1. 연구개발과제의 개요 한국재료연구원의 다양한 소재 연구에 포항가속기연구소가 보유하고 있는 첨단 분석 기술을 접목하여 고품위 분석 및 해석 기술을 확보하여 소재 개발을 가속화하고자 함 ◌ 금속 소재 실시간 X-선 고온 이미징 - 소재를 특정 조건에 노출한 후 상온에서 재료의 특성을 관찰하는 ex-situ 분석의 경우재료의 변형 완료 후 용질의 농도 분포 또는 미세조직 조사를 통해 거동을 추정하므로 그 정보에 제한이 존재함 - 재료 내부를 직접적으로(in-situ) 관찰하는 경우 온도, 시간 조건에 따른 재료의 특성 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 장점이 있으나 가시광선 하에서는 불투명한 재료의 내부 관찰이 불가능하므로 방사광 X-선과 같은 특수 분석 기법이 활용됨 · 방사광 광원은 상용화된 광원 대비 수백만배에서 수억배에 이르는 밝은 광원으로, 상용화된 광원 대비 신호대 잡음 비가 높은 신호를 단시간에 얻을 수 있어 시간에 따른 물질의 변화를 실시간으로(real-time, in-situ) 관찰할 수 있음. 이를 활용하여 단순히 이미지를 연속적으로 캡처하는 것을 넘어서, high-frame & high-resolution X-선 이미징 장치가 개발되었고, 다양한 in-situ 연구에 활용되고 있음. (Y. Wang 외 2008) · 또한, 방사광 광원은 상용화된 광원 대비 우수한 직진성을 가지고 있어, 방사광 X-선을 활용한 Radiography, Tomography(3D), Absorption & phase-contrast 기술을 활용하여 1um/pixel 수준 공간분해능을 갖는 가시화가 가능함의 내부 관찰이 불가능하므로 방사광 X-선과 같은 특수 분석 기법이 활용됨 - Advanced Photon Source(USA), European Synchrotron Radiation Facility(France), Swiss Light Source(Switzerland), Diamond Light Source(UK), Spring-8(Japan)과 같은 해외 방사광 가속기에서는 주조 실험 시 용탕 내부를 직접 관찰할 수 있는 방사광 X-선 가시화 기법을 개발하여 철강 및 경합금류의 응고 거동 실시간 관찰에 활용되고 있으며, dendrite structure, crack, void, porosity, segregation 등 분석가능함. (R.H. Mathiesen 외 2002, B. Li 외 2006, J.L. Fife 외 2012, .Y. Buffiere 외 2010, F. Wang 외 2017, B. Wang 외 2018, K. Nakano외 2020) - 최근에는 이차원 X-선 가시화에서 발전하여 3차원 CT 분석 또는 결정 구조 분석을 위한 X-선 회절 동시 측정으로 분석기술이 발전하고 있음 - 현재, 미국(APS), 유럽(ESRF, SLS, DLS), 일본(Spring-8)에서 방사광 가속기를 활용한 철강 및 경합금류의 응고 거동 실시간 관찰 연구가 수행중이나, 국내에는 유일하게 포항가속기연구소에 금속 응고 거동 실시간 관찰 인프라(2차원 X-선 영상)가 구축되어 있음 · 현재 500 um 두께의 탄소강 시료를 투과하여 내부 거동을 확인하는 연구를 수행하고 있으며, 응고 상황에서의 dendrite 성장 및 shrinkage cavity 발생 메커니즘 분석에 활용하고 있음 · 3차원 영상 기법, 결정구조 변화 관찰, 성분분석 등을 실시간으로 적용하기 위한 기술개발 연구를 수행 중임 (출처 : 본문 5p)

• 연구책임자 : 박이호
• 주관연구기관 : 한국재료연구원
• 발행년도 : 20241100
• Keyword : 1. 방사광;X-선 이미징;X-선 리소그래피;X-선 흡수 분광; 2. Synchrotron Radiation;X-ray imaging;X-ray lithography;X-ray absorption spectroscopy;

□ 연구개요 선행적 재활치료를 통해 방사선 치료 후 발생하는 림프부종을 감소시키고, 치료 후 발생한 림프부종 증상완화를 통해 유방암 환자의 삶의 질을 높이며, 더불어 유방암 치료 후 발생하는 수술흉터 구축, 유착성 관절낭염, 근위축, 피로도 증가 같은 근골격계 합병증 또한 예방하여, 최종적으로 기존의 유방암 환자 방사선 치료요법과 함께 시행할 수 있는 병용 재활치료 프로토콜을 정립하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 방사선-재활치료 프로토콜 확립 - 유방암 방사선 치료 후 림프순환 마사지 및 운동프로그램 설립 - 4주간의 단계적 재활운동 프로그램 정립 2. 방사선-재활치료 연구 진행 - 사전 검사(부종, 어깨관절 운동범위 평가) 진행 - 연구 전, 후 림프신티그래피 진행 - 림프부종 예방 재활치료 시행(도수림프배출법 및 근골격계 회복운동) - 삶의 질 및 피로도 설문 진행 3. 환자군 모집 - 총 31명의 환자 등록, 6명 환자 중도탈락, 최종 25명 환자가 최종 등록됨. 4. 연구 현황 및 관련 논문 - 최초의 편측의 유방암 수술 후 방사선 치료가 예정된 환자 중 연구를 희망하는 환자를 대상으로 연구를 진행함으로써, 환자 모집에 있어 시간이 많이 소요되는 점 감안하여 연구 3년차 종료시점까지 환자군 모집을 진행하였음 - 3년차 종료시점까지 모집된 환자 31명의 데이터를 분석 및 논문 초안 작성 중에 있으며, 1년 이내에 논문으로 출판할 예정임. