KR100252726B1 - 1,2차코일간의결합계수를증가시킨공진형입자가속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입자가속기에 관한 것으로, 특히, 타이어, 전선, 금속, 신소재등 산업재료의 분자구조의 변형을 유도함으로써 각종 산업재료의 효용을 높이는데 사용되는 공징형 입자가속기에 관한 것이다. 가속관내부의 1차코일을 2차코일 상부의 일정부분가지 더 연장시켜줌으로써 2차코일에 유기되는 전력량을 증가시켰다. 또한, 1,2차코일에 의한 전장의 외부유출을 방지하는 마그네토가이드를 2차코일상부까지 연장하여 2차코일상부의 일정부분을 외부와 차단함으로써 1,2차코일의 에너지손실을 방지하였다. 이렇게 함으로써, 효율이 향상된 공진형 입자가속기를 제공할 수 있다.

Description

1,2차 코일간의 결합게수를 증가시킨 공진형 입자가속기

도면은 본 발명에 따른 공진형 입자가속기의 내부구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가속관 2 : 2차코일

3 : 1차코일 4 : 입자발생기

5 : 입자방출장치 6 : 쉴드

7 : 마그네토가이드 8 : 압력용기

본 발명은 입자가속기에 관한 것으로, 특히, 전선, 타이어, 금속, 신소재 등 산업재료의 분자구조의 변형을 유도함으로써 각종 산업재료의 효용가치를 높이는데 사용되는 공진형 입자가속기에 관한 것이다.

일반적으로 공진형 입자가속기는 진공속에 원통형의 가속전극을 직선으로 배치하고 교류의 고전압을 직접 가속기에 가하여 전자등의 입자를 가속하는 장치이다. 이 공진형 입자가속기는 공업용 X-선원 또는 전자선원으로서 사용된다.

일반적으로 공진형 입자가속기는 2차코일의 인덕턴스(Inductance)와 가속전극간 용량을 포함한 분포용량의 주파수가 전원주파수에 공진하도록 한 것으로써, 1차코일에 전류가 흐르면 필라멘트가 점화하여 가소고간에 교류전압이 가해진다. 이때 발생되는 필라멘트의 열전자는 가속전압이 +의 반주기일 때만 가속된다. 이 경우, 타킷(Target)이 있으면, 열전자는 타킷에 충돌하여 X선을 발생한다. 이와 같은 공지형 가속기는 정류회로를 사용하지 않기 때문에 구조가 간단하고, 값이 싸고, 큰 전류를 취급할 수 있다.

공진형 입자가속기는 소정의 내부압력을 유지할 수 있고, 각종 장치를 내부에 수용하는 가속관을 구비하고 있다. 가속관의 내부에는 2차코일의 설치되어 있다. 2차코일은 내부가 빈 원통형으로 가속관의 바닥에서 가속관의 내부상면까지 소정 반지름으로 감겨져 형성되어 있다. 2차코일은 1차코일에 의한 유도전류의 전장을 발생한다. 이로부터 고전압의 유도전류가 발생되고, 이를 입자에 인가함으로써 입자는 큰 가속에너지를 갖게 되어 가속된다. 2차코일의 상단부에는 입자발생기가 설치되어 있다. 입자발생기는 전자 등의 입자를 발생한다. 2차코일의 하단부에는 가속관의 바닥을 관통하는 입자방출장치가 설치되어 있다. 입자발생기에서 발생된 전자 등의 입자는 2차 코일의 내부의 진공공간에서 가속되어 입자방출장치로 방출된다. 2차코일의 둘레에는 쉴드가 설치되어 있다. 쉴드는 도체판(Screen)으로서 2차코일의 바깥측면과 소정의 공간을 형성하며 가속관의 바닥에서 가속관의 천장까지 원통형으로 설치되어 있다. 쉴드는 1차코일과 2차코일의 전압차에 의해 두 코일간에 이동되는 전장이 굴절되지 않고 직진하도록 한다. 결과, 보다 많은 고압의 유도전류를 유기할 수 있게 된다. 쉴드의 외부에는 1차코일이 감겨져 있다. 1차코일은 가속관의 바닥에서 천장까지 원통형으로 형성되어 있다. 1차코일은 2차코일에 고전압의 유도전류를 발생시키기 위한 것이다.

