□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ◯ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 방법론 개선 - 기존 시험 방법론 한계점 분석 및 흡수재 열화거동 분석 선행연구 결과 분석을 통해 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 흡수재 복합열화기구 모사가 가능한 개선방안 제시 ◯ 성능 평가 방법론 개선안 활용 중성자 흡수재 장기·고온 안전규제 기반자료 생산 - (사용후핵연료 습식저장조 환경) 중이온 가속기를 활용하여 중성자유도핵반응(¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 조사손상을 모사하고, 가속부식실험을 연속적으로 수행하여 복합 열화에 의한 장기 열화 거동 분석 수행 - (사용후핵연료 건식저장시설 환경) 건식 저장용기 내 복합열화 환경 (고온, 방사선, 잔존 수분 등) 하 흡수재 복합열화 모사를 위해 고온 조사실험 및 고온/습윤 부식실험 수행하여 고온 열화기구 규명 ◯ 국내 중성자 흡수재 평가 시험기반 마련 - (국내 가속기 시설 활용 조사손상 모사실험 수행방안 제시) 중성자유도핵반응에서 방출되는 고에너지 알파 입자와 리튬이온에 의한 조사손상 모사를 위해 KOMAC 등 국내 중이온 가속기 시설을 활용한 상온/고온 조사실험 방안 제시 - (중성자 흡수재 가속/고온 부식 모사실험 시설 구축) 조사손상 모사시편을 활용한 흡수재 장기·고온 부식열화 거동 모사를 위해 국내 사용후핵연료 습식 저장조 및 상용 건식 저장용기 내부 환경 모사가 가능한 가속/고온·습윤 부식루프 구축 - (표준물질(ZrB₂) 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) 조건별 (두께 및 ¹⁰B 면밀도) 표준물질 시편 제작 및 국내 열중성자 발생장치 활용 중성자 흡수능 데이터베이스 구축을 통한 국내 중성자 흡수재 흡수능 평가 시험기반 마련. ◼ 전체 내용 ○ 연구 필요성 - (사용후핵연료 건식 저장시설 건설 임박) 한국원자력환경공단(KORAD)에서 2023년 발표한 ‘방사성폐기물 관리시행계획’에 따라 사용후핵연료 저장용량 확보를 위해 20년 이내 건식 중간저장시설 확보를 계획하고 있으며 [1], 건식 저장용기 내 미임계 유지를 위해 필수적인 중성자 흡수재는 미국/일본 등에서 널리 사용 중인 Al-B₄C 기반 상용 중성자 흡수재가 도입될 것으로 추측됨. - (중성자 흡수재 국내 규제기반 미비) 국내 습식저장조 내에서 사용 중인 중성자 흡수재 설계수명은 흡수재 제조사 자체 실험결과에 근거하였으며, 안전관리는 원전 사업자 내부 지침에 의거하여 수행하고 있어 [2] 국내 규제기준이 미비한 실정임. 또한, 근시일내 건설 예정인 건식 저장시설 환경을 반영한 중성자 흡수재 고온·장기 안전관리 및 규제 방안의 선제적 설정을 위한 기반자료 마련이 시급한 상황임. - (열화 흡수재 시편 조기열화 현상 관측) 습식 저장환경 하열화 흡수재를 분석한 선행연구는 흡수재 주요 열화 요인으로 중성자유도핵반응 (¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 표면공극률이 증가와 그에 따른 표면 부식이 가속화 현상을 제시하였음 [3]. 또한, 흡수재 조사가속부식 등 복합열화기구에 의한 흡수재 표면 점부식 현상 및 표면 B₄C 입자 유실 등에 의한 흡수능 저하 등 흡수재 조기열화 현상을 보고하였음. - (국내 중성자 흡수재 안전규제 근거자료 부족) 본 연구는 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 조기열화 현상의 원인을 기존 시험 방법론의 한계로 상정하고, 기존 방법론을 활용하여 설정된 설계수명에 대한 재평가가 필요하다고 판단하였음. 또한, 전 세계적으로 제한적으로 수행된 건식 저장환경 하흡수재 열화 관련 연구로 인해 정확히 분석되지 않은 흡수재 고온 복합열화 기구를 규명하고자 함. ◯ 연구 동향 - (국내 사용후핵연료 저장처분 핵심기술개발 연구) 과기정통부/산업부/원안위에서 공동 주관하여 수행 중인 연구사업은, 사용후핵연료 저장처분 안전성 확보를 위해 계획되었지만, 최근 연구를 통해 밝혀진 중성자 흡수재 조기 열화 및 흡수능 저하 현상’을 반영한 저장·처분 시설 장기 건전성 저하 가능성이 고려되지 않음. - (건식 저장시설 내 Al-B₄C 흡수재 열화거동 분석 연구) 미국 미시간 대학교에서 상용 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 2종(BORAL/BORTEC)을 활용한 조사실험 및 고온 부식시험을 수행하여 B₄C 입자 유실 가능성을 제시하였으나 [4], 지나치게 보수적인 실험조건을 채택하여 건식 저장용기 내 흡수재 열화거동을 정확히 평가하였다고 보기 어려움. - (국내 건식저장 용기 및 중성자 흡수재 개발 현황) 한국원자력환경공단 (KORAD)이 주관하여 중간저장 용 금속 건식 저장용기를 개발하여 국내 인허가 획득을 목표로 연구를 수행 중임. 또한, 한국원자력연구원 (KAERI)에서 기존 Al-B₄C 기반 흡수재 한계점 보완을 위해 티타늄 기반 중성자 흡수재를 개발하였으나, 추가 실험 검증이 필요한 상황임. ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ Al-B₄C 기반 흡수재 장기·고온 안전성 평가실험 방법론 개선안 제시 및 평가실험 기반 마련 ❏ 내용 ○ Al-B₄C 흡수재 열화시편 활용 장기 안전성 평가실험 설계 - 조사손상 모사 실험조건 설정 및 조사손상 모사 시편 생산 • 실험조건 설정: (조사손상도: 10 dpa) 열화 흡수재 미세구조 내 헬륨 버블 형상 분석을 통해 설계수명 내 최대 10 dpa가 누적될 것으로 판단하고 조사손상도 조건을 설정함. • 헬륨 이온 조사실험 수행: 중성자유도핵반응에서 방출된 고에너지 헬륨 입자 및 리튬이온에 의한 흡수재 조사손상 모사를 위해 중이온 가속기를 활용하여 상온 조건에서 160 keV 헬륨 이온 조사실험 수행. - 조사손상 모사시편 활용 가속 부식실험 조건 설정 및 수행 • 가속부식 실험조건 설정: 국내 가동원전 내 사용후핵연료 저장조 환경 (수화학 조건, 온도 등)을 모사하여 수화학 조건을 (붕소 및 리튬 농도 등) 설정. 또한, 최대 가속배수 활용이 가능한 온도 조건 (90 ℃)을 채택함. • 가속부식루프 설계 및 구축: 실험 장치는 예열기, 냉각수 탱크, 항온수조, 열교환기 및 펌프와 다수의 열전대로 구성하였으며, 주기적으로 실험수를 채취하여 화학 분석이 가능하도록 설계함. • 가속부식실험 수행: 습식저장조 내 중성자 흡수재 장착 환경을 모사하기 위해 실제 내부 구조물과 같은 재질인 스테인리스강으로 제작된 시편 홀더를 설계하고 내부에 시편을 장착하여 부식실험을 수행함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 복합열화 모사실험 설계 - 중성자 흡수재 고온 조사손상 모사실험 조건 설정 및 수행 • 실험조건 설정: (조사손상도: 0.01, 0.1, 1 dpa/ 온도: 상온, 150, 270, 400 ℃) 사용후핵연료 건식 저장시설 내 온도 및 중성자 선속 측정 결과를 기반으로 온도변화와 설계수명 내 조사손상도 누적량을 계산한 선행연구를 참고하여 온도 및 조사손상도 조건을 설정함. • 고온 중이온 조사실험 수행: 국내 중이온 가속기 시설 내 고온 이온 챔버를 활용하여 직접 제작한 전용 시편홀더에 시편을 장착하고 총 12가지 실험조건에서 고온 헬륨 이온 조사실험을 수행함. - 고온/습윤 가스부식실험 조건 설정 및 부식루프 설계 • 실험조건 설정: 온도는 조사손상 모사실험 온도와 동일하게 설정하고, 습도 조건은 사용후핵연료 집합체 건조 조건과 대표적인 저장 용기 내부 체적을 기준으로 계산하여 보수적인 값을 채택함. • 고온/습윤 가스부식루프 설계: 장치는 고온 조건에서 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있도록 헬륨 질량조절기(MFC), 물 정량펌프, 기화기, 예열기, 반응 용기 등으로 구성하였으며, 내부 온도 및 습도를 실시간으로 측정하기 위해 다수의 열전대와 습도계를 장착함. ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 Al-B₄C 기반 흡수재 열화 거동 분석 및 기구 규명을 통한 안전규제 기반자료 생산 ❏ 내용 ○ 열화 흡수재 시편 활용 습식저장조 내 장기 열화 거동 분석자료 생산 - 열화시편 활용 추가 조사손상 모사 및 가속 부식실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • 중이온 조사 후 열화 흡수재 시편 산화층의 다공성 구조에 의해 헬륨 버블이 형성되지 않고 다량의 공극이 관측되었음. 또한, 가속부식실험 수행 후 전반적으로 다공성 형태의 Al 산화막이 관측되었으며, 일부의 흡수재 시편 표면에서 붕소 고착물로 추정되는 물질이 확인됨. 알루미늄 합금 기반재료 내 Al, Mg 산화 및 용출로 인해 국부적으로 수십~수백 μm 정도의 점부식이 다수 확인됨. - (분석결과 시사점) 부식 기간 증가에 따라 감소한 흡수재 무게 및 pit 깊이로 보아 흡수재 표면에서의 B₄C의 탈락 가능성이 확인되었음. 또한, 표면에서 다수 관측된 점부식으로 인한 국부적 중성자 흡수능 저하 현상에 대한 고려가 필요할 것으로 판단됨. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 고온 조사손상 모사 및 고온/습윤 가스부식 실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • (고온 중이온 조사 후) 매우 낮은 조사손상도 조건 (0.01 dpa)부터 헬륨 버블이 형성되었으며, 조사 온도가 증가함에 따라 헬륨 버블 평균 크기가 증가하고 수밀도가 감소하는 경향성이 관측되었음. 또한, 고온 조건 및 미세구조 내 경계면 (탄화붕소 입자-기반재료 경계면 및 결정립계)에서 헬륨 버블이 더욱 응집하고 성장한 것을 확인하였음. • (조사손상 모사시편 활용 고온/습윤 가스 부식실험 수행 후) 고온 부식 후 헬륨 버블의 평균 크기가 증가하였으며, 특히 경계면에서 더욱 응집하여 성장한 것이 관측되었음. 또한, 고온/습윤 환경 하 흡수재 입계부식 거동이 확인되어 조사손상 누적으로 인한 탄화붕소 입자 주변 다공성 구조에 의해 부식층 성장이 가속화될 가능성을 확인하였음. - (분석결과 시사점) 사용후핵연료 건식저장 초기부터 흡수재 기반재료 내 헬륨 버블 누적 및 성장이 시작될 수 있으며, 조사손상이 흡수재 부식을 가속화하고, 흡수재 부식에서 생성된 수소 기체가 헬륨 버블을 성장시키는 등 복합열화에 의한 흡수재 조기열화 가능성이 고려되어야 함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 시험 방법론 개선안 검증 - (고온 조사손상 모사시험 필요성 확인) 상온 조사실험 수행 후 열처리를 수행한 선행연구 결과와 비교분석을 통해 뚜렷한 조사손상 거동 차이가 확인되어 고온 조사실험(in-situ high T. irradition) 필요성이 확인되었음. - (시험 방법론 개선안 활용 복합열화기구 모사 가능성 확인) 고온/습윤 부식시험 수행 후 성장한 버블 내에서 알루미늄 부식 반응에서 생성된 수소 기체가 발견되는 등 기존 방법론에서 발견되지 않았던 복합열화 거동이 관측되어 개선안 활용 복합열화기구 모사 타당성이 검증되었음. ❏ 목표 ○ 국내 중성자 흡수재 성능 평가 실험기반 마련 ❏ 내용 ○ 표준물질 제작 및 중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - (붕소 (¹⁰B) 면밀도별 표준물질 시편 제작 및 가공) 표준물질(ZrB₂) chunk 제작의뢰 및 구매 후 방전가공(EDM: Electrical Discharge Machining) 공정을 활용하여 시편 절단 및 붕소 면밀도별 시편 생산 - (조건별 표준물질 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) KRISS 열중성자 발생장치를 활용하여 열중성자 투과시험을 수행하였으며, 흡수재 시편 두께에 따른 열중성자 흡수능 변화를 고려하여 표준물질 시편에 알루미늄판을 덧대어 두께별 열중성자 흡수능 측정 결과를 도출하였음. □ 연구개발성과 ○ 정성적 성과 - 사용후핵연료 저장시설 내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 시험 방법론 개선방안 제시 및 검증 - 국내 입자 가속기 활용 중성자 흡수재 조사손상 모사실험 방안 제시 및 검증 - 사용후핵연료 습식저장조 내 중성자 흡수재 장기 열화 거동 데이터베이스 구축 - 사용후핵연료 건식저장 용기 내 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 국내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 평가 실험기반 마련 ○ 정량적 성과 - 사용후핵연료 습식 저장조 환경 반영 가속 부식루프 구축 - 사용후핵연료 건식 저장시설 환경 반영 고온 부식루프 구축 - 붕소 함유량별 표준물질 시편 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - 안전기술보고서 (N-STAR): 8편 - SCI 논문: 3편 - 국내·외 학회 논문 발표: 7건 - 원자력 공학박사 배출: 2명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ◯ 국내 사용후핵연료 중간저장시설 특성을 고려한 중성자 흡수재 장기 안전성 평가 기준 제시 - 사용후핵연료 습식저장조 내 흡수재 장기 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 - 사용후핵연료 건식저장시설 내 흡수재 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 ◯ 가동 원전 경년열화관리계획 평가 세부사항 항목에 새롭게 추가된 중성자 흡수재 감시를 위한 평가 시 참고 및 기준자료로 활용 - ¹⁰B 면밀도 및 흡수재 두께별 열중성자 흡수능 데이터베이스 활용 중성자 흡수능정기 평가 수행 ◯ 국내 사용후핵연료 저장시설 확대로 인한 추가 중성자 흡수재 도입 및 중성자 흡수재 국산화 연구수행 시, 흡수재 평가 시험 실험기반으로 활용 ◯ 본 연구실에서 개발된 ‘사용후핵연료 저장조 장기 안전관리용 전산모사 코드’비교·검증자료로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안상준
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20250100
• Keyword : 1. 사용후핵연료 저장시설;중성자 흡수재;중성자 흡수능;조사가속부식;장기 안전성; 2. Storage of spent nuclear fuel;Neutron absorber;Neutron absorbing performance;Irradiation-accelerated corrosion;Long-term safety;