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 유방암 환자에게 방사선 치료와 병행하여 선행적 림프부종 재활치료를 적용함으로써, 림프부종의 발생률을 감소 또는 완화시키고 동반되는 많은 근골격계 후유증들을 조기에 억제 및 예방하여 유방암 환자들의 삶의 질을 크게 향상시키며, 지속적인 유방암 치료 진행에 있어 치료 순응도를 높일 수 있을 것임. 재활의학과, 방사선종양학과 및 핵의학과 등 유방암 치료의 다학제적 연계를 통해 환자에게 보다 효율적인 의료서비스를 제공하고, 의료만족도와 삶의 질의 높은 향상을 가져올 수 있을 것임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 도환권
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 림프부종;유방암;재활;방사선치료;회복운동; 2. Lymphedema;Breast cancer;rehabilitation;Radiation therapy;Remedial exercise;

◻ 연구개요 환자의 호흡에 의한 체표면의 변화에 따른 움직임에 대한 평가를 위한 작업으로 1차년도에는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하고 2차년에도는 개발된 팬텀을 기반으로 TOF 센서 카메라를 사용하여 호흡패턴을 얻어내었고 팬톰을 통한 단층영상(CT) 촬영 데이터를 가지고 체표면 추적 방사선 치료장치의 인공지능 학습 구현을 하는 작업을 수행했다. 3차년도에는 실제 환자의 호흡패턴을 포함하는 4차원 환자 데이터를 기반으로 체표면 추적 인공지능 학습 평가를 수행하였다. ◻ 연구 목표대비 연구결과 1차년도의 목표는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하는 작업이였고 이에 대해 CAD도면 작업을 통해 3D 프린팅 작업을 이용하여 모션 팬텀개발을 하였다. 2차년도에는 TOF 센서 카메라를 이용해 1차년도에 구현한 체표면 팬텀을 사용하여 호흡패턴 데이터를 얻고 단층촬영을 통한 아크릴로 제작된 종양부위의 움직임과 체표면 모사에서 얻어진 호흡 패턴과 기존의 상용화되어있는 적외선 마커를 이용하여 호흡패턴의 추이를 비교하였다.모션팬톰의 CT데이터를 가지고 인공지능(딥러닝)학습을 통해 호흡에 기반한 4차원 CT영상을 학습시켰다. 3차년도에는 실제 환자의 4차원 CT자료를 인공지능학습을 시켰다. 호흡패턴에 따른 위상에 변화와 이에 따른 CT영상을 예상을 구현하였다. 몬테카를로를 사용한 CT영상 구현에는 1차년도 이내에 작업이 가능한 범위를 넘어서는 작업으로 3차년도 연구에 적용하기는 어려움이 있었다. 시간에 따른 콘빔단층촬영(CBCT)를 사용한 영상을 각 시간 10개의 프레임으로 구성해 이를 기반으로 CBCT 합성 영상에 대한 구현으로 대체하였다. 1차년도의 경우 체표면 모션 팬텀 구성에 대한 목표 달성을 이루었고 2차년도에는 개발된 체표면 팬텀을 가지고 호흡패턴을 얻고 팬텀의 영상을 통한 인공지능학습을 구현하였다. 다만 너무 규칙적인 면이 있어서 실제 인공지능 학습에 대한 결과값이 예상치와 동일한 부분은 추후에 수정해야 될 부분이 있을 것을 생각된다. 3차년도의 경우 실제 환자의 호흡자료와 CT영상 자료를 통해 인공지능학습이 수행되었고 학습에 대한 결과가 상대적으로 부족한 영상자료의 영향으로 학습에 대한 정확도에 대한 개선이 필요할 것으로 보인다. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 정확한 환자 치료를 위한 영상 촬영 시 추가적으로 조사되는 방사선의 위험이 없이도 환자 체표면 추적기술을 이용해 환자 맞춤형 치료가 외국에서는 널리 활성화되고 있는 상황이다. 기존 시장에 큰 점유률을 가지고 있는 글로벌 기업에 대해 팬톰 개발은 체표면 추적기술의 요소 기술로서 상용화가 가능해서 시장 진입이 용이하게 할 수 있고 국내의 높은 IT기술을 기반으로 추후 보다 진보된 체표면 추적 시스템을 독자적으로 구축할 수 있는 발판이 될 수 있다고 본다. 특히 인공지능 및 TOF 센서 기술 을 활용하여 기존의 글로벌 기업에서 아직 점유하지 못한 기술에 대한 상대적인 우위를 가질 수 있을 것으로 생각되어진다. 방사선치료와 관련한 의료산업 분야의 수입대체 효과와 기술 고부가가치화, 의료기술 국제 경쟁력 강화 등을 기대할 수 있고, 병원 및 의료산업 분야의 활성화에 따른 인력양성과 고용의 증가도 기대할 수 있을 것으로 여겨진다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박소아
