연대 측정 분야 뿐만 아니라 신약개발 등의 첨단 바이오 연구 및 재료 연구 분야에도 활용 가능한 6MV급 중대형 정전형 이온빔가속기 시설이 국내에 개소하였다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주)은 7일(목) 오전 10시, 정부 관계자 및 국내외 학계 전문가 등 50여명이 참석한 가운데 성북구 하월곡동 본원내의 이온빔가속기 연구동에서 이온빔가속기 시설의 준공식을 가지고 본격 가동에 들어갔다고 밝혔다.

이온빔가속기는 물질을 부수지 않고도 내부를 자세히 들여다 볼 수 있는 장비이다. 분석대상 물질에 고에너지를 가진 여러 원소들을 가속 충돌시켜 이때 발생되는 엑스(X)선, 산란입자 등의 에너지를 측정하여 원하는 정보를 얻는 원리로, 비파괴 성분 분석, 반도체 제작 등에 쓰인다.

현재 국내 가속기 시설은 전자빔을 가속하는 포항방사광가속기가 대표적이며 최근 경주에 양성자 전용가속기가 완공된 바 있다. 그 외 원자력의학원, 국립암센터 등에서 치료 및 진단용 싸이크로트론이 활용중이며, KIST와 같은 정전형가속기는 지질자원연구원과 서울대학교에서 운용중이다.

중대형 가속기는 소형 가속기에 비해 이온을 표적에 충돌시켰을 때 튀어나오는 검출감도가 매우 높기 때문에 국내에서는 중대형 이온빔가속기 시설의 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다. 이번에 완공된 KIST 이온빔가속기 시설은 6MV 및 2MV, 400kV급의 정전형 가속기로 구성되어 있다.

기존의 국내 3MV급 이하의 가속기가 탄소, 베릴륨 등의 원소만을 이용해 탄소동위원소 분석을 통한 연대 측정분야에서의 활용 등에 머물렀다면, 6MV급의 중대형 이온빔가속기는 그동안 분석에 어려움이 많았던 수소에서부터 알루미늄, 클로린, 아이오딘, 칼슘 등 무겁고 다양한 방사성 동위원소의 측정이 가능하기 때문에 기후변화대응연구 및 환경감시기술, 반도체, 신약개발, 소재산업 분야 등에 폭넓게 활용이 가능해 차세대 성장 동력 창출에 크게 기여할 것으로 예상된다.

또한, 이번에 개소한 이온빔가속기 시설에는 총 3대의 가속기에 6개의 이온원이 설치되어 있어 그동안 마땅한 이온빔 조사 시설이 없어 어려움을 겪었던 반도체를 비롯한 국내 재료분야 연구자들에게 30 keV에서 60 MeV의 에너지를 지닌 다양한 이온조사(수소-우라늄) 서비스를 지원할 수 있게 됐다. 가속기를 이용한 첨단 분석 및 재료개질 기능은 국내의 대표적 성장 동력인 반도체, 디스플레이, 이차전지, 태양광 산업의 경쟁력 제고에 특히 기여 할 것으로 기대된다.

    KIST 가속기 전경
 

특히 KIST의 ‘가속기 동위원소 질량분석(AMS, Accelerator mass spectrometry)’ 장치는 기존의 소형가속기로 가능했던 방사성탄소의 분석 뿐만 아니라 6MV 중대형 이온빔가속기에서만 가능한 Cl-36, Al-26, Ca-41 등의 동위원소 정량기술을 통해 신약개발을 비롯해 의학, 바이오, 고고학, 지구 온난화, 환경오염 등 다양한 연구 분야에 활용이 가능하다. KIST 6MV 이온빔가속기의 운전특성을 평가한 결과, 탄소동위원소 연대측정의 한계를 기존의 5만년에서 6만년까지 확장할 수 있게 된 것으로 평가받고 있다.

이 AMS 기술은 한 개씩의 원자를 측정하는 초극미량 분석이 가능하기 때문에 고고학 분야 이외에도, 최근 신약개발을 비롯한 첨단 바이오 연구에도 새로운 활용분야를 열어주고 있다. C-14 를 추적자로 붙인 초극미량의 약물을 투여하여 동물실험을 거치지 않고, 인간에 대한 약물 전달, 동태를 직접적으로 확인 할 수 있다.

이러한 개념을 ‘Human-microdosing’ 이라 부르며 이를 통해 임상전시험(pre-clinic test)에 소요되는 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있다. 식약청에서는 신약개발에 있어서의 ‘Human-microdosing' 의 중요성을 인지하고 2012년, 가이드라인을 제시한 바 있으며, 서울대 ‘임상시험글로벌선도센터’ 등에서도 적극적으로 연구를 추진하고 있다.

문길주 원장은 “이번에 완공된 이온빔가속기 시설은 국가 예산으로 구축된 만큼 KIST 내부 뿐만 아니라 외부에 개방형 연구시설로 운영하여 국가대형연구시설 활용의 대표적 모범으로 자리매김할 것” 이라며 “앞으로 KIST 뿐만 아니라 국내외 과학자들이 효율적으로 활용할 수 있도록 적극적인 지원과 장비 운영 및 관리에 만전을 기할 것” 이라고 말했다.

한편 금번 완공된 중대형 정전형 가속기를 비롯한 KIST 이온빔 시설은 2006년 과학기술부(현 교육과학기술부) ‘첨단연구장비 구축사업’ 으로 시작하여 추가로 자체 예산을 투입, 7년간 총 170억원의 재원이 소요되었다.