□ 연구개요 수막종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양이며 세계 보건기구 조직 병리학 적 기준 (WHO 1 등급) 에의해 대부분 양성으로 간주됩니다. 현재 의료 영상은 수막종을 포함한 CNS 종양의 감별 진단 및 치료 계획에서 근본적인 역할을 합니다. 작고 안정적이며 양성인 수막종으로 판단되면 긴 추적 기간 동안 관찰되는 대기 및 관찰 방법이 이상적이며 비용을 절약 할 수 있는 옵션이 될 수 있습니다. 반면, 크기가 작더라도 성장 속도가 빠르거나 유전형 검사에서 악성 종양이 의심되는 경우 조기 수술 절제를 적극 권장합니다. 수술의 대안으로 방사선 요법이 수막종의 1차 치료로 수행되기도 합니다. 방사선 요법은 종양이 시신경 수막종과 같은 중요한 신경이나 혈관에 너무 가까워서 일부 절제 할 수 없는 경우, 환자의 수술에 대한 걱정, 혹은 환자의 열악한 건강 상태에 대한 우려로 인해 수술을 받을 수 없는 경우에 종종 시행됩니다. 또한 수막종이 불완전하게 제거되었거나, 높은 등급 및 재발성 종양의 경우, 방사선 요법은 대부분 남아있는 종양 세포를 파괴하고 성장이 재발하는 것을 방지하기 위한 보조 요법으로 수행됩니다. 종양의 영상 특성은 정량적 및 정성적 측정을 사용하여 설명할 수 있습니다. 새롭게 떠오르는 분야 인 Radiomics는 고차원 이미지 정보를 여러 계산 알고리즘을 통해 풍부한 수학적 데이터로 변환합니다. Radiomics는 활발한 임상 사례에 대해서 자동적이며, 재현이 가능하고 및 오류가 없는 평가를 촉진하는 영상 지도를 만들기 위해 대규모 이미징 기능을 활용하는 데 초점을 맞춘 새로운 정량 이미징 분야입니다. 상대적으로 제한된 인간의 시각적 관찰에서 주관적이고 정성적인 해석보다는 영상 데이터를 해석하는 객관적이고 정량적 인 접근 방식을 제공합니다. 이에 비해 영상학적 특징은 영상의학과 전문의가 시각적으로 평가하는 종양 특성 (예: 신호 강도, 뼈 침습, 괴사)입니다. 실제로 영상 분석을 통해 생성되는 엄청난 양의 정보는 시각적으로 인식 할 수 없는 조직 병리학 적 종양 정보에 대한 영상학적 정보를 제공하며 진단, 치료 및 예후에 적용할 수는 기술적 기반을 제공합니다. 우리가 아는 한, 영상 또는 조직 특성 분석을 기반으로 뇌수막종에서 방사선 치료 후 변화를 평가한 연구는 지금까지 보고 된 바가 없습니다. 우리는 일반적인 조영 증강 MRI를 기반으로 방사선 치료 후 수막종의 영상학적 정보 및 영상 특성 변화를 조사하려고 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 관찰군과 방사선 치료군 두 그룹 사이의 수막종의 최대 면적과 직경의 방사선학적 차이는 통계적으로 유의했습니다. 방사선 치료군에서 종양이 감소했습니다. 훈련 세트에서 총 241개의 시리즈와 1691개의 라디오믹스 특징이 추출되었습니다. 단변량 분석에서 24개의 라디오믹스 특징이 두 그룹 간에 유의하게 달랐습니다(P<0.05). 최상의 하위 집합(subset)은 AUC가 0.87인 original-based feature 1개, fisr-order based feature 3개 및 wavelet based features 6개로 다변량 분석에서 유의미한 차이(P < 0.05)를 나타냅니다. 모델을 적용했을 때 AUC는 training set과 validation set에 대해 각각 0.76과 0.79였습니다. 수막종의 경우 방사선 치료 후 더 나은 크기 감소를 기대할 수 있다. MRI를 이용한 라디오믹스 모델은 방사선 치료 후 radiomic features에 상당한 변화를 보였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기대효과 수막종에 대한 방사선 치료는 양성 수막종 (WHO grade 1)에 대한 크기억제에 효과가 있으나 anaplasticor malignant meningioma에 대해서는 크기 억제에 대한 효과는 크지 않을 확률이 놓으며 방사선 치료의 전후의 영상정보 특성은 wavelet-LLH, original shape, wavelet-LHL등의 변화 및 방사선학적 특징 변화는 대체로 크기 감소 및 조영 증강의 감소 등으로 예상됩니다. 2) 활용방안 방사선 치료 후 유의미한 차이를 보이는 방서선 정보 (Radiomics) 와 영상의학적 특징 (Radiologic appearance)을 확인함으로써 수막종의 치료효과를 예측하는 biomarker을 찾고자 합니다. 이 biomarker가 필요한 이유는 수막종의 치료전후의 조직검사가 용이하지 않기 때문이다. 추후에 biopsy결과가 있는 것과 방서선 정보(Radiomics) 와 영상의학적 특징을 비교하는 추가 연구가 필요할 것으로 사료됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은수
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 라디오믹스;수막종;방사선치료;영상의학;자기공명영상; 2. Radiomics;Meningioma;Radiation therapy;Radiology;MRI;

□ 연구개요 유방암 치료과정에 있어 술후 방사선치료는 국소 재발 방지 및 사망률 감소 측면에서 필수적인 치료임. 치료와 연관된 방사선 연관 심장 질환(예: 심부전, 관상동맥질환, 심근경색, 심혈관 사망 증가)은 보통 3-10년 후 발병하지만, 심근의 미세변화는 방사선 치료 2-3개월 후부터 시작됨. 심근의 변화는 한번 발생하면 비가역적, 장기화되거나 치명적인 질환으로 갈 수 있기에 초기(Window period)에 발견하여 치료하거나 이를 예방하는 방사선치료 기법 개발 및 적용하는 것이 중요하기에 본 연구를 수행함. 본 연구에서는 18F-FDG PET CT, 심초음파 및 혈액학적 검사(CBC, Chemistry, BNP, NTpro-BNP, ST2 등)를 시행하여 심근 독성 조기 발견 및 예측을 하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 유방암 치료과정에 있어 술후 방사선치료는 국소 재발 방지 및 사망률 감소 측면에서 필수적인 치료임. 치료와 연관된 방사선 연관 심장 질환(예: 심부전, 관상동맥질환, 심근경색, 심혈관 사망 증가)은 보통 3-10년 후 발병하지만, 심근의 미세변화는 방사선 치료 2-3개월 후부터 시작됨. 심근의 변화는 한번 발생하면 비가역적, 장기화되거나 치명적인 질환으로 갈 수 있기에 초기(Window period)에 발견하여 치료하거나 이를 예방하는 방사선치료 기법 개발 및 적용하는 것이 중요하기에 본 연구를 수행함. 본 연구에서는 18F-FDG PET CT, 심초음파 및 혈액학적 검사(CBC, Chemistry, BNP, NTpro-BNP, ST2 등)를 시행하여 심근 독성 조기 발견 및 예측을 하고자 함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 술후 유방 방사선치료로 발생 가능한 심장 질환의 조기 발견 및 예측을 할 수 있는 도구는 아직 명확하지 않기에, 본 연구를 통해 새로운 분야를 개척하여 심장독성 조기 발견 및 예측 도구의 개발이 가능함. - 이를 바탕으로 초기 심장 독성을 예방할 수 있는 방사선치료 모델 또는 약물 개발에 기여할 수 있는 지식 확보 및 이론적 근거를 제시할 수 있음. ○ 방사선치료 후 발생 가능한 심장 질환의 조기 발견 및 예측이 가능하다면, 장기화되어 치명적일 수 있는 심장 질환을 줄일 수 있어, 불필요하게 발생할 수 있는 의료비 지출을 줄이고 환자의 삶의 질 향상에 큰 역할을 할 수 있음. 또한, 예후 및 생존율 향상에 이바지 할 수 있을 것으로 예상됨. ○ 본 연구는 또한, 상대적으로 상관관계를 규명하지 어려운 방사선치료 유발심장독성 뿐 아니라 다른 방사선 유발 만성 부작용의 초기 병인에 새로운 시각을 제공할 것임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조인영
