□ 연구개요 본 연구는 현재 비세포성폐암(NSCLC) 환자에게 적용되고 있는 방사선치료를 시행함에 있어 방사선치료 효과 증대를 위한 일환으로 유산소운동을 병행하고자 하였다. 방사선치료 효과 상승의 근본적인 방법으로 종양 세포내의 산소농도를 증대시키는 방법이 가장 일반적이다. 이에 본 연구진은 폐암 환자에게 유산소운동을 병행함으로써 종양세포 내의 재산소화를 유도하여 방사선치료 효과에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 해당 내용을 동물모델을 활용하여 유산소운동이 폐암 방사선치료 효과에 미치는 영향을 확인한 이후에 3년차에 방사선치료를 받는 폐암 환자를 대상으로 임상연구를 진행하여 그 효과를 검증하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 1,2년차 연구결과는 목표 대비하여 계획대로 연구를 진행하여 연구결과를 도출하였다. NSCLC 세포주(A549)를 활용하여 NSCLC-orthotopic 마우스 모델을 구축하였다. 구축한 마우스 모델을 활용하여 단독 방사선 치료그룹, 단독 유산소운동그룹, 유산소운동과 방사선치료를 병행한 그룹으로 구분하여 In vivo 실험을 진행하였다. 마우스용 트레드밀을 활용하여 방사선 처리 전에 유산소운동을 실시하였고 모든 동물실험 일정을 종료 후 마우스에서 종양 조직을 확보하여 폐암 세포 종양 크기의 변화 및 종양세포 내의 세포 사멸 정도를 확인하였다. 또한 유산소운동을 병행하였을 때 종양세포 내의 산소농도 변화 및 활성산소(ROS) 변화를 면역조직화학염색법을 활용하여 분석하였다. 추가적으로 동물모델을 통해 확보한 종양 조직을 이용하여 전사체(NGS)분석을 실시하였다. 이는 유산소운동을 방사선치료와 병행하였을 때 종양세포 내의 재산소화 및 ROS 증대에 미치는 핵심인자를 발굴하기 위함으로 본 연구진은 4개의 핵심인자를 분석하여 제시하였다. 본 연구의 3년차 연구결과는 목표치에 대비하여 연구진행이 많은 부분에서 미미하다. 현재 본 기관의 기관생명윤리위원회에 임상시험 승인을 위한 논의단계에 있으며 유산소운동이 가능한 폐암 환자의 코호트 분류 및 안전한 재활치료의 프로세스 구축에 대한 논의 후 임상시험을 진행하기 위한 단계에 있다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 과제의 최종 목적은 폐암 방사선치료 효과의 증대를 위한 병용치료 파트너를 찾기 위함이다. 앞서 언급하였듯이 방사선치료 효과 상승의 근본적인 방법은 저산소성 종양세포 내에 재산소화 과정을 통하여 그 치료효과를 상승함에 있다. 이에 많은 연구진들이 고압산소탱크 및 나노입자를 활용한 종양세포 내의 직접적인 산소 전달을 위한 연구들이 진행되고 있다. 하지만 장비 설치에 많은 비용과 임상 적용에 있어 한계점이 따른다. 본 연구진은 비교적 접근이 용이한 유산소운동을 병행하였을 때 폐암세포 내의 재산소화를 유도하고 이를 통해 방사선치료 효과 상승을 유발할 수 있다는 연구가설을 세우고 동물모델을 통해 이를 검증하고 유산소운동이 방사선치료 효과 상승의 역할 가능성을 제시하였다. 또한 전사체분석을 통하여 치료효과 증대의 핵심인자를 제시하였다. 본 연구진은 연구결과를 바탕으로 추후에 핵심인자를 조절하여 유산소운동과 방사선치료를 병행하였을 때 확실한 치료효과 증대에 대한 검증을 동물모델에서 진행함과 동시에 현재 보류상태에 있는 폐암 환자를 대상으로 임상시험을 진행하기 위하여 노력할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조선미
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 비세포성폐암;방사선치료;유산소운동;재산소화;전사체분석; 2. Non-small cell lung cancer;Radiotherapy;aerobic exercise;reoxygenation;Transcriptome analysis;

연구개요 본 연구과제를 통해 고주파수(~MHz) 표면탄성파에서 기인한 마이크로스케일 음향흐름유동과 음향방사력을 기반으로 차세대 헬스케어 산업에서 중요한 역할을 차지하는 바이오미세유체플랫폼을 개발하고 응용하였다. 연구 목표대비 연구결과 분산상 유체와 서로 섞이지 않는 연속상 유체와의 교차유동으로 미세유체칩 내 나노/피코리터급 액적의 화학적 농도를 온칩(on-chip) 방식으로 제어할 수 있는 음향미세유체역학 기술을 개발하였다. 에너지효율적인 음향방사현상 유도를 위한 마이크로입자와 인가 표면탄성파의 주파수의 관계를 규명하였다. 미세유체 채널에서 선형 항생제 농도 구배를 형성하여 항생제의 반복적인 희석을 수행하지 않고 항생제의 적정용량을 구하는 방식을 개발하였다. 주파수를 제어하여 원하는 크기의 기능성 입자를 선택적으로 분리함으로써 표적 생체분자를 분리하였다. 고착되어있는 미세 액적 내부에 표면탄성파를 전파하여 원발성 암세포 환경을 간단히 모사하였다. 