한미 양국의 원자력 정책이 변화함에 따라 전략적 차원의 원자력 R&D 협력 관계 강화를 위한 원자력 R&D 협력 다변화가 요구됨. 이를 위해 본 과제는 한미 간 지금까지 추진되어온 연구개발 협력을 평가하고 미래사회 대비를 위한 원자력 기술협력 수요를 파악하여 R&D 협력 아이템을 발굴 및 제안을 목표로 함. 우선 미국의 에너지정책 및 추진 사업, 민간 분야의 원자력 R&D 최신 동향을 분석하여 협력 가능한 12개 분야를 선정함. 그리고 양국의 원자력 기술·정책 전문가들을 대상으로 12개 분야 중 선호하는 3개 분야의 협력 주제, 협력 형태, 협력 장애물 등에 관한 설문조사를 실시하였음. 그 결과 양국 간 4개 선호 분야 및 9개 협력 주제가 도출됨. 협력 주제의 시급성, 확장성 및 기술 편익성에 대한 내부 평가 결과, △ SFR-용융염 열저장 시스템 연구개발, △ 경수로 기반 SMR 공급망 및 개발협력, △ 사고저항성 및 신형원자로/SMR용 차세대 핵연료 개발이 우선 협력주제로 선정됨. 해당 주제의 선정 타당성 확인 및 구체화를 위해 국내 전문가로부터 해당 주제 관련 과제제안서를 확보함. 양국 전문가 설문 및 내부평가를 통해 도출한 협력 선호 분야와 협력 주제, 확보된 과제제안서는 정부의 한미 원자력 협력 다변화 전략 수립 및 사업 발굴에 기초자료로서 기여할 것으로 평가함. (출처 : 보고서 요약서 4p)

• 연구책임자 : 이영우
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210800
• Keyword : 1. 한미 원자력협력;원자력 연구개발 협력;협력 다변화;미국 원자력정책;신규 연구개발 주제 도출; 2. ROK-US Nuclear Cooperation;Nuclear R&D Cooperation;Diversification of Cooperation;Nuclear Energy Policy in the US;Derivation of new R&D topics;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 종양의 움직임에 대해 실시간으로 위치를 추적관찰하여 수직 또는 수평방향으로 움직임에 대해 재 계산된 위치로 보정하게 되는 다엽콜리메이터 추적 치료 시, 기존의 시스템이 가지는 문제점을 해결하고자 정밀도를 높이기 위해 빔 제어방식을 최적화하여 환자에 전달되는 방사선 선량의 정확도를 높이고자 함 ◼ 전체 내용 ○ 새로운 다엽콜리메이터 제어 방법 개발 및 고 정밀 방사선 치료의 효용성 확인 ○ 새로운 선량 오차 평가 개발 ○ 높은 해상도의 치료기기를 위한 시뮬레이션 환경구축 ○ 종양의 움직임에 따른 알고리즘 별 선량 오차 상관관계 확인 ○ 추가 종양의 모양 모델링 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 종양의 위치정보를 이용한 새로운 MLC tracking의 원천기술 확보 ○ High resolution MLC tracking의 임상적 의의 확인을 위한 기반 기술 확보 ○ 기존의 MLC tracking 평가 방법을 개선한 새로운 선량오차분석방법 개발 ○ 공동연구를 통한 연구성공과 연구의 질 향상 등 시너지 창출 ○ 다엽콜리메이터를 제어하는 방법 및 평가에 대한 연구가 전무했으며, 가능성 입증된다면, 기준 모델 성립 가능 ○ 다양한 잎의 두께 사이즈에서 모델 평가가 이루어질 수 있음 ○ 제어 이론 기술 확보 및 방사선 종양학 분야의 선량 저감화로 이뤄지는 기술은 국내 의학물리 발전에 크게 기여 할 수 있을 것으로 기대됨. ○ 본 연구를 수행을 통해 새로운 제어 이론 및 개선된 선량 오차 방법론의 연구 성과물을 획득할 예정이고, 이 연구 내용을 바탕으로 국내·외 우수한 학회지에 연구 내용을 발표할 예정임 ○ 실시간 방사선 종양 치료의 전문 인력으로 거듭날 수 있는 기회가 될 것으로 기대됨. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 지윤서
• 주관연구기관 : 울산대학교
• 발행년도 : 20210600
• Keyword : 1. 다엽콜리메이터추적;리프 피팅 알고리즘;선량 오차;방사선 치료;방사선종양학; 2. MLC Tracking;Leaf Fitting Algorithm;Exposure Error;Radiation therapy;Radiation Oncology;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 강성구
• 주관연구기관 : 이머티리얼랩
• 발행년도 : 20210900
• Keyword : 1. 히트싱크;열방사계수;대류현상;박막표면접합;고방열 소재; 2. Heat-Sink;Thermal Radiation;Thermal Convection;Thin layered surface;High Thermal performed Material;

