모비스 반기보고서 (2021.06)
1. 사업의 개요

가. 사업개황(1) 설립배경

당사는 응용소프트웨어 및 하드웨어 개발과 공급을 주된 목적으로 2000년 4월 11일 삼성전자 네트워크사업부와 멀티미디어연구소 연구원들을 중심으로 설립되었으며, 설립초기에는 우수 인력을 바탕으로 삼성전자 등 대기업 IT 솔루션 제공업체로서 멀티미디어 통신단말기 등을 공급하였습니다. 당시의 연구인력은 주요 매출처의 수요에 따라 차세대 웹비디오폰, 웹스크린폰, 홈네트워크 또는 인터넷 냉장고용 스마트패드 등 멀티미디어 유무선 통신기기 등을 개발하는데 특화되어 있었습니다. 2008년에는 국내 최초로 영상단말기 10만대를 KT에 공급하는 등 IT분야에서 지속적인 성과를 내고 있었습니다. 삼성전자 및 KT 같은 매출처의 엄격한 신뢰성 테스트로 단련된 개발경험은 자연스럽게 다양한 플랫폼, 오퍼레이팅 시스템(Operating System: OS), 유무선 통신 및 네트워크, 제어시스템, 프로그래밍 언어 개발 도구 등 광범위한 하드웨어 및 소프트웨어 설계 및 구현 기술력을 축적시켰습니다.

(2) 성장과정

당사는 2010년에 성장 전략 다변화의 일환으로 기존의 IT 사업에서 기초과학 기반 빅사이언스 분야의 특수 정밀제어 분야로 주력 업종을 확장하였으며, 제2창업 이후 2년간 약 30억원을 연구개발에 투입하여 2011년 가속기용 LLRF 제어시스템 개발에 첫 성공하였습니다. 이후 방사광가속기에서 방사광을 생성하는 장치인 언듈레이터(Undulator) 제어시스템과 수백개 장비로 구성된 가속기 전체를 통제하는 중앙통제시스템 개발에도 성공하면서 당사의 기술력은 관련 신규시장의 주목을 받기 시작하였습니다. 당사는 포항 4세대방사광가속기 사업을 중심으로 점차 사업분야를 확장하였으며, 단순히 해당분야의 경험만으로는 지속적인 혁신을 이루기 어렵다는 경영 철학 하에 산업현장과 기초과학분야에서 모두 최고의 능력을 인정받을 수 있도록 인재를 양성하였습니다. 이러한 전사적 투자에 따라 2012년에는 인류 최초로 세계 7개국이프랑스 카다라쉬 지역에 공동으로 건설하는 국제핵융합실험로(ITER)의 전원장치 마스터제어시스템 프로젝트를 다원시스, 효성 컨소시엄과 수행하게 되었으며, 2013년 ITER 중앙제어시스템 프로젝트를 세계 유수의 연구소들을 제치고 국제입찰을 통해 단독수주를, 2014년에는 한국전력기술 및 국가핵융합연구소와 ITER 인터락 제어시스템 프로젝트를 수주하는 성과를 이루어냈습니다.

당사는 전체 인원의 80% 이상을 차지하는 가속기와 핵융합 분야의 과학자 및 엔지니어들과 함께 세계 최고 수준의 성능 및 최초의 제어시스템 및 장비들을 연구, 개발, 생산하고 있습니다. 이러한 노력의 결과로 포항 4세대 XFEL 가속기의 성능을 좌우하는 핵심 장비인 LLRF System과, Undulator 정밀 제어시스템, BPM 등을 개발 및 수주하였으며, EPICS(The Experimental Physics and Industrial Control System) Solution을 기반으로 하는 모터 컨트롤러를 비롯한 다양한 제품들을 개발, 납품하고 있습니다. 또한 미래의 에너지 문제를 해결해줄 것으로 기대되는 세계 최초의 핵융합 발전 실험로인 ITER에도 참여하여 EPICS 기반 전원공급장치 마스터제어시스템, 중앙제어시스템, 인터락제어시스템 부분에서 대규모 수주를 하는 등 해당 분야에서 전세계적으로 그 기술력을 인정받고 있습니다.

당사는 빅사이언스 시설물의 제어에 주로 이용되는 EPICS(The Experimental Physics and Industrial Control System) 기반 초정밀 특수제어 및 시스템 설계기술을 국내에서 유일하게 보유하고 있으며, 이 기술을 기반으로 가속기 제어시스템 및 관련 장비, 핵융합발전로 제어시스템, 머신러닝 솔루션을 공급하고 있는 기술집약형 벤처기업입니다. 당사가 주력사업으로 추진중인 대형 가속기, 핵융합 실험 장비의 구축 사업은 기초 실험 과학 분야 중 가장 기술집약적이고 다른분야로의 기술파급 효과가 큰 산업이며 이 분야에 필요한 제어장비들에 요구되는 측정 및 제어의 정밀도는 개발의 전례조차 없는 펨토초(10의 마이너스 15승) 및 나노미터(10의 마이너스 9승) 단위인 경우가 많습니다. 이러한 국내 환경과 연구 개발의 어려움에도 불구하고 짧은 시간동안 이룩한 당사의 수주성과는 국내 빅사이언스 시설물의 초정밀제어에 큰 발전을 기대할 수 있는 성과로 볼 수 있습니다.

현재 당사의 주요 고객은 가속기 및 핵융합발전로 제어시스템과 관련하여 포항가속기연구소(PAL), 기초과학연구원(IBS), 한국기초과학지원연구원(KBSI), 국제 핵융합실험로(ITER, 프랑스), 국가핵융합연구소(NFRI) 등 국내외 연구 기관들이며, 머신러닝 솔루션은 대학, 연구기관, 금융솔루션업체, 대규모 설비 및 시스템을 운영하는 기업체들을 대상으로 프로젝트를 진행하고 있습니다.

특히 국내외 연구기관들의 경우 구축 중인 빅사이언스 시설물들은 최소 몇십년 이상에 걸쳐 건설 및 개선이 이루어지며, 성능에 대한 검증이 없을 경우 관련 제품의 교체나 신규진입이 어려운 만큼 현재 가속기 및 핵융합 제어부문에서의 당사의 지위는 향후 수년간 지속될 것으로 예상됩니다. 또한 향후 3~5년간 국내에서 구축되는 가속기(대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기)를 통해 당사 제품의 성능 검증이 완료될 경우 해외에서 구축 예정인 대규모 가속기사업에 대한 참여는 물론 의료용 및 산업용 소형가속기 시장에 진입할 수 있는 기회가 생길 것으로 예상되며, 2030년 핵융합발전소 DEMO시스템 건설 후 2040년부터 전세계적으로 핵융합발전이 본격화될 경우 당사는 가속기 및 핵융합 발전 제어시스템 분야에서 글로벌 기업으로 도약할 수 있을 것으로 예상됩니다.

시기	과정	주요 연구개발 과제	생산및판매활동

태동·성장기 (2000 ~ 2009)	IT 단말기 관련 핵심요소 기술 확보 및 제품공급 단계	- Mesh Relay 기반 디지털무선
다중인터컴 시스템 개발
(정보통신산업경쟁력강화사업)
- HAS 기반 서비스 및 기술개발
(차세대 신기술개발사업)
- 무선화상 VoIP 통신 단말기
(구매조건부 신제품 개발사업)	홈네트워크용스마트패드(삼성전자)
영상단말기(KT)

도약기
(2010 ~ 2016)	가속기, 핵융합 분야 제어시스템 기술확보 및 공급단계	- 800MeV 출력의 가속기용
RF PAD PAC system
(지식경제 기술혁신사업, 부품소재기술개발사업)
- 1단계 EPICS 기반 가속기 제어시스템 소프트웨어(산업기술혁신사업, 우수기술연구센터(ATC) 사업)	가속기 제어시스템 및 장비 (포항가속기연구소)
핵융합실험로제어시스템(ITER)

발전기 (2017 ~)	가속기 및 핵융합 사업은 물론 4차 산업혁명을 주도하는 머신러닝(인공지능) 사업으로 다각화	- 2단계 EPICS 기반 가속기 제어시스템 소프트웨어(산업기술혁신사업, 우수기술연구센터(ATC) 사업) 진행	머신러닝에 기반한 유전자가위 라이브러리, 신약개발핵융합발전소 DEMO의료용/산업용 가속기

당사는 2019년 1월에 임상 CRO업체인 에이디엠코리아㈜의 지분 43.87%를 확보해서 바이오 분야로 사업을 확장하였습니다. 과거 빅사이언스 시설물에 대한 정밀제어를 중심으로 사업을 진행했다면, 향후에는 보유하고 있는 머신러닝 플랫폼(MoI)이 적용될 수 있는 다양한 산업으로 사업을 확대할 예정입니다. 이러한 사업추진 방향은 당사가 상장 후에 투자 및 인수했던 회사들(노아에이티에스㈜/금융솔루션, ㈜휴네시온/보안, ㈜블럭베이스/블록체인 기반 플랫폼, 에이디엠코리아㈜/바이오 임상 CRO)을 통해서도 알 수 있습니다. 나. 제품설명

(1) 주요 제품라인업

당사의 사업군은 크게 가속기, 핵융합, 머신러닝(Machine Learning)으로 분류되며, 각 사업군별로 정밀제어기능을 담당하는 시스템 및 장비들의 라인업이 구성되어 있습니다. 당사의 주요 제품 중 가속기 제어시스템 및 관련 장비는 포항가속기연구소의 4세대 방사광가속기에 납품한 EPICS 기반 LLRF(Low-Level Radio Frequency Controller), Undulator, SSA(Solid State Amp Controller), SMC(Stepping Motor Controller) 및 BPM(Beam Position Monitor) 등 입니다.

핵융합발전로 제어시스템은 현재 프랑스에 세계 최초로 시도중인 ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)에 납품되는 핵심 제어시스템으로 당사는 6개 부문의 제어시스템 중 5개부문의 제어시스템 구축에 참여하고 있습니다. 특히 3개의 중앙제어시스템 중, 컨벤셔널제어시스템인 CODAC(COntrol, Data Access and Communication) 프레임워크 구축 프로젝트(CODAC Framework Service; CFS)와인터락 제어시스템(Central Interlock System; CIS) 프로젝트을 수행하고 있어서 전체 ITER 제어시스템 구축의 핵심 참여기업으로 인정받고 있습니다. ITER의 성공적인 운영 후 2030년 이후 ITER 회원국(EU, 한국, 미국, 중국, 일본, 러시아, 인도)에 구축되는 DEMO 시스템 건설 및 본격적인 핵융합발전소 구축까지 당사의 참여는 지속적으로 확대될 것이 예상되고 있습니다.

당사의 제품을 정리해 보면 가속기부문에서는 가장 핵심파트인 입자의 가속을 담당하는 가속라인과 방사광을 발생시켜 기초과학 관련 실험을 실시할 수 있는 빔라인 관련 제품들이 있으며, 핵융합부문에서는 핵융합실험로를 총괄하는 중앙제어시스템과 하부 설비에 대한 제어시스템 등을 보유하고 있습니다.

제품명	제 품 설 명

모비스	가
속
기	LLRF
(가속라인)	Low-Level Radio Frequency Controller
- 주요기능: 가속기의 공진RF의 왜곡과 변형을 실시간으로 측정하고 이를 보정하는 장비
- 세부사항
ㆍ 모든 가속기는 발사된 입자들을 원하는 만큼의 속도로 정확하게 가속시키기 위하여 해당 입자들을 고출력 RF에 공명시켜 가속시키는 구조를 가지고 있는데, 이 과정에서 가속되는 입자의 전압과 위상에 교란이 발생할수 있음. 이 부분을 수정해서 가속기의 성능을 유지시켜 주는 핵심장비임
ㆍ LLRF는 PAD PAC(Phase-Amplitude Detect Phase-Amplitude Control) 시스템으로도 불림
ㆍ 현재 당사의 LLRF는 세계 최고 수준의 RF 전압안정도와 위상안정도를 달성했으며, 2016년 6월 29일 포항 4세대방사광가속기의 시험운전 성공으로 제품성능이 검증된 상황임

Undulator
(빔라인)	- 주요기능: 가속된 전자뭉치를 전자석을 통해 굴절시켜서 방사광을 만들어내는 빔라인부분의 핵심장비
- 세부사항
ㆍ 언듈레이터는 방사광가속기에만 사용되는 장비이며, 6m가 넘는 거대한 기계구조물인 Undulator를 마이크론 단위로 제어해야함

SSA
(가속라인)	Solid State Amp Controller
- 주요기능: 정밀 증폭기로 가속기 내에서 LLRF가 만들어낸 몇 와트 수준의 RF 전압을 수백와트로 증폭시키는 기능을 수행하는 장비
- 세부사항
ㆍ당사의 제품은 일반 산업용 증폭기 대비 출력파워가 아닌 안정적인 전압과 위상안정도를 요구하고있으며, 2,856메가헤르츠(MHz) 펄스 모드에서 작동하는 900와트급의 증폭기임
ㆍ당사가 공급하는 SSA는 LLRF에서 원격제어되며 0.02%의 전압안정도와 0.03도의 위상 안정도 유지해야 하므로 정밀제어가 요구되는 제품임

SMC
(공용제품)	Stepping Motor Controller
- 주요기능: 가속기를 구성하는 모든 모터를 제어하는 장비
- 세부사항:
ㆍEPICS가 내장된 가속기용으로 특화된 장비로 이더넷 통신방식과 400MHz ARM920T CPU를 채택하여 최대 8개의 스테핑 모터를 빠르고 안정적으로 제어

핵융합	CFS
(중앙제어)	CODAC(Control Data Access and Communication) Framework Service
- 주요기능: 핵융합실험로(ITER)의 정상상태 운전을 상위에서 관리하는 중앙제어시스템으로 ITER에 공급되는 모든 플랜트 제어시스템(약 170여개)은 CODAC system에 맞춰서 설계
- 세부사항:
ㆍCFS는 ITER의 가장 핵심이 되는 중앙제어시스템으로 CODAC내에 플라즈마 제어를 위한 고속 네트워크 소프트웨어인 SDN(Synchronous Data Network) 소프트웨어는 당사가 개발을 담당한 것으로 SDN에 연결된 모든 중앙 서버 및 플랜트 시스템으로 하여금 각 노드 간 전송 성능을 안정적으로 보장함
ㆍ당사에서 제공한 SDN 소프트웨어를 사용하여 ITER에서 직접 10만회의 통신에 대해 테스트를 수행한 결과 평균 27 마이크로초의 전송 속도를 표준 편차 1.4마이크로초의 성능으로 데이터를 전송

CIS
(비상시 중앙제어)	Central Interlock System(장비보호를 책임지는 중앙 인터락 제어시스템)
- 주요기능: ITER의 장비 중 가장 고가의 초전도 코일을 비롯하여 수조 원에 달하는 토카막을 포함하는 모든 플랜트 장비의 보호를 관장하는 시스템
- 세부사항:
ㆍCIS는 비상시에는 CFS의 제어를 받지않고 별도의 제어를 하게 되므로 인간의 뇌를 기준으로 볼때 소뇌에 해당하는 부분으로 볼 수 있음. 비상시에 빠르게 대응하지 못할 경우 토카막이 녹아내리거나 초전도코일을 손상시킬수 있는 관계로 매우 중요한 중앙제어시스템 중 하나임
ㆍ중앙 인터록 시스템의 최종 설계 시에 수행된 신뢰도 분석결과: 모든 결과에서 우수한 성능을 유지하고 있음을보여줌

CPSS
(설비제어)	Coil Power Supply System(전원장치 마스터 컨트롤 시스템)
- 주요기능: 토카막이란 진공용기 내에 자기장을 실시간으로 제어하기 위해 플라스마 컨트롤 시스템 및 중앙 제어시스템과의 통신을 통해 플라즈마 제어를 위한 실시간 자기장 형태의 제어를 할 수 있게 하는, 핵융합 실험로에서는 가장 중요한 Plant I System 기능을 수행함
- 세부사항: 우리나라 다원시스를 포함하여 중국과 러시아 업체가 공급한 전원장치를 안정적으로 제어하여 핵융합 발전이 제대로 이루어 질 수 있게 만드는 중요한 설비제어 시스템임

머신러닝	MoI
(인공지능 엔진)	바이오 부문
- 유전자가위 및 신약 후보물질 탐색 등에 적용할 수 있는 머신러닝 플랫폼금융 부문
- 자산배분시스템 관련 채권 이자율 예측시스템, 환율예측 시스템 등

ADM	임상서비스	임상 1상/2상/3상	임상 1상
- 건강인 대상 독성 유무 파악
임상 2상
- 실제 환자 대상 성능 및 부작용 검증(투여량 등 확정)
임상 3상
- 2상 대비 대규모 환자 대상 실험

DNA니들	의약품 및
화장품용 DNA니들	의약품
- 백신, 피부질환치료제, 바이오의약품 패치 등에 적용
화장품
- 기능성화장품(미백, 주름개선 등)

(2) 주요제품의기능, 용도, 특징

당사의 주요 제품은 가속기, 핵융합실험로 관련 “EPICS 기반의 초정밀 제어시스템 및 장비”입니다. 빅사이언스 분야의 정밀제어 시스템 설계 및 구현이라는 것은 단순히 공장이나 생산시설의 설계와는 달리, 표준으로 채택하고 있는 방대한 규모의 오픈소스 플랫폼(EPICS)에 대한 지식을 바탕으로 핵물리학뿐만 아니라 가속기, 핵융합로의 구조 및 작동원리 등에 대한 이해가 필요하며, 이를 제어 및 구현하기 위한 통신, 네트워크 및 임베디드 S/W 등에 대한 기술역량을 추가로 확보해야 가능합니다. 또한 빅사이언스 분야의 특성상 시스템의 오류나 고장은 큰 피해를 유발하거나 장기간 장비사용이 불가능한 상황에 이르는 관계로 실제 시스템에 적용한 다수의 reference 확보가 매우 중요한 경쟁요소로 작용하게 됩니다.