음향흐름유동을 이용하여 표적 방향만으로의 기능적 변화를 유도하여 효과적인 세포독성 반응을 나타나게 하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 4차 산업혁명 도래에 발맞춰 개인맞춤형 의료서비스의 중요성이 높아지는 가운데, 음향 미세유체역학의 원천기술을 응용하여 바이오미세유체플랫폼을 개발해 기존의 비동적·비정밀 플랫폼과는 차별화된 방식으로 개인맞춤형 차세대 헬스케어 산업의 기술경쟁력 확보. 숙련된 전문가나 고가의 장비 없이 생체 샘플을 분석 가능하며 효율적이고 정밀한 바이오미세유체플랫폼의 개발을 통해, 산업 친화적 생태계 구축이 미비한 국내 헬스케어 분야에 새로운 성장동력을 제공함으로써, 미래 성장 가능성이 높은 글로벌 4차산업 헬스케어 분야의 국제적 수준에 도달. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성형진
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 표면탄성파;바이오미세유체 플랫폼;음향흐름유동;음향방사력; 2. surface acoustic waves;biomicrofluidic platform;acoustic streaming flow;acoustic radiation force;

□ 연구개요 • 방사선피부염은 방사선치료의 일반적인 부작용이며 방사선치료를 받은 환자의 90% 이상에서 발생하게 됨. 심각한 방사선피부염은 환자의 미용적변화, 불편함, 통증을 유발하여 삶의 질을 저하시킬 뿐만 아니라, 심할 경우 치료중단으로 이어져 잠재적으로 암 조절 및 예후에 부정적인 영향을 미칠 수 있음. • 방사선 치료효과를 극대화하고 부작용을 최소화하기 위해서는 방사선피부염의 정량적·객관적 평가와 정확한 예측·예방이 필요함. • 의사의 시각적 관찰을 통해 정성적으로 평가되던 방사선피부염의 심각도를 카메라 영상을 통해 정량적으로 평가·분석하는 시스템을 개발함. 이를 활용하여 방사선피부염 예측모델을 생성, 의사결정을 지원하는 시스템을 구축함. • 본 연구는 1) 카메라 영상을 기반으로 방사선피부염 영상을 분석하고, 2) 방사선피부염 손상등급 자동 평가시스템을 구축, 3) 영상에서 방사선피부염을 예측하는 의사결정지원 모델을 제작하고자 했음. □ 연구 목표대비 연구결과 ❖ 카메라 기반 방사선피부염 측정시스템 구축 • 깊이 카메라를 기반으로 하는 환자 표면 영상획득장치 시스템을 구축했음. • 실제 방사선피부염 환자 총 41명에 대한 증례 수집 및 분석을 완료함. ❖ 방사선피부염 지능형 평가시스템 개발 • 환자영상 및 선량정보 기반의 방사선피부염 auto segmentation 모듈을 제작했음. • 방사선피부염의 정량적 평가 및 선량 정보에 대한 시각화 시스템을 구축했음. ❖ 래피드 러닝 헬스 케어를 이용한 의사결정지원시스템 개발 • 1·2등급 방사선피부염에 대한 정상조직손상확률(Normal tissue complication probability, NTCP) 모델을 구축했음. • 환자 데이터 기반 NTCP 모델 갱신 플랫폼의 프로토타입 제작하고 검증했음. 본 연구의 세 가지 핵심 목표를 모두 달성하였으며, 연구기간동안 SCI 논문 9편 및 특허출원 3건의 연구성과를 도출했음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 3D카메라를 사용하여 방사선피부염 손상정도를 정량화하고 객관화할 수 있어 방사선 피부염의 정확한 평가를 가능하게 하며, 다기관 임상연구에서 방사선피부염 발생등급의 객관성과 신뢰성을 확보할 수 있음. • 방사선피부염 손상관리를 통해 방사선피부염 발생을 예측하고 환자에게 사전에 안내 할 수 있음. • 개별 기관에 최적화된 방사선피부염 선량예측인자와 예측모델을 정확하게 식별하고 결정할 수 있으므로 방사선피부염의 예측 정확도를 향상시킬 수 있음. • 치료계획단계에서 방사선피부염을 최소화하는 환자맞춤형 치료전략개발을 촉진함. • 방사선치료기술이 고도화되고 다양한 신의료기술이 도입됨에 따라 무작위 대조연구와 같은 지침과 문헌에 의존하여 신의료기술을 환자에게 적용하기에는 매우 제한적임. 래피드 러닝 헬스케어 기반 의사결정지원시스템은 근거중심의학의 보완적 수단이 될 수 있으며, 신의료기술의 임상적 적용에 대한 상대적 가치와 근거를 창출하여 신속한 임상 적용을 가능하게 할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 홍채선
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선피부염;정상조직손상확률;래피드 러닝 헬스케어;딥러닝; 2. Radiation dermatitis;Normal tissue complication probability;Rapid-learning health care;Deep learning;

