연구 2014-05 방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 A Study on the Construction of Business Town utilizing the Synchrotron Radiation-Light Source 이석희 나중규
Summary 요약 1. 연구의중요성 20세기초에물질의기본단위를연구하기위한목적으로사용되기시작한가속기는기초과학뿐만아니라응용과학, 산업및의료분야에서광범위하게활용되고있다. 국내에서도의료용가속장치는독자적인개발역량과다양한수요기반을확보하고있어, 연관산업의지속적인성장이예상된다. 방사광가속기를중심으로한산업화체계를구축하기위해서는산업생산과연구개발, 기업지원컨설팅및전문인력양성이일정한공간범위안에서이루어질수있도록비즈니스타운조성이필요하다. 다만방사광가속기가갖는산업용응용장치를중심으로한기술활용체계의특성상비즈니스타운조성은수요자인기업및연구기관이집적할필요성이높지않다는점을고려하여네트워크형기술개발및 R&D 비즈니스체계구축에초점을둔단계별조성방안을제시하였다. 이연구에서는중 장기적으로산업용가속장치를활용한독자적인기술개발역량강화와산업화체계구축을위한단계별방사광가속기연관산업비즈니스타운조성을위한기본구상을제시하였다. 나아가방사광가속기산업용응용장치의활용도가높은제2원자력병원및국립암센터분원유치, 신약제약업종중심의 R&D 비즈니스단지조성, 대구경북첨단의료복합단지, 양성자가속기단지등대구경북권중심의네트워크형 R&D 비즈니스체계구축과산업화전략마련이병행추진되어야할것이다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE i
2. 기본구상과추진방향 방사광가속기를활용한독자적기술개발역량강화와 R&D 비즈니스체계구축을위한연관산업비즈니스타운조성은 거대과학기술기반중심의성장주도산업육성과글로벌경쟁력강화를위한중추거점확보 라는점에서매우의미있는정책방안이다. 그러나방사광가속기가거대과학기술의기반인만큼국가차원의활용목표와전략적활용체계정립을통해, 과학기술기반형성장주도산업육성과국가주도형가속기연관기술수요창출및관련지원책을주요내용으로하는중 장기운영로드맵설정과비즈니스타운조성방안마련이선행되어야할과제라판단된다. 현재와같이특정대학중심의방사광가속기운영체제로는이론적측면에서나정책적측면에서한계가있으며, R&D 비즈니스체계강화를위해현재운영중인산업기술융합센터 (ITCC) 의기능을대폭확대하여기술지원사업단, 기업컨설팅지원단, 공동연구장비지원단, 기술인력양성사업단을설치하고, 국제기술협력센터건립을통해외국의가속기연관연구기관과의국제공동연구개발및국제공동기술협력체계를강화해나가는접근방법이가장합리적일것이다. 2015년완공예정인제4세대방사광가속기를중심으로한산업적활용체계를고려하여중 장기적으로 Test-bed, R&D 비즈니스센터, 기술융합화센터, 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 국제기술협력센터, 사이언스파크형태의가속기연관 R&D 비즈니스단지등이어우러진비즈니스타운을조성하여선도기술활용형신성장산업 ( 바이오, 신약제약, 의료, 첨단소재, 에너지등 ) 중심의국내외기업과연구기관유치기반을마련해나가야한다. 나아가산업화핵심기술개발및비즈니스체계구축을위해성장주도산업중심의기술개발과산업화, 산업생태계조성과개발기술의산업화를추진하고, 일본의 SPring-8, 미국 SLAC, 독일 DESY 등해외연관연구기관과의공동연구개발및공동기술협력체계를구축함과동시에기업지원컨설팅및비즈니스체계구축, 기술인력양성을위한로드맵설정과세부전략마련을진행하여야한다. ii DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
3. 선결과제와정책제언 현재방사광가속기가갖는산업용응용장치활용체계를고려하여단기적으로는 Test-bed 시설구축과 R&D 비즈니스센터건립및기존의기술융합화센터를중심으로 R&D 비즈니스역량을강화해나갈필요가있다. 그리고중 장기적으로신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 국제기술협력센터, 사이언스파크형태의가속기연관 R&D 비즈니스단지등이어우러진비즈니스타운을조성하는것이바람직할것으로판단된다. 그러나비즈니스타운조성의주체가될포항가속기연구소의운영주체와운영방식, 관련지원법률및지원체계, R&D 및기술개발역량, R&D 투자규모와관련전문기술인력, 가속기연관기업수요및핵심대상기업, 국내외연구기관과의 R&D 협력네트워크등다양한정책과제를어떻게해결해나가느냐가선결과제이다. 첫째, 국가성장주도산업육성차원에서방사광가속기를포함한거대과학기술기반활용과연구개발, 기술개발및산업화, 전문기술인력육성과지원에관한특별법제정을통하여중앙정부중심의관리운영체계를명확히하고단계별육성로드맵을제시해야한다. 둘째, 특정대학중심의운영체계에서탈피하고중앙정부가중심이되어공공부문과민간부문이공동컨소시엄을구성하여, R&D, 기술개발및산업화, 기업지원컨설팅, 비즈니스, 전문기술인력양성을상호협력적으로진행하고관련연구기관과기업을집적시켜연관산업생태계를조성할수있는체계적인지원책을마련해나가야한다. 셋째, 방사광가속기연관산업비즈니스타운조성과가속기의산업적활용극대화를위한핵심요소는전문기술인력임을고려하여연구기관과연관기업을대상으로한전문기술인력양성체계구축과연구개발시스템확보를선행해야한다. 이를바탕으로공공부문과민간부문이조화롭게 R&D 비즈니스시스템을근간으로공동기술개발과산업화를이어가고연관연구기관과기업을집적시킬수있도록체계적인로드맵설정과정책적지원이필요하다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE iii
Contents 목차 요약 ⅰ~ⅲ 제 1 장연구의개요 제 1 절연구의배경및목적 3 1. 연구의배경 3 2. 연구의목적 5 제 2 절연구의범위및방법 6 1. 연구의범위 6 2. 연구의방법 6 제 3 절연구의접근체계 7 제 2 장방사광가속기의특성과산업적활용 제 1 절가속기유형별특성과산업적활용 11 1. 방사광가속기 (synchrotron radiation) 11 2. 양성자가속기 (proton accelerator) 13 3. 중이온가속기 (rare isotope accelerator) 15 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 절방사광가속기가공기술의산업적활용 17 1. 방사선가공기술의산업적활용 17 2. 자유전자레이저의산업적활용 20 제 3 절가속기장치산업동향과기술개발수준 24 1. 가속기장치산업의구성과기술동향 24 2. 가속기장치보급실태와기술수준 25 3. 가속기장치연구개발및핵심기술수준 26 제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 제 1 절가속기기반구축실태 31 1. 방사광가속기 31 2. 양성자가속기 34 3. 중이온가속기 36 제 2 절제 4 세대방사광가속기구축실태 39 1. 추진배경및사업개요 39 2. 구축사업의추진전략 40 3. 주요장치및시설구축 41 4. 주요장치의구성및재원 42 제 3 절가속기연관 R&D 기반과산업화잠재력 44 1. 가속기연관연구개발여건분석 44 2. 가속기연관인프라구축실태 49 3. 가속기의산업적활용과발전잠재력 50 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 제 1 절가속기장치시장동향과활용실태 57 1. 가속기장치의설치판매대수 57 2. 산업용가속기장치운영실태 58 3. 가속기장치의산업적활용실태 60 제 2 절세계각국의유형별가속기운영실태 63 1. 운영중인주요방사광가속기실태 63 2. 건설및계획중인방사광가속기실태 64 3. 주요가속기기반시설운영실태 65 제 3 절가속기연관비즈니스타운조성사례 71 1. 프랑스그르노블 GIANT 71 2. 영국 Harwell Oxford 73 제 5 장기본구상과타당성분석 제 1 절기본구상과추진전략 77 1. 기본구상 77 2. 기본목표 79 3. 추진전략 80 제 2 절조성방향과산업화체계구축 82 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
1. 단계별조성방향 82 2. 핵심기반조성및운영방향 84 3. 산업화핵심기술개발및비즈니스체계구축 93 제 3 절타당성분석및기대효과 101 1. 기술적측면 101 2. 경제적측면 104 3. 정책적측면 107 제 6 장결론및정책제언 제 1 절결론 111 제 2 절정책제언 113 참고문헌 115 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
Contents 표목차 < 표 2-1> 방사광가속기의산업적활용분야 12 < 표 2-2> 양성자가속기의산업적활용분야 14 < 표 2-3> 중이온가속기의산업적활용분야 16 < 표 2-4> 우리나라의가속장치보급현황 (2009년) 25 < 표 2-5> 주요가속장치수입현황 (2009년) 26 < 표 2-6> 우리나라의가속장치핵심기술수준 (2008년) 27 < 표 3-1> 포항방사광가속기 (PLS) 빔라인활용연구지원현황 31 < 표 3-2> 제4세대방사광가속기주요구성 41 < 표 3-3> 전자빔시스템의구성과재원 42 < 표 3-4> 선형가속기의구성과재원 42 < 표 3-5> 삽입장치의구성과재원 43 < 표 3-6> 광자빔시스템의구성과재원 43 < 표 3-7> 과학기술분야연구기관현황 47 < 표 3-8> 포항지역기업연구소현황 48 < 표 4-1> 세계가속기장치의판매및설치대수 57 < 표 4-2> 전자빔및 X선조사장치의주요수요분야 58 < 표 4-3> 산업용가속기응용장치의활용 59 < 표 4-4> 암치료용가속장치메이커 61 < 표 4-5> 산업용가속장치의주요메이커 62 < 표 4-6> 운영중인세계방사광가속기현황 63 < 표 4-7> 건설및계획중인방사광가속기현황 (7기) 64 < 표 5-1> 기능별추진전략과주요과제 80 < 표 5-2> 가속기산업융합기술센터를중심의비즈니스지원체계구축방향 82 < 표 5-3> 방사광가속기중심의비즈니스타운운영체계구축 84 < 표 5-4> 방사광가속기연계주요융합사업 ( 안 ) 91 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
< 표 5-5> 산업화핵심기술개발및산업화체계구축 94 < 표 5-6> 연관산업생태계구축과개발기술의산업화방향 95 < 표 5-7> 해외가속기연구소와 MOU체결실적 97 < 표 5-8> 기술개발및기업지원컨설팅체계구축방향 99 < 표 5-9> 세부기술분야별산업적활용과파급효과 102 < 표 5-10> 지역별세계의료기기시장규모전망 105 < 표 5-11> 가속기기술관련의료기기분야 106 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
Contents 그림목차 < 그림 2-1> 가속입자에따른가속기의유형비교 15 < 그림 2-2> 전자빔을이용한방사선가공기술의개념 17 < 그림 2-3> 전자빔에의한고분자의가교반응 17 < 그림 2-4> 전자빔가속기의산업적응용분야 18 < 그림 2-5> 전자빔조사선양에따른스위칭속도및실물 19 < 그림 2-6> 자유전자레이저의구성및작동원리 20 < 그림 2-7> 전자기파의주파수영역 20 < 그림 2-8> 전자빔과레이저빔을이용한단색 X선발생장치의구조 22 < 그림 2-9> 가속기장치산업의구성개념도 24 < 그림 3-1> PLS-II 빔라인 33 < 그림 3-2> PAL XFEL의개략도 33 < 그림 3-3> 양성자가속기및빔라인 35 < 그림 3-4> 중이온가속기의기본원리 36 < 그림 3-5> 중이온가속기기본개념및설계구상도 37 < 그림 3-6> 제4세대방사광가속기개략도 40 < 그림 3-7> 제4세대방사광가속기및연계시설위치도 45 < 그림 4-1> 스탠퍼드선형가속기센터전경 66 < 그림 4-2> 일본 SPring-8(SPring-8 Compact SASE Source) 전경 68 < 그림 4-3> 유럽 European X-FEL 위치도 69 < 그림 4-4> 프랑스그르노블 GIANT의입지배치도 71 < 그림 4-5> 프랑스그르노블 GIANT 비즈니스타운 72 < 그림 4-6> 영국 Harwell Oxford 비즈니스타운 74 < 그림 5-1> 가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 78 < 그림 5-2> 가속기연관산업비즈니스타운조성의비전및추진전략 79 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
< 그림 5-3> 가속기연관 R&D 비즈니스단지운영모형 87 < 그림 5-4> 신약개발산업화센터내방사광가속기활용연계도 88 < 그림 5-5> 방사광가속기활용산업화분야 93 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 1 장 연구의개요 제 1 절연구의배경및목적 제 2 절연구의범위및방법 제 3 절연구의접근체계 대구경북연구원
제 1 장연구의개요 제 1 장연구의개요 제 1 절연구의배경및목적 1. 연구의배경 20세기초에물질의기본단위를연구할목적으로사용되기시작한가속기는기초과학뿐만아니라응용과학, 산업및의료분야에서광범위하게활용되고있다. 가속기를통해가속시킨전자, 양성자, 중이온등의하전입자와이를통해만들어진방사광을이용하여물질의원자구조를세부적으로연구하거나, 물질의구조를변화시켜원하는성질을부여함으로써다양한기술개발과산업적활용이가능해졌기때문이다. 현재국내에서는포항가속기연구소의방사광가속기성능향상사업및제4세대방사광가속기개발프로젝트, 한국원자력연구원의양성자기반공학기술개발사업단에서진행중인 100MeV 선형양성자가속기개발프로젝트, 기초과학연구원의중이온가속기프로젝트가대표적인사례이다. 특히포항가속기연구소는방사광가속기업그레이드프로젝트인 PLS-II 성능향상사업을완료한후이용자에게방사광을제공하기시작하였다. 또한제4세대방사광가속기프로젝트 (PAL-XFEL) 도완료단계를맞고있다. 포항가속기연구소는선형전자가속기및원형가속기의운영에필요한기술을확보하였고, 한국원자력연구원은선형양성자가속기를국내독자기술로개발하여선형양성자가속장치에필요한제반기술을확보한상태이다. 더구나국내에서도의료용가속장치는연구기관을중심으로독자적개발역량을갖추고 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 3
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 있으며국내 외다양한수요기반을바탕으로지속적성장이예상되고, 첨단의료복합단지와연계가능성이높다는점에서기회요인으로작용하고있다. 이와같이포항가속기연구소는제3세대방사광가속기건설 ( 88~ 94) 및운영 ( 95~ 현재 ), 성능향상 ( 09~ 11) 등을통하여가속장치개발과방사광활용및최첨단기술을확보하여일부기술이전등을실시한바있다. 또한, 핵융합센터 (KSTAR) 연구시설구축및양성자가속기건설관련기술지원을통해국가거대과학기술경쟁력제고에기여함은물론, 보유기술로제4세대방사광가속기구축사업 ( 11~ 15) 을추진하고있다. 국내최초의대형국가공동연구시설인포항방사광가속기를활용하여방사광이용자들에게빔을제공하는데연구소역량을투입함에따라, 방사광가속기구축 운영을통해축적된기술및방사광활용연구분야에대한시장개척과일자리창출기회가미미한상태이다. 더구나고출력 고주파원기술력이취약하고실증장치개발경험이부재하다는기술력측면의취약성과임상실험등을위한제반여건부재, 식약청인허가취득필요, 의료용가속장치연구개발을위한정부의투자및지원의취약등은약점요인으로작용하고있다. 산업화측면에서해외업체의국내시장선점과중국의연구개발진척등도위협요인으로작용하고있다. 이에따라, 대형가속기건설 활용을통해쌓은기술및노하우를사업화하기위한자체 R&D 사업을구축하고사업화로연계하기위해비즈니스타운조성이필요한상황이다. 그러나현상태에서비즈니스타운조성은방사광가속기가갖는산업용응용장치를중심으로한기술활용특성을고려하여, 수요자인기업및연구기관이일정한공간에집적할필요성이높지않으므로방사광가속기를중심으로한네트워크형기술개발및 R&D 비즈니스체계구축에초점을둔조성전략이효과적이다. 또한방사광가속기를활용한기술개발과산업화를위해서는산업용응용장치의활용도가높은제2원자력병원및국립암센터분원유치, 신약제약업종중심의 R&D 비즈니스단지조성, 대구경북첨단의료복합단지와의네트워크체계강화등의전략적접근이필요하다. 4 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 1 장연구의개요 2. 연구의목적 본연구의목적은거대과학기술기반인방사광가속기의특성을고려하여국가차원의활용목표와전략적활용체계를정립하여과학기술기반형성장주도산업육성과국가주도형가속기연관기술수요창출, 관련기반의확충함으로써가속기연관산업비즈니스타운조성방안에대한기본구상을제시하는데있다. 현재와같이특정대학중심의방사광가속기운영및활용체제로는이론적측면에서나정책적측면에서상당한한계가있을뿐만아니라고도기술기반형성장주도산업육성에도문제가있다고판단하여거대과학기술기반인가속기의산업적활용과글로벌경쟁력강화측면에초점을두어접근하였다. 방사광가속기를중심으로한 R&D 비즈니스체계강화를위해서는, 포항가속기연구소를중심으로한 R&D 창출역량강화, R&D 비즈니스체계정립을위한가속기연관기술수요창출, 운영중인산업기술융합센터 (ITCC) 의기능의확대개편, 국제기술협력센터건립을통한가속기연관기관과의국제공동연구개발체계강화방안을모색하고자한다. 2015년완공예정인제4세대방사광가속기와연계한산업적활용체계를고려하여중 장기적으로 Test-bed 시설구축, R&D 비즈니스센터, 기술융합화센터, 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 국제기술협력센터, 사이언스파크형태의가속기연관 R&D 비즈니스단지등이어우러진비즈니스타운을조성함으로써선도기술활용형신성장산업 ( 바이오, 신약, 제약, 의료, 첨단소재, 에너지등 ) 중심의국내외기업과연구기관유치기반을마련해나가야한다. 나아가산업화핵심기술개발및비즈니스체계구축을위해성장주도산업중심의기술개발과산업화추진, 산업생태계조성과개발기술의산업화를추진하고일본의 SPring-8, 미국 SLAC, 독일 DESY 등해외가속기연관연구기관과의공동협력체계를구축함과동시에가속기응용장치를활용한산업화핵심기술개발및산업화방향, 기술협력네트워크체계구축, 기술개발및기업지원컨설팅체계구축, 전문기술인력양성방향을제시하고, 기술적 경제적측면에서타당성을검토하여파급효과를제시하고자한다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 5
