KR100290829B1 - 전자빔 가속기를 이용한 산업용 엑스선원 및 전자선원 - Google Patents

전자빔 가속기를 이용한 산업용 엑스선원 및 전자선원 Download PDF

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Abstract

10 MeV 급의 에너지와 수 kW 이상의 출력을 가지는 연속운전이 가능하고 가속공동내에 전자빔의 교차가 이루어지지 않는 전자빔 가속기와 이로부터 인출된 전자빔을 이용하여 전자빔 및 엑스선을 공간적으로 균일하게 조사할 수 있는 조사장치로 이루어진 전자빔 원 및 엑스선 원을 제공하기 위하여, 동축가속공동과, 상기 동축가속공동내에 TM10모드의 전자장을 형성하는 RF시스템을 포함하는 TM10모드를 가속모드로 사용하는 가속기와; 상기 가속기에서 가속된 전자를 횡방향 및 종방향으로 모두 편향시키고 전자빔의 궤도를 상기 인출창의 중심을 향해 반경 방향으로 입사하도록 전자빔을 유도하는 수단을 포함하는 조사장치를 포함하는 엑스선원 및 전자선원을 개시한다. .

Description

전자빔 가속기를 이용한 산업용 엑스선원 및 전자선원{Industrial X-ray and electron beam source using electron beam accelerator}
본 발명은 전자빔 원 및 엑스선 원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 10MeV급, 수 kW 이상의 빔 에너지와 출력을 가지며, 연속적으로 운전되는 전자빔 가속기와 이로부터 인출되는 전자빔을 이용하여, 반경 방향으로 집속되고, 또한, 공간적으로 균일한 전자빔 및 엑스선을 조사할 수 있는 조사장치를 포함한 전자선원 및 엑스선원에 관한 것이다.
전자선원과 엑스선원은 그 구성이 동일하고 단지 조사장치의 전자인출창에 엑스선발생용 표적을 추가적으로 포함하느냐여부에 따라 엑스선원과 전자선원이 바뀌므로 본 발명에서 엑스선원 이나 전자선원으로 한정하기 곤란하여 엑스선원 및 전자선원으로 명명한다.
산업용 전자빔 가속기는 그 가속 방법에 따라 직류 고전압 가속방식과 고주파 가속방식으로 나눌 수 있다.
직류 고전압 가속방식은 얻고자 하는 빔 에너지에 해당하는 직류전압을 전극사이에 인가하여 전자를 가속하는 방법으로, 연속 빔을 얻을 수 있고, 에너지 변환 효율이 높다. 그러나, 가속 에너지에 해당하는 고전압을 발생시켜야 하기 때문에 장치의 크기는 고 에너지가 될수록 커져서 산업적으로 이용 가능한 범위는 전자빔 가속기의 빔 에너지가 5 MeV 이하인 기속기이다.
고주파 가속 방식은 진행파(travelling wave) 내지 정상파(standing wave)의 형태를 가지는 고주파 전기장을 이용하여 전자를 가속하는 방법으로, 상대적으로 작은 장치를 이용하여 높은 에너지의 전자빔을 얻을 수 있다.
현재 산업용으로 응용되는 전자빔 가속기는 조사(irradiation)대상 물질의 방사화(activation) 때문에 사용 가능한 전자빔 에너지가 10 MeV 이하로 규정되어 있으므로, 고주파 가속방식을 이용한 전자 가속기는 주로 빔 에너지가 5 내지 10 MeV 인 영역에서 사용되고 있다.
현재 10 MeV의 빔 에너지를 갖는 산업용 전자빔 가속기는 RF 선형가속기(radio frequency linear accelerator, 이하 RF Linac라 칭한다)과 1980년대 말 프랑스원자력청(CEA)의 포틀러(J.Pottler)에 의해 제안된 로도트론(Rhodotron)이 있다.
RF Linac은 과학용으로 널리 사용되는 고 에너지 선형 전자 가속기의 가속원리를 이용한 것으로, 진행파를 이용하여 전자를 가속한다.
