Development of artificial intelligence based automatic tracking and early warning system for radiation monitoring of nuclear facilities and rapid detection of nuclear activities

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 핵시설 무인 감시 및 인공지능 기반의 자동 경보 시스템 개발 ○ 전체 내용 ■ 1차년도 • 선행기술 연구 조사 및 분석 - 국내·외 관련 연구 및 시제품 자료 조사를 통한 과제 목표 및 성능 결정 - 국내·외 방사선 감시시스템 및 인공지능 기반 사물 인식 알고리즘 선행연구 분석 • 몬테칼로 전산모사 기반 방사선 자동 추적감시 및 경보 시스템 설계 및 최적화 - 전산모사를 이용한 선원 모델링 및 전산모사 환경 구축 - 선행기술 조사를 바탕으로 방사선 감시시스템 설계 및 최적화 - 감마선 에너지, 선원 결손 및 이동과 같은 변수를 도출하여 인공지능 학습을 위한 데이터베이스 구축 • 방사선 자동 추적감시 및 경보를 위한 인공지능 기반의 자동추적 알고리즘 설계 및 최적화 - 감시와 추적을 위한 특징 선별, 방사선장 변화 및 방사선원의 유입 감시를 위한 방사성물질 위치 추적 알고리즘 개발 - 광학 영상을 기반으로 선원 결손 및 이동을 대비한 보관 용기추적 알고리즘 개발 ■ 2차년도 • 다채널 아날로그 및 디지털 신호 처리기술 및 데이터 전송 방법 개발 - 고속 저잡음 아날로그 신호 처리 회로 파라미터 도출 및 설계 - FPGA 기반의 디지털 신호 처리 시스템 구축 및 데이터 전송회로, 전송방법 개발 • 방사선 무인 감시를 위한 모의 측정 환경 구축 및 검출기부 최적화 - 몬테칼로 전산모사를 이용한 모의 측정 환경 설계 및 검출기부 최적화 - 설계된 검출 모듈의 성능평가 및 다채널 검출 모듈 특성 평가 • 사물 인식 및 자동 추적을 위한 인공지능 기반의 자동융합 알고리즘 및 핵종 판별 알고리즘 개발 - 방사선 검출 모듈과 광학 영상 카메라를 이용한 자동 융합 영상 알고리즘 개발 - 측정된 방사성 물질의 스펙트럼을 이용한 핵종 판별 알고리즘 개발 ■ 3차년도 • 원리검증용 시스템 제작 및 시스템 유용성 평가 - 개발된 검출기, 아날로그 및 디지털 신호 처리회로 결합 및 원리검증용 시스템 개발 - 인공지능 기반의 방사선 자동 추적 감시 알고리즘을 통한 방사선원 영상화 성능평가 - 실험을 통한 시스템의 성능평가(민감도, 공간분해능 및 에너지 분해능 등) □ 연구개발성과 - 안전기술보고서 : 3건 - 학술대회 발표 : 7건 (국외 4건, 국내 3건) - 학위취득 : 6명 (박사 1명, 석사 3명, 학사 2명) - 특허 : 1건 (국내 출원) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ■ 원자력시설의 무인 감시를 수행 및 원자력발전소 및 방사성 폐기물 처리시설의 관리에 활용 ■ 국내 국가계량관리체제의 기술 능력 향상을 통한 핵비확산/핵안보 측면의 국가적 신뢰도 향상 및 투명성 확보 ■ 국내 핵연료 감시 및 관리에 관한 연구기반 확립 및 관련 분야의 고급인력 양성에 기여가능 ■ 핵물질 및 핵활동 감시 기술에 대한 선진국과의 기술 격차를 좁히고 인공지능 기반의 방사선 계측 분야에 대한 선도기술을 점유 (출처 : 요약문 3p)
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220400
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200007873