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체표면 추적;팬텀;인공지능;호흡패턴;비행시간; 2. Surface guided;Phantom;Artificial Intelligence;Respiration Pattern;Time of Flight;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 핵 대칭에너지는 한국형 중이온 가속기인 RAON (Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiment)의 LAMPS (Large Acceptance Multi-Purpose Spectrometer) 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 (collective flow) 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 집단 흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 영역의 의사신속도 (pseudorapidity) 영역에서 관측하는 게 중요하다. 그러나 현재의 LAMPS 실험은 중이온 충돌 후 생성되는 총 하전 입자들 중 전방(forward)으로 빠져나가는 약 40%의 하전 입자들을 관측할 수 없다. 본 연구의 목표는 LAMPS 실험에서 전방 영역에 하전 입자를 관측할 수 있는 검출기 후보를 연구하고 설치하여 중이온 충돌 후 발생하는 전 방위의 하전 입자를 관측 가능하게 하는 것이다. 나아가 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵물질의 핵 대칭에너지 연구에 기여하는 것이다. ○ 전체 내용 1) RAON의 LAMPS 실험에서 전방 검출기의 유력한 후보를 연구 LAMPS 실험의 주요 하전 입자 가스 검출기인 TPC 검출기 바로 바깥쪽에 하전 입자를 관측할 수 있는 전방 검출기의 유력한 세가지 후보를 연구하고 그 중 하나를 설치하는 것이다. 중이온-중이온 충돌 후 타겟에서 나오는 하전 입자들 중 TPC의 전방 영역을 통과할 때에는 TPC에서 해당 입자들을 잘 관측할 수 없다. 이 영역은 TPC의 하전 입자 운동량 분해능이 매우 낮은 영역이기 때문이다. 더욱이 이 영역은 중이온-중이온 충돌 시 생성되는 총 하전 입자의 약 40%가 통과하는 영역으로 현재 LAMPS의 검출기로는 LAMPS 내부의 타겟에서 생성되는 총 하전 입자 정보의 약 40%를 연구에 활용하지 못 하게 된다. 이 전방 영역에 하전 입자 검출기를 설치하여 중이온-중이온 충돌 시 나오는 100%의 하전 입자 정보를 핵 대칭에너지 연구에 활용하는 게 본 연구의 주요 내용이다. 2) 유력한 검출기 후보들 중 결정된 전방 검출기를 제작 2-1) 전산모사를 통해 얻은 파라미터를 바탕으로 조건에 맞는 검출기 구조를 설계한다. 2-2) 검출기의 아날로그 정보를 처리하고 검출기를 제어하는 전자보드를 연구하여 제작한다. 2-3) 검출기 테스트 시스템을 구축하고 검출기 시제품을 제작한다. 2-4) 검출기 테스트 시스템을 활용하여 검출기 시제품 특성을 연구하고 성능 요구에 부합하는지 확인한다. 2-5) 빔 테스트를 통하여 전방 검출기의 최종 성능 요소를 확인한다. 2-6) 전방 검출기의 전자보드에서 나온 시그널 정보를 이용하여 하전 입자를 재구성 하는 프로그램을 제작하고 LAMPS의 재구성 프로그램 패키지에 이식한다. 3) 제작한 전방 검출기를 설치한다. 3-1) 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 전방 검출기를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-2) LAMPS 실험에 전방 검출기와 전방 검출기의 하전 입자 신호를 처리할 전자 보드를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-3) 전방 검출기와 다른 LAMPS 검출기들의 동조 테스트를 진행하여 최종 설치를 완료한다. 4) LAMPS 실험의 핵심 목표인 핵물질의 대칭에너지 연구에 기여 본 연구의 후반기 연구는 LAMPS 실험에 설치한 전방 검출기를 활용하여 RAON의 LAMPS 실험에서 중이온-중이온 충돌 후 나오는 넓은 영역의 의사신속도 영역에서 하전 입자를 관측하여 집단 흐름 계수 측정을 진행한다. 집단 흐름 계수 측정을 통해 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵종에 대한 핵 대칭에너지를 관측한다. 집답 흐름 관측 결과는 밀도 의존 핵 대칭에너지 함수의 1차 및 2차 도함수를 이론적 예측과 비교하여, 핵 대칭에너지를 측정한다. ○ 1단계 ● 연구 목표 1단계 연구목표는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측할 수 없는 전방 영역을 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측할 수 있게 하도록 하는 것이다. 즉, 새로운 검출기는 기존 TPC와 연계하여 넓은 의사신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있도록 해주며 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭 에너지 연구에 이바지하게 된다. ● 연구 내용 1) 전방 검출기 후보 선택과 후보 전방 검출기의 개념디자인 채택 1단계에서는 전방 검출기 후보를 다음과 같이 고려하였다. 첫 번째 후보 검출기는 DC(Drift Chamber) 가스 검출기이다. DC 검출기는 TPC와 같은 방식으로 하전 입자를 관측한다. 