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 제 2 절연구의범위및방법 1. 연구의범위 본연구의시간적범위는방사광가속기를활용한기술개발과산업화의특성과현실적여건, 기업지원컨설팅, 전문기술인력수급체계등을고려하여제1 단계를 2015년부터 2020년까지, 제2단계를 2021년부터 2025년까지로하였다. 따라서기준년도를 2014년으로하였으며, 목표년도를 2025년으로설정하여비즈니스타운조성을위한기술개발과산업화체계구축에중점을둔가속기연관산업비즈니스생태계조성에목표를두었다. 나아가정책연구보고서의성격을고려하여세부적인공간설정과시설배치, 운영체계, 투자및재원조달, 계량화된편익및타당성분석등실무적인부분보다이론적 정책적측면에서 R&D 역량강화를통한 R&D 비즈니스생태계구축을모색하여방사광가속기연관산업비즈니스타운조성을위한기본구상차원의정책방향을제시하는데초점을두었다. 2. 연구의방법 연구의방법은연구분야별로문헌연구와자료분석 (Literature study and Data analysis) 등필요한방법을적용토록한다. 특히선행연구관련문헌조사, 통계분석, 관계자상담및자문, 현지답사등을추진토록한다. 자료분석에서는특수분야에대한연구성격을고려하여 POSTECH 과포항가속기연구소관계자와의간담회를통해자료를수집하고다양한의견을수렴하여계획적 정책적시각에서이론적측면과현실적측면의정합성을최대한확보토록한다. 또한특수분야에대한정책연구라는측면과시간적 실증적연구여건제약을고려하여포항가속기연구소를중심으로발간한각종보고서와연구논문등의선행연구를참고하였다. 가속기가갖는특수분야에대해서는선행연구와각종보고서를인용하여논리적접근체계를마련하고자하였다. 6 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 1 장연구의개요 제 3 절연구의접근체계 방사광가속기의특성과산업적활용 유형별기능과산업적활용 가공기술응용과산업적활용 국내가속기장치산업동향 가속기장치연구개발과기술수준 비즈니스타운에대한상황인식 외국의가속기시장동향과주요인프라실태 시장동향과산업화실태 가속기활용산업화사례 유형별방사광가속기현황 연관비즈니스타운조성사례 해외사례적용가속기상호연계성검토 경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 가속기연구기반구축실태 제세대방사광가속기구축실태 가속기관련연구개발여건 가속기연관산업화잠재력 지역잠재력연계산업적연계가능성검토 비즈니스타운조성기본구상과타당성분석 비즈니스타운기본구상과추진전략 주요시설유치구상과운영 비즈니스타운조성과산업화체계 기술적경제적정책적타당성분석 정책적측면과실천성고려관련기관및전문가자문 결론및정책제언 비즈니스타운조성정책방향 주체별역할과운영효율화 산업화여건조기조성방향 가속기연관기업집적방안 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 7
제 2 장 방사광가속기의특성과산업적활용 제 1 절가속기유형별특성과 산업적활용 제 2 절방사광가속기가공 기술의산업적활용 제 3 절가속기장치산업의 동향과기술개발수준 대구경북연구원
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 제 2 장방사광가속기의특성과산업적활용 제 1 절가속기유형별특성과산업적활용 1. 방사광가속기 (synchrotron radiation) 1) 방사광가속기의개념및특성방사광가속기는광속에가까운속도로움직이는전자와양전자와같은하전입자가실크로토론가속기나저장링에서원동력을할때방출되는전자기파를이용한장치이다. 입자가속기는에너지손실의원인탐색이나기초과학 응용과학분야에유용하게활용되고있다. 20세기초에물질의기본단위를연구할목적으로사용되기시작한가속기는기초과학뿐만아니라응용과학, 산업및의료분야에서광범위하게활용되고있다. 가속기를통해가속시킨전자, 양성자, 중이온등의하전입자와이를통해만들어진방사광등을이용하면, 물질의원자구조를세부적으로연구할수있고물질의구조를변화시켜원하는성질의물질탐색이가능하기때문이다. 현재국내에서는기초과학과응용과학을넘어의료와산업적인활용을목적으로하는다양한가속기프로젝트가진행중이다. 포항가속기연구소의방사광가속기성능향상사업및제4세대방사광가속기개발프로젝트, 한국원자력연구원의양성자기반공학기술개발사업단에서진행중인 100MeV 선형양성자가속기개발프로젝트, 기초과학연구원의중이온가속기프로젝트가대표적인사례이다. 포항가속기연구소는방사광가속기업그레이드프로젝트인 PLS -II 성 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 11
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 능향상사업을완료한후 2012 년 3 월부터이용자에게방사광을제공하기시 작하였다. 또한 2011 년부터착수한제 4 세대방사광가속기프로젝트 (PAL XFEL) 는 2015 년완공을목표로추진중이다. 2) 방사광가속기의산업적활용 X-선영상분석, 연 X선분광분석, 전자분광분석, 적외선분석, 나노마이크로미시닝제작등방사광융합분석기법을이용하여방사광가속기의산업적활용을추진하고있다. 방사광가속기중전자가속기는의료용으로가장많이이용되고있으며, 방사선가공분야는주로재료과학, 화학분야, 지구과학, 환경과학, 산업응용등이다. 생명공학분야에서는단백질원자구조분석, 생물학적기능이해및실시간관측, 근육조직의역학적구조분석등에활용되고있으며, 산업응용분야에서는제약, 설계, 나노미터나마이크로전자구조, 극미량화학적성분분석, 재료의마이크로이미징촬영, 첨단제품의잔여응력분석, 마이크로이하의초소형기어제작및활용등에활용되고있다. < 표 2-1> 방사광가속기의산업적활용분야 연구분야주요연구내용 생명공학 재료과학 화학분야 지구과학 환경과학 산업응용 의학응용 단백질원자구조분석 생물학적기능이해및실시간관측 근육조직의역학적구조분석 비정질물질분석 고압 / 고 저온도에서의구조적상변이연구 초전도전자석재료분석 비정질고체, 액체와용해물분석 촉매물질의동역학연구 표면에서의 X-선광화학과정연구 원자나분자분광학 극단부분의화학적상태분석 고고학적연구 지구내초고압과초고온상태의물질관찰 지진형성연구 운석이나태양계의미세먼지등구조분석 생체물질내함유된극소량의독성성분분석 배기가스내오염물질을제거하는촉매개발 고품질전지나수소저장합금연구 제약설계 나노미터나마이크로전자구조 극미량화학적성분분석 재료의마이크로이미징촬영 첨단제품의잔여응력분석 마이크로이하의초소형기어제작및활용 탁월한공간분해능기술로모세혈관이나암세포의의학적인진단 12 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 2. 양성자가속기 (proton accelerator) 1) 양성자가속기의개념및특성양성자가속기는물질구조에대한이해와기초과학적연구뿐만아니라물질구조변경을통한소재개발, 암치료및신약개발연구등에활용되고있다. 가속시킨양성자 (proton) 를실험물질과충돌시켜물질의특성과내부구조를변형시키고새로운물질을형성시킨다. 양성자가속기의원리는수소의원자핵에서떼어낸양성자를두개의금속판전극사이에놓고각각의판에양극과음극을연결하면, 양극을띠는양성자를양극에서밀어내고음극에서당기게되어양성자가매우빠른속도로움직이는것이다. 이과정에서가속에너지를높일수록양성자의속도도매우빨라진다. 가속에너지 1keV에서는양성자가초속 5백 km의속도로물질과부딪혀물질표면의원자또는분자를낱개로떼어내며나노 (0.000001 밀리미터 ) 급의아주정밀한크기로물체를가공할수있다. 가속에너지를 100keV로올리면양성자는초당 5천 km의속도로물질속을파고들어가연한플라스틱을강철처럼단단하게만들거나, 전기가통하지않는물질을전기가통하게만들수있다. 이러한원리를이용한기술개발은산업화에중요한역할을담당한다. 더구나 10MeV에서는초당 13만 km의속도로양성자가물질의무거운원자핵을쪼개고물질내의원자핵과반응을거쳐새로운원소를생성해동위원소를만들수있다. 양성자기반공학기술사업단은 2012년에 100MeV 가속장치본체를가속기터널에설치완료하였다. 우리나라는한국원자력연구원이지난 2011년미국, 일본에이어세계 3번째로최대가속에너지 100MeV의대용량선형양성자가속기를개발하였으며, 경주양성자가속기연구센터에구축을완료한뒤 2013년부터운영을시작했다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 13
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2) 양성자가속기의산업적활용양성자가속기에서나오는양성자빔을이용하면병원에서병을진단하거나치료하는데쓰이는여러가지동위원소를만들수있다. 그리고 1GeV에서는빛의속도인초당 30만 km에가까워진양성자가물질과충돌해양성자보다더작은소립자를만들어낸다. 이를통해 KTX 고속철의핵심부품인전력반도체의효율을높일수있고, 돌연변이연구, 우주항공기술, 에너지기술등에활용할수있다. 이에따라나노기술 (NT), 정보통신 (IT), 생명공학 (BT), 우주항공 (NT), 에너지및환경 (ET), 의료기술, 신소재및부품등다양한분야에대한연구와산업적활용이더욱활발해질것이다. 특히생명공학분야는고 LET 양성자빔사용 Mutation 조절및설계, 1015 개 / 초이상의중성자속으로수 nm단위의나노분석, 유전자원개발 ( 미생물, 화훼, 맥류, 채소류등 ) 등에서산업적활용이가능할것으로기대된다. < 표 2-2> 양성자가속기의산업적활용분야 1 연구분야주요연구내용 생명공학재료과학지구과학국방응용산업응용의학응용 고 LET 양성자빔사용 Mutation 조절및설계 1015 개 / 초이상의중성자속으로수 nm 단위의나노분석 유전자원개발 ( 미생물, 화훼, 맥류, 채소류등 ) 초강도전도성플라스틱제조 나노가공 : 양성자빔에의해 50NM 이하가능 고집적자기저장재료생산기술 고윤할성고무제품생산기술 방사선우주환경실험 : 양성자이용 2차방사선발생으로반알렌대등 우주환경지상재현실험 대출력 RF 장치기술적용전자 / 대전자전및비살상전략무기체계 양성자빔조사로고속스위칭, 고효율소자개발 초정밀금형생산기술 양성자암치료기초연구 : 환부암세포만선별사멸로암치료후생존률증가 의료용 RI 생산과판매 14 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 3. 중이온가속기 (rare isotope accelerator) 1) 중이온가속기의개념및특성중이온가속기는안정된상태의중이온을고에너지로가속시켜다른원자핵에충돌을일으킨후원자핵이나소립자를관찰하거나신물질을발견하게해준다. 자연에는다양한원소가존재하는데수소와헬륨보다무거운원소의이온상태를중이온이라고부른다. 전자는매우가벼워전자의질량을탁구공에비유한다면, 양성자의질량은대충볼링공의질량에해당한다. 이에반해중이온의질량은대충자동차의질량에해당한다고볼수있다. 따라서전자를가속하는전자가속기나양성자를가속하는양성자가속기에비해중이온을가속하는중이온가속기는더많은에너지가필요함하다. < 그림 2-1> 가속입자에따른가속기의유형비교 중이온가속기는원자보다작은펨토 (10의 15제곱분의 1) 수준의미시세계를연구하는거대과학장치로우주의근원과신물질, 에너지, 환경, 의료분야등의연구에필수적인요소이다. 기초과학연구원을중심으로중이온가속기와부대시설개념설계에대한검토를마쳤으며, 이를바탕으로상세설계를수행할계획이다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 15
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2) 중이온가속기의산업적활용중이온은다양한형태의방사선중한가지이며, 자연적으로존재하기도하고우주환경에서접할수도있으며인위적으로생성시킬수도있다. 중이온은생명체의구성성분을변화시켜세포의잠재적인변화를유도한다. 현재중이온빔은생체손상기전과이에따른상대적생물학적효과 (RBE: Relative Biological Effectiveness) 가 X-선이나감마선에비하여높은것으로알려지고있다. 또한연구결과를활용하여의학적진단및치료시효용성을증대시키는과정도필수적이다. 최근에는중이온가속기를이용한방사선치료가상당한주목을끌고있다. 중이온가속기로방사성폐기물생성량을현저히감소시키는원천기술을개발하게되면세계적으로원자력에너지이용을크게확대시킬수있을것으로기대된다. 핵자료를선진국수준으로구축하면원자력에너지원천기술부문에서진정한세계우위를점할수있을것이다. < 표 2-3> 중이온가속기의산업적활용분야 연구분야주요연구내용 원자력 핵의학 재료공학 고순도회귀동위원소생산 핵물질농축 핵자료 방사성핵종에의한치료와핵영상획득 의료용단수명방사성동위원소의생산 결정결합 마모및비파괴검사 원자로재료연구 신소재개발 자성체신소재 합금신소재개발 산업분야 우주항공 물리분야 엔진마모도측정 중성자래디오그래피 Single-event upset 우주항공소자의방사성손상 핵반응을통한기초물질의현상연구 원자및핵과학연구 순수방사성동위원소의이온주입에의한물성연구 핵합성과물질조성의기원에관한천체물리학연구 레이저냉각과이온 trap 을이용한질량모멘트의정밀측정연구 16 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 제 2 절방사광가속기가공기술의산업적활용 1. 방사선가공기술의산업적활용 방사선가공기술은물질에고에너지방사선 ( 전자빔, 감마선 ) 을쪼여그에너지로물질의구조를바꿈으로써부가가치를높이거나, 유해한미생물을사멸시키거나, 유해한성분을제거하는방식으로산업적활용이가능하다. 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-2> 전자빔을이용한방사선가공기술의개념 전세계전자가속기중의료용을제외하고는가장많이이용되는분야가방사선가공분야이다. 전자빔을이용한방사선가공기술은고분자재료개발, 전력반도체제조, 폐수및배기가스정화, 친환경도료건조, 식품및의료용구멸균, 포장용기생산및멸균등다양한산업분야에서활용된다. 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-3> 전자빔에의한고분자의가교반응 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 17
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 특히, 최근에는새집증후군가스를배출하지않는친환경건축내장재의생산과촉매로사용되는나노입자의대량생산에효과적인수단으로각광을받고있다. 방사선가공기술중에서가장먼저개발되어실용화된것이가교반응을이용한것으로, 고분자에전자빔을쪼이면길게늘어선고분자들이더욱단단하고치밀하게결합되어우수한특성을가진새로운물질이만들어지는기술이다. 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-4> 전자빔가속기의산업적응용분야 예를들어, 전선피복에 1MeV 정도의에너지를가진전자빔을쪼이면내열특성이향상되는데, 국내산업체에서도이기술을이용하여내열전선을생산하고있다. 이밖에도열수축튜브, 타이어, 발포플라스틱등의생산에이용되며, 최근에는인공고관절등의공학품, 탄소복합체, 항공기용경량고강도재료등의재료개발에이용된다. 수백 kev의전자빔은인쇄잉크경화처리, 표면코팅경화에이용된다. 또, 전자빔을테프론등의불소수지에쪼이면결결합력이약해져서분해되는데, 이기술이폐기물로인한환경문제를해결하는중요한도구가될것으로전망된다. 18 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-5> 전자빔조사선양에따른스위칭속도및실물 전기 전자산업분야에서는고속스위칭전력반도체를생산한다. 전자빔을이용한 IGBT, Diode, MOSFET, PWRTR 등전력반도체소자의가장중요한특성은스위칭시간이얼마나빠른가하는것인데, 전자빔을쪼이면스위칭시간이매우빨라지는특성을이용한다. 이러한특성을이용하여고속철도, 초고압전력전송, 전기자동차, 디스플레이등의분야에서전력반도체의수요가크게증가하고있으며, 소자특성도고전압화, 대용량화, 고속화추세에있다. 소자의전력용량이커질수록전자빔조사가필수적인데, 이러한용도로는 10MeV급전자빔을조사해야한다. 전자빔조사기술의이용분야중에서성장가능성이큰분야중의하나가의료용일회용품, 위생용품, 식품포장재등의멸균시장이다. 기존멸균방법은살균력이강한 EOG( 에틸렌옥사이드가스 ) 를이용하는것이보편적인데, 이방법은잔류독성과환경문제로인해선진국에서는사용이금지되고있다. 앞으로삶의질을중요시하면서안전한식탁이중요한이슈가되고있는추세에비추어저에너지전자빔을이용한곡물표면살균기술이크게활용될것으로전망된다. 또한, 우리나라에서매년 18,000톤의볍씨를비롯해서약 30,000톤의곡물종자가생산되고있는데, 저렴하고환경친화적인종자소독방법으로저에너지전자빔이사용될수있을것으로기대되면서다양한분야에서활용도가높아질것으로전망된다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 19