Development of material balance evaluation program for bulk handling facility

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 ○ 통계기반 물질수지평가 프로그램 개발을 통한 정량적인 계량/검증 선진화 기술 확보 ○ 전체 내용 ○ 중량취급시설의 핵물질 계량관리 데이터 분석, 전용여부 판단 및 검증을 위한 통계분석기법 기반 물질수지평가 방법론 및 프로그램 개발 ○ 1단계 □ 목표 ○ 통계분석 기반 물질수지평가 방법론 개발 □ 내용 ○ 기존 국내 중량취급시설 물질수지평가 선행 기술 분석 ○ 국외 핵물질 계량관리시스템 기반 물질수지평가 기술 분석 ○ 핵물질 취급계통 별 재고량 평가 기법 분석 및 안전조치 접근 (안) 개발 ○ 공정 별 미계량핵물질 발생 요인(기록오차, 측정 또는 사고 손실 등) 분석 ○ 공정 및 측정시스템 Random 및 Systematic 오차 요인 분석 ○ 통계 기법 기반 미계량핵물질 발생량 추정 기법 개발 ○ 2단계 □ 목표 ○ 물질수지평가 프로그램 개발 □ 내용 ○ 핵물질 전용여부 판단을 위한 가설검증기법 개발 ○ 핵물질 전용시나리오 및 예비 평가 개념 도출 ○ 공정 특성 기반 미계량핵물질 발생량, 분산 평가 및 유의성 검사 ○ 물질수지평가 전산 프로그램 개발 ○ 개발 프로그램 성능평가 및 규제적용성 검토 ○ 프로그램 운영절차서 개발 □ 연구개발성과 ○ 정량적 연구성과는 다음과 같음 (성과목표 대비 실적). 1차년도 성과목표 [N-STAR 보고서 1건] · IAEA 물질수지평가 방법론 등 국내외 물질수지평가 기법 개발 연구 동향 분석 보고서 - 유형1 성과실적 [N-STAR 보고서 3건] · IAEA 물질수지평가 방법론 등 국내외 물질수지평가 기법 개발 연구 동향 분석 보고서 – 유형1 · 물질수지평가 프로그램 개발 현황 분석 보고서 - 유형1 · 물질수지평가 프로그램 데이터베이스 설계 보고서 - 유형2 성과목표 [규제 코드 1식] · DB 구조 반영 소프트웨어 모듈 초안 성과실적 [규제 코드 1식] · 물질수지평가 DB 구조 반영 소프트웨어 모듈 (저작권 등록번호: C-2021-036727, 상세기술정보 등록번호: ASSET_0007575) 성과목표 [기타 2건] · 국내 학술대회 발표 1건 (RFP외 추가 반영) · 국내 물질수지평가 프로그램 DB 구조 설계안 1건 (RFP 외 추가반영) 성과실적 [기타 4건] · 국내 학술대회 발표 2건 · 국내 물질수지평가 프로그램 확인 및 검증계획서 1건 · 국내 물질수지평가 프로그램 DB 구조 설계서 1건 [특허 1건(출원)] · 합성표준불확도를 이용한 중량취급시설의 물질수지평가 방법 (출원번호: 10-2021-0130336)) ○ 국내외 중량취급시설 물질수지평가 기술 현황 분석 - 국내외 물질수지평가 기법 규제현황 및 연구 동향 분석 • 국내 핵물질 계량관리 규제요건 및 물질수지평가 관련 연구개발 현황 분석 • IAEA 물질수지평가 관련 연구개발 현황 분석 • 미국 및 유럽의 핵물질 계랑관리시스템 기반 물질수지평가 기술 현황 분석 - 통계분석 기반 국내 고유 물질수지평가 정량화 기법 개발 (추가 성과) • 물질수지평가 정량화 기법 개발 및 절차 수립 • 물질수지 모의 평가를 통한 적용성 확인 ○ 국내외 물질수지평가 프로그램 현황 분석 및 DB 설계 - 물질수지평가 프로그램 개발 현황 분석 • 규제용 물질수지평가 프로그램 현황 분석 • 연구용 물질수지평가 프로그램 현황 분석 - 물질수지평가 프로그램 DB 설계 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 규제적용 - 기존 및 신규 원자력시설 안전조치 접근법 개발 및 독립적 물질수지평가 기술 확보 - 안전조치 적용을 위한 국내 규제기준 제시 및 이에 따른 능동적인 규제활동 수행 - 연구기관 간 기술협력·교류 활성화 및 안전조치통합정보시스템과의 연동을 통한 규제활용성 강화 - 개발된 DB는 추후 빅데이터를 활용한 규제검증 기술의 고도화에 활용될 수 있음. ○ 국제화 - 국내 환경을 고려한 독자적 물질수지평가 프로그램 개발 및 국가검사 적용을 통한 국가 역량 제고 - 미계량핵물질에 대한 가설검정, 신뢰구간 추정, 국제표준, 탐지확률 설정 및 비교검증을 통해 보다 정밀화된 미계량핵물질 평가로 국제사회 우려 불식 - 각 시설 및 공정 특성 분석에 따라 유효성이 입증된 검증기술로 정확도 높은 측정값을 도출하여 국내 고유 물질수지평가 결과의 신뢰성 확보 ○ 기대효과 - 핵물질 재고변경(선적인수차, 미계량핵물질 발생 등) 원인 분석 및 정밀 측정에 요구되는 국가 인프라 구축 및 검증기술 확보 - 효율적인 물질수지평가 및 계량관리를 통한 특정 핵물질의 악의적 사용을 사전에 방지 - 중량취급시설 안전조치 이행 전반에 대한 체계적인 전략과 계획을 수립하고, 기술 고도화를 통해 효과적이고 효율적인 검증 수행 (출처 : 요약문 3p)
• 주관연구기관 : 미래와도전
• 발행년도 : 20220200
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200007847

