Ⅱ. 연구의 배경 및 필요성 □ 정부 R&D 효과성 및 효율성 저하에 따른 지속적 개선 및 타 선진국 대비 질적 성장률 향상을 통한 연구수준 제고 요구 증대 o 매년 수립되는 성과관리 시행계획의 수립 및 향후 연구개발사업의 효과적인 추진을 통한 성과 목표 및 지표 제시 필요 - 원자력연구개발사업 추진을 위해 수립된 제6차원자력진흥종합계획 및 원자력연구 개발5개년 계획 등 상위 종합계획에서 제시된 임무에 기반한 사업의 효과적 추진을 위한 전략 마련 - ′전략목표-성과목표-성과지표′ 등의 요소들이 유기적으로 결합되어 전체적인 일관성을 가질 수 있도록 임무와 전략목표 간 연계성 확보 Ⅲ. 연구범위 및 수행절차 □ 원자력연구개발사업 분야 내 원기금으로 운용되는 사업 16개와 함께 추후 부처의 요청으로 추가된 일반 회계계정으로 구분된 방사선 기술 분야(5) 및 기초기반_방사선 분야(5)를 포함하여 총 21개 사업을 대상으로 조사·분석을 수행하였음 Ⅲ. 연구결과 □ 원자력연구개발사업(2023-2027년)의 대표 핵심성과로 선정된 6개분야는 미래원자력, 사용후핵연료관리, 원자력안전, 원전해체, 원자력인프라, 방사선 분야임 (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 이기종
• 주관연구기관 : (주)이니씽크
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 원자력연구개발;성과관리 체계;성과관리 전략;성과지표;지표발굴;평가기준;측정방법; 2. Nuclear technology development;performance management system;performance management strategy;performance indicator;performance goals;indicator design;evaluation standard;indicator methodology;

□ 연구개발 목표 및 내용 ㆍ 최종 목표 본 연구는 그래핀(graphene)을 사용하여 우수한 테라헤르츠파 검출기(terahertz wave detector)를 구현하는 것이 목표다. 그래핀은 일반 금속에 비해 큰 열전기력(thermoelectric power) 특성을 갖고 조절가능한데, 이것을 이용하면 테라헤르츠파(terahertz wave)를 간단하면서 정밀하게 측정할 수 있다. 본 연구를 통하여 현재 테라헤르츠파 검출 기술의 한계를 극복하고, 상온에서도 작동 가능한 테라헤르츠파 이미징(imaging) 기술로 발전시킬 계획이다. 특히 그래핀으로 수백 개의 검출기 배열(array)을 만든 후 그래핀의 유연성(flexibility)을 이용하여 반구 모양의 유연한 절연체 기판위에 배열해 놓으면 사람의 눈과 같은 형태가 되는데, 이는 테라헤르츠파 검출 성능을 더욱 향상시켜 이미지화할 수 있는 효과적인 “눈(eye)”이 될 것이다. ㆍ 전체 내용 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안 검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. 그래핀은 탄소 원자의 한층으로 벌집 격자를 갖는 이차원 물질이다. 즉 부피가 없고 이차원의 표면만 있어 매우 작은 열질량 (thermal mass)을 갖고 있다. 그래핀을 이용하면 테라헤르츠타 검출기에 매우 빠른 응답속도를 주게 된다. 또한, 그래핀은 매우 낮은 전자-포논 결합성(electron-phonon coupling)을 갖기 때문에 포논 (격자) 온도에 비해 전자의 온도만 선택적으로 증가시킬 수 있어 검출기의 성능을 떨어뜨리지 않으면서 높은 측정 감도를 유지하게 된다. 테라헤르츠파를 입사하게 되면 그래핀의 온도가 올라가게 되는데, 그래핀의 저항은 온도 의존성이 약하기 때문에 테라헤르츠파 신호 검출을 위해 사용하기 어렵다. 대신에 우리는 그래핀의 크고 조절 가능한 열전기력(thermoleelctric power)을 이용하여 전자의 온도증가를 미세하게 감지할수 있다. 국제공동연구의 스웨덴 Chalmers University of Technology 측 연구책임자인 Prof. August Yurgens 그룹은 이미 실험을 통해 그래핀의 열전기력을 이용한 검출기 아이디어가 “기가헤르츠(Gigahertz, GHz)와 온도 100 K 영역”에서 성공적으로 작동함을 보여주었다. 