15-방사선(채종서)-기술

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연경 설
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1 Journal of Radiation Industry 6 (1) : 101~110 (2012) Technical Paper 방사선산업용가속기의현황과전망 채종서 * 성균관대학교에너지과학과 The Status and Prospects of Accelerators in Radiation Industries Jong-Seo Chai* Department of Energy Science, Sungkyunkwan University, Suwon , Korea Abstract - This paper is described the review of several selected accelerators and the use of accelerators in various purposes. The electrostatic accelerators and RF accelerators have been developed before the second world war for the purpose of basic research of physics mainly. RF driven accelerators have been achieved higher energy and applied in medical and industrial use after 1980 s. Accelerators have improved incorporating new technologies : axial and horizontal injection, stripping extraction, superconducting RF, computer control, superconducting magnet etc.. Also recent key technologies as BT and NT make the expansion of applications of the accelerators. Key words : Accelerator, Irradiation, Cyclotron, Linac, Synchrotron 서 론 * Corresponding author: Jong-Seo Chai, Tel , Fax , . jschai@skku.edu 1895년독일의빌헬름뢴트겐 (Wilhelm Roentgen) 은내부를열어보지않고물체내부의정보를획득할수있는 X선을발견하였다. X선을발견한이듬해인 1896 년부터많은의학자들은뢴트겐의 X선을질병의진단에활용하기시작하였다. 이후 X선등의방사선은높은에너지의입자빔에서획득할수있다 (Slepian 1928) 는사실을인지하면서과학자들은입자빔의에너지를높일수있는입자가속기들을개발하였다 (Van de Graaff 1931). 1931년 Cockcroft와 Walton은높은직류전위차를이용하여정전형가속기를개발하였고 (Cockcroft and Walton 1932) 같은해에미국의 E.O. Lawrence는 Wideroe가발표한고주파공진의가속원리를적용한사이클로트론을발명하였다 (Lawrence et al. 1931). 세계 2차대전후가속기기술의발전은급속히높은에너지의전자빔 (McMillan et al. 1945) 을만들수있게되어짧은파장의 X선장치들이개발되었다. 단파장의고밀도 X선은암치료등에효과가좋아여러형태의장치들이개발되었다 (Scharf 1986). 특히방사선치료기분야에서가속기의이용은더욱활발하여로봇팔과전자가속기를결합한치료장치인사이버나이프 (Cycler Knife), 방사선영상유도치료기인 IGRT (Image Guided Radiation Therapy), 방사선단층치료기 (Tomo Therapy), 강도조절방사선치료기 (IMRT: Intensity Modulation Radiation Therapy) 등첨단방사선치료기법과장치가개발됨에따라방사선치료용선형가속기의수요가꾸준히증가하고있다. 감마선을주로이용하고있는추적자중심의핵의학 101

102 채종서 Fig. 1. X-ray photo by W. Roentgen in 1895 (left) High resolutive X-ray photo at New York hospital in 1896 (right). 영상시장도분자영상의학시장확대에따라의료용가속기수요가증대되고있다.

의료용뿐만아니라비파괴검사와재료처리와물질분석을위한소형의입자가속기들이개발되어상업화되어생산판매되고있다. 본논문에서는앞서기술한 X선과감마선을발생시킬수있는저에너지중심의산업용가속기의종류와생산및시장현황과향후의가속기산업을분석하였다.

