KR100921961B1 - A multi channel light collection device for diagnostic of Plasma - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것으로, 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부 일측에 위치하고, 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개의 광 파이버로 입사시키도록 하는 공초점 렌즈를 포함하는 렌즈 하우징; 상기 공초점 렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 초점을 맞추는 포커싱 수단; 및 상기 베이스 프레임의 상부 타측에 위치하고, 상기 광 파이버의 위치를 고정시키는 광 파이버 홀더;를 포함함을 특징으로 한다.The present invention relates to a multi-channel light collection system for plasma diagnostics, which collects light emitted at various angles at various points of a high temperature plasma to be incident on a plurality of (multi-channel) optical fibers. Aggregation is the base frame; A lens housing positioned on an upper side of the base frame, the lens housing including a confocal lens configured to collect light exiting at various angles from various points of the high temperature plasma and incident light into a plurality of optical fibers; Focusing means for focusing the light passing through the confocal lens to be incident on each optical fiber; And an optical fiber holder positioned on the other side of the upper base frame and fixing the position of the optical fiber.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 상기와 같은 구성을 가진 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 제공함으로써 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 입사되는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 각각 입사시키는 것이 가능하다. As described above, in the present invention, by providing a multi-channel light collection system for plasma diagnosis having the configuration as described above to collect light incident at various angles at various points of the high temperature plasma to a plurality of (multi-channel) optical fiber It is possible to make each incident.

플라즈마, 진단, 다채널, 광 수집계 Plasma, Diagnostics, Multichannel, Light Collectors

Description

플라즈마 진단용 다채널 광 수집계{A multi channel light collection device for diagnostic of Plasma} A multi-channel light collection device for diagnostic of plasmas

본 발명은 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것으로, 특히 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 공초점 렌즈(confocal lens)를 포함하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multichannel light collection system for plasma diagnostics, and more particularly, to a confocal lens for collecting light coming from various angles at various points of a high temperature plasma to be incident on a plurality of (multichannel) optical fibers. It relates to a multi-channel light collection system for plasma diagnostics including).

현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제작함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전시 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임 계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.The superconducting magnets developed so far can produce a magnetic field of 13 tesla, which is 260,000 times the Earth's magnetic field, which is needed to create and trap the plasma required for the fusion reaction. Therefore, the core technology of the superconducting magnet is to make a superconducting magnet by forming coils by winding each wire known as 'ducting conductor conductor' (CICC). In-line twisted pair conductor (CICC) is a magnet made of a conductor surrounded by a rectangular metal tube of 360 or 486 stranded wire for 35kA class high current operation.The heat generated during operation of superconducting magnet is 4.5K. About 5 atm supercritical helium is forced to circulate into the stranded conductor.

도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일례로 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 초전도자석(900:SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치(901)를 보유하고 있다. 상기 토카막장치(901)는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1b는 도 1a의 토카막장치(901)를 나타내며, TF(Toroidal Field)코일로 구성된 TF 구조물(907)과, CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 구조물(909)과, PF(Poloidal Field)코일로 구성된 PF 구조물(903) 및 각 구조물을 연결하는 연결구조물(905)로 이루어진다.1A and 1B are diagrams illustrating an example of a superconducting magnet manufactured in Korea. As shown in FIG. 1A, a superconducting magnet 900 (SC: Magnet) is used to trap a high temperature plasma without touching the wall of a vacuum vessel, and has a main device, a tokamak device 901. The tokamak device 901 is responsible for the generation, confinement, and control of the plasma using a TF (Toroidal Field) and PF (Poloidal Field) coil. FIG. 1B illustrates the tokamak device 901 of FIG. 1A, which includes a TF structure 907 composed of a TF (Toroidal Field) coil, a CS structure 909 composed of a central solenoid (CS) coil, and a PF (Poloidal Field) coil. Consists of a PF structure 903 and a connecting structure 905 connecting each structure.

상기 TF 구조물(907)로 내설되는 코일은 약 35kA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 구조물(909)의 코일과 PF 구조물(903)의 코일은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.The coil built into the TF structure 907 is operated with a DC current of about 35 kA, and the coil of the CS structure 909 and the coil of the PF structure 903 perform pulse driving to generate an electromotive force due to mutual magnetic field change. Is generated inside to generate the plasma and serves to confine the plasma along with the plasma current and the TF magnetic field.

상기와 같은 핵융합장치에서 플라즈마가 어떤 상태인지를 진단하는 시스템(여러개의 채널을 동시에 설치함)이 필요하는데, 특히 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 후단의 장치(예: 광 파이버 등)로 보낼 수 있는 장치가 필요하다.In such a fusion device, a system for diagnosing the state of the plasma (multiple channels are installed at the same time) is required. In particular, a device (eg, a rear end device) may collect light emitted at various angles at various points of a high temperature plasma. Optical fiber, etc.) is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 하나의 공초점 렌즈(confocal lens)를 포함하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of which is to collect light coming from various angles at various points of the high-temperature plasma to be incident to one (multi-channel) optical fiber To provide a multi-channel light collection system for plasma diagnostics comprising a focus lens (confocal lens).

