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[IT뉴스][사이언스 스코프]암 진단 원료 만드는 국산 가속기…20년 기술개발의 결실

온카뱅크관리자

2026-10-25 07:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 20년 시행착오 끝에 사이클로트론 안정화…동위원소 생산·정제 기술 확보 미국·중국 등 해외 공급 성과…상업용 생산시설 구축은 아직 과제 
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 편집자주
 '사이언스스코프(Science Scope)'는 특정 과학기술 현상을 깊이 있게 들여다보고, 그 의미와 미래를 분석하는 기획입니다.
 
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 <img alt="전북 정읍 한국원자력연구원 첨단방사선연구소에 설치된 국산 사이클로트론 'RFT-30'. 국내 연구진이 개발한 이 장비는 양성자를 최대 30MeV(메가전자볼트)까지 가속해 의료용 방사성동위원소를 생산하는 연구에 활용된다. 한국원자력연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070224580rydu.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="ZeQZvoUZoE" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070224580rydu.jpg" width="658">
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 전북 정읍 한국원자력연구원 첨단방사선연구소에 설치된 국산 사이클로트론 'RFT-30'. 국내 연구진이 개발한 이 장비는 양성자를 최대 30MeV(메가전자볼트)까지 가속해 의료용 방사성동위원소를 생산하는 연구에 활용된다. 한국원자력연구원 제공
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 스위스 제약사 노바티스는 방사성동위원소를 활용한 전립선암 치료제 '플루빅토' 하나로 2025년 19억9400만달러(약 2조6400억원)의 매출을 올렸다. 병원에서 암세포의 위치를 찾아내는 영상진단에도 방사성동위원소가 쓰인다. 암 진단과 치료에 방사성동위원소를 활용하는 시장이 커지면서 이를 안정적으로 생산하고 공급하는 기술의 중요성도 높아지고 있다.
 전북 정읍 한국원자력연구원 첨단방사선연구소에는 의료용 방사성동위원소를 만들어내는 입자가속기가 있다. 국내 연구진이 직접 개발한 사이클로트론 'RFT-30'이다. 연구진은 20여 년에 걸친 개발과 안정화 과정을 거쳐 동위원소 생산·정제 기술을 확보했고, 일부 동위원소를 해외에 공급하는 단계까지 나아갔다. 그러나 기술 국산화와 상업화 사이에는 여전히 넘어야 할 벽이 남아 있다.
 사이클로트론은 양성자를 빠르게 가속해 특정 물질에 충돌시키는 장치다. 강력한 자기장으로 양성자의 이동 방향을 휘게 하고 전기장으로 반복해서 에너지를 높인다. 양성자는 바깥쪽으로 커지는 나선형 궤도를 따라 움직이며, 충분한 에너지를 얻어 표적물질에 충돌하면 핵반응을 통해 방사성동위원소가 만들어진다. 이렇게 생산한 동위원소는 양전자방출단층촬영(PET) 검사나 새로운 진단·치료용 방사성의약품 개발에 활용된다.
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 의료용 방사성동위원소는 생산 못지않게 안정적인 공급이 중요하다. 시간이 지나면 방사능이 줄어드는 '반감기' 때문이다. 암 진단에 널리 쓰이는 불소-18은 약 110분, 갈륨-68은 약 68분이 지나면 방사능이 절반으로 줄어든다. 생산 후 몇 시간만 지나도 사용할 수 있는 방사능이 크게 감소하는 셈이다. 이 때문에 반감기가 짧은 동위원소는 의료기관과 가까운 곳에서 생산하거나 신속하게 공급할 수 있는 체계가 필요하다. 국내 생산기술과 공급망을 확보해야 하는 이유다.