고출력 RF Linac의 경우 가속기의 공동벽(cavity wall)에서 일어나는 RF 전력의 손실과 전자빔 손실때문에 발생하는 균일하지 못한 열로 인하여 비틀림(distortion)이 일어나게 되고, 이 때문에 빔 불안정성(instability)이 발 생할 수 있다. 이런 이유로 산업용으로 응용되는 RF Linac은 평균 출력이 25 kW 정도이고, 연속적이지 못하고 펄스 모드로 동작한다.
이에 반해 로드트론은 수 m의 파장을 갖는 낮은 주파수의 전자파를 이용하며, 동축공동을 사용하기 때문에 RF 전력 손실에 의해 발생되는 공동의 열 부하가 기존의 RF Linac의 경우보다 작고, 이런 이유로 높은 빔 출력을 갖는 전자빔을 얻을 수 있다. 따라서, 현재 세계적으로 사용되는 산업용 가속기 시장중 10 MeV, 25 kW 이상의 전자빔을 요구하는 곳에서는 로드트론이 거의 유일하게 사용되고 있는 실정이다.
그러나, 상술한 로드트론은 가속에 사용되는 정상파 모드가 TEM파(Transverse Electromagnetic wave)이기 때문에 가속시 가속공동의 중앙에서 여러개의 빔이 동시에 교차하는 구조를 가지게 되므로 고 출력으로 갈수록 빔 손실을 일으킬 가능성이 있다.
한편, 전자빔 및 엑스선 조사장치는 상기 가속기에 의해 가속된 전자빔을 의료기구나 전선, 음식물 등 피조사물에 조사하는 장치로서, 전자빔 원(source)으로 사용할때는 조사장치의 인출부에 대기압과의 기압차를 유지하기 위한 인출창을 설치하며, X선원으로 사용할때는 인출부에 X선 발생용 표적을 설치한다. 따라서 인출부를 제외하고는 X선원과 전자빔원으로 사용하는 조사장치가 동일하다.
종래의 X선조사장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 가속기에서 가속된 전자빔(74)은 평판모양의 엑스선 표적(76)에 충돌하고, 이 때, 발생되는 엑스선은 표적을 투과하여 가공하고자 하는 제품(미도시)에 조사된다.
그런데 이러한 종래의 엑스선 조사장치는 엑스선이 한쪽 방향에서만 조사되므로, 가공 제품에 균일한 엑스선 조사가 어렵다. 또한, 가공 제품에 균일한 엑스선 조사가 이루어 지지 않으면, 국부적인 가열에 의해 제품에 손상이 가거나, 외형이 변형되는 등의 문제가 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 불균일한 엑스선 조사를 방지하기 위하여 가공 제품을 회전시키면서 균일한 조사를 받게하는 장치를 별도로 준비하여야 하는 불편함이 있을 뿐 아니라, 이러한 장치에 적용될 수 있는 제품도 한계가 있다.
또한, 가속된 전자가 제동복사에 의해 엑스선을 발생하게 될때, 저 에너지 전자빔의 경우 전 입체각(4π) 방향으로 균일한 엑스선을 발생하게 되지만, 전자의 가속에너지가 수 MeV를 넘게되면 대부분의 발생된 엑스선은 전자의 방향과 일치하는 방향으로 최대의 강도(intensity)를 갖게 된다.
그러나 평판의 표적(76)에 가속된 전자를 편향 자석 등으로 편향하여 입사시키는 종래의 엑스선 발생 시스템에서는 입사하는 전자는 표적에 대해 수직으로 입사할 수 없다. 따라서 조사하고자 하는 제품에 최대의 엑스선 에너지를 조사시킬 수가 없을 뿐 아니라, 발생된 엑스선의 손실을 초래한다.
본 발명은 상기 설명한 종래의 가속기 및 조사장치의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 동축공동내에 TM10모드를 가속모드로 사용하여 10 MeV 급의 에너지와 수 kW 이상의 출력을 가지는 연속운전이 가능하고 가속공동내에 전자빔의 교차가 이루어지지 않는 전자빔 가속기와 이로부터 인출된 전자빔을 이용하여 전자빔 및 엑스선을 공간적으로 균일하게 조사할 수 있는 조사장치로 이루어진 전자빔 원 및 엑스선 원을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선원 및 전자빔원의 개략도로서 이해를 위해 일부 절개된 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두개의 동축공동을 사용한 전자 가속기의 원리를 나타내는 가속기의 사시도이다.