□ 연구개요 두경부암에서 방사선치료는 주요한 치료 방법이나, 방사선저항성을 갖는 경우가 종종 있어 충분한 치료 효과를 보기 힘든 경우가 있음. 이러한 방사선 저항성을 보이는 암에서 YAP의 발현이 증가되어 있다는 보고들이 있어 YAP-TEAD 결합억제제를 사용하여 두경부암에서 방사선저항성을 극복하는 전임상 연구를 시행하고자 하였음. 본 연구를 통해 두경부암에서 YAP-TEAD 발현과 조절을 통한 종양 형성 및 전이에서의 역할을 확인하고 YAP-TEAD 결합억제제의 방사선저항성 극복을 위한 역할을 확인하여 두경부암 치료의 새로운 패러다임을 제시하고자 하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구팀은 다양한 두경부암 세포주의 YAP 발현량을 스크리닝하여 YAP 발현량이 상대적으로 높은 세포주 (HEP-2)와 낮은 세포주 (SNU-46)를 선정하였고, YAP 발현량이 높은 세포주에서는 YAP을 knockdown 시키고, YAP 발현량이 낮은 세포주에서는 YAP을 overexpression 시켜 YAP이 종양의 형성 및 방사선저항성에서 갖는 역할을 살펴보았음. YAP 발현이 높은 세포주에서 YAP을 knockdown 한 후 방사선 조사시 colony formation 정도가 저하됨을 확인하였으며, apoptosis가 증가함 또한 확인하였음. 더불어서 YAP-TEAD 결합억제제와 방사선을 병용 투여 시 종양 형성 억제효과가 방사선 단독 투여 시에 비해 증가됨을 확인하였음. HEP-2 wildtype 세포주와 YAP knockdown 세포주를 가지고 xenograft tumor model을 만든 후 tumorigenicity를 살펴본 결과 앞선 결과가 in vivo에서도 재현됨을 확인하였음. 반대로 SNU-46 세포주에서 YAP을 overexpression 한 후 방사선을 조사하였을 때 SNU-46 wildtype에비해 colony formation 정도가 증가함을 관찰하여 YAP이 두경부암의 악성도 및 방사선 저항성에 기여함을 확인하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 YAP이 두경부암의 악성도에 기여하며, YAP-TEAD 결합억제제가 새로운 치료제로서 임상에 적용될 가능성이 있음을 보여주었음. 특히 YAP-TEAD 결합억제제와 방사선치료 병용 투여 시 YAP-TEAD 결합억제제 단독 혹은 방사선치료 단독 투여와 비교하여 상승효과를 갖는다는 사실을 밝혀내어 두경부암의 방사선저항성을 극복할 수 있는 방법으로써의 가능성을 보여주었음. YAP-TEAD 결합억제제는 향후 면역치료제와도 병용요법으로 사용될 경우 치료 효과를 상승시키고 생존율을 개선할 수 있는 가능성을 제시하였음. 이러한 YAP-TEAD 결합억제제와 기존 세포독성항암제, 방사선치료, 면역항암치료제 등과의 병용요법은 기존 치료에 대한 저항성을 극복할 혁신적인 치료제로서 임상에 적용되고, 새로운 임상 가이드라인이 될 수 있음을 기대하게 하였음. 이미 YAP-TEAD 결합억제제 선도물질이 개발되어있는 상황에서 기초 독성 실험 등이 통과되어 환자들을 대상으로 한 임상연구가 진행되면 항암제 시장에서 국내 진출의 큰 전환점을 만드는 계기가 될 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이익재
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 두경부암;YAP-TEAD 억제;방사선치료;방사선저항성;면역항암치료; 2. Head and neck cancer;YAP-TEAD inhibition;Radiotherapy;Radioresistance;Immunotherapy;

연구개요 염증신호(inflammatory signals)는 Toll-like receptors(TLRs) 및 자가포식(autophagy)을 주로 매개하여 일어나며, 줄기세포 활성(증식, 분화 및 세포사멸)조절에 대한 염증신호의 역할 및 작용기전에 대한 연구는 미비함 본 연구는 두개안면영역(craniofacial region)의 주된 성체줄기세포인 중간엽줄기세포 및 신경줄기세포의 활성조절에 대한 염증신호들의 역할과 작용기전을 밝혀 두개안면 재생기술을 개발 하고자 함 연구 목표대비 연구결과 1. TLR5 수용체는 배아줄기세포로부터 신경분화를 촉진시켰으며, 그 기전으로 NF-KB/IL-6 and CREB pathway를 통해서 일어남을 규명하였음. TLR5 수용체는 해마 신경줄기세포의 증식을 감소시키지만, 신경분화를 촉진시킴을 밝힘 2. 치주염에서 자가포식이 치주조직의 섬유아세포로부터 염증 유발 물질 (inflammatory cytokines)들의 발현을 증가시켰으며, 그 기전으로 AKT/mTOR pathway를 통해서 발생함을 규명함 3. PC12 cell에서 자외선에 의해 생성된 ROS를 통한 세포고사를 EGCG가 MAPK를 통해서 세포고사를 억제함을 밝힘 4. 