Development of Regulation Standards & Evaluation Technology on Physical Protection Exercise

• 연구책임자 : 연구개발 목표 및 내용 최종 목표 ◯ 물리적방호훈련 규제체제 개선 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 개발 ◯ 물리적방호훈련 평가방안 개발 전체 내용 ◯ 물리적방호훈련 규제체제 개선 - 주요선진국 규제현황 조사 및 분석 - 우리나라 법령 및 제도 개선(안) 마련 - 우리나라 물리적방호훈련 인식제고 프로그램 개발 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 개발 - 국내 안보현황 및 원자력시설 특성분석 - 훈련유형별 특성분석 - 설계기준위협 분석, 가상침입군 특성 분석 - 물리적방호훈련 시나리오 개발 ◯ 물리적방호훈련 평가방안 개발 - 시나리오 구현을 위한 장비연구 및 개발 - 원자력시설별 훈련평가표 수립 - 평가방안(소요인력, 기간 등) 수립 1차년도 목표 물리적방호훈련 규제체제(법․제도) 개선 내용 ◯ 물리적방호훈련 규제체제(법·제도) 개선 - IAEA, 미국, 캐나다 등 주요선진국의 물리적방호훈련 규제체제 조사 및 분석 - 각 원자력사업자(발전용원자로, 연구용원자로, 핵연료제조시설, 대규모 조사시설 등) 의견 수렴 - 물리적방호 기술기준서 개정(안) 및 수행절차서 수립 - IAEA에서 개발 중인 개발도상국 대상 훈련교육프로그램 조사 및 분석 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 개발 기초연구 - 물리적방호훈련 시나리오 개발 및 평가에 고려해야하는 인자 연구 및 전문가 협의 - 원자력시설, 훈련유형, 설계기준위협 등에 대한 조사 및 분석 - 주요선진국 훈련 시나리오 개발방안 조사 및 분석 - 물리적방호훈련 시나리오 개발 및 평가 인자 도출 ◯ 물리적방호훈련 통합분석 프로그램 및 야간훈련평가 방안 기초연구 - 훈련자 위치정보, 훈련영상, 훈련음성, 교전결과 등 훈련 데이터 정리 및 분석방안 연구 - 야간훈련 시 평가요소 도출 및 평가방안 연구 - 주요선진국 물리적방호훈련 평가방안 조사 및 분석 2차년도 목표 물리적방호훈련 시나리오 개발 내용 ◯ 물리적방호훈련 규제체제(법·제도) 개선 - 국제기준과 국내 원자력시설의 현황을 고려한 물리적방호 규제체제(평가주기·방법 등) 개선(안) 마련 - 물리적방호훈련에 대한 인식제고 및 원활한 이행을 위한 교육프로그램 개발 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 개발 - 분류된 인자에 따른 원자력발전소 대상 전체 위협시나리오 추출 - 유효성 평가를 통한 위협시나리오 선정 및 세부 시나리오 개발 - 선정된 위협시나리오에 대한 대응시나리오 개발(도입 예정 장비·설비 있을 시 대응시나리오 내 반영) - 개발된 상세시나리오 – 물리적방호취약성평가 소프트웨어 시나리오 비교분석 - 설계기준초과위협에 대한 초기 대응방안 개발 ◯ 물리적방호훈련 평가표 및 평가방안 수립 - 미국, 캐나다 등 주요선진국의 평가방안 및 기준 조사 및 분석 - 원자력발전소 훈련평가에 필요한 인력, 장비, 기간 등 평가방안 마련 - 원자력발전소 훈련시나리오에 대한 훈련평가표 수립 ◯ 물리적방호훈련 통합분석 프로그램 및 야간훈련평가 방안 개발 - 훈련영상, 음성데이터 통합분석 프로그램 개발, 야간훈련평가 장비를 통한 평가요소 도출 3차년도 목표 물리적방호훈련 평가표 및 평가방안 수립 내용 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 개발 - 주변 지형, 핵물질 보유 여부 등 특성에 따른 기타 시설 분류 - 전체 위협시나리오 추출 및 유효성 평가 - 기타시설 세부 시나리오 선정 ◯ 물리적방호훈련 대응절차 및 평가방안 수립 - 기타시설 위협시나리오에 대한 대응절차 개발 - 기타 원자력시설 훈련평가에 필요한 인력, 기간, 평가점검표 등 평가 방안 마련 ◯ 물리적방호훈련 평가 장비 연구 및 개발 - 시나리오 검토 및 모의장비 개발안 연구 - 시나리오 구현을 위한 모의장비 설계 - 모의장비(통합분석 프로그램, 야간평가장비 포함) 시범적용(안) 및 평가 계획 수립 4차년도 목표 원자력시설에 시범적용 및 보완 내용 ◯ 원자력시설에 시범적용 및 개선점 도출 - 훈련시나리오 및 평가표, 개발장비 시범적용 및 보완 - 훈련정보 통합분석 프로그램, 야간평가장비 시범적용 및 보완 ◯ 훈련참가자 및 담당자 대상 개선된 물리적방호훈련 만족도 조사 및 개선 필요사항 의견수렴 연구개발성과 ◯ 국내 물리적방호훈련 규제체제 완성 (법령, 기술문서, 행정문서) - 우리나라 원자력시설에 최적화된 물리적방호훈련 이행방안, 평가주기, 평가법 등의 개선을 위한 원자력시설등의 방호 및 방사능방재대책법(이하 ‘방사능방재법’) 개정(안) 마련 - 물리적방호훈련 인식제고 및 원활한 훈련이행을 위한 기술기준서, 훈련절차서, 교육프로그램 등 마련 ◯ 다양한 시나리오를 통한 실효성있는 물리적방호훈련 이행 및 평가 - 원자력시설별(원자력발전소, 연구용원자로, 대규모조사시설 등), 훈련유형별(전체, 부분) 시나리오 제공 - 다양한 시나리오(육상, 해상, 공중 위협 등)에 대한 훈련이행 및 모사방안 제공 - 훈련 통합분석프로그램을 통한 정량적 평가 및 야간평가 체계 수립 ◯ 물리적방호훈련 평가방안 및 평가표의 규제 적용 - 원자력시설별, 훈련의 종류별 최적의 평가인력, 장비, 기간 등의 산정 및 배치 - 다양한 훈련시나리오별 훈련평가표 개발 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ◯ 원자력시설의 물리적방호체제 강화에 기여 - 국내 성능기반평가 체제 수립 - 국제 물리적방호지침의 선제적인 적용 - 물리적방호훈련 효과 극대화 ◯ 물리적방호훈련 규제효율화에 기여 - 물리적방호훈련 관련법령 정비 - 물리적방호훈련 이행 및 평가의 매뉴얼화 - 물리적방호훈련 평가 및 규제인력 및 재원의 효율화 ◯ 물리적방호훈련 시나리오 다양화, 훈련모의방안 제공 (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 한국원자력통제기술원
• 발행년도 : 20220400
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200009661

