청정에너지 생산, 질병 진단 및 신의약품 개발 등 첨단 기술분야를 포함해 환경, 경제, 국방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가속기의 활용방안 및 관련 이슈를 분석하였음. 연구용 외에도 산업용 가속기의 활용을 통해 경제적 부가가치 창출과 첨단기술 개발에 효과를 보이고 있으나, 관련 기술을 어떻게 국가와 국민의 필요에 맞게 적용시키고 산업에 폭 넓게 연계시킬 것인가의 문제에 직면함. 결국 기초연구와 응용연구의 간극을 메워줄 실질적 정책지원이 필수요소임

---------------------------------------------------------------------------------------



1. 개 요

□ 미국 에너지국은 가속기관련 과학‧기술 전략의 수립을 위한 정보 제공을 목적으로 본 보고서를 발간

○ 본 보고서에서는 다양한 산업 및 안보‧국방 분야 등에서 가속기의 활용 가능성과 미국의 가속기 연구 관련 주요 이슈를 다루고 있음

가속기 (Accelerator) ◇ 전자나 이온을 가속하여 빛의 속도에 가깝게 속도를 높여주는 장치 - 빠른 속도로 움직이는 입자나 이온을 활용하면 물체의 깊숙한 곳까지 들어갈 수 있어 미시세계의 연구가 가능 - 또한 이러한 연구는 우주의 기원을 밝히고 새로운 원소를 만들거나 신소재의 연구, 미세구조물 가공 등 광범위한 영역에 활용이 가능 ◇ 가속기는 가속입자에 따라 크게 3가지로 분류 종류 원리 활용 국내외 시설 전자(방사광) 가속기 빛의 속도에 가깝게 가속시킨 전자를 전자석으로 회전시킬 때 발생하는 자외선, X선 등을 이용 ● 물질구조 분석 ● 미세가공 포항 방사광가속기 양성자 가속기 양성자(수소에서 전자를 제거한 양이온)를 가속하여 연구에 이용 ● 동위원소 생산 ● 암치료 등 ● 입자물리 연구 스위스 CERN 중이온 가속기 양성자보다 무거운 중양자 이상의 무거운 입자(이온)를 가속하여 연구에 이용 ● 핵물리 등 기초연구 ● 신물질 개발 ● 암치료 등 일본 RIKEN ※ 가속형태에 따라 원형가속기, 선형가속기로도 구분

2. 가속기의 활용 및 관련 시장

○ 국가적 난제의 해결에 기여 가능

- 가속기는 환경, 일자리, 경제적 안보, 국방, 테러리즘 등 국가가 직면하고 있는 많은 난제의 해결에 도움을 줄 수 있음

○ 더욱 청정한 에너지의 생산에 활용 가능

- 혁신적인 가속기 기술을 핵에너지 공급에 접목시켜 에너지를 좀 더 안전하고 깨끗하게 만들 수 있을 뿐 아니라 핵폐기물도 감소

○ 의약분야에 대한 다양한 기술 응용

- 질병 진단, 종양의 효과적이고 효율적인 제거, 단백질 지도 작성, 새로운 의약품 개발, 다양한 의료기기 개발 등이 가능

○ 산업분야에서의 가속기는 기존 제조업 생산과정을 보다 저렴하고 친환경적인 방법으로 대체하는데 기여

○ 연구용 거대 가속기* 외에도 산업현장 등에서 다양한 가속기 활용

* 미국 페르미연구소 Tevatron, 브룩헤이븐연구소 Relativistic Heavy Ion Collider, 스위스 제네바 CERN 강입자가속기(Large Hadron Collider)

- 현재 전 세계에 약 3만개의 입자 가속기가 현장에서 활용 중

- 의학 및 산업 가속기 시장은 연간 35억 달러에 이르고 있으며 매년 10%이상 성장

※ 매년 5,000억 달러 규모의 상품이 가속기에 의해 생산‧처리‧검사 과정을 거침

(출처) IAEA Working Material on Industrial Electron Beam Processing, 2009.4

< 산업용 가속기 시장의 구성 >

3. 세계 각국 동향

□ 유럽 및 아시아 국가는 이미 차세대 가속기 기술을 현 세대의 도전과제로 인식하고 대처

○ 벨기에 정부는 미라(MYRHA)프로젝트*에 13억 달러를 투자(’10.3)하여 2,000개 이상의 장기 일자리 창출을 도모

* 가속기를 활용하여 핵폐기물을 비방사능 물질로 변환하기 위한 프로젝트

○ 중국과 폴란드는 가속기를 활용하여 배기가스를 화학비료로 전환하는 사업 추진

○ 일본과 독일은 가속기의 이온빔(Ion Beam)을 활용하여 암환자의 치료 등에 적용하기 위해 노력

< 세계 각국의 양성자‧중이온가속기 시설 비교 >

(출처) 성균관대‧KISTEP, 중이온가속기 구축 계획 수립 연구, 2010.6

4. 가속기 관련 미국의 주요 이슈

○ 가속기 기술의 발전과 응용을 주도해왔던 미국은 현재 많은 분야에서 타국에 뒤처지고 있으며 그 격차 또한 커지고 있음

- 가속기를 활용한 국가적 도전과제 해결을 위해 지속적인 기술개발과 함께 국가 차원의 프로그램과 정책의 변화가 수반되어야 함

○ 가속기 관련 핵심 이슈는 순수 기초과학연구 결과인 최첨단 기술을 어떻게 국민‧국가의 건강, 부, 안보와 연결시킬 것인가의 문제

- 공공연구기관 및 대학 연구실의 기초연구에서 혁신적인 가속기 기술을 개발하고, 이러한 새로운 기술을 국가적 필요에 맞게 적용시키고 산업에 연결시키는 메커니즘이 중요