과거 산업용 제어시스템은 통합된 소프트웨어 플랫폼이 존재하지 않았으나 최근 대규모 투자를 통해 건설되는 핵융합발전시스템, 가속기시스템 등의 빅사이언스 분야는 수백 또는 수천 종의 계측 및 제어장비가 설치되고, 이런 장비들의 상태를 실시간으로 감시 제어하기 위해서는 경우에 따라 수백만 개의 제어 포인트들로부터 실시간으로 정보를 수집하고 제어하기 위한 방대한 규모의 제어 시스템이 필요합니다. 또한 최소 몇십년간 운영해야 할 거대시설물에 특정회사의 제품을 사용할 경우 시스템 구축에 있어서 다양성, 확장성에 제약이 있고 막대한 구축 및 운영비용, 상용제품 단종시 유지보수의 한계 등의 문제점이 존재할 수 있습니다. 이런 요구를 충족하기 위해 오랜 기간동안 플랫폼 개발이 이루어져 왔으며, 현재 빅사이언스 분야의 제어에 가장 신뢰성 있는 소프트웨어 솔루션으로 인정되고 있는 것이 바로 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System) 플랫폼입니다.

EPICS 플랫폼은 1989년부터 미국의 로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory: LANL)와 아곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory: ANL) 공동으로 가속기 제어 시스템을 개발하면서 나온 150개 이상의 오픈 소스 라이선스(Open Source License)를 기반으로 시작되었습니다. EPICS는 Application Developer들이 제어 시스템을 개발하기 위하여 사용하는 Open Source 기반의 Software Tool의 모음이며, Operator Interface (OPI), Input Output Controller (IOC), Local Area Network으로 구성됩니다.

최근에 건설되는 기초과학 분야의 가속기나 핵융합 실험로와 같은 빅사이언스 시설은 모두 EPICS를 이용하여 건설되고 있는데, EPICS는 클라이언트/서버 모델에 기초하여 Channel Access(CA)라는 독특한 네트워크 프로토콜을 사용하고 있으며, 대량의 컴퓨터 및 입출력 장치를 이용하여 네트워크상의 어느 지점에서도 데이터를 손쉽게 수집하고 제어할 수 있도록 구성되어 있습니다. EPICS의 제어 및 모니터링 데이터의 기본 단위는 PV(Process Variable)이며, CA 통신 프로토콜을 사용하여 PV 값을 주고받도록 되어 있는데, CAS(Channel Access Server)는 PV 값을 제공하는 장치이고, CAC(Channel Access Client)는 PV 값을 사용하는 장치입니다. CA 프로토콜을 따르는 Tool/Program/Application을 “EPICS Compliant”라고 하며, EPICS는 이러한 EPICS Compliant들이 사용하는 Toolkit을 제공합니다.

EPICS는 입자가속기, 천체망원경과 같은 빅사이언스, 산업용 플랜트 등의 실시간 분산제어시스템으로 사용되는 소프트웨어 툴, 라이브러리, 응용프로그램들의 패키지로서 EPICS 로고에서 볼 수 있듯이 네트워크 기반의 클라이언트/서버의 분산형 구조로 되어있습니다. EPICS는 상용 분산제어시스템이 가지는 모든 기능을 제공하며, 현재까지 발표되어 있는 모든 주요 OS플랫폼 및 I/O bus 등을 지원하고 있습니다. 이에 따라 EPICS가 제공하는 응용프로그램 이외에도 많은 사용자가 개발한 다양한 하드웨어 드라이버, 라이브러리, 응용프로그램을 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

현재 EPICS는 빅사이언스 시설 운전에 필요한 분산 제어 시스템을 개발하고 구현하기 위해 광범위하게 사용되는 소프트웨어 개발 플랫폼으로 확고하게 자리잡았으며, 전세계 유수한 빅사이언스 시설의 자동제어 시스템 대부분이 EPICS를 기반으로 설계되고 있는 상황입니다. 개방형시스템인 EPICS는 다양한 환경에서 구축된 장비 등을 모두 포함할 수 있으며, 빅사이언스 분야에서 전세계적으로 협업을 통해 개발되어 사용되는 오픈 소스 소프트웨어 도구(Tool), 각종 라이브러리(Library) 및 응용 프로그램들을 집대성해 놓은 플랫폼으로 지속적으로 개선되고 있는 상황입니다.

흔히 소설이나 영화에서는 다양한 IT 기술이 적용된 미래의 모습을 볼 수 있는데, 개인이 일정지역을 지나갈 경우 그 지역의 센서가 주인공의 망막을 인식하여 신원을 파악하고 개인에게 정보를 제공하거나 신호등 및 주변 기기들을 제어하고, 혈압, 혈중 알콜농도, 맥박 등을 감지해서 범죄를 미리 예측하기도 합니다. 이런 미래사회가 만들어지기 위해서는 다양한 하드웨어 및 시스템으로 구축된 기기들을 모두 제어, 관리할 수 있는 통합적인 시스템 구축이 필요하고 여기서 확보한 빅데이터 정보가 실시간으로 처리 및 전달되어야 합니다. 이러한 대규모 시스템 구축에는 거대 시스템 구축에 적합한 개방형 플랫폼이 필요한데, 현재까지는 EPICS가 바로 이런 시스템 구축을 가능하게 해주는 하나의 대안이라고 할 수 있습니다.

당사는 EPICS 관련 플랫폼 기술을 바탕으로 EPICS 기반의 초정밀 제어 및 시스템 설계기술을 보유하고 있는 국내 유일의 회사입니다. 기존에 운영되고 있는 시스템 전체를 EPICS 기반으로 바꾸는 것은 비용 등의 이유로 인해 쉽지 않지만 향후 새로 건설되는 거대 과학시설 및 산업시설은 EPICS시스템의 개방성(기존에 구축된 어떤 장비나시스템도 모두 수용할 수 있음)으로 인해 많은 부분이 EPICS 기반으로 설계, 운영될 예정인 점을 감안하면, 당사는 EPICS 기반 제어기술을 가지고 수년 내에 다양한 산업용 제어시스템으로 진출하여 사업을 확대할 수 있을 것으로 예상됩니다.

(가) 가속기 관련 장비 및 제어시스템

가속기는 전하를 가지고 있는 입자를 빛의 속도로 가속하여 방사광이 발생시키거나새로운 입자를 만들어내는 장치로, 초미세영역을 연구하기 위한 초거대현미경으로 비유할 수 있습니다. 가속된 입자가 물질에 부딪치면 입자는 물질의 원자핵과 충돌하여 원자핵을 구성하고 있는 양성자나 중성자를 핵 밖으로 튀어나가게 하고 원자핵을 여러 개의 원자핵으로 분열시키기도 하며 중간자 등의 소립자를 만들어 내기도 합니다. 이러한 가속기는 원자핵 연구의 수단으로서 1930년경에 만들어져 오늘날까지 발전해 왔으며 최근에는 연구용, 의료용, 산업용으로 광범위한 분야에 응용되고 있습니다.

당사의 주요 제품 중 가속기 제어시스템 및 관련 장비는 포항가속기연구소의 4세대 방사광가속기에 납품한 EPICS 기반 LLRF(Low-Level Radio Frequency Controller), Undulator, SSA(Solid State Amp Controller), SMC(Stepping Motor Controller) 및 BPM(Beam Position Monitor) 등이있습니다. 대전에 신규로 건설되는 중이온가속기 관련 제품은 LLRF, SSA, BPM, Cryo Module, SMC를 비롯해 실험장치에 해당하는 ISOL시스템, IF시스템, KoBRA시스템 등이 있습니다. 포항 4세대방사광가속기에는 Undulator가 있어서 방사광을 만들어 냈다면 중이온가속기에서는 ISOL시스템, IF시스템, KoBRA시스템 등과 같이 새로운 입자를 만들어 내는 실험장치가 있으며, 이를 구성하고 있는 수많은 자석의 위치조정을 비롯한 정밀제어에 당사의 시스템이 공급되고 있습니다.

1) LLRF 제어시스템(Low-Level Radio Frequency Controller)

당사는 2010년부터 국내에서는 최초로 EPICS 소프트웨어 플랫폼을 연구하고 관련 기술을 개발하기 시작했으며, 2011년에 지식경제부 부품소재기술개발사업(800MeV 출력의 가속기용 RF PAD PAC System 개발)을 수주하여 약 2년에 걸친 솔루션 개발을 통해 EPICS 플랫폼을 기반으로 포항가속기연구소 LLRF 시스템 제어기술을 확보하였습니다.

상기와 같이 입자의 속도를 빛의 속도까지 올려주는 가속기의 가속관에는 증폭을 위한 SSA나 클라이스트론이 있으며, 여기에 전원을 공급해 주는 모듈레이터, 그리고 가속기 공진 RF의 위상과 진폭을 측정하고 보정해주는 LLRF시스템이 설치되게 됩니다. LLRF의 주요 구성을 보면 RF 신호 처리를 위한 RF 모듈과 디지털 신호 처리를 위한 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 보드, 그리고 인터페이스(Interface)부로 나눌 수 있습니다.

입자가속기는 발사된 입자들을 원하는 수준의 속도(일반적으로, 빛의 속도에 근접하는 속도)로 정확하게 가속시키기 위하여 해당 입자들을 고출력 RF(Radio Frequency)에 공명시켜 가속시키는 구조를 가지고 있는데, 이때 사용되는 RF의 진폭(amplitude)과 위상(phase)의 정밀도와 안정성은 가속기의 성능을 좌우하는 가장 중요한 요소 중 하나로서 매우 정밀한 수준에서의 제어가 필요합니다. 그러나 고출력 RF증폭에 사용되는 각종 장비들(SSA, Klystron, 모듈레이터)의 기계적 오차, 운전 중 발생하는 수많은 외란 (External Disturbance), 진동, 온도의 변이 등에 의해 RF의 진폭 및 위상은 필연적으로 왜곡되며, 이로 인해 RF의 진폭과 위상의 미세 오차가 발생합니다.

이는 가속기의 가속 효율을 심각히 훼손하는 치명적 요인으로 작용하는데, LLRF 제어시스템은 이러한 가속기의 공진 RF의 왜곡과 변형을 실시간으로 측정하고 이를 보정하여 주는 시스템으로서 가속기의 성능을 좌우하는 핵심 장비입니다. LLRF 제어시스템의 주 기능, 즉 가속기 공진 RF의 위상과 진폭을 측정하고 보정해 준다는 의미에서 PAD PAC (Phase-Amplitude Detect Phase-Amplitude Control) 시스템이라고도 불리고 있습니다.

LLRF는 RF 신호를 사용하여 입자를 가속하는 모든 종류의 가속기에 필수적으로 사용되며 사이클로트론, 싱크로트론과 같은 원형가속기뿐만 아니라, 보다 큰 가속에너지를 얻기 위해 사용되는 선형가속기(Linear Accelerator: LINAC)에도 적용됩니다. 특히, PAL-XFEL과 같은 포항가속기연구소 4세대 선형가속기에서 전자 빔의 가속을 위한 RF 위상과 파워의 정밀한 제어는 가속기의 가속 효율을 좌우하는 기본 요소로서 LLRF 제어 정밀성이 매우 중요해집니다. 가속 RF 전압에 대한 제어 정밀도는 전압 안정도 0.01% 이내, 위상 안정도 0.1 도 이내로 LLRF 제어기를 통해 이루어져야 하며, 이러한 안정도는 세계적으로도 극히 일부 연구소만이 보유하고 있는 첨단 기술로서 4세대 가속기 건설을 위해 당사가 국산화에 성공한 것입니다.

당사는 2011년 포항가속기연구소의 LLRF 공동개발 업체로 선정된 이후 기술개발에 주력하여 100 펨토초 (fs = 10-15초) 이하의 지터 (Jitter) 특성유지를 위한 클락(Clock) 제어기술, FPGA (Field-Programmable Gate Array)를 활용한 AD/DA 및 DSP (Digital Signal Processing) 알고리즘 구현 기술 등과 함께 EPICS 플랫폼을 활용한 제어기술 등을 확보하였습니다. 이로서 RF 전압 안정도와 위상 안정도에 있어서 모두 세계최고 성능을 가진 LLRF 개발에 성공하였으며, 본 제품을 포항가속기연구소에 납품하고 있습니다.

당사가 개발 및 공급하고 있는 LLRF는 포항가속기연구소의 방사광가속기와 기초과학연구원 중이온가속기 향으로, 중이온 가속기도 전체 제어시스템이 EPICS로 구성되어 있기 때문에 포항가속기연구소에 납품한 시스템 및 제품 대부분과 유사합니다. 현재 LLRF는 당사가 국내시장을 독점하고 있는 제품으로 RF 아날로그 설계 및 시그널 프로세스, 디지털 설계 등의 IT기술은 물론 EPICS기술 및 가속기의 이해가 충족되어야 개발할 수 있는 융합기술의 산물로서 향후에도 잠재적 경쟁회사의 제품 개발과 시장 진입이 어려울 것으로 예상되고 있습니다.

해외업체 중 대표적인 경쟁사로서 일본의 미쓰비시 전자 등이 있으나 엔저의 상황에도 불구하고 당사 가격대비 3배 이상의 고가로 납품가격이 책정되어 있는 상황이어서 추후에도 국내 가속기 시장 진입은 어려울 것으로 예상됩니다. 당사의 LLRF 제어시스템이 포항 4세대 방사광가속기에서 성능을 검증받는 등 reference를 확보한 점을 감안할 때, 일본이 도입을 검토하고 있는 31km 규모의 국제선형가속기(ILC)에도 LLRF 제어시스템을 중심으로 참여가 가능할 것으로 예상됩니다.

이와 같이 LLRF는 수입에 의존하던 제품을 당사가 국산화에 첫 성공하였고, 대부분의 가속기에 수십 ~ 수백대가 공급되는 만큼 향후 수요가 예상되는 다수의 가속기 구축 사업(대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기, 대학 및 지자체의 의료용가속기, 구축 중인 해외 대형가속기 등)에 납품이 가능할것으로 판단됩니다. 현재는 연구용 가속기 중심으로 사업을 추진 중이며 핵심기술력을 바탕으로 향후 의료용 및 산업용 가속기로 사업영역을 확장할 예정입니다.

2) Undulator 제어시스템

언듈레이터 제어시스템은 가속된 전자에서 고품질의 X-Ray를 생성하기 위해 언듈레이터를 마이크론 단위로 위치를 제어하는 방사광 가속기의 핵심 장비입니다.

포항가속기연구소 4세대 선형가속기 빔 라인에 설치되는 언듈레이터는 고품질의 X-RAY(Time Scale=펨토초(10－15초, 단위 기호는 fs), 반경=나노미터)를 생성해냅니다. 언듈레이터 제어시스템은 이러한 언듈레이터(최소 가로 크기 = 6미터)의 위치 제어를 담당하는 방사광 가속기용 시스템입니다. 즉, 당사의 제어시스템은 6미터가 넘는 기계구조물의 동작을 마이크론 단위로 제어합니다.

언듈레이터는 이극전자석이 주기적으로 배열되어 있는 모양을 하고 있으며 통과하는 전자들을 진동시켜 방사광을 방출하도록 합니다. 자체증폭자발방출(Self-Amplified Spontaneous Emission: SASE) 과정을 갖는 X선 자유 전자 레이저(X-ray Free Electron Laser: XFEL)에서 방출된 방사광은 150미터에 달하는 언듈레이터 라인 내에서 강도가 지수적으로 증폭되어 결국 포화상태에 이르게 됩니다. SASE 과정을 일으키기 위해 요구되는 자기장 정밀도가 매우 높기 때문에 자기장 크기를 조절하는 언듈레이터의 간극 정밀도는 1 마이크론 이내로 제어되어야 합니다. 즉 6미터가 넘는 기계 구조물의 동작을 1 마이크론 이내의 정밀도로 제어하기 위하여 당사는 자체 개발한 특별한 제어 알고리즘을 사용하여 언듈레이터 내의 전자석에 의해 기기구조물 자체가 받은 자기력을 보상하여 원하는 위치로 움직일 수 있도록 하였으며, 150미터에 달하는 전체 언듈레이터 라인의 간극 동작이 동시에 이루어질 수 있도록 새로운 고속 필드 버스 시스템을 적용하고 있습니다.