도 3a과 도 3b는 각각 본 발명에 따른 엑스선 조사장치의 평면도 및 측면도이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b의 자기회로를 이해하기 쉽게 표현한 도면이다.
도 5는 종래의 엑스선 조사장치의 평면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전자총 20, 20a : 180o편향 전자석
30 : 동축 가속공동 31 : 내부도체
32 : 외부도체 33 : 제 1 동축공동
34 : 제 2 동축공동 40 : 빔 라인
50 : 진공용기 60 : RF 시스템
70 : 엑스선 조사장치 71 : 2차원 편향자석
72 : 윈도우 73 : 진공포트
74 : 전자빔 75 : 자기회로
76 : 엑스선 표적 77 : 냉각통로
78 : 진공함 80 : 전자빔 조사장치
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 ㄱ) 동축을 가지는 실린더형태의 내부도체 및 외부도체와, 상기 내부도체와 외부도체의 양끝단을 밀봉하면서 지지하는 두 개의 측면도체를 가지고 있으며, 상기 내부도체와 외부도체와 측면도체로 이루어진 공간이 진공인 동축가속공동과;ㄴ) 상기 동축가속공동의 하나의 측면도체쪽에서 반대편 측면도체쪽으로 상기 동축가속공동내로 전자빔을 입사시키는 전자총과; ㄷ) 상기 동축가속공동의 두 개의 측면도체쪽에 위치하여, 동축가속공동을 통과하는 전자를 180˚편향시키는 복수개의 편향전자석과; ㄹ) 상기 동축가속공동에 RF를 인가하여 상기 동축가속공동내에 가속모드로서 TM10모드의 전자장을 형성하는 RF시스템을 포함하는 가속기와; 상기 가속기에서 가속된 전자빔을 피조사물에 조사하는 조사장치를 포함하는 엑스선원 및 전자선원을 제공한다.
본 발명에서는 또한 상기 복수개의 동축가속공동을 채택하여 편향전자석의 갯수를 줄인 엑스선원 및 전자선원을 제공한다.
본 발명에서 바람직하게 상기 동축가속공동은 진공용기에 수용된다.
본 발명의 조사장치는 가속기에서 가속된 전자를 횡방향 및 종방향으로 모두 편향시키는 2 차원 편향자석과; 전자빔이 인출되는 인출창과; 상기 편향된 전자의 궤도를 상기 인출창의 중심을 향해 반경 방향으로 입사하도록 전자빔을 유도하는 수단을 포함하고 있는 것이 특징이다.
본 발명에서 바람직하게는 상기 전자빔 유도수단은 자기회로이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성과 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 엑스선 원 및 전자빔 원의 개략도로서, 설명의 편의를 위해 일부가 절개되어 도시되고 있다. 도시한 바와 같이, 본 실시예는 동축 공동을 갖는 가속기(100)와, 상기 가속기(100)와 빔라인(beam line)(40)으로 연결된 엑스선 조사장치(70) 및 전자빔 조사장치(80) 등으로 구성되어 있다.
상기 가속기(100)는 동축가속공동(30)과, 상기 동축가속공동(30)에 전자빔을 입사시키는 전자총(10)과, 상기 동축가속공동(30)를 통과하는 전자를 180˚편향시키는 편향 전자석(20)(20a)과, 상기 동축가속공동(30)에 RF를 인가하여 소정의 전자장을 형성하는 RF시스템(60)으로 이루져있다.
상기 동축가속공동(30)은 동축을 가지는 실린더형태의 내부도체(31)와 외부도체(32), 그리고 두 도체(31)(32)의 양끝단을 밀봉하면서 전자총(10)과 편향전자석(20)(20a)으로 향하는 통로가 각각 위치한 측면도체(39)로 이루어져 있으며, 상기 RF시스템(60)으로부터 RF를 인출하는 도파관(Waveguide, 61)이 외부도체(32)에 연결되어 있다. 이 도파관(61)은 동축선(coaxial line)으로 대체될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 동축가속공동(30)을 2개를 사용하여 직렬로 연결하고 있고, 이는 도 2에서 다시 설명하기로 한다.