2 102 채종서 Fig. 1. X-ray photo by W. Roentgen in 1895 (left) High resolutive X-ray photo at New York hospital in 1896 (right). 영상시장도분자영상의학시장확대에따라의료용가속기수요가증대되고있다. 2006년보고된 IAEA (IAEA DCRP-2006) 에따라면 IAEA 미가입국을포함하여전세계적으로약 1,350여대의사이클로트론이운영중에있다. 18 F, 11 C와같은단반감기방사성동위원소를사용한암진단법의활성화에따라사이클로트론-PET 스캐너를이용한진단시설이꾸준히증가하고있으며, FDG 의판매시장이확대되고있다. 의료용뿐만아니라비파괴검사와재료처리와물질분석을위한소형의입자가속기들이개발되어상업화되어생산판매되고있다. 본논문에서는앞서기술한 X선과감마선을발생시킬수있는저에너지중심의산업용가속기의종류와생산및시장현황과향후의가속기산업을분석하였다. 가속기의종류 입자가속기는형태에따라선형 (linear) 과원형또는환형 (circular) 으로나뉘며가속에너지구동방법에따라정전형과고주파 (RF) 형으로구분된다. 가속입자에따라전자와이온으로분류되며이온은상태에따라안정이온과불안정이온인방사성이온으로분류된다. 1. 정전형가속기 (Electrostatic Accelerators) 정전형가속기는하전입자에높은전위를가진 DC Fig. 2. The Cockcroft-walton accelerator at the National Accelerator Laboratory in Batavia, Illinois (Courtesy of NAL). 전압을대전하여입자의에너지를높이는형태의가속기이다. 전위를높이는전원장치의종류에따라 Cockcroft-Walton 정전형가속기와 Van de Graaff의정전형가속기가있다.

방사선산업용가속기의현황과전망 103 2. Cockcroft-Walton 정전형가속기 Cockcroft-Walton 가속기는직류고전압을만들기위하여축전기와정류기를조합한배전압정류회로를갖는가속기이다. 1932년에처음제작된 Cockcroft-Walton 가속기는최초의핵변환을성공시키는데활용되었다.

3 방사선산업용가속기의현황과전망 Cockcroft-Walton 정전형가속기 Cockcroft-Walton 가속기는직류고전압을만들기위하여축전기와정류기를조합한배전압정류회로를갖는가속기이다. 1932년에처음제작된 Cockcroft-Walton 가속기는최초의핵변환을성공시키는데활용되었다. 최근에는반도체정류기의발달로소형화되어가속기전체를고압탱크에넣어고압가스를채워가속전압을 13 MeV로올려사용한다. 이온 beam 가속기의전치가속단으로많이사용된 Cockcroft-Walton 가속기는최근빔전류세기와제작비, 크기및유지보수등의장점이더많은 RFQ (Radio Frequency Qudrupole) 로대치되고있는상황이다. 3. 반데그라프 (Van de Graaff) 와탄뎀형가속기 (Tandem Accelerator) 전하이송벨트 전원장치 제전기 이온원공동구전극가속빔라인표적장치 Van de Graaff 가속기는직류고전압을정전기전기로발생시키는가속기로고압탱크속에하전용벨트, 고전압전극, 이온원, 가속관등이있으며, 이온, 전자모두를가속시킬수있다. 고압탱크속에는질소, 이산화탄소등의가스로 10기압정도를유지하고있다. 최근에는양성자를 20 MeV까지가속하는 Tandem형 Van de Graaff 가속기가있다. Fig. 3. Conceptual Diagram of Van de Graaff. 4. 유도전기장이용가속기 (Induction Accelerator) 자기선속의변화를주었을때생기는유도전기장을이용하여전자를가속시키는가속기이다. 1) 유도전기장선형가속기 (Induction LINAC) 외부전류원이회로를통해방전되어질때빔의진행방향을따라유도되는전기장을이용하여전자를가속시키는가속기이다. Induction linac은높은세기의짧은펄스형태의 beam을가속시키는데사용된다. 2) 베타트론 (Betatron) 높은전압을사용한효과를이용하여전자를가속하는가속기의하나로둥근교류전자석의극을마주놓고자기장을변화시킬때그극의주변에따라생기는유도기전력을이용하여전자빔을가속한다. 5. 고주파가속기 (Radio-Frequency Accelerators) 고주파의전기장으로고전압을생성시켜입자를반복적으로가속시키는방법으로최종에너지까지가속전압을인가시켜에너지를상승시키는방식으로선형가속기 (linac) 와자기장을이용하여입자를원형으로가속시키 Fig. 4. The inside of Drift Tube Linac. 는싱크로트론과사이클로트론등이있다. 1) 선형가속기 (LINAC) 여러개의고주파전극을통하여고주파전압을반복하여하전입자에인가하여가속시키는것으로진동하는고주파전압중에서하전입자의운동과전극배치를조화시켜가속위상만을끄집어내어하전입자를가속시킨다. Linac은펄스 (Pulse) 와 CW (Continuous Wave) 의고주파를인가할수있다. 따라서 RF에펄스를인가할경우가속이온빔은펄스형이되고 CW를인가하였을경