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 자유전자레이저의산업적활용 자유전자레이저 (FEL: Free-Electron Laser) 는고에너지전자의운동에너지를빛에너지로변환하는광원인데, 전자가속기, 교번자장기 (undulator), 그리고광학공진기로구성된다. 자유전자레이저의파장은전자빔의에너지, 교번자장기의주기, 자기장세기에의해결정된다. 전자빔의에너지와교번자장기의자기장세기를변화시켜넓은범위에서레이저빔파장을연속적으로변화시킬수있다. 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-6> 자유전자레이저의구성및작동원리 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-7> 전자기파의주파수영역 20 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 테라헤르츠파레이더를사용하여원자력발전소로부터 9km 떨어진곳에서발전소가가동중인지, 가동하지않는지를알아낼수있다. 자유전자레이저의구성및작동원리가특히관심을모으고있다. 테라헤르츠파자유전자레이저를구동하기위해서는 10MeV급의전자가속기가필요하고, X-선자유전자레이저에는 1GeV 이상의전자가속기가필요하다. 테라헤르츠파는주파수가 0.3~20THz(1TH = 1012Hz) 인전자기파를말하는데, 파장으로는 1mm~15μm 영역에속한다. 테라헤르츠파는빛 ( 광학 ) 과마이크로파의중간영역에속하는전자파로서, 지금까지우리생활에거의이용되지않았던빈 (blank) 전자파영역이다. 지금까지테라헤르츠파가많이이용되지않았던것은이영역의광원이거의없었기때문인데, 최근전자가속기나레이저를이용하여성능이우수한 THz 광원이개발되면서각광받고있다. 테라헤르츠파는물리, 화학, 생물학, 의학등의기초과학뿐만아니라, 마약, 폭발물, 생화학무기등을감지하고공항수하물을검색하며산업구조물을비파괴검사하는데쓰여, 산업, 국방, 보안, 안전등의분야에서도광범위하게활용될것으로기대된다. 테라헤르츠파를이용하여인간생체에서암조직과건강한조직을구분하여영상화하는기술이개발되었으며, 건강한조직이암으로변하는전단계인전암 ( 前癌 ) 조직까지도확인할수있다. 테라헤르츠파는 X선과는달리에너지가낮아서생명체와물질에전혀손상을주지않는장점이있다. 테라헤르츠파를이용하여생명체에전혀무해하면서도높은분해능으로원하는생체조직의정보까지확인할수있는의료영상기술의산업화가기대된다. 그리고아직개발단계에있지만공항이나대형공공시설화물속의테러용폭탄이나병원체, 마약등을정확하게검색할수있는가장뛰어난기술을확보하고있다. 한국원자력연구소에서는 7MeV 마이크로트론전자가속기를이용하여실험실규모의소형테라헤르츠자유전자레이저개발에성공하여산업적활용에박차를가하고있다. 따라서방사광가속기의산업적호라용과비즈니스체계구축을위해서는가속기산업용기술수요창출과기술개발확산을위한대응방안마련이필요하다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 21
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 장기 (undulator) 에서 1A 의 X선을발생시키려면 5GeV의전자빔이필요한데, 이전자빔을가두는저장링의지름은 300미터에이른다. 교번자장기대신에 1 마이크로미터파장의레이저를사용하면 1A 의 X선을발생시키는데필요한전자빔의에너지가불과 25MeV로낮아진다. 자료 : 이병철외, 전자가속기의산업이용, 물리학과첨단기술, 2009.3 < 그림 2-8> 전자빔과레이저빔을이용한단색 X 선발생장치의구조 따라서전체장치의규모가 200분의 1로줄어들어서큰테이블위에설치할수있을정도로작아진다. 그러나전자빔과레이저의산란단면적이작기때문에발생되는 X선의세기가낮다는점이단점으로지적되고있다. 이를극복하기위해고안된것이전자빔을방사광가속기처럼작은저장링에가두어궤도를수백만번돌게하고레이저빔도고리형 (ring) 공진기안에가두어전자빔과레이저빔이만나는횟수를크게증가시킴으로써발생되는 X선의세기를높이는방법이다. 더구나파장을자유자재로변화시킬수있는이장치는전형적인 X선빔라인처럼사용할수있으면서도, 분자결정학실험을각자의실험실에서수행하기에충분히작은크기이다. 대형방사광원의 X선세기가수킬로와트인데비해이소형광원의 X선세기는 1와트이하이다. 하지만, 대형방사광원에서는넓은선폭의 X선중에서아주적은선폭부분만선택해서사용하는데비해 CLS에서는 X선의선폭이본 22 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 질적으로매우좁기때문에발생되는 X선의대부분을그대로이용할수있다. 그러므로실제로사용하는 X선은두경우거의같은세기이다. 오히려대형방사광원에서단색 X선을만들기위해사용하는복잡한광학계가 CLS에서는필요하지않고, 광학계를냉각하거나방사선차폐에신경쓸필요도없다. 지난 40여년동안방사광 X선은재료연구에서부터생체이미징에이르기까지과학기술의발전에혁명적인영향을끼쳐왔다. 미국, 영국, 일본등에서발생하는암환자중에서 1~3% 는 X선 CT 등방사선촬영으로인해발생한다는보고가있는데, 이는기존의료용 X선발생장치의 X선스펙트럼이낮은에너지에서부터높은에너지까지모두포함하고있기때문이다. 낮은에너지의 X선은피부근처의얕은조직에서흡수되고높은에너지의 X선은투과도가너무높아서환자의방사선피폭량만높아지게된다. 단색 X선을이용하면의료영상에효과적인 X선만을이용할수있고, 특히, I(33.17keV), Gd(50.2 kev) 등의조영제가가장잘흡수하는 (K-edge) 에너지의단색 X선을이용하면환자의피폭량을 1/10 이하로줄일수있다. 나아가디지털차감영상기술이나위상대비영상기술을도입하여피폭량을한층줄이고영상의선명도를높일수있다. 최근개발되고있는, 단색 X선을이용한광활성암치료법 (Photon Activation Therapy) 에서는나노전달물질에조영제를붙여서암조직에침투케한다음외부에서조영제의 K-edge 에너지를가진단색 X선을쪼인다. 그러면조영제에서오제전자 (Auger electron) 가방출되는데, 이전자는에너지가낮아서생체속에서수십 μm밖에진행하지못하고, 결국정상조직에는아무영향을주지않으면서암조직만을사멸시킬수있다. 따라서전자가속기는오랜세월동안연구개발, 의료및산업현장에서활용되어왔고그이용분야도매우폭넓다. 최근들어기술이확산되고성능이고도화되면서그활용이크게증가하고있다. 의료분야에서는방사선치료장치와같은새로운응용기술이개발되면서새로운전자가속기수요가창출되고있다. 전자가속기이용분야도지속적으로성장할것이며, 전자빔과레이저와의결합과같은새로운방사선기술분야도지속적으로열릴것으로기대된다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 23
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 제3절가속기장치산업동향과기술개발수준 1. 가속기장치산업의구성과기술동향 가속기는주로연구용으로개발 활용되어왔으나, 최근에는활용범위가의료및산업분야로확대되어사회및경제발전에기여하고있다. 연구용가속기의경우고에너지, 원자핵물리학등기초과학분야에서주로활용되었으나, 최근에는방사광가속기및파쇄중성자원을중심으로재료과학, 생명과학분야의기초및응용연구에까지활용범위가확대되고있다. 현재우리나라에는의료및산업분야에서활용되는가속장치를제작보급하는산업체는없고, 대부분의가속장치를수입에의존하고있는실정이다. 따라서국내의가속장치산업육성으로상당한수입대체효과를기대할수있을것이다. 국내에서활용되거나또는도입예정인양성자암치료기, 중입자 ( 중이온 ) 암치료기, 사이버나이프, 감마나이프등은전량수입품이다. 국내의반도체제조업체등에서활용되고있는이온주입기, 전자빔및 X선조사장치, 질량분석용가속장치, 비파괴검사용가속장치등도전량수입품이다. 자료 : 한국과학기술기획평가원, 거대과학글로벌산업화전략, 정책연구 2010-27, 2010. 일부수정 < 그림 2-9> 가속기장치산업의구성개념도 24 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 2. 가속기장치보급실태와기술수준 연구용가속장치는연구기관이설계하고, 국내산업체에부분품제작을의뢰하여납품된각부품을조립하여활용하고있다. 가속장치개발및제작능력은충분히확보하고있다고볼수있다. 포항방사광가속기연구소 ( 전자가속기 ) 와한국원자력연구원 ( 양성자가속기사업단 ) 은가속기설계, 조립, 운전에필요한기술을보유하고있고, 부품을제작하여납품하는중소기업체는정밀가공기술을확보하고있다. 연구기관및산업체가보유한가속기관련기술을조합하게되면국내자체의기술로가속기장치산업을새로운산업으로육성할수있는충분한여력을갖추게되고, 첨단산업및의료분야에서활용되고있는가속장치의수입대체는물론세계시장진출도가능할것으로기대된다. 국내에서는산업체, 공공기관, 의료기관, 교육기관, 연구기관, 군사기관등에서가속장치를수입하여활용하고있다. 가장많이수입되어활용되는가속장치는이온주입기와 X-선발생장치로산업체에서가장많이활용하고있다. < 표 2-4> 우리나라의가속장치보급현황 (2009 년 ) 구분산업체공공기관의료기관교육기관연구기관군사기관계 가속이온주입기 770 1-3 3-782 마이크로트론 - - 1 - - - 1 반데그라프 1 - - 1 2-4 방사광가속기 - - - 4 - - 4 변압기형가속기 7 2 - - 1-10 사이클로트론 1 15-18 2 1-34 선형가속장치 41 14 147 3 8-213 X-선발생장치 11,903 855 17 562 427 154 13,918 중성자발생장치 - - - 2 10-12 코크로프트왈튼 14 - - 3 2-19 베타트론 - 1 - - - - 1 핵융합실험장치 - - - - 1-1 계 12,750 873 181 580 460 154 14,999 자료 : 한국과학기술기획평가원, 거대과학글로벌산업화전략, 정책연구 2010-27, 2010. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 25
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 3. 가속기장치연구개발및핵심기술수준 2009년도가속장치및가속장치부품의수입현황을분석하면가속장치 841대와부품은 545대를수입하였으며, 이는금액으로는 2,000억원규모수준이다. 대부분의수요를수입에의존하는현실을고려하면이러한규모는우리나라의가속장치시장규모를대변한다고할수있다. 현재교육과학기술부가가속기분야연구개발의창구이며, 한국원자력연구소 (KAERI) 와포항방사광가속기연구소가연구개발을주도하고있고, 서울대, POSTECH, 경북대, 광주과기원, 울산대등이연구개발활동에참여하고있다. 포항방사광가속기연구소에서는방사광가속기성능향상사업, 제4세대방사광가속기사업을추진하고있으며, 한국원자력연구원은양성자기반공학기술개발사업을, 한국원자력의학원은중입자암치료기구축사업을, 국제과학비즈니스벨트는중이온가속기사업을추진하고있다. < 표 2-5> 주요가속장치수입현황 (2009 년 ) 구분 X 선발생장치 가속이온주입기 산업체의료기관교육및연구기관계 수량금액 ( 천원 ) 수량금액수량금액수량금액 ~10kVP 260 251,947 260 251,947 11~50kVP 138 4,083,494 8 1,074,384 146 5,157,878 51~100kVP 167 20,023.801 3 2,152,722 42 10,058,028 212 32,235,551 101~200kVP 117 14,792,867 2 59,070 6 1,864,539 125 16,716,475 201~300kVP 41 2,339,875 2 1,052,711 43 3,392,586 301~400kVP 12 1,069,367 12 1,069,367 High Current 5 7,570,857 5 7,570,857 High Energy 2 11,398,868 2 11,398,868 MidiumCurrent 16 49,739,457 16 49,739,457 베타트론 1 0 1 0 계 759 111,271,532 5 2,211,792 58 14,049,661 821 127,532,996 자료 : 한국동위원소협회, 2009 년도방사선이용통계, 2010 26 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 2 장방사광가속기의특성과산업적이용 원자력연구개발실시계획중에서 방사선융합 의료기술을개발하는방사선기술개발사업 을통하여연간 200억원수준의예산을투입하여가속장치를활용한산업및의료분야의응용연구개발을수행하고있으나, 가속장치개발과관련된사업은포함되어있지않다. 포항방사광가속기연구소는국내최초로대형가속기를개발 구축 운영하여선형전자가속기및원형가속기의설계 제작 운영에필요한기술을확보하고있다. 한국원자력연구원은양성자기반공학기술개발사업을통하여선형양성자가속기를국내독자기술로개발하여선형양성자가속장치의설계 제작에필요한제반기술의대부분을확보하였다. 특히양성자가속기는중입자 ( 중이온 ) 가속장치의개발에직접활용할수있는기술로서의료용중입자가속기등의개발에활용이가능하다. 포항방사광가속기개발과운영, 원자력연구원의대용량선형양성자가속기의개발을통하여확보한, 우리나라가속기관련기술과전문인력의숙련도수준은가속기선진국과대등한수준이다. 특히, 대용량선형양성자가속기는독자적으로설계하여국내에서제작한것으로가속장치제작에참여한산업체의기술을선진국수준으로향상시키는데기여하였고, 이러한산업체의노하우를활용하면가속장치산업을단기간에육성할수있을것으로기대된다. < 표 2-6> 우리나라의가속장치핵심기술수준 (2008 년 ) ( 단위 : %) 가속장치핵심기술 ( 보유기관, 산업체 ) 선진국대비국내기술수준 입사기설계및제작 ( 원자력연구원 ) 100.0 RFQ, DTL 설계및제작 ( 원자력연구원, ( 주 ) 비프로테크 ) 100.0 고전압전원장치설계및제작 ( 원자력연구원, ( 주 ) 포스콘 ) 100.0 저출력고주파원설계및제작 ( 원자력연구원 ) 100.0 고출력고주파원설계및제작 (( 주 ) 프로시스콤 ) 85.0 빔계측및제어기술 ( 원자력연구원, ( 주 ) 휴먼정보통신 ) 90.0 자료 : 양성자기반공학기술개발사업 2 단계평가보고서 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 27
제 3 장 경북지역의가속기기반실태와 산업화잠재력 제 1 절가속기기반구축실태 제 2 절제 4 세대방사광가속기 구축실태 제 3 절가속기연관산업 R&D 기반과산업화잠재력 대구경북연구원
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 제 1 절가속기기반구축실태 1. 방사광가속기 1) 기본개요및추진방향방사광을생산하는국내유일의포항방사광가속기 (PLS : Pohang Light Source) 는 1994 년완공되어 2010 년까지 30기의이용자빔라인을운영하였다. 특히세계적인방사광가속기와대등한경쟁력을확보하기위해방사광가속기성능향상프로젝트인 PLS-II 성능향상사업을성공적으로마무리한후, 2012 년 3월부터는사용자에게방사광을제공하고있다. 또한 2011년부터시작한포항가속기연구의 X-선자유전자레이저 (X-ray free electron laser) 개발을통해펨토초단위의시간분해능과나노크기의공간분해능을가지는첨단연구시설을확보할계획이다. < 표 3-1> 포항방사광가속기 (PLS) 빔라인활용연구지원현황 구분 95~08 년 2009 년 2010 년 2011 년 2012 년 2013 년합계 이용신청 ( 건 ) 6,794 1,023 1,194 343 1,159 1,293 11,806 실 험 수 행 ( 지 원 율 ) 5,213 (77%) 898 (88%) 1,016 (85%) 213 (62%) 829 (71%) 1,046 (81%) 9,215 (78%) 실험인원 ( 명 ) 17,254 2,881 3,199 519 2,860 3,613 30,326 빔타임 ( 실험일 ) - 196 190-126 170 - 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 31
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2) PLS-II 성능향상사업총사업비 1,000억원으로 2009년에시작한 PLS-II성능향상사업은가속기와빔라인의시운전을성공적으로완료하였다. 선형가속기는 thermionic DC gun, 3 GeV S-band linac과빔전달라인으로구성되어있으며, 16개의펄스모듈레이터와 16개의클라이스트론을통해전자빔을가속하게된다. PLS-II 저장링은 12개의 super-period 로구성되어있으며, 격자구조는 DBA(double bendachromat) 로구성되어있다. PLS-II 시운전은 2011년 5월에선형가속기시운전을시작으로, 6월에전자빔의 3 GeV 가속성공, 6월 25일저장링시운전시작, 8월 5일저장링에전자빔저장성공, 10월 7일저장링에 100mA전자빔저장장치를완료하였다. 10월 24일빔라인에최초로방사광을제공하였고, 2012년 2월 14일사용자가참여한가운데시운전에성공하였다. 2012년 3월부터사용자에게방사광을다시제공하기시작하였다. 3) PAL-XFEL 사업 2011년에시작한 PAL-XFEL 사업은선형가속기와언듈레이터를활용하여파장이 0.1nm와 10nm인 X-선을제공하는것이다. S-band상전도선형가속기를통해 10GeV까지가속된전자빔은언듈레이터를통과시켜 X-선을발생시키게된다. 소프트 X-선의경우파장이 1~10nm, 하드 X-선의경우파장이 0.1~0.7nm 파장의 X-선을사용자에게제공되도록설계되었으며, 가속기를포함한전체길이는약 1.1km에달한다. S-band photocathode gun과 3m 길이인두개의가속관, 집속용솔레노이드로구성된입사기를통해전자빔이 139MeV까지가속된다. 입사기는현재건설중이며, 2012년에성능시험을수행하였다. PAL-XFEL 사업에사용될선형가속기는 PLS-II 성능향상사업에도사용된바있는상전도 s-band 가속관기술을사용한다. 선형가속기의전체길이는 780m로설계되었으며, 10GeV까지전자빔을가속시키게된다. 32 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 < 그림 3-1> PLS-II 빔라인 10GeV 전자빔은언듈레이터를통해하드 X-선을발생시키며, 선형가속기중간단계에서인출된 3GeV 전자빔은또다른언듈레이터를통해소프트 X- 선을발생시키게된다. 언듈레이터홀의길이는각각 225m와 110m가된다. 하나의하드 X-선발생장치가목표인첫번째단계는 2014년에완료될예정이다. PALXFEL의개략도는 < 그림 3-2> 와같다. 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 < 그림 3-2> PAL XFEL 의개략도 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 33