본 실시예의 동축가속공동(30)은 바람직하게는 진공용기(50)에 수용되어 있는 바, 진공용기(50)는 구조적으로 대기압을 효과적으로 견딜 수 있는 형태를 가지고, 이러한 진공용기(50)를 채택하는 경우에는 상기 전자총(10) 및 편향전자석(20)(20a)은 각각 진공용기(50)의 측벽에 위치하게 되고 진공포트(51)를 통해 진공을 유지하게 된다. 실린더형상의 진공용기(50)의 소정위치에 원주방향으로 다수개의 진단포트(diagonostics port)(52)가 배열되어 있다.
즉, 진공용기(50)내에는 내부도체(31)와 외부도체(32)와 측면도체(39)로 이루어진 동축가속공동(30)이 형성되어 있고, 편향전자석(20)(20a)은 측면도체(39)와 연결되어 진공용기(50)의 동축가속공동(30)위치에 방사선모양으로 배열되어 있다.
한편, RF 시스템(60)은 전자파를 인가하여 공동(30)내에 가속에 필요한 TM10모드를 형성한다. 상기 TM10모드는 전자파의 진행방향에 대하여 자장이 수직이고, 상기 가속 공동(30)의 중심축(center axis)으로 부터 일정한 거리가 떨어진 동축면에서 최대의 전기장과 0의 자기장값을 갖는 것을 특징으로 하며, 바로 이 위치에서 전자의 가속이 이루어 진다.
이하, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따른 가속기의 작동관계를 설명한다.
진공용기(50)의 일측외벽에 장착된 전자총(10)에서 전자를 가속공동(30)내로 입사 시키고, 전자는 가속주기를 만나 가속된다.
이렇게 가속된 전자는 진공용기(50)의 직선길이방향에 배치된 반대편의 편향 전자석(20a)에 의해 180o회전후 가속 공동(30)내로 재 입사되고 가속 공동의 전장에 의해 다시 가속되며, 다시 전자총(10)쪽의 편향전자석(20)에 반사된다. 이러한 가속 동작을 여러번 반복하게 되면 10 MeV 정도의 높은 에너지를 얻게 된다.
상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 가속기(100)는 수 m 파장(주파수는 100 내지 200 MHz)의 전자파를 사용하기 때문에 가속 공동(30)의 열 부하가 상대적으로 작아 수 내지 수백 kW 급의 고출력 전자빔을 얻을 수 있다. 또한, 각 편향 전자석(20)(20a)으로 향하는 빔라인(36)에 출력 포트를 장착하여, 다양한 에너지의 전자빔을 인출할 수 있다.
한편, 이 과정에서 자기장내에서 전자의 회전 반경은 전자의 운동에너지와 인가된 자기장값에 의하여 결정되며, 점차 에너지가 증가하는 전자를 가속 주기에 동기화시켜 주기 위해서는 전자석의 자장값과 위치를 각 단계에서의 전자의 에너지를 고려하여 결정하여야 한다. 이때 빔광학(beam optics)에 의하여 집속 전자석(focusing magnet)이 필요에 따라 첨가될 수도 있다.
상기 방법으로 전자빔과 가속 전자파의 위상을 쉽게 맞추어줌으로써 동기화(synchronization)를 용이하게 할 수 있게된다.
상술한 가속방식에의해 가속된 전자빔은 90o편향 전자석(41) 등을 통하여 X선 발생용 표적(76)을 가진 X선조사장치(70)와 인출창(81)을 가진 전자빔조사장치( 80)에 다다르고 피조사물(90)의 전자빔 조사 내지 엑스선 조사 등에 이용된다.
한편, 가속기(100)의 전자파/빔 출력 변환효율은 공동(30) 밖에 위치한 180o편향 전자석(20)의 개수에 의해 제한되며, 본 실시예에서는 상기 편향 전자석의 개수를 줄이기 위하여 가속 공동을 두개를 설치하고 있다.
