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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute |
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연구책임자 | 정문연 |
참여연구자 | 신동호 , 이상균 , 송동훈 , 조원배 , 김재훈 , 김금배 , 김경남 , 황보용훈 , 김은호 |
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2018-11 |
과제시작연도 | 2018 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO201900003665 |
과제고유번호 | 1711078182 |
사업명 | 국가과학기술연구회연구운영비지원(주요사업비) |
DB 구축일자 | 2019-07-13 |
키워드 | 암치료기.다중입자빔.레이저 플라즈마 전자빔 가속기.플라즈마 진단.극초단 고출력 레이저.의학적 선량평가.치료계획프로토콜. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201900003665 |
최종 연구목표
암치료기용 레이저 가속기반 다중입자빔 발생을 위한 핵심원천기술 개발
단계 연구목표
레이저 가속기반 다중입자빔 조사 시스템 개발 및 이로부터 발생되는 입자빔의 생물학적 모델링 구축
- 레이저 가속기반 양성자빔 발생 기술 개발
- 레이저 가속기반 전자빔 발생 기술 개발
- 레이저 가속기반 다중입자빔을 이용한 의학적 선량평가 및 치료 프로토콜 구축
연구내용
◉ 레이저 펄스 최적화 기술
1년:
- 색소 필터(RG850)를 활용한 레이저 펄스 대조비 향상 기술
최종 연구목표
암치료기용 레이저 가속기반 다중입자빔 발생을 위한 핵심원천기술 개발
단계 연구목표
레이저 가속기반 다중입자빔 조사 시스템 개발 및 이로부터 발생되는 입자빔의 생물학적 모델링 구축
- 레이저 가속기반 양성자빔 발생 기술 개발
- 레이저 가속기반 전자빔 발생 기술 개발
- 레이저 가속기반 다중입자빔을 이용한 의학적 선량평가 및 치료 프로토콜 구축
연구내용
◉ 레이저 펄스 최적화 기술
1년:
- 색소 필터(RG850)를 활용한 레이저 펄스 대조비 향상 기술(약 10~100배 증가)
- Double CPA 500 TW 레이저 시스템 구축
- XPW 필터 구축(안정적인 레이저 펄스 대조비 향상 연구)
2년:
- XPW+Double CPA 결합한 500 TW 레이저 시스템 구축
- 레이저 분산 최적화를 통한 펄스 최적화 및 압축기 효율 향상
- 레이저 펄스 대조비 향상((1011:1 @ 100 ps, 1단계 목표 조기 달성)
- ASE(amplified spontaneous emission) 분석 연구
- 페타와트 레이저 시스템 설계
- 입자빔 발생의 방해요소인 ASE 및 선행펄스의 제어 기술 개발
- 수차 보정된 Reflective beam expander 설계/제작
◉ 다중입자빔 발생 챔버 디자인 및 제어 시스템 업그레이드
1년 : 다중입자빔 발생용 통합 챔버 설계 [융합 특허 출원 완료]
양성자 발생 챔버내 빔 진단용 모터 제어 프로그램 개발 [Labview 기반 시스템]
타겟 모니터링 시스템 하드웨어 업그레이드
2년 : 양성자 발생 챔버내 광전송 운영 시스템 제어 프로그램 개발
[기존 C 언어 기반에서 Labview기반 시스템으로 개발 완료]
양성자 발생 챔버내 광전송 운영 시스템 제어 하드웨어 전면 교체
OAP mirror 모니터링 및 정밀 타겟 포지셔닝 시스템 신규 개발
3년 : 신규 빔 진단 시스템 및 Labview 기반 운영 프로그램 구축
정밀 타겟 포지셔닝 시스템과 빔 프로파일링 시스템 [1st version]통합
신규 타겟 모니터링 시스템 및 대구경 거울 모니터링 view ports 구축
양성자 발생 챔버내 모터제어 시스템 및 운영 프로그램 개선 작업
◉ 전자빔 에너지 향상을 위한 밀도 증가 구조 연구
1년 : 균일 밀도 기체 표적 생성을 위한 노즐 설계/제작 및 이를 이용한 전자빔 가속
- 긴 플라즈마 생성을 위한 사각 노즐 제작
2년 : 밀도 중가 구조 생성 및 이를 이용한 전자빔 에너지 향상
- 노즐 각도 변경이 가능한 마운트를 사용하여 각도 조정 → 밀도 증가량 조정