PAL-XFEL 기본 설계에는 모두 5개의 언듈레이터 라인을 설치할 수 있도록 되어 있습니다. 그러나 PAL-XFEL 예산 신청 시 최초 완공 시점에는 우선적으로 HXU(Hard X-ray Undulator)와 SXU(Soft X-ray Undulator) 총 2개의 언듈레이터 라인을 건설하는 것으로 되어 있으며, 향후에 이용자들의 요구사항을 반영하여 3개의 언듈레이터 라인을 추가 건설하는 것으로 계획되어 있습니다. 당사는 HXU와 SXU 총 2개 라인의 언듈레이터 제어기 프로젝트를 모두 수주하였습니다(HXU에는 20기, 그리고 SXU에는 7기의 언듈레이터가 우선 설치).

HXU은 투과력이 강한 X선이며, SXU는 HXU에 비해 파장이 길고 투과력이 거의 없는 X선으로 추후에 4세대 가속기가 성공적으로 완공되면 이용자들의 요구에 의해 수십 기의 언듈레이터가 추가 설치될 것입니다. 언듈레이터 제어기의 개발을 위해서는 언듈레이터의 원리 및 구조에 대한 이해가 선행되어야 하는데, 당사에 포항가속기연구소 출신의 핵심연구원이 재직 중으로 국내 다른 경쟁업체의 시장 진입은 쉽지 않은상황입니다.

신문기사를 통해 포항방사광가속기에서 0.5nm(10-9m) 파장의 X선 레이저가 발생이 성공했다는 것을 확인할 수 있는데, 이는 전자빔과 엑스선의 주기가 150m의 삽입장치를 지나면서 0.005nm 오차 이하로 일치한다는 것으로 이 조건을 만족하려면 8만개의 영구자석 위치오차가 5um(10-6m) 이하로 정밀제어된다는 것을 의미합니다.

3) SSA(Solid State Amp Controller)

SSA(Solid State AMP)는 정밀 증폭기로 가속기내에서 LLRF가 만들어낸 수 와트의 RF 전압을 SSA에서 수백 와트로 증폭하는 기능을 가지고 있으며, SSA에서 증폭된 전압은 다시 클라이스트론에서 수천 배 증폭된 후 가속공 등에 주입됩니다. 산업용 증폭기와 비교했을때 출력파워뿐만 아닌 안정적인 전압과 위상안정도가 요구되며, 이러한 엄격한 사양들이 IT 기술과 RF 기술의 융합을 통해 설계되었습니다.

PAL-XFEL에서 수주한 SSA는 2,856메가헤르츠(MHz) 펄스 모드(Pulsed Mode)에서 작동하는 900와트(W)급의 SSA로 LLRF에서 원격으로 제어되며, 0.02%의 전압 안정도와 0.03도의 위상 안정도를 만족해야 합니다. S-band (2,856 MHz) SSA는 무선 통신이나 군수용 등 여러 응용분야에서 사용되고 있으나, 출력 파워가 중요한 이러한 분야들과 달리 가속기의 SSA는 주로 전압 및 위상 안정도가 중요한 변수로 RF 회로 설계 시 노하우가 필요합니다.

SSA의 전체 시장 규모는 매우 크며, 가속기 시장만으로 국한시켜 보더라도 중이온 가속기의 500 여대, 중입자 가속기의 수 십대 정도가 향후 추가 발주될 예정입이다. SSA를 만드는 경쟁사는 국내에도 수십 개의 회사가 존재하나, 당사는 EPICS를 기반으로 한 가속기용 특수 시장에 포지셔닝함으로써 현재는 선도적인 지위를 유지하고 있습니다.

4) SMC(Stepping Motor Controller): 스테핑모터제어기

당사의 SMC(Stepping Motor Controller)는 세계 최초로 EPICS 인터페이스 기능을 채택 및 내장하여 가속기 제어에 최적화시킨 전자 장비로, 다양한 스텝모터를 정밀하게 제어하는 8채널 모터 컨트롤러입니다. 특히 EPICS를 전체 제어 시스템의 플랫폼으로 채택하고 있는 빅사이언스 분야의 시설에서는 별도의 추가 프로그램 없이 모터들을 제어할 수 있으며, EPICS Society에 공개되어 있는 수많은 가속기 관련 제어 알고리즘과 인터페이스를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

당사가 개발한 SMC 모델인 'SMC-108'은 10cm 높이의 컴팩트한 설계로 이더넷 통신방식과 400MHz ARM920T CPU를 채택하여 최대 8개의 스테핑 모터를 빠르고 안정적으로 제어할 수 있습니다. 또한, 사용자 환경에 맞는 하드웨어 설정도 웹을 통한 사용자 인터페이스에서 손쉽게 변경 가능하기 때문에 많은 제어기들을 관리하고 변경하는데 매우 편리하게 설계되어 있습니다.

SMC-108은 약 80대가 주로 포항가속기연구소에 납품되었으며, 가속기 전체적으로 모터작동이 필요한 부분에 사용되는 제품인 만큼 향후 지속적인 판매 확대가 기대됩니다. 모터 제어기 생산 업체는 국내에도 다수 영업 중이나, EPICS가 내장된 모터 제어기는 당사 제품이 유일하여 가속기 시장 내에서는 당사의 SMC가 시장을 사실상 독점하는 상황입니다.

(나) 핵융합발전로 제어시스템

핵융합이란 1억 5,000만℃ 이상의 고온에서 가벼운 원자핵이 융합하여 더 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지를 창출해내는 과정으로 이 핵연료는 무한하며, 방사성 낙진도 생기지 않고 유해한 방사능도 적습니다. 가장 보편적인 예로 태양과 같은 별에서 그 빛에너지가 핵융합으로 생깁니다.

당사의 핵융합발전로 제어시스템은 현재 프랑스에 세계 최초로 시도중인 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)에 납품되는 핵심 제어시스템입니다. ITER의 전체 제어시스템의 구성은 서로 독립적인 세 개의 종적 구조로 구성되며, 정상상태에서의 운전을 담당하는 컨벤셔널 제어 시스템, 비정상 동작시 장비 보호를 책임지는 인터락 제어 시스템, 모든 상황에서 사람의 안전을 담당하는 안전 제어 시스템으로 구성됩니다. 이와 같은 종적 구조는 다시 중앙 제어 시스템과 플랜트 시스템 두 개의 횡적 구조로 구분되어 총 여섯 개의 제어 시스템으로 구성됩니다. 중앙 제어 시스템은 ITER 국제기구에서 직접 담당하며, 170여개의 플랜트 시스템은 7개국으로 구성된 각 ITER 회원국에서 역할을 나누어 담당하고 있습니다.

당사는 6개 부문의 제어 시스템 중 5개 부문의 제어시스템 구축에 참여하고 있습니다. 특히 3개의 중앙 제어 시스템 중, 안전제어시스템을 제외한 컨벤셔널 제어 시스템인 CFS(CODAC Framework Service) 구축 프로젝트와 인터락 제어 시스템인 CIS(Central Interlock System)을 개발하고 있으며, 플랜트 제어시스템 중 가장 중요한 프로젝트인 초전도코일 전원공급장치(CPSS: Coil Power Supply System)에서는 컨벤셔널 제어 시스템, 인터락 제어 시스템, 안전 제어 시스템이 모두 포함된 마스터 제어 시스템 프로젝트(MCS: Master Control System)을 수행하고 있어 전체 ITER 제어시스템 구축의 핵심 참여기업으로 인정받고 있습니다. ITER의 성공적인 운영 및 2030년경 ITER회원국(EU, 한국, 미국, 중국, 일본, 러시아, 인도)에 구축되는 DEMO 시스템과 본격적인 핵융합발전소 구축까지 당사의 참여는 지속적으로 확대될 것이 예상되고 있습니다.

1) 컨벤셔널 제어시스템(CFS: CODAC Framework Service)

CODAC(Control, Data Access Communication)은 핵융합실험로의 대뇌에 해당하는 부분으로, 컨벤셔널제어시스템(CFS: CODAC Framework Service)이란 ITER의 정상상태 운전을 상위에서 관리하고, CODAC system에 맞춰서 설계, 공급되고있는 모든 플랜트 제어시스템(약 170여개)들의 정보를 취합, 감시 및 제어하는 중앙통제시스템입니다. 당사가 수주한 프로젝트는 “CODAC CORE System for System software and I/O drivers development”로 ITER 중앙제어시스템의 프레임워크 구성 요소 중 핵심요소 제공을 담당하고 있습니다.

특히 이 프로젝트의 일부로 당사에서 개념 설계부터 구현 및 테스트에 걸쳐 모든 과정을 담당한 SDN(Synchronous Data Network) 소프트웨어는 플라즈마 제어를 위한 고속네트워크에 대한 소프트웨어로써 토카막 장치 운전에 핵심 역할을 하는 소프트웨어 입니다. CODAC은 플랜트 시스템과 중앙 시스템간 통신을 위해 4개의 네트워크 인프라를 제공하는데, 그 중 하나인 SDN은 고속 데이터 통신을 위한 네트워크입니다. 네트워크만 제공하게 되면 플랜트 시스템에서 구현하는 소프트웨어에 따라 기능 및 성능에 대한 요구사항을 보장하기 어려우므로, SDN 네트워크에서는 이 네트워크를 사용하는 모든 어플리케이션이 안정적으로 요구되는 실시간 응답속도를 보장하기 위해 통신용 소프트웨어 프레임워크도 함께 제공합니다.

CODAC내에 플라즈마 제어를 위한 고속 네트워크 소프트웨어인 SDN(Synchronous Data Network) 소프트웨어는 연결된 모든 중앙 서버 및 플랜트 시스템으로 하여금 각 노드 간 통신이 50 마이크로초의 지연시간 및 오차 50 마이크로초 이내의 전송 성능을 안정적으로 보장합니다.

당사는 중앙제어시스템을 개발, 공급하기 위해 ITER가 요구하는 제어시스템 설계지침인 “플랜트 제어설계 편람(Plant Control Design Handbook: PCDH)”을 정확하게 이해하고 설계에 적용하였습니다. 분석된 플랜트 제어설계 편람(PCDH)은 한글로 정리되어 관리 및 업데이트 됨으로써 핵심 개발자뿐만 아니라 프로젝트 참여 인력 전원이 정교한 설계 지침을 잘 이해하고 업무를 수행할 수 있도록 관리하고 있습니다

중앙제어시스템 설계 프로젝트 수주와 관련하여 당사의 핵심역량은 다양한 OS 및 임베디드 소프트웨어에 대한 경험을 바탕으로한 플랜트 제어설계 편람(PCDH)에 대한 이해, 빅사이언스 시설물 제어 관련 플랫폼인 EPICS에 대한 개발역량 및 인력을 확보했다는 점입니다. 현재 당사는 PCDH에 대한 이해를 바탕으로 ITER 핵융합발전로 중앙 제어 시스템 구축을 비롯하여 2개의 주요 제어시스템 개발(ITER 전체 장비 보호시스템 개발, ITER의 토카막 운전을 위한 전원장치 플랜트의 마스터 컨트롤 시스템 설계)을 수주하였습니다.

2) 인터락 제어 시스템(Central Interlock System)

인터락제어시스템이란 핵융합발전로의 소뇌에 해당하는 부분으로 모든 장치의 응급상황만을 감시, 처리하는 장비보호목적 중앙프로텍션시스템입니다. 핵융합발전로는 1억 5,000만도 이상의 고온 하에서 핵융합이 이루어지고 토카막내에서 플라즈마의 상태를 유지해야 하는 관계로 작은 결함이나 오동작이 발생할 경우 전체 플랜트에 치명적인 손상을 가할 수 있습니다. 인터락제어시스템은 토카막의 제어에 이상이 발생하여 토카막이 녹아내리거나 초전도 코일에 손상을 줄 수 있는 상황이 발생할 경우 짧은 시간내에 이를 제어하여 장비 및 전체 시스템의 손상을 방지합니다. 이 시스템은 ITER의 장비 중 가장 고가의 초전도 코일을 비롯하여 수조 원에 달하는 토카막을 포함하는 모든 플랜트 장비의 보호를 관장합니다.

핵분열은 일단 과정이 시작되면 핵분열을 유지하는게 상대적으로 용이하지만, 핵융합의 경우 일정한 조건이나 상태가 유지되지 않으면 핵융합 과정이 멈추게 되므로 중앙 인터록 시스템(CIS)이 ITER 전체 플랜트의 장비 보호를 책임지는 최상위 시스템으로 작동할 수 있게 됩니다. 특히 초전도 코일의 경우 한번의 장애로 인해 손상이 될 경우, 수 천억원의 추가 비용이 발생함은 물론 이를 복구하는 데만 1년 이상의 기간이 소요되며 이 기간 동안에는 모든 장비들이 사용할 수 없는 상태가 되므로, 절대 고장 나지 않을 만한 최고 수준의 안전 시스템이 요구되고 있는 상황입니다.

상기 ITER의 중앙 인터록 시스템 (CIS) 주 작동 화면은 당사 최종 설계서에 포함한 결과물의 일부입니다. 중앙 인터록 시스템은 시스템 보호 모듈(System Protection Module), 플라스마 보호 모듈(Plasma Protection Module), 코일 보호 모듈 (Coil Protection Module), 급속 방전 진단 모듈(DLIB Diagnostic Module)로 구성되어 있으며, 하나의 모듈에 문제가 발생했을 때도 정상적으로 요구 기능을 수행하기 위해 주 서버실과 백업 서버실로 나누어 두개의 시스템이 항상 동작할 수 있는 구조로 설계되었고, 두 시스템간 노드 이전 및 네트워크 오류에 대한 내성 설계를 위해 네트워크를 분리 및 이중화 설계를 적용하였습니다. 성능 요구사항에 따라 고속 제어와 저속 제어를 수행함은 물론 코일의 초전도 유지 시스템의 이상 상태를 안전 최고등급인 SIL4(Safety Integrity Level4) 등급의 수준으로 감지할 수 있도록 하드웨어적으로 시스템을 보호하는 하드와이어드 로직 프로세서(Hardwired Logic Processor)까지 포함하고 있습니다. 중앙 인터록 시스템은 각 모듈이 독립적이고 안정적인 구조에서 각각 할당된 기능을 수행하게 설계되며, 시스템의 일부에서 에러가 발생하더라도 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 하는 고장 내성 설계(Failure Tolerant Design)까지 적용되야 하는 고도의 신뢰성이 요구되는 제어 시스템입니다.

ITER의 중앙인터록제어 시스템 개발을 통해 당사는 20년간의 안정적인 운전에 필요한 다중화 설계 및 예비 부품 수량 계산을 수행하는 등 최고 수준의 안전 시스템을 구축하기 위한 총괄적인 설계기술 및 경험을 보유하게 되었으며, 향후 높은 안전성이 요구되는 어떠한 시스템 설계에도 참여할 수 있는 세계적으로도 가장 신뢰할 만한 인터락 시스템 설계 기술을 보유한 회사로 성장하고 있습니다. 현재 국내 핵융합 실험로인 KSTAR를 개발하고 있는 국가핵융합연구소에서도 당사와 ITER의 인터락 시스템 설계 일부를 도입하는 계획을 협의하고 있는 상황입니다. 국내에서 개발하여 운영중인 KSTAR는 장치의 크기면에서는 ITER의 1/30 수준이지만, 현재까지 개발된 장치중에서 ITER와 가장 유사한 특징을 가지고 있습니다. 따라서 당사의 CIS 프로그램이 KSTAR에 적용될 수 있음은 물론이며, 향후 구축될 DEMO에서도 당사의 제어시스템이 사용될 것임을 예상할 수 있습니다.

3) 전원장치 마스터 컨트롤 시스템(CPSS: Coil Power Supply System)

전원장치 마스터컨트롤 시스템(Coil Power Supply System)은 핵융합 발전로의 심장인 토카막에 전원을 공급하는 백여대의 대형 전원장치를 실시간으로 제어하는 시스템입니다. 토카막이란 진공용기 내에 자기장을 실시간으로 제어하기 위해서는 전원장치가 주요 역할을 수행하게 되는데, 당사가 수주한 전원장치 마스터 컨트롤 시스템은 주어진 전압 값을 생성해내는 단순한 기능의 전원장치가 아니라 플라스마 컨트롤 시스템 및 중앙 제어시스템과의 통신을 통해 플라즈마 제어를 위한 실시간 자기장 형태의 제어를 할 수 있게 하는, 핵융합 실험로에서는 가장 중요한 Plant I System 기능을 수행합니다.

전원장치는 ITER의 약 170개 Plant I System 시스템 중 가장 규모가 크고 역할이 중요한 플랜트 시스템 중 하나로써 전원장치구성도에서 볼 수 있듯이 한국, 중국, 러시아 업체가 100여개의 전원장치 조달을 책임지고 있습니다. 한국은 토러스형의 고정자장을 발생하여 플라즈마를 토카막 내부에 가두기 위한 토로이달 자장발생자석(TF자석), CS(Central Solenoid), CC(Correction Coils)에 대한 전원공급장치를, 중국은 플라즈마 내에 대전류를 발생시키고 플라즈마의 형상을 제어하기 위한 펄스코일인 폴로이달 자장발생자석(PF자석)에 대한 전원공급장치를, 러시아는 FDU(Fast Discharge Unit) 등을 포함한 전원공급장치를 공급하고 있으며, 당사가 공급하는 제어시스템이 전체 전원장치들을 조절 및 제어하는 역할을 담당하고 있습니다.