본 발명의 다른 목적은 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈의 초점면에 광파이버를 곡면을 따라 배열되도록 하여, 본 발명의 장치의 부피 및 크기를 최소화할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to minimize the volume and size of the device of the present invention by arranging optical fibers along a curved surface in the focal plane of the confocal lens for the multi-channel optical collection system for plasma diagnosis.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것으로, 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임의 상부 일측에 위치하고, 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개의 광 파이버로 입사시키도록 하는 공초점 렌즈를 포함하는 렌즈 하우징; 상기 공초점 렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 초점을 맞추는 포커싱 수단; 및 상기 베이스 프레임의 상부 타측에 위치하고, 광 파이버의 위치를 고정시키는 광 파이버 홀더;를 포함함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a multi-channel optical collection system for plasma diagnostics to collect light coming from various angles at various points of the high-temperature plasma to be incident on multiple (multi-channel) optical fibers, The plasma diagnostic multichannel optical collection system includes a base frame; A lens housing positioned on an upper side of the base frame, the lens housing including a confocal lens configured to collect light exiting at various angles from various points of the high temperature plasma and incident light into a plurality of optical fibers; Focusing means for focusing the light passing through the confocal lens to be incident on each optical fiber; And an optical fiber holder positioned on the other side of the upper base frame and fixing the position of the optical fiber.

본 발명에서는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈의 초점곡면을 따라 광파이버를 배열하도록 함으로써 동일한 위치의 광원에 대하여는 각 광 파이버가 동일한 광량을 받아들이도록 하였고, 이렇게 함으로써 플라즈마의 여러 지점에서 나오는 광의 세기 분포를 서로 상대적으로 비교 가능하도록 한 것이다.In the present invention, by arranging the optical fibers along the focal curve of the confocal lens for the multi-channel optical collection system for plasma diagnostics, each optical fiber receives the same amount of light for the light source at the same position, thereby exiting various points of the plasma. The intensity distribution of light is made to be relatively comparable with each other.

본 발명에서는 공초점 렌즈의 일례로, 세 개의 렌즈를 일렬로 배열시켜 구현할 수 있는데, 그 세 개의 렌즈는 입사된 광에 대해 순서대로 반 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록렌즈이며, 상기 반 볼록렌즈는 입사부분이 볼록 형태로 이루어지고, 출력부분이 평면인 렌즈를 가리킨다.In the present invention, as an example of a confocal lens, three lenses may be arranged in a row, and the three lenses are semi-convex lenses, concave lenses, and convex lenses in order to incident light. The incidence portion is convex, and the output portion is a flat lens.

상기 포커싱 수단은 상기 렌즈 하우징을 x,y 방향으로 이동시키는 수단, 상기 렌즈 하우징을 광 파이버 홀더 방향(z 방향)으로 이동시키는 수단, 상기 렌즈 하우징의 기울기를 맞추는 수단, 및 상기 렌즈 하우징을 회전시키는 수단을 포함하여 이루어진다. The focusing means includes means for moving the lens housing in the x and y directions, means for moving the lens housing in the optical fiber holder direction (z direction), means for adjusting the inclination of the lens housing, and rotating the lens housing. It comprises a means.

상기 광 파이버 홀더는 광파이버를 안착시키기 위한 홈이 구비된 광파이버 홀더용 하부 플레이트; 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈에 광파이버를 안착시켰을 때, 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 상측에서 광파이버 홀더용 하부 플레이트 및 광파이버를 커버링하는 광파이버 홀더용 상부 플레이트; 및 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트와 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 결합시켜주는 수단;을 포함하여 이루어진다.The optical fiber holder may include a lower plate for an optical fiber holder provided with a groove for seating the optical fiber; An optical fiber holder upper plate for covering the optical fiber holder lower plate and the optical fiber on an upper side of the optical fiber holder lower plate when the optical fiber is seated in the groove of the optical fiber holder lower plate; And means for coupling the lower plate for the optical fiber holder and the upper plate for the optical fiber holder.

상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트와 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 결합은 다양한 형태로 구현할 수 있는데, 그 일례로서 다음과 같다. 즉, 본 발명의 일실시예에서는 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 상부에 홈을 구비하고, 상기 홈 과 연통되도록 광파이버 홀더용 상부 플레이트에 나사산홀을 구비하며, 무두부 볼트를 이용하여 나사산홀을 지나 상기 홈에 끼워 결합되도록 함으로써 두 부재의 결합이 가능하다.Combining the lower plate for the optical fiber holder and the upper plate for the optical fiber holder can be implemented in various forms, for example as follows. That is, in one embodiment of the present invention is provided with a groove in the upper portion of the lower plate for the optical fiber holder, and provided with a threaded hole in the upper plate for the optical fiber holder to communicate with the groove, through the threaded hole using the headless bolt The two members can be joined by being fitted in the groove.

또한, 본 발명에서는 광 파이버 홀더, 렌즈 하우징, 및 포커싱 수단을 회전시키는 수단을 더 포함함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that it further comprises means for rotating the optical fiber holder, the lens housing, and the focusing means.

