[연구실 탐방]RDMIS 연구실 고속, 고감도의 방사선 검출을 선도한다

2013.05.22 17:03

최근 대중들에게 원자력이 알려진 것은 석유 고갈 문제로 말미암은 대체에너지 개발과 후쿠시마 원전 폭발 사고의 영향이 크다. 이 때문에 원자력을 발전 관련 분야로만 생각하는 경향이 생겼다. 하지만 KAIST의 원자력및양자공학과의 분과에는 지속가능 원자력 에너지 기술 외에 혁신 방사선 과학 기술도 함께 공부하는 곳도 있다. 다소 생소한 이 분야에 대해 알아보기 위해 해당 분야 대표 연구실 중 하나인‘ RDMIS 연구실(Radiation Detection and Medical Image Sensor Lab, 방사선계측 및 의료방사선 연구실)’의 조규성 교수를 만났다.
 

<조규성 교수>


 
혁신 방사선 과학 기술이란 무엇인가?
방사선은 다름 아닌 우리 몸과 우주를 이루는 원자, 이온 등의 입자를 가속시킨 것이다. 방사선은 파장이 극도로 짧아서 어떤 물질이든 투과하는 성질을 가지고 있다. 혁신 방사선 과학 기술의 산물인 첨단 의료기기는 이를 이용한 방사선 기기다.


현재를 나노시대라고 하는데, 나노 물질을 만들기 위해서는 반드시 반도체 공정 장비가 필요하다. 이에 필요한 식각 장 비, 이온 임플란트 장비, SEM(Scanning Electron Microscope, 주사전자현미경),TEM(Transmission Electron Microscope, 투사전자현미경), AFM(Atomic Force Microscope, 원자간력현미경) 등이 모두 방사선을 이용한 장비다.
 
RDMIS 연구실은 어떤 연구를 하는가?
그동안 개발했던 것들은 컨테이너 검색기에 사용될 수 있는 방사선 센서 어레이, 특정 부위에서 나오는 방사선의 양과 종류를 사진에 합성해서 보여주는 감마 카메라 등이 있다. 현재는 주력 사업인 SiPM(Silicon PhotoMultiplier, 실리콘 광증배관) 개발을 포함해 세 가지 연구를 진행하고 있다.


S i P M 은 P E T ( P o s i t r o n E m i s s i o n Tomography, 양전자 단층촬영) 기기에 들어가는 부품의 이름이다. PET는 암세포의 자양분인 글루코스에 동위원소를 붙여 사람에게 주입, 방출되는 양전자에 의해 크리스탈 섬광체가 발광하는 원리를 이용해 광센서로 영상을 만드는 원리이다. PET는 CT(Computed Tomography, 컴퓨터 단층촬영)나 MRI(Magnetic Resonance Imaging, 자기공명영상)에 비해 민감도가 좋아 조기 진단에 유리한데, 섬광체에서 나온 수백 개에 불과한 광자를 얼마나 증폭시키는가가 그 성능을 좌우한다. 이 역할을 하는 핵심소자가 바로 SiPM인 것이다.


두 번째 연구과제는 개인선량계의 보급화다. 후쿠시마 원전사고 이후 자신이 사는 지역과 먹는 식품의 안전 여부를 개인이 직접 확인하고 싶은 욕구가 증진되어 개인선량계의 보급 필요성이 커졌다. 이를 위해 작고 저렴한 플라스틱 섬광체를 개발 중이다.


세 번째는 X-ray 사진을 디지털로 찍는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, 상보형 금속 산화막 반도체) 이미지 센서의 개발이다. 생산 공장에서 제품이 나올 때 이차원 X-ray 사진을 촬영하여 초고속 자동불량검사가 가능하도록 할 것이다. 또한 이를 사람용 토모그래피에 사용하면 유방암 촬영기나 뇌 촬영기에 사용될 수 있다.
 