Development of technology for evaluating the nuclear material balance from graphite-moderated reactors and attractiveness

• 연구책임자 : 연구개발 목표 및 내용 최종 목표 ㅇ 주변국의 흑연감속로에 대한 핵물질의 확산, 불법이전 등에 대한 우려를 정량적으로 평가할 수 있는 핵물질매력도(FOM, Figure of Merit) 평가 ㅇ 전산코드를 활용한 영변 흑연감속로의 핵물질 발생량 추정 ㅇ 주변국의 핵주기 공정단위에 대한 물질수지평가를 통한 핵물질 종합 보유량 산출 방법론 개발 ㅇ 물질수지평가 공정별 추정 산출 핵심 알고리즘을 활용한 “핵주기 공정별 발생량 추정 프로그램” 개발 전체 내용 ㅇ 주변국 사용후핵연료에 대한 핵물질매력도를 평가 - 방법론 조사 및 적용 방법 도출 ㅇ 흑연로 연소도 모델링을 통한 핵물질 발생량 추정 - 핵물질 재고 평가기술 개발 ㅇ 핵물질 매력도 평가를 이용한 핵물질 검증 방법론 제안 - 핵물질 매력도 평가를 위한 알고리즘 개발 및 연산도구 개발 ㅇ 주변국 원자력시설의 세부자료 수집 - 주변국 핵연료 주기에 해당하는 시설 목록, 세부 정보 파악 ㅇ 핵주기 시설 단위 공정도 선정 - 핵연료 주기의 각 단계에 해당하는 시설 공정도 선정 - 주변국 원자력시설과 유사한 해외 시설의 세부 공정도 수집 - 물질수지평가시 산출량의 차이는 다양한 변수 선정 - 공정도의 세부 요소 파악 필요 ㅇ 단위 공정 물질수지평가 ㅇ 주변국 원자력 시설 주요 변수 설정 ㅇ 물질수지평가를 통한 핵물질 발생량 추정 Tool 개발 - 단위 공정별 물질수지평가를 통한 주변국 핵시설 공정에 적용할 핵물질 입력, 출력량 산출식 도출 - 산출 프로그램의 개발 - 단위 공정별 특성 반영 설계 - 주변국 핵주기 흐름도 적용 연구개발성과 ㅇ 원자력시설 해석 및 평가기술 개발 - 원자력시설의 불법 재사용 또는 유사시설의 개발 탐지 평가기술 개발 - 핵물질 매력도 평가 및 모델링을 통한 사용후핵연료 발생량 추정기술 개발 - 주변국 원자력시설 물질수지평가 결과를 바탕 미확인 핵물질량의 예측 - 주변국 원자력시설의 단위 공정도에 대한 물질수지평가 변수 설정 - 물질수지평가의 공정 흐름도 및 프로그램 적용 알고리즘 개발 ㅇ “핵주기 재처리 공정별 발생량 추정 프로그램”의 개발 결과의 S/W 저작권 등록 ㅇ 전문가 인력양성 및 신규 인력 채용 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ㅇ 우리나라의 향후 선진핵연료주기에 대한 핵비확산 측면의 평가에 활용 가능 ㅇ 주변국의 비핵화 검증 작업시 즉각적 대응 도구로 활용 ㅇ 주요국만 보유하고 있는 핵활동 검증 관련 국내 미확보 기술의 및 국가 핵물질 분석 기술 고도화에 기여 ㅇ 주변국의 비핵화에 따른 핵물질 통제권의 선점은 시설의 불능화, 제염, 해체, 재이용 등 경제적, 산업적으로 가치가 높은 시장의 선점으로 이어질 수 있음 ㅇ 시급 현안인 주변국 비핵화 문제 해결을 위한 국내 기술기반 구축으로 미신고 원자력시설 검증을 통한 국민 불안 해소 및 국가 신뢰도 제고 (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220100
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200009663