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 양성자가속기 1) 기본개요및추진방향한국원자력연구원의양성자기반공학기술개발사업단에서수행중인양성자가속기개발프로젝트는 100MeV 선형양성자가속기를개발하고, 양성자빔이용기술과가속장치응용기술을확보하여이를산업적으로활용하는것을목적으로하고있다. 2012년 3월에설치된양성자선형가속기는 2012년말시운전을거쳐 2013년부터사용자에게양성자빔을제공하고있다. 대전한국원자력연구원에서 20MeV 양성자빔을제공하고, 가속장치의성능시험을목적으로 2007년부터시작한시범운영은 2011년 11월말에종료되었으며, 이후해체된 20MeV 가속장치는경주에옮겨 100MeV 가속장치의전단부로설치완료하였다. 2) 20MeV 양성자가속기시범운영및양성자빔제공완료대전한국원자력연구원에설치된 20MeV 양성자가속기는 2007년사용허가 ( 주당 4시간, 평균빔전류 0.1 μa ) 취득후시범운영을시작하였다. 2008년에는차폐시설을보강하여보다높은빔전류 ( 주당 4시간, 평균빔전류 1.0 μa ) 로운전할수있도록사용허가를받았다. 이를통해보다많은이용자에게양성자빔을제공할수있었다. 양성자빔이용자수는꾸준히증가하여시범운영을종료한 2011년 11월사용실적이연간 687건에달하였다. 2010년부터는양성자빔이용자의설문조사를통해이용시설만족도를평가하였다. 2010년 91.5점에이어 2011년에는 92.6점을기록하여높은수준의만족도를보여주었다. 경주에설치될양성자가속기센터의빔이용시설구축에도이용자의의견을반영할예정이다. 양성자가속기의시범운영은양성자빔제공뿐만아니라가속기의운전경험확보와가속기의성능시험목적도갖고있다. 2011년의경우 20MeV 가속장치의고반복률운전실험, 낮은빔전류인출 34 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 및가속실험, 제어시스템의꾸준한성능향상, BPM(beam position monitor) 등빔진단계통의성능향상, 마이크로파이온원의개선등의실험을성공적으로수행하여, 향후 100MeV 선형양성자가속기의성공적인운영을위한토대를꾸준히확장하였다. 2011년말까지성공적으로시범운영을마친 20MeV 가속장치는해체후경주에이전하였으며, 2012년 3월에 100MeV 가속장치의전단부로설치가완료되었다 3) 100MeV 양성자가속기본체설치완료 2010년에완성된 100MeV 양성자가속장치본체의설치가 2012년 3월에완료되었다. 100MeV 양성자선형가속기는 50keV 입사기, 3MeV RFQ(radiofrequency quadrupole), 100MeV DTL(drift tube linac) 로구성된다. 가속기터널에양성자가속기를설치하기위해우선가속기터널각지점의위치를결정하기위한위치측정용표적시스템을설치하였다. 가속기터널의양쪽벽면에 5m와 10m 간격으로 42개의표적시스템이설치되었다. 표적시스템을활용하여터널바닥의편차를보정한후가속장치의설치를완료하였다. 20MeV 빔이용홀에들어갈전자석설치도가속기설치와같은과정을통해완료하였다. 가속장치본체와전자석의설치를위한위치정보는 fiducialization 과정을통해확보하였으며, 이는향후정밀정렬에활용될것이다. 자료 : 양성자가속기연구센터 http://www.komac.re.kr/ < 그림 3-3> 양성자가속기및빔라인 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 35
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 3. 중이온가속기 1) 기본개요및추진방향기초과학연구원의중이온가속기구축사업단에서수행중인중이온가속기개발프로젝트는 238U33+ 와 238U34+ 기준입자를핵자당 200MeV까지가속시킬수있는중이온가속기와기초과학실험용시설을구축을목적으로한다. 정부는 2009년 1월에국제과학비즈니스벨트종합계획을발표하면서중이온가속기구축계획을발표했다. 일부선진국의경우중이온가속기를가동하고있거나건설계획중이다. 우리나라로서는선진국이건설또는계획하는중이온가속기와차별화된독창적인중이온가속기를제안할필요가있게되었다. 우리나라경제규모에맞으면서도독창적이며세계적인중이온가속기를제안하고자노력한결과제안된것이희귀동위원소가속용중이온가속기이다. 그러나 국제과학비즈니스벨트종합계획 추진단계에서논의되었던중이온가속기건설계획에서는초전도선형가속기 : 200Mev/n(U), 120m 싱크로트론 : 400MeV/n(C), 50m 빔전류 : 수소 (H) 이온 4mA(CW), 우라늄 (U) 이온 2puA(CW) 등을핵심으로하고있다. 자료 : 중이온가속기구축사업단, 희귀동위원소가속용중이온가속기개념요약, 2013. < 그림 3-4> 중이온가속기의기본원리 36 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 2) 중이온가속기개념설계수정및보완중이온가속기구축사업단에서는기준입자를 238U33+ 와 238U34+ 의두입자로변경하였으며, 공진주파수를 81.25MHz 로변경하여중이온가속기설계를수행하였다. 이온원의경우, 28GHz 초전도 ECR 이온원에대한검토와수정을수행하였다. LEBT 의경우, 두개의전하상태를 RFQ에입사시키기위한두개의 bunchercavity 등으로구성된시스템을구성하였으며, Impact-Z 코드를이용한입자트랙킹을수행하였다. RFQ의경우, 입사에너지가입자당 10keV, 인출에너지는입자당 300keV 가되도록설계하였으며, 전체길이는 3.98m 이다. 빔동력학계산은 PARMTEQ 코드와 TRACK 코드를사용하였다. 또한 RFQ와초전도선형가속기사이의빔정합을위한 MEBT (mediumenergy beam transport) 설계를추가하였다. MEBT 는두개의 rebuncher cavity 와 5개의사극자석으로구성되어있다. 초전도가속기첫단은베타 0.047, 주파수 81.25MHz 인 QWR(quarter wave resonator) 를이용해에너지를핵자당 2.7MeV 까지가속시키도록설계하였으며, cryomodule 하나에가속관하나를넣는구조로변경하였다. 자료 : 조용섭, 원자력연구개발, 한국원자력연구원양성자기반공학기술개발사업단, 2013. < 그림 3-5> 중이온가속기기본개념및설계구상도 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 37
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 다음단은베타 0.12, 주파수 162.5MHz 인 HWR(half wave resonator) 를이용해핵자당에너지를 18.6MeV 까지가속시키도록설계되었다. 다음에오는초전도가속기는 SSR(single spoke resonator) 로서베타가 0.30과 0.53의두종류가사용되며, 공진주파수는 325MHz이다. 각각의 SSR은우라늄을핵자당 65MeV 와 200MeV 까지가속시키도록설계되었다. charge strippingsection 은 90도휘는구조로설계를변경하였으며, IF(in-flight fragmentation) 분리장치와사이클로트론을포함한 ISOL 장치에대한설계검토및수정도수행하였다. 그밖에고주파시스템, cryogenic system, 진공, 전원, 제어, 차폐, 건물등관련장치및시설에대한검토도수행하였다. 주요연구분야는우주원소및별의진화, 핵의구조와핵력의본질을규명하기위한연구와핵자료구축등이포함된천체물리및핵과학, 정밀질량측정과같은원자및분자과학, 신물질의특성을연구할물성과학, 암치료연구를포함한의생명과학등 4개분야이다. 3) 실험분야및장치중이온가속기를활용할주요분야전문가로구성된 8개의 TF(task force) 가구성되어주요연구주제및실험시설과그사양을결정하였다. 이를통해결정된주요연구분야는우주원소및별의진화, 핵의구조와핵력의본질을규명하기위한연구와핵자료구축등이포함된천체물리및핵과학, 정밀질량측정과같은원자및분자과학, 신물질의특성을연구할물성과학, 암치료연구를포함한의생명과학등 4개분야이다. 이를위한실험에사용될중이온의종류와사양에대해연구하였다. 실험장치와관련해서는 ISOL 표적과관련한연구를통해질량분리기에대한기초설계를보완하였다. 핵구조연구에사용될 recoil spectrometer, gas-filled separator, 고분해능운동량분광기등의설계, 다양한입자검출에사용될검출기등의설계검토, 물성연구에사용할 β-nmr, μsr 등연구시설에대한설계검토및보완등다양한활동을수행하였다. 38 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 제 2 절제 4 세대방사광가속기구축실태 1. 추진배경및사업개요 방사광가속기는재료과학, 의학, 생물학, 화학, 물리환경과학, 제약등순수기초및응용과학분야의첨단기술개발에필수적인연구시설로서세계적으로인증을받고있는거대과학기술장치이다. 현재제3세대방사광가속기를이용하여물체의정적 (Static) 현상을연구하고있으나, 최근제4세대방사광가속기를이용하여살아있는세포를실시간에분석하는등동적 (dynamic) 현상연구로전환하는추세이다. dynamic 현상분석은제3세대방사광가속기 ( 성능을향상시키더라도 ) 로는불가능하다. 제4세대방사광가속기는개념과성능에있어새로운차원의장치로서제3세대보다광원이 100억배밝고 ( 고해상도 ), 펄스폭이 1,000배짧아살아있는세포의동적현상을실시간에관측할수있다. 제4세대방사광가속기의건설은세계적인추세이며미국, 일본, 유럽등주요선진국은 2000년대초반부터건설에착수하여산업화를위한다양한전략을모색하고있다. 이제제4세대방사광가속기를활용하여세계수준의첨단과학기술의선점과연구의질적수준향상은물론물리학, 재료과학, 펨토화학, 구조생물학및기초 응용과학연구의새로운거점을확보하고기술개발과산업화를위한다양한전략을모색할필요가있다. 제4세대방사광가속기기반구축사업은첨단기초연구인프라확보를통해세계최고수준의연구성과를창출하기위해세계최첨단의 0.1nm급 4세대방사광가속기구축을목표로하고있다제4세대방사광가속기기반구축사업은국내유일의선도형사업으로첨단과학기술선점, BT NT IT ET 녹색에너지 나노소자및소재등신성장동력산업생태계구축, 국내과학자를대상으로한세계적인연구환경조성, 국외우수과학자유치및국내연구수준향상에기여함으로써세계적수준의첨단기술개발분야에획기적으로기여할것으로기대된다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 39
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 구축사업의추진전략 제4세대방사광가속기기반구축사업은빔에너지 10GeV의 X-선자유전자레이저가속기와빔라인 3기의건설로국제적과학경쟁력우위를확보하고 21세기최첨단과학기술을선점하기위한것이다. 사업내용은 10GeV 가속장치운영 ( 방사광파장 0.1 nm 이하, 방사광첨두출력 6 GW), 빔라인 3기건설 ( 경X-선빔라인 2기, 연X-선빔라인 1기 ), 이용자숙소및가속기체험관건설을통한산업용가속기응용장치의공동활용여건조성, 이용자중심의운영체계구축등이다. 특히기존시설 ( 제3세대가속기 ) 과의연계 활용극대화, 부대건물과전력등기존기반시설과인력의공동활용으로비용절감및사업기간단축을도모하고, 제3세대실험결과를제4세대실험에활용하는등가속기기반연구활용을통한연구성과극대화와경쟁력강화에노력하고있다. 나아가핵심장비국산화율을제고하고, 기존시설 ( 제3세대 ) 구축 운영에서축적된기술을설계단계에서부터적용하여핵심장치의국산화추진함과동시에선진기술도입을위한기술협력체계를강화하고있다. 특히제4세대방사광가속기를건설 운영중인미국, 일본, 유럽등의선진해외가속기시설과기술협력네트워크를강화하고있다. 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 < 그림 3-6> 제 4 세대방사광가속기개략도 40 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 3. 주요장치및시설구축 제4세대방사광가속기는전자시스템 ( 입사기, 선형가속기, 삽입장치 - 언듈레이터 ), 광자빔시스템 ( 프론트엔드, 빔라인, 실험장치 ), 기반시설 ( 전자빔동, 광자빔동, 기술지원동 ) 으로구성되어있다. 핵심장치는레이저를이용한고휘도전자빔, 번치를발생시키는전자총, 전자빔번치를가속시키는선형가속기, 전자빔번치가지그재그운동을하면서방사광을발생시키는삽입장치, 방사광실험장치인빔라인등이다. 특히 10GeV 에너지를가지는마이크로파 S-대역선형가속기 ( 총길이, 780m - 빔전송선포함 ), 연 X-선영역 (4.5~1nm) 의방사광을발생시키기위한삽입장치 1기와 0.1nm 이하파장의경 X-선방사광을발생시키기위한삽입장치 1기를설치 (undulator hall 길이, 250m) 하고있다. < 표 3-2> 제 4 세대방사광가속기주요구성 주요구성세부구성내용 전 자 시 스 템 입사기 선형가속기 삽입장치 ( 언듈레이터 ) 프론트엔드 레이저 광학장치, 광음극고주파전자총, 가속장치, 진단 제어장치 가속장치, 전자석 전원장치, 빔진단 제어장치, 진공장치 경 X- 선 연 X- 선삽입장치, 전자석 전원장치, 빔진단 제어장치, 진공장치 연동장치 차페, 빔전송 진공장치, 빔조작장치, 빔유틸리티 광 자 빔 시 스 템 빔라인빔라인빔전송장치, 진단장치, 실험지역설비 실험장치 펌프 - 프로브장치, X- 선실험장치, X- 선집속장치, 펌프레이저 타이밍 기시 반설 전자빔동선형가속장치동, 삽입장치동 광자빔동프론트엔드동, 빔라인실험동, 실험실 사무실 기술지원동 조립 시험실, 공조 냉각 전기 변전실, 실험 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 41
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 4. 주요장치의구성및재원 1) 전자빔시스템 - 입사기입사기는레이저를이용한고휘도전자빔번치 ( 묶음 ) 발생장치, 전자빔을발생시키기위한 UV 레이저및광학장치, 빔에너지 6 MeV 이상, 에미턴스 0.5 mm mrad 이하의전자빔을발생시키는광음극고주파전자총으로구성되어있다. 그리고전자빔의에너지를 135MeV 까지가속하기위한선형가속기, 가속관 2개, 클라이스트론 3개, 모듈레이터 3개, 고안정고주파되먹임장치가있다. < 표 3-3> 전자빔시스템의구성과재원 구성제원 레이저 광학장치 광음극고주파전자총 Ti-Sapphire laser, 파장 266nm, 에너지 > 100μJ 레이저빔프로파일 : uniform 빔에너지 : > 6MeV, 빔에미턴스 : < 0.5mm-mrad 가속장치 * 빔에너지 135MeV, 빔전하량 0.2nC 진단 제어장치빔전류 / 빔위치 / 빔단면측정장치, Wire scanner 2) 전자빔시스템 - 선형가속기선형가속기는전자빔의에너지를 10GeV까지올리기위한 720m의 S-대역선형가속기로가속관, 클라이스트론, 모듈레이터, 고안정고주파되먹임장치, 에너지배가장치, 전자석및전원장치, 빔진단및제어장치, 진공장치로구성되어있다. 전자빔을가속하는핵심장치로, 전자기파를발생시키는클라이스트론, 클라이스트론에고전압을공급하는모듈레이터, 발생된전자기파를가속관에전송시키는마이크로웨이브시스템이필요하다. < 표 3-4> 선형가속기의구성과재원 구성제원 가속장치 전자석및전원장치 빔진단및제어장치 에너지 : 10GeV (S- 대역가속관 140 개, 클라이스트론 70 개 ) 빔전류 3kA, 고주파위상안정도 : 0.1, 모듈레이터펄스안정도 : 100ppm 이극자석, 사극자석, 궤도보정자석전원장치전류정밀도 < 20ppm 진공장치진공도 < 5x10-8 Torr 빔위치제어정밀도 < 10μm, 빔위치측정정밀도 < 5μm, 빔단면측정정밀도 < 10μm 42 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 3) 전자빔시스템 - 삽입장치삽입장치는선형가속기로부터 10GeV 전자빔을통과시켜 X-선을발생시키는영구자석장치로서자장측정이용이하고방사선문제가적고유지보수가용이한 out- vacuum형삽입장치를사용한다. 낮은전자빔에미턴스 (< 0.5mm mrad) 와짧은전자빔번치길이 (30μm), 에너지의안정성 (<0.02%) 을측정하기위한진단장치로서전자빔을삽입장치에서전송하는데필요한전자석및고안정도의전원장치이다. < 표 3-5> 삽입장치의구성과재원 구성재원 경 X - 선, 연 X - 선삽입장치 전자석및전원장치 빔진단및제어장치 out-vacuum 형삽입장치 ( 길이 5 m, 25 개 unit) 언듈레이터갭 7 mm 이극자석, 사극자석, 궤도보정자석전원장치전류정밀도 < 20 ppm 빔위치제어정밀도 < 2 μm, 빔위치측정정밀도 < 200 nm, 빔단면측정정밀도 < 10 μm 진공장치챔버갭 5 mm, 진공도 < 5x10-9 Torr 능 4) 광자빔시스템 - 프론트엔드광전자빔시스템은빔인출을위해삽입장치의초고진공부분과연결하는진공챔버장치, 마스크와실틈장치를이용하여결맞음이없고실험에악영향을주므로자발방사광을제거하는기능을수행한다. 가속장치제어를위한피드백은제4세대방사광원에대한진단장치를필요로한다. 고속차단장치및게이트밸브등을사용하여방사선안전및방어기능을담당한다. < 표 3-6> 광자빔시스템의구성과재원 구성재원 연동장치 차폐주셔터고속차단장치, 게이트밸브 : 1ms 차폐 빔전송 진공장치 이온펌프, 게이지 : < 10-10 Torr 빔조작장치마스크 ( 고정식, 연동식 ), 실틈장치 : < 1 μm 동작 빔유틸리티모니터 ( 와이어, 스크린 ), PBPM, 빔진단장치 : < 1 μm 분해능 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 43
