[최준호의 사이언스&] 꿈의 암치료기 들어서는 국내 최대 ‘아톰타운’ 기장

최준호 과학전문기자·논설위원

부산 기장이 명실상부한 ‘아톰(Atom) 타운’으로 변신하고 있다. ‘동남권 방사선 의과학 일반산업단지’라 명명된 기장 장안읍 일대에 연구용 원자로와 ‘꿈의 암치료기’라 불리는 중입자치료기가 들어서고 있다. 두 시설 모두 내년 하반기 가동을 목표로 막바지 작업을 하고 있다. 이뿐 아니다. 기존 방사선 암 치료 및 수술이 중심인 동남권원자력의학원 원자력병원은 2010년에 이미 개원돼 연인원 약 6만3200명의 암환자를 치료하고 있다. 연구용 원자로에서 나오는 동위원소를 활용하는 동위원소활용연구센터와 고전압용 파워반도체상용화센터는 이미 완공됐다. 일반산업단지 내에는 방사선 및 파워반도체 관련 기업체 50개가 들어설 예정이다. 산업단지 바로 밖에 있는 고리원자력발전소와 울주군의 국제원자력대학원대학교(KINGS)까지 고려하면, 핵과 방사선 관련한 교육·연구·치료·소재생산·산업까지 관련 생태계를 모두 갖춘 국내 유일의 지역이 되는 셈이다. 지난달 29일 폭염 속에 공사가 한창인 아톰타운 건설 현장을 찾았다.

중입자치료기에 연구로까지
내년 하반기엔 가동 시작해
생태계 갖춘 국내 유일 지역
주민들 시설 이해·수용성 높아

기장 중입자가속기치료센터 내의 핵심장비인 원형가속기. 중입자를 광속의 70%로 가속하는 시설이다. 송봉근 객원기자

광속 70%로 중입자 가속, 암세포 파괴
‘중입자가속기치료센터’는 산업단지 가운데 자리 잡고 있었다. 운영주체인 서울대병원 중입자가속기사업단 소속 교수와 직원들이 취재진을 안내했다. 건물 1층 복도를 따라 들어가니 두께 1.8m, 무게 45t의 육중한 콘크리드 문이 열렸다. 방사선을 차폐하기 위한 문이다. 안쪽 1200㎡(약 363평) 공간에 둘레 60m, 지름 20m에 이르는 원형 특수장치가 놓여있었다. 탄소와 헬륨 이온입자(중입자)를 광속의 70%까지 끌어올리는 원형가속기(싱크로트론)였다. 가속기 튜브 가운데 제작사인 일본 ‘도시바’ 로고가 선명하게 붙어있었다. 속도가 높여진 중입자는 원형가속기에서 빠져나와 ‘고정빔 치료실’과 ‘회전 갠트리 치료실’로 이어진다. 고정빔은 비교적 간단한 전립선암을, 회전 갠트리는 360도 돌아가면서 중입자를 조사할 수 있어 다양한 고형암을 다룰 수 있다. 지난해 여름 도입돼 설치가 끝난 중입자치료기는 현재 ‘튜닝’ 중이었다. 실제 환자를 치료하기까지는 2년 가까운 시간 동안 빔이 원하는 위치와 깊이에 오차 범위 1㎜ 이내, 에너지 오차 0.1% 미만으로 정밀하게 전달되는지 수만 번의 측정을 통해 교정해야 한다. 식품의약품안전처의 정식 의료기기 품목허가와 임상 승인도 받아야 한다. 이날 현장에서는 도시바에서 파견된 일본 직원들과 서울대병원 측이 내년 하반기 환자 치료 시작을 목표로 땀을 흘리고 있었다.

360도로 빔을 쏠수 있는 원형 갠트리 치료실. 다양한 고형암을 치료할 수 있다. 송봉근 객원기자

중입자치료기의 치료 시간은 준비시간을 포함해 길어야 40분. 실제 중입자 빔이 암세포에 조사되는 시간은 1분 안팎이다. 입원도 마취도 필요 없이 잠시 치료실에 누워있으면 암세포만 깔끔하게 제거된다. 환자는 치료가 언제 시작했는지 끝났는지도 모르는 채 병원문을 나선다고 한다. ‘꿈의 암 치료기’로 불리는 이유다.

현재 중입자치료기는 서울 연세대 세브란스병원이 국내에서 유일하다. 기장과 같은 도시바 치료기를 도입, 2024년 치료를 시작했다. 중입자치료 비용은 건강보험 적용이 안 돼 5000만원에 달하는 초고가임에도 환자들이 몰려, 수개월을 기다려야 하는 실정이다.