전원장치 마스터 컨트롤 시스템은 당사에서 핵융합 프로젝트로써는 처음으로 수주한 프로젝트입니다. ITER 사업의 전체 일정이 수차례 지연되고 있는 과정에서도 마스터 컨트롤 시스템은 초기에 계획한 일정을 정확하게 준수하고 있으며, 170여개의 플랜트 시스템 중 가장 빠르게 진행되고 있습니다. 마스터 컨트롤 시스템의 일정별 결과물은 ITER 국제 기구 내에서도 가장 좋은 선행 결과물로 참조되고 있으며, 특히 예비 설계 및 최종 설계를 진행하면서 보여준 당사의 능력 및 결과물은 중앙 제어 시스템 구축 프로젝트 및 중앙 인터록 시스템 프로젝트를 수주하는데 절대적인 공헌을 하였습니다.

당사는 이 프로젝트를 통해 핵융합 실험로의 중추적 역할을 담당하는 전원장치 제어와 관련하여 세계 최고의 장치에서 적용되는 기술을 보유하게 되었습니다. 이 기술들은 EPICS를 이용한 제어시스템 관리, 전압제어, 무부하 전류제어 및 부하 전류제어, Q값 제어, 실시간통신 및 제어, TF 컨버터 운전제어, PF/VS 컨버터 통합운전제어, 전류안전제거, 데이터기록저장, 순간데이터 기록관리, 상태머신관리 등 입니다. 특히 상태머신관리는 ITER에서 작성한 표준안을 정확하게 준수하여 설계, 구현하는 것과 동시에, ITER에서는 생각하지 못한 내용들을 제안하여 표준설계 안에 반영되도록 하였습니다. 실시간통신 및 제어기술, 순간 데이터 기록관리 등은 십여년 간 산업현장에서 축적한 경험으로 빅사이언스 분야 선진연구소들에 대해 경쟁력 우위를 확보할 수 있는 토대를 만들었습니다.(다) 머신러닝 솔루션

(출처: 당사 자체작성)

머신러닝 솔루션은 당사가 EPICS 기반 제어시스템 개발과 함께 지속적으로 개발역량을 확보하고 있는 머신러닝(Machine Learning) 관련 사업으로 당사의 미래 핵심사업입니다. 알파고로 인해 시장의 관심을 받기 시작한 AI, Deep Learning 등은 머신러닝과 서로 연관된 개념으로 당사는 핵융합 및 가속기 등 거대설비의 제어시스템 개발 과정에서 대규모 시스템의 제어능력은 물론 빅데이터의 저장, 관리, 정보추출 역량을 확보하였습니다.

현재 국내외에는 다양한 벤처기업들이 인공지능 관련 솔루션이나 서비스를 제공하고 있습니다. 대부분의 기업들은 음성, 이미지 인식, 자연어 처리 등 인간의 인식을 대체하는 분야에 집중하고 있습니다. 하지만 모비스가 목표로 삼고 있는 머신러닝 결과물은 당사가 보유한 솔루션에서 알 수 있듯이 인간 전문가들의 직관과 추론 능력을 대체하는 분야가 주를 이루고 있습니다.

1) 머신러닝 기반 빅사이언스 시설물 제어

가속기는 너무 많은 제어변수가 있고 고장 등의 문제가 발생할 경우 엄청나게 큰 비용이 발생하는 관계로 머신러닝 적용을 통해 효율성을 높이고 고장에 대한 위험감지를 추진할 수요가 존재합니다. 현재에도 다양한 가속기 시뮬레이터를 이용하여 최적의 제어변수 값을 찾고 이를 적용하는 시도를 하고 있으나 실시간으로 이 값들을 가속기 제어에 반영하는데는 한계가 있습니다. 당사는 정부과제를 통해 가속기 제어에 머신러닝을 적용할 수 있는 방안을 모색하고 있으며, 이를 전세계 다양한 가속기에 적용할 수 있도록 가속기 구조에 맞는 최적화를 추진할 계획입니다.

핵융합 시설물 제어에 있어서 당사는 다수의 제어시스템에 머신러닝 제어엔진을 적용하는 시도를 하고 있습니다. 이를 통해 플라즈마 형상제어, 코일전류 제어, 초전도 코일보호, 플랜트 위험감지 등 다양한 제어시스템에 대한 최적의 제어 변수를 찾아내고, 정밀하고 빠른 제어가 가능한 시스템을 제공하기 위해 개발을 진행하고 있습니다.

2) 머신러닝 기반 바이오사업

바이오 산업은 머신러닝 적용에 있어서 가장 큰 가능성을 보유한 사업부문으로 볼 수 있습니다. 인간 세포핵 속의 염색체가 지닌 30억 개의 염기 서열 가운데 개인의 편차를 나타내는 한 개 또는 수십 개의 염기변이와 관련된 질병을 진단하고 예측하는 일은 너무 많은 경우의 수가 존재하는 관계로 기존의 방식으로는 대안을 찾는데 한계가 존재합니다. 현재 다양한 바이오 벤처기업들에서 머신러닝을 적용하기 위한 시도를 진행하고 있으며, 당사에서도 최적의 유전자 가위 라이브러리 공급, 유전자 치료제 개발 등 다양한 사업기회를 모색하고 있습니다.

3) 머신러닝 기반 금융 관련 솔루션 공급

현재 머신러닝을 금융부분에 적용할 수 있는 다양한 시도가 진행되고 있으며, 대부분이 주식, 선물/옵션, 자산배분 등의 분야에서 더 좋은 투자성과를 내기 위한 솔루션을 개발하고 있습니다. 당사는 머신러닝의 장점이 가장 잘 적용될 수 있는 분야가 주식이나 선물/옵션 보다는 자산배분 등과 같이 인간의 전문성과 경험이 쌓일수록 더 안정적으로 개선된 성과를 낼 수 있는 분야라고 판단하고 있습니다. 이에 대한 사업화를 위해 당사는 관계사와의 협업을 통해 국내 금융기관에 머신러닝 기반 자산배분 솔루션을 공급하고 고도화하는 작업을 추진하고 있습니다.

중장기 자산운용의 핵심 변수인 “이자율, 환율” 예측의 정밀도 향상을 통해 금융기관의 Plan-Do-See 기능을 제고하고, 경영계획 및 자산배분 정확도 향상에 기여함은 물론 자산 Rebalancing 시 시장변수 정확도 향상을 지원하여 수익률을 향상시킬 수 있는 솔루션을 개발하고 있습니다.

(라) 임상서비스(에이디엠코리아 관련)

당사는 머신러닝을 적용할 수 있는 산업으로 사업을 확대하기 위해 2019년 1월에 임상 CRO업체인 에이디엠코리아㈜를 자회사로 편입하였습니다. CRO산업은 동물을 대상으로 전임상 실험을 진행하는 비임상CRO업체와 사람을 대상으로 하는 임상CRO업체로 구분됩니다. 대규모의 설비투자를 기반으로 동물에 대한 독성시험 등을 주로 진행하고 있는 비임상 기업들은 최근 화평법 등의 영향으로 인해 시장이 확대되고 있으며, 이미 2개의 업체가 코스닥 상장에 성공한 상황입니다.

최근 바이오 산업의 급성장과 함께 시장의 관심이 점점 높아지고 임상 CRO 기업들은 비임상에 비해 신약출시와 더 밀접한 관계가 있으며, 임상실험의 결과가 신약의 성패를 좌우하는 매우 중요한 산업으로 인식되고 있습니다. 과거에 제약·바이오기업의 신약 개발을 돕는 보조자 역할로만 여겨졌던 CRO산업이 임상 설계부터 데이터 관리, 컨설팅 등 CRO 업무가 고도화되면서 하나의 독립적인 산업군으로 인정받고 있는 것입니다.

전세계 최대 의약품 시장인 미국에서는 CRO업체들이 임상시험 수탁사업은 물론 신약개발 및 License out 사업에 적극적으로 참여함으로써 신약의 가치상승과 함께 기업의 가치도 함께 급증하고 있습니다. 글로벌 임상시험수탁기관 INC리서치는 2017년 6월 인벤티브헬스에 46억달러(약 5조2490억원)에 매각되었으며, 의약품시장 조사기관인 아이엠에스헬스(IMS Health)도 CRO기업 퀸타일즈트랜스내셔널을 90억달러(약 10조2672억원)에 인수했습니다. 즉 임상시험 수탁사업의 안정적인 기반위에서 신약개발까지 참여범위를 확대함으로써 신약개발의 성과를 같이 공유하고 있는 것입니다.

에이디엠코리아㈜의 경우 해외 글로벌 CRO와 같이 사업범위가 국내에만 한정되지 않고 글로벌한 CRO사업을 추진하고 있으며, 사업의 범위도 임상시험 수탁사업은 물론 License out 사업을 추진하고 있다는 점이 특징입니다. 에이디엠코리아㈜는 국내 백신업체의 임상시험을 위해 필리핀에서 직접 임상시험을 성공적으로 진행하였으며, 최근 베트남 1위 CRO 업체를 인수하여 글로벌 사업추진을 위한 기반을 강화하고 있습니다.

(마) DNA니들(에이디엠코리아 관련)

당사의 자회사 에이디엠코리아㈜는 에이디엠바이오사이언스㈜라는 자회사를 보유하고 있습니다.

에이디엠바이오사이언스㈜가 추진중인 DNA니들사업은 한국기계연구원의 반도체 관련 나노기술을 바이오 산업에 적용하고 있는 이종산업간 융합사업의 결정체라고 할 수 있습니다. 이 기술은 세계 최초로 연어 정자에서 추출한 DNA 소재를 기반으로 피부안으로 약물을 전달하는 기술을 상용화한 것으로 과거 모든 마이크로니들에 적용되고 있는 히알루론산, 폴리비닐피로리돈 등과는 달리 의약품으로 활용이 이미 검증된 물질로서 다양한 약품의 패치화가 가능한 게 장점으로 볼 수 있습니다. 에이디엠바이오사이언스㈜는 DNA니들 기술을 적용하여 미백 및 주름개선용 기능성화장품을 출시함은 물론 백신, 피부질환치료제, 바이오의약품 패치사업까지 사업을 확대할 계획을 보유하고 있습니다. 이미 WHO가 10년 이내에 백신을 패치화 하겠다는 계획을 발표한 것으로 볼 때 현재로서는 백신을 패치화 할 수 있는 유일한 대안인 DNA니들의 가능성은 매우 큰 것으로 보입니다.

(3) 경기변동과의 관계

당사가 주로 영위하고 있는 산업은 미래에너지로 주목받는 핵융합 발전기와 기초과학 등의 발전에 필수적인 가속기의 제어시스템을 설계, 제작함으로써 범국가적 경쟁력을 확보하는 미래전략산업입니다. 또한 머신러닝을 통해 빅데이터 분석 솔루션을 제공하는 사업은 스마트팩토리를 비롯한 4차 산업혁명의 기반산업에 활용될 수 있어서 경기변동과의 연관효과가 존재합니다. 따라서 세계경제와 내수시장 경기, 기타 기업투자 환경 등에 따라 주 고객인 정부 산하 기관 및 기업의 투자예산은 간접적인 영향을 받을수 있습니다.

2015년 미래창조과학부에서 발표한 통계에 따르면 국가의 총 연구개발투자액은 매년 증가하는 추세이며 그 중 IT기술에 투자되는 비중은 1/3 이상을 차지하고 있습니다. 또한 2016년 연구개발, 경제혁신과 미래성장동력 창출 중점지원 안에서 대구과학비즈니스벨트 조성 및 중이온가속기 구축 사업에 전년 대비 13.6%의 투자예산을 확대할 것을 발표하였습니다. 정부부문의 투자이외에도 산업의 특성상 민간의료, 통신분야등에서 추가 투자가 이루어질 경우 당사의 프로젝트 수주는 지속적으로 증가하게 되므로 경기변동에 따른 수요 변동현상은 비탄력적입니다.

(4) 계절적 요인

계절적 요인에 따른 수요 변동의 측면에서 볼 때 전반적으로 당사의 주력 산업 내 계절성에 따른 수요 변동은 관찰되지 않고 있습니다. 다만, 당사는 대부분의 매출이 수주를 통하여 발생하며, 진행기준으로 수익을 인식하고 있으므로 계절적인 영향보다는 프로젝트 완성 시점 및 결산 기준일의 예정원가에 따라 월별 및 분기별 매출변동이 발생할 수 있습니다.

(5) 제품의 라이프사이클

당사의 주력산업과 핵심기술은 최근에서야 주목을 받기시작한 도입기로 분야의 특성상 매우 긴 수명을 갖습니다. 가속기의 경우 원자핵 연구의 수단으로서 1930년경에 만들어졌으나 최근에 연구용, 의료용, 산업용으로 광범위한 분야에 확대, 적용되면서 그 수요가 국내를 비롯한 개발도상국 등으로 점차 확대되고 있습니다. 핵융합은 ITER 프로젝트 관련 국제기구가 2007년 출범하면서 미래 핵융합 발전로의 상용화를 위한 실험장치 제작단계에 있으며, 머신러닝 역시 2000년대 중반 인공 신경망 분야에 딥러닝(Deep Learning)에 대한 관심이 높아지고 빅데이터와 컴퓨팅 능력에 비약적인발전으로 인해 이를 다양한 분야에 적용할 수 있는 기반이 마련되었습니다.

당사의 주력 산업 및 핵심 기술은 관련 시장에서 성공적으로 도입된 이후 다양한 응용분야로 확대될 것이 예상됩니다. 다만, 기술의 성장 및 보편화 과정에 맞추어 고객이 필요로는 제품ㆍ서비스 형태는 지속적으로 변화될 것입니다. 당사는 주요 프로젝트별로 연구개발 경험이 풍부한 핵심 인력의 우수성을 바탕으로 향후에 발생할 수 있는 고객의 요구를 예상하여 이에 맞는 정밀제어시스템을 지속적으로 개발하고 상품화할 예정입니다.

다. 사업의 구조

당사는 생산설비를 통한 생산이 아닌 인적자원을 활용한 사업이 주가 되기 때문에 생산능력 및 생산능력의 산출근거, 생산실적 및 가동률, 생산설비의 현황 등 생산 및 설비에 관한 사항에 대해서는 해당 사항이 없습니다.

(1) 원재료수급상황

당사가 공급하는 제품의 원재료 중 조달에 어려움을 겪는 특수한 부품은 없으며, 제어시스템의 경우 S/W 제품인 관계로 개발인력의 인건비 외에 특별한 원재료가 필요하지 않습니다.

(2) 주요 제품의 생산, 판매방식

당사는 정밀제어시스템 및 장비에 대한 연구개발 및 설계에 집중하고 있으며, 장비 조립과 같은 생산 및 가공은 당사의 설계와 지시를 바탕으로 외주처에서 수행하고 있습니다. 판매와 관련해서는 당사는 원발주처에 직접수주하여 납품하는 직발주사업과 기계장비사업자를 통해 간접수주 및 납품하는 구조로 이루어져있습니다. 이는 원 발주처가 개발관리의 용이성 등의 이유로 인해 발주하는 방식을 다르게 하는 것으로 어떤 경우이든지 당사는 원 발주처와 납품 1~2년 전부터 공동으로 제품사양을 논의하고 시제품을 개발하여 개선하는 과정을 거친 후 납품이 이루어지고있습니다. 따라서 당사의 제품들은 신규업체가 입찰공고를 보고 제품공급을 준비할 수 있는 성격의 판매방식이 아닙니다. 예를 들어 당사가 대전 중이온가속기에 납품하기 위해 개발하고 있는 LLRF, Cryo Module 등과 제품의 경우 본격적인 발주가 2017년초에 이루어짐에도 당사는 이미 2015년부터 관련 시제품들을 기초과학연구원에 공급하면서 제품의 사양결정 및 성능개선 등의 용역을 수행하고 있습니다.

라. 산업의 특성(1) 주요 목표시장

당사가 영위하고 있는 사업은 기초과학 거대시설물(Big Science Instrument)에 대한 초정밀 제어 설계 및 구현능력을 기반으로 이를 제어할 수 있는 정밀 제어시스템 및 장비를 공급하는 것입니다. 여기서 빅사이언스라 함은 핵융합발전, 대형 입자가속기, 우주 발사체, 대형 천체망원경 등 일반적으로 국가 차원에서 막대한 자금을 지원하여 수행되는 대형 과학 프로젝트들을 지칭합니다.

(가) 가속기 부문

방사광가속기는 기본적으로 전자를 가속한 후 방향을 바꿀 때 발생하는 방사광을 이용해 물질의 구조를 분석하는 장치입니다. 즉, 전자총에서 발사된 전자가 선형가속기를 통해 빛의 속도로 가속된 후 삽입장치의 영구자석 속에서 진동할 때 방사광을 방출하는데 이런 방사광들이 중첩되어 강력한 빛을 내게 되는 원리를 이용하고 있습니다.