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 제 3 절가속기연관 R&D 기반과산업화잠재력 1. 가속기연관연구개발여건분석 1) 포항가속기연구소 7년간의건설기간을거쳐 1994년 12월에탄생한포항방사광가속기는 21세기한국과학기술을선도하는중요한첨단연구시설로서높은잠재력을보유하고있다. 방사광은빛의속도로움직이는전자가자기장속을지나면서방향을틀때마다나오는빛이며, 가속기는이빛을가속하는장치로서방사광을관으로유도해각종장치와연구에활용되는데, 대표적인분야가생명공학 반도체 기계공학 화학 재료공학등이다. 포항가속기연구소전체부지는 660,000m2로서이중조성한부지는 110,000m2이며축구경기장약 20개에해당하며, 8개동의건물은 42,000m2로이루어져있다. 주요건물로는전자를빛의속도로가속시키는직선길이 205m의선형가속기동이있고, 원주길이 450m의원형저장링동은전자를원형으로회전시키면서방사광을생산하는저장링기기와이용자들이실험하는빔라인그리고시료준비실등을포함한실험공간들이있다. 이외에이용자지원업무를수행하는행정동, 가속기의지속적인개발을위한연구 I, II 동, 전기를공급하는전력공급동, 가속장치 (±0.2 ) 의냉각을위한저전도수와가속기내부시설의온도 (±1 ) 를유지토록공조를담당하는유틸리티동, 그리고방사광이용자편의를도모하는숙소지원시설등의보조건물들이위치해있다. 한해평균 1000명이넘는외부연구인력들이연구소를방문하여시설을이용함으로써각종연구와다양한프로젝트를수행하고있다. 최근에는방사광가속기이용자숙소건립, 가속기체험관건립, 거대과학영재프로그램운영등연계시설건립과프로그램운영을추진하고있다. 44 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 < 그림 3-7> 제4세대방사광가속기및연계시설위치도 2) POSTECH 1986년경상북도포항시남구효자동산 31번지에대학설립인가를받아포항공과대학으로개교하였으며, 등록금의 54.2% 를장학금으로환원하여재학생전원에게장학금을지급함으로써학구열을높이고있다. 학생전원이기숙사생활을하며, 국내최초의연구중심대학에서세계적인명문공과대학으로거듭나고있다. 현재미국캘리포니아대학교버클리캠퍼스, 캐나다워털루대학교, 오스트레일리아뉴캐슬대학교, 독일아헨공과대학, 프랑스툴루즈대학교등해외 13개국 50개대학과자매결연을맺고있다. 지능자동화연구센터와항공재료연구센터는프랑스공정시스템연구와매사추세츠공과대학의재료공정연구센터에각각현지연구소를설치하여공동연구를수행하고있다. 현재 1개일반대학원, 2개전문대학원 ( 철강대학원, 정보통신대학원 ), 최고경영자과정, 11개학과 ( 학부 ) 로구성되어있으며, 부설연구기관으로가속기연구소, 우수연구센터 8개연구소 ( 전산수학연구센터, 생리분자과학연구센터, 기능성분자집합체연구센터등 ), 창의적사업연구단 7개연구소, 기타연구소 32개등 50개연구소가있다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 45
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 3) 포항산업과학연구원 (RIST) RIST는 1987년포스코와국가의기술경쟁력강화를위하여포스코가전액출연하여설립한실용화기술전문연구기관이다. 설립이후 RIST는신제철공법인파이넥스 (FINEX) 와스트립캐스팅기초연구를수행하여포스코가세계최초로상용화하는데일익을담당하였다. 아울러세계최초로마그네슘판재양산기술을개발, 상용화했으며연료전지를비롯한포스코의신성장동력사업뿐만아니라국가과학기술경쟁력제고와지역경제발전에크게기여해왔다. 4) 나노융합기술원연구개발에서산업화까지일괄지원시스템구축을통하여국내나노기술연구및산업화기틀을마련한다는목표아래주관기관인포항공과대학교를비롯해 5개의지자체, 5개의테크노파크, 18개대학 / 연구소, 108개의산업체등총 136개기관및단체가컨소시엄을구성하고있다. 나노기술의전후방파급효과가큰포항지역인포항공과대학내에기술원을설립함으로써연구개발과산업화의연계를통한시너지효과를극대화하고있다. 5) 한국로봇융합연구원 지자체연구소육성사업 중 " 포항지능로봇연구소사업 " 으로설립되었으며, 현재독립법인으로총사업비는 480억원이며 2004년부터운영하고있다. 한국로봇융합연구원은지능로봇관련전문연구기관으로국내 / 외지능로봇기술경쟁력을확보하고지역중소기업기술력을향상시키는선도역할을하는것은물론아울러산 / 학 / 연 / 관이함께발전할수있도록관련조직간상호작용을촉진하고로봇관련신기술개발을촉진하는역할을하고있다. 그외포스택과한동대학을비롯한대학부설연구소와이외아시아태평양이론물리센터, 포항테크노파크, 포항금속소재산업진흥원, 기업부설연구소등이위치해있으나방사광가속기를활용한연구개발및산업화측면에서의연관성은낮은편이다. 46 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 구분연구소명 합계 126 개소 국립연구기관 (2) 소계 대학자체연구소 (26) < 표 3-7> 과학기술분야연구기관현황 동해수산연구소 - 심해수산자원연구센터, 양식사료연구센터 해양수산부산하국립수산과학원소속 53 개소 동해수산연구소, 정보통신연구소, 기초과학연구소, 생물공학연구소, 자동차기전연구소, 철강제어연구센터, 환경연구소, 고분자연구소, 제품생산기술연구소, 뇌연구센터, 이론물리연구소, 기능유전체연구소, 생명공학연구센터, 바이오나노텍연구센터, 초소형기계기술연구소, 포항풍력에너지연구소, 디스플레이기술연구센터, 해양생명환경기술연구소, 정보신소재연구소, 시스템온칩화학공정연구소, 바이오정보소프트웨어연구센터, 연료전지연구소, 생화학영상센터, 철강전문연구소, 포항공대가톨릭대의생명공학연구소, 과학기술진흥센터 포항공대연구소 우수연구센터 (10) 첨단유체공학연구센터, 지능자동화연구센터, 촉매기술연구센터, 항공재료연구센터, 전산수학연구센터, 기능성분자집합체연구센터, 스핀물성연구센터, 차세대바이오환경기술연구센터, 시스템바이오다이나믹스연구센터, OFDM 기반광대역이동인터넷연구센터 국제연구소 (1) 정보센터 (3) 문화센터 (1) TIC(1) 국방부 (1) 산자부 (3) 창의사업연구단 (8) 한동대자체연구소 (5) 위덕대자체연구소 (2) 포항 1 대학자제연구소 (2) 민간연구소 (1) 기업연구소 (60) 한국산업기술진흥협회인정업연구소 산업공학연구정보센터, 생물학정보센터, 환경공학정보센터과학문화연구센터금속재료기술혁신연구센터전자파특화연구센터나노기술산업화지원센터, 나노기술직접센터, 포항지능로봇연구소 지능초분자연구단, 초전도연구단, 기능성분자계연구단, 식물단백질이동연구단, 생체분자인지연구단, 구조생물학연구단, 반도체나노막대연구단, 블록공중합체자기조립연구단 아시아태평양이론물리센터첨단기계연구소, 생명공학연구소, GIS 연구소, 정보통신기술연구소, 창조과학연구소 산업기술연구소, 아시아태평양연구소 산업기술연구소, 해양식품과학연구소 포항산업과학연구원 ( 부품신소재연구센터, 설비자동화연구센터, 환경에너지연구소, 강구조연구소, 신뢰성평가센터, 용접센터, 탄소재료연구실, 용사코팅연구실, 강교량연구실 POSCO 기술연구소등총 60 개사 - 연구원 30 인이상기업연구소 : 3 개사 - 연구원 30~10 인기업연구소 : 8 개사 - 연구원 10 인미만기업연구소 : 49 개사 자료 : KDI 공공투자관리센터, 4 세대방사광가속기구축사업예비타당성조사보고서, 2010,,p.72. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 47
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 NO 기업연구소명 < 표 3-8> 포항지역기업연구소현황 연구인력 NO 기업연구소명연구인력 1 VMT기술연구소 7 31 태경산업 ( 주 ) 종합연구소 5 2 ( 주 ) 휴먼정보통신기술연구소 6 32 ( 주 ) 협화친환경비료연구소 5 3 ( 주 ) 대경품질기술연구소 8 33 진성산업 ( 주 ) 기술연구소 5 4 ( 주 ) 삼정산업부설연구소 5 34 ( 주 ) 유니코정밀화학부설기술연구소 6 5 포스코기술연구소 142 35 크리버연구소 6 6 경원철강 ( 주 ) R&D Center 8 36 ( 주 ) 케이에스티기술연구소 2 7 고려제강 ( 주 ) 부설중앙기술연구소 12 37 ( 주 ) 자원리싸이클링연구소부설 plasma 연구소 8 대신메탈라이징 ( 주 ) 기술연구소 5 38 ( 주 ) 레스코부설연구소 5 9 동양표면처리연구소 10 39 ( 주 ) 제철세라믹부설연구소 6 10 동일산업기술연구소 6 40 광우파카 ( 주 ) 기술연구소 8 11 현대종합금속기술연구소 23 41 ( 주 ) 세기부설연구소 7 12 ( 주 ) 케이아이씨기술연구소 5 42 씨그몰 ( 주 ) 분자의학연구소 5 13 ( 주 ) 태광테크기술연구소 2 43 동사화학공업 ( 주 ) 부설기술연구소 6 14 케너텍기술연구소 9 44 ( 주 ) 애경피앤씨중앙연구소 44 15 ( 주 ) 세아제강기술연구소 10 45 진성캠 ( 주 ) 부설연구소 5 16 신양피앤피 ( 주 ) 기술연구소 6 46 ( 주 ) 케이알티기술연구소 6 17 ( 주 ) 알파플러스기술연구소 5 47 ( 주 ) 티에이앤연구소 5 18 ( 주 ) 와이테크부설연구소 5 48 삼화기술연구소 5 19 벡터필드코리아 ( 주 ) 부설기술연구소 2 49 포스렉기술연구소 16 20 ( 주 ) 포스백기술연구소 3 50 조선내화 ( 주 ) 부설내화물기술연구소 17 21 ( 주 ) 닷에이스기술연구소 5 51 왕표화학기술연구소 5 22 ( 주 ) 포스콘부설기술연구소 35 52 씨알택기술연구소 3 23 ( 주 ) 엠티케이기술연구소 5 53 ( 주 ) 대륙금속기술연구소 5 24 ( 주 ) 아이모바일테크놀러지부설모바일플랫폼개발연구소 4 54 ( 주 ) 카보닉스기술연구소 5 25 ( 주 ) 씨닉스부설연구소 3 55 ( 주 ) 거양기술연구소 5 26 유징테크 ( 주 ) SW 공학연구소 2 56 제일연마연구소 7 27 머신나우 ( 주 ) 기게기술연구소 2 57 창연브레싱 (E.T.2) 연구소 5 28 제노마인첨단생명공학연구소 10 58 ( 주 ) 지엔텍부설연구소 5 29 ( 주 ) 피앤아이 Bioinformatics 연구소 7 59 ( 주 ) 포스코건설기술연구소포항분소 13 30 ( 주 ) 제넥신부설연구소 5 60 ( 주 ) 토건테크부설연구소 5 자료 : KDI 공공투자관리센터, 4 세대방사광가속기구축사업예비타당성조사보고서, 2010,,p.73. 5 48 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 2. 가속기연관인프라구축실태 1) 경주양성자가속기센터경주시건천읍화천 모량리일대에들어설양성자가속기연구센터는 2011 년가속기및빔이용시설설치공사를거쳐 2012년 100MeV급가속기설치를완료하였다. 이사업에는토지매입에 333억원, 연구지원시설에 848억원, 기반시설에 423억원등총 1,604억원이투입되었다. 양성자가속기는수소원자에서전자를떼어낸양성자를가속관안에서전기장에의해빛의속도로가속시키는장치로물질구조연구와물질구조변경을통한소재개발과암치료등산업적활용이가능할것으로기대된다. 2) 막스플랑크한국포스텍연구소 POSTECH은독일막스플랑크재단아 태이론물리센터와 2007년 10월, 우수연구자육성프로그램인 Junior Research Group을설치 운영하기로협약을체결하였다. Junior Research Group은아시아 태평양지역의우수연구원들을선발해분야별공동연구를통해우수연구자를육성하는프로그램으로, POSTEC은각종연구인프라를지원하여아 태지역국가인재들이선도적인연구진과상호교류협력할수있는시스템을구축함으로써세계물리학분야발전에크게기여할것으로기대된다. 4) 일본기업전용부품소재단지 2008년 4월한 일간상호투자확대와부품 소재산업교류촉진을위해일본기업전용부품 소재단지를조성키로하였다. 900만m2규모에부품 소재전용공단을조성한다는계획을마련하고있다. 일본기업전용부품소재단지가조성되어일본기업들이포항에서제품을생산해국내에판매하면최근급증하고있는대일본무역역조해소에기여하게될것이다. 국내기업들은기술이전등으로기술경쟁이높아져장기적으로국내부품소재산업의경쟁력강화에크게기여할수있을것이다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 49
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 3. 가속기의산업적활용과발전잠재력 1) 기술개발측면에서의발전잠재력제4세대방사광가속기는나노과학과펨토과학을동시에연구할수있고제3 세대에비해 100억배나밝은광원을이용하여물질내부에서발생하는현상을정밀하게관측할수있다. 또한발생하는화학반응과정을펨토초의시간분해로측정할수있는최첨단거대과학기반이다. 제4세대 (X-선자유전자레이저 ) 방사광가속기에서제공되는 X-선의휘도는 10보다크기때문에기존의 3세대방사광가속기에서발생되는 X-선보다훨씬클뿐만아니라발생하는 X-선의펄스폭이약 100피코초정도로짧아, 아주짧은시간분해능으로물질내부구조및내부의시간에따른변화나생화학적인반응등에대한동력학적정보를제공할수있다. 또한발생하는 X-선의파장이경 X-선영역이어서시료가진공에있을필요가없으며모든시료에사용가능하여그응용범위가넓고회절을통하여구조에대한직접적인정보를제공할수있다는큰장점이있다. 이러한강력한레이저의특성을이용하여결정화되지않은한개의 DNA 분자로부터복잡한구조를가지는비결정구조의해석에필요한정보확보가가능하다. 더구나제4세대방사광가속기는 X-선자유전자레이저를사용하기때문에원자수준의해상도를갖는홀로그래피 (Holography) 가가능하므로무기또는유기물의구조를규명하여물질의기능을이해하는데크게기여할수있다. 제4세대방사광가속기의건설이미국, 일본, 유럽에비해 4~6년정도뒤지지만, 새로운과학연구를개척하는효과는대단히클것으로예상되며, 기초과학의여러분야에서프론티어수준의성과를창출할수있을것으로기대할수있어기술개발측면에서발전잠재력이매우높다. 제4세대방사광가속기가이와같이과학기술적으로우수함에도불구하고, 현재방사광이용자들에게가장필요한것은세계최고수준의 3세대방사광가속기이며, 4세대방사광가속기의경우건설초기에는첨단연구장비를이용한 50 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 심도있는과학탐구를수행할연구수요가크지않을것이라는데에대다수과학자들이동의하고있다. 더구나제3세대방사광가속기가처음설립되었을당시수요가거의없었으나이후연평균 30% 라는경이적인증가율을보인것과마찬가지로, 제4세대방사광가속기역시초기에는수요가많지않을수있지만시간이지나면서빠른속도로증가할것으로예상된다. 따라서가속기연관산업비즈니스타운조성을위해서는중앙정부중심의제 4세대방사광가속기운영을위한거버넌스체계구축과거대과학기술기반중심의성장주도산업중심의수요창출여건조성이다각도로진행되어야한다. 이를위해서는대구경북권중심의산업구조고도화와철강산업에편중된포항지역중심의업종구조다각화 (BT, 신약, 제약, 의료, 소재산업, 해양플랜트등 ) 전략을동시에마련해나가야한다. 또한현재방사광이용자들에게시급히필요한것은성능좋은제3세대방사광가속기이기때문에방사광가속기성능향상사업의성공여부가불분명한상황에서체계적인가속기연관 R&D 비즈니스생태계구축을위한노력이필요하다. 특히전세계적으로정상적으로운영되는제4세대방사광가속기가존재하지않기때문에아직국내에는제4세대방사광가속기를사용해본사용자가없다. 따라서제4세대방사광가속기의활용에대한명확한예측이부재하며, 기업의수요역시불분명할수밖에없는실정이다. 그러나미국스탠포드대학에건설된 LCLS의경우현재일부빔라인만테스트단계에있음에도불구하고놀라운실험결과들이나오고있으며, 이러한경험이축적되면향후수요는충분히커질것으로예상된다. 오히려방사광수요는급격히증가할것인데반해, 제4세대방사광가속기의경우선형가속기라는특징으로인해빔라인을최대 40개까지설치할수있는원형가속기와는달리 5개이하의빔라인만을설치할수있다는한계로인해수요를양적인측면에서충족시켜줄수없을수있다는점을지적하기도한다. 이와관련하여, 가속기활용기술개발잠재력에대한과학적인논리와효율적활용에대한방안모색이매우중요한과제이다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 51
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2) 가속기활용측면에서의발전잠재력현재포항경주권과대구경북권을포함한연관기업의경우관련수요는많지않으나방사광이용자들에게가장필요한것은제3세대방사광가속기이며, 제 4세대방사광가속기와같은첨단연구장비를이용한심도있는연구개발과비즈니스서비스를수행할수요가크지않다. 그러나제3세대방사광가속기가처음설립되었을당시수요가거의없었으나, 연평균 30% 이상의증가율을보인것과마찬가지로, 제4세대방사광가속기역시초기에는수요가많지않을수있지만시간이지나면서빠른속도로증가할것으로예상된다. 제4세대방사광가속기의경우선형가속기라는특징으로인해빔라인을최대 40개까지설치할수있는원형가속기와는달리 5개이하의빔라인만을설치할수있다는한계로인해방사광에대한수요를양적인측면에서충족시켜줄수없을수있다. 과거전혀경험이없었던상황에서포항방사광가속기를건설하는데성공하였으며현재는포항방사광가속기건설및운영경험, 하나로등대형연구장비의건설경험등으로기술수준이많이향상된점을고려하면건설측면에서기술적으로어려운점은거의없는것으로판단된다. 방사광가속기의주요기능은물질을관찰하는것인반면, 중이온가속기, 양성자가속기는물질의구조와성질을바꾸는것으로서기능적측면에서다른가속기에비해활용도가가장광범위하다는것이전문가들의일반적인견해이다. 제3세대방사광가속기에비해제4세대방사광가속기는 100억배높은휘도, 1000배짧은시간대인펨토초영역의광펄스폭, 완벽한횡축방향의광결막음특성을가짐으로써물질분석자료에있어서나노급의고해상도를제공해주며살아있는세포까지분석이가능하고고도의시간분해능으로동적현상을관측할수있게해줌으로써선도적연구가가능할것이다. 제4세대 (X- 선자유전자레이저 ) 방사광가속기는대상및분석자료의제공측면에서초고전압투과전자현미경, 차세대자기공명장치, 하나로, 양성자가속기, 광양자빔장치제3세대방사광가속기등기존의대형장비와차별성을갖고있다. 52 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 3 장경북지역가속기기반실태와산업화잠재력 3) 과학기술및산업정책측면에서의잠재력제4세대 (X-선자유전자레이저 ) 방사광가속기건설예비타당성분석에의하면전국적으로약 1천 908억원의생산유발효과가있는것으로추정되며본사업권에직접해당하는경북지역에는약 1천 27억원의생산유발효과가있는것으로추정하고있다. 전국적으로 1,042명의고용창출이발생하고경북지역에서는 566명의고용유발효과가있을것으로추정하고, 임금유발효과도전국적으로 284억원, 경북지역에서는 154억원에이를것으로예상한다. 또한지역경제활성화지수는 0.0649% 로나타났으며, 이는 2007년도 40개예비타당성조사의평균값인 0.17796% 보다낮게나타났다. 나아가국가과학기술지도 (NTRM), 과학기술기본계획 (2008~2012), 국가산업발전을위한신성장동력추진계획 (2008~2012) 등의관련계획에서강조하고있는기술및산업분야는제4세대 (X-선자유전자레이저 ) 방사광가속기를활용한연구개발과산업화를통해구현될수있다는점에서정책적타당성과발전잠재력은매우높다. 그리고 제3차경상북도종합계획수정계획 ( 안 ) 에서보듯경상북도의미래전략적지역산업발전정책이나과학기술정책은물론첨단의료복합단지건설등전략산업을발굴 육성하려는노력이꾸준히이어지고있어가속기연관산업비즈니스타운조성은산업발전정책과부합하는측면이매우높은영역이다. 그러나과학기술및산업정책적측면에서의발전잠재력을현실화하기위해서는가속기연관기술집약산업육성, 전문기술인력, 연구개발시스템구축과안정적인지원체계, 중앙정부중심의강력한거버넌스체계구축, 거대과학기술중심의글로벌성장주도산업육성책등이선행되어야한다. 이를바탕으로이공공부문과민간부문이조화롭게정책적 R&D 비즈니스시스템을구축하고산업화로이어질수있도록지원을확대해나가야한다. 특히방사광가속기가갖는기술적특수성을감안하여연구기관과연관기업모두가전문기술인력양성과배분및활용체계구축에중점을두어야한다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 53
