당하는 단일 부서의 운영 제안
- 가속기의 활발한 이용을 위해서는 연구 및 산업체등에 분포되어 있는 이용자의 육성이 수반되어야 함.
- 저비용과 수익창출을 목적으로 한 산업체의 빔이용 활용을 위해 국외 시설과 비교한 적절한 수준의 빔이용료의 산정 및 지원 필요

(출처 : 요약문 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 9
• 요약문 ... 13
• 제1장 연구과제 개요 ... 22
• 제1절 연구의 배경 및 필요성 ... 22
• 1. 연구추진의 배경 ... 22
• 2. 연구추진의 필요성 ... 22
• 제2절 연구의 목표 및 내용 ... 23
• 1. 연구의 목표 ... 23
• 2. 연구의 내용 ... 23
• 제2장 국내외 가속기 현황 및 이용 전망 ... 27
• 제1절 국외 가속기 및 이용 현황 ... 27
• 1. 국외 가속기 개발 현황 ... 27
• 가. SNS (Spallation Neutron Source) ... 27
• 나. J-Parc ... 30
• 다. CSNS (China Spallation Neutron Source) ... 31
• 라. LANSCE (Los Alamos Neutron Science Center) ... 32
• 마. PSI - SINQ 및 의료용 가속기 ... 33
• 바. ISIS ... 34
• 사. ESS (European Spallation Source) ... 35
• 아. LHC (Large Hadron Collider) ... 36
• 제2절 국내 가속기 현황 및 이용 전망 ... 37
• 1. 탄뎀가속기 ... 37
• 가. 1.75MV 탄뎀가속기 ... 37
• 나. 1MV 탄뎀가속기 ... 38
• 다. 6MV 탄뎀가속기, KISTTIA ... 39
• 라. 3MV 탄뎀가속기 ... 41
• 2. 사이클로트론 ... 43
• 가. 13 MeV Cyclotron ... 43
• 나. 권역별 Cyclotron ... 43
• 다. 30MeV 사이클로트론 ... 45
• 라. MC-50 사이클로트론 ... 46
• 3. 암치료기 ... 47
• 가. 양성자 암치료기 ... 47
• 나. 중입자치료기 ... 49
• 4. 중이온가속기 ... 50
• 5. 포항방사광가속기 ... 51
• 6. 저에너지 이온 가속기 ... 52
• 가. 500k keV 이온주입장치 ... 53
• 나. 300keV 이온주입장치 ... 54
• 7. 산업용 전자가속기 ... 55
• 가. KAERI (대전) ... 56
• 나. 한국원자력연구원 정읍방사선연구소 ... 56
• 다. (사)한국가속기및플라즈마연구협회 (KAPRA) ... 57
• SUMMARY ... 58
• 제3장 대형 연구시설 이용 활성화 및 인력양성 사례 분석 ... 59
• 제1절 연구용 원자로 하나로 ... 59
• 1. 개요 ... 59
• 2. 연구지원사업체계 ... 60
• 3. 연구지원 실적 ... 61
• 제2절 한국원자력의학원 사이클로트론 ... 62
• 1. 개요 및 연구지원사업체계 ... 62
• 2. 연구지원 실적 ... 62
• 제3절 전자가속기 ... 63
• 1. 개요 및 연구지원사업체계 ... 63
• 2. 연구지원 실적 ... 65
• 제4절 핵융합연구 ... 65
• 1. 개요 및 연구지원사업체계 ... 65
• 2. 연구지원 실적 ... 66
• 제5절 포항방사광가속기 ... 66
• 1. 개요 및 연구지원사업체계 ... 66
• 2. 연구지원 실적 ... 67
• 제6절 중이온가속기 ... 68
• SUMMARY ... 72
• 제4장 양성자가속기연구센터 현황 및 이용 전망 ... 73
• 제1절 양성자가속기연구센터 현황 ... 73
• 1. 100MeV 선형 양성자가속기 및 빔이용시설 ... 73
• 가. 사업 개요 ... 73
• 나. 양성자가속기의 특성 ... 73
• 다. 20MeV/100MeV 양성자빔 이용시설 ... 74
• 2. 저에너지 이온가속기 ... 75
• 가. 사업단 보유 저에너지 이온가속기 ... 75
• 나. 저에너지 이온가속기 활용 실적 ... 76
• 3. 이용자 프로그램 운영 실적 ... 78
• 가. 이용자 프로그램 소과제 지원 실적 ... 78
• 나. 이용자 현황 및 조사실험 현황 ... 79
• 4. 빔이용연구 개발 현황 ... 81
• 가. 양성자빔 이용 연구 현황 ... 81
• 나. 저에너지 이온가속기 이용 기술 개발 현황 ... 82