이 1차코일의 바깥쪽에는 마크네토가이드가 설치되어 있다. 마그네토가이드는 가속관 바닥에서부터 천장까지 원통모양으로 구성되어 있다. 이 마그네토가이드는 1,2차코일에 유기되는 전장이 외부로 유출되는 것을 막고 1차코일의 에너지가 효율적으로 2차코일에 전달되도록 하는 역할을 한다.

이와 같은 가속관의 상부에는 압력용기가 설치되어 있다. 이 압력용기는 가속관내부의 절연개스를 고압으로 유지하여 고전압의 코일방전을 막기 위한 것이다. 이와 같은 구조의 공진형 입자가속기에 있어서, 두 1,2차코일간의 에너지전달효율은 두 코일간의 전자적결합의 정도를 나타내는 결합계수(Coupling Coefficient)에 의하여 결정된다. 두 코일간의 결합계수는으로 표시된다. 여기서 k는 결합계수이고, L1은 1차코일의 자기인덕턴스, L2는 2차코일이 자기인덕턴스, M은 1,2차코일간의 상호 인덕턴스이다. 전선이나 코일에는 그 주위나 내부를 통하는 자속의 변화를 방해하는 작용이 있는데, 이 작용의 세기를 나타내는 값을 인덕턴스라 함다. 이러한 인덕턴스가 코일자체의 저뉴에 의해 자속이 발생되는 경우 자기인덕턴스라고 하고, 다른 전선이나 코일의 전류에 의해 자속이 발생되는 경우 상호인덕턴스라 한다. 인덕턴스의 단위 또는 헨리(H)를 사용한다. 즉, 1차코일과 2차 코일간의 에너지전달효율은 1차코일의 자기인덕턴스와 2차코일의 자기인덕턴스의 곱의 제곱근에 반비례하고, 1차코일과 2차코일의 상호인덕턴스의 크기에 비례한다. 1차코일의 에너지가 완전히 2차코일로 전달되면 결합계수 k의 값은 1치 된다. 그러나, 실제 누설자속이 발생하므로 k의 값은 0<k<1의 값을 갖는다. 즉, 1,2차코일의 자기인덕턴스를 줄이거나, 상호인덕턴스를 높이거나, 누설자속을 줄이면 두 코일간의 에너지전달효율을 높일 수 있다는 사실을 알 수 있다.

종래의 공진형 입자가속기는 마그네토가이드가 가속관의 상단부까지만 두 1,2차코일간의 전달계수의 값이 작았다. 이에 따라, 종래의 공진형 입자가속기는 에너지효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 1,2차코일간의 결합계수를 증가시킨 고에너지효율을 갖는 공진형 입자가속기를 제공하는데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 소정의 전력을 인가받는 1차코일과 상기 1차코일 내부에 설치되고 유도전류를 발생키 위한 2차코일과 상기 1,2차코일을 내부에 수용하고 일정 내부압력을 견딜 수 있는 가속관과 상기 가속관의 상부에 설치되고 상기 가속관의 내부압력을 유지시키기 위한 압력용기를 구비하는 공진형 입자가속기에 있어서, 상기 1차코일은 가속관으로부터 상기 압력용기내로 반경이 점차 줄어들도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 공진형 입자가속기에 의해 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도면은 본 발명에 따른 공진형 입자가속기의 내부구조도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공진형 입자가속기는 고압의 절연개스에 견딜 수 있고, 내부에 각종 장치를 수용하는 가속관(1)을 구비하고 있다. 가속관(1)의 내부에는 2차코일(2)이 설치되어 있다. 2차코일(2)은 내부가 빈 원통형으로 가속관(1)의 바닥에서 가속관(1)의 내부상면까지 소정 반지름을 갖고 감겨져 형성되어 있다. 이 2차코일(2)은, 외부전력을 공급받아 소정의 전류가 흐르는 상기 1차코일(3)에 의해 고전압의 유도전류 및 전장을 발생한다. 고전압의 유도전류는 입자에 인가되고, 입자는 큰 가속에너지를 갖게 되어 가속된다. 2차코일(2)의 상단부에는 입자발생기(4)가 설치되어 있다. 상기 입자발생기(4)에서는 전자 등이 입자가 발생된다. 2차코일(2)의 하단부에는 가속관(1)의 바닥을 관통하는 입자방출장치(5)가 설치되어 있다. 입자발생기(4)에서 발생된 전자 등의 입자는 2차코일 내부의 진공공간에서 유도전류의 전장에 의해 고전압의 가속에너지를 갖게됨으로써 가속되어 입자방출장치(5)를 통해 방출된다. 2차코일(2)의 바깥족에는 2차코일(2)을 둘러싸는 원통형의 쉴드(6)가 설치되어 있다. 쉴드(6)는 2차코일(2)의 바깥측면과 소정 공간을 형성하며 가속관(1)의 바닥에서 가속관(1)의 상단부를 거쳐 압력용기(8)의 내부상면까지 연장되어 설치되어 있다. 쉴드(6)는 1차코일과 2차코일의 전압차에 의해 두 코일간에 전장이 굴절되지 않고 직진하도록 한다. 결과, 유도전류의 유기성능이 향상된다. 이 쉴드(6)의 외부에는 1차코일(3)이 감겨져 있다. 1차 코일(3)은 가속관(1)의 바닥에서 압력용기(8)의 내부상면까지 설치되고, 외부로부터 전력을 공급받아 전류가 흐르고 있다. 압력용기의 내부상면에 설치된 1차코일(3)은 윗쪽으로 갈수록 반경이 줄어들게 구성되어 있다. 외부로부터 전력을 공급받아 전류가 흐르는 상기 1차코일(3)은 2차코일(2)에 고전압의 유도전류를 발생시킨다.