제 4 장 외국의가속기시장동향과 비즈니스타운조성사례 제 1 절가속기장치시장 동향과활용실태 제 2 절세계각국의유형별 가속기운영실태 제 3 절가속기연관비즈니스 타운조성사례 대구경북연구원
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 제 1 절가속기장치시장동향과활용실태 1. 가속기장치의설치판매대수 세계가속기시장은여러분야에서지속적으로확대되고있다. 가속기장치시장의연간성장률은약 10% 정도이며, 글로벌차원에서중요한산업적위상을확보하고있다. 2008년통계를보면전세계적으로산업용과의료용가속기응용장치의누계설치대수는 24,310대, 연간판매대수는 1,310대에이르고, 이를금액으로환산하면 35억 3천만달러수준에달한다. 산업용의경우는반도체공정용이온주입기의규모가가장크고, 전자빔및 X-선조사장치, 비파괴검사장치, 동위원소제조장치, 이온빔분석장치순으로판매되었다. 의료용의경우는암치료장치의규모가가장큰데, 누계로 9,600대가판매되었으며, 연간 500대가판매되어금액으로환산하면 18억달러규모의시장을형성하고있다. 중성자발생장치는누계로 1,050대가판매되었다. < 표 4-1> 세계가속기장치의판매및설치대수 용 도 누계보급대수 연간판매대수 연간판매금액 이온주입장치 10,000 500 1,400 전자빔 & X선조사장치 2,075 75 130 산업용 이온빔분석장치 225 25 30 동위원소 (PET 포함 610 60 70 비파괴검사장치 750 100 70 의료용 암치료장치 9,600 500 1,800 중성자발생장치 1,050 50 30 합 계 24,310 1,310 3,530 자료 : 한국과학기술기획평가원, 거대과학글로벌산업화전략, 정책연구 2010-27, 2010. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 57
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 산업용가속기장치운영실태 주요장치별로세계시장의현황에대해살펴보면, 먼저이온주입장치는반도체제조사에의해 1980년이후개발이진행되어실리콘에이온도핑용으로활용되는필수반도체제조장치의하나가되었다. 최근에는 SOI 기판을사용한반도체소자, 광소자, MEMS 제조에도사용되기시작하였다. 반도체이외에도금속재료, 세라믹, 유리, 플라스틱등소재의표면처리용으로널리이용되고있다. 최근에는절삭공구, 인공뼈등금속재료의조사, 세라믹이나유리의광학특성이나강도개선을목적으로한응용등으로그적용영역이확대되고있어이온주입장치의잠재시장은더욱확대될전망이다. 전자빔및 X선조사장치의주요수요분야는장치의규모 ( 성능 ) 에따라구분할수있다. 이들의용도를시장별로살펴보면, 가장큰시장은와이어나케이블, 열경화필름, 튜브, 타이어등의가교, 경화, 중합분야로이분야의전자빔조사제품의시장규모는연간 5,000억달러이상으로추정된다. 다음으로큰시장은수술복, 수술용장갑, 주사기, 봉합사등의료용구의멸균분야로시장규모는 1,000억달러이상으로추정되며시장의성장성도높은것으로예측된다. 또한향후성장잠재력이높은분야로서식품조사와환경분야가부각되고있는데, 그중에서도식품조사는가장큰잠재력을갖는시장으로기대되며, 전자빔및 X-선조사장치시장은바이오, 신약제약및의료분야에서높은성장가능성이전망되고있다. 장치규모 ( 성능 ) < 표 4-2> 전자빔및 X 선조사장치의주요수요분야 주요활용분야 100-300 kev / 10-2000 ma 박막필름코팅경화플라스틱박판및와이어가교 450-1000 kev / 25-250 ma 타이어, 고무제품, 플라스틱제품의가교, 경화, 중합 1-5 MeV / 25-200 kw 두꺼운물건의가교및중합의료용구의멸균 두꺼운물건의가교및중합 5-10 MeV / 25-700 kw 의료용구의멸균 X선발생기로식품조사, 폐수처리 다이아몬드나토파즈등보석의색채증강용 58 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 이온빔분석장치 (AMS: Accelerator Mass Spectroscopy) 는이온빔을이용하여재료표면의원소조성및분포상태를분석하는것으로, 반도체, 환경계측, 지질학, 해양학, 배양학, 바이오기술, 고고학, 의학개발등여러분야에서이용되기시작한큰잠재시장이다. 동위원소생산장치는 SPECT(Single Photon Emission Computed Tomo graphy) 나 PET(Positron Emission Tomography) 등에사용되는암진단용동위원소, 기타질환검진용동위원소, 그리고유체계측기나수분분석기등에사용되는산업용동위원소를생산하는장치로주로 10~30MeV 양성자사이클로트론이주류를이루고있다. 가장큰시장은 PET 전용소형시스템이다. 비파괴검사용가속장치는 1~20MeV 전자선형가속기로 X-선을발생시켜금속재내부결함이나용접부위를검사하는장치로오래전부터사용되어왔다. 또한, 원자력발전소나교량등대형설비의내부결함검사에서도중요한역할을하고있다. 최근에는공항에서보안용, 테러대비용으로화물검사장치로주목받고있고, 항만등에서의컨테이너나트럭화물검사등보안강화를목적으로전자빔을사용한비파괴검사장치의도입이세계적으로급속히확대되고있다. X-선또는동위원소를이용한비파괴검사가어려운분야인주로항공기터빈, 항공기본체, 우주용기기의용접부, 자동차부품, 탄약검사등높은투과성이필요한대상물에대해사용이확대되고있다. < 표 4-3> 산업용가속기응용장치의활용 구분주요활용분야 - 반도체공정이온주입장치 - 금속, 세라믹, 유리가공 전자빔 & X 선조사장치 이온빔분석장치 동위원소생산장치 비파괴검사장치 - 물질개질 ( 와이어, 화학물질, 폴리머, 고무, 필름, 잉크, 페인트 ) - 식품, 의료용구, 식품용기의멸균, 살균 - 폐수, 폐가스처리 - 비파괴검사 - 반도체, 환경계측, 지질학, 해양학, 배양학, BT, 의약품개발 - SPECT, PET용동위원소생산등 - 유체계측, 수분계측기용동위원소생산등 - 컨테이너, 공항수화물보안검사 자료 : Reviews of Accelerator Science and Technology vol.1(2008), Robert W. Hamm: Industrial Accelerator DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 59
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 3. 가속기장치의산업적활용실태 선진각국은가속기를산업및의료분야응용측면에서중요기술의하나로인지하고있으며적극적으로연구개발을추진하고있다. 국가주도의연구개발은주로연구용대형가속기를중심으로이루어지고있고, 이를통하여성능이향상되고효율적인새로운개념의가속장치가지속적으로개발되어활용되는추세이다. 미국의경우는에너지성 (DOE) 의직할연구기관인 BNL, ORNL, LANL, LBNL, FNAL, SLAC, TJNAF 등이주도적으로다양한연구개발활동을하고있으며, 가속기관련연구를수행하는대학으로는 Univ. of Maryland, Cornell Univ, MSU, UCLA, Stanford Univ. 등이활발하다. 산업용으로특화된구체적인시책은보이지않으나, 연구개발분야의중점투자는다음과같은 4가지를중심으로시행하고있다. 첫번째는미국의번영을위한과학에투자, 두번째는차세대그린에너지에투자, 세번째는모든미국인의건강한생활에투자하는것이고, 마지막은안전한미국을설립하기위한투자이다. 이중에서세번째와네번째가가속기와관련이깊으며, 구체적으로는암치료등을위한방사선치료장치, 진단장치, 제약이나의료용구의멸균, 비파괴검사장치등이관련되어있다. 일본의경우는정부주관으로국립연구소인 KEK, JAEA 등이주도하여가속장치를개발하고있고, Tokyo대, Osaka대, Tsukuba대등에서도새로운가속장치개발연구를활발히하고있다. 유럽의경우는 EU공동체또는각국정부의지원을받는연구소인 CERN(EU), DESY( 독일 ), GSI( 독일 ), CEA( 프랑스 ), RAL( 영국 ), PSI( 스위스 ) 등에서활발한연구개발을진행하고있다. 중국의경우는중국과학기술원이원자력및가속기연구의중심적존재가되어있으며, 연구기관으로고능물리연구소 (IHEP), 근대물리연구소 (LIMP), 상하이응용물리연구소 (SINAP) 등에서연구개발을활발히진행하고있으며, 칭화대, 중국과학기술대, 상하이대, 남경대등이가속기에대한연구를활발히 60 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 수행하고있다. 특히 2006년부터시작한 원자력산업제11차 5개년발전계획 (2006 ~2010 년 ) 에따라원자력산업의응용프로젝트의일환으로대출력조사용가속기, 의료용소형사이크로트론대량생산, 동위원소생산용장치및폭발물검사장치등의개발사업을추진중이다. 가속장치의연구개발추진과병행하여가속장치의규격및안전규정의제정에대해서도각국의정부가주도적역할을수행하고있고, 가속장치의산업화는각국의안전규정에따른생산면허 ( 인 허가 ) 와사용인 허가를받아야가능하다. 미국의경우는원자력규제위원회가방사성물질전반에걸친법규제를하고있고, 의료용구, 식품포장등의멸균이나식품조사에관한안전기준에대해서는식품의약국 (FDA) 이그역할을하고있다. 이들기관에서는 IAEA에의한국제기준과는다른독자규제를제정하고있다. 중국의경우는위생부와환경보존부에서안전규정및규제를담당하고있다. 우리나라의경우원자력안전기술원, 농림수산식품부, 보건복지가족부가방사선조사에관한규제를각각담당하고있다. 한편산업용가속장치와암치료용가속장치분야는현재세계적으로다양한메이커들이존재하고있어경쟁이치열한상황이다. < 표 4-4> 암치료용가속장치메이커 장치주요메이커 암치료용가속장치 - Varian Medical Systems ( 미국 ) - Siemens Medical Systems ( 독일 ) - Elekta ( 스웨덴 ) - IBA ( 벨기에 ) - Sumitomo Heavy Industries ( 일본 ) - HITACHI ( 일본 ) - Mitsubishi Heave Industries ( 일본 ) - Mitsubishi Electric ( 일본 ) 자료 : 한국과학기술기획평가원, 거대과학글로벌산업화전략, 정책연구 2010-27, 2010. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 61
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 < 표 4-5> 산업용가속장치의주요메이커 장치주요메이커 전자빔 & X - 선조사장치 이온빔분석장치 비파괴검사장치 중성자발생장치 - Energy Sciences, Inc. ( 미국 ) - Electron Crosslinking AB ( 스웨덴 ) - Advanced Electron Beams ( 미국 ) - Wasik Associates ( 미국 ) - PCT Prod. & Mfg., LLC, formerly RPC Industries ( 미국 ) - IBA ( 벨기에 ) - Nissin High Voltage Corp. ( 일본 ) - IHI Corporation ( 일본 ) - Sumitomo Heavy Industries ( 일본 ) - Vivirad ( 프랑스 ) - Mevex ( 캐나다 ) - L-3 Communications Pulsed Sciences Division ( 미국 ) - Budker Institute of Nuclear Physics ( 러시아 ) - Shanghai Pioneer Electronmotor Factory ( 중국 ) - Wuxi El Pont Radiation Technology ( 중국 ) - Zhejiang Ningbo Super Energy Company ( 중국 ) - Tsinghua Tongfang Weishi Company ( 중국 ) - Sichuan Jiuhuan Electric Co. Ltd ( 중국 ) - Jiangsu Dashen Company ( 중국 ) - EB TECH Co., Ltd. ( 한국 ) - Center for Advanced Technology ( 인도 ) - National Electrostatic Corp ( 미국 ) - High Voltage Engineering Eurropa ( 네델란드 ) - Kobe Steel, Ltd. ( 일본 ) - Varian Medical Security & Inspection Products ( 미국 ) - NUCTECH ( 중국 ) - Beijing Atom HighTech Co., Ltd. ( 중국 ) - L & W Research ( 미국 ) - HESCO ( 미국 ) - EuroMeV ( 프랑스 ) - MEVEX ( 캐나다 ) - JME Ltd. ( 영국 ) - IHI Corporation ( 일본 ) - HITACHI ( 일본 ) - Mitsubishi Electric ( 일본 ) - AccSys Technology, Inc. (p and d linacs) ( 미국 ) - IBA(Dynamitron) ( 벨기에 ) - Sumitomo Heavy Industries(cyclotrons) ( 일본 ) - NEC and HVEE(electrostatic) ( 일본 ) 자료 : 한국과학기술기획평가원, 거대과학글로벌산업화전략, 정책연구 2010-27, 2010. 62 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 제 2 절세계각국의유형별가속기운영실태 1. 운영중인주요방사광가속기실태 핵및입자물리학실험을위한고에너지가속기뿐만아니라의학용및응용연구에사용되는저에너지가속기를포함하여, 전세계적으로약 17,000여개의가속기가운영되고있으며에너지가 1GeV 이상의고에너지가속기는세계적으로 120여개가운영되고있다. < 표 4-6> 운영중인세계방사광가속기현황 국 가 3세대에너지저장링에밋턴스빔전류방사광가속기 (GeV) 둘레 (m) (nmㆍrad) (ma) 빔라인 가동시기 ALS 1.9 196.8 6.3 400 36 1993 미 국 APS 7.0 1,104 3.0 100 63 1996 NSLS* 2.8 170.08-300 59 1994 SPEAR-3 3.0 234 12 500 62 2004 SPring-8 8.0 1,436 2.8 100 57 1997 일 본 PF 2.5 187 36 450 66 1997 NewSUBARU 1.5 118.7 67 500 9 2000 SAGA-LS 1.4 75.6 7.5 300 4 2005 BESSY-Ⅱ 1.7 240 6.1 200 50 1999 독 일 ANKA 2.5 110.4 50 200 21 2002 PETRAIII 6.0 2,304 1 100 14 2010 중 국 BSRF 2.5 240-250 16 1997 SSRF 3.5 432 3.9 300 7 2009 유 럽 연 합 ESRF 6.0 844.4 3.7 200 46 1993 한 국 PLS-II 3.0 281.8 5.8 400 32 2012 대 만 TLS* 1.5 120 25 240 32 1993 이 태 리 ELETTRA 2.0/2.4 259 7 300 15 1994 스 웨 덴 MAX-Ⅱ 1.5 90 9.0 200 13 1997 브 라 질 LNLS 1.37 93.2 70 250 12 1997 러 시 아 Siberia-Ⅱ 2.5 124 65 200-1999 DELSY 1.2 136.04 11.4 300 - - 스 위 스 SLS 2.4-2.7 288 5 400 15 2001 캐 나 다 CLS 2.9 170.88 18.1 500 9 2003 호 주 AS 3.0 216 7-16 200 10 2007 영 국 Diamond 3.0 561.6 2.7 300 18 2007 프 랑 스 SOLEIL 2.75 354.1 3.74 500 20 2007 인 도 Indus-2 2.5 172.5 59 300-2007 스 페 인 ALBA 3.0 268.8 4.5 400 7 2010 아 르 메 니 아 CANDLE 3.0 216 8.4 350 6 2010 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 63
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 건설및계획중인방사광가속기실태 세계에서건설및시운전중인방사광가속기는대만의 TPS, 폴란드의 PSLS, 미국의 NSLS-Ⅱ, 요르단의 SESAME, 스웨덴의 MAX Ⅳ, 이란의 ILSF, 브라질의 SIRIUS 등 7기이다. 이중시운전중인대만의 TPS와 2014년완공계획인미국의 NSIS-Ⅱ는성능향상중인가속기이다. < 표 4-7> 건설및계획중인방사광가속기현황 (7 기 ) Facility Energy (GeV) Circum. (m) Emittance (nm rad) Current (ma) Status (Operation year) Nation TPS** 3.0 486 1.7 400 시운전중 (2014) 대만 PSLS 0.7/1.5 96 5.6 500 건설중 (2014) 폴란드 NSLS-II** 3.0 780 2.1 500 건설중 (2014) 미국 SESAME 2.5 133.12 26 400 건설중 (2014) 요르단 MAX IV 1.5/3.0 287.2 0.34/0.8 500 건설중 (2015) 스웨덴 ILSF 3.0 300 3 400 건설중 (2018) 이란 SIRIUS 3.0 518.2 0.28 500 계획중 (2017) 브라질 자료 : 포항가속기연구소, 내부자료, 2014 64 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 3. 주요가속기기반시설운영실태 1) 미국 LCLS(Linac Coherent Light Source) 캘리포니아멘로파크에위치한스탠포드대학교내에미국에너지부스탠퍼드선형가속기센터 (SLAC: Stanford Linear Acce lerator Center) 가보유하고있는국가공동연구시설 (National Userfacility) 인 LCLS(Linac Coherent Light Soorce, 리믹결맞음광원 ) 은세계최초의 X-선자유전자레이저인제4세대방상광가속기이다. LCLS 프로젝트는 3개의전문연구소가공동으로건설하였으며, 기존의 50GeV 선형가속기의후단부의 1/3을활용하여 3000억원의예산을들여전자빔을 14GeV 로가속하여운영할수있는세계최초의 X선자유전자레이저인 LCLS를건설하였다. LCLS는수킬로미터길이의선형가속기맨끝에위치한교번자장기 (undulator) 가 X선을발생시키는대표적인제4세대방사광가속기로최종출력은 0.15nm 이다. X-Ray 자유전자레이저인방사광가속기로서강력한펌토초 X-ray 펄스를생산하고있다. SLAC은전자빔을사용하는입자물리학의이론및실험에중점을두고있으며, 원자및고체상태물리학, 생물학, 화학, 의학등의넓은범위에걸쳐연구를수행하고있다 3km 길이의지하입자가속기는세계에서가장긴선형가속기이며, 세계에서가장긴직선물체로알려져있다. 지상부분의클라이스트론은미국에서가장긴건물이기도하며, 매우빠른고에너지입자를사용하고, 우주생성에관한과학을연구하는데도활용되고있다. 20여개국에서 2,000여명이상의과학자들이방문하여연간 1,300여건의실험을수행하고있으며, 이용자를위한운영기간은빔라인유치및업그레이드를위한 shutdown 기간을제외한연중 9개월이고이용자를위한 30개실험스테이션을보유하고있다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 65