구체적으로 94 GHz에서 광학 감도 400-700 V/W 와 잡음 등가 파워 NEP = 20 pW/Hz 로 반도체 다이오드에서 얻은 최신 결과와 비슷하거나 더 우수함을 보여주었다. 따라서 본 과제에서는 테라헤르츠파와 검출기 소자 사이의 임피던스 매칭(impedance-matching)과 대용량 검출기 소자의 디자인 최적화 등의 단계를 거쳐 새로운 테라헤르츠파 검출기 소자를 구현하려고 한다. ㆍ 1년차 ∘ 목표 그래핀을 이용한 테라헤르츠파 검출기 개발 ∘ 내용 · 테라헤르츠파와 검출기 사이의 임피던스 매칭 (impedance-matching) 해결 · 다양한 절연 기판을 사용한 검출기 작동 실험 · 그래핀의 도핑농도 및 케리어 타입의 최적화 · 포스포린(phosphorene)을 이용한 테라헤르츠파 검출기 시험 ㆍ 2년차 ∘ 목표 대면적 그래핀을 이용해서 대량으로 제작 배열된 테라헤르츠파 검출기 연구 ∘ 내용 · 대면적 그래핀의 열전기력 1/f 잡음 측정 · 실리콘 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 · 유연한 기판 위에 대면적 그래핀을 이용한 대량의 테라헤르츠파 검출기 배열 제작 □ 연구개발성과 본 한-스웨덴 과학기술 공동 연구사업을 통해 2개의 연구 결과가 국제저널 Sensors, Journal of the Korean Physical Society 에 출판되었고, 향후 2~3개의 추가 논문이 투고를 위해 준비중이다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 테라헤르츠 기술은 그 발생기와 검출기 개발의 어려움으로 인해서 마이크로웨이브나 적외선 기술에 비하여 상대적으로 발달되지 못했다. 하지만 테라헤르츠파는 잠재적으로 보안, 의학, 천문학 및 재료 검사 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어 테라헤르츠파는 사람에게 은폐 된 무기를 원격으로 탐지하는 보안검사에 사용될 수 있는데 이는 테라헤르츠파가 직물이나 플라스틱은 침투할 수 있지만 금속은 침투할 수 없는 특성 때문이다. 또한 물은 테라헤르츠파를 흡수하므로 인체의 일부도 테라헤르츠파를 이용해 이미징할 수 있다. 그리고 테라헤르츠파는 인체에 무해하기 때문에 살아있는 조직과 DNA에 대해 안전하여, 의약분야에서 폭 넓게 사용 가능하며 이는 기존의 엑스레이(X-ray)를 사용하는 것보다 더 정확한 인체 내부 이미징을 가능하게 할 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 남영우
• 주관연구기관 : 경상국립대학교
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 그래핀;테라헤르츠파;열전기력; 2. graphene;terahertz waves;thermoelectric power;

Ⅳ. 연구개발 결과 ● 중저선량 방사선의 임상적 활용을 증대시키기 위한 정책과제로 뇌질환, 관절염 및 폐 질환에 대한 연구현황, 특허현황 및 산업현황에 대한 분석을 진행 ● 이를 바탕으로 향후 진행되어야할 RFP를 제안 ● 도출과정에 전문가 설문조사, 국내외 논문현황분석 (2010년 이후), 및 특허/산업계 분석을 진행하였고 이 결과를 공청회 및 전문가 자문회의를 통해 공정성을 확보 ● 또한 위해도/독성에 대한 분석을 따로 진행함으로써 중저선량 방사선 치료시 나타날 수 있는 독성/부작용에 대한 연구의 타당성을 제시 ● 위의 과정을 통해 도출된 내용은 ✓ 중저선량 방사선치료 가능 질환별 전임상 연구 체계 도출을 위해 질환 (뇌질환, 관절염, 폐렴을 포함한 폐질환등) 도출 ✓ 각 질환별 전임상 동물모델 제시, 각 질환별 중저선량 전임상 방사선 치료 사례기반 선량 조사 및 분석하여 각 질환별 최적의 선량 제시 ✓ 중저선량 방사선의 질환별 전임상 치료 효과 분석 방법론 제시 ✓ 중저선량 방사선 위해성 평가 방법론 도출을 위해 장기(organ)별 중저선량 방사선 위해성 평가 방법론 제시 ✓ 특히 중저선량 선량 특이적 위해성 평가 방법론 제시하였음. (출처 : 요약문 5p)

• 연구책임자 : 이윤실