104 채종서 Fig. 5. The 1st Medical Cyclotron, KIRAMS-13, in Korea (Courtesy of KIRAMS). 우 CW형이된다. 2) 사이클로트론 (Cyclotron) 사이클로트론은원형의자석사이에두개의반원형고주파전극을설치한것으로고주파전극에고주파전압을걸어서이온을전극사에서교번시켜가속시킨다.

3) 싱크로트론 (Synchrotron) 입사기 (Injector) 가하전입자빔을가속링에보내면가속링내의휨자석 (Bending Magnet) 들에의해입자들을원운동으로유도하고 RF 전극에서가속이이루어지며사극자석 (Quadrupole Magnet) 과이극자석 (Dipole Magnet) 에의해빔집속이이루어진다.

4 104 채종서 Fig. 5. The 1st Medical Cyclotron, KIRAMS-13, in Korea (Courtesy of KIRAMS). 우 CW형이된다. 2) 사이클로트론 (Cyclotron) 사이클로트론은원형의자석사이에두개의반원형고주파전극을설치한것으로고주파전극에고주파전압을걸어서이온을전극사에서교번시켜가속시킨다. 일정한자장속에서이온은등속도원운동을하기때문에이온은에너지크기에따라속도가다르나궤도의원주길이또한달라일정하게등시성 (Isochronism) 을유지한다. 이때이온은가속전극사이를통과할때마다고주파전기장에의해가속되어이온의회전반경은차츰커지고나선모양의궤도를그리면서고에너지로가속된다. 3) 싱크로트론 (Synchrotron) 입사기 (Injector) 가하전입자빔을가속링에보내면가속링내의휨자석 (Bending Magnet) 들에의해입자들을원운동으로유도하고 RF 전극에서가속이이루어지며사극자석 (Quadrupole Magnet) 과이극자석 (Dipole Magnet) 에의해빔집속이이루어진다. 빔의실제경로는원운동을하는동안가속과휨, 집속등의작용이반복적으로이루어진다. 휨자석은빔의경로를유지하도록빔의속도에따라자기장을변화시키는데하전입자의속도가커질수록자기장의세기또한커져항상하전입자의원운동궤도를유지시킨다. Synchrotron에사용되는가속빔은다른가속기와마찬가지로전자와이온빔이가능하다. 원형으로하전입자가가속운동을하게되면 synchrotron radiation이라불리는전자기파를방출하게되어전자와양성자는원형가속기에서원운동을하면서에너지를잃어버리게된다. Fig. 6. Photo of alternating gradient synchrotron at Brookhaben National Laboratory in (Courtesy of BNL). 따라서처음에는이러한이유로무게가가벼운전자를가속하지않고양성자나다른이온들을가속하였다. 그러나전자에의해발생하는방사선이파장이짧은 X선으로방사선의선질을높여고체, 화학, 생물분야의내부분석에많은장점이있어현재널리사용한다. 1. 금속재료가공 가속기의산업분야 정밀금속재료나기계부품들은전자빔가속기를이

방사선산업용가속기의현황과전망 105 Fig. 7. High precision mechanical components processing with low energy electron beam accelerator (Courtesy of Sciaky Inc.). 용하여정밀처리를할수있다.