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 유발 심장 질환;유방암;이종 의료 데이터;조기 발견;예측 도구; 2. radiation-induced cardiac toxicity;breast cancer;heterogenous medical data;early detection;prediction model;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 핵사찰 시료 적시 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발 ○ 지형·방사선 정보 기반 시료 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발 ○ 프로브(probe) 기반 무인 방사선오염 탐지시스템 개발 ○ 무인 시료 채취 및 운반 장비 개발 ◼ 전체 내용 ◯ 1차년도 연구개발 (1) 사찰시료 검증(채취·회수·분석) 요건 개발 (2) 국내외 핵비확산·핵안보 측면의 무인 장비 개발 현황 분석 (3) 시료 형태 기반 채취 대표성(무게, 부피 등) 확보 방안 및 장비 적용(안) 도출 (4) 장비 및 절차 기술 성능요건(정량적, 정성적) 개발 ◯ 2차년도 연구개발 (1) 지형·방사선 정보 기반 시료 채취·회수·분석 절차 개발 (2) 전산모사 기반 프로브, 무인 시료 채취·운반 장비, 방사선 신호처리장치 상세설계 및 제작 (3) 장비 관제(제어)를 위한 신호 송수신 기법 개발 및 장비 적용(안) 도출 ◯ 3차년도 연구개발 (1) 시료 채취 Kit 설계 및 제작 (2) 프로브, 무인 시료 채취‧운반 장비, 방사선 신호처리장치 시작품(Prototype) 제작 및 특성평가 (3) 프로브 전개 모델 및 전송신호 분석 기반 핵물질 위치탐지 기법 개발 ◯ 4차년도 연구개발 (1) 채취 시료의 정보관리 연속성(Chain of Custody) 확보 방안 수립 (2) 위치 정보 시각화 알고리즘 및 프로그램(3D plotting) 개발 (3) 시스템(장비), 기능, 성능평가, 품질 요구사항 반영 알고리즘 및 사용자 인터페이스(UI) 개발 (4) 토양 기후 특성 등을 고려한 모의 환경 조성, 성능평가(out-field test) ◯ 5차년도 연구개발 (1) 장비운영 및 시료채취 절차서 통합 (2) 성능평가 기반 개선(안) 도출 및 적용 ◼ 1단계 ❏ 목표 핵사찰 시료 적시 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발(prototype 설계 및 제작) ❏ 내용 ○ 방사선 탐지 프로브 개발 ○ 무인 시료채취 및 운반 장비 개발 ○ 장비 관제(제어)시스템 개발 ○ 지형·방사선 정보 기반 시료 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발 ◼ 2단계 ❏ 목표 핵사찰 시료 적시 채취·회수·분석 기술 및 절차 현장 적용성 평가 ❏ 내용 ○ 장비 관제(제어) 장치 및 운영 프로그램 개발 ○ 개발 장비 현장 적용성 평가(성능평가) 및 보완 ○ 시료 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발 □ 연구개발성과 ■ 정성적 결과물 ■ □ 방사선 탐지 프로브 개발 ○ 소형 계측기 기반 프로브의 개발동향 ○ 1 세대 감마 계측 프로브 설계 및 제작 - CsI, GAGG 등 소형검출기 적용 가능 센서 특성 비교 - CsI(Tl) 섬광체 기반 계측 프로브 상세설계 및 운용(안) 도출 - CsI(Tl) 섬광체 기반 계측 프로브 회로 및 구조부 설계 ○ 2 세대, 2.5세대 감마 계측 프로브 설계 및 제작 - 플라스틱 섬광체를 이용한 검색 효율 향상 연구 - PVT 섬광체 기반 방사선 계측기(프로브) 세트 제작 및 성능 최적화 연구 - CsI(Tl) 섬광체 기반 프로토타입 성능 평가 - 신호처리 기구부, 소형화 및 경량화 방안 개발 ○ 3 세대 감마 계측 프로브 제작 및 테스트 - 성능개선 된 스펙트럼 기반 프로브 세트 제작 및 평가 - 실제 사찰환경에서 전체 시스템 구동 테스트 ○ 프로브 전개 모델 및 전송신호 분석 기반 핵물질 위치탐지 기법 개발 - 프로브 전개 모델 (프로브의 측정영역 최적화, 시나리오기반 전개방식 및 구역설정(안)) - 계측신호 기반 위치 판별 알고리즘 (머신러닝, 베이지안 기반) ○ 운용 소프트웨어 개발 - 정보 송수신 및 장비 관제 프로그램 - 관제(제어) 시스템 설계 및 시작품 제작 □ 무인 시료채취 및 운반 장비 개발 ○ 무인 시료 채취 기법 개발 및 장비 적용(안) 도출 - 무인지상체의 기본 구조 - 토양시료 채취 시 필요한 기능요건 - 핵물질 시료 채취 시 필요한 기능요건 - 표면시료 채취 시 필요한 기능요건 - 보관 및 이송 ○ 전산모사 기반 장비 설계(안) 도출 및 성능 요건(정량적, 정성적) 개발 - 3D 모델링 및 시뮬레이션 - 설계 및 해석 내용의 범위 - 토양 채취용 무인 지상체 설계 및 해석 - 핵물질 시료 채취용 무인 지상체 설계 및 해석 - 표면시료 채취용 무인 지상체 설계 및 해석 □ 장비 관제(제어)시스템 개발 ○ 장비 관제(제어)를 위한 신호 송수신 기법(연속성, 무선신호 분리, 보안, 다중모드 등) 개발 - 광대역 또는 국소지역 무선 신호 송수신 관련 선행기술 조사 - 부분적 탈중심화된 모바일 무선통신망 구축 연구 - Mesh Router와 결합된 환경정보 측정 및 전달 시스템 개발 - Mesh Router 전용 정보수집 장치 개발(안) ○ 방사선 정보처리장치(Data Acquisition System, DAS) 개발 - 검증 대상지역 내 현장 제어 및 정보 취합 시스템 개발 (NEXUS, EGID) ○ CoK 기반 현장 채취 작업 환경 측정 데이터 로그 시스템 개발(EGDT) - 현장 채취 작업 환경 측정 필수 요구사항 분석 - 데이터 로그 시스템의 구성 - 장비 활용 및 계획 ○ 위치정보 3차원 시각화 알고리즘 및 프로그램 개발 □ 지형·방사선 정보 기반 시료 채취·회수·분석 기술 및 절차 개발 ○ 시료 형태 기반 채취 대표성(무게, 부피 등) 확보방안 개발 - 국내외 조사기관(IAEA, USEPA, USGS 등)의 시료 채취, 보관, 운송 관련 절차 요건 검토 - 시료 채취 시 조사지점의 대표성 확보 방안 - 핵사찰용 채취 시료의 대상 및 적용 방안(안) - 깊이, 핵종 등 ○ 시료 채취(지점, 횟수, 방법 등) 절차(안) 개발 - 시료 채취 전 준비사항(위험요소 설정 기반 보호구 및 기구) 설정 - 토양 시료채취 흐름 및 절차서 도출 - 표면 시료채취 흐름 및 절차서 도출 ○ 시료 채취 KIT 설계 및 제작 - 주변국의 상황 발생을 대비한 미신고지역의 시료채취 키트의 필요성 정립 - 미신고 지역에서 활용 가능한 시료채취 키트 및 절차 구축 ○ 시설 구축 및 분석 정밀도 향상 방안 도출 - 토양시료 전처리 시설 구축 - 교차분석 플랫폼 활용 ○ 시료 채취·회수·분석 통합절차서 ■ 정량적 결과물 ■ ○ 원자력안전기술보고서(N-STAR) 13건 < 1차년도 > - “핵사찰용 시료 적시 탐지·채취를 위한 무인장비 최신 개발동향” - “핵사찰용 토양시료 채취 및 분석 절차 수립을 위한 국내외 기술기준 및 연구동향 분석” < 2차년도 > - “핵사찰용 토양시료 채취 