원자력 비상상황시 작업자의 피폭 저감 및 사고 피해를 최소화함으로써 원자력 사고에 대한 대응역량을 높여 원자력의 대국민 신뢰도를 향상시키는데 목적이 있다. 이를 위해 고방사선으로 인해 사람의 접근이 어려운 사고현장에서 사람 대신 사고의 조기수습 및 확산방지를 수행하기 위한 무인대응 기술개발 및 현장 적용 가능한 체계를 구축하고자 한다. 수행한 연구 내용 및 결과는 다음과 같다. - 5회에 걸쳐 방사능방재훈련에 로봇을 적용하여 모니터링 및 밀봉작업을 수행하여 실제 비상상황에 적용할 수 있는 무인대응체계를 운영하고 적용 가능성을 검증함 - 독일, 프랑스의 무인대응 조직과 기술교류 및 방재훈련 참관을 통해 협력체계를 구축함. 원자력비상 무인대응 국제워크숍을 개최하여 원자력 사고에 공동 대응하기 위한 공조체계 구축 협의함 - 원자력무인대응장비 국제표준(IEC TC45 WG18)을 개발하여 표준문서를 발간함 - 100 kg 취급이 가능한 소형 유압식 고하중 조작 로봇을 개발하여 성능 시험 및 방재훈련에 적용함 - 방사능 오염분포를 측정할 수 있는 팬틸트 기반의 이동로봇 탐재형 방사선 영상화장치를 개발함 - 라만 라이다 방식의 30m급 수소가스의 농도와 위치를 측정할 수 있는 수소탐지 기술을 개발함 - 상용 부품을 이용하여 방사선 평가 및 성능개선을 통해 1.5 kGy급 내방사선 칼라카메라를 개발함 (출처 : 서지정보양식 133p)