도 2는 두 개의 동축 공동(33, 34)을 이용하여 전자를 가속하는 본 발명의 실시예에 따른 가속기의 원리를 나타내는 도면으로, 두 개의 동축 공동(33, 34)에 인가되는 전자파는 서로 180o의 위상차(Phase difference)를 갖는다. 전자총(10)으로 부터 제 1 동축 공동(33)의 가속 전기장의 위상에 동기화되어 입사된 전자는 전기장에 의해 가속되고, 상기 동축 공동(33, 34)의 길이와 동축 공동(33, 34) 사이의 빔라인(35)의 길이를 적절히 선택하면 빔라인(35)을 거쳐 제 2 동축 공동(34)으로 입사된 전자는 다시 가속 전기장을 만나게 되어 가속된다. 제 2 동축 공동(34) 밖으로 나온 전자는 편향 전자석(20a)에 의해 제 2 동축 공동(34)로 재차 입사되고, 이 때도 역시 가속 전기장을 만나 가속된다. 상기와 같은 원리로 전자빔이 편향 전자석(20)(20a) 사이에서 두 번 가속되므로 동일한 빔출력에 대하여 한 개의 가속공동을 사용한 것 보다 편향 전자석(20)(20a)의 개수를 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 가속기와 종래의 가속기를 비교하여 표로 나타내면 아래 표 1과 같다.
〈표1>
RF Linac 로드트론(Rhodotron) 본 발명
동작모드 펄스동작(Plused operation) 연속동작(CW operation) 연속동작(CW operation)
가속 진행파 정상파(동축공동:TEM모드) 정상파(동축공동:TEM10모드)
시스템 효율 낮음 높음 높음
고주파 원 클라이스트론(Kliystron) 사극관(Tetrode) 사극관(Tetrode)
사용 주파수 높음 낮음 낮음
빔 출력 낮음 높음 높음
빔 에너지 고정 선택가능 선택가능
주사 주파수 낮음 높음 높음
도 3a 내지 도 3b는 도 1에 개략 도시한 본 발명에 따른 균일한 엑스선 조사장치의 구체적인 구성 및 동작원리를 나타내는 도면으로, 전자빔 조사장치에 대해서는 도 3a의 엑스선 표적(76)을 인출창으로 교체하여 설치하면 된다. 따라서 전자빔 조사장치에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 발명의 목적에 따라 전자빔 및 엑스선을 공간적으로 균일하게 조사할 수 있도록 하기 위해서는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 엑스선 조사장치(70)의 동작 조건은 다음과 같다.
즉, 가속된 전자는 엑스선 표적(76)에 공간적으로 균일하게 입사되어야 하고, 엑스선 표적(76)의 중심을 향하여 입사되어야 하며, 그 입사각이 90o가 되어야 한다.
상기의 동작 조건을 만족하기 위해서 본 발명에서는 가속된 전자를 횡방향 및 종방향으로 모두 편향시키는 2 차원 편향자석(71)과 편향된 전자의 궤도(74)를 엑스선 표적(76)의 중심을 향해 반경 방향으로 입사하도록 전자빔유도장치인 자기회로(75)를 포함하고 있다.
가속기에서 높은 에너지를 얻은 전자는 제일 먼저 2 차원 편향자석(71)을 통과하게 된다. 상기 편향 전자석(71)은 가속된 전자를 횡방향 및 종방향 모두 편향 시키기 때문에 2 차원 편향을 일으킨다. 종방향 편향은 표적(76)에 종방향으로 전자가 균일하게 입사될 수 있도록 편향을 하고 이는 도 3b에 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 횡방향 편향은 종방향 편향과는 조금 다르게 제어되어야 한다. 표적(76)에 입사되는 전자빔이 횡방향으로 균일하게 조사되어서는 실제 표적(76)에 조사되는 전자빔은 균일하게 조사될 수 없다. 오히려 횡 방향에서 볼때, 표적(76)의 양 끝단에 조사되는 전자빔의 분포가 중심보다 많아야 함을 알 수 있다. 실제로 중요한 것은 표적(76)의 원주방향으로 균일한 전자빔을 조사해야 하므로 상기의 조건을 만족할 수 있도록 횡방향의 편향을 조절해야 하며 이는 편향 시간에 따른 전류의 파형을 조절함으로써 얻을 수 있다.