현재 우리나라는 3기의 연구, 의료용가속기를 구축(포항 4세대 방사광가속기, 대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기)하고 있으며, 2020년까지 가속기 관련 당사의 목표시장은 3기의 가속기 건설사업에 참여하는 것입니다. 2016년 9월 29일 준공식을 마친 포항가속기연구소의 4세대 방사광가속기는 기존에 운영중인 3세대방사광가속기보다 100억배 밝고(고해상도), 펄스폭이 1,000배 짧아 살아 있는 세포의 동적현상을 실시간으로 관측할 수 있는 시설물입니다. 방사광가속기는 단백질 구조연구를 통한 신약개발, 고해상도 종양촬영을 통한 암치료법개발, 세계 최초 흡입식 신종플루치료제 리렌자개발 등과 학계에서 다양하게 활용되고 있으며, 1999년에는 베토벤의 머리카락을 방사광가속기로 분석한 결과 정상인의 100배나 되는 60ppm의 납이 검출되는 등 과학수사등에도 활용되고 있습니다.

기초과학연구원의 중이온가속기 라온(RAON)은 대전 신동지구에 95만 2천m2 부지에 13만m2 규모로 건설 중이며, '온라인 동위원소분리방법'(ISOL)과 '비행파쇄 방법'(IF)을 동시에 사용하는 세계 유일의 가속기로, 기초연구뿐 만아니라 의료, 원자력, 신소재 등 산업분야 전반에 활용될 수 있습니다. ISOL 방식은 두꺼운 표적에 양성자빔을 가속해 동위원소를 찾아내는 것이고, IF 방식은 얇은표적에 무거운 중이온(우라늄 등) 빔을 가속 충돌시켜 희귀동위원소를 생성하는 방식으로, 결국 한국형 중이온가속기인 RAON은 양성자에서 우라늄까지 다양한 중이온의 가속 충돌을 통해 물질구조를 변화시켜 희귀동위원소를 생성하고 이를 첨단 기초과학 연구에 활용하는 연구시설입니다. 당사는 2014년부터 기초과학연구원에 EPICS 제어시스템, QWR 저온유지모듈 제어시스템, LLRF, ISOL, RFQ Control System, BPM 시제품 등을 공급하고있으며, 2017년부터 본격적인 제품공급을 추진하고 있습니다.

원자력의학원의기장 중입자가속기는 의료용중입자 치료센터 설립을 위해 1,950억원의 예산으로 2010년~2017년 동안 추진중이며, 중입자가속기 치료시스템 구축 등을 목표로 사업을 추진하고 있습니다. 2009년 KDI 타당성 조사보고서에 따르면 8개 암에 대해 중입자가속기 치료시스템은 기존 방사선 치료대비 5년 생존율이 22.3% 증가하고 치료기간도 1~2주 정도로 단축할 수 있으며 양성자를 포함한 중이온(헬륨, 탄소, 질소, 우라늄 등)을 전자기의 힘으로 빛의 속도(초당 30만km)까지 가속하는 장비입니다. 예산 등의 문제로 추진이 지연되고 있지만 이미 건물이 모두 완성된 상태라 추진주체 및 방식조정을 통해서라도 가까운 시일 내에 사업추진이 재게될 것으로 예상하고 있습니다.

전세계적으로 일본(치바, 효고, 군마), 독일(GSI, 하이델베르그병원) 등 선진국에서만운영 중인 의료용 중입자가속기의 경우 현재 추진 중인 원자력의학원의 중입자가속기 이외에 전라남도, 충북 보은, 연세의료원에서 중입자 가속기 개발계획을 발표하고있습니다. 전라남도의 경우 호남고속철도 완전 개통 등에 대비, 의료 경쟁력 강화를 위해 국가 암 치료전문기관인 서남권 중입자치료센터 유치를 검토하고 있습니다. 전라남도는 인구 2,000만명당 1대꼴로 중입자 가속기 설치가 가능하다는 전문가들 견해를 반영, 서울 한국원자력의학원 중입자 치료센터, 부산 동남권원자력의학원 중입자 가속기에 이어 서남권에도 중입자 가속기를 설치해 달라는 의견을 정부에 전달했으며, 본 사업과 관련하여 한빛원전과 연계, 영광에 설치한다는 계획을 가지고 있습니다. 중입자 암치료센터 설립을 추진 중인 충북 보은군도 ㈜한국중입자암치료센터, 독일 ParTCoN GmbH(입자치료기술연구소) 등과 협약(MOU)을 체결했으며, 충북 보은군 산외면 신정리 16만5000㎡ 일원에 2019년까지 중입자가속기를 포함한 암 치료병원을 조성할 계획입니다.

사립 의료재단 중에서는 연세의료원이 처음으로 1,500억원 규모의 중입자가속기 도입을 검토 중이며, 2016년 2월 26일 이사회 통과가 완료된 상황입니다. 당초 의료원은 연세암병원 개원에 맞춰 양성자치료센터 신축을 계획했지만 그동안 예산 문제 등으로 일정이 지연되고 있었으며, 최근 양성자치료기 대비 암 부위별로 최고 50배까지 우수한 치료효과를 가진 중입자가속기를 도입하여 최고의 암 치료기관으로 거듭나겠다는 계획을 발표하였습니다. 연세의료원은 덴마크-독일컨소시엄단퓨직(Danfysik)의 중입자가속기(3,500억원 규모) 보다 가격이 낮은 1,500억원 규모의 일본 컨소시엄(미쯔비시, 히타치, 도시바등)의 가속기를 도입할 예정이며, 2019년까지 도입을 완료한 후 2020년부터 본격적인 환자진료를 추진한다는 계획을 가지고 있습니다. 이와같이 민간기업 및 지자체 등이 경쟁하듯이 중입자가속기 도입을 검토하고 있는 상황을 감안하면 정부가 기장 중입자가속기 추진을 미뤄서 국내의 모든 의료용가속기가 외산들로 채워지는 상황을 만들지는 않을 것으로 예상됩니다.

연구개발용 가속기는 미국, 일본, 독일, 중국 등의 정부기관 및 연구소에서 개발되어 운영 중이며, 의료용, 산업용 소형 가속기는 기업체들이 공급하고 있으나 아직 국내에는 소형 가속기(의료용, 산업용)를 공급하는 업체는 없는 상황입니다. 소형 가속기 중 의료용은 동위원소 생산용과 암치료용이 있으며, 산업용가속기는 주로 반도체 가공용 이온주입장치, 전자빔 ㆍ X선 조사장치, 질량분석 및 비파과검사용 등으로 구분될 수 있습니다.

(나) 핵융합 부문

현재 핵융합 관련 사업으로 당사의 목표시장은 ITER가 유일합니다. 하지만 ITER가 완공된 이후 운영이 성공적으로 이루어질 경우 2030년 이후에 ITER에 참여하고 있는 7개국에 건설되는 DEMO와 2040년 이후 본격적으로 시작되는 핵융합발전소가 미래 당사의 목표시장이 될 수 있습니다.

1) 핵융합에너지의 원리

핵융합반응은 핵분열반응과 상반되는 물리현상으로 수소와 같이 가벼운 원소들의 핵들이 서로 결합하여 헬륨과 같은 좀 더 무거운 원소의 핵을 만들어내는 현상이며, 이때에 질량결손에 의해 생겨나는 에너지는 방출되는 입자들의 운동에너지로 나오게 되는데 이를 발전(發電)에 응용하는 연구가 핵융합 연구개발입니다. 즉, 1억 5,000만℃이상의 고온에서 가벼운 원자핵이 융합하여 더 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지를 창출해 내는 방법으로, 이러한 핵융합 반응을 연쇄적으로 일으켜 폭발에 이르게 하면 수소폭탄이고, 이를 제어해 에너지화 하는 것이 핵융합 발전입니다.

핵융합에는 막대한 열이 발생하는데, 이것은 아인슈타인의 질량과 에너지의 등가성(等價性)의 원리(E=mc2)에 의해 계산됩니다. 태양의 경우 엄청난 빛과 열이 핵융합과정에서 발생되게 되는데, 수소 1kg이 핵융합을 하면 0.9929kg의 헬륨이 만들어지면서 이때 사라진 0.0071kg의 질량이 에너지로 전환되어 태양의 막대한 에너지를 만들어 내는 것입니다. 이와 같이 원자들을 융합(Fusion)하는 과정은 엄청난 규모의 에너지를 방출하는데, 이는 화석 연료를 태우는 화학 반응의 4백만 배에 이르고, 핵분열 반응을 이용하는 기존의 원자력발전에 비해서도 동일질량 기준으로 4배 정도에 달합니다. 태양에서는 섭씨 1,500만 도의 초고온 및 엄청난 압력 하에서 핵융합과정이 일어나게 되는데, 지구 상에서 핵융합 발전을 실현하기 위해서는 섭씨 1억5천만도 이상의 플라스마를 생성하고 제어해야 하기 때문에 구현하기 매우 어려운 기술이지만, 성공할 경우 핵융합발전은 인류에게 안전하고 무한한 에너지원을 제공하게되는것입니다.

핵융합 발전은 원자의 핵이 반응하는 과정에서 발생하는 에너지를 이용한다는 점에서 기존 원자력발전의 핵분열 발전과 비슷합니다. 즉, 핵융합 발전도 기술적으로는 원자력발전의 일종이라고 할 수 있습니다. 하지만, 내부를 들여다보면 완전히 상반된 물리 현상을 이용하여 에너지를 생산한다는 것을 알 수 있습니다. 원자력발전은 우라늄이나 플루토늄 같은 불안정한 물질이 안정된 상태로 변하기 위해 원자핵 분열을 할 때 발생하는 열을 증기로 만들어 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 둘로 쪼개지면서 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나옵니다. 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어나고 계속해서 이런 연쇄 반응이 일어나면서 막대한 에너지가 방출됩니다. 우라늄 1g이 핵분열 할 때 나오는 에너지는 석유 2톤을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.

원자핵이 갈라지는 핵분열과 달리, 핵융합은 중수소와 삼중수소와 같은 가벼운 원자핵 2개가 핵력이라는 거대한 힘이 미칠 수 있는 거리까지 좁혀져 충돌하면 하나의 다른 원자핵으로 합쳐지면서 막대한 에너지를 발생시킵니다. 즉, 중수소와 삼중수소가 만나 헬륨과 중성자가 생성되는데 핵융합에너지는 중성자의 운동 에너지 형태로 나타납니다. 이때 중성자의 운동에너지는 열에너지로 바뀌어 증기를 발생시키고, 그 증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 핵융합 연료 1g은 석유 8톤에 해당하는 에너지의 생산이 가능하며, 욕조 반 분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬의 양만으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있습니다.

2) 핵융합 에너지의 장점과 단점

인류의 문명은 화석 연료를 이용한 에너지를 기반으로 19세기 이후 급속한 산업 발전을 이루었습니다. 그러나 석탄, 석유, 가스 등을 기반으로 한 에너지의 소비가 급증하면서 화석에너지의 고갈이 우려되고 있으며, 이에 따른 환경 문제도 주요 이슈가 되고 있습니다. 이에 대한 대안으로 원자력 발전이 대안으로 인식되었으나 최근 원전사고에 의한 피해에 따라 태양광, 풍력, 지열에너지 등 다양한 친환경 신재생에너지 기술에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

미래창조과학부에 따르면 현재와 같은 에너지 소비를 기준으로 석유는 40년, 원자력 발전에 사용되는 우라늄은 65년(재처리 시설이 없을 경우)인데 반해 핵융합발전에 필요한 연료는 지구 상에 풍부하게 존재하거나 핵융합반응 과정에서 지속적으로 생성될 수 있는 수소의 동위원소인 중수소(Deuterium)와 삼중수소(Tritium)로, 중수소는 바닷물을 증류하여 얻을 수 있고, 삼중수소의 경우 핵융합반응 중에 생성될 수 있는 관계로 약 1,500만년 분량의 핵융합 발전원료가 존재한다고 볼 수 있습니다.

또한, 핵융합발전은 이산화탄소나 다른 온실가스를 대기 중으로 방출하지 않고 원자력발전과 같은 핵페기물 문제도 없으며, 핵무기에 악용될 수 있는 핵분열 물질을 필요로 하지 않아 원전 사고에서 발생할 수 있는 핵반응로의 붕괴와 같은 현상이 없기 때문에 미래 에너지원 중 중요한 하나의 대안으로 검토되고 있습니다. 이에 따라 태양의 에너지 발생원인 핵융합은 대규모의 에너지를 제공할 수 있고 친환경적인 발전이 가능한 미래의 에너지로 인식되고 있습니다.

미래 에너지원은 자원량이 풍부하고, 어디서나 획득 가능하며, 저환경 파괴 및 저 폐기물량을 배출하는 친환경적인 녹색에너지원이어야 할 것입니다. 또한 미래는 합리적인 가격으로 충분한 양을 안정적으로 공급해 줄 수 있는 대용량 에너지원을 필요로 합니다. 핵융합에너지는 이러한 21세기 에너지원이 가져야할 주요 요건을 모두 충족시키는 최적의 대체에너지로 에너지 부족 문제와 지구 온난화 문제를 함께 해결할 수 있는 차세대 자원입니다.

현재의 에너지조달원으로 보편화 되어 있는 핵분열(원자력발전 등) 과정에서 발생하는 고준위 방사성 폐기물은 반감기가 만년 이상으로 오랫동안 안전하게 보관해야 합니다. 반면에 핵융합 과정에서 생성되는 부산물은 헬륨가스로 독성도 없고 방사성도 없습니다. 연료로 쓰이는 삼중 수소가 방사능을 갖고 있으나 반감기가 12.3년 정도라 빠르게 붕괴됩니다. 어떤 경우든 생산한 모든 삼중수소는 재생하여 발전소 내에서 빠르게 연소됩니다. 따라서 핵융합 발전에서는 방사성 연료를 발전소로 이동시키거나 발전소에서 배출할 필요가 없어 안전합니다. 그리고 핵융합 연료인 물과 리튬은 방사성이 전혀 없습니다.

(출처: 국가핵융합연구소)

핵융합에너지 생산을 위한 핵융합 발전의 단점은 기술 실현이 매우 어렵다는 것입니다. 핵융합에너지를 얻기 위해서는 앞으로 많은 자본과 시간이 투자되어야 할것으로보이며, 우리나라를 포함해 미국, 러시아, 일본, 중국, EU, 인도 등 7개국이 공동 추진 중인 ITER 프로젝트를 통해 핵융합에너지를 얻기 위해 노력하고 있습니다.

3) 핵융합에너지의 생성 과정

핵융합 발전은 발전로 안에서 초고온 플라즈마(Plasma)의 핵융합반응을 통해 생성된 중성자의 열에너지로 증기를 발생시키고, 그 증기가 터빈발전기를 돌려 전기를 생산하는 과정을 수행하게 됩니다.

Step 1. 고진공 용기안에 중수소와 삼중수소를 주입하고 플라즈마 상태로 가열합니다.

Step 2. 토카막의 자기력선 그물망을 이용해 플라즈마를 가둡니다.

Step 3. 플라즈마를 약 1억 5,000만˚C 이상으로 가열해 핵융합반응을 일으킵니다.

Step 4. 핵융합반응시 질량결손으로 발생한 핵융합 에너지가 중성자 운동에너지로 나타납니다.

Step 5. 중성자 운동에너지가 열에너지로 변환되어 증기를 가열, 터빈을 돌려 대용량의 전기를 생산합니다.

핵융합발전을 위해서는 다음과 같은 핵심기술이 필요합니다. 첫째, 에너지 출력을 높이기 위하여 고성능 플라즈마를 장시간 유지하고 제어할 수 있는 기술이 요구됩니다. 기존의 핵융합 실험장치는 장시간 고성능의 플라즈마를 유지하는 것이 어려웠습니다. 초고온의 플라즈마에서는 허리케인보다 더 복잡하고 이해할 수 없는 난류(유체분자들이 불규칙적이고 곡선적으로 이동하는 흐름)들이 발생하여 핵융합이 잘 되는 조건의 플라즈마를 만들고 제어하는 것은 매우 어렵습니다.

둘째, 핵융합 반응환경을 견딜 수 있는 재료기술이 필요합니다. 지구상에서 핵융합이 일어나기 위해서는 1억 5,000만˚C 이상의 초고온의 플라즈마 상태가 필요하며 이 때 핵융합 반응이 일어날 수 있도록 초고온의 플라즈마 상태를 유지할 수 있는 '토카막'이라는 용기가 있어야 합니다. 토카막 내의 플라즈마가 용기 내벽에 닿을 경우 온도가 낮아지거나 용기가 녹아내릴 수 있기 때문에 자기장을 통해 플라즈마가 일정한 도넛형태로 유지하며 움직할 수 있도록 제어하는 것이 필요합니다.

셋째, 핵융합 에너지를 전기로 변환시키는 동력변환기술이 필요합니다. 핵융합 반응을 통해 전기를 생산해낸 경험이 전혀 없는 상태로 이 문제 해결을 위해 2025년 이후 운영예정인 ITER에서 50MW의 에너지를 투입하여 핵융합 과정을 통해 500MW의 에너지를 만들어내는, 에너지 증폭률 10 이상을 목표로 기술개발을 추진 중입니다.