또한, 본 발명에서는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 다른 장치나 기구에 부착하기 위한 플랜지를 더 구비함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by further comprising a flange for attaching the multi-channel light collection system for plasma diagnostics to other devices or instruments.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 상기와 같은 구성을 가진 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 제공함으로써 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 입사되는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 각각 입사시키는 것이 가능하다. As described above, in the present invention, by providing a multi-channel light collection system for plasma diagnosis having the configuration as described above to collect light incident at various angles at various points of the high temperature plasma to a plurality of (multi-channel) optical fiber It is possible to make each incident.

또한, 본 발명에서는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈를 세 개의 렌즈(반 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록렌즈)가 일렬로 배열되도록 함으로써, 본 발명의 장치의 부피 및 크기를 최소화할 수 있다.In addition, in the present invention, three lenses (semi-convex lens, concave lens, convex lens) are arranged in a line so that the confocal lens entering the multi-channel light collection system for plasma diagnosis can minimize the volume and size of the device of the present invention. Can be.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 상태 모니터링 시스템을 나타내는 간략도이다.2 is a simplified diagram showing a plasma state monitoring system according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 상태 모니터링(진단) 시스템은 광 수집계(200), 광 파이버(300), 집광렌즈(400), PMT(Photo Multiplier Tubes; 전자 증배관) 검출기(600), 및 컴퓨터(700)를 포함하여 이루어진다.Referring to the drawings, a plasma state monitoring (diagnosis) system according to the present invention includes a light collecting system 200, an optical fiber 300, a condenser lens 400, a PMT (Photo Multiplier Tubes) detector 600 , And computer 700.

광 수집계(200)는 고온의 플라즈마(100)의 다양한 지점에서 다양한 각도로 들어오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버(300)로 입사시키도록 하는 하나의 공초점 렌즈를 포함하는 장치이다. 즉, 본 발명에서는 광 수집계(200)의 후단에 다수(다채널)의 광 파이버(300)가 위치한다. 이러한 광 수집계(200)의 구조 등에 대한 상세한 설명은 하기에서 이루어진다.The light collection system 200 includes one confocal lens that collects light coming from various points of the high temperature plasma 100 at various angles and enters the light fibers 300. Device. That is, in the present invention, a plurality of (multi-channel) optical fibers 300 are located at the rear end of the light collection system 200. Detailed description of the structure and the like of the light collection system 200 will be made below.

본 발명에 따른 광 수집계(200)는 플라즈마(중성입자와 이온화된 입자가 동시에 존재) 중에서도 중성입자에서 나오는 광만을 수집하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 하기 설명될 간섭필터를 사용함으로써 가능하다.The light collection system 200 according to the present invention preferably collects only light emitted from the neutral particles in the plasma (neutral particles and ionized particles are present at the same time). This is possible by using an interference filter to be described below.

광 파이버(300)는 광 수집계(200)의 후단에 위치하고, 다 수개 구비되어 광 수집계(200)의 공초점 렌즈를 통과한 각각의 광을 입사하게 된다. The optical fiber 300 is located at the rear end of the light collection system 200, and a plurality of optical fibers 300 are incident to each light passing through the confocal lens of the light collection system 200.

집광렌즈(400)는 각각의 광 파이버(300)를 통과한 광을 광 검출기로 집광시키는 장치로, 광 파이버(300)와 PMT 검출기(600) 사이에 위치한다.The condenser lens 400 is a device for condensing the light passing through each optical fiber 300 with the optical detector, and is located between the optical fiber 300 and the PMT detector 600.

PMT 검출기(600)는 집광렌즈(400)를 통과한 광을 전기신호로 변환시키는 장치를 말한다.The PMT detector 600 refers to a device that converts light passing through the condenser lens 400 into an electrical signal.

컴퓨터(700)는 PMT 검출기(600)의 출력신호를 입력받아 모니터링하는 장치이 다.Computer 700 is a device for receiving and monitoring the output signal of the PMT detector 600.

본 발명에서는 집광렌즈(400)의 후단에 위치하여, 모니터링하고자 하는 광(중성입자로부터 나오는 광)만 선택적으로 통과시키는 간섭필터(500)를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include an interference filter 500 positioned at a rear end of the condenser lens 400 and selectively passing only light (light emitted from neutral particles) to be monitored.

또한, 본 발명에서는 다수의 광파이버의 위치를 한꺼번에 고정시키는 수단을 더 포함할 수 있다. 이 수단은 하나의 하우징(하기의 '광 파이버 홀더'를 지칭함)을 이용하여 다수의 광파이버의 위치를 고정시킬 수 있다.In addition, the present invention may further include means for fixing the positions of the plurality of optical fibers at once. This means can use one housing (hereinafter referred to as 'optical fiber holder') to fix the position of multiple optical fibers.