두 번째 후보 검출기는 실리콘 검출기이다. 마지막으로 세 번째 후보 검출기는 섬광 검출기를 이용하는 것이다. 위의 세 가지 후보 검출기에 대한 장단점 비교하여 가용한 예산과 인력을 고려하여 시제품 연구 및 개발을 위한 후보로 섬광 검출기를 선택하였다. 섬광 검출기 기반 시제품은 다음과 같이 구상하였다. 1 mm² 전후의 정사각형 단면을 지닌 섬광 섬유를 수평 혹은 수직 방향으로 배열하여 최소 검출기 단위를 만들며, 하나의 검출기는 각각 한 쌍의 수평 및 수직 배열을 갖춰 2차원 위치를 특정할 수 있도록 하였다. 섬광 섬유에서 발생한 광자 신호를 읽기 위해서는 섬유의 끝 단면에 광학 케이블(optical cable)을 연결하여 광자가 신호 수집 보드(read-out board)까지 도달하도록 유도하고, 전체적인 크기를 가능한 줄이기 위해 다채널 픽셀포토카운터(Multi-Pixel Photo Counter, MPPC)를 광자 센서로 사용한다. 다시 하나의 검출기는 팔각형(TPC 및 FTOF 역시 유사하게 팔각형을 이어 붙인 형태로 제작되어 있다)으로 제작하여 빔 파이프를 중심으로 동일한 팔각형 8개를 이어 붙여 1개의 층을 구성하도록 하였다. 2) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 개발 전방 검출기 시제품을 제작하기 이전에 팔각형 형태의 구조를 정사각형 구조로 간단히 구현하여 성능을 시험할 수 있는 시제품 제작을 위한 견본품 설계를 시작하였으며, 시행착오를 줄이고 실험 결과를 분석할 수 있는 시뮬레이션 구현과 분석 시스템에 노력하였다. 검출기의 성능과 위치를 최적화하기 위해서는 검출기 시뮬레이션도 진행하였다. 전방 검출기의 시뮬레이션은 LAMPS의 전용 시뮬레이션 프로그램인 KEBI를 활용하였다. 3) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작하였으며, 섬광 섬유와 MPPC를 구성하는 활성 감지 영역(active volume)에 사용되는 재료의 기계적, 물리적 특성을 파악하고 실제 시제품(최종 제품)의 구조를 제작하기 전에 특성을 연구하기 위해 제작되었다. 동시에, 실제와 동일하게 구현된 시뮬레이션을 통해 입자의 검출효율(reconstruction efficiency), 운동량 분해능 등을 테스트하였다. ○ 2단계 ● 연구 목표 전방검출기 견본품의 빔테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품/견본품과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. RAON의 고에너지 가속기 구간 건설의 연기로 인한 본 목표인 핵물질 대칭에너지 연구는 고에너지 가속기 구간 건설 이후의 미래 계획으로 남겨두며 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구결과를 실적물로 가시화한다. ● 연구 내용 1) 제작한 견본품의 빔 테스트, 방사선소스 테스트, 우주선 테스트 경주양성자가속기에 빔 이용 신청을 차년도에 다시 진행한다. 또한 다양한 다른 빔 테스트 장소를 물색한다. 또한 RAON의 NDPS의 중성자 빔을 이용하여 빔 테스트를 하는 계획도 병행하고 방사선 소스를 구매하여 방사선 소스에 의한 견본품 테스트 및 우주선 테스트를 진행하여 다른 시설의 의존성을 낮추고 다각도로 검출기 테스트를 진행한다. 2) 제작한 전방 검출기 시제품을 제작 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 견본품의 빔 테스트/방사선소스/우주선 테스트를 완료하여 시뮬레이션에서 예상한 성능과 비교한다. 견본품 성능이 예상 성능에 근접하면 시제품의 제작단계로 이행한다. 견본품 성능이 예상 성능을 벗어날 때는 원인을 파악하고 성능이 벗어난 정도가 실제 실험결과에 영향을 주는 정도를 예측하여 시제품 제작 단계로 이행한다. 3) 제작한 전방 검출기 시제품과 다른 LAMPS 검출기와 동조 테스트 전방 검출기 시제품을 LAMPS의 다른 검출기와 조합하여 이용한다. 현재 RAON의 고에너지 가속기 구간의 설치가 연기되어 부득이하게 LAMPS 실험의 실제 가동도 연기된 상태이나 LAMPS 실험은 고에너지 가속기 구간이 설치되기 전까지 LAMPS 검출기들의 성능 테스트 및 우주선 테스트, 그리고 동조 테스트를 계획하고 있다. 시제품과 LAMPS 검출기들과 동기화하고 시운전 및 성능 테스트에 같이 참여한다. 4) LAMPS 활용 과제를 발굴 고에너지 가속기 구간 건설 연기로 LAMPS 실험의 실제 가동이 연기된 상태이나 저에너지 빔을 활용한 연구 주제를 발굴하며 LAMPS 일부 다른 검출기와 같이 시제품을 외국 시설에 활용하는 방안을 발굴한다. □ 연구성과 1단계 기간 동안 LAMPS 실험에서 요구하는 전방 검출기의 성능 사양을 정리하며 전산모사를 구현하여 최적의 위치 및 운동량 분해능을 갖는 검출기의 주요 파라미터를 계산하였다. 계산된 주요 파라미터는 LAMPS 실험에서 최적의 견본품 및 시제품을 제작하고 결정하는 데 사용하였고 사용할 예정이다. 