(다) 머신러닝 부문

당사가 자체 개발한 MoI엔진은 AlphaGo Zero와 같이 RL(Reinforcement Learning) 기반의 머신러닝 알고리즘으로 빅데이터가 없는 분야의 최적화에도 적용 가능합니다. 당사는 이 역량들을 다음과 같은 4개의 분야를 중심으로 사업화를 진행하고 있습니다.

가속기 및 핵융합 관련 머신러닝 적용은 정부과제 및 당사의 기존 사업과 연계하여 추진하고 있으며, 바이오 부문 사업 추진은 국내 최고의 의료기관과 공동연구를 통해 사업화 기회를 모색하고 있습니다. 바이오 분야에 대한 성과는 단기적으로 관련 특허와 논문발표 중심으로 진행될 예정이며, 중장기적으로 솔루션, 라이브러리 공급 및 유전자치료제 개발까지 사업을 확대할 예정입니다.(2) 산업의 연혁

(가) 가속기사업

국내에서 현재 추진되고 있는가속기개발 및 구축 현황은 다음과 같습니다.

[국내가속기 개발현황]

구분	방사광가속기(4세대)	중이온가속기	중입자가속기

주관기관	포항가속기연구소	기초과학연구원	원자력의학원

위치	포항	대전	기장

완공시점	2016년	2021년	2017년

활용분야	세포의움직임관측등	희귀동위원소 생산 등	의료용(암치료)

규모	10 GeV	200 MeV/U	430 MeV/U

예산	4,260억원	1.5조원	1,950억원

(출처: 과학기술정책연구원 "국내혁신동향", 미래창조과학부 "기초과학연구원/중이온가속기 건립계획(안)")1) 포항방사광가속기

1988년부터 건설을 추진한 포항 3세대방사광가속기는 1994년 12월에 세계에서 5번째(국내에서는 유일)로 완공하여 운영하였습니다. 전체 건설비 1,500억원의 60%를 POSCO에서 부담하고 나머지를 정부가 지출하여 완성한 축구장 20개 넓이의 건물로 이루어진 시설이었습니다. 포항 3세대방사광가속기는 전자를 25억 전자볼트(2.5GeV)로 가속시키는 직선길이 160m의 선형가속기와 가속된 전자를 원형궤도 속에서 10시간 이상 회전토록하여 방사광을 발생시키는 저장링, 그리고 원하는 빛(방사광)을 실험장치가 있는 곳까지 이끌어 내는 빔라인 및 실험장치 등으로 구성되었습니다. 본 가속기의 건설에 따라 15,000여명의 과학자와 기술자가 4,396건의 연구과제에 활용하였으며, 가속기를 활용한 우수한 연구성과들이 네이처(Nature) 커버스토리로 게재되는 등 국내외 학술지에 2,200여편 이상의 논문이 발표되었고, 산업적으로도 광통신소자의 비파괴분석, 전자제품소자, 철강제품 등의 생산공정에서 불량률을 낮추는 기법개발 등에 다양하게 활용되었습니다.

하지만 3세대 방사광가속기를 이용할 경우 물체의 정적(Static) 현상에 대한 연구는가능하지만 살아있는 세포의 실시간 분석 등 동적(Dynamic) 현상 연구는 한계가 있을수 밖에 없었습니다. 이에 따라 광원이 3세대 보다 100억배 밝고(고해상도), 펄스폭이 1,000배 짧아 살아있는 세포의 동적현상을 실시간으로 관측할 수 있는 4세대 방사광가속기 건설을 추진하게 되었습니다. 포항 4세대 방사광가속기에는 2011년~2016년간 정부에서 4,038억원, 지자체에서 260억원이 투입하여 완공하였으며, 2016년 6월 29일 첫번째 X-선 자유전자 레이저 발생에 성공한 후 2016년 9월 29일에는 공식적인 준공식을 거행하였습니다.

(출처: 포항가속기연구소)

입자가속기 중 4세대 방사광가속기의 일반적인 구성은 위의 그림과 같으며, 입사기에서 전자총에 의해 발사된 입자가 선형가속기를 거쳐 가속되어 발생한 X선 등을 통해 다양한 실험을 하는 구조로 만들어져 있습니다. 가속기의 전자총은 가속기에서 가속시킬 전자 뭉치를 생성하여 발사하는 장치인데, 가속기의 종류에 따라 전자 외의 다른 하전 입자들(양성자, 중이온 등)의 뭉치를 생성하여 사용할 수 있습니다. 선형가속기는 발사된 입자에 RF 공명이나 기타 여러 기술을 활용하여 입자들을 가속시키는 장치로 입자들을 잘 정의된 입자빔(Beam)의 형태로 유지하며 빛의 속도에 최대한 가깝게 가속시키는 것이 주요 목표입니다. 저장링 및 빔라인은 가속된 입자빔을 목표 물질에 충돌시키거나 입자빔에서 나오는 방사광(X-선 등)을 목표 물질에 조사하여 이 과정에서 나오는 소립자 등을 탐지하거나 기타 다양한 물리학적 및 화학적 현상들을 관찰하여 기초과학 연구에 활용하기 위한 장치입니다.

기존의 3세대 포항방사광가속기와 현재 포항가속기연구소에서 추진 중인 4세대 방사광가속기 장치는 다음과 같은 차이가 존재합니다.

[3세대 4세대간방사광가속기비교표]

구분	3세대가속기	4세대가속기	비고(4세대 우월성)

빛의 세기	태양광의 100억배	3세대광원의 1억배	분석시간 단축
나노크기 시료 관측

시간 분해능력	피코초 영역(100억 분의 1초)	펨토초 영역
(1000조 분의 1초)	원자, 분자의 화학결합과정 관측가능

공간 영역	수백나노 이상 영역	수 나노 이상 영역	-

물리 분야	정적 현상 규명	동적 현상 규명	전자의 운동까지 관측

생명 분야	마이크로크기의 단백질분석	단분자 단백질분석	시료의 결정 불필요
(획기적인 신약개발)

냉동 시료 사용	살아있는 시료 분석	실시간 생명 현상 규명

반도체 분야	구조 설계	초고속 신물질 개발	새로운 차원의
디바이스개발

촉매 분야	정적 촉매현상 분석	동적 촉매현상 구명	고효율 신물질 개발

에너지 분야	정적 현상 분석	시공간 현상 규명
(광합성반응, 광전지 현상규명)	고효율 신물질 개발

(출처: 포항가속기연구소)

해외에도 4세대 방사광가속기를 운영하고 있으며 우리나라는 유럽보다 늦게 개발에 착수했음에도 불구하고 미국, 일본에 이어 3번째로 4세대 방사광가속기 개발을 완료하였습니다.

[4세대 방사광가속기 현황]

구분	PAL-XFEL	LCLS (미국)	SACLA	Euro X-FEL	SwissFEL

(한국)	LCLS-I	LCLS-II	(일본)	(독일)	(스위스)

사업기간	2011 ~ 2016	'05 ~ '08	'10 ~ '18	2007 ~ 2011	2007 ~ 2015	2011 ~ 2016

빔 에너지(GeV)	10	13.64	2 ~ 15	8	10 ~ 20	5.8

방사광 파장(nm)	6 ~ 0.1	1.5 ~ 0.15	7.7 ~ 0.05	6 ~ 0.08	6 ~ 0.85	0.1 ~ 10

총 길이(km)	1.1	1.6	-	0.7	3.4	0.7

기관명	PAL	SLAC	SPring-8	DESY	PSI

(주1) 미국 LCLS : '09년 세계최초로 X-선 FEL성공, '09.9부터 이용자 실험 시작

(주2) 일본 SACLA : '11년 0.12nm X-선 FEL성공, '12.04부터 이용자 실험

2) 대전중이온가속기

(출처: 기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단)

한국형 중이온가속기는 핵물리, 천체 물리, 원자력, 생물, 의학, 원자, 고체 물리 등 다양한 과학기술 분야에서 사용될 수 있는 다목적 연구 시설입니다. 수소, 헬륨 등 실험대상 원소의 중이온을 전기장을 이용해 광속에 가깝게 빠른 속도로 가속시키고, 가속된 중이온을 다른 표적 원자 핵과 충돌시키면 희귀 방사성 동위원소가 대량으로 생성되는 원리입니다. 이 입자들을 이용해 새로운 원소를 만들거나 원자핵, 소립자를 관찰해 물질의 성질을 연구할 수 있습니다. 방사광가속기는 물질의 구조 변환이 불가능한 반면, 중이온가속기의 경우 원자 구조를 변화시켜 새로운 물질을 창조할 수 있는 차이가 있습니다.

중이온가속기 RAON은 크게 네 부분으로 이루어져있는데, 양성자에서 우라늄까지 다양한 동위원소를 생성하는 장치인 '이온원'과 이온원에서 우라늄빔을 가속하는 '초전도 가속관', 양성자를 가속하는 장치인 '싸이클로트론', 그리고 희귀동위원소 빔을 제공하는 'ISOL·IF 시스템' 등이 있습니다. 그동안 부지선정 등의 이유로 2017년 완공일정이 5년후로 지연되었으며, 현재 계획으로는 2016년까지 초전도 가속관, 저온유지 모듈, ISOL 표적함 등 핵심 가속, 실험장치의 시제품 제작, 성능테스트 및 장치제작을 완료한 가속기 완공을 목표로 추진 중입니다. 중이온가속기 제작과 관련하여 초전도가속관의 국산화가 추진되는 등 국내기업들의 참여가 활성화 될 것으로 예상됩니다.

(출처: 기초과학연구원 중이온가속기건설구축사업단)

현재 운영 중이거나 2020년 초까지 완공 예정인 가속기 중 가속에너지, 가속출력, RI빔 에너지 등과 비교했을때 대전의 중이온가속기는 세계 최고 사양으로 구축될 예정입니다.

[해외 중이온가속기현황]

구분	국가	시설	가속에너지	가속출력	RI빔에너지	완공시기

구축중	한국	중이온가속기	200MeV/u(우라늄)	400kW	250 MeV/u	구축중('21)

미국	MSU/FRIB	200MeV/u(우라늄)	400kW	150 MeV/u	구축중('22)

독일	GSI/FAIR	3.7GeV/u(중이온)	80kW	1.5 GeV/u	구축중('19)

운영중	일본	RIKEN/RIBF	350MeV(우라늄)	100kW	350 MeV/u	운영중('10~)

캐나다	TRIUMF/ISACⅡ	500MeV(양성자)	50kW	6 MeV/u	성능향상('15)

프랑스	GANIL/SPIRALⅡ	15MeV/u(중이온)	160kW	6 MeV/u	성능향상('17)

3) 기장 중입자가속기

미래창조과학부는 난치성암환자의 치료에 사용되는 의료용 중입자가속기를 국내 독자기술로 개발ㆍ운영하기 위하여 '중입자가속기 기술개발사업'을 수행하고 있습니다. 동사업의 수행기관인 한국원자력의학원은 의료용 중입자가속기를 개발하여 동남권원자력의학원에 설치ㆍ운영할 계획이며, 사업기간은 2010년부터 2017년, 총사업비는 1,950억원(미래창조과학부가 700억원, 지방자치단체가 500억원, 한국원자력의학원이 750억원)이 예정되어 있습니다.

(나) 핵융합발전사업

현재까지 핵융합 연구에는 다양한 접근법이 시도되고 있으며, 핵융합 방식으로는 전기자기장으로 플라즈마를 가두는 자기밀폐방식(Tokamak)과 레이저를 이용한 관성밀폐방식(Inertial Fusion)이 있습니다. 관성밀폐방식의 핵융합은 핵융합 연료를 재빨리 압축하고 가열하여, 연료가 팽창해서 벽을 건드리기 전에 핵융합이 일어나도록 하는 방법으로 상대적으로 단순한 구조로 플라즈마를 가열, 밀폐할 수 있어 고난도 기술 극복이 보다 쉬울 것으로 예상됩니다. 다만, 핵융합 반응의 연료인 연료 구슬을 반복적으로 장전하고 레이저 에너지를 투입해야 한다는 특성으로 인해 연속 출력이 원천적으로 불가능하여 핵융합 발전소 건설 용도로 사용하기에는 기술적으로 큰 문제를 가지고 있다고 판단되고 있습니다.

우리나라 핵융합 연구장치인 KSTAR를 비롯하여 대부분의 핵융합연구소가 이용하고 있는 방식인 자기밀폐방식(Tokamak)은 전하를 가진 플라즈마가 자기장을 따라 움직이는 성질을 이용하여 플라즈마를 구속하는 D자 모양의 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도우넛 모양의 진공용기 내에서 안정적 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 방식입니다.

현재 대부분의 연구는 토카막(Tokamak)이라 불리는 실험장치를 활용하고 있는데 이 장치는 1951년 러시아의 물리학자 안드레이 사하로프(Andrei Sakharv)와 이고르 탐(Igor Tamm)에 의해 발명되었으며, 이 실험로의 이름은 러시아어를 축약한 약어로서 '토러스(Torus: 원환체, 즉 도넛 모양의 입체) 형상의 자기장실'을 뜻합니다. 토카막은 강력한 자기장을 이용하여 플라스마를 원환체의 형태 내에 가두어 두는 장치로서, 초고온의 플라스마 내에서 핵융합반응을 안정적으로 발생시키는 것을 실험하기 위해 개발된 장치입니다.

현재까지 막대한 비용이 투입되어 다수의 토카막이 제작되었으며, 이 중 대표적으로 영국의 유럽토러스공동연구시설(Joint European Tours: JET)과 미국 프린스턴의 토카막핵융합실험로(The Tokamak Fusion Test Reactor: TFTR) 등이 있습니다. 현재는 토카막을 이용한 다수의 핵융합 연구장치가 건설 및 운영 중인데, 대표적으로 유럽연합의 JET, 프랑스의 Tore-Supra, 인도의 SST-1, 중국의 EAST, 일본의 LHD, JT-60U, 미국의 NSTX 등이 있습니다.

JET 프로젝트는 1978년에 유럽원자력공동체(Euratom)의 지원 하에 출범했으며, 1999년 이래로 영국 원자력에너지청이 관리하고 있습니다. JET는 중수소-삼중수소 융합로로서 핵융합에너지를 생산해낼 수 있는 유일한 가용시설로 1983년에 첫 플라스마를 생성하고, 1991년 11월에는 세계 최초로 핵융합에너지를 제어 방출하는데 성공했습니다. JET는 현재까지 거둔 성과로 1초 동안 16메가와트에 이르는 에너지를 생성하기도 했으며, 더 긴 시간 동안 5메가와트 상당의 에너지 방출을 유지하기도 했습니다. 그러나, JET가 달성한 핵융합 에너지 출력은 플라스마를 유지하는 데 필요한 투입 에너지의 70퍼센트 이상을 넘지 못했습니다. 그럼에도 불구하고 JET 프로젝트는 핵융합 연구를 꾸준히 진척시켜 나가고 있으며, 방사선 물질 취급 및 플라스마 밀폐기술의 개발에 있어 매우 선도적인 역할을 수행했다고 평가받고 있습니다.

토카막핵융합실험로(TFTR)는 1982년에서 1997년까지 미국의 프린스턴 플라스마 물리연구소에서 가동된 토카막 시설로 이 융합로는 1994년에 10.7메가와트에 달하는 핵융합 에너지를 제어 생성하는 데 성공하며, 그 이듬해인 1995년에는 플라스마 온도를 섭씨 5억 1천만 도까지 끌어올리는 성과를 올려 이 분야 사상 최고치를 기록한 바 있습니다. TFTR도 아직까지 핵융합발전의 손익분기점 이상의 결과를 산출하지는 못했지만, TFTR의 연구 성과는 ITER의 출범에 필요한 지식기반에 크게 기여하였습니다(1998년에 일본의 JT-60U가 최초로 에너지분기점인 Q 값이 1을 넘는 결과를 산출).

현재 국내 핵융합발전로 시장은 한국형핵융합연구로(KSTAR) 연구사업, 국제공동협력사업으로 추진하고 있는 국제핵융합실험로(ITER) 연구사업, 그리고 ITER 참여국들의 핵융합 실증로인 가칭 DEMO(Demonstration Fusion Power Plant) 구축사업 그리고 핵융합 발전소 구축사업으로 이루어지고 있습니다.

1) KSTAR

KSTAR는 대한민국의 핵융합발전계획에 의거하여 2040년 상용화를 위한 핵융합발전 Demo Plant 건설 및 국제열핵융합발전연구(ITER)에 기여를 목표로 하는 핵융합연구 프로젝트입니다. 국가핵융합연구소(NFRI)에 건설한 핵융합 연구장비로 초전도 전자석 코일, 주장치, 각종 전원장치, 헬륨냉동장치, 유틸리티, 플라즈마 진단 및 계측시스템으로 구성되어 있습니다.