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 <img alt="박정훈 한국원자력연구원 사이클로트론응용연구실장이 전북 정읍 첨단방사선연구소에서 연구장비를 살펴보고 있다. 박 실장은 국산 사이클로트론의 빔 안정화와 의료용 방사성동위원소 생산·정제 기술 개발 과정을 설명했다. 한국원자력연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070225819zvss.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="5ChRfXgRkk" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070225819zvss.jpg" width="658">
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 박정훈 한국원자력연구원 사이클로트론응용연구실장이 전북 정읍 첨단방사선연구소에서 연구장비를 살펴보고 있다. 박 실장은 국산 사이클로트론의 빔 안정화와 의료용 방사성동위원소 생산·정제 기술 개발 과정을 설명했다. 한국원자력연구원 제공
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 10년 넘게 빔 안정화…국산 가속기 개발의 시행착오
 국산 사이클로트론 개발은 2005년 시작됐다. 한국원자력연구원은 2008년 가속한 양성자 빔을 장치 밖으로 꺼내는 데 성공했고, 2009년 장비를 사이클로트론 종합연구동으로 옮겼다. 연구진은 장비 개선과 시험을 반복한 끝에 2012~2013년 양성자를 30MeV(메가전자볼트)의 에너지로 가속하고 200μA(마이크로암페어)의 빔 전류를 인출하는 시험을 진행했다. 양성자를 얼마나 높은 에너지로 가속하고, 얼마나 많은 양을 공급할 수 있는지 확인하는 과정이었다. 2014년부터는 'RFT-30'이라는 이름으로 본격적인 연구 가동에 들어갔다.
 가장 어려웠던 문제는 양성자를 높은 에너지로 가속하는 것뿐 아니라 일정한 세기의 빔을 오랫동안 안정적으로 유지하는 일이었다. 사이클로트론에는 이온원과 전자석, 고주파 가속장치, 진공시스템 등이 들어간다. 자기장과 고주파 조건이 어긋나거나 빔의 위치와 세기가 흔들리면 동위원소를 안정적으로 생산하기 어렵다.
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 박정훈 한국원자력연구원 사이클로트론응용연구실장(책임연구원)은 "처음 시도한 시제품이라 빔이 제대로 나오지 않는 등 문제가 많았다. 10여 년간 자체 개발을 이어가면서 지금은 안정적으로 작동한다"고 말했다.
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 연구진은 빔 안정화와 함께 표적 냉각시스템과 자동화 설비도 개발했다. 가속한 양성자를 표적물질에 안정적으로 조사하고, 핵반응으로 생성된 방사성동위원소를 회수하는 기술을 갖춰나간 것이다. 국산 사이클로트론 개발은 장비를 작동시키는 단계를 넘어 실제 동위원소 생산기술을 확보하는 과정으로 이어졌다.
 동위원소 순도 99.9%…미국·중국 등 해외 공급
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 사이클로트론에서 동위원소를 만들어냈다고 곧바로 의료용 원료로 사용할 수 있는 것은 아니다. 핵반응으로 생성된 동위원소를 표적물질과 불순물에서 분리하고, 필요한 순도와 품질을 확보해야 한다. 한국원자력연구원은 이러한 분리·정제 기술도 자체 개발했다.
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 <img alt="한국원자력연구원이 개발한 방사성동위원소 자동분리장치 시스템. 사이클로트론에서 생산한 방사성동위원소를 표적물질과 불순물에서 분리·정제하는 과정에 활용된다. 한국원자력연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070228282nmzh.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="t2z1ya71jA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070228282nmzh.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원이 개발한 방사성동위원소 자동분리장치 시스템. 사이클로트론에서 생산한 방사성동위원소를 표적물질과 불순물에서 분리·정제하는 과정에 활용된다. 한국원자력연구원 제공
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 대표적인 사례가 지르코늄-89(Zr-89)다. 이 동위원소는 암세포에 결합하는 항체의 체내 분포를 PET 영상으로 추적하는 연구 등에 활용된다. 연구진은 이트륨 표적에 양성자 빔을 쏜 뒤 화학적 분리·정제 과정을 거쳐 순도 99.9% 수준의 지르코늄-89를 얻는 기술을 개발했다.
 이렇게 확보한 생산·정제 기술은 해외 공급으로도 이어졌다. 연구진에 따르면 2022년 미국과 남아프리카공화국을 시작으로 2023년 중국과 파키스탄, 2024년 태국에 방사성동위원소를 공급했다. 현재도 남아프리카공화국과 중국에 공급하고 있다. 연구실에서 개발한 기술이 국내를 넘어 해외 연구·의료 분야의 수요와 연결된 것이다.
 세계 방사성의약품 시장 성장…35MeV급 개발 추진
 의료용 방사성동위원소를 활용한 의약품 시장은 빠르게 성장하고 있다. 시장조사업체 더비즈니스리서치컴퍼니에 따르면 세계 방사성의약품 시장은 2025년 73억달러(약 9조6800억원)에서 2030년 136억8000만달러(약 18조1400억원)로 확대될 전망이다. 암 진단뿐 아니라 방사선을 암세포에 집중적으로 전달하는 표적 치료제가 새로운 성장동력으로 떠오르고 있다.