상기 2 차원 편향자석(71)을 통해 편향된 전자들은 일련의 자석과 자극에 의해 발생된 자장이 존재하는 영역(75)으로 들어가게 되고, 이 때, 전자는 로렌츠 힘을 받아 전자의 궤도는 엑스선 표적(76)의 중심을 향해 반경 방향으로 입사하게 된다.
도 4는 본 실시예에 따라 전자빔을 유도하는 자기회로(75)의 구성을 보다 상세히 도시한 것으로 이해를 위해 도 3a, 도 3b와 자기회로의 배치방향을 달리하여 도시하고 있고, 두 개로 분리하여 도시하고 있으나 이는 이해의 편의를 위함이고, 하나로 형성할 수 있다. 여기서 자기회로(75)는 자성체(75a)에 솔레노이드코일(75b)을 감아 엑스선표적(76)을 중심으로 반경방향으로 자기장을 유도하도록 하고 있다.
자성체(75a)는 전자빔의 궤적(74)이 지나갈 수 있는 간격을 두고 서로 마주보는 형상으로 솔레노이드코일(75b)에 전류를 통전시킴으로써 자기장을 형성하게 된다. 이때 형성되는 자기장의 크기는 두 전극의 간격(d)에 따라 달라지고, 이는 솔레노이드코일(75b)의 감김수 및 전류와, 편향전자석(71)과의 거리, 표적(76)의 위치 등을 고려하여 결정된다.
한편, 상기 엑스선 표적(76)에는 가속에 의해 높은 에너지(수 MeV)의 전자가 입사함으로 많은 열이 발생하게 되는데, 이를 효과적으로 제거하기 위해 상기 엑스선 표적(76)내에 냉각통로(77)를 설치하여 해결할 수 있다.
그리고, 가속된 전자가 표적(76)에 입사하게 되면 표적(76)을 구성하는 물질이 스퍼터링(sputtering)되어 나오게 된다. 뿐만 아니라 여러가지 메카니즘을 통해서 기체들이 발생하는데, 이는 전자 가속기(100) 본체에 유입되어 전자빔의 손실을 초래한다. 이러한 진공의 저하를 막기
위해 진공함(78)과 전자 가속기의 본체는 윈도우(72)에 의해 공간적으로 분리되어 있으며, 표적(76)이 위치하는 진공함(78) 역시 진공포트(73)를 설치하여 진공 펌프에 의한 진공을 유지하도록 하고 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 조사장치와 종래의 조사장치를 비교하면 아래의 표 2와 같다.
〈표 2>
종래의 기술 본 발명
조사(Irradiation)균일도 낮다 매우높다
조사후의 제품품질 국부적인 조사로 인해 제품의 질이 떨어진다. 균일한 조사로 인해 제품의 손상을 최송화 할 수 있다
균일한 조사를 위한 장치 모터구동 등이 필요하다 필요 없다.
조사의 결과 제품이 받는 손상 국부적인 손상이나 열적변형 등이 일어 날 수 있다 균일 조사로 인해 제품의 손상을 최소화 할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 전자빔 및 엑스선 발생원은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따른 전자빔 가속기는 가속모드로서 동축가속공동의 TM10모드를 사용함으로써, 공동내에서 전자빔이 서로 교차하는 구조를 가지지 않기 때문에 전자빔의 손실을 배제할 수 있다.
둘째, 진공용기를 별도로 설치함으로써 가속공동의 대기압에 의한 변형을 방지할 수 있게된다.
셋째, RF원(source)으로써, 삼극관 또는 사극관인 그리드튜브(grid tube)를 사용하고 적합한 주파수(200MHz영역)를 사용함으로써 장치의 밀집화를 이룰 수 있게된다.