본 발명에 따른 중성입자 플라즈마 상태 모니터링 시스템은 플라즈마와 떨어진 외부에서 측정하기 때문에 플라즈마에 직접적인 영향을 주지 않는 장점을 가지고 있으며, 주로 플라즈마 내에 존재하는 불순물의 종류와 양, 그리고 플라즈마 에지(edge) 부근에서 진공용기의 벽으로부터 유입되는 불순물의 양을 측정하는 데 사용된다.Neutral particle plasma condition monitoring system according to the present invention has the advantage of not directly affecting the plasma because it is measured outside the plasma, and mainly in the type and amount of impurities present in the plasma, and near the plasma edge (edge) It is used to measure the amount of impurities entering the wall of the vacuum vessel.

다음으로, 본 발명에 따른 플라즈마 상태 모니터링 시스템에 대한 동작설명을 하기로 한다. Next, the operation of the plasma state monitoring system according to the present invention will be described.

즉, 플라즈마(100)의 다양한 지점(a~e)에서 다양한 각도로 나오는 광은 광수집계(200)의 공초점렌즈로 입사, 투과되어 다수개의 광파이버(300)로 입사된다. 공초점렌즈에 의해 각각의 광파이버로 입사된 광은 집광렌즈(400)에 의해 집광되고, 이 집광렌즈에 의해 모아진 광 중 일부 광(모니터링하고자 하는 광; 중성입자로부터 나오는 광)만 간섭필터(500)에 의해 선택적으로 투과되어 PMT 검출기(600)를 거 치게 된다. 이 PMT 검출기(600)에서는 수신된 광을 전기신호로 변환시키고, 이 전기신호는 최종적으로 컴퓨터(700)로 입력되어 플라즈마(100)에서 방출되는 플라즈마 특성(중성입자 분포의 균일성 등)이 모니터링되게 된다. 여기서, '중성입자 분포의 균일성'이라 함은, 플라즈마(100)의 다양한 지점(a~e)으로부터 나오는 중성입자 플라즈마의 균일함을 나타낸다.That is, light emitted at various angles from various points a to e of the plasma 100 is incident and transmitted through the confocal lens of the light collecting system 200 and is incident to the plurality of optical fibers 300. Light incident on each optical fiber by the confocal lens is collected by the condenser lens 400, and only some of the light collected by the condenser lens (light to be monitored; light emitted from the neutral particles) is interfering with the interference filter 500. It is selectively transmitted through) and passes through the PMT detector 600. The PMT detector 600 converts the received light into an electrical signal, which is finally input to the computer 700 to monitor plasma characteristics (uniformity of neutral particle distribution, etc.) emitted from the plasma 100. Will be. Here, "uniformity of neutral particle distribution" refers to the uniformity of the neutral particle plasma coming from various points a to e of the plasma 100.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 나타내는 사시도, 평면도, 정면도 및 측면도이고, 도 4는 도 3a에서, 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈에 광 파이버를 장착한 후, 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 설치한 상태의 사시도이다.3A to 3D are a perspective view, a plan view, a front view, and a side view showing a multi-channel light collection system for plasma diagnosis according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an optical fiber in a groove of a lower plate for an optical fiber holder in FIG. 3A. After attaching, the perspective view of the state which installed the top plate for optical fiber holders.

먼저, 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광 수집계(200)는 베이스 프레임(210), 렌즈 하우징(220)(220'), 포커싱 수단(230), 및 광 파이버 홀더(240)를 포함하여 이루어진다.First, referring to the drawing, the light collecting system 200 according to the present invention includes a base frame 210, lens housings 220 and 220 ′, focusing means 230, and an optical fiber holder 240. Is done.

베이스 프레임(210)은 본 발명 장치의 구성요소들을 하부에서 지지하는 프레임이다.Base frame 210 is a frame for supporting the components of the device of the present invention from the bottom.

렌즈 하우징(220)(220')은 베이스 프레임(210)의 상부 일측에 위치하고, 그 내측에는 공초점 렌즈가 구비된다.The lens housings 220 and 220 ′ are positioned on an upper side of the base frame 210, and a confocal lens is provided inside the lens housing 220 and 220 ′.

본 발명에서는 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈의 초점곡면을 따라 광파이버를 배열하도록 하는 것이 바람직하다. 이로써 동일한 위치의 광원에 대하여는 각 광 파이버가 동일한 광량을 받아들이도록 하였고, 이렇게 함으로써 플라즈마의 여 러 지점에서 나오는 광의 세기 분포를 서로 상대적으로 비교가 가능하도록 한 것이다.In the present invention, it is preferable to arrange the optical fibers along the focal curve of the confocal lens entering the light collection system. This allows each optical fiber to receive the same amount of light with respect to the light source at the same position, thereby enabling comparison of the intensity distribution of the light emitted from various points of the plasma with each other.

공초점 렌즈는 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 들어오는 광을 수집하여 여러 개의 광 파이버(300)로 입사시키도록 하는 것으로, 일례로서, 세 개의 렌즈를 일렬로 배열 구성시킴으로써 정확한 공초점이 이루어지도록 할 수 있다. 물론 본 발명에서는 하나의 렌즈를 이용하여 공초점이 이루어지도록 할 수도 있지만, 상기의 일례처럼 세 개의 렌즈를 사용함으로써 보다 정확한 공초점이 이루어지도록 할 수 있다.The confocal lens collects light coming from various points of a high temperature plasma at various angles and injects them into several optical fibers 300. For example, three lenses are arranged in a row so that accurate confocals are achieved. Can be lost. Of course, in the present invention, it is possible to achieve confocal using one lens, but by using three lenses as in the above example, more accurate confocal can be achieved.