Prediction of the radiation ratio and sound transmission loss for corrugated plates using wavenumber domain numerical analysis

• 연구책임자 : 연구개요 본 연구에서는 고주파수 대역 진동 및 소음 해석이 가능한 파수영역 수치해석 기법인 파수유한요소/경계요소(WFE/BE) 기법을 적용하여 주름평판의 고주파수 대역음향 특성을 해석하였다. 주름평판의 구조음향특성으로서, 본 연구에서는 주름평판의 방사효율과 음향투과 손실을 해석하고 그 특성을 살펴보았다. 직교이방성 등가 평판 모델의 유효 주파수 범위를 규명하고, 고주파수 대역에서 주름에 의해 발생하는 진동 및 소음 특성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 얻은 해석 결과는 기존 문헌자료에 제시된 해석결과 또는 측정결과와 비교함으로 검증하였다. 마지막으로, 본 연구를 통해 주름평판의 진동 및 소음성능을 손쉽게 근사계산할 수 있는 모델링 방법을 도출하고자 하였다. 연구 목표대비 연구결과 - 주름평판의 고주파수 대역 음향성능(방사효율, 음향투과손실)을 파수영역 유한요소/경계요소(WFE/BE) 방법으로 예측할 수 있는 해석 방법 수립 및 유용성 확인 - 직교이방성 띠평판 모델링을 통한 직교이방성 평판의 진동/소음 특성 평가 및 등가 직교이방성 평판의 해석 가능 주파수 범위 규명 - 주름평판의 주파수 대역별 방사효율 근사모델링 방법 제시 (저주파수 대역: 등가직교이방성 평판, 고주파수 대역: 단일 주름 WFE/BE해석) - 주름평판의 방사효율을 띠평판 모델을 이용해 추정할 수 있는 이론적 근사계산 방법 제안 - WFE/BE 방법을 이용한 주름평판의 음향투과성능 해석 방법 수립 및 신뢰성 검증 - 고주파수 대역에서는 주름의 플랜지와 웹에서 발생하는 국부적 변형을 통해 음향투과가 발생함을 규명하고, 주파수-파수 분석을 통해 입사 각도별, 파동별 음향투과 기여도를 가시화. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 활용계획: 본 연구를 통해 얻어진 학술적 결과들은 국내/국외 학술대회 발표 및 학술지 논문 출판을 계획하고 있다. 추후 다양한 주름형태 및 제원 변화에 따른 진동 및 음향특성 변화에 대해 파리미터 연구를 수행하고자 한다. 또한, 본 연구 결과들은 주름평판에 대한 통계에너지해석(SEA) 모델링 기법을 수립하는데 비교 및 검증 자료로 활용할 예정이며, 두 방법론을 상호 교차 검증하는데 활용하고자 한다. 기대효과: 본 연구를 통해 주름평판의 음향 성능을 해석할 수 있는 수치해석 기법이 정립되었으므로, 저소음 환경을 갖춘 친환경 운송시스템의 설계 및 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 예를 들어, 철도 차량의 저소음화를 위한 설계 기간 단축, 비용 절감 등의 산업적 효과가 있을 것으로 기대한다. 특히, 실험에 의존하는 현재의 주름평판 설계 및 개발 과정을 개선, 단축할 수 있어 산업적 측면의 기여도가 클 것으로 판단하다. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 울산대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200013239

Study of inflammatory regulation in radiation-damaged tissue by the inhibition of MDSC (myeloid derived suppressor cell)