넷째, 본 발명에 따른 전자빔 및 엑스선 조사장치는 2차원 편향자석에 의해 편향된 전자빔이 실린더 모양의 엑스선 표적 또는 전자빔 인출창의 중심부를 향하여 반경방향으로 표적 및 인출창에 수직으로 입사되어 공간적으로 균일한 엑스선 및 전자빔 조사가 이루어 지는 장점이 있다.
본 발명은 이외에도 여러가지 장점 및 특징을 가지고 있으며, 기타 특징들은 상술한 실시예를 통해 알 수 있을 것이다.
한편, 상기에서 본 발명에 따른 실시예를 설명하였으나 이는 예시이며, 여러가지 변화와 변형이 가능하지만, 이는 모두 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이고, 이는 첨부된 청구범위를 통하여 알 수 있다.
예를들어 전자빔조사장치에서 적용되는 전자빔유도장치의 자성체의 형상이나 모양, 그 간격은 변형될 수 있으나, 이는 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 것이다.
또한 동축공동으로 2개가 직렬로 연결된 것을 도시하고 있으나 한 개의 공동을 사용할 수 있음은 물론이다.

Claims (7)

  1. ㄱ) 동축을 가지는 실린더형태의 내부도체 및 외부도체와, 상기 내부도체와 외부도체의 양끝단을 밀봉하면서 지지하는 두 개의 측면도체를 가지고 있으며, 상기 내부도체와 외부도체와 측면도체로 이루어진 공간이 진공인 동축가속공동과;ㄴ) 상기 동축가속공동의 하나의 측면도체쪽에서 반대편 측면도체쪽으로 상기 동축가속공동내로 전자를 입사시키는 전자총과; ㄷ) 상기 동축가속공동의 두 개의 측면도체에 위치하여, 동축가속공동을 통과하는 전자를 180˚편향시키는 복수개의 편향전자석과;ㄹ) 상기 진공용기에 RF를 인가하는 RF시스템
    을 포함하고 있으며, 상기 동축가속공동내에 TM10모드를 가속모드를 사용하는 것을 특징으로 하는 가속기와;
    상기 가속기에서 가속된 전자빔을 피조사물에 조사하는 조사장치
    를 포함하는 엑스선원 및 전자선원
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동축공동이 외부의 대기압의 의해 변형되는 것을 방지하기 위한 진공용기를 더욱 포함하는 엑스선원 및 전자선원
  3. ㄱ) 각각 동축을 가지는 실린더형태의 내부도체 및 외부도체와, 상기 내부도체와 외부도체의 양끝단을 밀봉하면서 지지하는 두 개의 측면도체를 각각 가지고 있으며, 상기 내부도체와 외부도체와 측면도체로 이루어진 공간은 진공이며, 전자빔이 통과하면서 가속되고, 양자가 상기 전자빔의 가속방향으로 빔라인에 의해 소정간격 이격되어 동축연결된 제 1 및 제 2 동축가속공동과; ㄴ) 상기 제 1 동축가속공동의 측면도체 중 상기 제 2 동축가속공동과 연결되지 않은 측면도체쪽에서 상기 제 1, 2 동축가속공동이 연결된 방향으로 전자를 입사시키는 전자총과; ㄷ) 상기 제 1 동축가속공동의 전자빔이 입사되는 쪽의 측면도체와, 상기 제 2 동축가속공동의 측면도체 중 상기 제 1 동축가속공동과 연결되지 않은 측면도체쪽에 각각 위치하여, 상기 제 1, 2 동축가속공동을 통과하는 전자를 180˚편향시키는 복수개의 편향전자석과;ㄹ) 상기 제 1, 2 동축가속공동에 RF를 인가하는 RF시스템
    을 포함하고 있으며, 상기 각 동축가속공동내에 TM10모드를 가속모드로 하는 것을 특징으로 하는 가속기와;
    상기 가속기에서 가속된 전자빔을 피조사물에 조사하는 조사장치
    를 포함하는 엑스선원 및 전자선원
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 동축공동이 외부의 대기압의 의해 변형되는 것을 방지하기 위한 진공용기를 더욱 포함하는 엑스선원 및 전자선원
  5. 전자빔 가속기와;
    ㄱ) 상기 가속기에서 가속된 전자를 횡방향 및 종방향으로 모두 편향시키는 2 차원 편향자석과;ㄴ) 전자빔이 인출되는 인출창과; ㄴ) 상기 편향된 전자의 궤도를 상기 인출창의 중심을 향해 반경 방향으로 입사하도록 전자빔을 유도하는 수단을 포함하는 전자빔조사장치
    를 포함하는 엑스선원 및 전자선원 .