절차 수립 연구” - “토양시료 채취 방법과 무인 지상체 기능요건 설계” - “은닉핵물질 탐지를 위한 소형 검출기 개발” < 3차년도 > - “핵활동 검증을 위한 미신고지역의 환경 시료채취 절차 구축 및 키트구성“ - “소형 감마선 계측기 및 머신러닝을 이용한 방사선원 위치 추정 알고리즘 개발” < 4차년도 > - “검증 대상지역 내 현장 제어 및 정보취합을 위한 운용 소프트웨어 프로토타입 설계” - “미신고지역의 핵사찰을 위한 토양‧핵물질‧표면시료 채취 및 운반용 무인 지상체 기능부 설계” - “고방사선 상황에서 비핵화 검증용 시료채취를 위한 무인 시스템 개발” - “비핵화를 위한 토양시료 채취‧운반‧교차분석‧보관 방법론” < 5차년도 > - “비핵화 상황 시 현장 환경‧위치 정보 송수신을 위한 휴대형 장치 개발” - “미신고지역에서의 시료채취 및 정보수집을 위한 통합 절차서 및 운영 방법론” - “미신고지역의 은닉핵물질 탐지를 위한 CsI(Tl) 섬광체 기반 고성능 전개형 검출기 개발”(제출완료 평가예정) ○ 국내외학술대회 논문 총 21건 < 1차년도 > - “Technical review on R&D trends in Unmanned System for safeguards Inspection“, 한국방사성폐기물학회 2019 춘계 학술대회 - “Study of Soil sampling Procedure for safeguard inspection“, 한국방사성폐기물학회 2019 춘계 학술대회 < 2차년도 > - “Sampling and Analysis Plan for Investigation of Undeclared Nuclear Activities,” Waste Management Symposia 2020 in Phoenix, Arizona - “Modular Gamma Probes to Detect and Localize a Radioactive Hotspot,” 한국방사성폐기물학회 2020춘계 학술대회, Online - “Strategy against the Investigation of Soil Samples for Denuclearization of Neighboring Contries,” 한국방사성폐기물학회 2020춘계 학술대회, Online - “Design of Partial Decentralized Mobile Colsed Network using Wireless Mesh Architecture,” 한국방사성폐기물학회 2020춘계 학술대회, Online < 3차년도 > - “Developing a Remote Mapping Device for Radiation Monitoring and Investigation” IRPA-15 - “A Study on Decentralized Mobile Wireless Network in Restricted Areas for Denuclearization”, 한국원자력학회 2021 춘계학술대회 - “ A Study to Suggest the Sequences and Considerations of Soil Sampling for Nuclear Verification”, 한국원자력학회 2021 춘계학술대회 - “The New Modular Gamma Probes for Finding out Hidden Nuclear Materials in a Restricted Area”, 한국방사성폐기물학회 2021 춘계학술대회 - “고방사성 핵종 운반시 CoK 확보를 위한 데이터 로그 시스템 개발”, 한국방사선 방어학회 2021 추계학술대회 - “방사능 사고 신속대응을 위한 방사선 측정시스템 실증연구”, 한국방사선 방어학회 2021 추계학술대회 - “고방사선 지역 내 시료 채취 및 운반용 무인 지상체 기능부 설계”, 한국방사선 방어학회 2021 추계학술대회 < 4차년도 > - “주변국 비핵화 검증목적 시료 채취‧운반 기술 개발”, 2022년 한국화생방방어학회 춘계학술발표회 - “고방사선 지역 내 시료 채취 및 운반을 위한 인간형 무인체 기능부 목업설계”, 2022년 한국화생방방어학회 추계학술발표회 - “Design Improvement on Reducing Angular Dependence of Gamma Probe for Detecting Radioactive Contamination”, 2022년 추계 방사성폐기물학회 - “Compensation method for performance degradation of the SiPM according to temperature using the variation of the measurement count”, 2022년 추계 방사성폐기물학회 < 5차년도 > - “Calibration Method on SiPM Temperature and Detector Sensitivity for Gamma Probe”, 2023 Symposium on Radiation Measurements and Application - “Study on the applicability of double sensor measurement method to obtain distribution direction of the gamma probe”, 한국방사성폐기물학회 2023 춘계학술발표회 - “플라스틱섬광체와 SiPM을 이용한 고농도 중성자 방출선원 위치탐지 장치개발”, 한국화생방방어학회 2023 추계학술발표회 - “미신고지역 내 채취시료의 CoK 유지를 위한 현장 실시간 정보취합장치(EGDT) 개발”, 한국방사성폐기물학회 2023 추계학술발표회 ○ 지식재산(특허출원) 3건 - 미지의 방사성 물질 탐지를 위한 전개형 소형 방사선 검출 시스템 및 그 방법(대한민국, 원자력통제기술원, 출원번호 01-2021-0086248) - 시료 채취 장비 및 시료 채취 방법(대한민국, 원자력통제기술원, 출원번호 10-2023-0075469) - 다중선원 탐지를 위한 전개형 방사선 검출 장치와 시스템 및 방법(대한민국, 원자력통제기술원, 출원번호 10-2023-0193454) ○ 지식재산(특허등록) 1건 - 미지의 방사성 물질 탐지를 위한 전개형 소형 방사선 검출 시스템 및 그 방법(대한민국, 원자력통제기술원, 등록번호 10-2562007) ○ 시제품 제작 8건 - LoRa 기반 스펙트럼 방식의 방사선 계측 프로브(v1.0) - Wifi 기반 스펙트럼 & 플라스틱 방식의 방사선 계측 프로브(v2.0, v2.5) - 무인체 시료채취 기능부(프로토타입) - 개인 CoK 유지장치 - 무선자체망 유지장치 - 무인체 시료채취 기능부(시작품) - 현장 환경‧위치 정보 송수신(EGDT) - 감마선 계측 프로브 고성능모델(v3.0) ○ 국내외 논문 4건 (23. 12. 27. 