사람 Hep2 cell에서 Ascorbic acid가 MAPK와 Akt signal을 통해 세포고사를 일으킴을 밝힘 5. Radiation에 의한 해마신경줄기세포의 세포증식 및 분화 억제를 녹차의 주성분인 EGCG가 차단하여 신경줄기세포로부터 신경 재생을 촉진함을 밝혔으며, TLR4 수용체 및 NF-KB/inflammatory cytokine 신호기전을 억제함으로써 일어남을 밝힘 6. IKKβ는 학습 및 기억행동 실험과 해마 신경 줄기세포 증식 및 신경분화를 억제 하였고, 세포고사를 증가시킴을 밝힘 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • TLR5 수용체는 성체신경줄기세포 활성 조절을 증가시킴을 규명하여 신경계 퇴행성 질환(알쯔하이머병, 파킨씨병 등) 치료제로서 TLR5 항진제가 사용될 가능성을 제시한바, 향후 내제성 또는 외제성 TLR 항진제들을 탐색하고 개발 하는 연구에 활용될 수 있음 • 치주염의 발생의 주된 경로인 염증성 싸이토카인 조절에 자가포식이 관여함을 밝혀 치주염 치료제로서 자가포식 조절물질이 사용될 가능성을 제시하여 향후 자가포식 조절물질들을 탐색 및 개발하는 연구에 활용될 수 있음 • EGCG가 Radiation에 의한 단기기억 상실 및 인지기능 장애를 극복할 수 있는 약제가 될 수 있음을 제시하여 향후 환자를 대상으로 하는 연구에 활용될 수 있음 • 염증의 주된 매게 물질인 ROS에 의한 신경세포 손상을 EGCG가 예방하고 회복시킬 가능성을 제시하여 이에 대한 산업화에 활용될 수 있음 • 염증신호 전달자인 IKKβ가 학습 및 기억행동 실험과 해마 신경 줄기세포 증식 및 신경분화를 억제하였고, 세포고사를 증가시킴을 규명함으로써, 향후 IKKβ신호를 차단하는 약제개발에 활용될 수 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김원재
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 성체줄기세포;염증;톨 수용체;자가포식;조직 재생; 2. Adult stem cell;inflammation;TLRs;Autophagy;Tissue regeneration;

□ 연구개요 o 진단 및 치료용 방사성동위원소를 이용하는 핵의학진료에 적용을 위한 개인선량계를 이용한 내부흡수선량의 정량평가 기술 개발 - 몬테카를로 전산실험 패키지를 이용한 방사성동위원소 사용 환경 구현 - 다양한 선량계를 이용한 선량측정 특성 평가 - 측정표면선량 기반 내부 방사능량 및 내부흡수선량 추정 알고리즘 개발 □ 연구 목표대비 연구결과 o 선량계 측정특성 평가 - 3종류의 상용 개인용 선량계에 대한 특성을 평가하였고, 개인 선량계들로 측정한 표면선량값들은 방사능량(물리적 반감기, 측정시간 고려)에 비례하였음. - 핵의학분야에서 사용이 확대되고 있는 섬광체-광센서 결합형 선량계 시작품의 특성 및 성능을 평가함. o 진단 및 치료용 방사성동위원소 표지 약물의 전신 유효 및 국소 선량 평가 - 전신 유효선량 및 국소장기의 선량평가에서 전신 유효선량 평가에 전신 방사능량 정보가 가장 중요한 역할을 하였음. - 내부흡수선량 평가를 위한 개인 선량계 부착위치가 중요하고, 방사성의약품의 특이 섭취부위에 대한 고려가 중요하였음. o 내부 방사능 및 흡수선량 추정을 위한 몬테카를로 시뮬레이션 및 프로그램 개발 - ML-EM알고리즘 기반의 내부 국소 방사능 추정법을 개발하였음. - NEMA body phantom 및 수학적 인체 팬텀에 선량계 부착을 구현한 PHITS시뮬레이션으로 내부 선원에서 방출되는 감마선의 방출량 추정이 가능함을 확인함. - 물리적 NEMA body phantom에 부착한 선량계와 동일한 위치에 선량계를 부착한 NEMA body phantom 조건을 구현한 PHITS 시뮬레이션으로 얻은 결과를 이용한 내부 방사능량의 추정값은 실제 사용한 방사능량과 유사한 값을 보였음. - 수학적 인체 팬텀 이용 시뮬레이션을 통한 인체 내 방사능량 추정결과도 설정한 방사능량과 높은 선형 관계를 보였음. o 표면 선량기반 내부 흡수선량분포 재구성 - 핵의학영상재구성법과 동등한 개념에 기반 한 반복적 재구성법으로 선량계의 측정값들을 이용하여 내부선량의 분포를 영상화가 가능하였음. - 재구성된 선량분포 영상의 공간적 분해능이 낮았으며, 선량계의 크기 및 위치 간격에 대한 의존성이 높았음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) o 기존의 선량계 기반의 국소선량평가 기술과 달리 선량분포 영상화까지 가능한 방법 제시는 의료뿐만 향후 국내 방사선 계측 및 의료기기 분야에서 응용이 가능함. o 핵의학진료의 측면에서 기존보다 진료환경 및 환자 편이적 측면에서 새로운 임상 진료 방법 개발 및 제안에 기여할 수 있는 방법이 될 수 있음. o 연구개발 성과는 후속 연구수행을 통해 개발된 기술의 완성도와 적용범위 확대를 추진하고 이를 기반으로 임상적용 가능성 확인 및 검증 방안을 추진. o 연구개발을 통해 확인한 새로운 검출부 기반 선량계 기술을 이용하여 내부선량 측정에 효율적인 선량계 개발 및 검증 연구 수행 방안을 모색. o 국내에서 관심과 필요성이 증가하고 있는 치료용 방사성의약품 연구개발 및 임상 적용 연구에 접목 가능성을 모색. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김경민
