양성자 치료 시설 배치도(하이델베르그 이온빔 치료 센터 HIT 제공)
지금까지 화학 요법과 방사선 치료는 암과 맞서는 가장 일반적인 치료법이었습니다. 하지만 광자(즉, X레이) 대신 양성자의 에너지를 사용하면 부작용을 줄이면서 더 정확하게 암을 치료할 수 있다는 가능성을 제시하는 특별한 암 치료법이 관심을 끌고 있습니다. 진공은 이 인상적인 시스템의 기반이 되는 핵심 기술입니다.
양성자 빔 기반 시스템의 구조
양성자 빔 기반 방사선 치료 시스템은 매우 복잡한 장치입니다. 전체 길이가 50~100m에 달할 수 있는 시스템은 입자 가속기를 응용한 사례 중 하나입니다. 이 시스템은 양성자 소스, 양성자 빔 라인, 엔드 스테이션(종종 “갠트리”라고도 함)의 세 가지 주요 부분을 기반으로 합니다. 아래의 경우에 이 장치는 양성자와 때로는 탄소 이온과 같이 더 무거운 이온을 가속하도록 설계되었습니다.
갠트리 엔드 스테이션 – 외부 보기. 멋지게 서 있는 모습이 보이나요? 이를 통해 장치의 실제 크기를 가늠해볼 수 있습니다. (하이델베르그 이온빔 치료 센터 HIT 제공)
모든 요소는 고진공 조건(<0.1mTorr)에서 작동하도록 설계되었습니다. 그 이유는 매우 간단합니다. 질량 분석기의 경우와 같이 이온 빔을 생성하고 전달하려면 고진공 상태가 필요합니다. 간단히 말해서 진공이 없으면 양성자도, 빔도 존재할 수 없습니다.
Synchrotron은 일반적으로 시스템에서 가장 낮은 진공 수준이 필요한 부분입니다. 요구되는 양성자 소스 효율을 얻기 위해서는 적절한 수준의 진공이 필요한데, 이를 위해 일반적으로 특수 이온 펌프나 경우에 따라 특수 확산 펌프를 사용합니다.
빔라인에 양성자를 집중시키고 갠트리실로 전달하기 위해 라인을 따라 규칙적으로 분포된 여러 대의 이온 펌프를 사용합니다. 이러한 펌프는 일반적으로 빔 포커싱과 만곡 자석 사이에 장착됩니다.
실제 고진공 시스템의 모습
양성자 소스인 synchrotron. (하이델베르그 이온빔 치료 센터 HIT 사진 제공)
기술 응용의 관점에서 장치 섹션에 특수 진공 조건이 필요한 외에도 펌프와 상대적 전원 공급 장치는 거대한 Tesla 레벨 자기장과 거대한 발전기 근처에서 작동해야 합니다. 이 부분이 기술 응용에서 가장 중요한 부분이고, 아마도 이온 펌프 제어 장치에 가장 까다로운 요구 사항일 것입니다. 전자기 간섭에도 불구하고 나노 전류를 계속 측정하고 펌핑 속도를 지속적으로 조정하며 진공을 적절한 수준으로 유지해야 합니다.
의료 장비에서 작동하는 데 필요한 인증을 획득하려면 고품질의 개발 표준과 테스트 노력이 필요합니다.
양성자 빔 라인: 한 번에 여러 환자를 치료하기 위해 메인 빔이 3개의 평행 라인으로 분할됩니다
(하이델베르그 이온빔 치료 센터 HIT 제공)
애질런트의 협력관계
애질런트는 유럽입자물리연구소(CERN) 및 기타 주요 물리학 연구 센터와 수십 년 간의 관계를 유지해 왔기 때문에 모든 양성자 치료 시스템 제조업체와 특별한 파트너 관계를 유지하고 있습니다. 애질런트가 진화하는 양성자 치료 과학에 기여할 수 있었던 한 가지 방법은 극도로 강력한 자석과 전기장 근처에서 완벽하게 작동할 수 있는 특수 진공 솔루션을 개발한 것입니다. 이 과제의 중요성을 생각한다면 결코 쉬운 일이 아닙니다.
다음 그림에 작업자가 양성자 빔 라인의 일부를 설정하고 있는 예가 나와 있습니다. 왼쪽에 특수 대형 이온 펌프가 놓여져 있는 모습을 주목하세요.
애질런트 이온 펌프가 강력한 빔 포커싱 및 만곡 자석에 근접해 있는 모습을 보여주는 양성자 빔 라인 구획. (MedAustron 사진 제공)
극한의 응용 분야를 다루는 고객들이 제기한, 처음에는 “불가능”해 보였던 기술적 과제들을 해결한 것이 지금의 애질런트 이온 펌프를 만드는 원동력이 되었습니다.