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 시제품의 구조를 단순화한 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작 완료하였고 판독 보드와 수집 장비(DAQ)까지 구비하여 본격적인 우주선 테스트와 빔테스트를 할 수 있도록 모든 준비를 완료하였다. 2단계 기간은 전방 검출기 견본품의 빔 테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품(혹은 견본품)과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구 결과를 실적물로 가시화한다. 해당 과제로 이희동 학부 학생은 학위 논문을 제출하고 졸업하였으며 가을물리학회에서 참여연구원인 김총 박사는 전방 검출기 제작에 대한 구두 발표를 실시하였다. 2단계에서는 연구성과물로 검출기 시뮬레이션 스터디와 검출기 제작 및 빔테스트, 그리고 주제 발굴한 연구에 대해 최소 3 편 이상의 SCR 논문을 출판 계획이다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 핵 대칭에너지는 RAON의 LAMPS 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 특히, 집단흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 의사신속도 영역에서 관측하는 게 중요하다. 본 연구는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측하지 못 하는 중이온-중이온 충돌 시 생성되어 전방 영역으로 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측하게 해준다. 즉, 본 연구는 중이온 충돌 후 나오는 모든 하전 입자를 관측 가능하게 해주며 넓은 의사 신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있게 하여 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭에너지 연구에 이바지하게 된다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김범규
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전방검출기;한국형중이온 가속기;대수용다목적 핵분광장치;집단 흐름;핵대칭에너지; 2. Forward Detector;RAON;LAMPS;Collective Flow;Nuclear symmetry energy;

□ 연구개요 본 연구과제는 DNA 손상 반응의 새로운 메커니즘 규명 및 개인별 질병 위험도 예측 및 맞춤형 치료에 활용이 가능한 DNA 복구 활성 측정기술을 개발하는 것을 목표로 함. 이를 위해 NER 시스템에 의해 발생하는 sedDNA의 안정성에 관한 생물학적 메커니즘을 규명하고, sedDNA의 분리정제 및 분석기술을 확립하여 인간의 피부조직을 대상으로 개인별 DNA 복구 활성을 정량적으로 측정하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ∎ sedDNA 안정성을 조절하는 핵산 분해 효소 규명 - 자외선 조사에 의한 세포 내 sedDNA 생성물 안정성 변화 확인 - 시간별 sedDNA 안정성 및 금속 보조인자에 의한 sedDNA 안정성 변화 확인 - siRNA 기반 스크리닝을 통한 sedDNA 분해에 기여하는 효소 선별 - 선별한 유전자 검증을 위한 단일 Trex1-siRNA 기반 sedDNA 변화 확인 - Trex1 과발현에 의한 sedDNA 변화 확인 - Trex1 발현억제 및 과발현에 의한 NER 활성 확인 ∎ sedDNA 생성물 고효율 분리기술 개발 - sedDNA 손실 최소화를 위한 세포 용해 및 sedDNA 추출 조건 구축 - 원심분리법과 광생성물 특이적 DNA 면역침전 조건 비교 확인 - 신규 sedDNA 분리정제법으로 TFIIH 및 RPA 단백질 면역침전법 구축 - 원심분리, 광생성물 및 단백질 면역침전에 의한 sedDNA 분리 비교 평가 - 국제협력을 통해 NER 관련 신규 단백질 발현저해로 인한 sedDNA 변화 확인 ∎ sedDNA 정량적 측정 플랫폼 개발 - protamine sulfate 기반 sedDNA 고정 기술 구축 - protamine sulfate 기반 광생성물 특이적 항체를 활용한 sedDNA 분석 - streptavidin 및 DNA labeling 기법을 활용한 sedDNA 확인 - 분석기법 상호비교 및 평가 - TREX1에 의한 sedDNA 분해 메커니즘 규명을 위한 시험관 분석 수행 - 국제협력을 통해 sedDNA 검출기술 기반 RNA-DNA 혼성체 분리 기술 확립 ∎ 피부조직 대상 sedDNA 정량분석을 통한 개인별 NER 활성 측정 - 국제협력을 통해 피부조직에서 epidermis 분리 조건 및 조직 용해법 최적화 - 크기별 조직 생검을 대상으로 sedDNA 검출한계 분석 - 피부조직 기반 sedDNA 검출 변동성 감소를 위한 보정 확인 - UV 조사 시 발생하는 변동성을 최소화하기 위한 UV 정밀조사 챔버 개발 - 피부조직 기반 CPD 함유 sedDNA 검출 가능성 탐색 - 피부조직 기반 sedDNA 분석을 통한 개인별 NER 활성 차이 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ∎ 