KIRAMS 의료용 중입자 가속기 채 종 서 원자력의학원 가속기개발 연구실

우리의 가속기 과제 전략 싸이클로트론 권역별 싸이클로트론센터 (강원대, 부산대) RI생산용 싸이클로트론 가속기 기술 개발 권역별 싸이클로트론센터 (강원대, 부산대) RI생산용 싸이클로트론 가속기 기술 개발 대전류 소형 사이클로트론 개발 ----BNCT, NRT 용 (산자부) 2. 전자 가속기 ----Cyber Knife용

고주파형 선형 전자가속기 X-band 에너지 ~6 MeV Microtron ---- 소독용 3. DT 4. 중입자 source + 가속기 에너지 1 MeV 내외

왜 한국이 가속기 산업을 하여야 하는가 1.기술 집약적으로 한국인 특성에 적합한 산업 2. 장치 산업중 부가가치가 높은 분야 3. RT 등 국내의 원자력의 방향과 일치하는 분야이다 4. 물리, 기계, 전자, 컴퓨터, 화학, 의료 등 복합기술의 집합체 5. 의료 산업, 생명과학 산업과 일치 되는 21세기 미래형 기기 산업

국내의 가속기 연구 인력 KIRAMS 26 명 PAL 및 POSTECH 60 명 KAERI 양성자 팀 15 명 전자가속기 10 명 4. 전기연구소 15 명 5. 서울대 및 KAPRA 10 명 6. KAIST 3 명 7. 자원 연구소 6 명

국내의 추진 중인 가속기 과제 중입자 치료용 가속기 Synchrotron KIRAMS 400 MeV /u 2. FEL 용 고밀도 전자가속기 광주과기원 3. 중입자 선형가속기 한국 물리학회 1 GeV/u

방사선동위원소 생산량 방사선 동위원소 생 산 량 Tl-201 14,484 Ga-67 5,989 I-123 4,423 [123I]mIBG 861 [18F]FDG 6,627 총 계 32,384

Cyclotron Facilities of KIRAMS MC50 :Nuclear Science Research Cyclone30 :Tl-201,I-123,Ga-67 KIRAMS-13:F-18, C-11

Why the KIRAMS-13 Cyclotron Cyclotron user has developed with consideration of existed cyclotron problems RF Cavity Vacuum Chamber Vacuum Pump Ion Source RF Dee Return Yoke Magnet Magnet Coil

KIRAMS-13 Specifications Characteristic Beams ions protrons, deuterons energy / current 13 MeV / 50 μA (proton) Magnet type H number of sectors 4 pole diameter 0.96 m hill / valley gap 5 cm / 14 cm νr / νz 1.022 / 0.25~0.3 Bmax(hill) / Bmax(valley) 1.92 T / 0.84 T coil current 135 A power 12 kW RF frequency 77.3 MHz harmonic number number of dees 2 dee angular width 43.5 deg dee voltage 40 kV Extraction Charge Exchange Carbon Foil Ion Source Internal Cold Cathode PIG

Cyclotron Facilities in KOREA AMC YMC SNU NCC SMC NCC KCCH AMC

중입자 가속기란?

중입자 가속기의 응용

각종 입자의 크기 비교 electron He Ar Si Ne C 중성자 양 자 입자의 크기 음이온중간자 X선 감마선

암의 치료 방법 X-선, 감마선 (전자기파의 일종인 파동형태의 방사선) 수술(surgical operation) 암의 치료 방법 수술(surgical operation) 화학요법 (항암제, 약물치료) (anti-cancer medicine) 면역요법 (암에 대한 신체의 저항력을 증가) (immunotherapy) 방사선 치료 (Radiotherpy) X-선, 감마선 (전자기파의 일종인 파동형태의 방사선) 전자선 중성자선 양성자선(R. Wilson 제창) 중입자선(R. Wilson 제창) He4, C12, Ne20, Si28, Ar40