55 mm 내에초당 3,000개의구멍을내는초정밀드릴링이나커팅에이용하는초정밀가공용금속처리에이용되므로자동차공업은물론정밀의료기기및우주공학기술에사용된다. 2. 방사선가교및소독 전자빔조사는화합물질의방사선가교에응용할수있다. 전자가교의결과로전송선이나전력선의피복에전자빔을조사하면내열및절연이향상되어고신뢰성선로피복제를생산할수있다.

5 방사선산업용가속기의현황과전망 105 Fig. 7. High precision mechanical components processing with low energy electron beam accelerator (Courtesy of Sciaky Inc.). 용하여정밀처리를할수있다. 정밀재료처리에사용되는전자선가속기는비교적낮은에너지로 30 kev에서 200 kev 내외이지만빔출력이약 200 kw에도달할정도의높은출력을갖는다. 전자빔재료처리응용은 1905년부터시작되었다. 이처리기술은자동차부품의용접부위나경화가필요한부분그리고고속의기어부분에많이이용된다. 또한직경 0.55 mm 내에초당 3,000개의구멍을내는초정밀드릴링이나커팅에이용하는초정밀가공용금속처리에이용되므로자동차공업은물론정밀의료기기및우주공학기술에사용된다. 2. 방사선가교및소독 전자빔조사는화합물질의방사선가교에응용할수있다. 전자가교의결과로전송선이나전력선의피복에전자빔을조사하면내열및절연이향상되어고신뢰성선로피복제를생산할수있다. 또한전자빔조사는자동차타이어산업에도적용이가능하여타이어수명연장에큰효과를나타내고있다. 전자빔은방사선가교뿐만아니라상처부위의소독과치료를위하여사용되는하이드로겔 (Hydrogel) 의생산에도활용가능하다. 주사기, 장갑, 주사기, 카테터, 유체백, 반창고, 외과용가운, 타월, 튜빙등여러종류의의료용품들의소독에활용된다. 전자가속기에의한빔조사비용은미국에서만연간 500억불로거대한방사선시장이형성되어있다. 전자빔조사용가속기는에너지의크기에따라저에너지, 중에너지, 고에너지형으로구분된다. 저에너지형은 400 kev Fig. 8. Electron accelerator for radiation cross linking (Courtesy of Electron Crosslinking AB). Table 1. List of electron accelerator companies for radiation cross linking and sterilization Manufacturer Nation EB TECH Co., Ltd. Korea Electron Crosslinking AB Sweden Energy Sciences, Inc. Wasik Associates Advanced Electron Beams L-3 Communications Pulse Sciences Division D. V. Efremov Institute Russia PCT Prod. & Mfg Germany IBA Industrial, Inc. Belgium Nissin High Voltage Corporation Denki Kogyo Co, Ltd. IHI Corporation Vivirad France Gettinge Linac France Mevex Canada Budker Institute of Nuclear Physics Russia 이하의에너지를갖는자체차폐형의 DC 정전형가속기로단선의케이블이나얇은필름이나라미네이트등의가교등에사용된다. 중에너지형은 DC 정전형과고주파형의가속기로 400 kev에서 5 MeV 이내의에너지이다. 주로의료용품, 타이어, 고무, 플라스틱등어느정도의두꺼운폴리머계열의가교나소독에이용된다. 중에너지의대표적인상업용가속기는정전형의 Dynamitron과 BINP사의 ILU 등이있다. 5 MeV 이상 10 MeV의고에너지전자가속기는의료생산품의대규모소독에이용되며물론식품조사, 폐수처리등의물의재활용에도이용된다. 고에너지가속기

106 채종서 는주로RF형의가속기로 RF선형가속기와 Rhodrotron 이대표적인가속기이다. 3. X-선검색용가속기비파괴검사용가속기의활용이확대되어공항, 항만등의밀수및화약무기류의검색이주종을이루게되었다. 특히 9/11 테러이후세계보안검색시장은가장빠르게, 안정적으로성장하고있는시장중의하나임.