세포 및 조직 항상성을 보장하기 위해 sedDNA는 효율적으로 분해되어야 하지만 이와 관련된 메커니즘은 현재까지 알려진 바가 없기에, TREX1이 sedDNA 분해에 기여한다는 사실을 발견한 것은 과학적으로 매우 중요함. ∎ 인간의 종양 세포에서 발견되는 다양한 형태의 세포질 DNA 조각들이 항암제 내성에 기여하기에, 본 연구를 통해 규명된 sedDNA의 분해작용은 추후 종양 세포의 항암제 내성을 극복하는 효과적인 항암치료 개발에 유용한 정보를 제공함. ∎ 본 연구에서 핵심이 되는 sedDNA 분석기술을 보다 고도화한다면 개인별 DNA 손상복구 활성도를 직접적으로 상호비교할 수 있어, 추후 개인 맞춤형 암 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최준혁
• 주관연구기관 : 한국표준과학연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. DNA 복구;뉴클레오티드 절단 복구;자외선;DNA 손상;암; 2. DNA repair;NER;UV radiation;DNA damage;Cancer;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 정량적 핵무기 잠재력 분석법을 기반으로 북핵 핵심 시설을 규명하고 이를 바탕으로 북한 비핵화 조치의 우선순위를 도출 ◼ 전체 내용 ‘기정학(技政學)의 시대’, 과학기술은 외교 및 안보 분야의 핵심으로 떠오르고 있다. 특히 한반도의 지정학(地政學)적 특성을 고려한 기정학적 사고가 반드시 필요함. 이러한 배경으로 ‘북핵’에 관한 선제적인 학술연구는 그 이해당사자 간 북핵 대응 조치에 대한 공통된 인식 마련을 위한 정책적 함의가 클 것임. 북핵 프로그램의 핵심 시설 및 기술을 객관적으로 규명하는 것을 시작으로, 본 연구는 북한을 대상으로 한 핵무기 잠재력 분석(nuclear weapons latency analysis)을 통해 북핵 프로그램의 핵심 시설을 정량적으로 규명하고 이를 바탕으로 향후 북한 비핵화 조치 대상의 우선순위 및 그 정책적 함의를 도출하고자 함. □ 연구개발성과 1. 북핵 프로그램 묘사 페트리넷 모형 구축 및 보완, 검증 2. 비핵화 조치 가상 시나리오 시뮬레이션 및 핵심 시설 중요도 정량화 3. 향후 북한 비핵화 조치 대상의 우선순위 및 그 정책적 함의 도출 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 1. 과학기술적 논의 및 정량적 분석 기반 북한 비핵화 로드맵 구체화  북한 핵무기 프로그램에 대한 원자력 공학적 고찰 제시  정량적 분석을 통한 객관성 및 구체성 제고 2. 증거 기반 의사 결정 및 정책 수립에 기여  북핵 이해당사자 간 공통 인식 마련  융합적 방법론을 통한 합리적·효율적 외교 정책 수립 (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 박경열
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 북핵;핵무기 잠재력;페트리넷;비핵화;핵심 시설; 2. North Korea nuclear weapons;Nuclear weapons latency;Petri net;Denuclearization;Critical facility;

□ 연구개요 펨토초 레이저의 고차조화파 발생을 통해 초고속-고선속 극자외선 광원을 개발하고, x-선 자유전자레이저, 초강력 펨토초 레이저 등과 함께 활용하여 다양한 조건의 나노플라즈마 생성 및 진단기법을 개발하였다. 이를 통해 나노플라즈마에서 발현되는 양자현상 및 비평형 상태의 물성을 나노미터–펨토초 수준에서 측정, 이해하고 나노플라즈마를 이용한 응용기술을 개발하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 초고속 XUV 광원 개발 및 나노플라즈마 연구 응용 - XUV 분광기 개발 / 고차조화파 발생용 챔버 제작 - 펨토초 XUV (50~100 eV)발생, 펨토초 펌프- XUV 프로브 빔라인 구축 - 2색 레이저 시스템을 이용한 모든 정수차수 고차조화파를 포함한 XUV 발생 - 축퇴 알루미늄 플라즈마에 대한 XUV 펌프-프로브 시연 - WDAl의 극자외선 불투명도 측정 연구 - WDAl의 초고속 비평형 전자 동역학 연구 - 금 나노플라즈마의 초고속 광학적 성질 변화 측정 - Chirped pulse 활용 주파수 영역 간섭계 개발 - 나노플라즈마의 불투명도 계산 연구 ■ X-선 자유전자 레이저 및 초강력 레이저 활용한 나노플라즈마 연구 - 비평형 Warm Dense Cu에 대한 fs-XAS 측정 - 귀금속의 녹는 순간의 비평형 전자 동역학 규명 - WDM의 전자-포논 결합도 측정연구 - 금의 melting 과정에 대한 시분해 Grazing Incident SAXS (GISAXS) 측정 연구 - 레이저-플라즈마 활용 200~1000 eV 영역의 연 X-선 광원 발생 및 펌프-프로브 셋업의 개발 및 시연 - Warm dense C 나노박막의 펨토초 레이저 melting 현상에 대한 x-선 흡수 분광 진단 - 고에너지밀도 탄소 및 Warm Dense Diamond의 결합구조 변화 측정 - 고출력 레이저 나노플라즈마 생성 및 Kα 방출분광 진단 연구 - Si 나노와이어 플라즈마 생성 및 Double core-hole Ka 분광 측정 - 실리콘 플라즈마 내 hollow atom 생성 - 나노 슬랩 플라즈마의 Coherent Transition Radiation(CTR) 측정 및 상대론적 전자 펄스의 에너지 수송 기작 규명 - 고에너지밀도 플라즈마의 불투명도 계산연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과는 플라즈마 시스템에 대하여 새로운 연구도구인 XUV와 XFEL의 적용을 통해 플라즈마 과학의 발전과 나노플라즈마 시스템에 대한 측정기술의 정확성 향상을 이루었다. 