• 연구책임자 : 연구개요 고선량 방사선 피폭 환자 치료에서 나타나는 초기 생리적 변화는 피폭 손상 조직내 염증 사이토카인 증가로 전신염증반응증후군이 발생하며, 이것은 조혈계, 위장관계, 신경혈관계 등의 기능 상실로 나타남. 골수유래면역억제세포 (MDSC)는 면역 항상성을 무너뜨려 질환의 확산과 악성화에 관여하는 것으로 알려져 있음. MDSC에 대해 아직까지 방사선 피폭 손상 조직 염증 반응에서의 기능 및 영향 연구가 진행된 바 없으나, 인체 생리 반응 전체의 불균형을 초래하는 피폭 상황에서도 중요한 역할을 할 것이 분명함. 따라서, 방사선 노출에 의해 발생하는 염증반응의 효과적인 치료기술 개발을 위해 피폭손상 조직 MDSC의 방사선 반응을 평가하고, 그 기능을 조절하는 생리적 인자를 규명하여 제어하는 연구가 반드시 필요함 연구 목표대비 연구결과 • 1차년 : 피폭 마우스 골수유래면역억제세포 및 면역세포 방사선 반응성 평가 - 피폭 마우스의 조직 병리학적 분석을 통한 방사선 반응성 평가 - 세포 표지 마커를 이용한 피폭 마우스 골수 구성 세포 분석 - 방사선 피폭 골수 유래 염증 사이토카인 (cytokine) 분석 - 피폭 민감 장기 (장, 비장) 염증 반응에서의 MDSC 분포 변화 측정 - 피폭 민감 장기에서 MDSC 하위 표현형 (PMN-MDSC, M-MDSC) 분석 • 2차년 : 피폭 손상 조직 MDSC의 방사선 신호전달경로 분석 및 염증 유도 인자 분석 - MDSC 활성에 의한 피폭 손상 조직 면역세포 (cytotoxic T세포, helper T세포, 조절 T세포, NK세포) 기능 분석 - 피폭 조직 내 산화 스트레스 (ROS, RNS) 반응 분석 - MDSC 하위 표현형별 면역 조절 인자 (arginase, NO, PGE2, TGFβ) 분석 - 분리 MDSC와 T 세포의 in vitro co-culture를 통한 기능 억제 확인 • 3차년 : MDSC 활성 제어를 통한 피폭 마우스 염증 억제 in vivo 반응 평가 - 단클론 Gr1 항체 (Anti-Gr1) 이용 MDSC 제어 방사선 염증 표현형 분석 - 피폭 마우스 면역 인자 분석에 의한 MDSC 특이적 염증 억제 반응 in vivo 검증 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) ◦ 원자력 사고, 방사능 테러 등으로 피폭 사고의 잠재적 위험이 높아지고 있어 이에 대응하는 피폭치료기술 개발에 대한 사회적 요구가 매우 높으나 피폭 증상을 직접 목표하는 치료기술은 없는 실정임 ◦ MDSC는 면역 불균형을 초래하는 감염 질환 (폐렴, 패혈증, 후천성면역결핍증)과 자가면역질환에서도 악성화에 중요한 역할을 하고 있어 방사선 반응 MDSC연구 결과는 이러한 질환 치료에도 활용 가능함 ◦ 현재 의학적으로 조절할 수 있는 방법이 확립되지 않은 MDSC를 억제하기 위한 표적 저해제를 제시함으로써 급성 및 만성 염증 반응을 줄여줄 치료 기술 개발에 기여할 것임 ◦ MDSC를 활용한 방사선 염증반응 제어 원천지식 연구는 피폭환자치료기술 이외에도 염증을 매개로 한 다양한 질환 치료 기술 개발에 확대 적용 가능함 ◦ 종양세포 면역회피를 유도함으로써 암의 확산 및 전이에 기여하는 것으로 알려진 MDSC 역할과 접목한다면 방사선 종양 치료에도 그 잠재적 활용도가 매우 높은 연구임 (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200013246

Reduction Technique of Radiation Exposure and Scan Time for Radiation Imaging Instrumentation using Deep Learning