이러한국제교역환경변화에대비하여미국에서는 SAIC, RAPISCAN, L-3 Communications 등관련회사를주축으로컨테이너검색기 1,000대를공급하기위한 Project ( 프로젝트 ) 를수행하고있다. 국내공항에서도대테러방지를위한강력한의지로 테러에대해단 0.

6 106 채종서 는주로RF형의가속기로 RF선형가속기와 Rhodrotron 이대표적인가속기이다. 3. X-선검색용가속기비파괴검사용가속기의활용이확대되어공항, 항만등의밀수및화약무기류의검색이주종을이루게되었다. 특히 9/11 테러이후세계보안검색시장은가장빠르게, 안정적으로성장하고있는시장중의하나임. 미국에서는자국내공항을통과하는모든수화물에대해 100% 검색을시행하는법안을 2002년에제정하였으며, 2007년에는자국으로반입되는해운 / 항공컨테이너화물을 100% 외국항만에서방사선정밀검색하도록의무화 (9/11 테러대책권고이행법률 ) 하고현재그시범사업을시행하고있다. 이러한국제교역환경변화에대비하여미국에서는 SAIC, RAPISCAN, L-3 Communications 등관련회사를주축으로컨테이너검색기 1,000대를공급하기위한 Project ( 프로젝트 ) 를수행하고있다. 국내공항에서도대테러방지를위한강력한의지로 테러에대해단 0.1% 의의심사항이라도간과할수없다 는보안의식을강조하고있고, 약 1,400억원규모의인천공항 2단계보안시스템통합사업을추진계획이며서울역 ~ 인천간공항철도보안시스템이나인천공항화물검색을위해서도 X-선검색시스템도입을추진하고있어, 이러한분위기에서보안산업분야의기술개발수요는매년가파르게상승하고있다. 이러한검색장비의방사선원은전자가속기를이용하고있다. 사용되는전자가속기는 1~16 MeV의높은에너지를가진가속기가이용된다. 검색용전자가속기를공급하고있는대표적인회사로는미국의 Varian Medical Security & Inspection Products와중국의 NUTECH이있다. 이외에도 L & W Research (), HESCO (), EuroMeV (France), MEVEX (Canada), JME Ltd. (UK) 등이있다. 4. 이온주입용가속기 Fig. 9. IBA Rhodrotron (Courtesy of IBA). 이온주입법은열평형이아닌상태에서순간적으로물질을합성하는것이다. 물질을이온화하고가속기를사용하여일정한에너지로높인이온을물질에조사하면물질에이온을주입시킬수있다. 일반적으로물질 Fig. 10. Non destructive image for Cargo tailor by VARIAN inspection system (Courtesy of Varia Inc.).

방사선산업용가속기의현황과전망 107 합성을할때새로운물질을만들어내려면극한상태를만들어내는것이가장효과적이다. 극한상태에서임의의고온이나임의의고압을가하면원자배열및조합이발생하여신물질이생성된다. 생성된신물질은상온상압하에서변화된상태를유지하며안정하게존재할수있다. 예를들어, 다이아몬드등에서의결합상태는고온고압하에서만가능하지만상온상압하에서충분히안정한상태로존재하고있다.