이와 같이 1차코일(3)은 압력용기의 내부상면의 일정 부분까지 더 설치함으로써 더 넓은 범위에서 전장이 형성된다. 이에 따라 2차코일에 유기되는 고전압의 유도전류량이 증가함으로써 전기적 에너지량 즉, 전력량이 증가된다. 이 1차코일(3) 바깥쪽에는 마그네토가이드(7)가 설치되어 있다. 마그네토가이드(7)는 1차코일을 내부에 수용하는 원통형으로 구성되어 있고, 가속관의 바닥에서 압력용기(8)의 내부상면까지 연장되어 있다. 압력용기(8)의 내부상면에 설치된 마그네토가이드(7) 역시 윗쪽의 반경이 줄어들게 구성되어 있다. 마그네토가이드(7)는 1,2차코일(3,2)에 유기되는 전장이 외부로 유출되는 것을 막아준다.

이와 같이 마그네토가이드(7)를 가속관(1)의 바닥에서부터 압력용기(8)의 내부상면의 일정 부분까지 더 설치하면 1,2차코일(3,2)의 전장의 손실경로가 차단된다. 그러면, 두 코일간의 상호인덕턴스는 커지고, 전달계수 k 의 값도 커진다.

이상 도면을 통하여 살펴본 바와 같이 종래에 쉴드만 설치되어 있던 2차코일 윗족부분의 압력용기의 내부상면까지 1차코일과 마그네토가이드를 더 설치하여 줌으로써, 2차코일에 유기되는 전력량이 증가되고, 1,2차코일간의 전달계수가 커진다. 따라서, 성능이 좋고 에너지효율도 좋은 공진형 입자가속기를 얻을 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소정의 전력을 인가받는 1차코일과 상기 1차코일 내부에 설치되고 유도전류를 발생키 위한 2차코일과 상기 1,2차코일을 내부에 수용하고 일정 내부압력을 견딜 수 있는 가속관과 상기 가속관의 상부에 설치되고 상기 가속관의 내부압력을 유지시키기 위한 압력용기를 구비하는 공진형 입자가속기에 있어서,

   상기 1차코일은 가속관으로부터 상기 압력용기내로 반경이 점차 줄어들도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 공진형 입자가속기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가속관과 1차코일사이에는 상기 1,2차코일에 유기되는 전장의 손실을 방지하기 위한 마그네토가이드가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공진형 입자가속기.
3. 제2항에 있어서, 상기 마그네토가이드는 상기 가속관의 바닥에서부터 상기 2차코일의 상부까지 연장되어 설치되고 상기 연장된 일정부분은 상기 압력용기의 내부상면을 따라 윗쪽의 반경이 줄어들게 구성되어 상기 1,2차코일을 내부에 수용하는 것을 특징으로 하는 공진형 입자가속기.