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 노바티스의 플루빅토는 2025년 매출이 전년보다 43% 증가했다. 또 다른 방사성의약품 '루타테라'도 같은 기간 매출이 13% 늘어난 8억1600만달러(약 1조820억원)를 기록했다. 방사성동위원소를 활용한 치료제가 실제 매출 성장으로 이어지고 있는 것이다. 두 치료제에 쓰이는 루테튬-177은 주로 원자로에서 생산된다. 의료용 방사성동위원소는 종류에 따라 원자로와 사이클로트론 등 서로 다른 시설에서 생산되며, 각 시설은 암 진단과 치료에 필요한 원료를 공급하는 역할을 맡고 있다.
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 의료용 사이클로트론 장비 시장에서는 해외 기업들이 앞서 있다. 벨기에 IBA는 세계 의료용 사이클로트론 신규 판매량을 연간 45~55대로 추산한다. 미국 GE 헬스케어와 일본 스미토모중공업 등도 주요 공급업체다. 국내에도 의료용 사이클로트론이 보급돼 있지만 해외 장비의 비중이 높다. 2025년 발표된 국내 조사에 따르면 1985~2023년 설치된 사이클로트론 51대 가운데 GE 헬스케어 제품이 18대, IBA 제품이 8대였다. 정읍 RFT-30 개발은 이러한 수입 장비 중심의 환경에서 독자적인 가속기 기술을 확보했다는 의미가 있다.
 경쟁은 장비 판매에 그치지 않는다. IBA는 사이클로트론과 함께 동위원소 생산에 필요한 표적장치, 분리·정제 설비, 생산시설 구축 서비스 등을 제공한다. 장비를 제작하는 기술뿐 아니라 고객이 실제로 동위원소를 생산할 수 있도록 시설과 운영체계를 갖춰주는 능력까지 사업 영역에 포함되는 것이다.
 한국원자력연구원은 기존 RFT-30보다 양성자 에너지를 높인 35MeV(메가전자볼트)급 차세대 사이클로트론 개발도 추진 중이다. 특정 방사성동위원소의 생산수율을 높이기 위한 구상이다. 박정훈 실장은 "35MeV급에서 생산수율이 증가함을 알게 됐기 때문에 상용화 모델로 35MeV를 제안했다"고 밝혔다.
 우주·원전까지 활용…상업용 생산시설 확보가 과제
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 사이클로트론을 비롯한 입자가속기 기술은 의료 분야에만 쓰이지 않는다. 양성자나 중성자를 이용해 우주공간의 방사선 환경을 모사하고 인공위성 전자부품의 내구성을 평가하거나 원전 관련 소재의 특성을 연구하는 데도 활용된다. 가속기 개발 과정에서 확보한 전자석과 고주파, 빔 제어기술 등은 다른 산업용 장비 개발에도 응용할 수 있다.
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 <img alt="한국원자력연구원 연구원이 방사선 차폐시설인 핫셀에서 방사성의약품 '싸이로키티 주사액'을 제조하고 있다. 한국원자력연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070230860grnb.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="3VLQ9YnQNN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/akn/20261025070230860grnb.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원 연구원이 방사선 차폐시설인 핫셀에서 방사성의약품 '싸이로키티 주사액'을 제조하고 있다. 한국원자력연구원 제공
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 그러나 연구용 장비를 개발하는 것과 이를 상업적으로 운영하는 것은 다른 문제다. 정읍의 RFT-30은 다양한 연구과제를 수행하는 연구용 사이클로트론이다. 동위원소 생산·정제와 해외 공급에서 성과를 거뒀지만, 의료용 동위원소를 지속적으로 대량생산하는 전용 시설은 아니다. 상업용 시설을 갖추려면 일정한 품질과 수량을 안정적으로 생산할 수 있는 체계가 필요하다.
 국산 사이클로트론 개발에 착수한 지 20여 년. 한국은 양성자 빔 제어부터 방사성동위원소 생산·정제, 해외 공급에 이르는 기술적 성과를 쌓았다. 이제 연구용 장비에서 상업용 생산시설로 나아갈 수 있을지가 다음 시험대다.
 박 실장은 "앞으로 가장 시급하게 해결해야 할 과제는 상업적으로 대량생산을 운영할 수 있는 사이클로트론 시설 구축"이라고 말했다.
 김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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