특히 축퇴플라즈마의 초고속 물리량 측정기법, XFEL-나노플라즈마 상호작용에 대한 연구는 기술 혁신과 학문 간 융합기술의 발전에 기여하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조병익
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 나노플라즈마;극자외선;엑스선 자유전자레이저;펨토초 레이저;비평형 동역학; 2. nano plasma;Extreme Ultravaiolet;X-ray Free Electron Laser;Femtosecond Laser;Nonequilibrium dynamic;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 정인철
• 주관연구기관 : 소울머티리얼
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 2차전지;방열;마그네시아;저온소결;고열전도; 2. secondary battery;radiation;Magnesia;low temperature;high heat conduction;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 자기 거울 플라즈마 기반 중성자 발생 장치 개발에 요구되는 자기 거울 플라즈마 성능 개선을 위해 필요한 자기 거울 플라즈마에 대한 물리적 이해 증진 ◼ 전체 내용 본 연구개발과제는 크게 두 가지 큰 역무로 나누어 진행되었음. 첫 번째 역무는 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 위한 실험적 기반을 다지는 것으로, 소스 플라즈마 파워 시스템 개선, 밀도 측정을 위한 간섭계 개발, 분광계 데이터 해석을 위한 충돌 방사 모델 개발, 불안정성 구조 분석을 위한 자기 탐침 어레이 개발 연구를 수행함. 두 번째 역무는 자기 거울 플라즈마 이해 증진을 위한 실험 연구를 수행하는 것으로, 자기 거울 플라즈마 성능에 불안정성이 미치는 영향 분석, 소스 플라즈마 파워, 자기장 크기 및 구조와 같은 여러 실험 조건이 자기 거울 플라즈마 성능에 미치는 영향 관찰, Expander 조건 변화가 플라즈마 성능에 미치는 영향 연구를 수행함. □ 연구개발성과 본 연구개발과제의 연구 성과는 크게 두가지로 나눌 수 있음. 첫째는 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 위한 실험적 기반을 확보한 것이고, 둘째는 자기 거울 플라즈마 물리 이해를 증진하기 위한 물리 실험을 수행하여 플라즈마 성능 변화 요인과 플라즈마 성능 제어 방안을 모색한 것임. 자기 거울 플라즈마 물리 연구 수행을 위하여, 소스 플라즈마 파워 시스템을 물리 연구에 적합하도록 개선하였으며, 반도체 기반 플라즈마 가열 시스템을 구축하여 향후 플라즈마 성능 향상을 위한 실험 환경을 마련하였음. 이와 더불어, 간섭계를 개발하여 선적분 밀도를 측정하였으며, 분광계 데이터 분석을 위한 충돌 방사 모델을 개발하여 전자 온도 및 밀도를 추정 후 타진단과의 비교를 통해 모델 개발 방향의 타당성을 확인할 수 있었음. 추가로, 자기 탐침 어레이를 개발하여 플라즈마 내 존재하는 불안정성의 방사 방향 구조를 성공적으로 추정하였음. 이와 같은 연구 성과들을 통하여 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 할 수 있는 실험 시스템을 구축하였음. 구축한 실힘 시스템을 바탕으로 자기 거울 플라즈마 물리 실험을 수행하였음. 기존 실험을 통해 파악한 플라즈마 성능 제어 파라미터들인 소스 플라즈마 파워, 자기 거울비 변화에 따른 플라즈마 성능과 플라즈마 내 불안정성 변화를 본 과제를 통하여 개발한 진단 장치 및 기술을 활용하여 측정하였고, 플라즈마 성능과 불안정성 크기 사이의 연관 관계에 대하여 분석함으로써 플라즈마 성능 변화 요인에 대해 추정할 수 있었음. 또한, expander의 collector 위치를 조정하여 플라즈마 중심의 성능이 변화할 수 있음을 관찰하였고, 본 결과를 통해, collector 위치와 같은 expander 환경을 조정하여 자기 거울 플라즈마 성능을 제어할 수 있는 가능성을 확인하였음. 본 연구를 진행함에 있어, Khalifa 대학의 Kourakis 연구팀에 연구 결과를 공유하고, 같이 논의하여, Kourakis 연구팀과 향후 공동 연구를 추진할 수 있는 기반을 마련하였음. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연구개발성과를 통해 플라즈마 물리 연구에 적합한 자기 거울 플라즈마 실험 시스템을 구축하고 자기 거울 플라즈마에 대한 이해를 증진할 수 있어, 자기 거울 플라즈마 성능 향상을 위한 실험 기술 확보에 활용될 수 있을 것이며, 향후 자기 거울 플라즈마 성능을 향상시켜, 자기 거울 플라즈마 기반 중성자 발생 장치 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대됨 또한 본 과제를 통해 도출된 자기 거울 플라즈마 물리 연구 성과는 중성자 발생 장치뿐 아니라 핵융합 플라즈마 물리 연구, 반도체 제조 공정, 우주 플라즈마 물리를 포함한 기초 플라즈마 물리 연구 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 보임. 이와 더불어, 본 과제는 Khalifa 대학의 Kourakis 교수팀과의 공동 연구를 통해 수행되었으며, 본 과제 성과는 향후 Kourakis 교수님팀과의 장기간 공동 연구 진행을 위한 초석이 될 것으로 기대됨 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성충기
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 자기 거울 플라즈마;중성자 발생 장치;플라즈마 불안정성;플라즈마 진단;전자 번스타인 파동 가열; 2. Mangetic mirror plasma;Neutron source;Plasma instabilities;Plasma diagnostics;EBW heating;

□ 연구개요 골격 발생 과정 동안 연골세포 및 뼈모세포분화를 조절하는 NFI-C 유전자를 이용하여 1) NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형을 분석하고, 2) 골격 이형성증을 유발하는 NFI-C 과발현생쥐를 이용하여 골격 발달 과정동안 NFI-C 유전자와 다양한 골격 이형성증 유발 전사인자 및 성장인자 사이의 상호작용 기전을 밝히며, 3) 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐를 제작하여 뼈 및 연골 발생 동안 NFI-C에 의한 골격 이형성증 유발 기전을 규명하여 궁극적으로이연구 결과를 골격 이형성증 진단 및 치료제 개발에 응용하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 연구목표 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형 변화 분석 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 유발 기전 연구 ● 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐 제작 및 분석 2. 연구결과 ● NFI-C 과발현 생쥐는 사지 발달과 머리뼈 형성에 이상을 초래한 것이 사람의 페인골드(Feingold, 팔다리의 길이가 짧고, 손가락과 발가락의 길이가 짧아지고, 소두증을 가지는 유전병)) 증후군과 유사한 표현형을 보여주었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 넙다리뼈와 머리뼈는 정상 생쥐와 비교하여 뼈 밀도가 감소 되어 있었음. ● 또한 성장판의 크기가 감소 되어 있었으며 이는 성장판의 proliferating zone이 현저히 감소 되어 있었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 연골모세포와 뼈모세포에서 이들 두 세포의 분화 마커 유전자들은 정상과 비교하여 현저히 감소된 것을 확인하였음. ● NFI-C가 과발현된 생쥐의 연골세포에서 페인골드 증후군을 유발하는 Mycn1 유전의 발현이 현저히 감소되어 있었으며, 또한 골격 이형성증 유발에 관여하는 TGF-β, Fgf family 유전자 발현 또한 감소된 것을 확인함. ● TertR/NFI-C 생쥐는 NFI-C 유전자가 발현되지 않은 상태로 태아기와 출생 후 정상 생쥐와 같은 표현형을 나타내었으며, 관련 유전자 또한 변화를 나타내지 않았음. ● 그러나 임신 중인 TertR/NFI-C 생쥐에 타목시펜을 새끼가 태어날 때까지 처리하였을 때 태어난 생쥐는 NFI-C 과발현 생쥐와 같은 표현형을 나타내었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 새로운 골격 이형성증 유발 유전자의 기전을 규명함으로써 임상, 기초, 및 중개 연구에 귀중한 리소스를 제공할 수 있음. ● 골격 이형성증 기전에 대한 의약학 관련 학문에 관련 지식을 제공 ● 골격 이형성증의 중요한 병태 생리 기전을 타겟으로 골격 이형성증 진단 방법 및 치료제의 타겟 개발에 활용 ● 골격 이형성증 진단 및 치료에 따른 개인적, 사회적 부담 절감 ● 환자와 그 가족에게 중대한 긍정적인 삶의 변화에 대한 진정한 희망을 제공 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이동설
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 골격이형성증;엔에프원시;연골;뼈;과발현; 2. Skeletal dysplasia;NFI-C;Cartilage;Bone;Over expression;