공초점 렌즈를 구성하는 세 개의 렌즈는 입사된 광에 대해 순서대로 반 볼록렌즈(221a), 오목렌즈(221b), 볼록렌즈(221c)이다. 여기서, 반 볼록렌즈(221a)는 입사부분이 볼록 형태로 이루어지고, 출력부분이 평면인 렌즈를 가리킨다. 또한, 오목렌즈는 양측이 들어간 형태를 가진 렌즈를 말하고, 볼록렌즈는 양측이 볼록한 형태를 가진 렌즈를 말한다.(하기 도 10a 내지 도 10f 설명부분 참조)The three lenses constituting the confocal lens are the semi-convex lens 221a, the concave lens 221b, and the convex lens 221c in order to incident light. Here, the semi-convex lens 221a refers to a lens in which the incident portion is convex and the output portion is flat. In addition, a concave lens refers to a lens having a form in which both sides are inserted, and a convex lens refers to a lens in which both sides are convex (see description of FIGS. 10A to 10F below).

포커싱 수단(230)은 공초점 렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 초점을 맞추는 장치로, 상기 렌즈 하우징(220)을 x,y 방향으로 이동시키는 수단(231)(232)과, 렌즈 하우징(220)을 광 파이버 홀더 방향(z 방향)으로 이동시키는 수단(미도시됨)과, 렌즈 하우징(220)의 기울기(tilt)를 맞추는 수단(233a)(233b)과, 및 렌즈 하우징(220)을 회전시키는 수단(234)을 포함하여 이루어진다.Focusing means 230 is a device for focusing the light passing through the confocal lens to each optical fiber, the means for moving the lens housing 220 in the x, y direction (231, 232), Means (not shown) for moving the lens housing 220 in the optical fiber holder direction (z direction), means 233a and 233b for adjusting the tilt of the lens housing 220, and the lens housing ( And means 234 for rotating 220.

광 파이버 홀더(240)는 베이스 프레임(210)의 상부 타측에 위치하고, 렌즈 하우징의 후단에 위치하는 광 파이버(300)의 위치를 고정시킨다.The optical fiber holder 240 is positioned at the other upper side of the base frame 210 and fixes the position of the optical fiber 300 positioned at the rear end of the lens housing.

광 파이버 홀더(240)는 상부에 광파이버(300)를 안착(위치)시키기 위한 홈(241a)이 구비된 광파이버 홀더용 하부 플레이트(241), 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈(241a)에 광파이버(300)를 안착(위치)시켰을 때, 상측에서 광파이버 홀더용 하부 플레이트(241a) 및 광파이버(300)를 커버링하는 광파이버 홀더용 상부 플레이트(242), 및 광파이버 홀더용 하부 플레이트(241)와 광파이버 홀더용 상부 플레이트(242)를 결합시켜주는 수단을 포함하여 이루어진다.(도 3 및 도 4 참조)The optical fiber holder 240 has an optical fiber 300 in the lower plate 241 for the optical fiber holder and the groove 241a of the lower plate for the optical fiber holder, which has a groove 241a for seating (positioning) the optical fiber 300 thereon. ), The lower plate 241a for the optical fiber holder and the upper plate 242 for the optical fiber holder covering the optical fiber 300 and the lower plate 241 for the optical fiber holder and the upper part for the optical fiber holder Means for engaging the plate 242 (see FIGS. 3 and 4).

광파이버 홀더용 하부 플레이트(241)와 광파이버 홀더용 상부 플레이트(242)를 결합시키는 수단은 다양하며, 그 일례로서 다음과 같다. 즉, 본 발명에서는 광파이버 홀더용 하부 플레이트(241)의 상부에 내주면이 나사산 형태로 이루어진 홈(도 3c의 도면부호 241'에 해당함)을 구비하고, 상기 홈과 연통되도록 광파이버 홀더용 상부 플레이트(242)에 나사산홀(도 3c의 도면부호 242'에 해당함)을 구비하며, 무두부 볼트(242a)를 이용하여 나사산홀(242')을 지나 홈(241')에 끼워 결합되도록 할 수 있다.Means for coupling the lower plate 241 for the optical fiber holder and the upper plate 242 for the optical fiber holder are various, as an example thereof. That is, in the present invention, the upper surface of the lower plate 241 for the optical fiber holder is provided with a groove (corresponding to reference numeral 241 'of FIG. 3C) in the form of a screw thread, and the upper plate 242 for the optical fiber holder to communicate with the groove. 3) is provided with a threaded hole (corresponding to reference numeral 242 'of FIG. 3C), and may be inserted into the groove 241' through the threaded hole 242 'using the headless bolt 242a.