• 연구책임자 : 최영수
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 무인대응체계;방재훈련;고하중 조작로봇;방사선 영상화;수소탐지; 2. unmanned response system;disaster prevention exercise;heavy duty manipulation robot;radiation imaging;hydrogen detection;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 원자력, 이차전지 산업 분야에 필요한 고부가가치 기능성 금속용 레이저 표면개질 기술 개발 ◼ 전체 내용 ◦ 나노초 펄스 레이저 표면개질을 위한 레이저 가공시스템 구축 ◦ 나노초 펄스 레이저 표면개질 기술을 이용한 금속 표면의 특성변화 연구 ◦ 금속의 친수성(Hydrophilicity) 및 소수성(Hydrophobicity) 강화 방법 연구 ◦ 금속(지르코늄)의 임계열유속(Critical Heat Flux, CHF) 개선 방법 연구 ◦ 접촉각 90° 이상 ◦ 임계열유속 10% 개선 □ 연구개발성과 (1) 정성적 연구개발 성과 ◦ 나노초 펄스 레이저 표면개질을 위한 피닝 및 패터닝 가공 시스템 구축 • 레이저 광원 ~ 가공 헤드 까지의 빔 전송 광학계 설계 및 개발 • 빔 성형 및 전송을 위한 레이저 가공 헤드 설계 및 개발 • 레이저 가공 스캐닝 및 제어 시스템 개발 ◦ 나노초 펄스 레이저 표면개질기술을 이용한 금속(지르코늄) 표면의 친수성 (Hydrophilicity) 및 소수성(Hydrophobicity) 강화 방법 • 금속(지르코늄)의레이저피닝 가공 및 표면 특성 • 금속(지르코늄)의 레이저패터닝 가공 및 표면 특성 ◦ 금속(지르코늄)의 임계열유속(Critical Heat Flux,CHF) 개선 방법 • 금속(지르코늄)의 표면 특성 및 CHF 개선을 위한 가공변수 확립 (2) 정량적 연구개발성과 ◦ 학술/과학기술성과 • 전문학술지 논문게재(SCI 2건) - Applied optics, 58(9), 2429-2437 - Applied Sciences, 9(12), 2396 • 지식재산권 - 특허출원(출원번호: 10-2020-0011913, 2020년) • 학술대회 논문발표실적(6건) - Optics and Photonics congress 2018 (2018) 2건 - 대한용접접합학회 춘계 학술발표대회(2021) 2건 ◦ 인력양성 • 학위 배출인력(박사 4명, 석사 1명) ◦ 국제협력 • 국내외 과학자 교류(해외파견 1명) (HiLASE, 체코) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 과제의 연구개발성과를 원자력, 이차전지 산업 분야에 필요한 고부가가치 기능성 금속용 레이저 표면개질 기술에 적용할 수 있을 것으로 판단됨 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유태준
• 주관연구기관 : 한동대학교
• 발행년도 : 20210600
• Keyword : 1. 레이저 표면개질;친수성;소수성;임계열유속; 2. laser surface modification;Hydrophilicity;Hydrophobicity;Critical Heat Flux;

본 단계(2018 ~ 2020년) 연구개발의 목적은 핵물질공정시험기반시설 설비유지 및 기술 개발을 통해 시설의 안전을 유지하고 성능을 개선하는 것이다. 이를 통하여 핵물질을 이용한 대형 시험기반을 제공하고 지원하는 성과를 달성할 수 있었다. PRIDE 아르곤셀은 성공적인 공정시험을 위하여 산소 및 수분이 엄격하게 제어되어야 한다. 또한 아르곤셀은 원격으로 운전하거나 유지보수를 위한 원격수단이 요구되며, PRIDE에 설치된 원격수단에는 원격조작기, 장비이송시스템, 특수크레인, 피드쓰루 등이 있다. PRIDE 시설에서 시설운영설비 일상점검을 실시해 아르곤셀 내부 환경을 유지관리하고, 문제점 발생 시 해당 장비 유지보수를 실시하였다. 시설 운전설비에 대하여 예방 및 안전점검 활동으로 시설 운전설비 예방점검 실시, 시설 설비 점검 및 유지보수를 수행하여, 실험실 안전, 방사선 안전 및 화재등의 법적요건을 준수하였다. 핵주기실험연구동에서는 배기팬 인터버 증설 연결, 온도·차압·배기풍량 측정 장치 설치, 틈새막이 커버설치, 누유 받침 트레이 설치, 배기팬 유지보수 등 시설 개선 및 안전관리 강화를 위해 노력했다. 핵물질과 방사선폐기물관리를 안전하게 관리하기 위해 시설의 안전관리책임자 선임 및 관리기록부(NM 사용시설관리기록부) 운영 체계를 구축하였다. 핵물질관리 및 안전조치이행을 위하여 연구원 시설 간 핵물질 이동 시 핵물질의 형태 및 양의 측정·관리하였으며, 이를 통해 국가 및 IAEA의 사찰 수검 시 정확한 안전조치 이행 정보를 제공하였다. (출처 : 서지정보양식 77p)

• 연구책임자 : 조일제
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 핵물질;시설운영;대형아르곤셀;원격운영장치;안전조치이행; 2. Nuclear Materials;Facility Operation;Large Argon Cell;Remote Handling Equipment;Safeguards Implementation;

