-  PET/SPECT 용 동위원소 개발 박차, 방사선 영상기기 기술 완전 자립 도전 -

암 등 각종 질환 진단 및 치료를 위한 의료용 방사성 동위원소와  양성자 빔 활용연구를 위한 중형 사이클로트론(나선형 입자가속기)이 본격 가동돼 해당 연구가 활발해질 전망이다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 한국원자력의학원이 개발해 한국원자력연구원(원장 김종경) 정읍 첨단방사선연구소에 설치해온 30 MeV(백만 전자볼트) 급 중형 사이클로트론 ‘RFT-30'이 지난해 10월 한국원자력안전기술원(KINS)으로부터 시설 인허가 및 생산허가를 받음에 따라 올해부터 연구 목적의 방사성 동위원소를 생산할 수 있게 됐다고 밝혔다.

‘RFT-30'은 수소 음이온 H-(수소 양이온+전자 2개)를 고전압/고주파 전극을 사용해 나선형 궤적으로 가속한 뒤 얇은 탄소 포일(Carbon foil)을 통과시켜 전자를 제거해 수소 양이온(양성자)을 인출하는 30 MeV 급 중형 사이클로트론으로, 1.5V 건전지 2천만 개에 해당하는 에너지인 30 MeV까지 수소 입자를 가속시킬 수 있다.

※ 사이클로트론 : 조기 암 진단을 위한 PET(양전자방출단층촬영) 용 동위원소 등을 생산하는 입자 가속기. 입자가 나선형의 궤도를 통해 회전 반경이 커지면서 높은 에너지를 얻는 방식으로, 개발비가 저렴하고 비교적 작은 규모에서 효과적으로 입자를 가속시킬 수 있어 동위원소 생산 또는 저에너지 가속기에 적용되고 있다.

‘RFT-30'은 2008년 개발 후 이듬해인 2009년 첫 설치 당시 빔 전류를 안정적으로 인출하지 못해 가동에 차질을 빚어왔으나, 첨단방사선연구소 방사선기기연구부 허민구 박사 팀이 자기장 보정과 전력 공급 안정화를 통해 출력을 향상시키고 2012년 9월부터는 채종서 성균관대 교수를 중심으로 한 국내 연구진으로 구성된 ‘사이클로트론 정상화 TFT'를 통해 가속기 주요 결함을 해결함에 따라 30 MeV에서 200 ㎂ 의 빔 전류를 2시간 이상 안정적으로 인출함으로써 세계 시장 점유율이 가장 높은 벨기에 IBA사 제품 수준의 높은 성능을 낼 수 있게 됐다.

현재 국내 가동 중인 사이클로트론은 총 39대(국내 개발은 8대)이며 그 중 30 MeV 규모는 한국원자력의학원에 설치된 IBA cyclon-30과 MC-50에 이어 ‘RFT-30'이 3번째로 국내 가속기 개발/운영 기술 수준을 한 단계 높여 사이클로트론을 기반 중입자가속기 연구의 토대를 마련한 것으로 평가된다.

‘RFT-30'이 본격 가동됨에 따라 암을 조기에 진단하는 SPECT(단일광자방출단층촬영) 및 PET(양전자방출단층촬영)에 사용되는 동위원소와 치료용 동위원소 등 방사성 의약품의 연구개발이 활발해지고, 사이클로트론에서 발생하는 양성자 빔을 활용해 환경, 우주, 생명공학 등 첨단 기초 및 응용과학 연구에도 활용될 전망된다.

사이클로트론은 표적 물질의 원자핵에 높은 에너지의 양성자를 충돌시켜 원자핵을 이루고 있던 중성자 또는 양성자 한 개(또는 그 이상)를 방출시킴으로써 새로운 입자로 바꾸는 핵반응에 의해 각종 동위원소를 생산하는 기기로,

한국원자력연구원은 ‘RFT-30'를 이용해 코발트-57(57Co), 갈륨-67(67Ga), 요오드-123(123I), 탈륨-201(201Tl)등 SPECT 용 동위원소와 요오드-124(124I), 브롬-76(76Br), 게르마늄-68(68Ge) 등 PET 용 동위원소, 팔라듐-103(103Pd)과 같이 암 치료와 진단을 동시에 수행하는 동위원소를 개발하고, 각종 암과 뇌 질환 등의 난치성 질환 진단을 위한 방사성 동위원소 표지화합물과 방사성 의약품 개발에도 활용할 계획이다.

※ 표지화합물(labelled compound) : 화합물을 이루는 특정 원자를 동위원소로 치환(대체)하거나 동위원소를 미량 추가하는 표지 기술을 통해 제조한 화합물. 방사성 동위원소를 표지한 화합물을 체내에 투여하면 동위원소가 내놓는 방사선을 측정함으로써 화합물의 체내 거동을 정확하게 관측할 수 있다.

한국원자력연구원은 연구용 목적으로 인허가 받은 ‘RFT-30’을 1년 이상 안정적으로 운영한 뒤 동위원소 생산과 시설 관리를 위한 인력 충원 후 판매 인허가로 변경할 예정으로, 이후 동위원소 생산 전문 기업 유치와 기술 이전을 통해 의료용 동위원소 생산을 목표로 하고 있다.

한국원자력연구원은 SPECT/PET용 동위원소 개발에 머물지 않고 SPECT/PET의 핵심 기술인 방사선 센서 소재와 센서 기술 자립을 통해 현재 전량 수입에 의존하는 의료용 방사선 영상기기를 2015년까지 완전 국산화하기 위한 연구개발에도 박차를 가할 계획으로, 현재 이를 위한 센서 소재 및 센서 개발이 마무리 단계에 있다.

RFT-30 사이클로트론 및 빔라인