○ 가속기의 기초 연구와 응용연구의 간극을 메워줄 실질적인 정책적 지원 필요

- 가속기 관련 R&D 분야의 연구비지원체계 미흡, 관련 국가시설 및 실증설비의 부족, 위험부담 회피, R&D 주체간의 미흡한 협력연구를 해결할 정책적 지원 필요

※ 특히 지금보다 훨씬 향상된 연구기관간, 프로그램간, 산업간 협력이 절실

○ 미국 가속기 과학자‧공학자의 훈련 및 교육 강화 필요

- 가속기의 지속적인 기술혁신의 관건은 다음세대 과학자의 손에 달려 있으므로 이들에 대한‧교육 훈련의 강화는 매우 중요한 문제

- 가속기 연구를 하나의 독자적인 과학 분야로 인정하는 것도 필요

5. 정책적 시사점

□ 대형연구시설은 국가의 기초과학역량을 향상시키는 촉진제 역할

○ 가속기와 같은 대형연구시설은 국제적 연구네트워킹 및 우수인력 유치의 구심점이 되며, 노벨과학상 수상의 핵심 인프라

※ 노벨물리학상 중 약 20%는 가속기와 관련된 연구

○ 우리나라는 포항 방사광가속기의 성능향상, 경주 양성자가속기 건설(’12 완공), 국제과학비즈니스벨트 중이온가속기 건설을 추진 중

□ 국제과학비즈니스벨트 특별법의 조속한 제정이 필요

○ 국제과학비즈니스벨트는 기초과학연구원과 중이온가속기가 들어서는 국제적 수준의 기초과학연구거점

○ 올해 중이온가속기의 개념설계가 완료되면, 내년부터 상세설계를 추진하고 부품 제작 및 건설에 착수해야 하나 과학벨트 특별법의 통과 지연으로 인해 사업 추진의 불확실성 증대

[참고] 가속기 관련 역대 노벨상 수상자

연도	수상자	기관 및 국가	내 용
1939	E. Lawrence	Univ. of California, Berkeley, USA	싸이클로트론 가속기 발명
1951	J. Cockcroft E. T. S. Walton	Atomic Energy Research Establishment, United Kingdom Trinity College, Ireland	가속기 개발 및 이를 이용한 핵종 변환
1959	E. G. Segrè, O. Chamberlain	Univ. of California, Berkeley, USA	반양성자 발견
1960	D. A. Glaser	Univ. of California, Berkeley, USA	가속기 핵반응 측정용 버블챔버 발명
1961	R . Hofstadter	Stanford Univ. USA	전자산란을 이용한 핵구조 연구
1967	H. A. Bethe	Cornell Univ. USA	핵반응 이론 및 별 에너지 발생 연구
1968	L. Alvarez	Univ. of California, Berkeley, USA	입자 공명 상태 발견
1975	A. N. Bohr B. R. Mottelson L. J. Rainwater	Niels Bohr Institute Denmark, Nordita, Denmark, Columbia Univ. USA	원자핵 구조 연구
1976	B. Richter S. Ting	SLAC, USA	J/Ψ 입자의 발견
1979	S. Glashow A. Salam   S. Weinberg	Harvard Univ. USA International Centre for Theorectical Physics Trieste Pakistan Harvard Univ. USA	전자기작용과 약작용 통일적 기술 이론 발견
1980	J. Crownin V. Fitch	Univ. of Chicago, USA Princeton Univ. USA	K-메존 붕괴로부터 대칭성 깨침 발견
1983	W. A. Fowler	Caltech, USA	천체핵합성반응 연구
1984	C. Rubbia S. van der Meer	CERN, Italy CERN, Netherlands	약력매개입자 W,Z 발견
1988	L. Lederman M. Schwartz J. Steinberger	Fermilab. USA Digita Pathways, inc. USA CERN, USA	뮤온뉴트리노발견과 특성연구
1990	J. I. Friedman, H. W. Kendall, R. E. Taylor	MIT, USA MIT, USA Stanford Univ. Canada	양성자, 중성자에 대한 비탄성 전자 산란 연구
1992	G. Charpark	CERN, France	입자추적검출기 발명
1994	B. N. Brockhouse C. G. Shull	McMaster Univ. Canada MIT, USA	중성자 산란 이용 물성 연구법 개발
1995	M. L. Perl F. Reines	Stanford Univ. USA Univ. of California, Irvine USA	타우입자발견
			뉴트리노 검출
1999	G. Hooft M. J.G. Veltman	Utrecht Univ. Netherlands Bilthven, Netherlands	전자기약작용 연구
2004	D. J. Gross H. D. Politzer F. Wilczek	Univ. of California, USA Caltech, USA MIT, USA	강한 상호작용 연구
2008	Y. Nambu M. Kobayashi T. Maskawa	Univ. of Chicago, USA KEK, Japan Kyoto Sangyo Univ., Japan	대칭성 연구

* 도표 등과 관련된 상세 내용은 첨부파일을 참조하시길 바랍니다.

* * 본 자료는 교육과학기술부 과학기술기반과와 KISTI 정보분석본부, KISTEP 정책기획실 등에서 분석한 내용을 바탕으로 한 것입니다.