본 발명에서는 베이스 프레임(210)의 상측에 위치하는 광 파이버 홀더(240) 및 렌즈 하우징(220)(220')뿐만 아니라 포커싱 수단(230)을 회전시키는 수단을 더 포함할 수 있다. 이 또한 앞에서 언급한 포커싱 수단과 유사한 기능(공초점렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 함)을 한다.The present invention may further include means for rotating the focusing means 230 as well as the optical fiber holder 240 and the lens housings 220 and 220 'positioned on the upper side of the base frame 210. This also serves a function similar to the focusing means mentioned above, such that light passing through the confocal lens is incident on each optical fiber.

또한, 본 발명에서는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 다른 장치에 부착하기 위한 플랜지(250)를 더 구비할 수 있다. 이 플랜지(250)는 도면상에서 베이스 프레임의 일측에 위치하면서 베이스 프레임과 연결되어 있다.In addition, the present invention may further include a flange 250 for attaching the multi-channel light collection system for plasma diagnosis to another device. The flange 250 is located on one side of the base frame in the drawing and is connected to the base frame.

도 5는 광이 렌즈에 의해 집광된 후, 각각의 광 파이버로 입사된 모습을 보여준 광수집계의 평면도이고, 도 6은 도 5의 공초점 렌즈부를 보다 상세히 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a plan view of a light collecting system showing a state in which light is incident on each optical fiber after light is collected by a lens, and FIG. 6 is a view illustrating the confocal lens unit of FIG. 5 in more detail.

도면을 참조하면, 본 발명에서는 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광은 광 수집계의 공초점 렌즈를 거쳐 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사된다.Referring to the drawings, in the present invention, light emitted at various angles at various points of a high temperature plasma is incident on a plurality of (multi-channel) optical fibers through a confocal lens of a light collection system.

공초점 렌즈는 앞에서도 설명한 바와 같이, 그 일례로서, 세 개의 렌즈를 일렬로 배열시킴으로 구현할 수 있는데, 그 세 개의 렌즈는 입사된 광에 대해 순서대로 반 볼록렌즈(221a), 오목렌즈(221b), 볼록렌즈(221c)이다. 여기서, 반 볼록렌즈(221a)는 입사부분이 볼록 형태로 이루어지고, 출력부분이 평면인 렌즈를 말한다.As described above, the confocal lens may be implemented by arranging three lenses in a row, and the three lenses are semi-convex lens 221a and concave lens 221b in order with respect to the incident light. And the convex lens 221c. Here, the semi-convex lens 221a refers to a lens in which the incident portion is formed in a convex shape and the output portion is flat.

플라즈마로터 방출된 광은 반 볼록렌즈(221a), 오목렌즈(221b),및 볼록렌즈(221c)를 순서대로 거치면서 집광되어 공초점 렌즈의 후단에 위치한 광 파이버에 들어가게 된다. 즉, 플라즈마(100)에서 방출되는 광이 공초점 렌즈(221)를 향해 아래에서 윗 방향(↗)으로 들어오는 광은 공초점 렌즈(221)를 거치면서 윗 부분에 있는 광 파이버(301)(302)에 들어가게 된다.(도 6b, 도 6c 참조) 또한, 플라즈마(100)에서 방출되는 광이 공초점 렌즈(221)를 향해 위에서 아래 방향(↘)으로 들어오는 광은 공초점 렌즈(221)를 거치면서 아래 부분에 있는 광 파이버(304)(305)에 들어가게 된다.(도 6e, 도 6f 참조) 또한, 플라즈마(100)에서 방출되는 광이 공 초점 렌즈(221)를 향해 일직선(→)으로 들어오는 광은 공초점 렌즈(221)를 거치면서 중앙 부분에 있는 광 파이버(303)에 들어가게 된다.(도 6d 참조) The light emitted from the plasma is collected while passing through the convex lens 221a, the concave lens 221b, and the convex lens 221c in order to enter the optical fiber located at the rear end of the confocal lens. That is, the light emitted from the plasma 100 enters the confocal lens 221 from the bottom to the upper direction ↗ and passes through the confocal lens 221 and the optical fibers 301 and 302 in the upper portion. (See FIGS. 6B and 6C) Also, the light emitted from the plasma 100 enters the confocal lens 221 from the top to the bottom through the confocal lens 221. And enters the optical fibers 304 and 305 at the bottom (see FIGS. 6E and 6F). Also, light emitted from the plasma 100 enters a straight line (→) toward the confocal lens 221. The light enters the optical fiber 303 in the center portion through the confocal lens 221 (see FIG. 6D).

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

도 1a 및 도 1b는 토카막 장치의 각 구조물을 나타내는 구성 상태도이다.1A and 1B are structural state diagrams showing respective structures of the tokamak device.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 상태 모니터링 시스템을 나타내는 간략도이다.2 is a simplified diagram showing a plasma state monitoring system according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 나타내는 사시도, 평면도, 정면도 및 측면도이다.3A to 3D are a perspective view, a plan view, a front view, and a side view showing a multi-channel light collection system for plasma diagnosis according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3a에서, 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈에 광 파이버를 장착한 후, 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 설치한 상태의 사시도이다.FIG. 4 is a perspective view of a state in which the optical fiber holder upper plate is installed after the optical fiber is mounted in the groove of the lower plate for the optical fiber holder in FIG. 3A.