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 개인용선량계;내부흡수선량;몬테카를로 시뮬레이션;방사성의약품;핵의학치료; 2. personal dosimeter;internal absorbed dosimetry;Monte-Carlo simulation;radiopharmaceuticals;nuclear medicine therapy;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최돈철
• 주관연구기관 : 마이크로컴퍼지트
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. hBN 나노입자;hBN 표면처리;상온경화 코팅;분무형;열방사 코팅액; 2. nano hBN;surface treatment of hBN;room temp. curing coating;spray coating;thermal radiation;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 평가 기술 개발을 통한 가동원전 안전성 증진 ○ 원전 가동중시험을 위한 펌프 및 밸브의 성능‧상태‧열화 진단방법론 개발 ◼ 전체 내용 ○ 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 열유동 해석코드 적용성 평가 ○ 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 현안 분석방법론 및 최적해석 지침 개발 ○ 모터구동밸브/공기구동밸브의 상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 유압구동밸브의 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 펌프의 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 머신러닝 기술을 이용한 펌프 및 밸브의 상태기반 인공지능 진단 방법 개발 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ [1차년도] - 열유동 해석코드의 가동중시험 분야 적용성 평가 기반 구축 - 안전관련 기기의 현장 성능시험 측정 자료 분석 및 고장이력 조사 - 모터구동밸브/공기구동밸브 특성시험 설비 설계 및 제작 - 모터구동밸브 상태 진단 방법 개발 기반 구축 ○ [2차년도] - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 열유동 해석코드 적용성 평가 - 모터구동밸브 상태 진단 방법 개발 - 공기구동밸브 상태 진단 방법 개발 - 펌프 특성시험 설비 설계 및 제작 ○ [3차년도] - 가동중시험 분야 현안 분석을 위한 최적해석방법론 개발 - 모터구동밸브 상태기반 열화 진단 방법 개발 - 공기구동밸브 상태기반 열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 성능 진단 방법 개발 기반 구축 - 펌프 성능‧상태 진단 방법 개발 ❏ 내용 ○ [1차년도] - 가동중시험 이행 및 안전관련 기기 성능평가에 대한 현안 수집 - 가동중시험 분야 규제검증 평가에 필요한 주요 열유동 현상 정의 및 분류 - 가동중시험 분야 주요 열유동 현상 예비계산 - 성능시험 현장 측정 자료 분석 - 고장이력 DB 구축 및 고장 메커니즘 분석 - 모터구동밸브/공기구동밸브 진단 신호 측정을 위한 실험 장치 구성 - 상태 진단 변수 도출을 위한 실험 방법론 개발 - 모터구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 ○ [2차년도] - 열유동 해석코드의 가동중시험 분야 적용성 평가 방안 수립 - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 주요 열유동 현상 분석 - 가동중시험 관련 기기/계통에서 발생하는 주요 열유동 현상에 대한 해석코드 적용성 평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 비교/분석 - 측정 신호 노이즈 제거 기술 개발 - 모터구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 특성 시험 결과를 이용한 모터구동밸브 상태 진단 모델 개발 - 공기구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 특성 시험 결과를 이용한 공기구동밸브 상태 진단 모델 개발 - 펌프 시험 설비 설계 및 제작 ○ [3차년도] - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 최적해석방법론 개발 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과 