3년 : 밀도 증가 구조 최적화를 통한 에너지 향상
- 균일한 플라즈마 생성을 위한 기존 밸브 바디 교체형 노즐 재 설계/제작
- 동일한 중심 밀도에서 밀도 증가 구조 최적화
◉ 전자빔의 전하량 향상을 위한 이온화 주입법 연구
1년 : 높은 원자번호를 가지는 질소를 이용한 전자빔 가속
- 레이저 강도 조정을 통한 이온화에 의한 레이저 변형 최소화
2년 : 질소와 헬륨 혼합 기체를 이용한 이온화 주입 전자빔 가속
- 질소 함량에 따른 전자빔의 특성 최적화
3년 : 낮은 밀도의 플라즈마를 이용한 이온화 주입
- 낮은 함량(1%)의 질소 혼합기체와 레이저 사양 조정을 통한 전하량 및 안정화 향상
◉ 전자빔 사양 향상 및 안정화를 위한 고출력 레이저 최적화
1년 : 레이저의 주 증폭기 최적화를 통해 증폭율 향상(30%),
레이저의 위치 안정성 향상을 위해 재생 증폭기 반복률 조성(위치 안정도 2배 향상)
2년 : Spatial Light Modulator를 이용하여 레이저 펄스 최적화
주 증폭기 입력 자동 조정을 통해 장시간 동안 레이저 안정성 향상(수직변위 4배 향상)
3년 : 에너지 향상을 위해 재생 증폭기와 주 증폭기에 2-pass 증폭기 설치(에너지 50% 향상)
레이저 펄스의 phase를 정확히 측정하기 위해 XPW를 이용하는 phase 측정 장치 설치
◉ 전자빔의 의학적 특성 측정을 위한 전자빔 조사 시스템 설계/제작
2년 : 전자빔 조사를 위한 자기장 광학계용 자석 설계/제작
전자빔 조사를 위한 빔포트 설계/제작, depth dose측정을 위한 물팬텀 제작
3년 : 에너지 선택형 전자빔 조사를 위한 자기장 광학계 재설계(기존 자석에 추가)
전자빔의 dose, PDD 등의 의학적 물리량 측정
→ 레이저 가속 기반 전자빔의 치료 가능성 확인
연구성과
◉ 입자빔 생성을 위한 높은 대조비(1011:1 @ 100 ps)의 500 TW 레이저 자동화 시스템 구축
◉ 2단계 5년차 최종목표 페타와트 조기 달성을 위한 펌프 레이저 구축->4차년도에 페타와트 레이저 시스템 구축예정
-특허-
◉ 다중입자빔 발생을 위한 ‘레이저 가속기반 양성자빔과 전자빔 복합 암치료장치’ 특허출원 [PR20160785] 및 등록 [제10-1829298호]
◉ 전체 시스템을 컴팩트하게 구축하기 위한 ‘모듈화된 광학계 사이의 광 정렬을 자동화한 레이저 시스템’ 특허 출원 [PR20180278]
-논문-
◉ 초고출력 레이저 시스템의 광스위치로 활용가능한 탄소 구조체 (그래핀) 기반의 포화흡수체 개발 → 중적외선 대역의 고체레이저에서도 활용 가능함을 확인 (OE 24, 20774 (2016) : IF 3.356 Journal)
◉ 초고출력 레이저 시스템의 광스위치로 활용가능한 탄소 구조체 (탄소나노튜브) 기반의 포화흡수체 개발 → 550 MHz 고반복율 고체레이저에서도 활용 가능함을 확인 (COL 16, 061404(2018) : IF 1.948 Journal)
◉ 긴 플라즈마를 생성할 수 있는 노즐을 사용하여 전자빔 가속 → 낮은 강도의 레이저를 사용하여도 전자빔을 가속할 수 있음을 확인 (JKPS 71, 256 (2017))
◉ 플라즈마에 의한 레이저 펄스 변형을 통한 전자빔 가속 → 레이저 변형으로 인해 질소의 이온화 주입이 가능하며 이때 주어진 레이저에서 최대 에너지를 얻을 수 있는 플라즈마 밀도가 존재 함을 보임(PPCF 60, 034008 (2018) : IF 3.0 Journal)
◉ 밀도 전이 구조를 이용한 전자 주입을 위해 shock 구조 생성 → 전자 가속을 위한 플라즈마의 밀도와 전자 주입을 위한 밀도 전이 구조 위치를 실험적으로 측정하여 최적화 가능성 확인(JKPS 73, 561 (2018))
◉ 레이저 기반 전자빔 가속기는 전기연에서 장기간 연구되어온 분야로 의료기기로의 응용을 위한 본과제를 위해 16년에 grating 구매를 위한 직접비 3.4천만원 지원, 17년에 레이저 구매를 위한 1억6천만원 규모의 직접비 지원이 있었음
◉ 안산시에서 고대 병원과 지역 연구소와 함께 진행하고 있는 매디컬 클러스터 기획에서 전자빔을 이용한 암치료기 분야 진행 중임
(출처 : 요약문 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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