도 5는 광이 렌즈에 의해 집광된 후, 각각의 광 파이버로 입사된 모습을 보여준 광수집계의 평면도이다.5 is a plan view of a light collecting system showing a state in which light is incident on each optical fiber after light is collected by a lens.

도 6은 도 5의 공초점 렌즈부를 보다 상세히 나타내는 도면이다.6 is a view illustrating the confocal lens unit of FIG. 5 in more detail.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 플라즈마 200: 광 수집계100: plasma 200: light collection system

210: 베이스 프레임 220: 렌즈 하우징210: base frame 220: lens housing

221a: 반 볼록렌즈 221b: 오목렌즈221a: semi-convex lens 221b: concave lens

221c: 볼록렌즈 230: 포커싱 수단221c: convex lens 230: focusing means

231: x 방향 이동수단 232: y 방향 이동수단231: moving means in the x direction 232: moving means in the y direction

233a, 233b : 기울기 조절 수단233a, 233b: tilt adjustment means

234: 제 1 회전수단 235: 제 2 회전수단234: first rotating means 235: second rotating means

240: 광 파이버 홀더 241a: 홈240: optical fiber holder 241a: groove

241: 광파이버 홀더용 하부 플레이트241: lower plate for the optical fiber holder

242: 광파이버 홀더용 상부 플레이트242: top plate for optical fiber holder

250: 플랜지 300: 광 파이버250: flange 300: optical fiber

400: 집광렌즈 500: 간섭필터400: condenser lens 500: interference filter

600: PMT 검출기 700: 컴퓨터600: PMT detector 700: computer

Claims (10)