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 자료 : 한국개발연구원, 4 세대방사광가속기구축사업예비타당성조사보고서, 2010. < 그림 4-1> 스탠퍼드선형가속기센터전경 LCLS 프로젝트는가속기를새로건설하는것이아니라이미있는가속기를활용하는것이고, 가장먼저제4세대방사광가속기를추진하는선발주자라는역할때문에제4세대방사광가속기의이론연구와새로운기술에대한심도있는연구에중점을두고있다. 제4세대방사광가속기의필요성을승인받고, 설계착수 (2001년 ), 개념설계보고서 (CDR) 발간 (2002 년 4월 ), 2003년부터상세설계가진행되었으며, 납기가긴장치에대해서는 2005년부터발주가시행되었다. 2006년 2월부터본격적인건설을시작하여 2009년에완공하였다. 이미있는가속기를활용하기것이기때문에선단입사기가완공되는시점부터단계적으로가속기의시운전을병행하였으며, 2009년부터이용자서비스를시행하고있다. LCLS 프로젝트는 3개의전문연구소 ( 아르곤국립연구소, 로렌스리버모어국립연구소, UCLA대학 ) 가공동으로건설을추진하고있다. LCLS의주요시스템은광음극고주파전자총, S-대역상전도선형가속기, 삽입장치 ( 언듈레이터 ) 로구성되어있다. 빔라인실험실건물은 2곳이준비되었는데하나 (Near Experimental Hall) 는 120m 길이의언듈레이터끝에서 40m 떨어진곳에위치하고, 또다른빔라인건물 (Far Experimental Hall) 은 320m 떨어진곳에위치해있다. 66 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 2) 일본 SPring-8(SPring-8 Compact SASE Source) 일본의 SPring-8 은세계최대의방사광가속기시설로서 1991년일본원자력연구소 (JAERI, 현 Japan Atomic Energy Agency) 와이화학연구소 (RIKEN : Institute of Physical and Chemical Research) 에의해설립되었다. 1977년이후로 JASRI(Japan Synchrotron Radiation Research Institute) 이운영, 관리, 개발해오고있으며, 가속기명칭 SPring-8 은 Super Photon ring 8Gev에서명명되었다. 기존의일반적인기술에기초한미국및유럽제안의경우총길이가수킬로미터에해당하는거대한대규모의장치가필요한반면일본의 XFEL 발생장치는전혀새로운발상에기초한콤팩트한 XFEL의개발을목표로하고있다. 2005 년에원리검증실험을위한시험모델인소형 SCSS(SPring-8 Compact Self Amplified Spontaneous Emission Source) 시험가속기를건설하였다. 또한, 2006 년에극자외선레이저의출력을처음으로확인하였으며, 그후로도여러가지연구및장치의개량을실시해오고있는중이다. 당초에는 6Gev형 X-FEL 이제안되었으나 2005년국제자문회의이후 8GeV FEL로변경되었다. 250MeV 급 VUV FEL 시험설비를건설하고시운전에성공하면서공식적으로예산승인을받았다. 그결과로일본은 X선자유전자레이저의소형시험가속기에대하여극자외선레이저 ( 파장 50-61 나노미터 ) 를 100메가와트이상의높은파워에서안정화시켜출력하는것에성공하였다. 파장 60나노미터에서펄스에너지 30마이크로주울, 파워 100메가와트이상으로예전의보고에비해서약 1000배이상의높은강도를달성하였다. 또한, 레이저출력의펄스당강도변동을 10% 이하로억제하여 포화 라고불리는안정한레이저발진상태를처음으로실현하였다. 이포화상태는장시간에걸쳐계속되어시험가속기를본격적인광이용연구에적용하는것이가능해졌다. 덧붙여일본의독자적인기술로개발된레이저를만들어내는원천기술인전자빔의성능 ( 규격화된에미턴스 ; emittance) 이종래의 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 67
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 예상보다훨씬우수하다는사실도확인되었다. 일본의이화학연구소 (RIKEN) 와재단법인고휘도광과학연구센터 (JASRI) 가공동으로 X선자유전자레이저계획합동추진본부 를조직하여그동안의연구성과를바탕으로하리마과학공원도시내의대형방사광시설인 SPring-8 캠퍼스내에세계최소형 X-FEL 건설을완료하였다. 자료 : 한국개발연구원, 4 세대방사광가속기구축사업예비타당성조사보고서, 2010. < 그림 4-2> 일본 SPring-8(SPring-8 Compact SASE Source) 전경 일본의 SPring-8의미션은물리, 화학, 공학, 생물학, 의학, 원자력등기초과학에서응용과학까지국가차원의연구개발을수행하여그결과를사회에보급활용하는것이다. 일본 SCSS는전자총으로 European X-FEL과 LCLS가사용하는광음극고주파전자총대신에열음극 DC전자총을독자개발하여사용하였으며, 선형가속기는상전도가속기를사용하고선형가속기의길이를줄이기위해서가속구배 (accelerating gradient) 가높은 C-band 가속관을사용하였다. 언듈레이터는전체길이를줄이기위해서언듈레이터주기를짧게만들수있는 in-vacuum 언듈레이터를사용하고있다. 68 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 3) 유럽 European X-FEL 독일함부르크에있는헬름홀츠연구원산하공공연구센터인독일전자싱크트론연구소 (DESY: Deutschs Elektron Synchrotron) 가주축이되어운영중인제4세대방사광가속기 (European X-FEL) 이다. DESY는가속기, 광과학, 입자물리학세가지기초과학분야의연구에중점을두고있으며, 유럽 X선자유전자레이저 (European X-FEL), 거대하드론충돌기 (LHC: Large Hadran Collider), 남극중성미자만원경 (Ice Cube), 국제선형가속기 (ILC: International Linear Collider) 와같은주요프로젝트를수행하고있다. European X-FEL은유럽연합의여러나라가 10억유로에달하는거액을투자한프로젝트로서 0.1nm, 20GeV급의 L-밴드초전도가속기를사용하고 5개의빔라인을포함하는전장 3.4km에이르는대형사업이다. 유럽에서는독일의 DESY 연구소를중심으로 1992년부터 ILC를위한초전도가속기시험설비인 TTF-1(TESLA Test Facility 1) 을개발하여운영하면서초전도가속기기술을축적하고있다. 자료 : 한국개발연구원, 4 세대방사광가속기구축사업예비타당성조사보고서, 2010. < 그림 4-3> 유럽 European X-FEL 위치도 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 69
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 European X-FEL 은세계최초로 UV FEL(80~180nm) 발진에성공 (2000년 2월 ) 하였으며, 500GeV 급초전도가속기 ILC 건설을위한기술설계보고서 (TDR) 를완료하였다. 이당시는 ILC 가속기의일부를 X-FEL 로활용하는개념이었으나, 2002년 10월에는 ILC와별개의 X-FEL 을건설하는개념의 TDR을새로출간하였다. 그후 32nm급 VUV FEL 발진에성공 (2005년 1월 ) 하였으며, 13개국이공동으로 X-FEL 프로젝트에참여하는 MOU를체결하여공동협력을통한관리운영체계를마련하였다. 그후 8억 5천만유로규모의 Euro X-FEL facility 건설승인 (2007 년 6월 ), X-FEL facility 건설과운영을담당할별도의운영회사 (X-FEL GmbH) 를창립하고, 장치의설계, 시제품의개발및산업화에주력하고있다. 제4세대방사광가속기를기본으로광과학, 입자물리학등기초과학분야의연구에중점을두고있으며, 의학, 신약, 제약, 의료기기, 소재산업등다양한분야를대상으로산업적활용영역을넓혀가고있다. European X-FEL 은본격적인가속장치용터널과실험동건설추진 (2008 년 ~2010 년 ) 을진행하였으며, 가속장치설치 (2010 년 ~2012 년 ), 빔라인건설 (2011년 ~2014년 ), 시운전은가속기건설이완료된 2012년부터단계적으로수행하여 2014년부터이용자서비스를본격적으로실시하고있다. European X-FEL은 X-선자유전자레이저제4세대방사광가속기로서 2014 년에완공하였으며, 초전도 (L-BAnd) 를이용하여다양하고질높은실험이가능하도록최대의동작주파수로여러빔라인을설치하여다수의이용자에게빔을단계적으로제공하고있다. 특히빔라인실험실은 5개빔라인에 10개의측정실을준비하고추후 10개의측정실을추가할예정이다. 10Hz로운전되는펄스빔의길이가 0.65ms 이고그안에 200ns 의간격으로 3,250개의전자빔뭉치가있다. RF 펄스길이가 1.4ms로길기때문에암전류문제가중요한이슈이고, 3,250개의전자빔뭉치가방사광을발생시키므로평균휘도가다른 X-FEL 방사광보다월등히높은시설로주목받고있다. 70 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 제 3 절가속기연관비즈니스타운조성사례 1. 프랑스그르노블 GIANT 그르노블 GIANT(Grenoble Innovation for Advanced New Technologies: www.giant-grenoble.org/en) 프로젝트는 2007년발족 ( 연구기관, 유럽거대과학시설, 교육기관등 8개기관 ) 된약 1조 8000억원규모의도시개발계획이다. 이는사회경제적측면에서주요이슈로부각되고있는정보, 에너지, 건강분야에중점을두고있다. 핵심응용분야에초점을맞춰진과학기술구역과탁월한센터들을통합하여과학기술개발과도시발전의융합화를목적으로하고있다. CEA, CNRS(The Centre national de la recherche scientifique: 프랑스국립과학원 ), EMBL(The European Molecular Biology laboratory: 유럽분자생물학연구소 ), ESRF(European Synchrotron Radiation Facility: 방사광가속기 ), ILL(Institut Laue Langevin: 중성자실험장치 ), Grenoble Ecole de Manage ment( 프랑스경영대학원 ), Joseph Fourier University( 조제프푸리에대학교 ), Grenoble Institute of Technology( 그르노블이공계열국가연구소 ) 등으로구성된가속기연관비즈니스타운이다. < 그림 4-4> 프랑스그르노블 GIANT 의입지배치도 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 71
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 GIANT 는과학자, 교육자, 학생그리고산업사이의협력을위해투자를하고있으며, 매년 5,000편의출판과 500개의특허등록을하고있다. 6개센터구역으로구분하여 R&D 중심의산학연관시너지효과를창출하고있다. EPN Science Campus & Large Research Infrastructure : ILL, EMBL, ESRF, PSB 등, Basic Research: 3 CNRS labs, LNCMI, Joseph Fourier University, INAC 등이중심이되고있다. GreEn(Grenoble Energie) 에서는 2,000명의연구자와 1,500 명의학생이 100,000 m2연구시설에서태양에너지, 전기차, 나노기술안전에대한기술개발과산업화에주력하고있다. MINATEC 은산학연클러스터인유럽최대나노기술연구센터로그레노블이공대학과 10여개의세계적인기업, 각종산학연구소가입주해있으며, NanoBio 에서는나노기술과생물및의학연구를접목한연구기관으로. 주요연구분야로는 nano-biotechnology, proteomics, biomedical research, bioactive molecule screening, chemistry 이며, Management of technology and innovation 은 Grenoble Institute of Technology 캠퍼스를형성하고있다. 그외구역은산학협력업체 (Siemens, ST 등 ) 가입주해있는가속기연관비즈니스타운이다. 자료 : www.forbes.com/sites/williampentland/2013/07/09 /worlds -15-most- inventive-cities/ < 그림 4-5> 프랑스그르노블 GIANT 비즈니스타운 72 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 4 장외국의가속기시장동향과비즈니스타운조성사례 2. 영국 Harwell Oxford 영국 Harwell Oxford(http://www.harwelloxford.com) 는공공기관과공공연구기관, 기업및부설연구기관, 대학등을중심으로공공섹터와민간섹터가조화를이루는사이언스파크형태의가속기연관비즈니스타운을형성하고있다. 가속기연관비즈니스타운인 Harwell Oxford 은영국원자력에너지청 (UK Atomic Energy Authority) 과과학기술장비위원회 (STFC: Science and Technology Facilities Council), 캠퍼스관리를담당하는기업체 (Prorsus LTd and Development Securities Plc) 등이중심을이루고있다. 2014 년현재 4,500 명의과학자들이 150개의조직에상주해있으며비즈니스타운의핵심시설인방사광가속기, 뮤온산란실험장치, 레이저연구시설, 의학연구청, 비즈니스센터등을중심으로가속기관련연구개발및공동기술개발체계를형성하고있다. Ruthford Appleton Laboratory(Diamond Light Source( 방사광가속기 ), ISIS neutron source( 중성자 -뮤온산란실험장치 ), Central Laser Facility( 레이저연구시설 ), Atlas Centre 등의연구시설과 MRC Harwell(Medical Research Council: 의학연구청 ), ISIC(International Space Innovation Centre), ESA (European Space Agency Harwell Centre), Harwell Innovation Centre( 비즈니스센터 ) 등의공공부문이중심을이루고있다. 그외 Satellite Applications Catapult( 인공위성관련기술연구의상업화를통한경제성장을주목적으로함 ), JA.net( 영국연구및교육기관에컴퓨터네트워크및관련서비스제공 ) 등이입지해있다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 73
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 < 그림 4-6> 영국 Harwell Oxford 비즈니스타운 74 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장 기본구상과타당성분석 제 1 절기본구상과추진전략 제 2 절조성방향과 산업화체계구축 제 3 절타당성분석및 기대효과 대구경북연구원
제 5 장기본구상과타당성분석 제 5 장기본구상과타당성분석 제 1 절기본구상과추진전략 1. 기본구상 방사광가속기연관산업비즈니스타운은제4세대방사광가속기를허브로제 3세대방사광가속기와경주의양성자가속기를연계하여 거대과학기술기반중심의성장주도산업육성과글로벌경쟁력강화를위한중추거점확보 를기본목표로설정하여개방형비즈니스타운조성전략을마련토록한다. 이를위해방사광가속기를기반으로 R&D 창출-확산 -산업화로이어지는가속기연관산업비즈니스생태계구축을위해단기적으로포항가속기연구소의 R&D 역량강화를통해관련연구기관및기업과의네트워크형비즈니스체계구축에목표를두고, 중 장기적으로관련연구기관과기업집적을통하여개방형비즈니스타운을조성토록한다. 따라서포항가속기연구소의기술및노하우를사업화하는자체 R&D사업을우선추진한후, 이를기반으로사업화로연계시킬수있는 R&D 사업을지속적으로추진토록한다. 이를위해단기적으로 R&D 창출의구심점이될기존포항가속기연구소산하산업기술융합센터확대 개편, 테스트베드시설 (Test-bed Facility) 구축, 클라이스트론국산화개발, 가속기기반연구센터 ( 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터 ) 건립을추진하고관련연구기관및기업집적을통하여 R&D 비즈니스중심의협력네트워크를강화해나간다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 77