 
현재 SiPM의 발전 방향과 전망은?
SiPM은 이미 2007년도에 아일랜드의 SensL사가 특허를 내고 개발했다. 하지만 PET의 중요성이 부각됨에 따라 저렴한 국산 SiPM이 필요해졌고 작년에 개발과 개선에 성공했다. 아일랜드의 SiPM은 가격이 20만 원 가까이하는데 PET에는 SiPM 72개를 붙여 만든 고리가 8~16줄이 필요하여 어마어마한 금액이 든다. 그래서 디자인과 제조공정의 개선을 통해 가격을 5만 원 이하로 줄여 가격 경쟁력을 높이고자 하고 있다. 또한 SiPM의 성능은 감마선의 정확한 에너지를 측정하는 에너지 분해능이 결정하는데 이 역시 기존의 제품보다 우리의 SiPM이 우수한 결과를 보였다. 현재 광량을 약 300만 배까지 증폭에 성공하여 단일 광자까지 계측할 수 있게 되었다. 이 제품을 사용하여 올해 5월 정도 약 다섯 명의 지원자를 대상으로 뇌PET 영상을 찍을 예정에 있다. 그 이후에는 삼성전자 의료기기 사업부 등 두 회사에 특허를 넘겨서 상품화할 예정이다.
 
연구실 졸업 후 진로와 성공사례가 궁금하다
KAIST에 와서 박사만 약 30명 정도 배출했다. 그 중 6명이 대학 방사선학과나 기계공학과 등에서 교수를 맡고 있고 KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute, 한국 원자력연구원), KINS(Korea Institute of Nuclear Safety,한국원자력안전기술원) 등의 국가연구소에 14명이 근무하고 있으며 그 외 삼성전자, 병원, 방사선폐기물공단 등으로 진출해 있다.


그 중 2007년 졸업한 김진성 박사는 삼성병원에서 의학물리학자로 일하며 한국 유일의 양성자가속기의 유치와 관리 책임을 맡고 있다. 2006년 졸업한 강보선 박사는 건양대 의대 방사선과에 근무하면서 한국방사선학회장을 맡았었다. 2004년 졸업한 김광현 박사는 건양대 교수로 재직하면서 라드텍이라는 식품이물질 검사장치 제조업체를 설립해 사업에도 성공했다. 2003년에 졸업한 이태훈 박사는 IAEA(International Atomic Energy Agency, 국제원자력기구) 초빙연구원으로 국제핵사찰 관련 개발업무를 맡고 있으며 그 외에도 관련 연구원에서 선임연구원, 책임연구원 등의 역할을 수행하고 있다.
 
연구실의 궁극적인 목표가 있다면?
18년 전 KAIST에 올 때 두 개의 꿈을 가지고 있었다. 하나는 30명의 박사를 배출하여 국가연구소, 대학, 기업체에 10명씩 보내는 것이었다. 현재 국가연구소 쪽 목표는 추가 달성했으며 대학도 적당한데, 아쉽게도 기업체 진출 인원이 많지 않다. 최근 삼성전자 취업이 증가 추세지만,개인적으로는 중소기업과 벤처기업에도 들어가 자신이 하고 싶은 연구를 하기를 바란다.


두 번째 목표는 일본의 하마마스라는 기업에서 영감을 얻었다. 4대 의료기기 회사로 GE, Philips, Siemens,Toshiba가 꼽히는데 이들 회사에 광센서 등의 제품을 공급하는 알짜배기 회사가 하마마스다. 한국에도 하마마스와 같은 방사선 계측 소자 전문회사를 만드는 것이 두 번째 꿈이다. 궁극적으로는 이 두 꿈을 이루어 우리가 방사선을 이용해서 많은 일을 해내고 있다는 사실을 대중에게 떳떳하게 알리고 자랑스럽게 부가가치를 창출하는 것이 목표다.
 
원자력및양자공학과를 희망하는 학생들에게 하고 싶은 말이 있다면?
원자력은 향후 100년 이내에 대체에너지로서 현실성을 가지는 유일한 방안이다. 또한 90%의 가난한 나라들의 발전을 위해서도 원자력 발전이 필수적이다. 한국은 이미 세 개 국가에 원전을 수출하였고 올해도 수출이 예정되어 있으며 현재 약 50개국의 학생들이 KAIST의 원자력 기술을 배워갈 정도로 우리나라는 원자력 강국이다. 방사선분야도 전폭적인 국가지원으로 인해 연구비, 급여, 국제학회 참석이 보장되며 석사 과정 중 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)나 IAEA 주최의 학회도 참가 기회가 주어진다. 총명한 학생들이 원자력및양자공학과를 많이 선택해서 이런 혜택을 누리고 또 국가의 과학과 기술의 발전에 이바지하면 좋겠다.
 


조무진, 양설민 학생기자

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