고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것으로,The present invention relates to a multi-channel optical collection system for plasma diagnostics, which collects light emitted at various angles at various points of a high temperature plasma and enters a plurality of (multi-channel) optical fibers. 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계는,The plasma diagnostic multichannel optical collection system, 베이스 프레임;Base frame; 상기 베이스 프레임의 상부 일측에 위치하고, 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개의 광 파이버로 입사시키도록 하는 공초점 렌즈를 포함하는 렌즈 하우징;A lens housing positioned on an upper side of the base frame, the lens housing including a confocal lens configured to collect light exiting at various angles from various points of the high temperature plasma and incident light into a plurality of optical fibers; 상기 공초점 렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 초점을 맞추는 포커싱 수단; 및Focusing means for focusing the light passing through the confocal lens to be incident on each optical fiber; And 상기 베이스 프레임의 상부 타측에 위치하고, 상기 광 파이버의 위치를 고정시키는 광 파이버 홀더;를 포함하여 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈의 초점 곡면을 따라 광파이버를 배열하도록 하여, 동일한 위치의 광원에 대하여는 각각의 광 파이버가 동일한 광량을 받아들이도록 하고, 이렇게 함으로써 플라즈마의 여러 지점에서 나오는 광의 세기 분포를 서로 상대적으로 비교가 가능하도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.An optical fiber holder positioned on the other side of the base frame and fixing the position of the optical fiber, such that the optical fibers are arranged along a focal curve of a confocal lens entering the multi-channel optical collector for plasma diagnosis; The light source of the optical fiber for each optical fiber to receive the same amount of light, thereby making it possible to compare the intensity distribution of the light emitted from the various points of the plasma relative to each other multi-channel optical collection system for plasma diagnosis. 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 공초점 렌즈는 세 개의 렌즈가 일렬로 배열되되, The confocal lens has three lenses arranged in a row, 상기 세 개의 렌즈는 입사된 광에 대해 순서대로 반 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록렌즈이며,The three lenses are semi-convex lens, concave lens, convex lens in order to the incident light, 상기 반 볼록렌즈는 입사부분이 볼록 형태로 이루어지고, 출력부분이 평면인 렌즈인 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.The semi-convex lens is a multi-channel optical collector for plasma diagnostics, characterized in that the incidence portion is a convex shape, the output portion is a flat lens. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 포커싱 수단은,The focusing means, 상기 렌즈 하우징을 x,y 방향으로 이동시키는 수단,Means for moving the lens housing in the x and y directions, 상기 렌즈 하우징을 광 파이버 홀더 방향(z 방향)으로 이동시키는 수단,Means for moving the lens housing in an optical fiber holder direction (z direction), 상기 렌즈 하우징의 기울기를 맞추는 수단, 및Means for adjusting the inclination of the lens housing, and 상기 렌즈 하우징을 회전시키는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.And means for rotating the lens housing. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광 파이버 홀더는,The optical fiber holder, 광파이버를 안착시키기 위한 홈이 구비된 광파이버 홀더용 하부 플레이트;A lower plate for the optical fiber holder provided with a groove for seating the optical fiber; 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈에 광파이버를 안착시켰을 때, 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 상측에서 광파이버 홀더용 하부 플레이트 및 광파이버를 커버링하는 광파이버 홀더용 상부 플레이트; 및An optical fiber holder upper plate for covering the optical fiber holder lower plate and the optical fiber on an upper side of the optical fiber holder lower plate when the optical fiber is seated in the groove of the optical fiber holder lower plate; And 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트와 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 결합시켜주는 수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.And means for coupling the lower plate for the optical fiber holder and the upper plate for the optical fiber holder. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 광 파이버 홀더, 렌즈 하우징, 및 포커싱 수단을 회전시키는 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.And means for rotating said optical fiber holder, lens housing, and focusing means. 제 5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트와 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 결합은 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 상부에 내주면이 나사산 형태로 이루어진 홈을 구비하고, 상기 홈과 연통되도록 광파이버 홀더용 상부 플레이트에 나사산홀을 구비하며, 무두부 볼트를 이용하여 나사산홀을 지나 상기 홈에 끼워 결합되도록 함을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.Combining the lower plate for the optical fiber holder and the upper plate for the optical fiber holder has a groove having an inner circumferential surface in the form of a thread on the upper portion of the lower plate for the optical fiber holder, and has a threaded hole in the upper plate for the optical fiber holder to communicate with the groove. And a multi-channel optical collection system for plasma diagnosis, which is inserted into the groove through the threaded hole using a headless bolt. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계를 다른 장치에 부착하기 위한 플랜지를 더 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.And a flange for attaching the plasma diagnostic multichannel light collection system to another device. 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 관한 것으로,The present invention relates to a multi-channel optical collection system for plasma diagnostics, which collects light emitted at various angles at various points of a high temperature plasma and enters a plurality of (multi-channel) optical fibers. 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계는,The plasma diagnostic multichannel optical collection system, 베이스 프레임;Base frame; 상기 베이스 프레임의 상부 일측에 위치하고, 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개의 광 파이버로 입사시키도록 하는 공초점 렌즈를 포함하는 렌즈 하우징;A lens housing positioned on an upper side of the base frame, the lens housing including a confocal lens configured to collect light exiting at various angles from various points of the high temperature plasma and incident light into a plurality of optical fibers; 상기 공초점 렌즈를 통과한 광이 각각의 광 파이버에 입사되도록 초점을 맞추는 포커싱 수단; 및Focusing means for focusing the light passing through the confocal lens to be incident on each optical fiber; And 상기 베이스 프레임의 상부 타측에 위치하고, 상기 광 파이버의 위치를 고정시키는 광 파이버 홀더;를 포함하고,And an optical fiber holder positioned on the other side of the base frame to fix the position of the optical fiber. 상기 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계에 들어가는 공초점 렌즈의 초점 곡면을 따라 광파이버를 배열하도록 하여, 동일한 위치의 광원에 대하여는 각각의 광 파이버가 동일한 광량을 받아들이도록 하고, 이렇게 함으로써 플라즈마의 여러 지점에서 나오는 광의 세기 분포를 서로 상대적으로 비교 가능하도록 하며,The optical fibers are arranged along the focal curve of the confocal lens that enters the multi-channel optical collection system for plasma diagnosis, so that each optical fiber receives the same amount of light for a light source at the same position, thereby exiting various points of the plasma. Make the light intensity distributions relatively comparable to each other, 상기 포커싱 수단은 상기 렌즈 하우징을 x,y 방향으로 이동시키는 수단; 상 기 렌즈 하우징을 광 파이버 홀더 방향(z 방향)으로 이동시키는 수단; 상기 렌즈 하우징의 기울기를 맞추는 수단; 및 상기 렌즈 하우징을 회전시키는 수단을 포함하여 이루어지고,The focusing means includes means for moving the lens housing in the x and y directions; Means for moving the lens housing in an optical fiber holder direction (z direction); Means for adjusting the inclination of the lens housing; And means for rotating the lens housing, 상기 광 파이버 홀더는 광파이버를 안착시키기 위한 홈이 구비된 광파이버 홀더용 하부 플레이트; 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 홈에 광파이버를 안착시켰을 때, 광파이버 홀더용 하부 플레이트의 상측에서 광파이버 홀더용 하부 플레이트 및 광파이버를 커버링하는 광파이버 홀더용 상부 플레이트; 및 상기 광파이버 홀더용 하부 플레이트와 광파이버 홀더용 상부 플레이트를 결합시켜주는 수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.The optical fiber holder may include a lower plate for an optical fiber holder provided with a groove for seating the optical fiber; An optical fiber holder upper plate for covering the optical fiber holder lower plate and the optical fiber on an upper side of the optical fiber holder lower plate when the optical fiber is seated in the groove of the optical fiber holder lower plate; And means for coupling the lower plate for the optical fiber holder and the upper plate for the optical fiber holder. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 광 파이버 홀더, 렌즈 하우징, 및 포커싱 수단을 회전시키는 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 진단용 다채널 광 수집계.And means for rotating said optical fiber holder, lens housing, and focusing means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101111961B1 (en) 2009-12-28 2012-02-14 한국기초과학지원연구원 Lens system for CES plasma diagnosis

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