검증 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선 필요 사항 도출 - 기기의 결함과 스트레서 관계 조사 및 경향성 변화 조사 - 모터구동밸브의 진단 변수 도출 및 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 공기구동밸브의 진단 변수 도출 및 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 유압구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 펌프 진동 신호 분석 방법 개발, 노이즈 제거 기술 개발 - 펌프 진단 신호 측정 및 분석 - 특성시험 결과를 이용한 펌프 성능‧상태 진단 모델 개발 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ [1차년도] - 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 분석 - 머신러닝 기술을 이용한 모터구동밸브/공기구동밸브 상태‧열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 성능‧상태 진단 방법 개발 - 펌프 상태기반 열화 진단 방법 개발 ○ [2차년도] - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 최적해석 지침 개발 - 유압구동밸브 열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 인공지능 진단 방법 개발 - 펌프 인공지능 진단 방법 개발 - 데모 장치 제작 및 진단 방법 검증 ❏ 내용 ○ [1차년도] - 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안에 대한 열유동 해석 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과의 불확도 평가 방법론 수립 및 예비평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선을 위한 열유동 해석 수행 및 해석 결과 활용 - 측정 신호 노이즈 제거 기술 개발 - 유압구동밸브 진단 변수 도출 - 특성시험 결과를 이용한 유압구동밸브 성능‧상태 진단 모델 개발 - 펌프 진단 신호 측정 및 분석 - 특성시험 결과를 이용한 펌프 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 머신러닝 기술을 이용한 모터구동밸브/공기구동밸브 인공지능 진단 방법 개발 - 상태‧열화 진단 머신러닝 알고리즘 개발 - 진단 모델의 검증을 위한 테스트 데이터 확보 ○ [2차년도] - 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안 분석을 위한 지침 개발 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과의 불확도 평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선안 제시 - 유압구동밸브 상태에 따른 열화 분석 및 모델 개발 - 유압구동밸브 상태에 따른 열화 진단 방법 개발 - 머신러닝 기술 기반 유압구동밸브 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 - 머신러닝 기술 기반 펌프 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 - 현장 데이터 및 실험 데이터를 이용한 개발된 진단 방법 검증 - 진단 방법 검증을 위한 데모 장치 제작 및 검증 □ 연구개발성과 1단계 총 3년(2020~2022년) 동안 다음과 같은 연구개발성과를 도출하였음. ○ 안전기술보고서(N-STAR) : 16건 - 가동중시험 분야의 규제현안 조사 및 전산코드를 활용한 예비분석 - 비상노심냉각수 주입에 따른 비정상 단상 열성층 해석을 위한 난류모델 예측성능 비교 연구(우수보고서) - 역지밸브의 닫힘거동 분석을 위한 CFD 동적격자 방법론 비교 - 전산유체역학 소프트웨어 적용성에 관한 규제 지침 개발을 위한 오리피스 내부 캐비테이션 유동 수치해석 - 보조급수계통 다단오리피스 용접부 건전성 예비평가 - 모터구동밸브 주기적 성능확인 지침 개선 방안 - 공기구동밸브 주기적 성능확인 지침 개선 방안 등 ※ 안전기술보고서 16건 중 유형②(방법론/장비 등 개발 및 비교검토) 11건, 유형③(규제화를 위한 분석,검증 결과) 5건 모두 규제 활용성을 제고한 연구 결과로 판단됨. ○ 논문 게재 : 11건 - 국내/국외 SCIE : 1건/1건 - 국내/국외 비SCIE : 8건/1건 ○ 학술대회 발표 : 52건 - 국내 학술대회 : 34건 - 국외 학술대회 : 18건 ○ 연구보고서 : 2건 - 시스템코드 펌프 및 밸브 모델 현황 - 고리 2호기 다단오리피스 구조 해석 2단계 총 2년(2021~2022년) 동안 다음과 