• 주관연구기관 : 이화여자대학교
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 중저선량 방사선;치료;방사선선량;부작용/독성. 뇌질환;관절염;폐질환; 2. Intermediate radiation;Treatment;Radiation dose;Side effects/Toxicity;Neuronal disease;Arthritis;Pulmonary disease;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구의 목표는 햅틱 디스플레이 표면에 저주파 진동 패턴 구현 시 디스플레이 표면에서 방사되는 소음을 제어하는 것으로, 디스플레이의 원하는 위치에서 복잡한 진동 패턴을 구현함과 동시에 방사되는 음압 레벨을 원하는 크기와 음색으로 균일화하는 것이다. 본 연구를 통해 디스플레이 표면에서의 방사 소음을 사람의 청각 인식을 고려해 디자인하고, 햅틱 피드백 구현 시 소음으로 인한 촉각 인식 능력의 저하를 최소화하여 햅틱 피드백 기술의 퀄리티를 향상할 수 있다. ○ 전체 내용 본 연구의 연차별 연구 내용으로 1차년도에는 플레이트 표면의 진동으로 인한 방사 소음 이론을 활용하여, 액추에이터 구동의 선형 합성을 통한 방사 소음 제어 알고리즘을 개발할 것이다. 2차년도에는 디스플레이 표면과 액추에이터의 주파수 응답 함수를 고려한 액추에이터 최적 배치에 대한 연구를 하여 시스템의 최적화와 컴팩트화를 진행하고, 액추에이터 구동 알고리즘을 통한 진동 패턴 구현 및 방사 소음 균일화를 진행할 것이다. 세부 연구내용으로는 1차년도에 플레이트 표면의 속도 성분을 통한 방사 소음의 음압 레벨 계산 이론에 대한 선행 연구를 분석하고, 본 연구에 적용하여 실험 환경과 시스템을 구축한다. 디스플레이 표면과 액추에이터의 주파수 응답 함수를 추출하여, 주파수 응답 함수 기반 액추에이터의 구동으로 인한 음압 레벨 계산 알고리즘을 개발한다. 이후 방사 소음의 음압 레벨의 제어를 위한 액추에이터 인가 전압의 선형 합성 알고리즘을 개발한다. 2차년도에는 주파수 응답 함수 기반 음압 레벨 계산 알고리즘을 적용하여 액추에이터 배치의 파라미터 연구를 진행한다. 파라미터 연구의 결과를 토대로 햅틱 피드백 시스템을 최적화하여 방사 소음 제어의 퀄리티를 향상시킨다. 최종적으로 액추에이터 구동 알고리즘을 통해 균일한 읍압 레벨의 소음을 방사하는 액추에이터 구동 기술을 개발하여, 햅틱 피드백 구현시 방사되는 소음으로 인한 촉각 인식 능력의 저하를 최소화한다. □ 연구개발성과 본 연구를 통해 햅틱 피드백을 위한 진동 패턴 구현 시 방사되는 소음을 정확하게 예측하는 방법론을 구축하고, 여러 액추에이터의 구동 신호 합성을 통해 방사되는 소음을 저감하거나 균일화하는 기술을 개발하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 기존의 산업계에서는 햅틱 피드백의 소음 문제를 해결하기 위해 초음파 햅틱을 사용하거나, 스피커를 통해 햅틱용 사운드를 생성하였는데, 초음파 햅틱의 경우 고가의 압전 소자를 다량으로 부착해야 하고 스피커를 통한 햅틱용 사운드의 경우 방사 소음을 근본적으로 해결하지 못한다는 한계가 있다. 본 연구의 성과를 통해 저주파 햅틱 피드백 기술의 방사 소음 문제를 시스템의 구조적인 변동 없이 해결할 수 있어 비용적인 측면이나 구조적인 측면에서 효율성을 혁신적으로 높일 수 있다. 또한, 본 연구의 개발 내용은 시스템의 구조적인 변동이 없어 기존의 차량용 햅틱 디스플레이나 태블릿 PC 등의 햅틱 피드백 제품에 바로 적용할 수 있다는 장점이 있다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김휘재