1. 서론

대사체학(metabolomics)은 생체 시스템에서 생화학적 반응의 복잡한 네트워크의 결과물을 반영하며, 세포 및 유기체 대사로부터 유래된 저분자물질들을 연구하는 분야이다. 이런 이유 때문에 대사체학을 “omics of the small molecules”라고도 한다. 사실, 대사체들은 genomic, transcriptomic, proteomic 변화의 하류에 위치한 가장 안정적인 마커이다. 그래서 대사체 변화가 상류 수준에서 일어나는 genomic, transcriptomic, proteomic 변화보다 더 중요하다고 볼 수 있다. 그러므로 어떤 새로운 항상성 상태 또는 비항상성 상태에 대한 생명체의 적응에 대한 빠른 마커이다.[1]

현대 건강 및 의과학 연구에서 high-resolution 1H nuclear magnetic resonance(NMR) spectroscopy와 MS 같은 분석 방법을 이용한 대사체학 기법들이 암 또는 다양한 만성질환 같은 주요한 질병들에 대해 새로운 진단 및 예후 검사를 위한 혁신적인 도구로 활용되고 있으며, 또한 신약 개발, 영양과학, 독성학 및 법과학 등을 포함한 다양한 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다.[2]
또한 대사체학은 혈액, 뇨, 타액, 땀 같은 다양하면서도 쉽게 접근 가능한 생물학적 시료를 이용하기 때문에, 분석 비용과 분석 시간을 감소시킬 수 있다는 점이 장점 중에 하나이며, mass spectrometry(MS) 같은 분석 플랫폼을 사용할 경우, 대량의 시료를 분석할 수 있다는 점도 장점으로 볼 수 있다.[3] 아울러 몇 가지 대사 경로가 질병 상태의 세포에서 up- 또는 down-regulated되므로, 대사체학 분석을 통해 건강한 상태 및 질병 상태를 민감하게 측정하여 정성 및 정량 분석이 가능하다. 현재 대규모 대사체학 연구가 분자역학, 정밀의학 및 genome-wide association studies with metabolomics(mGWAS) 같은 분야에 광범위하게 적용되고 있는 상황이다. 그러므로 대사체 변화 정보가 다양한 질병의 잠재적인 위험성을 발굴하고 확인하는 데 유용한 바이오마커가 될 수 있으며, 궁극적으로 대사체학이 개인 맞춤의학을 실현하는 데 필수 불가결한 분야가 될 것이다.[4]

본 보고서에서는 대사체학에 기반한 질병 진단을 위한 바이오마커 발굴 및 임상 적용 등 최근 연구 동향에 대해서 다루고자 한다.

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• 연구책임자 : 이상후
• 주관연구기관 :
• 발행년도 : 20200506
• Keyword :