논문 1편 평가중) - 미신고지역의 환경 방사선 검출을 위한 전개형 검출기 개발, (방사선산업학회지, 15권 4호) - Preparation and consideration of sample collection in undeclared areas for denuclearization verification (JNFCWT, 19권 4호) - Development of a CsI(Tl) scintillator based gamma probe for the identification of nuclear materials in unknown areas (JINST, 17호) - Machine learning algorithm for localization of nuclear materials based on gamma probe data to verify the denuclearization (JKPS, 83권 10호) - Bayesian Approach for Inferring Two-Dimensional Location of a Radioactive Material Using Distributed Detectors (RPC, 평가중 ) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용계획 - 핵실험, 테러, 방사성 물질 불법거래 탐지 등 다양한 국가안보분야로의 활용 - 국제사회 인증을 통한 미신고 핵활동 탐지, 채취, 분석 절차화 추진 및 적용 - 상호사찰, 신고 시설 검증 등 시료 채취·분석과 관련한 다양한 상황에 대한 국가적 대응능력 배양 - 원자력시설의 제염, 해체 및 폐기 등의 상황 시 작업자 접근이 어려운 지역의 사전조사 또는 방사능 오염이 제거되었음을 검증하기 위한 모니터링에 활용 - 방사능 테러 대응 훈련 등의 훈련장비 및 사찰관/국가검사원 교육 교보재로 활용 ○ 기대효과 - 비핵화 관련 선제적 절차 수립 및 관련 기술 확보 - 무인 핵물질 탐지·채취·회수·분석 분야 기반 기술 확보 - 산업체 참여유도 및 기술이전을 통한 경제적 이득 도모 - 시료 채취 균일성 및 안전성 확보 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김명수
• 주관연구기관 : 한국원자력통제기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 채취;회수;분석;절차;무인; 2. Sampling;Extraction;Analysis;Procedure;Unmaned;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 조원기
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 초고해상도 이미징;조로증;자연노화;핵막변형;라미나층; 2. Super-resolution imaging;Progeria;Natural aging;Nuclear deformation;Lamina;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 핵감식 기법을 이용한 핵활동 이력 추정기술 개발 ◼ 전체 내용 ○ 핵활동 검증을 위한 방사화학분석법 확립 - 국내외 방사화학분석법 조사 - 국내 수요기관에 알맞은 분석법 기술 이전 - 시료별 전처리 기술 및 핵종분석법에 대한 절차 확립 - 인증표준물질을 이용한 핵종분석법 유효성 평가 - 국내외 교차분석을 통한 네트워크 구축 ○ 주변국 핵활동 자료 기반 핵활동 시기 평가 절차 및 체계 개발 - Nuclear forensics 자료 구축 및 signature 물질 조사/측정 방안 분석 - 우라늄 농축 처리 시설 현황 조사 및 농축 시기 추정 관련 자료 구축 - Sample 채취 및 분석 관련 신뢰도 확보 방안 도출 - 연대측정을 활용한 핵물질 농축 시기 관련 절차 구축 및 simulation 수행 ○ DQA 기반 우라늄 농축 핵활동 시기 추정 알고리즘 개발 - 우라늄 핵물질 및 Mill tailings 등의 방사평형 관계조사 및 분석 - 핵물질 등 연대추정 방법론(알고리즘) 구축 - 데이터품질평가(DQA)기반 핵물질 연대추정 방법 최적화 - 핵물질 연대측정 전산 프로그램 개발 및 검증 ◼ 1단계[2020~2021] ❏ 목표 (1세부) ○ 핵활동 검증을 위한 핵물질 분석법 현황 조사 ○ 핵활동 검증을 위한 target 핵종 분석법 개발 및 분석기술 이전 I (2세부) ○ 농축공정 분석 및 핵물질 수지 자료 구축 ○ 주변국 우라늄 농축 관련 시설 및 이력 분석 (3세부) ○ 우라늄광 핵물질 및 Mill tailings 등의 방사평형 관계조사 및 분석 ○ 핵물질 등 연대추정 방법론(알고리즘) 구축 ❏ 내용 (1세부) ○ 핵활동 검증을 위한 핵물질 분석법 현황 조사 - 알파분광분석법 이론과 응용 - 감마분광분석법 이론과 응용 - 질량분석법 이론과 응용 ○ 핵활동 검증을 위한 target 핵종 분석법 개발 및 분석기술 이전 I - 축차분리법을 이용한 시그니처 핵종 중 알파핵종(U, Th, Pu, Am) 동시 분리 기술 및 정량분석법 개발 - 인증표준물질 사용한 시그니처 핵종(U, Th, Pu, Am) 동시 분리 기술 및 정량분석법 유효성 평가 - 비상시 핵활동 검증 분석기관 네트워크 구축 대비 분석역량 강화 (2세부) ○ 농축공정 분석 및 핵물질 수지 자료 구축 - Uranium in nuclear forensics 관련 연구 동향 분석 - 핵연료주기 및 공정 방법에 따른 signature 물질 조사 및 측정 방안 분석 ○ 주변국 우라늄 농축 관련 시설 및 이력 분석 - 주변국 우라늄 농축 처리 시설 현황 및 운영 이력 조사 - 농축 추정 시기 분석 및 시설에 따른 signature 물질 추정 방법론 도출 - 농축 시기 추정 자료, 채취/획득 가능 물질 및 물질에 따른 주요 측정 방법론 조사 (3세부) ○ 우라늄광 핵물질 및 Mill tailings 등의 방사평형 관계조사 및 분석 - 우라늄광 핵물질의 방사평형관계 조사 및 분석 - 우라늄 농축 후 핵물질 및 Mill tailings 등의 방사평형 관계조사 ○ 핵물질 등 연대추정 방법론(알고리즘) 구축 - 핵물질 연대 추정 방법론(알고리즘) 구축 - 핵활동별 시그니처 DB 구축 및 영향범위 분석 ◼ 2단계[2022~2023] ❏ 목표 (1세부) ○ 핵활동 검증을 위한 target 핵종 분석법 개발 및 분석 네트워크 구축 ○ 핵활동 검증을 위한 국내외 교차분석 수행 (2세부) ○ 데이터품질목표(DQO) 기반 sample 채취 절차 및 신뢰도 확보 방안 도출 ○ 농축 시기 분석체계 및 sample 채취 절차서 개발 (3세부) ○ 데이터품질평가(DQA)기반 핵물질 연대추정 방법 최적화 ○ 핵물질 연대측정 전산 프로그램 개발 및 검증 ❏ 내용 (1세부) ○ 핵활동 검증을 위한 target 핵종 분석법 개발 및 분석 네트워크 구축 - 핵활동 검증을 위한 분석법에 따른 전처리 실험실 구축 방안 연구 - 질량분석기를 이용한 핵활동 검증용 공정시료 및 환경시료 중 시그니처 핵종(U) 질량분석법 절차서 개발 - 핵활동 검증을 위한 분석 네트워크 구축 전 예비 자료 수집 ○ 핵활동 검증을 위한 국내외 교차분석 수행 - 국내외 분석기관 대상 교차분석 네트워크 구축 및 교차분석 수행 - 교차분석 네트워크 최종 결과 발표 심포지엄 개최 (2세부) ○ 데이터품질목표(DQO) 기반 sample 채취 절차 및 신뢰도 확보 방안 도출 - 측정 방법에 따른 물질량 및 물질 형태 분석 - 신뢰도 확보를 위한 최소 방사능량(질량) 및 sample 개수, 비파괴 가능 여부 등 분석 - 신뢰도 확보를 위한 sample 및 표준물질 채취/확보 및 분석 방안 도출 ○ 농축 시기 분석체계 및 sample 채취 절차서 개발 - 연대측정 분석체계 기반 sample 채취 절차서 개발 - 핵물질 연대측정 이용 농축 시기 분석체계 기술서 도출 - 채취 절차서 및 분석체계 기술서에 따른 전산 S/W 연계 시뮬레이션 (3세부) ○ 데이터품질평가(DQA)기반 핵물질 연대추정 방법 최적화 - 핵활동 연대추정 방법론 적용 최적화 방안 수립 - 핵활동별 연대추정 민감도 분석 - DQA(데이터품질평가) 기번을 적용한 Sampling 평가 방법론 개발 ○ 핵물질 연대측정 전산 프로그램 개발 및 검증 - 핵물질 연대측정 전산 프로그램 개발 및 검증 - 국내 핵주기 시설 대상 적용 검증 □ 연구개발성과 (1세부) ○ 안전기술보고서 제출 : 4건 - 1단계 • 1차년도: 핵활동 검증을 위한 핵물질 분석법 현황 보고서 • 2차년도: 알파 핵종 동시 분리 기술 