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 햅틱 피드백;진동 패턴 렌더링;방사 소음;촉각 인식;심리음향; 2. Haptic Feedback;Vibrotactile rendering;Noise Radiation;Tactile Perception;Psychoacoustics;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 포유동물의 난자 성숙에서 fission 억제 및 불균형과 핵 성숙 손상과의 관계를 규명하고 미토콘드리아 분열 유도 물질 또는 spindle assembly 복구 물질을 통해 포유동물 난자의 성숙 회복 기전을 조사하여 새로운 기전을 제시하고자 함. ○ 전체 내용 포유동물 체외성숙 동안 mitochondrial fission 억제에 따른 spindle assembly 손상에 대한 상관관계에 대해 조사하고, 이후 mitochondrial fission 조절 물질을 통해 포유동물 난자의 체외성숙 동안 핵 성숙 손상에 대한 회복 기전을 분석함. ○ 1단계 ◎ 목표 포유동물 난자의 체외성숙 과정 동안 mitochondrial fission 억제 물질인 Mdivi-1과 Drp1 siRNA 처리에 따른 체외성숙의 변화와 spindle aseembly와 mitochondrial fission과의 상관관계 규명 ◎ 내용 ■ 돼지 난자 체외성숙 과정에서 Mdivi-1과 Drp1 siRNA의 노출이 mitochondrial fission 관련 인자에 미치는 영향과 그에따른 meiotic maturation 변화 확인 ■ 돼지 난자의 체외성숙에서 Mdivi-1과 Drp1 siRNA 처리가 spindle assembly 관련 단백질과의 상관관계 규명 ■ 돼지 난자 체외성숙 동안 Mdivi-1 및 Drp1 siRNA 노출에 의한 mitochondrial 유래 ROS 및 기능 조절 변화 확인 ○ 2단계 ◎ 목표 Mitochondrial fission 회복 물질로써 Melatonin 및 MIT-001을 이용하여 Mdivi-1 및 Drp1 siRNA 처리에 의한 mitochondrial 기능 이상 및 spindle assembly 회복 기작 규명 ◎ 내용 ■ Melatonin을 사용하여 mitochondrial fission 관련 단백질과 spindle assembly 회복 정도 확인 ■ Mitochondria 유래 ROS 제거를 도와주는 물질인 MIT-001을 이용하여 항산화 효과가 mitochondrial fission과 spindle aseembly 회복에 미치는 영향 확인 ■ Melatonin과 MIT-001에 의해 mitochondria 기능 회복과 그에 따른 돼지 난자의 체외성숙 회복 효과 검증 □ 연구개발성과 [1차년도] SCI 국외논문 1편, 국내 학술대회 논문발표 2편 [2차년도] 비SCI 국내논문 2편, SCI 국외논문 2편, 국내 학술대회 논문발표 4편, 국제 학술대회 논문발표 2편 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ■ 포유동물 난포란의 체외성숙 동안 mitochondrial fission의 조절을 통해 핵 성숙에 mitochondrial dynamics의 중요성을 제안함. ■ 포유동물 난자성숙에서 항산화제를 이용하여 mitochondrial fission의 조절을 도와줌으로써 mitochondria 유래 손상에 의한 핵 성숙 극복 기전을 규명하고 체외 성숙 효율 개선을 위한 새로운 방법 제시할 수 있음. ■ Mitochondrial dynamics 조절 물질을 이용한 새로운 체외배양액 제조 가능성을 확인하고 인간의 난임 보조생식술을 위한 새로운 회복 매커니즘을 제시함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 양슬기
• 주관연구기관 : 대구대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 미토콘드리아 분열;스핀들 조립;다이나민 관련 단백질 1;멜라토닌;체외성숙; 2. Mitochondrial fission;Spindle assembly;DRP1;Melatonin;In vitro maturation;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 백종학
• 주관연구기관 : 이티유(ETU)
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 내방사선;전원공급장치;원자력발전소;조명기기;회로설계; 2. Radiation hardening;Power supply;Nuclear power plant;Light system;Circuit design;

