국내 연구진이 오는 2015년까지 PET, SPECT 등 전량 수입에 의존하고 있는 암 진단용 핵의학 영상장치와 공항, 항만에서 화물 검색에 사용하는 보안검색 장치 등 방사성 영상기기의 완전 국산화에 도전한다.

한국원자력연구원(원장 정연호) 첨단방사선연구소(소장 김영진) 방사선기기연구부 하장호 박사 팀은 미래창조과학부 방사선기술개발사업의 일환으로 핵의학 영상장치와 보안검색장치 등 방사선 영상기기의 핵심 기술인 방사선 센서 소재와 센서 개발을 올해 안에 완료하고 이를 토대로 2015년까지 PET(양전자 단층촬영), SPECT(단일광자 단층촬영) 등 의료용 방사선 영상기기 국산 완제품을 개발할 계획이다.

방사선의 투과력을 이용해서 사람의 몸이나 화물 내부를 볼 수 있는 방사선영상기기의 핵심기술은 방사선에 반응하는 반도체 소재와 이를 활용한 반도체 영상 센서 제작 기술, 고속 전자신호 처리 및 영상화 기술, 시스템화 기술 등으로, 이중 영상화와 시스템화 분야는 우리나라도 기술력이 있지만 소재와 센서 분야 핵심 기술을 확보하지 못해 고가 방사선 영상기기의 95% 이상을 수입에 의존하고 있는 실정이다.

하 박사 팀은 지난 2007년 방사선 센서 원천기술 확보를 위한 연구개발에 착수, 2009년 Cd(카드뮴), Zn(아연), Te(텔레늄) 3가지 원소를 합성한 화합물 반도체 소재인 CdZnTe를 지름 2인치의 대구경 단결정으로 성장시키는 데 세계 6번째로 성공한 데 이어, 이보다 수율(收率)을 끌어올려 경제성을 향상시킨 지름 3인치급 이상의 CdTe와 CdZnTe 반도체 단결정을 올 하반기 중 개발 완료하고 이를 이용해서 방사선 센서를 제조해 국내외 수요자들에게 공급해 평가를 받을 계획이다.

하 박사 팀은 센서 소재 물질 및 고해상도 센서 개발과 함께 전체 시스템 개발을 위한 아날로그 전자신호 처리기술도 함께 연구하는 한편, 국내 대학과 기업이 보유하고 있는 디지털 전자기술, 영상기술과 접목해서 2015년까지 PET 등 같은 방사선 영상기기 시제품을 제작할 계획이다.

   ※ 방사선 센서 : 방사선이 물질 속을 지나면 해당 물질의 원자에 에너지를 전달해서 물질의 전자가 전리(이온화)되거나 들뜸 현상을 일으키게 되는데, 이때 발생하는 전자나 이온을 외부로 인출해서 방사선을 측정할 수 있음. 이러한 물질로 기체, 섬광체, 반도체 등이 이용되는데, 특히 CdZnTe 반도체로 방사선을 측정하면 방사선의 효율과 영상의 질을 획기적으로 높일 수 있음

   ※ 단결정(single crystal) : 고체 물질이 반복된 격자구조로 원자들이 배열된 상태를 말하며, 화학적 순도와 전기적인 특성이 우수. 다이아몬드 등 귀금속과 Si, Ge 등 반도체가 대표적 단결정임

PET, SPECT 등 의료용 방사선 영상기기는 대당 20억~50억원으로 현재 국내 시장을 GE메디컬, 지멘스, 필립스 등 외국 글로벌 기업들이 독과점하고 있어, 국산화에 성공할 경우 외산 대비 50%로 가격을 절감하고 연 1조원 대 수입 대체가 가능할 것으로 전망된다.

하 박사 팀은 CdZnTe 소재를 이용한 영상기기 개발과 함께 차세대 방사선 영상기기 시장에 글로벌 기업보다 선제 또는 동시 진입을 위해 차세대 방사선 센서 소재 후보 물질인 HgI2(요오드화 제2수은), TIBr(브롬화티탄)를 이용한 소재 개발 연구도 2017년 완료를 목표로 병행하고 있다.

방사선 3차원 광자추적형 PET(Compton-PET)는 기존의 영상장치보다 180%정도 감도가 증가한다고 이론적으로 입증됐으나 세계적으로 구현된 적이 없는 미개척 분야로, 정지 영상을 구현하는 현재 2차원 방사선 영상기기와 달리 단일 광자의 위치를 실시간으로 추적함으로써 3차원 동영상 변환이 가능해 동영상을 보면서 진단과 동시에 치료할 수 있는 최첨단 영상 장치다. 국내 연구진이 해당 기술 개발에 성공하면 기존 PET/CT 분야 굴지의 다국적 기업들과 경쟁할 기술기반이 마련되고 방사선을 기반으로 한 헬스케어 기술 분야의 미래 시장을 선도할 수 있게 된다.

한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 의료용 방사선 영상기기 국산화 뿐 아니라 개발된 기술을 이용해서 공항 및 항만에서 화물 검색에 사용하는 보안검색 장치를 개발하고 우주 망원경, 차세대 태양전지 소재로도 제공할 계획이다.

첨단방사선연구소 방사선기기연구부는 하 박사 팀이 개발하는 방사선 센서 소재 및 센서 기술을 기반으로 컨테이너 보안 검색 시스템을 개발 중으로, 각종 수출입 컨테이너들을 직접 열어보지 않고도 빠른 시간에 내부를 들여다 봄으로써 검색시간을 획기적으로 줄이고 이중 에너지 빔을 이용해 물질의 정보까지도 확인할 수 있는 장치 개발을 위해 현재 핵심 부품인 고주파 가속기를 개발하고 있다.

또한 개발된 방사선 센서 소재는 방사선 우주망원경과 기존 소재보다 태양 파장대와 잘 맞아 효율이 높은 태양전지에 활용 가능하며, 기타 100가지 넘는 소량 다품종의 고부가가치 제품의 창출이 가능해 관련 기업과의 협력을 통해 신산업, 신시장 창출에 크게 기여할 것으로 기대된다.

하장호 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 방사선기기연구부 책임연구원은  “고령화와 무혈 무통 진단치료에 대한 선호 등으로 방사선 영상기기 세계 시장은 70조원을 넘고 매년 17% 이상 빠르게 성장하고 있다”며 “방사선 센서 소재 및 센서 개발을 통해 방사선 영상기기 기술이 우리나라의 핵심 기술이 되도록 연구에 박차를 가할 것”이라고 밝혔다.