및 정량분석법 개발 보고서 - 2단계 • 1차년도: 질량분석기를 이용한 핵종 분석법 절차 보고서 • 2차년도: 핵활동 검증을 위한 교차분석 기술개발 보고서 ○ 논문: 국내 논문(비SCI) 게재 2건, 국내 학술대회 발표건 : 3건 ○ 신규 고용창출 : 석사 1명, 학사 1명 ○ 분석 절차서 : 2건 (2세부) ○ 안전기술보고서 제출 : 6건 - 1단계 1연차(2020): 핵감식 시그니처 물질 지정을 위한 국외지침 및 기술개발 동향분석 - 1단계 2연차(2021): 비핵화 핵심시설의 핵활동 탐지를 위한 토양시료 수집 방안 • Volume 1: 시나리오 구성 • Volume 2: 시나리오 최적화 - 2단계 1연차(2022): Data life cycle을 고려한 샘플 관리와 신뢰도 확보 방안 - 2단계 2연차(2023): 연대측정 분석체계를 기반으로 한 sample 채취 절차서, 핵물질 연대측정 이용 농축시기 분석체계 기술 보고서 ○ 논문: 국내 논문(비SCI) 게재 6건, 국외 논문(SCI) 게재 : 3건 ○ 인력양성 : 박사 1명, 석사 2명, 학사 2명 (3세부) ○ 원자력안전기술보고서 : 총 4건 - 우라늄광 핵감식 연대측정에 대한 연구현황 및 표지핵종 기초 원리 연구 - 핵활동 감식을 위한 핵물질의 연대추정 알고리즘 개발 - 핵활동 감식을 위한 핵물질의 연대추정 불확도 계산 알고리즘 개발 - 핵활동 감식을 위한 핵물질의 연대추정 프로그램 개발 ○ 논문 : 국내 논문 게재 3건 - Algorithm for Computational Age Dating of Nuclear Material for Nuclear Forensic Purposes - 핵물질 연대측정을 위한 불확도 추정 알고리즘 연구 - Algorithm for Calculating Uncertainty in the Computational Simulation for Radiochronometry of Nuclear Materials ○ 학술발표 : 포스터 4건 - Investigation on the 238U-daughter-isotope-ratio changes in the uranium mill tailing for the purpose of safeguards - 핵활동 감식을 위한 핵물질 연대추정 예비연구 - 베이트만 방정식 기반 연대추정 불확도 계산 연구 - 전산모사를 통한 핵물질 연대추정 불확도 도출 예비연구 ○ 저작권(소프트웨어) - 원자력시설 핵물질 관리 검증용 핵활동 시기 평가 프로그램 ○ 신규 인력 채용 2명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용 계획 - 무기급 핵물질의 생산이력추정을 위한 분석기술확보 및 신고정보의 무결성 검증 - 비핵화 과정에서 요구되는 신고정보 검증 - 무적핵물질 발생 시 생산시기 추정인자의 추가확보 - 개발된 핵종분석법을 국내 수요기관에 기술 이전 - 주변국의 우라늄 농축 관련 시설에 근거한 이력 분석 능력 확보 - DQO를 기반으로 하는 표준 sample 채취 방안 개발 및 절차 구축을 통해 채취자 및 측정자에 관계없는 재현성, 일관성이 담보된 핵활동 이력 검증 - 핵감식 기술에 기반한 핵활동 검증 기술 확보를 통한 국제 신뢰 구축 및 교류 기회 확대 - 핵물질 연대측정/핵활동 시기추정 알고리즘은 국내 원자력시설 핵물질 통제 및 주변국 핵비확산 검증에 기반기술로써 활용 ○ 기대효과 - 개발된 핵물질 분석기술로 국내외 무적핵물질에 대하여 정확한 핵활동 시기를 추정하고 검증에 기여 - 비핵화 과정에서 요구되는 신고정보를 국내 기술로 검증하고 핵활동 시기를 추정할 수 있도록 하는 농축 시기 분석체계 및 절차서를 구축하여 핵활동 검증 기술 확보에 기여 - 한반도 비핵화 검증에 주도적인 역할 수행을 능동적으로 대처할 수 있게 할 뿐만 아니라 핵감식 체계 및 핵안보 역량 강화에 기여할 것으로 기대 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오정석
• 주관연구기관 : (주)라드솔
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 핵감식;핵물질;핵활동 이력;우라늄 연대측정;데이터품질관리; 2. Nuclear forensics;Nuclear material;Historical nuclear activity records;Uranium chronometric;DQO/DQA;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 위성영상 기반 핵활동 및 핵시설 탐지·분석 기술 개발 ◼ 전체 내용 ○ 위성영상 기반 핵활동 및 핵시설 탐지·분석 기술 개발 - 북한 핵활동 및 시설 특성인자 DB 구축 - 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발 - 국내외 전문가 비교검증 체계 구축 및 운영 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 북한 핵활동 및 시설 특성인자 DB 구축 ○ 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발 ○ 국내외 전문가 비교검증 체계 구축 및 운영 ❏ 내용 ○ 북한 핵활동 및 시설 특성인자 DB 구축 - 국내외 북한 핵활동 징후 자료 분석 - 북한 주요 핵활동 및 시설 변화 이력 분석 - 국내외 원자력시설 유형별 주요 특성인자 도출 - 북한 핵시설별 특성인자 DB 구축 ○ 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발 - 객체기반 변화탐지 알고리즘 요구사항 분석 및 모델링 - 핵시설 특성인자 DB와 탐지 알고리즘 연계방안 연구 - 북한 주요 핵시설에 대한 위성영상 수치지도 제작 - 예비·주요 변화탐지 영상처리 결과 분석(영변 핵시설, 풍계리 핵실험장, 평산 우라늄 광산 등) - 위성영상 수집·분석 체계 연동 분석 플랫폼 개발 ○ 국내외 전문가 비교검증 체계 구축 및 운영 - 공개정보 기반 핵활동 분석 전문가 회의 또는 세미나 개최 - 위성영상 생산·가공·분석 전문기관 활동 참여 - 비확산분야 위성영상 연구개발 관련 국내외 정책연구 및 정보기관 협력 - 북한 핵활동 분석 관련 전문가 국내외 네트워크 강화 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발(고도화) ○ 국내외 전문가 비교검증체계 구축 및 운영 ❏ 내용 ○ 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발(고도화) - 핵활동 및 시설 탐지·감시 관심정보(클래스) 조사 - 공개정보 기반 딥러닝 의미론적 분할 학습 데이터셋 구축 - 전문가 비교검증 개선사항을 반영한 딥러닝 의미론적 분할 학습 데이터셋 수정·보완 - 딥러닝 의미론적 분할 모델 개발 및 최적화 - 의미론적 분할 결과를 활용한 변화탐지 알고리즘 고도화 - 위성영상 핵활동 판독지원 시스템 유지보수 및 고도화 ○ 국내외 전문가 비교검증체계 구축 및 운영 - 전문가 대상 위성영상 핵시설 탐지·감시 관심정보 수요조사 - 전문가 비교검증을 활용한 성능 평가·분석 및 개선사항 도출 - 북한 핵활동 분석 관련 전문가 국내외 네트워크 강화 - 변화탐지 시스템 개발(고도화) 관련 전문역량 강화 □ 연구개발성과 ○ 북한 핵활동 및 시설 특성인자 DB 구축 ○ 위성영상 기반의 핵활동 및 시설 변화탐지 시스템 개발 ○ 국내외 전문가 비교검증 체계 구축 및 운영 ※ 안전기술보고서(N-STAR) 13건, 국내 비 SCIE 논문 2건, 국외 SCIE 1건, 국내 학술대회 발표 24건, 국외 학술대회 발표 4건, 저작권(S/W 등록) 1건, 홍보실적 10건, 포상 및 수상 실적 4건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용계획 - 북한 핵활동에 대한 시스템(플랫폼) 기반 분석결과 도출을 통해, 북한 핵활동 및 시설 변화 발생 시 정부 대응정책 방향 설정의 주요 참고자료로 활용 ○ 기대효과 - 독자적 미신고 핵활동 탐지 및 분석 역량 확보로 비핵화 이행 검증 기반 마련 - 효율적 계획 수립 및 신속 정확한 의사결정 지원으로 검증 소요시간 및 비용 절감 - 국제 핵비확산 체제 강화 및 북한 비핵화 이해당사국으로서의 위상 제고에 기여 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김민수