□ 연구개요 희토류 원소를 구성하는 원자핵의 구조에 대한 이론적 기반을 구축하는 것이 매우 중요하다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구는 IBM을 바탕으로 희토류 영역에 속하며 회전적인 성질과 진동 스펙트럼을 동시에 가지는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 낮은 에너지준위 사이에서 일어나는 전자 기전이와 같은 핵의 성질을 analytic하게 계산하는 것이 목적이다. □ 연구 목표대비 연구결과 중간 및 무거운 짝수-짝수 변형핵의 집단운동의 성질은 핵물리학에서 중요한 과제 중의 하나로 IBM을 이용하여 다양하게 연구되어 왔다. 집단적 성질을 가진 핵의 에너지준위와 여러 가지 전자기적 성질에 대한 IBM의 성공에도 불구하고 자기쌍극자(M1) 전이에 관한 연구는 상대적으로 미흡하였다. 희토류 영역의 변형핵에 3MeV 근처의 K=1 띠에 속한 1+ 준위의 발견으로 IBM-2에 의한 집단핵의 자기적 성질의 이론 연구가 활발하게 이루어져왔다. 가위모드라 불리는 1+ 상태는 아이소벡터 궤도 M1 들뜸상태로 설명되고, 주로 희토류 영역에 속하는 강하게 변형된 핵에서 일반적인 현상으로 알려져 있는 기본 들뜸모드이다. 본 연구에서는 이를 해석학적 기술방법으로 수학적 formalism을 통해 실험적 현상을 설명하고자 한다. 최근 변형핵(deformed nuclei)과 입자의 산란 및 변형핵에 의한 방사포획반응이론 등 희토류 영역의 변형핵에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구는 변형핵의 구조와 같은 기초적인 이론 즉 핵구조(nuclear structure)이론을 필요로 한다. 핵구조이론에 관한 연구는 현재 국내외의 많은 대학 및 연구소에서 활발히 진행되고 있다. 그러나 이론적으로 풀리지 않는 몇 가지 문제점으로 인해 거의 대부분의 연구가 수치계산(numerical calculation) 위주로 이루어지고 있다. 핵의 구조 연구에서 수치적 방법은 실험결과를 비교적 정확히 설명할 수 있는 장점이 있으나 계산과정을 파악하기 힘들어 물리적 의미를 찾기가 어렵다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질(에너지준위와 전자기전이 등)이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서는 IBM과 IBFM을 바탕으로 동역학적 대칭인 Hamiltonian에 phase transition에 관련된 1차 섭동항을 첨가하여 비교적 넓은 범위에 해당하는 변형핵의 에너지스펙트럼 및 전자기적 성질을 analytic expression으로 나타내고자 한다. 이 결과는 물리적 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 기하학적 모형과의 대응·비교를 통해 집단모형(collective model)내의 상호관계 정립에 기여할 수 있을 것이다. 우주에서 핵합성 등의 측정 또는 실험 불가능한 상황은 이러한 이론적 모형에 의해 설명될 수 있다. 중성자 포획 후 방출 감마선을 측정한 실험결과를 이론적인 핵모형에 의하여 잔류핵의 물리적 성질이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 많은 핵자료는 여전히 가공되지 않은 채로 있으며 이의 정밀하고 합리적인 해석을 위해 핵물리학에서 이론의 활발한 연구가 필요하다. 본 연구에서 짝수-짝수 변형핵 뿐 아니라 홀수-A 변형핵의 구조 연구를 통해 에너지스펙트럼을 포함한 전자기전이의 analytic expression이 완성되면 수치계산 결과에 대한 통찰력과 transfer reaction 및 중성자 포획반응에 관련된 실험에 이론적 기초(base)를 제공할 수 있을 것이다. 특히 희토류 원소의 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율에 관한 실험데이터는 부족한 실정이므로 이러한 이론을 바탕으로 실험데이터의 이론적 예측 및 실험 방안의 가이드라인을 제시할 수 있을 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수연