같은 연구개발성과를 도출하였음. ○ 안전기술보고서(N-STAR) : 15건 - KEPIC MPT-19.5에서 권고한 벤투리 유량계 상류측 직관 길이의 적합성 검토 : 직경비 영향 - 캐비테이팅 벤투리의 확산부 형상에 따른 유동 및 진동해석 결과 비교 연구 - 가변적인 입구 유동분포에서 오리피스 유량계에 대한 CFD 기반 불확실도 정량화 등 - 열화 특성을 고려한 모터구동밸브 주기적 성능확인 주기 결정 방법론 - 원전 유압구동밸브 성능평가 방법론 개발 등 ※ 안전기술보고서 15건 중 유형②(방법론/장비 등 개발 및 비교검토) 12건, 유형③(규제화를 위한 분석,검증 결과) 3건 모두 규제 활용성을 제고한 연구 결과로 판단됨. ○ 규제정책 활용 : 제안 3건, 반영 2건 - 동력구동밸브(MOV, AOV) 성능확인시험에 관한 규제지침 제정 (제안/반영) - 원자력발전소 안전관련 열교환기 성능관리 규제지침 개정 (제안/반영) - 전산유체역학 프로그램을 활용한 가동중시험 분야 해석 결과물에 대한 적절성 검토 규제지침 제정 (제안) ○ 논문 게재 : 14건 - 국내/국외 SCIE : 1건/8건 - 국내 비SCIE : 5건 ○ 학술대회 발표 : 42건 - 국내 학술대회 : 32건 - 국외 학술대회 : 10건 ○ 소프트웨어(프로그램) 등록 : 2건 - 전산유동해석 불확실성 정량화를 위한 순방향 문제용 GUI 프로그램 등 ○ 포상 및 수상 : 3건 - 한국에너지학회 우수논문상(2022년) - 한국압력기기공학회 최우수논문상(2021년) 등 ○ OECD/NEA 보고서 개정본 작성 참여 - 보고서명: Best Practice Guidelines for the Use of CFD in Nuclear Reactor Safety Applications - 보고서 개정본 반영 내용: 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안 분석과 관련된 연구 결과 ○ 위탁연구보고서 : 4건 - 가동중시험 분야에 대한 CFD 코드 해석 결과의 불확도 평가 - 판형 열교환기에서 발생하는 열성층 현상 수치해석 등 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 본 연구를 통해 개발되는 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 평가 기술은 기기 열화/손상에 의한 성능저하 및 안전관련 능동기기의 성능관리를 위한 가동중시험 이행 관련 현안 발생 시, 이를 정량적/정성적으로 평가하는데 활용될 수 있음. ○ 평가 결과는 원전 운영자의 가동중시험 분야 현안 발생 원인분석과 재발방지 대책의 적절성에 대한 규제자의 합리적이고 타당한 규제 의사 결정에 상당한 도움이 될 것으로 기대됨. 최종적으로는 가동원전 안전성 향상에 기여할 것으로 예상됨. ○ 안전관련 펌프 및 밸브의 상태기반 진단방법론은 기기의 성능 변화 또는 비정상 상태에 대한 예측 진단을 통해 규제 여부의 판단을 가능하게 하며, 원전 안전관련 기기의 성능신뢰도 유지관리에 대한 규제방향 제시를 통해 원전 안전성 증대에 기여함. ○ 머신러닝 기법을 이용한 진단방법의 도입을 통해 현장 측정 데이터 분석의 정확성과 객관성을 높이고, 원자력 안전규제기술에 4차 산업혁명을 이끌어가는 인공지능 기술의 접목을 통해 국내외 안전규제 분야를 선도함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이공희
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 가동중시험;해석코드;진단;열화;머신러닝; 2. In-Service Test;Analysis Code;Diagnosis;Aging;Machine Learning;

□ 연구개요 본 연구는 강한(≥1Mv/cm) 테라헤르츠 파(THz-ray)를 발진하고 샘플에 대한 고해상도 2D 이미지(raster scaned image)를 획득하기 위한 고비용 비파괴 광실험 시스템을 구축없이 상용화된 테라헤르츠파 (THz-ray) 발진기(제품명:Sub-THz source, IMPATT didode, 0.14THz) 및 테라헤르츠 이미지 카메라(제품명 : TERA-1024, 최적주파수 0.14THz)를 사용하여 상온에 은닉된 금속 및 비금속성 물질의 이미지를 기반으로 AI 기술을 접목하여 타겟을 식별하는 실시간 비파괴 탐지기술에 대한 기초 연구이다. □ 연구 목표대비 연구결과 최초 연구목표대비 연구목표를 달성했을 뿐만 아니라 금속표면의 나노 구조물의 정확도 등을 광학적으로 인증할 수 있는 딥러닝 기술을 확대 적용하는 등의 연구성과를 달성하였다. ① Sub THz-ray 발진 및 측정할 수 있는 최적화된 광학적 실험장치를 설계(상온에서 THz-ray 손실을 최소화)하였고 ② 다양한 표적에 THz 이미지 획득을 위해 2D raster scanning 대신 실시간 탐지가 가능하도록 전체 THz 이미지를 확보할 수 있는 측정 실험 체계(transmission 또는 reflection)를 구성하였다. ③ 인공지능 인식기법을 활용·적용한 다양한 이미지 데이터 중 표적 특정화가 가능한 탐지 기술을 연구하였다. 