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 ● 딥러닝 기술을 이용해 짧은 시간 동안 획득한 신호대잡음비가 낮은 핵의학 영상으로부터 신호대잡음비가 우수한 긴 시간 영상을 생성하고, 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성하며, CT 영상 없이 핵의학 영상만을 이용해 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 기술 개발 ○ 전체 내용 ● 짧게 촬영한 핵의학 영상으로부터 일반 영상을 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 ● 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 ● 핵의학 영상으로부터 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 ● 딥러닝으로 생성한 감쇠보정맵 활용 방법 구축 ○ 1단계 ◎ 목표 ● 딥러닝 기술을 이용해 짧은 시간 동안 획득한 신호대잡음비가 낮은 핵의학 영상으로부터 신호대잡음비가 우수한 긴 시간 영상을 생성하고, 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성하며, CT 영상 없이 핵의학 영상만을 이용해 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 기술 개발 ◎ 내용 ● 짧게 촬영한 핵의학 영상으로부터 일반 영상을 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 - 짧게 촬영한 뇌 PET 영상으로부터 일반 영상을 생성할 수 있는 U-net 기반의 CNN 구조 개발 - 영상 필터를 이용해 짧게 촬영한 PET 영상의 신호대잡음비 향상 방법 구현 - 딥러닝 결과 영상에 대한 정량적 성능 평가 방법 구축 - 개발한 딥러닝 구조의 성능평가 및 영상 필터로 처리한 영상과 비교평가 ● 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 - 제한된 각도 샘플 SPECT 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성할 수 있는 CNN 구조 개발 - 전체 각도 샘플 데이터를 복원하기 위한 영상처리방법 구현 - 딥러닝 기술과 영상처리방법으로 복원한 각도 샘플 데이터 비교평가 ● 핵의학 영상으로부터 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 딥러닝 구조 개발 - 뇌 PET 영상을 이용해 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 CNN 구조 설계 - CT 영상을 이용해 감쇠보정맵을 생성하는 방법 구축 - 딥러닝 결과 영상에 대한 정량적 성능 평가 방법 구축 - 딥러닝과 CT로 생성한 감쇠보정맵 비교 평가 ● 딥러닝으로 생성한 감쇠보정맵 활용 방법 구축 - 딥러닝 기술로 생성한 감쇠보정맵을 이용하여 감쇠보정된 영상을 생성하는 방법 구축 □ 연구개발성과 ● 짧게 촬영한 핵의학 영상으로부터 일반 영상을 생성할 수 있는 딥러닝 네트워크, 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성할 수 있는 딥러닝 네트워크 및 핵의학 영상으로부터 감쇠보정맵을 생성할 수 있는 딥러닝 네트워크를 성공적으로 개발하였음 ● SCIE 논문게재 3편, 국제 학술대회 발표 6건, 국내 특허출원 2건, PCT 특허출원 1건 등의 성과를 달성하였음 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ● 짧게 촬영한 핵의학 영상으로부터 일반 영상을 생성하거나 제한된 각도 샘플 데이터로부터 전체 각도 샘플 데이터를 생성할 수 있는 딥러닝 네트워크를 개발함으로써 촬영시간을 크게 단축시켜 검사비용을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 환자 움직임에 의한 영상품질 저하 요인을 원천적으로 감소시킬 수 있음 ● CT 영상 없이 뇌 PET 영상만으로 감쇠보정맵을 생성함으로서 CT 촬영으로 인한 추가 방사선 피폭을 방지할 수 있음 ● 딥러닝을 이용한 피폭 저감 및 검사시간 단축 기술은 질병진단과 치료효과 모니터링 과정에서 발생하는 반복검사로 인한 환자의 경제적 부담을 완화시키고 고령 환자부터 방사선 피폭에 민감한 소아환자 및 폐소공포증 환자까지 환자영역을 확대함으로써 새로운 시장 발굴과 의료영상 분야의 경쟁력향상에 이바지하여 의료기관 및 의료기기 기업의 고부가가치 창출에 기여할 수 있음 ● 4차 산업혁명의 핵심기술인 인공지능 기술을 연구개발하고 연구 성과를 수준 높은 국제학술지에 개재하여 관련 분야 학문 발전에 기여하였을 뿐만 아니라, 관련 분야 우수 인력을 양성하였음 ● 개발한 딥러닝 기술은 핵의학 영상기기의 촬영시간 단축 뿐 아니라, MRI 등 타 영상기기의 촬영시간을 단축하는 데에도 활용할 수 있음 (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 서강대학교
• 발행년도 : 20220600
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Development of Diagnostic methods for early stage lung cancer in Synchrotron radiation imaging techniques using Biomedical Nanoparticles

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 방사광 영상기법을 이용한 초기 폐암의 방사광 영상 진단 기술 개발 ◼ 전체 내용 고정밀 고해상도의 3차원 영상 획득이 가능한 방사광 영상기법과 폐암 특이적 생기능성 나노입자를 이용한 폐암의 비침습적 진단 모델을 구축함. ◼ 1단계 ❏ 목표 생기능성 나노입자를 이용한 폐암 표지자의 제작과 염색방법의 개발 ❏ 내용 30nm 크기의 Au, Ag 금속입자와 EGFR L858R, TTF1 antibody를 결합한 생기능성 나노입자의 합성과 폐암조직 내 염색기법을 확인하고 방사광 영상 획득을 계획함. ◼ 2단계 ❏ 목표 초기폐암진단을 위한 방사광 영상획득 모델의 구축과 임상적 응용가능성 검증을 위한 예비실험 계획 수립 ❏ 내용 염색된 폐암조직에 대해 PLS-II와 Photon Factory의 BL14B/C에서 방사광영상을 획득함. □ 연구개발성과 PLS-II 6C BMI와 Photon Factory BL14B/C에서 방사광 영상기법을 이용한 폐암영상 획득 protocol을 구축함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연구를 통해 방사광 X선을 이용한 폐암 검체의 영상획득 방법을 개선하였으며 PLS-II 6C BMI의 구조 개선을 통한 국내 가속기 기반 의생명 연구역량을 향상시킴. 생기능성 나노입자의 분포와 폐암 검체 내 특정 유전자 변이를 확인할 수 있었으며 또한 해외연구소와의 협력강화를 통해 임상연구로의 발전을 기대할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20220600
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Relativistic analysis of nuclear scattering