2) ITER (국제핵융합발전시험로)

전 세계적으로 핵융합발전의 실용화를 가속화 시키기 위하여 한국은 핵융합발전연구로 사업과 동시에 국제적 협력으로 국제핵융합발전시험로(ITER; International Thermal-nuclear Experimental Reactor)의 건설을 진행하고 있으며, 그 규모는 KSTAR의 30배 규모입니다. ITER의 역사는 1985년에 미국과 러시아가 핵융합 에너지 공동개발에 합의했던 것이 계기가 되어 시작되었습니다. 그 후 ITER 프로젝트가 국제원자력기구(The International Atomic Energy Agency: IAEA)의 후원 하에 2006년 11월 프랑스 파리에서 7개 회원국이 본 사업의 이행을 위한 '공동이행협정' 서명식을 거행하였고, 이어 2007년 10월 ITER 국제기구가 공식 출범하게 되었습니다.

국제핵융합발전시험로 건설사업에는 우리나라를 포함하여 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 및 EU가 공동 출자 방식으로 참여하고 있으며, 현재 프랑스의 카다라쉬에 핵융합발전시험로를 건설 중에 있습니다. 국제핵융합실험로 공동개발사업(이하 ITER 사업)은 핵융합에너지 실용화 가능성을 최종 과학적ㆍ기술적으로 실증하기 위해 우리나라를 비롯한 선진 7개국이 공동으로 수행하고 있는 인류 역사상 가장 규모가 큰 국제 공동 연구개발 사업입니다.

[ITER 사업개요]

사업명	국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업

참여국	한국, EU, 일본, 미국, 러시아, 중국, 인도 (7개국)

사업기간	2007 ~ 2042년(건설, 운영, 방사능감쇄, 해체 등 4단계)

주요내용	500MW급 국제핵융합실험로 개발ㆍ건설 운영사업

목표	열출력 500MW, 에너지 증폭율(Q)이 10이상인 국제핵융합실험로(ITER)의
국제공동건설·운영을 통해 핵융합에너지의 실용화를 위한 최종 공학적 실증
선진 7개국이 공동으로 국제핵융합실험로(ITER) 개발에 참여하여
미래 핵융합 발전소 건설을 위한 원천기술 확보

단계별
사업비	구분	사업비

건설단계	2007 ~ 2019 (12년)	4,584.7 kIUA (주)

운영단계	2019 ~ 2037 (18년)	매년 188 klUA (주)

감쇄단계	2037 ~ 2042 (5년)	281 M Euro

해체단계	2042년 이후	530 M Euro

합계(추정치)	13,178 M Euro

(출처: 국가핵융합연구소, iterKOREA 한국사업단)

(주) kIUA : kilo ITER Unit of Accounts (ITER 화폐단위),1kIUA = 1.552 백만 유로 (2010년 6월말 기준)

ITER 회원국들은 2005년에 ITER 시범시설을 프랑스 남부 카다라쉬에 설립하기로 합의하였으며, 2007년 10월에는 회원국들의 비준을 거쳐 ITER 프로젝트를 총괄하기 위한 정식 기구로 ITER 국제기구(ITER Organization: IO)를 설립하였습니다. IO의 지휘 하에 2010년에 토카막 컴플렉스 터파기 작업(Excavation)을 시작하여 2013년에 토카막 컴플렉스 착공, 2015년에는 토카막 조립 과정을 시작하여 2019년 완공 및 시운전 개시를 목표(가동 수명 약 20년 예상)로 하고 있습니다.

ITER 한국사업을 위해 국내 전담기관으로 ITER 한국사업단(KODA: Korean Domestic Agency)이 2007년 9월에 설립되었으며, KODA는 우리나라에 할당된 조달품목을 ITER의 품질보증요건에 맞추어 적기 납품하는 것을 목적으로 합니다. 현재 국내 기업들이 ITER에 납품하고 있는 주요 품목들은 다음과 같습니다.

[납품 진행중인 국내 제품현황]

품목	계약체결	참여업체

TF 초전도도체	2009. 1	KAT, 넥상스, 포스코특수강

진공용기본체및포트	2010. 1	현대중공업

조립장비류	2010. 3	에스에프에이, 원일

전원공급장치및제어시스템	2011. 8	다원시스, 효성, 모비스

주요제어시스템	2012. 9	모비스

(출처: ITER 한국사업단)

ITER의 궁극적인 목표는 핵융합반응을 위해 50메가와트의 전력을 투입하여 500메가와트의 에너지를 생산해, 최소한 400초간 이를 유지하는 것입니다. 하지만, ITER가 실제로 전력을 발생시키는 시설은 아니며, ITER를 통해 핵융합 검증 과정을 거친 후에는 2단계에서 DEMO(DEMOnstration Fusion Reactor; 핵융합실증로)라고 불리는 2기가와트 용량의 시범 발전소를 구축하여 지속적인 전력 생산의 상용화 가능성을 타진하게 될 예정입니다. 현재 계획 상으로는 DEMO의 개념적 설계(Conceptual Design)를 2017년까지 마무리하고, 2024년에 공학적 설계(Engineering Design)를 완료하여 시공에 착수하며, 2033년에는 DEMO를 완공하여 가동에 들어갈 것을 목표로 하고 있습니다.

ITER 참여국들은 ITER 사업 성공 이후 가장 먼저 DEMO 건설의 기술력을 확보하고 2040년 이후에 사용될 핵융합발전소를 건설할 수 있는 원천기술을 확보하기 위해 치열하게 기술경쟁을 하고 있습니다. 국내에서 운영 중인 KSTAR는 실험로이기 때문에 다량의 중성자를 생산하지는 못하고 핵융합의 주원료인 삼중수소를 자체적으로 생산하지도 않고 있습니다. 또한 전기생산도 ITER사업의 궁극적인 목표가 아니며 추후 ITER 참여국들이 각 국에 설립하는 DEMO를 통해서 생산이 이루어질 예정이므로, DEMO를 통해 핵융합 발전의 가능성이 충분히 확인될 경우 핵융합발전소가 대규모로 건설되고 현재 운영 중인 발전소와 원자력발전소를 하나씩 대체할 것으로 예상됩니다.

(출처: ITER한국사업단, 하나금융투자)

(3) 수요변동요인(가) 가속기사업

현재 구축이 완료된 포항 4세대 방사광가속기를 비롯하여 대전 중이온가속기, 기장 중입자가속기 등은 모두 최소 수천억원 이상이 투입되는 국가 기간산업입니다. 다만,이러한 가속기 구축 사업은 대규모의 예산이 필요한 관계로 국가 총예산의 변동이나부지선정 지연, 구축기간의 연장 등 사업일정이 연기될 경우 일부 수요의 변동이 발생할 수 있습니다. 다만 국내 중이온가속기의 성공적 건설 및 운영이 완료될 경우 입증된 당사의 제어시스템 기술력을 바탕으로 향후 소형 의료 및 산업용 가속기에 대한 추가수요가 발생할 가능성이 높습니다. 현재로는 기장 중입자가속기, 연세대의료원 및 지자체가 추진 중인 중입자가속기 사업과 해외 가속기 구축 관련 수요 등이 시장에서 확인되고 있으며, 머지 않은 미래에 동남아시아 및 중동지역을 중심으로 연구용 및 의료용 가속기 신규 구축수요가 증가될 예정입니다.

(나) 핵융합 발전로 사업

에너지경제연구원 및 딜로이트 컨설팅 자료에 따르면 현재 국내에서 운영 중인 원자력발전소는 총 23기로 건설 중인 원전 5기까지 합하면 우리나라는 총 28개의 원자력발전소를 보유하고 있으며, 발전량 기준으로 에너지 공급의 30%를 차지하고 있습니다. 전세계적으로는 2014년말 기준 588개의 원전이 있으며, 이중 74.5%에 해당하는 438개가 운영 중입니다. 국내 원전 중 이미 설계수명이 완료된 고리 1호기, 월성1호기를 제외하고도 2023~2029년까지 10기의 원전의 설계수명이 완료될 예정인 점을 감안하면, 향후 DEMO를 통해 핵융합발전소의 경제성이 검증될 경우 전세계적으로 2030년까지 479기의 원자력발전소 건설 관련 시장으로 예상되는 1,200조원의 시장의 일정 부분이 핵융합발전으로 이동할 될 것으로 예상됩니다.

(출처: 한국원자력문화재단)

(4) 규제환경(가) 가속기 사업

가속기 제어시스템을 포함한 당사의 주력 사업 현재 국가의 정책적 장려를 받는 차세대 사업으로 기술구현에 있어서 법이나 제도, 기타 문화적 제약요인은 없습니다. 2016년 9월 29일 포항 4세대 방사광가속기 준공식에서 정부는 4세대 방사광 가속기를 개발하여 선도형 과학기술로 나아갈 토대를 마련하였음을 역설하며 우리나라의 과학기술을 한 단계 발전시키고, 미래 신산업 육성을 통해서 국가 경제 발전과 지역 경제 활성화에 크게 기여할 미래 신산업 선점 핵심 인프라로 정의하였습니다. 또한 미래부는 4세대 방사광가속기의 안정적 운영과 장비의 성능향상을 위해 운영비 지원을 확대하고, 신약개발 등 가속기 활용연구에 대한 지원도 강화해 나갈 계획을 발표한 바 있습니다(4세대 가속기 운영예산: '16년 153억원 →'17년 213억원).

(출처: 대한민국 청와대)

(나) 핵융합 발전로 사업

당사가 개발하여 생산하고 있는 핵융합전원장치 제어시스템은 국가핵융합연구소 주도로 추진하고 있는 KSTAR사업과 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업에 핵융합에너지 생산을 위한 핵심 장치로 공급되고 있습니다. KSTAR, ITER 사업을 통한 핵융합에너지 실용화는 기술적인 진보와 경제적 효과 등 큰 파급효과를 가져올 것으로 기대됩니다.

(출처: 국가핵융합연구소)

마. 시장 규모 및 전망(1) 국내외 시장규모 추이 및 전망

(가) 가속기사업

과학기술정책연구원에서 2010년 12월에 발표한 '거대과학 글로벌 산업화전략'에 따르면 2008년 기준 의료용 및 산업용 가속기 시장은 35.3억달러이고 연평균 10%가 성장하는시장으로 분석되어 있습니다. 2008년을 기준으로 연 10% 성장을 기준으로 했을 때 2020년에는 11조원 규모의 시장이 형성되는 것을 예상할 수 있습니다. 당사가 향후 진출을 추진하고 있는 의료용가속기 중 암치료장치 시장만을 봤을 때도 2020년에는 5조 6,492억원규모의 시장이 형성되는 것을 볼 수 있습니다.

[가속기시장규모전망]

(단위 : 억원)

구 분	2008	2014(E)	2015(E)	2016(E)	2017(E)	2018(E)	2019(E)	2020(E)

산
업
용	이온주입장치	14,000	24,802	27,282	30,010	33,011	36,312	39,944	43,938

전자빔및 X선조사장치	1,300	2,303	2,533	2,787	3,065	3,372	3,709	4,080

이온빔분석장치	300	531	585	643	707	778	856	942

동위원소발생장치	700	1,240	1,364	1,501	1,651	1,816	1,997	2,197

비파과검사장치	700	1,240	1,364	1,501	1,651	1,816	1,997	2,197

소계	17,000	30,117	33,128	36,441	40,085	44,094	48,503	53,353

의
료
용	암치료장치	18,000	31,888	35,077	38,585	42,443	46,687	51,356	56,492

중성자발생장치	300	531	585	643	707	778	856	942

소계	18,300	32,420	35,662	39,228	43,150	47,465	52,212	57,433

Total	35,300	62,536	68,790	75,669	83,236	91,559	100,715	110,787

(출처: 과학기술정책연구원, 거대과학글로벌산업화전략 기준 연평균 10% 성장률, 환율 1,000원 적용 추정)

연구용가속기의 경우 정부예산 및 정책에 따라 금액이 변경되는 관계로 정확히 시장규모 및 성장추세를 예측하기는 어렵지만 국가 대형연구시설의 투자규모를 기준으로대략적인 수준을 산정해 볼 수 있습니다. 미래창조부가 발표한 2014 국가 대형 연구시설 실태조사보고서에 따르면 2004~2013년동안 연평균 거대과학기술분야별 투자금액은 연평균 9.7% 상승하며, 가속기 시설에 대한 투자가 전체 투자금액 대비 22.0%를 차지하는것을 알 수 있습니다. 따라서 2014년부터 평균성장률 9.7%로 연구용 가속기 관련 시장이 성장한다고 가정할 때 2020년 가속기 시장은 2,614억원 규모임을 추정해 볼 수 있습니다.

(단위 : 억원)

연구	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014(E)	2015(E)	2016(E)	2017(E)	2018(E)	2019(E)	2020(E)

총R	3,841	3,287	4,296	6,457	6,336	6,233	6,835	7,495	8,219	9,012	9,882	10,837	11,883

가속기	845	723	945	1,421	1,394	1,371	1,504	1,649	1,808	1,983	2,174	2,384	2,614

증감률	-12.70%	14.40%	30.70%	50.30%	1.90%	1.60%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%

(출처: 미래창조부, 2014 국가대형연구시설 실태조사 보고서에서 전체 투자 대비 가속기 비율 22% 적용 추정)

가속기 시장의 경우 2017년부터 2019년 동안 중점적으로 발주가 이루어지는 대전중이온가속기의 2017년 발주금액(기초과학연구원 발표기준)이 총 1,500억원 규모이며, 기장중입자가속기의 경우 토지 및 건물에 대한 지출이 완료된 상태에서 향후 2년에 걸쳐 투자할 984.5억원의 시설투자가 남아있다는 점을 감안(국회예산정책처, 2015 회계연도 결산위원회별분석)하면 2018년은 당사가 추정한 시장규모와 비슷한 수준의 투자가 이루어질 것임을 예상할 수 있습니다. 2019년 이후에는 다른 지자체에서 추가적인 중입자가속기 건설을 추진하고 포항4세대 방사광기속기 중 진행되지 않은 빔라인 3기의구축 등이 이루어질 것으로 예상되고 있으며, 그 이후에는 현재 운영되고 있는 가속기의 유지보수(기존 투자액의 15%)와 차세대 가속기 건설 등이 계속될 것으로 보입니다.

결국 연구용 가속기와 의료 및 산업용 가속기 모두 약 10% 수준의 성장률을 보이고있으며, 2020년 기준 연구용가속기 시장이 2,614억원, 의료 및 산업용 가속기 시장이 11조원이 시장을 형성하고 있음을 알 수 있습니다. 연구용가속기 시장의 경우 국내기업을 육성하고 제품의 국산화를 위해 해외경쟁자가 있는 경우라도 국내기업의 제품을 우선적으로 사용하는 관계로 상대적으로 시장진입이 용이하였으나, 의료 및 산업용 가속기 시장은 해외 글로벌 기업들과 직접 경쟁해야 하는 관계로 당사가 시장진입을 목표로 하고 있는 2019년까지 충분한 연구개발과 마케팅전략을 수립하고 준비할 예정입니다.

국내 가속기 사업에서 reference를 확보할 경우 일본 국제선형가속기(ILC)를 비롯한 해외 가속기 사업에 참여할 수 있는 기회가 열릴 것으로 보이며, 특히 일본 국제선형가속기(ILC)는 길이가 31km 수준으로 가속관이 무려 16,000개인 대규모 가속기로 포항 방사광가속기에 납품하는 가속관이 50여개 수준임을 감안할 때 시장규모가 방대함을 짐작할 수 있습니다(총 건설비용이 약 11조원으로 예상됨). 당사는 단기적으로는 전체 가속기 시장 중 기초과학용 가속기 중심으로 사업을 추진한 후, 향후 연구개발 추가 투자를 통해 의료용 및 산업용 소형 가속기 시장 중 당사의 제어시스템 등이 강점을 가질 수 있는 분야를 중심으로 사업을 확대할 예정입니다.

(나) 핵융합발전기사업

핵융합 제어시스템 관련 사업의 경우 현재로서는 ITER와 관련된 프로젝트가 유일한 시장이라 할 수 있습니다. 핵융합과 관련하여 1950년대부터 다수의 국가에서 연구를 수행해왔고, ITER가 출범할 때까지 전세계적으로 200기 이상의 토카막이 제작되어 핵융합 실험이 수행되어 왔습니다.

ITER 프로젝트의 현재 예산 규모는 약 200억 달러로 추정되며 EU를 포함하여 7개 회원국이 예산을 분담하고 있습니다. 구체적으로는 EU에서 약 45%를 분담하고, 한국을 포함한 나머지 6개 회원국이 각각 약 9%를 부담합니다. 이를 기반으로 산정한 핵융합 관련 시장 규모는 사업이 착수된 2007년부터 ITER 완공이 예정된 2020년경까지 14년동안 연평균 약 14억 달러로 추정됩니다.

제어시스템 시장이 전체 시장의 15% 수준인 30억 달러라는 것은 동종업체의 현황자료에서 유추해 볼 수 있는데, 코스닥 상장기업 중 원자력 제어계측기기 관련 사업을 진행하고 있는 ㈜우리기술의 경우 2000년대 초반 신규 원전 총 투자규모 대비 제어계측시스템 및 기기의 규모를 약 10%로 산정하고 있습니다. 하지만 최근에는 시스템이 고도화되는 추세에 따라 전체 제어시스템 및 장비가 전체 투자금액의 15% 수준으로 추정할 수 있습니다.