• 5. 국내외 협력 현황 ... 83
• 가. 국외 협력 현황 ... 83
• 나. 국내 협력 현황 ... 84
• 제2절 양성자 및 저에너지 이온 가속기 이용 전망 ... 84
• 1. 나노과학기술 ... 84
• 가. 3D Lithography ... 84
• 나. 미세분석 : PIXE/PIGE ... 86
• 다. Ion-Cut ... 88
• 라. 나노입자 ... 88
• 마. 나노 소자 ... 89
• 바. TLA ... 90
• 2. 의료 ... 91
• 가. 나노의약품 ... 91
• 나. 암치료 장치 개발 ... 93
• 다. 암치료 기작 연구 ... 104
• 라. PIRT ... 106
• 마. 생체 재료 ... 108
• 3. 생명공학 ... 112
• 가. 방사선 생물학 연구 ... 112
• 나. 유용 유전자원 개발 ... 114
• 다. 마이크로빔 ... 119
• 4. 에너지/환경 ... 121
• 가. 나노촉매 ... 121
• 나. 미세 환경 분석 ... 121
• 다. 유기 태양전지 ... 122
• 5. 중성자원 ... 123
• 가. 저에너지 중성자원 ... 123
• 나. 전세계 현황 ... 124
• 다. 중성자원으로 가능성과 장단점 ... 125
• 6. 우주/항공 ... 125
• 가. 우주항공부품 내방사선 평가 및 부품개발 ... 125
• 7. 반도체/정보통신 ... 131
• 가. 전력반도체 ... 131
• 나. 나노 반도체 ... 134
• 다. 집적회로 소자 ... 134
• 8. 동위원소 ... 136
• 가. 신종 방사성 동위원소 생산 ... 136
• 9. 원자력 ... 147
• 가. 원자력 재료 시험 ... 147
• 나. 원자력 부품 성능 평가 ... 147
• 10. 재료 ... 149
• 가. 재료표면개질 ... 149
• 나. 극한환경재료(고온 고압, 고부식, 우주, 극한환경) ... 153
• 다. 초정밀 가공 (이온빔 에칭, FIB) ... 157
• 라. 기능성 플라스틱 ... 159
• 11. 기초과학 ... 162
• 가. 양성자빔 조사 후 분자 구조 변화 연구 ... 162
• 나. 핵과학분야 ... 164
• 12. 핵물리 ... 169
• 가. 입자, 핵 및 방사선 검출기 테스트 ... 169
• 나. 핵물리 실험 ... 171
• 13. 양성자빔과 이온빔 복합공정 개발 ... 173
• 가. 연료전지분야 ... 173
• 제3절 수요조사 ... 175
• 1. 수요조사 방법 ... 175
• 2. 수요조사 결과 및 분석 ... 176
• 가. 빔이용연구 제안 ... 176
• 나. 설문조사 결과 ... 181
• 다. 시설 활용도 조사 결과 ... 182
• 라. 이용자협의회 및 빔이용 연구 참여의향 조사 ... 183
• 마. 기관참여의향 조사 결과 ... 185
• 3. 부대시설 수요조사 ... 187
• SUMMARY ... 192
• 제5장 연구센터 이용 활성화 방안 수립 ... 199
• 제1절 이용자 및 전문가 의견 수렴 ... 199
• 1. 이용자 의견 수렴 ... 199
• 2. 국내 지원 사례 연구 ... 199
• 3. 전문가 자문 의견 ... 199
• 4. 가속기 이용 연구 및 시설 개발 동향 ... 201
• 제2절 가속기 이용 기초연구 및 인력양성 지원 방안 ... 202
• 1. 이용연구 지원 ... 204
• 2. 인력 양성 계획 ... 204
• 3. 부대시설 구축 ... 205
• 4. 예산 확보 방안 및 추진 계획 ... 205
• 가. 예산 확보 방안 ... 205
• 나. 추진 계획 ... 206
• 제3절 이용자협의회 구성 및 운영 ... 207
• 1. 이용자협의회 추진위원회 구성 ... 207
• 2. (가칭)양성자가속기이용자협의회 구성 ... 209
• 3. 이용자 협의회 운영 계획 ... 209
• 4. 운영 방법 ... 210
• 제4절 빔 이용 지원체계 구축 ... 210
• 1. One-Stop 서비스 ... 210
• 2. 빔이용 연구 파트너제 ... 212
• 3. 이용자 교육 ... 212
• 4. 이용자 편의시설 구축 ... 213
• 제5절 국외 이용자 확보 방안 ... 213
• SUMMARY ... 214
• 제6장 연구센터 중장기 발전방안 ... 217
• 제7장 결언 ... 220
• 참고문헌 ... 222
• 부록 ... 229
• 부록 A. PARAMETER LIST ... 229
• 부록 B. 기관참여의향서 ... 239
• 끝페이지 ... 334