7 방사선산업용가속기의현황과전망 107 합성을할때새로운물질을만들어내려면극한상태를만들어내는것이가장효과적이다. 극한상태에서임의의고온이나임의의고압을가하면원자배열및조합이발생하여신물질이생성된다. 생성된신물질은상온상압하에서변화된상태를유지하며안정하게존재할수있다. 예를들어, 다이아몬드등에서의결합상태는고온고압하에서만가능하지만상온상압하에서충분히안정한상태로존재하고있다. 큰운동에너지를가진이온이물질중에주입되면, 그에너지가열에너지로변환되는과정에서일부고온, 고압을발생시킬수있다. 주입할수있는이온은거의모든원소의이온을이용할수있어각종물질에이온주입이가능하다. 국소적으로는고온고압을발생하고있음에도불구하고, 전체시스템으로서는상온에서조작할수있다는것이이온주입법의특징이다. 이온주입법은물질합성을위한새로운방법으로산업적이용가능성은매우크지만, 실제로각종소재에대해이온주입법을적용할때에는각각의경우에대응하여특수한연구가필요하다. 즉, 원리적으로는비교적간단하지만, 공업기술적으로해결하여야하는부분이있다. 이온주입이란앞서기술한바와같이이온을가속하여물질에조사하는것이므로어떤형태의가속기를사용하여도원리적으로는가능하다. 그러나주입된이온이고체표면보다어느정도심부까지도달할수있는지가중요하므로가속전압이이온주입의중요한요인이다. 따라서요구되는가속전압은 kv급에서 MV급이다. 반도체소자용은수백 kv가요구되고공업재료는수 MV에서수십 MV까지필요하다. 현재이온주입용가속기를생산판매공급하는회사는 Table 2와같다. 현재이온주입용가속기는반도체분야의 CMOS 제조공정과디지털카메라용이나핸드폰의사진기의 CCD (Charge Coupled Device) 및 CMOS (Complementary-symmetry Metal-Oxide-Semiconductor) 영상소자그리고광 전태양전지의생산에필요한실리콘소자의생산에사용된다. 이외에도마찰을최소화하는금속재료와생체재료개발에사용된다. 5. 방사성동위원원소생산용가속기방사성동위원소를생산하는가속기는양성자와중양자를가속시킬수있는 RF선형가속기와사이클로트론의형태의가속기이다. 상업적으로이용되는방사성동위원소는중성자과잉핵종과양성자과잉핵종으로분류되는데중성자과인핵종은원자로에서생산할수있고양성자과잉핵종이가속기를이용하여생산가능하다. 가속기로생산할수있는방사성동위원소는양전자방출핵종과감마선방출핵종으로구분된다. 대표적인양전자방출핵종은 18 F, 11 C 등이있으며주로 PET/CT (Positron Emission Tomography/Computerization Tomography) 스캐닝에사용된다. 감마선핵종은 123 I, 203 Tl, 67 Ga 등이있는데주로 SPECT (Single Photon Computerization Tomography) 등에의한스캐닝에사용되며감마핵종생산용가속기의에너지는 20 MeV 이상이어야한다. Table 2. List of manufacturer of ion implantation Manufacturer Varian Semiconductor Equipment Axcelis Technology SEN Corp Nissin Ion Equipment Company Ulvac Technologies & IHI Corp China Electronics Technology Group Ibis Technology Advanced Ion Beam Technology HVEE B.V. National Electrostatic Corporation Danfysik Nation China Netherland Denmark Fig. 11. KIRAMS-30 cyclotron at KAERI (Courtesy of KAERI). Table 3. List of commercial cyclotron companies Manufacturer Nation GE Healthcare Sweden Siemens Medical Systems Ion Beam Applications SA Belgium Advanced Cyclotron Systems Canada Sumitomo Heavy Industries Samyoung Unitech Co. Korea Thales GERAC France AccSys Technology, Inc.

108 채종서 Fig. 12. Accelerator mass spectrometry by NEC (Courtesy of NEC, ). Fig. 13. D-T accelerator (Courtesy of Thermo Scientific). 현재양전자방출핵종은주로 PET 진단등의료적으로이용되고있으나두께측정이나물질의습도측정과분석용추적자로이용되기도한다. 6.

Rutherford Back Scattering (RBS) Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) Particle Induced X-ray Emission (PIXE) Particle Induced Gamma ray Emission (PIGE) Nuclear Reaction Analysis (NRA) Charged

생산판매업체로는네덜란드의 HVEE와미국의 National Electrostatic Corporation이대표적이며일본의 Kobe Steel, Ltd에서도생산판매한다. 8. 중성자발생용가속기중성자의발생은크게 MeV급의대형가속기와 (d,t) 반 Fig. 14. Pohang light source (Courtesy of PAL).