• 주관연구기관 : 동의대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 희토류 원소;변형핵;보오존 상호작용 모형;보오존-페르미온 상호작용 모형;중성자 포획반응; 2. rare-earth nuclei;deformed-nuclei;IBM;IBFM;neutron-capture reaction;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 박진희
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 방사선 치료;Abscopal 효과;면역치료;유방암;전이; 2. Raiotherapy;Abscopal effect;Immunotherapy;Breast cancer;Metastasis;

□ 연구개요 최종목표:경수로형 SMR 대상 사고완화전략 수립을 위한 공기 자연대류 열전달 모델 개발 및 장기냉각성능 평가 본 연구개발 수행을 통해 경수로형 SMR 대상 공랭식 피동잔열제거계통의 냉각성능을 적절히 예측할 수 있는 열전달 모델 개발 및 반영을 통해 계통 냉각성능 평가 및 장기냉각전략(무한냉각) 수립을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 실험결과 기반으로 기존 공기 자연대류 열전달 상관식의 냉각성능 예측성을 평가 ○ 수직 평행판(Vertical parallel plates) 내 공기 자연대류 열전달 관련 선행연구 조사 및 실험 수행 및 코드해석결과 비교를 통해 200 ℃ 이상의 벽면온도조건에서 적절한 냉각성능예측이 어려움을 확인함. 2. 혼합대류 형태의 상관식 개발을 통해 경계조건, 댐퍼조건에 따른 냉각성능 예측성을 개선 ○ 경계조건 증가 시 유량 증가에 따른 열전달 성능 증가 (Ra#↓,Re#↑,Nu#↑)효과와 댐퍼폐쇄에 따른 유량 감소에 의한 열전달 성능 감소(Ra#↓,Re#↓,Nu#↓)를 동시에 고려할 수 있는 혼합대류 형태의 상관식을 적용하여 냉각성능 예측성을 개선하였음. 3. NuScale & i-SMR 대상 공랭식 피동잔열제거계통 도입 시 장기냉각성능을 평가 ○ NuScale을 대상으로 공랭식 피동잔열제거계통 도입을 고려할 시, 공랭식 피동 잔열제거계통의 냉각을 통해 공동수조 내 냉각수 비등을 통한 냉각을 공기냉각으로 대체할 수 있으며 3일 이후부터는 공기냉각을 통해 냉각이 가능함을 확인함. ○ i-SMR의을 대상으로 공랭식 피동잔열제거계통 도입을 고려할 시, 기존 환형유로 형태의 계통 대비 160% 냉각성능 증진을 확인하였으며 약 8일 이후부터는 단독냉각이 가능하며 약 800ton의 냉각수 용량을 절감할 수 있는 것을 확인하였음. 4. 격납용기 하부형상을 고려하여 다차원 유동효과 실험을 통해 1D코드 해석결과의 신뢰성 검증 ○ 하부채널 간격(B) 변화는 전체 냉각성능 변화에 큰 영향을 미치지 않으며 상부 채널 간격(G)에 따라서 내부유동 형태 및 전체 냉각성능이 결정되는 것을 근거로 MARS-KS 코드해석 시 하부 채널에서의 다차원 유동효과가 고려되지 않더라도 해석결과에 큰 영향이 없으며 결과의 신뢰성에는 영향이 없음을 확인함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 국내 개발SMR의 경쟁력 강화 및 세계최고수준의 피동냉각성능을 확보를 통한 시장 경쟁우위 확보에 기여 SMR의 안전관리체계 구축 및 규제체제 개발(인허가 규제요건) 시, 예비안전성 분석 등에 적극 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김경문
• 주관연구기관 : 인천대학교
• 발행년도 : 20230700