손재만 서울대병원 교수는 “그동안 중입자치료는 높은 비용과 수도권 집중 때문에 환자들의 접근성이 극도로 제한되어 있었다”며 “서울대병원이 운영하는 기장센터는 더 많은 난치성 암 환자들에게 최첨단 치료의 기회를 균등하게 제공한다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

중입자가속기치료센터 전경. 송봉근 객원기자

산업·의료용 동위원소 개발 원자로
중입자가속기치료센터를 나와 바로 옆 언덕길을 따라 올라가니 한국원자력연구원의 연구용 원자로 건설 현장이 나타났다. 정식 이름은 ‘수출용 신형 연구로’다. 해발 80m의 동산 정상을 깎아 만든 13만492㎡(약 3만9473평)의 부지 위에 열출력 15MW급 원자로 1기를 장착한다. 현재 건물 공정률은 약 50%라고 하는데, 두꺼운 철근 콘크리트 형태의 건물 외형은 거의 다 지은 상태다. 안내를 받아 내부로 들어서니 인부들이 건물 내벽을 정리하느라 분주했다. 실제 핵분열이 일어나는 원자로이지만, 발전용 터빈을 돌리기 위한 증기발생기가 없어, 국내 기존 대형원전에서 볼 수 있는 지붕이 둥근 콘크리트 격납 시설은 없었다. 수출용 신형연구로의 주된 목적은 의료·산업용 방사성동위원소 생산이다. 전량 수입에 의존하고 있던 몰리브덴 등 의료·산업용 동위원소의 국산화와 수출뿐만 아니라 중성자 도핑을 이용한 반도체 생산, 비파괴 검사 등 연구 수행도 한다.

김민환 한국원자력연구원 수출용 신형연구로 실증사업단장은 “동위원소 생산이 주 임무인 연구용 원자로이지만, 연구용 원자로의 수출 추진을 위한 최신 핵심기술 개발과 실증을 통한 수출 경쟁력 강화라는 역할도 수행한다”며 “지난해 4월 미국 미주리대 초기설계 수출 성공에도 수출용 신형연구로의 자력 설계와 국내 건설이 도움됐다”고 말했다.

건설 중인 기장 수출형 연구용원자로. 송봉근 객원기자

현재 국내에 연구용 원자로는 1995년에 가동을 시작한 대전의 ‘하나로 원자로’ 뿐인데, 그간 잦은 정지로 어려움이 많았다. 하나로는 하나륨 요오드와 이리듐만 생산할 수 있어, 국내 의료현장에서 널리 쓰이는 ‘몰리브덴-99’나 ‘테크네튬-99m’이 필요하기도 했다.

우성빈 기장군수는 “원자력과 방사선 관련 시설 밀집에 대한 군민들의 우려가 없진 않지만, 중입자치료기를 중심으로 한 산업단지 조성에 대한 기대감이 크다”며 “지난 6월엔 소형모듈원전(SMR) 부지 공모에서 최종 후보지에 선정될 만큼 관련 시설에 대해 주민들의 이해도와 수용성이 전반적으로 높은 편”이라고 말했다.

김경진 기자

중입자치료기의 과학

중입자(重粒子)는 탄소나 헬륨처럼 수소보다 무거운 원소의 원자핵(이온)을 뜻한다. 이 중 탄소이온의 경우 메탄(CH4)에서 탄소를 추출한 뒤 플라스마 상태에서 전자를 제거하면 양전하(+)를 띤 이온 상태가 된다. 이 탄소이온을 원형가속기 내의 전자기장을 이용해 광속의 약 70%까지 가속한다. ‘탄소이온’은 원형 가속기에서 빠져나와 빔 수송관을 거쳐 환자가 있는 치료실로 전달돼 환자의 암 세포에 도달해, 이중사슬 DNA 복합체를 물리적으로 정밀 타격한다.

중입자는 기존 양성자나 X선 치료보다 세포 파괴력이 훨씬 크고 재발률도 낮다. 중입자가 몸속을 통과할 때는 정상 조직에 영향을 거의 주지 않고 침투해서 목표로 하는 암 조직 위치에 도달하는 순간 대부분의 에너지를 쏟아붓고 소멸한다. 이 때문에 정상세포의 손상이나 부작용을 최소화할 수 있다.

2024년 국내 최초로 중입자치료를 시작한 연세세브란스병원은 중입자로 탄소이온만을 사용한다. 하지만, 서울대병원이 준비하고 있는 기장 중입자치료센터는 탄소이온 외에도 헬륨이온도 도입했다. 탄소는 최근까지 가장 표준적으로 사용되는 중입자이지만, 질량이 크다 보니 몸을 통과하면서 파쇄입자가 발생해 암 조직 뒤편으로 일부 선량이 전달되는 특성이 있다. 최근 독일을 중심으로 도입되기 시작한 헬륨이온은 탄소보다 가벼워 파쇄 입자가 적게 생긴다. 따라서 암 조직 뒤쪽의 부작용을 줄이는 데 유용하다는 게 서울대병원 측의 설명이다.

최준호([email protected])