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 다양한 변형핵들에서의 양성자 비탄성 산란의 상대론적 디랙분석 ○ 전체 내용 디랙 방정식을 이용하는 상대론적 분석의 이론적 체계화를 위해 현존하는 핵산란 실험치와 현재까지 분석되어 있는 기존 계산 결과를 모두 파악하여 정리하고 체계적으로 분류하는 작업을 한 후 최근에 연구해 온 중간에너지 양성자 비탄성 산란 실험치 중 아직 분석 못한 축대칭 변형핵들에서의 양성자 비탄성 산란 실험치들에 대한 상대론적 디랙 분석을 광학 모형과 집단 모형을 이용하여 완결하여 체계적 상대론적 디랙분석 결과를 제시하고자 한다. □ 연구개발성과 s-d shell 핵종에 속하는 ²⁴Mg 와 ²⁶Mg, ⁵⁴Fe, ³⁴S, ²⁸Si, ³⁰Si에서의 중간에너지 양성자 비탄성 산란에 대한 광학 모형과 집단 모형을 활용한 디랙 채널결합분석의 결과 및 Ne 동위원소, ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶²Ni, ⁶⁴Ni 등 Ni 동위원소들에서의 디랙 현상론을 이용한 채널 결합 분석 결과를 토대로 광학 퍼텐셜 변수들 및 변형 변수들에 대해 대상 핵종의 질량수 및 양성자의 에너지에 따른 변화를 비교하고 분석하였다. 이어서 Zr 동위원소, Sn 동위원소 등의 질량수가 커서 채널 결합 분석이 어려운 무거운 변형핵들에서의 채널결합분석을 하였고 Sn 동위원소들인 ¹¹⁶Sn, ¹²⁰Sn, ¹²⁴Sn에서의 양성자 비탄성 산란의 상대론적 디랙분석을 시행하여 대상 핵종 및 입사 양성자의 에너지를 다양하게 고려하여 체계적 분석으로 질량수 및 중성자수에 따른 광학 퍼텐셜 변수들의 변화, 변형변수들의 변화 등을 분석하고 슐레딩거 방정식을 이용하는 비상대론적 계산 결과와 비교하고 분석하여 SCI 논문들과 SCOPUS 논문들에 출판하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 다양한 축대칭 변형핵들에서 디랙 현상론을 이용하여 상대론적 분석을 시행하여 상대론적 분석의 이론적 체계화를 완성하고 비상대론적 분석에 대한 수월성을 제시하여 상대론적 분석이 기존의 비상대론적 접근법을 대체하여 핵산란에 대한 분석방법으로 활용되는 확고한 이론적 기반을 제공하고자 한다. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 공주대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200010255

Development of germicidal lighting for COVID-19

• 연구책임자 : 코로나-19 바이러스를 사멸시키기 위해서 빛을 이용한 방법이 제안되었다. 일반적으로 알려진 빛을 이용한 광살균 방법은 자외선-C를 활용한다. 그러나, 자외선-C는 인체에 해롭기 때문에 사용에 제약이 많다. 이 단점을 극복하고자 인체에 무해한 가시광선을 사용하는 방법이 제안되었다. 사용된 가시광선은 405nm와 450nm의 중심피크이고, 이 파장의 빛은 각각 '포피린' 과 '플라빈'을 광활성화시켜 활성산소가 발생되며, 이 화학종이 세균을 사멸시키도록 목표하였다. 이러한 목적으로 XLED(Exchangeable light emitting diode) 기술이 개발되어, 각 파장(405nm + 450nm)별 선택적인 광특성을 나타낼 수 있도록 설계되었다. 본 기술의 가장 큰 특징은 조명기능과 동시에 소독기능을 부여하는 점이다. 이는 자외선-C의 제한적인 활용을 한 단계 뛰어 넘는 발전이다. 이를 구체화시키고자 4종류의 제품이 개발되어 안전성과 유효성을 공증받았다. 특히, 405nm 소독광원이 작용할 때 기대한 바이러스사멸을 능력을 검증 받았다. 이 결과는 상용화 목적으로 개발제품 3종의 모든 경우에 해당한다. 405nm의 소독광원 모드에서 거리가 100mm 조건에서 살균력이 5.50mW/cm2로 측정되어 유효성이 검증되었다. (출처 : 요약문 5p)
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20220400
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202300004889