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 중 장기적으로기존산업기술융합센터확대 개편, R&D 확산및산업화를위한가속기연관 R&D 비즈니스센터건립, 기존산업기술융합센터확대 개편 ( 기술지원사업단, 기업컨설팅지원단, 공동연구장비지원단, 전문기술인력양성사업단 ), 가속기기반연구센터 ( 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터 ) 기능강화, 국제기술협력센터건립을통해방사광가속기연관산업비즈니스생태계를조성토록한다. 나아가가속기관련고도전문기술인력을중심으로방사광가속기와양성자가속기, 중이온가속기간상호보완적연계협력을통한연구개발시스템구축, 기술개발및산업화체계를조속히구축해야한다. 이를기반으로대구경북권가속기관련연구기관과가속기연구기반과경주의양성자가속기, 국제과학비즈니스벨트의중이온가속기와의연계를강화하고, 대구경북첨단의료복합단지및산업집적지와의네트워크형연구개발및산업화체계구축을통해기초연구 - 응용연구 기술산업화및비즈니스로이어지는개방형 R&D 비즈니스생태계를구축토록한다. < 그림 5-1> 가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 2. 기본목표 78 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장기본구상과타당성분석 방사광가속기연관산업비즈니스타운은 거대과학기술기반중심의성장주도산업육성과글로벌경쟁력강화를위한중추거점확보 를기본목표로산업용가속기응용장치를매개로한특성화기술개발과산업화를촉진하고 R&D 비즈니스, 기업지원, 컨설팅및인적자원양성체계를구축토록한다. 이를위해방사광가속기기술기반을중심으로사업화친화적인 R&D 생태계조성과산업용가속기응용장치를활용한 R&D 및기술개발체계를구축함과동시에기술산업화잠재력, 시장가치가있는 R&D 의비즈니스창출에중점을두어관련연구기관과기업을집적토록한다. 나아가가속기연구기반을갖춘주요외국과의협력연계전략을마련하고, 지속성, 시장성, 협력성등을기준으로유형별비즈니스체계를구축함으로써글로벌경쟁력을확보토록한다. 특히기술분야별 R&D 비즈니스협력네트워크를구축하고, 포항경주권및대구경북권연관산업을대상으로산업화핵심기술활용체계를구축토록한다. 3. 추진전략 < 그림 5-2> 가속기연관산업비즈니스타운조성의비전및추진전략 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 79
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 1) 기능별추진전략포항가속기연구소를중심으로한 R&D 역량강화를통해 R&D 성과의산업화로이어지는 R&D 비즈니스산업화전략을마련토록한다. 첫째 R&D 역량강화전략으로서고도의첨단기술집약도를요구하는가속기의특성을감안하여산업용응용장치를중심으로산업화가능성과 R&D 원천성을고려하여주력산업군을대상으로 R&D 비즈니스체계를구축한다. 둘째 R&D 성과확산전략으로서핵심기술의파급성, 시장성, 확산성을종합적으로평가한포트폴리오분석결과를토대로수준별연계협력을통한공동연구개발및기술개발체계를구축한다. 이를통해양성자가속기, 중이온가속기와의연계를강화하고, 상호연관성이높은외국의가속기연구기반과의기술협력네트워크를강화한다. 셋째, R&D 기반창조전략으로서발굴된 R&D 기반과네트워크를기반으로창조경제를이끌어갈산업화에중점을둔다. 이를위해사이언스파크형태의 R&D 비즈니스단지를중심으로가속기연구기반, 공공연구기관, 기업부설연구기관및기업유치를촉진하고 R&D 기술사업화에주력해야한다. < 표 5-1> 기능별추진전략과주요과제 전략구분정책의중심주요과제 R & D 역량강화전략 기술별특성분석원천성, R&D 역량 - 관련연구관및기업과의공공연구개발체계강화 - 연관기관중심의기술개발역량강화및산업화추진 R & D 성과확산전략 기술파급성기술확산성 - 포토폴리오분석결과를토대로수준별연계협력 - 국내외가속기연구기반중심의네트워킹강화 - 상호연관성을고려한연구개발및기술협력강화 - 가속기활용 R&D 비즈니스단지 - 사이언스파크조성 R & D 기반창조산업화전략 창조경제실현성산업화가능성시장성, 효율성 - 가속기연관연구기관과의공동연구개발및산업화 - 가속기연계창조산업집적지및연구단지조성 - 산업용응용장치중심연관기업비즈니스체계구축 2) 단계별추진전략 80 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장기본구상과타당성분석 방사광가속기가갖는기술개발및활용체계를고려하여비즈니스가능영역을대상으로단계별추진전략을마련토록한다. 즉제1단계 (2015~2020 년 ) 로가속기연관기술산업화를위한테스트베드시설 (Test-bed Facility) 구축, R&D비즈니스센터, 기술융합화센터를중심으로 R&D 비즈니스, 기술개발및산업화, 기술지원및컨설팅, 인력양성체계를구축으로기술개발역량강화를위한네트워크형비즈니스체계강화전략을모색한다. 이를위해국내외방사광가속기와양성자가속기, 중이온가속기및관련연구기관과공동연구개발및공동기술개발체계를강화해나간다. 그리고현재운영중인산업기술융합센터를확대개편하여가속기연관기업과의기술개발및산업화를위한 R&D 비즈니스체계를강화하면서기술지원및컨설팅지원체계를강화해나간다. 제2단계 (2021~2025 년 ) 로방사광가속기를중심으로반경 4km내에방사광가속기연관산업비즈니스타운의핵심기능을수행할수있는 R&D 비즈니스단지를조성하여선도기술활용형신성장산업 ( 바이오, 신약제약, 의료, 첨단소재, 에너지등 ) 중심의국내외연구기관과기업유치기반을마련토록한다. 이러한여건조성과연계하여가속기 Test-bed 시설구축, R&D 비즈니스단지, 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 기존산업기술융합센터확대개편, 국제기술협력센터건립을통해거대과학기술기반중심의연관산업생태계조성과기술집약형성장주도산업유치 육성및글로벌경쟁력을갖춘가속기연관산업생태계조성전략을마련해나간다. 나아가비즈니스타운을중심으로대구경북권가속기관련연구기관과대학및기업부설연구기관, 대구경북첨단의료복합단지및산업집적지, 제2원자력병원및국립암센터분원유치사업등과네트워크형연구개발및산업화체계를구축함과동시에주요해외방사광가속기연구기반과의개방형네트워크체계구축을통해국제공동연구개발, 국제공동기술협력, 국제공동산업화체계구축으로이어지는글로벌통합패키지형비즈니스타운으로자리매김할수있도록체계적인육성전략을마련해나가야한다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 81
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 제 2 절조성방향과산업화체계구축 1. 단계별조성방향 1) 제1단계 (2015~2020년) 방사광가속기가갖는산업용가속기응용장치를중심으로한기술산업화의특성, 즉산업용가속기응용장치를활용한기술활용체계와기술산업화의영역성및시장성, 연관산업생태계, 산업화지원체계등을고려하여네트워크형 R&D 비즈니스체계강화에초점을둔특성화방안마련이필요한단계이다. 따라서포항가속기연구소의기술및노하우를사업화하는자체 R&D사업을기반으로사업화로연계시킬수있도록, 산업기술융합센터확대 개편과테스트베드시설구축을통해 R&D 역량강화및확산사업을지속적으로추진토록한다. < 표 5-2> 가속기산업융합기술센터를중심의비즈니스지원체계구축방향 구분핵심장치및시설주요과제 반도체공정이온주입장치 금속, 세라믹, 유기가공기술개발 식품의료용구, 식품용기살균전자빔 X 선조사장치및 폐수, 폐가스처리, 비파괴검사산업화지원 잔도체환경계측, 지질학해양학이온법분석장치기술지원 BT, 의약품개발컨설팅 SPECT, PET용동위원소생산등중이온생산장치 수분계측이용, 동위원소생산비파괴검사장치 컨테이너, 항공수화물, 보안검사 R&D 비즈니스센터건립제 3 세대방사광가속기 - R&D 비즈니스중심의기술지원및기술개발확산체계구축제 4 세방사광가속기인프라 산업기술융합센터조직확대 R & D 비즈니스센터구축 - 기술지원컨설팅센터및기술인력사업단운영산업기술융합센터 가속기테스트베드조성테스트베드시설구축 - 국제인증시스템, 기술개발핵심장비구축 애로기술해소, 마케팅지원및거점기술센터운영기업지원기술지원컨설팅센터 산업용가속기응용장치활용지원 핵심전략산업대상기술지원및컨설팅체계강화 기술인력양성사업단운영인력양성기술인력양성사업단 - 중소기업애로기술해결및전문인력양성 - 산업현장인력및전문기술인력양성 82 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장기본구상과타당성분석 이를위해단기적으로 R&D 창출의구심점이될기존포항가속기연구소산하산업기술융합센터확대 개편, 테스트베드시설 (Test-bed Facility) 구축, 클라이스트론국산화개발사업을추진하고방사광가속기와주변연관시설및관련연구기관을대상으로네트워크형기술활용체계구축에목표를두어기본적인비즈니스생태계를조성해나간다. 특히포항가속기연구소산하산업기술융합센터를중심으로산업용가속기응용장치인전자석ᆞ 전원장치분야, 진공및기계장치분야, 초전도고주파분야, 진단제어분야를대상으로한기술개발및산업화, 기술지원컨설팅, 기술인력양성에초점을둔방사광가속기연관산업비즈니스체계를구축토록한다. 2) 제2단계 (2021~2025년) 방사광가속기를중심으로반경 4km내방사광가속기연관산업비즈니스타운의핵심기능을수행할수있는선도기술활용형성장주도산업 ( 바이오, 신약, 제약, 의료, 첨단소재, 에너지등 ) 관련국내외기업과연구기관유치를위한 R&D 비즈니스단지를조성하여기술개발과산업화촉진여건을마련토록한다. 이를기반으로가속기연관산업비즈니스타운의핵심기능을담당할 Test- bed 시설구축, R&D 비즈니스센터건립, 신약개발산업화센터건립, 질병조기진단센터건립, 기존산업기술융합센터확대개편, 국제기술협력센터건립사업을추진함과동시에가속기연관성장주도산업관련연구기관과기업을중심으로한비즈니스생태계를조성토록한다. 이와함께외국의제4세대방사광가속기연구기반인미국 LCLS, 일본 SCSS, 유럽 European X-FEL 과가속기연관비즈니스타운을형성하고있는프랑스그로노블 GIANT, 영국 Harwell Oxford 등과국제공동기술협력네트워크를구축하여개방형비즈니스타운을조성토록한다. 나아가가속기연관기업을대상으로산업용가속기응용장치 ( 이온주입장치, 전자빔 X-선조사장치, 이온빔분석장치, 동위원소생산장치, 비파괴검사정치 ) 활용기술개발및산업화체계를구축토록한다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 83
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 < 표 5-3> 방사광가속기중심의비즈니스타운운영체계구축 구분핵심시설주요과제 기술개발및산업화 연구개발 기업지원및컨설팅 전문기술인력양성 Test-bed 시설구축 R&D 비즈니스단지 신약개발산업화센터질병조기진단센터국제기술협력센터 산업기술융합센터 - 기술지원사업단 - 기업컨설팅지원단 - 공동연구장비지원단 산업기술융합센터 - 기술인력양성사업단 가속기연관고기술집약형성장주도산업중심집적지조성 선도기술활용형성장주도산업관련연구기관및기업유치 바이오, 신약제약, 의려, 첨단소재연관연구기관및기업 산업용가속기응용장치중심의기술개발및산업화추진 성장주도산업중심의연구개발및기술산업화체계구축 신약개발사업화센터, 질병조기진단센터중심운영체계구축 국제기술협력센터중심의공동연구개발및기술협력체계구축 기존산업기술융합센터확대개편전략적대응체계구축 기술지원사업단, 기업컨설팅지원단, 공동연구장비지원단 기존산업기술융합센터개편전략적대응체계구축 기술인력양성사업단설치전문기술인력양성체계구축 R&D 비즈니스단지성장주도산업관련기술인력양성 2. 핵심기반조성및운영방향 1) 테스트베드시설 (Test-bed Facility) 구축 운영거대과학기술기반의허브역할을담당할가속기연관산업비즈니스타운조성을목표로가속기연관기술개발및산업화체계를강화할수있도록산업용가속기응용장치를활용한 Test-bed 를구축토록한다. Test-bed 는현방사광가속기연구소주변지역에이온주입장치, 전자빔 X선조사장치, 이온법분석장치등주요응용장치를중심으로기술개발및산업화를위한시험제작, 성능및규격시험평가의중추기능을담당토록한다. 가속기 Test-bed 는 POSTECH 과방사광가속기연구소가상호연계운영할수있도록하고, 관련기업과연구기관을중심으로활용을극대화할수있는다양한프로그램을마련토록한다. 가속기 Test-bed 의활성화를위해중 장기적으로가속기연관 R&D 비즈니스단지조성과철강산업중심의업종구조다각화, 제2원자력병원및국립암센터분원유치사업을연계추진함으로써시너지효과를극대화할수있도록해야한다. 84 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장기본구상과타당성분석 운영조직은장비운영팀 ( 시험평가장비, 계측장비, 첨단생산장비를중심으로시험평가계측및시제품제작지원 ), 평가분석팀 ( 제품생산비교분석, 품질및성능향상, 신제품, 시제품평가분석등 ), 품질인증팀 ( 국제품질인증기관의품질기준, 환경안전기준, 규격정보수집, 분석보급지원 ), 교육훈련팀 ( 중소기업기술자및품질관리요원대상시험, 계축, 평가기법, 신뢰성향상, 품질인증에관한교육훈련실시 ) 으로구성 운영토록한다. 특히중소기업을중심으로시험제작성능및규격의시험평가를위한지원체계를강화하고, 장비공동활용과시험평가업무지원체계를강화토록한다. 나아가지원체계효율성측면에서중소기업이당면하고있는고가장비의유지 관리측면과규모의경제에의한현실적애로타개, 지원체계의현실적측면을고려하여체계적인운영방안을마련토록한다. 2) 가속기연관 R&D 비즈니스단지조성방사광가속기를활용한기술개발과산업성장잠재력을최대한고려하여 21 세기성장엔진인 IT, BT, NT, ET 등첨단기술간융합을통해새로운기술혁신을선도하고, 비즈니스타운의핵심시설인가속기 Test-bed, 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 산업기술융합센터, 국제기술협력센터와연계하여거대과학기술기반중심의연관산업생태계를주도할 R&D 비즈니스단지를조성토록한다. 제1단계에서는 R&D 비즈니스센터를건립운영하고중장기적으로방사광가속기를활용한기술개발과산업화가가능한첨단선도기술보유기업을중심으로집적을유도할수있는바이오 의료산업, 소재 부품산업, 에너지산업을중심으로융합기술을개발하고, 신성장동력산업으로육성토록한다. R&D 비즈니스단지에는가속기연관비즈니스타운조성과연계하여주도업종을바이오 의료 ( 암치료, 신약개발 ), 소재 부품 ( 나노기술, 지능형로봇 ), 에너지 ( 연료전지, 풍력, 바이오메스 ) 산업을중심으로관련연구기관과기업을유치하여 DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 85
방사광가속기연관산업비즈니스타운조성기본구상 가속기연관기술창출및연계를통해산업화를촉진할수있도록구체적인유치방안을마련해야한다. 가속기연관 R&D 창출 (Creation) 을위해 POSTECH, RIST 등이입지해있는기존포항지곡지구를중심으로 R&D Complex 를조성하고, 포항테크노파크 2단지를중심으로창출된지식을최대한연계 (Connection) 시킬수있는인프라를구축해나가며, 마지막으로 R&D 비즈니스단지를중심으로창출된지식을산업화 (Commericializaiton) 할수있는기반을조성해나간다. 가속기연관 R&D 비즈니스단지를중심으로지식창출 -연계- 활용이가능하도록하는선순환모형구축을통해첨단기업들이새로운변화된경제구조에능동적이고신축적으로대응할수있도록비즈니스체계를강화하고개방형집적지조성통해생산및고용효과를극대화하는동시에, 세계시장으로의적극적진출을통해수출증대및국가경쟁력강화를도모하고, 개방과융합을통해가속기기반기술중심의글로벌경쟁력을강화토록한다. 가속기연관 R&D 비즈니스단지를중심으로산 학 연 관의협력과네트워킹을촉진할수있는지원시설과제도적인환경을조성함과동시에국내외가속기연관연구기관과기업을대상으로 거대과학기술기반중심의성장주도산업육성과글로벌경쟁력강화를위한중추거점 으로육성해나간다. R&D 비즈니스단지는바이오 의료, 소재 부품, 에너지산업등가속기 Test-bed, 신약개발산업화센터, 질병조기진단센터, 산업기술융합센터에서창출된 R&D의산업화와비즈니스서비스의중추거점으로육성토록한다. 고기술집적과글로벌경쟁력확보를위해방사광가속기기반기술이필수적인바이오기술 (BT) 및의약산업분야를대상으로기반기술개발및산업화토대를마련토록하고연관산업분야인 NT산업과의료기기분야를대상으로폭넓은활용체계를구축하여관련연구기관과기업을집적시켜나가야한다. 포항지역의방사광가속기, 생명공학연구센터, 나노집적센터, POSTECH, RIST 등 R&D 인프라를기반으로대구경북의산업적기반과향후발전잠재력이높은바이오의료, 신소재, 에너지산업등성장주도산업의전지기지로서집중육성할필요가있다. 86 _DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE
제 5 장기본구상과타당성분석 < 그림 5-3> 가속기연관 R&D 비즈니스단지운영모형 3) 가속기기반신약개발산업화센터건립 운영방사광가속기의산업용응용장치인전자빔 X선조사장치와이온법분석장치를활용하여면역치료제 (immunother apeutics) 기술개발, DDS(Drug Delivery System) 개발기술, 유전자치료제 (Gene Therapy), 세포치료제 (cell Therapy) 개발과산업화를위한중 장기적으로가속기기반신약개발산업화센터를건립 운영토록한다. 방사광가속기를활용한단백질구조규명이가능하며, 전용빔라인 2기건설로질환유발단백질의입체구조규명연구인프라가조성되어질환유발단백질의구조연구및약물전달물질구조체연구로질환유발메커니즘규명및첨단신약개발연구수행이가능하게되었다. 나아가면역치료제 ( 유전자재조합기술, 세포, 조직특이성벡터제조, 유전자발현조절기술등 ), DDS( 약물방출속도제어기술, 나노입자수송체기술, 유전체전달기술등 ), 유전자치료제 ( 질환안전유전자발굴기술, 유전자엔지니어링기술, 벡터및매개체기술등 ), 세포치료제 ( 줄기세포확보기술, 세포이식치료기술, 바이오인공장기의안정성 유효성평가기술등 ) 개발기술과산업화사업을중점적으로추진토록한다. DAEGUGYEONGBUK DEVELOPMENT INSTITUTE 87