한국전기연구원(원장 직무대행 유동욱/이하 KERI) 전기의료기기연구센터 김근주·김정일 박사팀이 의료 및 각종 산업 분야에서 활용되는 전자기파를 고출력 메가와트(MW)급으로 송출할 수 있는 고난도 ‘마그네트론’ 기술을 세계 5번째로 국산화하는 데 성공했다.

전자레인지의 작동 원리로 잘 알려진 마그네트론은 높은 진공 공간에서 발생하는 전자빔의 전기 에너지를 고출력 전자기파 에너지로 변환해 방사하는 일종의 전자기파 발생 장치로 출력에 따라 활용 범위가 다르다.

메가와트(MW)급의 마그네트론은 높은 출력의 전자기파가 필요한 의료, 산업, 국방, 환경 등 많은 분야에서 활용된다. 하지만 넓은 활용 범위만큼 높은 기술 수준이 요구돼 미국과 일본 등 소수의 선진국만이 기술을 독점해 오고 있으며, 우리나라에서는 전량 수입에 의존해 왔다.

이번 KERI의 성과는 전 세계적으로 다양한 의료 및 산업 분야에서 가장 널리 활용되는 ‘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 뛰어난 성능을 자랑한다. 세계 최초로 ‘이중 튜너(Dual-Tuner) 주파수 제어 구조’를 적용해 기존 상용 제품보다 1.6배 이상 넓은 주파수 대역폭을 가진다.

이는 다양한 산업 분야에서 보다 안정적으로 고출력 전자기파를 활용할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 영구자석 기반의 자기회로 적용을 통해 마그네트론 장치의 소형화·경량화를 실현해 각종 응용시스템과의 호환성, 설치 효율성, 공간 활용성 등도 높였다.

이번에 개발한 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 보고 있다. 

KERI 김근주 박사는 “이번 성과는 전기연구원이 자체적으로 보유한 3차원 다중물리 해석기술, 공학구조 설계기술, 측정기술 등이 결합된 국내 최초·유일의 의료·산업용 MW급 마그네트론 기술개발”이라며 “뛰어난 성능과 장치의 소형화·경량화 장점을 기반으로 마그네트론을 활용하는 수요자의 편의성·활용성을 크게 높였다”고 밝혔다.

KERI 연구팀은 이번 원천기술과 관련한 국내외 특허를 확보했으며 현재 MW급 마그네트론을 적용한 응용시스템의 연구에도 박차를 가하고 있다. 또한 이번 성과가 고출력 전자기파가 필요한 산업계의 많은 관심을 받을 것이라 보고 관련 수요업체를 발굴해 기술 사업화를 추진할 계획이다.

한편 ‘의료용 선형가속기’는 전자빔 가속을 통해 높은 에너지의 전자빔을 금속막에 충돌시켜 X선을 만들고, 이를 암(종양)세포에 조사(照射, 광선 따위를 쬐는 것)해 괴사를 유도하는 일종의 암 치료기기다.