이러한 기초 연구기술을 기반으로 ④ 펨토초 레이저(펄스폭, 33.6fs)를 활용한여 스테인레스 금속 표면의 주기 구조(670nm)를 생성하고 그 주기적인 이미지 특징(주기 구조의 정밀도와 방향)을 딥러닝 알고리즘을 통해 인증하는 기술로 확대하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 기초 연구가 실용화 단계로 연구개발이 진행되어 지속발전(소형화등)된다면 군사분계선 지역의 매설지뢰(목함지뢰, 플라스틱계열 지뢰) 탐지·개척과 테러단체의 위협(은닉 휴대 급조폭발물·총기류 등)으로부터, 대한민국 국민의 생명과 재산을 보호하고 잠재적 국익손실을 원천적으로 차단할 수 있을 것이다. 또한, 4차 산업혁명 시대 및 빅데이터 시대에 걸맞는 민간 관련 연구개발의 융합기술 촉진뿐만 아니라 국방혁신4.0 정책에 등에 기여(부합)할 것으로 기대한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이병학
• 주관연구기관 : 육군사관학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 테라헤르츠 복사선;인공지능;비파괴 탐지;실시간 탐지; 2. Terahertz radiation;Artificial intelligence;Non-destructive detection;Real time detection;

□ 연구개요 - 플랜트의 합리적인 확률론적 지진 안전성 평가를 위해 SSCs간의 지진손상 상관성을 고려한 리스크 도출 방법론 및 그 영향에 대해 연구를 수행함 ● 원자력발전소는 일반구조물보다 지진으로 인한 사고의 영향이 사회 및 경제적 손실이 매우 크므로 지진 안전성은 더욱 강조됨 ● 지진이 발생하면 광범위 지역에 영향을 미치며, 원전을 구성하는 SSCs의 지진응답은 서로 유사하게 거동을 하게 되어 SSCs간의 손상확률에 상관성이 존재함 ● 원전의 지진 안전성 평가를 수행할 시 SSCs의 지진손상 상관성을 고려하여 원전의 취약도 및 리스크를 계산하는 것이 합리적임 □ 연구 목표대비 연구결과 - 원자력발전소의 확률론적 지진응답해석을 수행 ● 확률론적 지진응답해석을 통한 원자력발전소의 층응답스펙트럼 개발 ● 구조물 및 기기의 내진성능 평가를 위한 원전의 지진응답 증폭계수 도출 - 원자력발전소 SSCs간의 손상 상관성 도출 방법론 개발 ● 공간변동성 및 지진손상 상관성을 고려한 SSCs의 지진손상 상관성 도출 ● SSCs간의 지진응답 상관계수 Database 도출 - SSCs간의 손상 상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가 기술 개발 ● 단일호기 및 다수호기 SSCs의 지진취약도 분석 수행 ● 단일호기를 위한 SSCs간의 지진응답 상관계수 도출 방법론 개발 ● 다수호기를 위한 SSCs간의 지진응답 상관계수 도출 방법론 개발 ● 손상 상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가를 수행할 수 있는 프로그램 개발 - 원자력발전소 SSCs간의 손상 상관성에 의한 리스크 민감도 수행 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 플랜트시스템의 합리적인 확률론적 지진 안전성 평가가 가능 ● 지진에 의한 구조물, 계통 및 기기의 손상확률은 지진응답 상관성과 내진성능 상관성에 의해 손상확률에도 상관성이 존재하여 이를 고려하여야 함 ● 현실적인 플랜트시스템의 지진 리스크 평가를 통해 지진 리스크 평가 결과의 신뢰성을 제고 할 수 있음. - 다수호기 확률론적 지진 안전성 평가에 활용이 가능 ● 국내에 건설된 원자력발전소의 경우 한 원전부지에 다수의 원자력발전소가 건설되어 있어 다수호기에 대한 상관성 분석이 필요 ● 국내원전의 안전성에 대한 사회적 관이 높은 시점에서 ‘원전부지’의 안전성을 정량적으로 평가가 가능 - 복합재난에 대한 확률론적 안전성 평가에 활용이 가능 ● 상관성을 고려한 확률론적 지진 안전성 평가 기술은 지진뿐만 아니라 복합재난에 의한 상관성 분석에 활용이 가능 - 소형모듈원전에 대한 확률론적 안전성 평가에 활용이 가능 ● 일체형 계통 및 다수모듈을 가지고 있는 소형모듈의 원전에 확률론적 지진 안전성 평가 시 구성요소의 상관성을 고려하여 평가가 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임승현
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 원자력발전소;상관성;지진응답 해석;확률론적 지진 안전성 평가;리스크; 2. Nuclear Power Plants;Correlation;Seismic Response Analysis;Seismic Probability Safety Assessment;Risk;