[ITER 회원국별 예산 및 제어시스템시장규모]

(단위: 백만달러)

회원국	ITER조달예산	참여비율(%)	제어시스템시장규모

EU	9,092	45.46%	1,364

한국	1,818	9.09%	273

미국	1,818	9.09%	273

중국	1,818	9.09%	273

일본	1,818	9.09%	273

러시아	1,818	9.09%	273

인도	1,818	9.09%	273

합계	20,000	100.00%	3,000

(출처: ITER 한국사업단 자료를 토대로 당사 자체 추산)

당사가 참여한 주요 제어시스템 프로젝트의 경우 컨벤셔널 제어시스템 phase 1의 규모가 약 13.3억원, CIS 프로젝트 중 당사가 수주한 규모가 41억원(관련 예산 대비 39% 수준), CPS의 경우 54억원(관련 예산 대비 7.4% 수준) 규모였습니다. 프로젝트 별로 당사가 수주한 제어시스템의 비중은 그 수준과 추이를 판단하기 쉽지 않지만, ITER 제어시스템 프로젝트에서 10%, 전체 예산 기준으로는 1.5%(전체 예산*15%*10%) 내외가 당사에서 참여 가능한 시장으로 추정 가능합니다. 즉, ITER 사업의 경우 전체 20조원의 예산 중 3,000억원 수준이 현재 당사가 참여가능한 시장으로 추정해 볼 수 있습니다.

핵융합 투자규모도 정부예산 및 정책에 따라 금액이 변경되는 관계로 정확히 시장규모 및 성장추세를 예측하기는 어렵지만 국가 대형연구시설의 투자규모를 기준으로 대략적인 수준을 산정해 볼 수 있습니다. 미래창조부가 발표한 2014 국가대형연구시설 실태조사보고서에 따르면 2004~2013년동안 거대과학기술분야별 투자금액은 연평균 9.7% 상승하며 핵융합이 전체 투자금액 대비 13.3%를 차지하는 것을 알수 있습니다. 따라서 평균성장률로 2020년의 예상 시장규모를 산정해볼 경우 핵융합은 1,580억원 규모임을 추정해 볼 수 있습니다.

(단위 : 억원)

연구	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014(E)	2015(E)	2016(E)	2017(E)	2018(E)	2019(E)	2020(E)

총R	3,841	3,287	4,296	6,457	6,336	6,233	6,835	7,495	8,219	9,012	9,882	10,837	11,883

핵융합	511	437	571	859	843	829	909	997	1,093	1,199	1,314	1,441	1,580

증감률	-12.70%	14.40%	30.70%	50.30%	1.90%	1.60%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%	9.70%

(출처 : 미래창조부, 2014 국가대형연구시설 실태조사보고서에서 전체 투자 대비 핵융합 비율 13.3% 적용 추정)

(출처: ITER 한국사업단)

국내에서 진행되고 있는 핵융합 에너지 사업의 개략적인 로드맵을 살펴보면, ITER 프로젝트의 진행과 함께 핵융합발전의 실증적 가능성을 검증하게 될 후속 단계로서 DEMO 프로젝트가 계획되어 있습니다. DEMO 는 7개 ITER 회원국들이 ITER 프로젝트를 통해서 검증되는 핵융합 반응로 기술을 토대로 실제 전력 생산까지 가능한 시설을 구축하여 핵융합 에너지 생산의 현실화 가능성을 검증 목표로 하고 있습니다. 우리나라를 포함하여 EU, 미국, 일본, 중국 등 주요 국가들은 자체적인 개발일정을 세우고 예산을 편성하여 개념 및 기초설계 등의 초기 작업을 진행하고 있으며, 우리나라의 경우 미래창조과학부에서 약 1조 원의 예산을 책정하여 국가핵융합연구소의 주도 하에 K-DEMO 구축을 위한 1단계 프로젝트를 진행 중입니다.

현재 K-DEMO의 시장규모를 정확히 파악하기는 어렵지만 시장정보 등을 통해 대략적으로 추정할 경우 ITER의 1/2 수준인 10조원 이상이 될 것으로 보고 있습니다. 2020년 이후부터는 K-DEMO에 대한 기본설계부터 관련 시스템 구축에 들어갈 것을 감안할 경우 당사는 10조원 시장의 1.5% 수준인 1,500억원 규모의 프로젝트 기회가 있을 것으로 추정해 볼 수 있습니다. 또한 우리나라를 제외한 ITER 참여국 6개국 사업에도 일부 참여할 기회가 있을 것으로 예상됨에 따라 전체 DEMO시장에서 당사가 참여가능한 제어시스템 시장의 규모는 약 1조 500억원 규모에 이를 것으로 예상됩니다.

[DEMO 및 원자력발전 대체시장 중 당사 관련 시장규모]
(단위: 억원)

구분	전체예산	당사 관련 시장	비고

DEMO	700,000	10,500	2025년이후시장형성

원자력발전 대체	18,400,000	276,000	2035년이후시장형성

합계	19,100,000	286,500	-

(주1) DEMO 관련 규모는 시장정보 등을 기준으로 추정(당사 관련 시장은 전체 시장의 1.5%로추정)

(주2) 원자력발전 대체시장은 "한국전력공사 이영일처장, 우리나라 원자력발전 현황과전망보고서" 기준 추정

각 ITER 회원국들의 DEMO 프로젝트가 성공적으로 수행되어 그 결실을 맺기 시작할 무렵부터는 핵융합 발전소 구축과 관련된 수요가 본격적으로 형성될 것으로 예상됩니다. ITER 및 DEMO 프로젝트의 특성 상 현재로서는 관련기술의 상용화 시점을 정확히 예측하는 데에는 한계가 있으나, 프로젝트 로드맵을 기반으로 추정할 경우 2025년부터는 DEMO 시장이, 2035년부터는 핵융합 발전 시장이 형성되기 시작할 것으로 기대되며, 이 경우 전체 발전 시장의 상당 부분을 차지할 정도의 대규모 시장이 창출될 것으로 예상됩니다. 현재 운영중인 원자력발전소의 상당부분이 2030년 경에 설계수명이 완료되는 것을 감안하면 2030년 이후에는 본격적으로 핵융합발전소가 원자력발전과 경쟁하는 구조가 나올 것이며, 2030년까지 원자력발전소 479기의 신규건설과 관련된 약 1,200조원(한국전력공사 이영일처장, 우리나라 원자력발전 현황과 전망 보고서 기준, 2011. 6) 중 일정부분이 핵융합 발전에 투입될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

2030년 이후에는 기존에 운영 중인 442기와 신규로 설립된 479기를 포함하여 총 921기의 원자력발전소가 운영될 것으로 예상되며, 이중 20%가 수준인 184개가 순차적으로 핵융합발전소로 대체된다고 가정할 경우 핵융합발전소 시장은 1,840조원 이상(기당 건설비용 10조원 가정)이 될 것으로 보이며, 전체 시장규모의 1.5%가 참여 가능한 제어시장으로 볼 경우 전체 1,840조원 중에서는 27.6조원이 당사가 참여 가능한 시장으로 예상할 수 있습니다.

(2) 대체시장 존재여부 및 전망(가) 가속기사업

가속기 사업의 경우 유행을 타는 소비재 및 교체주기가 빠른 통신장비나 IT제품과는 달리 원리와 종류에 따라 고유의 기능과 용도를 가진 장비로 시장의 부침이 적고 기술수명주기(technology life cycle)가 매우 긴 특징을 가지고 있습니다. 또한 현재로서는 가속기의 기능을 대체할 기술이나 장비가 등장할 가능성이 매우 낮고, 특정선진국에서 그 개발 및 구축이 시작되는 도입기의 단계이기 때문에 시장은 건재할 것으로 예상됩니다. 마찬가지로 당사의 제어 시스템 역시 제품개발과 품질개선 과정을 거치면서 시스템의 완성도와 복잡도가 상당히 높아져 신규 업체가 진입하기 어려운 높은 진입장벽을 형성하고 있습니다. 가속기는 원자현미경과도 비교하였을 때 관찰 할 수있는 입자의 크기를 획기적으로 줄였으며, 초미세영역을 관찰하는 거대 현미경으로 일컫어지는 등 현재까지의 기초과학 분야의 대체 불가능한 수단으로 자리 잡았습니다.

(나) 핵융합발전기사업

우리나라는 에너지의 97%를 해외에서 수입하는 에너지 절대 빈곤 국가로서 지속 가능한 발전을 위해서는 안정적인 에너지원 확보가 국가 최우선 과제 중의 하나입니다. 지구상에 현존하는 각종 에너지원을 고려해 볼 때, 영구적이고 대량 생산이 가능하며 친환경적인 에너지원은 물을 원료로 하는 핵융합에너지는 경쟁력 있는 대체에너지 입니다.

(출처: ITER한국사업단, Newton지)

다만 동 기술의 상용화 시점이 최소 2030년경 이후로 추정되어 실현 시기가 불특정적이며, 다른 대체에너지들과의 경쟁이 있을 수 있다는 우려가 있습니다. 하지만 2012년 기준 전체 에너지 소비 중 풍력, 태양광, 지열 등의 비중은 전체 에너지 소비 중 1.2%를 차지하고 있으며, 핵융합과는 달리 풍력이나 태양광이 주력 에너지가 될 수 없는 이유는 다음과 같습니다.

① 발전단가 및 효율 : 기존 연료에 비해 발전 효율이 떨어짐

② 발전규모의 변동성 : 날씨 등에 영향을 받는 관계로 주력에너지 공급원이 아닌 보조 에너지 공급원이 적절

③ 공간의 제약 : 원전 대비 너무 큰 토지가 필요함(핵융합발전도 필요 부지규모는 원자력 발전과 비슷할 것으로 추정됨)

[100만kW급 기준 필요 토지규모 비교]

발전방법	필요 부지	여의도 면적 대비
(87만평)	비고

원자력 발전	0.6km2	0.2배

태양광	44km2	15배	환경문제(태양광 발전판 주변의 토지가 부패)

풍력발전	202km2	70배	바람개비 날개 간의 이격거리로 인해 많은 토지 필요

(출처 : 원자력신문, 2013. 10. 1, 서울시 '원전 1기 줄이기' 정책 관련 기사)

이에 따라 핵융합에너지는 무한한 자원량을 가진 에너지원이라는 특성상 현재 대체가능성은 희박할 것으로 판단됩니다.

바. 경쟁 현황(1) 경쟁 상황

당사의 가속기 및 핵융합 제어시스템은 경쟁업체인 세계 각국의 연구소 및 코지랩(Cosylab, EU) 등 보다 우월한 기술역량을 보유하고 있습니다. 이는 ITER 관련 중앙제어시스템 프로젝트 2건에서 당사가 주요 연구소 및 코지랩과의 경쟁에서 모두 수주를 성공했다는 점에서 그 기술력이 증명되었다고 할 수 있습니다. 또한 LLRF의 경우국내에는 경쟁업체가 거의 없으며, 해외 연구소들이나 미쓰비시와 비슷한 성능과 경쟁력을 보이고 있는 상황입니다. 미쓰비시의 경우 성능차이가 없는데 반해 가격이 당사의 3배 이상으로 설정되어 있으며, 연구소 제품들의 경우에도 가격이 더 높은 상황이므로 경쟁업체들에 비해 가격경쟁력이 있는 상황입니다. SSA 등은 비슷한 장비를 생산하고 있는 경쟁업체들이 존재하지만, 기존업체들과는 달리 당사는 초정밀제어와 EPICS 기반 장비개발에 초점을 두고 있어 제품별로 확실한 진입장벽 및 차별화 포인트가 존재합니다.

(2) 경쟁업체 현황(가) 기술(제품)별 주요 경쟁업체

기술(제품)	국내시장	해외시장

가속기, 핵융합 제어시스템 설계	경쟁업체 없음	코지랩(EU), 연구소(CERN 등)

LLRF	경쟁업체 없음	미쓰비시전자(일본)
주요 연구소
Instrumentation Technologies(EU)

BPM	경쟁업체 없음	Instrumentation Technologies(EU)
주요 연구소
미쓰비시전자(일본)

의료용 가속기	다원시스	Danfysik(덴마크)
미쯔비시, 히타치, 도시바(日)

이온주입기
(산업용 가속기)	경쟁업체 없음	AMAT, SEMI, 닛산이온이큅먼트,
Axcelis

(나)주요경쟁 업체현황

경쟁업체	매출처	기술현황

코지랩	전세계 가속기 등 빅사이언스 시설물 구축관련 정부기관, 연구소	○ 기술분야: 가속기 등 빅사이언스 제어시스템 설계 및 구축
- 전세계에서 운영되는 다양한 가속기, 빅사이언스시설물 등에 대한 구축경험을 보유하고 있음
- 제어시스템 부분에만 집중하고 있으며 RF 장비 등은 보유하고 있지않음

Instrumentation Technologies
(제품명: 리베라)	가속기 구축을 추진중인 정부기관 및 연구소	○ 기술분야: 가속기 BPM, LLRF
- BPM 장비는 시장을 거의 독점(90% 이상을 점유)
- LLRF는 납품실적이 상대적으로 작은 편임

미쓰비시전자	가속기 구축을 추진중인 정부기관 및 연구소	○ 기술분야: 가속기 LLRF, BPM, SSA, 의료용가속기
- 의료용가속기 시장의 주요공급업체 중 하나임
- LLRF 공급관련 시장을 과점하고 있지만 가격면에서 당사가 경쟁력을 확보하고 있음

Danfysik, 히타치,
도시바	의료용가속기 추진 기관	○ 기술분야: 의료용 가속기
- Danfysik
. 50년 이상 의료용 가속기 및 부품 생산 . 싱크로트론 방식의 가속기 분야에서 최고의 기술력 보유
- 히타치/도시바 . 일본 중심으로 의료용가속기 공급

AMAT, SEM,
닛산이온 이큅먼트,
Axcelis	반도체 생산업체
(삼성전자, 하이닉스 등)	○ 기술분야: 반도체 이온주입기
- 반도체 전공정에서 회로패턴과 연결된 부분에 미세한 가스입자 형태의 불순물을 침투시켜 전자소자의 특성을 만들어 주는 시스템으로 시장을 과점하고 있음

(3) 비교우위 사항

EPICS 기반 정밀제어시스템에 있어서 빅사이언스 시설물은 모두 다른 설계와 사양을 가지고 있는 관계로 직접적으로 성능을 비교하기 어려운 부분이 있습니다. 하지만세계 최초로 구축되는 핵융합실험로(ITER) 경쟁입찰에서 코지랩 및 주요 연구기관들을 제치고 당사가 중앙제어시스템 등 총 3건의 핵심제어시스템을 수주한 것은 당사 시스템의 성능을 간접적으로 보여주는 것이라 할 수 있습니다.

LLRF 등 정밀 제어장비에 있어서 경쟁업체들의 자료를 기준으로 봤을 때 당사의 제품성능은 경쟁사들보다 동등하거나 우월한 수준으로 세계 수준의 성능기준을 만족하고 있음을 알수있습니다. 포항가속기연구소는 2016년 6월 29일 동아일보 기사를 통해 세계에서 3번째로 4세대 방사광가속기를 이용해서 '꿈의 빛'으로 불리는 0.5nm 파장의 X-선 자유전자 레이저를 만들었다고 발표했습니다. 이는 2016년 4월 14일부터 종합 시운전을 통해 외부전문가 검증위원회가 검증한 결과로 가속기를 구성하는 모든 장치가 성공적으로 정상 작동하는 것을 공식 확인한 것으로 볼 수 있습니다.

현재 가속기 및 핵융합 부문에서 최근 급부상하는 주요 경쟁자는 없는 상황이며, 기존에 제품을 공급하던 소수의 업체들에게는 오히려 당사가 급부상하는 주요 경쟁자로 인식될 수 있습니다. 기업들 이외의 연구기관들에게 당사는 경쟁자로 인식되기 보다는 효율적인 가격에 충분한 성능을 제공할 수 있는 파트너로 인식됨으로서 잠재적인 기회를 확보하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 최근의 빅사이언스 시설물 구축 추세가 ITER와 같이 대규모의 시설을 전세계적으로 컨소시엄을 구성하여 진행하는 관계로 1~2개 업체가 독점적으로 공급하기는 어려울 것으로 예상되기 때문입니다.

당사의 핵융합과 가속기 관련 개발 결과는 각각 미래창조부 장관상을 수상하는 등 국내에서는 핵융합, 가속기 제어시스템 및 장비 부문에서 당사가 최고의 기업으로 인정받고 있습니다. 핵융합실험로(ITER)와 관련하여 당사의 개발결과물 중 중앙인터록시스템(CIS)은 최고의 개발성과로 인정받는 등 높은 브랜드 이미지를 보유하고 있습니다. 중앙인터록시스템(CIS) 최종 설계 단계에서 각 국의 외부 전문가로 구성된 위원회를 결성하여 설계 리뷰를 진행하였으며, 이 리뷰에서 중앙 인터록 시스템 최종 설계는 현재까지 수행된 모든 최종 설계 중 가장 성공적었다는 평가를 받았으며, 다른 프로젝트들이 벤치마킹 해야 할 최고의 성공사례로 공유되고 있습니다.