II. Virtual DEMO 개발 배경 및 필요성 □ 우리나라 핵융합 에너지 연구는 기술 추격 단계를 벗어나 기술 선도 단계에 진입 ○ 이에 KSTAR와 ITER 사업을 통해 축적한 기술적 역량을 바탕으로 세계 핵융합 연구 선도 및 조기 핵융합 상용화 달성을 위한 K-DEMO 설계 및 건설 가속화 전략 마련이 필요 □ 또한 3차 핵융합에너지개발 진흥 기본 계획에 따르면, 현 단계는 K-DEMO 핵심기술 개발 기반 확보를 추진할 시점으로 핵융합 발전소 설계 기술 확보를 위한 전략 수립 필요 □ 우리나라는 KSTAR 사업을 통해 토카막 장치 건설 기술을 확보하고 노심 플라즈마 관련 기술을 개발하고 있으며, ITER 사업 참여를 통한 연소 기술 확보를 계획 중 □ K-DEMO는 현재 설계개념 연구(Pre-CDA) 중으로, ‘40년대 발전소 건설을 위해서는 ① KSTAR, ITER 실험 데이터의 체계적 해석 및 K-DEMO 공학설계 활용을 위한 연계 기술, ② 에너지 변환 기술 확보를 위한 블랑켓 실험 설비, ③ K-DEMO 성능 예측 외삽 (extrapolation) 기술 등의 확보 필요 ○ 이는 우리나라를 비롯해 세계 각국이 직면한 공통과제로, 최근 미국, 일본, EU 등은 블랑켓 및 핵융합 재료 설계, 테스트 등에 필요한 중성자원 확보 추진과 함께 핵융합 시뮬레이션과 가상화 기술을 통한 해결 전략을 고민 중 □ 우리나라는 최근 슈퍼컴퓨팅, 인공지능, 빅데이터 등의 4차 산업혁명 기술을 통한 국가적 과제 해결과 산업 고도화를 추진 중으로, 특히 소프트웨어 기술 개발을 통한 원천기술 확보를 위해 다각적으로 노력 중 □ 핵융합 분야 또한 기술적 도전 극복과 K-DEMO 설계 기술 확보를 위해 4차 산업혁명 기술을 접목한 시뮬레이션과 가상화 기술 개발을 추진할 시점 □ 이에 본 기획과제는 시뮬레이션 기반의 가상 핵융합로(Virtual DEMO) 개발 방향과 전략을 수립하고 KSTAR, ITER에서 K-DEMO로 이어지는 국가핵융합에너지 개발의 당면 과제를 해결하기 위한 방안을 제시하는 것이 목적 ○ 특히 Virtual DEMO 개발 지향점을 K-DEMO 설계 불확실성을 최소화할 수 있는 기술 확보에 두고 이를 위한 핵융합 시뮬레이션의 실험 검증 전략을 마련하고자 하며, KSTAR, ITER, 그리고 미래 블랑켓 실험 설비 운영과 연계한 로드맵 수립 ○ 또한 4차 산업혁명 기술을 매개로 핵융합 분야가 IT 및 원자력 분야와 협력하고 기술 개발을 가속할 수 있는 방안을 모색 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 권재민
• 주관연구기관 : 한국핵융합에너지연구원
• 발행년도 : 20201200
• Keyword :

○ 연구목표 - 글로벌 기상재해(한파/폭염 등) 원인으로 지목된 북극 소용돌이의 강도 및 진행 경로에 대한 예측기술 개발을 통해 극지역 기후변화에 따른 기상재해 예측능력을 확보한다. ○ 연구내용 - (관측) 북극 구름/경계층 관측 및 활용 연구 ㆍ니알슨/아라온 기반 북극 육/해상 구름-대기경계층 관측 인프라 구축 및 지속운영 ㆍ독자 경계층/구름미세물리 프로세스 개발 ㆍ에어로졸/구름 상호작용 - (예측) 극지 예측 시스템 (KPOPS) 개발 및 운용 ㆍ극지 기상/기후 예측 시스템 개발, 준현업 운영 ㆍ독자 물리과정 탑재, 예측성 향상 ㆍ2017-2019 극지 예측의 해 (YOPP) KOPRI 주도적 참여 ㆍ극지 기후 예측 시스템 초기화/검증 체계 구축 - (후처리 및 분석) KPOPS 활용 플랫폼 구축 및 글로벌-한반도 이상기후 원인 진단 ㆍ모델/원격탐사/현장관측 자료 활용 플랫폼 운용 ㆍ중위도-극지 이상기후 원인규명 ○ 예상 연구성과 - 니알슨 (다산기지) 중심 구름 및 기상 관측 핵심역량 확보 - 아라온 해상 기상관측 역량 확보 - KOPRI 자체 극지역 악기상 및 중위도 계절예측 능력 확보 - 글로벌 기상재해 원인 규명에 관한 우수 극지논문 출판 ○ 종료후 활용계획 - 극지 지구 시스템 모델 (KPOPS-Earth) 개발의 기반기술로 활용 - 아라온 남/북극해 항해시 선박 안전 운항에 필요한 기초자료로 활용 - 기상청과 지속적 협력, 국가 기후변화/기상재해 예측능력 질적 수준 향상 - 현장관측 및 모델 자료 공유, 국내 극지 공동연구 활성화에 기여 (출처 : 초록 5p)