• Keyword : 1. 공기냉각;소형모듈원자로;피동냉각;원자력열수력;열전달 상관식; 2. Air-cooling;Small Modular Reactor;Passive cooling;Nuclear thermal-hydraulics;Heat transfer correlation;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 간은 인체 기관 중에서 크기가 가장 크며 다양한 세포로 구성되어 있는데 이 중 간세포(hepatocyte)는 전체 질량의 70-85%를 구성하며 간의 대사 기능을 수행한다. 특히 알코올 및 모든 약제를 외부 물질로 인식하며 전신 순환계로 흡수되는 것을 방지하고 독성을 해소하기 위하여 주요 대사과정을 수행한다. 따라서 과도한 대사과정은 세포 내 에너지 대사를 담당하고 있는 미토콘드리아의 기능을 손상시키며 이를 통해 다량의 산화제가 발생한다. 이러한 해독과정에서 발생하는 다량의 산화제는 간의 대부분을 차지하는 간세포를 손상시키고 궁극적으로는 간의 기능이 소실되어 간 독성 및 간 질환이 유발된다. 이와 관련된 대표적인 독성 물질은 알코올 및 해열진통제와 같이 접근성이 쉬운 물질이며, 간 손상으로 인한 간 질환은 특정 집단이 아닌 전 세계 모든 인종에게 해당되는 질환이기 때문에 병리 진행 기전 및 새로운 신호 조절자의 규명이 치료에 매우 중요하다. 따라서 간 질환은 간세포에서의 약물 대사 및 간 손상 메커니즘과 연관하여 이해되어야 하지만, 놀랍게도 현재까지 알코올 및 약물의 중단 또는 외과적 수술 (예:간이식) 등을 제외한 효과적인 치료방법은 없으며 치료 타겟의 발굴 및 기전에 대한 이해가 부족하다. 알코올성 간 질환은 전 세계적으로 3번째로 가장 많이 발생하는 질환이며 매년 2백 50만 명이 사망하고, 모든 사망 원인의 4%를 차지한다. 특히 우리나라에서는 바이러스 간 질환에 이어 가장 많이 발생하며 관련 사망자 수도 연간 10만 명당 9.6명으로 높다. 그럼에도 불구하고 우리나라 국민의 정서는 음주에 관대하며 대인 관계에 중요 요소로 간주되기 때문에 이는 일반 대중에서 알코올성 간 질환이 중요한 문제임을 방증한다. 특히 성인 1인당 알코올 소비량이 증가하여 최근에는 우리나라가 알코올 소비가 가장 많은 나라에 속하며, 결과적으로 알코올성 간 질환의 빠른 증가를 가져왔다. 알코올성 간 질환은 지방간 및 간섬유화를 거쳐 간 경화와 간암으로 진행하며, 만성적인 알코올 섭취는 치료가 불가한 상태로 질환을 악화시킨다. 하지만 위에서 언급했다시피 효과적인 치료제가 없는 상황이며 따라서 병리적 진행 메커니즘을 밝히는 것이 필수이다. 아세트아미노펜은 해열진통제로 널리 사용되는 치료제이다. 아세트아미노펜은 안전하다 알려져 있으나 과량 복용 시 심각한 간손상 및 급성 간부전을 유발할 수 있다. 특히 처방전 없이 약국과 편의점 등에서 구매가 쉽게 가능하기 때문에 중독의 가능성이 높으며, 미국에서는 급성 간부전의 가장 흔한 원인으로 꼽힌다. 아세트아미노펜의 해독제로 N-acetylcysteine (NAC)이 사용되고 있으나, 오심, 홍조, 두드러기, 기관지 연축, 혈관부종, 발열, 저혈압 등의 부작용이 야기된다. 여전히 NAC의 최적 용량과 기간에 대한 연구와 정보는 부족하며 안전성 및 내성에 대해서 의문이 전 세계적으로 꾸준히 제기되고 있다. 따라서 아세트아미노펜에 의한 간 손상의 완벽한 치료제가 없는 상황이며 부작용이 없는 궁극적인 치료제 개발이 필요하다. 핵 수용체(nuclear receptor)는 리간드(ligand)에 의해 활성화 되는 전사인자이다. 핵 수용체는 인간에는 48가지, 쥐에는 49가지가 존재하며 동물 세포 생존에 필수적이다. 핵 수용체는 DNA 결합 도메인을 가지고 있으며, 세포질 혹은 핵 내에 존재하고 리간드에 의하여 활성화되면 타겟 유전자까지 이동하여 유전자 발현을 조절한다. 또한, 핵 수용체는 지방, 아미노산, 약물, 알코올의 산화 등을 포함하는 대사의 역할을 수행한다. 따라서 핵 수용체는 산화 및 대사의 주요 조절자로서 간 질환 진행에서 핵심적인 역할을 할 수 있다. 특히 핵 수용체는 특정 타겟을 목표로 전사 조절하기 때문에, 핵 수용체의 리간드를 발견하고 길항제(antagonist)와 작용제(agonist)를 이용한 병리 치료 연구는 신약 개발에 있어서 매우 중요한 연구 분야로 지목되고 있다. 그럼에도 불구하고 간 손상 질환 환자의 병리 진행에서 핵 수용체의 역할에 관한 연구는 매우 미비한 실정이다. 본 연수에서는 알코올 및 아세트아미노펜에 의한 간 질환에서 활성화됨으로써 병리 진행을 촉진시키는 핵 수용체를 규명하고 그에 따른 분자적 기전을 제시하며, 대사 과정 뿐 아니라 그로 인한 세포의 사멸과 같은 손상 메커니즘을 밝힘으로써 새로운 치료적 타겟을 제시하고자 하였다. 