8 108 채종서 Fig. 12. Accelerator mass spectrometry by NEC (Courtesy of NEC, ). Fig. 13. D-T accelerator (Courtesy of Thermo Scientific). 현재양전자방출핵종은주로 PET 진단등의료적으로이용되고있으나두께측정이나물질의습도측정과분석용추적자로이용되기도한다. 6. 이온빔분석용가속기 이온빔분석용가속기는산업현장에서발생되는오염이나환경감시를하거나지질및해양분석은물론의생명과학과에너지재생등의물질분석에도이용되는전반적인산업과과학기술용으로사용되는범용형태의가속기이다. 이온빔분석용가속기로수행할수있는분석의범위는아래와같다. Rutherford Back Scattering (RBS) Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) Particle Induced X-ray Emission (PIXE) Particle Induced Gamma ray Emission (PIGE) Nuclear Reaction Analysis (NRA) Charged Particle Activation Analysis (CPAA) Accelerator Mass Spectrometry (AMS) 이온빔분석용가속기는수 100 kev에서수 MeV의에너지를갖는정전형가속기가대표적인형태이다. 생산판매업체로는네덜란드의 HVEE와미국의 National Electrostatic Corporation이대표적이며일본의 Kobe Steel, Ltd에서도생산판매한다. 8. 중성자발생용가속기중성자의발생은크게 MeV급의대형가속기와 (d,t) 반 Fig. 14. Pohang light source (Courtesy of PAL). 응이나 (d,d) 반응을통하여중성자를발생시키는밀봉튜브형이있다. 중성자발생용의주종은밀봉튜브형이며주요생산업체는 Thermo Scientific (), Adelphi Technology, Inc (), EADS Sodern (France) 와 All-Russia Research Institute of Automatics-VNIIA (Russia) 가있다. 또한가속기형태의중성자발생장치공급회사로는양성자와중양자를가속시킬수있는선형가속기업체인 AccSys Technology, Inc. 와 IBA; Dynamitron, Sumitomo Heavy Industries;cyclotron, 및 NEC and HVEE; electrostatic accelerator 등이있다. 9. 방사광가속기방사광가속기에서발생하는 X선은파장이매우짧고세기가강한 coherent 성의광원이다. 이러한광원은초