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전자빔 유도수단은 상기 전자가 통과하는 공간을 사이에 두고 두개의 마주보는 자성체와, 상기 자성체에 감겨져 소정방향으로 자기장을 형성하는 솔레노이드코일을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 엑스선원 및 전자선원
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 인출창에 부착되고, X선을 발생시키는 표적을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선원 및 전자선원
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6463123B1 (en) * 2000-11-09 2002-10-08 Steris Inc. Target for production of x-rays
US6628750B1 (en) * 2000-11-09 2003-09-30 Steris Inc. System for electron and x-ray irradiation of product
JP2002253687A (ja) * 2001-03-02 2002-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 放射線医療装置
US6806476B2 (en) * 2002-05-21 2004-10-19 Ion Beam Applications, S.A. Irradiation facility control system
US7963695B2 (en) 2002-07-23 2011-06-21 Rapiscan Systems, Inc. Rotatable boom cargo scanning system
AU2003270910A1 (en) * 2002-09-27 2004-04-19 Scantech Holdings, Llc System for alternately pulsing energy of accelerated electrons bombarding a conversion target
US6998063B2 (en) * 2003-07-29 2006-02-14 Steris Inc. Method of forming microporous membranes
US7206379B2 (en) * 2003-11-25 2007-04-17 General Electric Company RF accelerator for imaging applications
US7558374B2 (en) * 2004-10-29 2009-07-07 General Electric Co. System and method for generating X-rays
JP5082089B2 (ja) * 2006-02-09 2012-11-28 国立大学法人京都大学 電子線発生方法および装置
DE202007019712U1 (de) * 2006-07-17 2016-05-18 Nuctech Company Limited Bestrahlungsvorrichtung
US8183801B2 (en) * 2008-08-12 2012-05-22 Varian Medical Systems, Inc. Interlaced multi-energy radiation sources
US9224573B2 (en) 2011-06-09 2015-12-29 Rapiscan Systems, Inc. System and method for X-ray source weight reduction
US9218933B2 (en) 2011-06-09 2015-12-22 Rapidscan Systems, Inc. Low-dose radiographic imaging system
CN104170051B (zh) 2012-02-03 2017-05-31 拉皮斯坎系统股份有限公司 组合散射和透射的多视图成像系统
US9778391B2 (en) * 2013-03-15 2017-10-03 Varex Imaging Corporation Systems and methods for multi-view imaging and tomography
EP2804451B1 (en) * 2013-05-17 2016-01-06 Ion Beam Applications S.A. Electron accelerator having a coaxial cavity
CN103957655B (zh) * 2014-05-14 2016-04-06 中国原子能科学研究院 电子螺旋加速器
US10431418B1 (en) * 2018-04-05 2019-10-01 B Dot Medical Inc. Focusing magnet and charged particle irradiation apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211954A (en) * 1978-06-05 1980-07-08 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Alternating phase focused linacs
US4618970A (en) * 1984-04-05 1986-10-21 Imatron, Inc. Beam positioning arrangement for use in a scanning electron beam computed tomography scanner and method
JPS63141300A (ja) * 1986-12-02 1988-06-13 株式会社東芝 シンクロトロン加速装置
JPH01176644A (ja) 1988-01-05 1989-07-13 Nissin High Voltage Co Ltd 電子線の走査方法
JPH07318698A (ja) 1994-05-25 1995-12-08 Denki Kogyo Co Ltd 電子線照射装置
JP2742770B2 (ja) * 1995-04-12 1998-04-22 電気興業株式会社 高周波粒子加速装置
US6060833A (en) * 1996-10-18 2000-05-09 Velazco; Jose E. Continuous rotating-wave electron beam accelerator

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