한국, 의료·산업용 ‘MW급 마그네트론’ 세계 5번째 개발

의료 및 각종 산업분야에서 활용되는 전자기파를 고출력 메가와트(MW)급으로 송출할 수 있는 고난도 ‘마그네트론’ 기술을 국내 연구진이 세계 5번째로 국산화 하는데 성공했다.

과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 연구기관인 한국전기연구원(이하 KER) 전기의료기기연구센터 김근주·김정일 박사팀이다.

전자레인지의 작동 원리로 잘 알려진 마그네트론은 높은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환해 방사하는 일종의 전자기파 발생 장치다.

마그네트론은 출력에 따라 활용 범위가 다른데, 메가와트(MW)급의 마그네트론은 높은 출력의 전자기파가 필요한 의료, 산업, 국방, 환경 등 많은 분야에서 활용한다. 하지만 넓은 활용 범위만큼 높은 기술 수준이 요구되다 보니 미국과 일본 등 소수의 선진국만이 기술을 독점, 국내 시장은 전량 해외 수입에 의존할 수밖에 없었다.

이번 KERI의 성과는 전 세계적으로 다양한 의료 및 산업분야에서 가장 널리 활용하는 ‘고출력 3.1MW급 마그네트론 기술(S-Band 대역인 3.0 GHz 주파수 기준)’을 순수 국내 기술로 개발한 것이다.

KERI 마그네트론 기술은 국산화를 넘어 기존 선진국이 개발한 기술보다도 성능이 좋다.

세계 최초로 ‘이중 튜너(Dual-Tuner) 주파수 제어 구조’를 적용해, 기존 상용 제품보다 1.6배 이상 넓은 주파수 대역폭을 가진다. 이는 다양한 산업분야에서 보다 안정적으로 고출력 전자기파를 활용할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 영구자석 기반의 자기회로 적용을 통해 마그네트론 장치의 소형화·경량화를 실현해, 각종 응용 시스템과의 호환성, 설치 효율성, 공간 활용성 등도 높였다.

개발된 MW급 마그네트론은 고출력 전자기파를 활용하는 의료용 선형가속기 기반 방사선 암치료기를 비롯해 산업 현장에서의 비파괴 검사장치, 멸균·살균장치, 폐기물 처리 장치 그리고 국방 분야에서의 안전·보안 및 검색·탐지용 레이더 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대하고 있다.

특히 전량 수입에 의존했던 MW급 마그네트론 기술의 국산화를 통해 국내 산업구조 전반의 기술력 강화에 크게 기여할 것으로 연구팀은 보고 있다.

연구 개발자인 KERI 김근주 박사는 “이번 성과는 연구원이 자체적으로 보유한 3차원 다중물리 해석기술, 공학구조 설계기술, 측정기술 등이 결합된 국내최초·유일의 의료·산업용 MW급 마그네트론 기술 개발이다”라고 밝히며 “뛰어난 성능과 장치의 소형화·경량화 장점을 기반으로, 마그네트론을 활용하는 수요자의 편의성·활용성을 크게 높였다”라고 전했다.

한편, KERI 연구팀은 이번 원천 기술과 관련한 국내외 특허를 확보했으며 현재는 MW급 마그네트론을 적용한 응용시스템 연구에 매진하고 있다. 이번 성과가 고출력 전자기파가 필요한 산업계의 많은 관심을 받을 것이라 보고, 관련 수요업체를 발굴하고 기술 사업화를 추진한다는 계획이다.