• 주관연구기관 : 한국원자력통제기술원
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 위성영상;해석 특성인자;픽셀/객체기반 변화탐지;비핵화 검증;광역탐지 및 원격감시; 2. Satellite imagery;Interpretation key feature;Pixel/Object-based change detection;Verification of denuclearization;Remote sensing and monitoring;

□ 연구개요 만성 염증성 질환인 류마티스 관절염은 장기적인 치료가 필요하며, 고가 치료약제의 사용이 증가하고 있어 질병 부담금이 높은 대표적인 질환입니다. 또한, 해당 질병에서 주로 사용되는 생물학적 제제의 사용은 부작용으로 감염의 위험성을 증가 시킬 수 있어 류마티스 관절염의 새로운 치료 전략의 개발이 필요합니다. 본 연구에서는 류마티스 관절염에서 저선량방사선의 항염증효과를 확인하고, 그 기전을 규명하며, 적정 선량, 분획, 최적의 치료시기를 제시하여 류마티스 관절염에서 새로운 치료 방법으로서의 가능성을 타진하고자 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 Collagen-induced arthritis mouse에서 항염증효과를 보이는 저선량방사선의 적정선량, 분획, 최적의 치료시기를 결정하기 위해 반복 실험을 진행하였고, 그 결과 류마티스 관절염 증상이 발현된 후 총 2 Gy의 방사선량을 4 분획에 걸쳐 조사하는 것이 항염증효과를 가장 크게 보인다는 것을 알게 되었습니다. 한 mouse model에 국한하지 않고 위와 같은 실험을 K/BxN mouse에서 반복하였고 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서도 같은 결과를 확인하였습니다. 그 기전을 알아보기 위한 실험들에서 저선량방사선은 류마티스 관절염 mice에서 lymphocytes의 activation, proliferation, differentiation, lnflammatory cytokine secretion에는 영향을 주지 않고 국소적인 lymphocyte apoptosis를 증가시키며 immune cell 수를 감소시켰습니다. 그리고 연골 파괴 정도를 감소시켰습니다. 기존 연구 목표에서 적정 저선량방사선 조사 방법의 확립과 항염증효과 기전 규명은 진행되었고, 목표했었던 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선 결합치료에 대한 시너지 효과 검증은 추가 실험을 계획하고 있습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 다양한 mouse model 및 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서 저선량방사선이 안전하게 국소적인 항염증효과를 보인다는 것을 확인하였고, 그 적정 치료시기, 선량 및 분획을 확인하였기에 추가적인 임상시험 이후, 환자 적용을 고려해 볼 수 있습니다. 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선의 결합치료에 대한 추가 실험을 통해 기존 류마티스 관절염 치료의 효과를 증대시키며 부작용을 감소시키는 치료 전략을 구상해 볼 수 있습니다. 저선량방사선의 항염증효과를 확인했기에, 다른 염증성 질환에서도 해당 치료적용을 확대해 연구할 수 있습니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최훈식
• 주관연구기관 : 경상대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;류마티스관절염;항염증효과;세포자연사; 2. low-dose radiation;rheumatoid arthritis;anti-inflammatory effect;apoptosis;

□ 연구개요 - 방사선 치료 분야는 조사선량의 정확도를 검증하기 위해, 국제적으로 권고되는 표준에 맞춰 기계적 평가와 빔 선질 평가 항목에 따른 정도관리를 주기적으로 수행하고 있음. - 이때 선질 평가는 물이 채워진 물 팬텀 내에 chamber를 고정시켜 연속적으로 조사되는 빔에 대한 점 선량을 측정하고 있음. 또한 기능성 device의 경우 PDD 측정이 불가함. - 이에 본 연구는 어려운 QA setup 절차를 간소화하고, PDD를 포함하여 relative dose, symmetry 등 다양한 항목을 동시에 측정할 수 있는 멀티형 직교 선량계를 개발하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 본 과제는 방사선 치료용 QA 고속화 시스템 구축을 위한 직교 선량계 개발을 위한 연구로써, 본 과제는 제시된 목표에 따라 성실하게 수행한 결과, 연구 계획서에서 상정한 연구 목표 대비 목표 달성도 100% 이상의 연구 과제를 수행하였다고 판단됨. - 1차년도에서 선량계 제작에 사용될 후보 광도전체 물질들을 선정하고, 방사선에 대한 감약률을 평가하여 감약특성에 따른 최적화 연구를 진행하였음. - 2차년도에서 unit-cell 선량계를 제작하고 신호수집 매커니즘을 확립하여 디지털 자동 검출시스템을 개발하고 활용 가능성을 검증하였음. - photon energy 방사선에 대한 물질의 재현성, 선형성, 선량률 의존성, PDD 반응 특성을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. - 3차년도에서 선량계를 직교형태로 QA 고속화 시스템을 구축하였고 방사선치료 QA선량계로의 적용가능성을 검증하였음. - 제작된 QA 고속화 시스템의 LINAC symmetry, flatness, PDD20,10을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 제안 기술은 국외 의존도가 높은 방사선 치료분야에서 안전관리 기술의 자립화를 뛰어넘어 세계시장을 선도하기 위한 원천 기술을 확보할 수 있으며, 전 세계적으로 기술 성숙도가 낮은 방사선치료의 QA 기술을 성장시킴으로써 방사선 치료의 품질을 높일 수 있음. - 고에너지 측정을 위한 기능성 소재 제조 기술, 신호 처리를 위한 다채널 H/W 기술 그리고 선량분포 정보를 분석하기 위한 S/W 기술의 집적기술로써 첨단화/전문화되는 계측분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박성광
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;정도관리;깊이선량백분률;직교선량계;선량분포; 2. Radiotherapy;Quality assurance;Percent depth dose;Orthogonal dosimeter;Dose distribution;