각종 방사선 치료의 역사 DATE PROCESS ENERGY IN MeV X-RAY THERAPY 1905 X-ray tube 0.05-0.2 1947 Van de Graaff 3 1948 Betatron 20 1953 Linac 6-30 GAMMA-RAY THERAPY 1910 Radium needles 1-3 1951 Cobalt “bomb” 2 ELECTRON THERAPY 1947 Van de Graaff 3 1948 Betatron 20 1963 Linac 6-30 NEUTRON THERAPY 1955 Cyclotron 50 -60 1975 Deuterium-tritium accelerator 14 1968 Californium-252 PROTON & Heavy Ion THERAPY Proton Cyclotron & synchrotron 60-250 1994 Heavy Ion ; Synchrotron 300 –800 MeV/u

기존 방사선 치료의 문제 점 감마선과 X-선의 한계 (2) 생물효과의 한계 : 암세포에 대한 X선의 에너지 부여 산소부족의 환경에서 x선을 조사하면 세포에 미치는 생물효과는 산소가 충분한 조건보다도 줄어든다. 양성자및 중입자선 치료 (1) 방사선을 병소에 집중 (2) 국소 제어율(치료 효과)의 향상

왜 중입자인가 높은 정밀도의 선량분포로 정상조직의 손상 극소화 높은 생물학적 효과로 치료의 극대화 산소 증감비가 낮아 모든 종양의 세포에 치료효과 극대화 암세포의 DNA 직접 절단 모든 세포주기에 치사효과 수술과 같은 고통으로 부터 해방

방사선 치료 효과의 비교 – 생물효과, 산소효과 각종 방사선의 생물학적 효과(RBE) 각종 방사선의 산소 증감비(OER) 감마선 양성자 헬륨 클수록 좋음 음이온 중간자 탄소 속중성자 네온 실리콘 작을수록 좋음 아르곤

높은 정밀도의 선량분포로 정상조직의 손상 극소화 각종방사선의 생체내 선량 분포 암 병소 신체 표피부터의 깊이

탄소-12 이온의 에너지에 따른 Bragg Peak

방사선 치료의 원리

ENLIGHT and the European projects TERA project for CNAO in Pavia GSI project for the University of Heidelberg Clinics Med-Austron for Wiener Neustadt ETOILE in Lyon Nordic Centre in Stockholm

HICAT – University of Heidelberg Clinics Financed with 72 MEuro: [Federal State grant 36 Investment by HC 36] Heidelberg: J. Debus U. Weber GSI: H. Eickhoff Th. Haberer

TERA project for CNAO in Pavia 70 M€ Phase 1: No gantry [PET on-line and local diagnostics on other funds]

Med-Austron for Wiener Neustadt Accelerator: 75 M€ (two gantries + exp. Area ) Buildings: 41 M€ Project management Med. Dir.: T. Auberger Tech. Dir: E. Griesmeyer PIMMS/TERA 1 gantry p C 2

Nordic Centre in Stockholm PIMMS/TERA Karolinska RT Department with 7 linacs and 1 microtron (50 MeV) First design: Karolinska – TERA NIM B184 (2001) 569

ETOILE in Lyon PIMMS/TERA vertical beam 4200 m2

의료용 중입자 가속기 개발 최종 목표 암치료용 중이온 가속기 및 치료 핵심장치 개발 세부 내용 400 MeV 급 중이온 싱크로트론 개발 중이온빔 수송계 및 진단계 개발 환자치료용 갠트리 및 노즐 개발 개발 방향 국내 가속기 기술 개발 경험 및 인력 인프라를 활용한 핵심 기술 개발 상용장치로서의 고신뢰성 사용자친화성 고려한 개발 양성자 치료기와의 역할 분담 및 협력 연구개발기간/소요예산/소요인력 개발기간 6년/ 소요예산 3000억원/소요인력 40 MY

시장성 및 파급 효과 시장성 전세계 중입자 가속기 증가 추세로 볼때 향후급격 증가 예상 최근에 치료효과가 입증된 탄소 이온빔 시설 위주로 건설 시설비 1000억원을 기주으로 할때 연간 1 조원이상의 세계시장 형성 파급효과 원자력 및 가속기 사업의 국민 보건 증진 선진국과 대등한 기술력으로 향후 형성 될 대형 암치료기 시장 경쟁 가능 대규모 가속기 산업의 활성화