9 방사선산업용가속기의현황과전망 109 고진공상태에서만가능하여선진각국들이산업뿐만아니라과학기술용으로앞다퉈건설하고있다. 산업용으로사용되고있는방사광시설은수백 MeV에서 1.5 GeV 정도의전자빔을가속하는것으로상대적으로에너지가높지않은가속기를이용한다. 산업용방사광가속기는주로반도체분야의표면개질, 리토그래피 (Lithography) 등에이용하고다양한물질에관련된화학분야와단백질구조분석이나분자영상을위한생명과학분야에이용이활발하다. 현재상업용으로방사광가속기를판매하고있는회사로는 Oxford Instruments Accelerator Technology Group (UK) 이있으며이회사에서는초전도장치를이용한반도체리토그래피 (Semiconductor Lithography) 에주력을두고있다. 또한덴마크의 Danfysik과일본의 Sumitomo Heavy Industries가생산판매하고있다. 결 최근방사선의의료및산업이용의확대에따라원자로와밀봉선원을이용한방사선의활용이중소에너지의입자가속기의저가보급으로고도화된입자가속기의개발및생산이증대되고있다. 특히공항이나항만등에필요한대규모검색장비의필요성이인식되어 MeV급전자선에의한 X-선검색용전자가속기와핵의학용방사성동위원소를생산하는사이클로트론등의생산산업시설이구축되어전세계에보급되고있다. 현재매년가속기산업은 10% 이상의성장률을보이고있어매우전도유망한종목의산업이될수있다. 본논문에서는방사선원으로이용되고있는가속기의이용분야와가속기의종류를기술하고가속기산업을주도하고있는산업체의경향과향후에예상되는산업용가속기의형태와이용전망에대하여기술하였다. 또한차세대의기술로개발되고있는자유전자레이저와초전도선형가속기및사이클로트론그리고 FFAG (Fixed Field Alternating Gradient) 가속기기술이실용화개발되고있어전세계가속기시장은더욱선택의폭이넓어지고시장의확대가조속히실현될것이다. 론 참고문헌 Alvarez LW The Design of a Proton Linear Accelerator. Phys. Rev. 70:799. Blewett MH Theoretical Aspects of the Behaviour of Beams in Accelerators and Storage Rings. CERN pp Breit G, Dahl O, Hafstad lr and Tuve MA On Teslacoil high voltage devices. Nature 121:535. Bryant PJ and Johnsen K The Principle of Circular Accelerators and Storage Rings, Cambridge University Press. Chai JS Development of 13 MeV Cyclotron, Proceedings of Cyclotrons and their applications World Scientific. Chao A Physics of Collective Beam Instabilities in High Energy Accelerators, John Wiley, New York. Cockcroft JD and Walton ETS Experiments with High Velocity Ions. Proc. Roy. Soc. A136, 619. A A Graaff RJ and Van de First of a series of papers on electrostatic high voltage generators. Phys. Rev. 38:1919A. Hamm RW Review of Industrial Accelerators and Their Applications CARRI 2010 ForthWorth. IAEA. Food processing by irradiation. World facts and trends. IAEA News Features, December 1988, No.5, pp IAEA Bulletin 2/1987. Radioisotopes and Radiation Technology in Industry; pp Kerst DW Acceleration of Electrons by Magnetic Induction. Phys. Rev. 58:841. Kerst DW Induction electron accelerator. Phys. Rev. 59: 110. Kerst DW The Acceleration of Electrons by Magnetic Inductions. Phys. Rev. 60:53. Kerst DW MeV Betatron or Induction Accelerator. J. Sci. Instr. 13: Kerst DW Magnetic induction accelerator. US-patent No. 2,297,305. Kerst DW and Serber R Electronic Orbits in the Induction Accelerator. Phys. Rev. 60:53. Lawrence EO and Livingstone MS First cyclotron in operation; 80 kev, 13 cm, Phys. Rev. 37:1707. Loes GA Elementary Principles of linear Accelerators. SLAC PUB Also in AIP Conf. Proc. No McMillan EM The Synchrotron-A proposed High Energy Particle Accelerator. Phys. Rev. 68: Picraux ST Physics Today, November. pp Scharf, W Particle Accelerators-Applications in Technology and Research, Research Series Press. Slepian J X-ray Tube, US-Patent. No. 1,645,304. Universities Research Association. To the Heart of Matter -The Superconducting Super Collider. January, U.S. Department of State. Terrorist attacks on U.S. business abroad. March Van der Graaf RJ A 1,500,000 Volt Electrostatic Generator. Phys. Rev. 38:

10 110 채종서 Walton ETS Proc. Cambr. Phil. Soc. 25: Wideroe R Uber ein neues Prinzip zur Herstellung hoher Spannungen. Arch. f. Electrot. 21: Wideroe R Der Strahlentransformator. Arch. f. Elektrot. 37: Manuscript Received: October 5, 2011 Revised: March 5, 2012 Revision Accepted: March 10, 2012

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<313630313032C6AFC1FD28B1C7C7F5C1DF292E687770> 양성자가속기연구센터 양성자가속기 개발 및 운영현황 DOI: 10.3938/PhiT.25.001 권혁중 김한성 Development and Operational Status of the Proton Linear Accelerator at the KOMAC Hyeok-Jung KWON and Han-Sung KIM A 100-MeV proton linear accelerator