본 연수 과정을 통한 연구결과는, 연수자의 능동적인 과학적 사고의 발전을 도모하고자 하는 본 연수의 목적과 부합할 것이며, 연수자에게는 과학적 지평을 넓힐 수 있는 기회가 될 것이라 기대한다. ○ 전체 내용 본 연수에서는 1) 알코올 및 아세트아미노펜 섭취에 따른 간질환 특이적 핵 수용체를 도출 후 활성을 관찰하고, 2) 간세포 특이적 핵 수용체 결손 동물모델을 구축하여 알코올 및 약물에 의한 간 손상 질환을 치료하는 가장 유의적인 병리 현상을 도출하였으며, 3) 병리 현상을 조절하는 핵 수용체의 하위 타겟을 규명하여 궁극적으로 각기 다른 질환 상황에서 발생하는 병리 기전의 효과적인 제어 및 치료를 위한 신규 타겟 발굴과 의약학적 활용을 위한 연구를 진행하였다. ○ 1단계 ● 목표 지금까지 간 손상 질환 병리기전의 이해와 치료전략은 단일 타겟을 통한 제어에 국한되어왔으며, 알코올 및 약물에 의한 간손상 질환에서 하나의 조절자의 차별적 기능에 대한 연구 관점은 부족했다. 본 연수를 통해 알코올 및 약물에 의한 간 질환에서의 병리 진행에 주요 조절자를 도출함으로써 질환에 따른 각각의 조절 기전을 규명하고자 하였다. 주요 조절자와 하위 타겟을 치료적 신규 타겟으로 제안함으로써, 간세포 특이적인 타겟팅을 통하여 부작용을 최소화하고 병리 진행의 완화를 목표로 하였다. ● 내용 알코올에 의한 간 손상 동물모델 구축, 유전자 결핍 마우스 활용에 의한 증명, metabolomics와 lipidomics를 활용한 대사체 분석 (알코올 식이로 유의적으로 변화하는 아미노산 대사체를 검출, 지질 대사체를 분석), RNA-seq 및 GSEA 분석을 통한 유전자 네트워크 분석 (마우스 모델의 간 시료를 활용한 RNA-seq 또는 공개용 database를 사용하여 유의미한 분자 및 pathway 도출), 일차 간세포 및 계대 배양 가능 세포주를 이용한 in vitro 실험 (간에서 분리한 일차 간세포나 세포주를 활용하여 알코올/아세트아미노펜에 의한 분자적 메커니즘을 증명하고 in vivo 유사한 실험적 의미를 도출) 등의 방법을 활용하여 알코올 및 아세트아미노펜 과잉 섭취에 따른 전사인자의 활성 및 하위 기전을 규명하였다. □ 연구개발성과 간 질환의 치료를 위해서는 기존 약물의 한계를 넘고 부작용을 최소화하는 신개념의 타겟 연구가 필요하다. 경제 및 의료의 발전에 따른 평균수명 증가 및 이에 따른 인구의 노령화에 따라 각종 만성적 질환이 급증하고 있다. 현재까지 제시되고 있는 다양한 약물들은 여전히 그 사용이 제한적이므로 이를 보완하기 위해서는 간 질환을 획기적으로 개선 시킬 수 있는 새로운 패러다임의 확립이 필요하다. 본 연수를 통해서 핵 수용체에 의한 독성 대사의 새로운 기전 규명 및 대사 변질과정에서 수반되는 세포 사멸과 생존 제어의 경로를 제시하였으며, 연구결과의 일부를 국제저명학술지에 게재하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연수를 통한 연구 성과는 알코올 및 아세트아미노펜 섭취에 따른 간 질환 상황에서 병리 이행의 이해를 위한 기반 및 효과적인 치료 타겟 구축을 위한 연구로 활용될 수 있다. 본 연수과제에서 확립한 성과들은 궁극적으로 국내외 간 질환과 연계되어 있는 에너지 대사 및 항상성에 관한 기초 지식 및 기반 기술을 구축하고 국가의 과학기술경쟁력 향상에 기여할 것이라 기대한다. 구체적으로, 본 결과에서 도출한 치료적 타겟 분자들의 기능을 향후 후속연구를 통하여 추가적으로 검증하고자 한다. 대사성 질환 환자에서 실제 밝힌 경로가 적용되는지 확인하고, 동물 모델에서의 타겟 제어를 통한 병리 개선 효과를 관찰하고자 한다. 또한, 연속적인 후속연구로 의미있는 결과들을 산출하고 국제 저명한 학술지에 게재함으로써 정보 공유를 통해 국내외 연구자들이 활용할 수 있도록 하고 간 질환 치료에 일조할 뿐만 아니라, 국내 과학적 지평을 넓히고 기술력 제고에 공헌하고자 한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김윤석
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 핵수용체;알코올성 간질환;약인성 간손상; 2. Nuclear Receptor;Alcoholic Liver Disease;Drug-induced Liver Injury;