• 연구책임자 : 김주홍
• 주관연구기관 : 한국해양과학기술원
• 발행년도 : 20200200
• Keyword : 1. 극지 예측 시스템;북극;구름;경계층;계절예측;기상예측;기후변화;기상재해; 2. Korea Polar Prediction System;Arctic;Cloud;Boundary layer;Seasonal prediction;Weather prediction;Climate change;Meteorological disaster;

□ 연구개요 본 연구는 외상이나 치주염 등으로 인해 치조골에 심한 결손이 있는 부위에 새로운 광촉매 친수성 골이식재를 개발하고 이를 적용하는데 그 목적이 있었음. 본 연구는 기존의 합성골 이식재에 이산화 타이타늄을 적용하고 광촉매를 통해 골이식재의 친수성을 극대화하는데 초점을 두었음. 이산화 타이타늄을 골이식재에 적용하는 방법은 초음파 및 여러 분산제 및 열처리를 통해서 수행함. 이 후 세포 주 및 동물모델에서 그 유효성을 검증하였음. 동물모델은 토끼모델을 주로 사용하였고, 3차원 입체적 골재생능 평가분석을 통해 보다 정확하고, 다양한 양상을 확인할 수 있었음. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 골이식재 나노융합 기술의 적용방법 확립 - 10~50 nm의 TiO₂ nanoparticle을 생산기반확립 (<25nm, 99.7%순도로 적용) - 생산된 TiO₂ nanoparticle을 골이식재에 결합(초음파 및 SDBS), 450℃ 열처리 - 광촉매를 통한 골이식재의 친수성 증가 (Superhydrophilic, <10°) 2. 치주염 및 골결손을 유발하는 동물모델 확립 - LPS, Plaque induced periodontitis (PIP)를 이용한 치주염 모델확립 - Calvarial critical size defect 모델확립 3. 친수성 골이식재를 세포수준에서 매커니즘 규명 - ALP, AR, qPCR을 통한 유전자발현양상 관찰 - 골형성인자(BMP-2)를 골이식재에 적용하여 효과 검증 4. 동물모델에 성장인자 및 친수성 골이식재 적용 - 백서 두개골에 친수성이 강화된 TiO₂ 골이식재를 적용하여 골형성능의 향상을 검증함. - TiO₂ 농도 변화를 통한 최적용량을 검증 5.방사광 마이크로시티를 이용한 조직 생검의 비파괴적 정량부피분석방법 확립 - 방사광(Synchrotron radiation)을 이용한 Bio-imaging 획득 및 조직세분화 (tissue segmentation)를 통한 3차원 조직 계측을 시행 - 골이식재를 이용하여 재생된 조직생검을 이용하여 비교연구 □ 연구개발결과의 중요성 치과용 합성골 이식재는 다양한 재료 및 형태로 제작이 가능하고 다른 골이식재에 비해 비교적 저렴한 생산비로 인해 치과 및 정형외과영역에서 다양하게 쓰인다. 현재 치과영역에서는 치조골의 결손부에 골재생을 목적으로 사용된다. 하지만 합성골이식재는 아직도 신생골을 형성하는데 최소3~4개월의 시간이 소요되며, 동일기간 내 신생골의 형성율은 약 20~30%를 보인다. 본 연구는 기존의 합성골 이식재에 친수성을 보강할 수 있는 물질 중 이산화 타이타늄을 이용하여 실험을 진행하였고, 유의미한 결과를 도출하였다. 초기 20%의 이산화 타이타늄을 골이식재에 적용하는 것을 시작으로 최종적으로 0.1%의 이산화타이타늄을 적용하고도 초친수성에 도달할 수 있었고, 이는 향후 치과계에 적용 할 수 있을 것으로 생각된다. 이러한 결과는 신생골의 형성율의 향상 및 형성기간의 단축에도 도움을 줄 것으로 생각한다. (출처 : 연구결과 요약문 3p)

• 연구책임자 : 김용건
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20200300
• Keyword : 이산화타이타늄;하이드록시아파타이트;신생골형성;동물모델;3차원입체분석;분산제;방사광;나노입자;합성골이식재;