KR101047513B1 - Ultrasonic Nozzles for Uniform Media Generation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균일하면서도 긴 거리의 가스 밀도 프로파일을 가지고, 제작이 용이할 뿐만 아니라 노즐 내에서 특정한 가스 밀도 분포를 쉽게 생성할 수 있는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐에 관한 것으로서, 챔버와; 상기 챔버의 끝부분에 일정크기의 단면적을 가지는 쓰로틀과; 상기 쓰로틀로부터 출구쪽으로 갈수록 단면적이 점차적으로 넓어지는 수렴-발산 형태로 이루어지며, 4개면이 모두 평면으로 이루어진 노즐 보어를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an ultrasonic nozzle for producing a uniform medium having a uniform and long distance gas density profile, which is easy to manufacture and which can easily produce a specific gas density distribution in the nozzle, comprising: a chamber; A throttle having a predetermined cross-sectional area at the end of the chamber; From the throttle toward the outlet is made of a convergence-diffusive form that the cross-sectional area is gradually widened, characterized in that it comprises a nozzle bore made of all four planes.

레이저, 플라즈마, 노즐, 챔버, 매질, 밀도 Laser, plasma, nozzle, chamber, medium, density

Description

균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐{Supersonic nozzle for creation of equality medium}Supersonic nozzle for creation of equality medium

본 발명은 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저-플라즈마 상호작용을 이용한 전자빔 가속기에 적용되어 균일한 밀도 분포 생성이 이루어지도록 하는 초음파 노즐에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, and more particularly, to an ultrasonic nozzle applied to an electron beam accelerator using a laser-plasma interaction to generate a uniform density distribution.

일반적으로, 레이저 입자 가속(laser particle acceleration), 관성 봉입 핵융합(inertial confinement fusion : ICF), X-선 레이저 등, 레이저 플라즈마 연구 분야에서는 일정한 밀도 분포를 갖는 매질 생성이 매우 중요하며, 이러한 밀도 분포를 형성하기 위하여 가스 젯(gas jet)이 많이 이용되고 있다.In general, in a plasma plasma research field such as laser particle acceleration, inertial confinement fusion (ICF), and X-ray laser, it is very important to generate a medium having a constant density distribution. Gas jets (gas jet) are widely used to form.

이들 중, 레이저-플라즈마 상호작용을 이용한 전자빔 가속기는 고압으로 분사되는 중성가스를 테라와트(TW)급의 고출력 레이저를 이용하여 플라즈마로 바꾼 후, 플라즈마 내부에 강력한 전기장을 형성하여 이 전기장의 가속 위상에 내부의 전자들을 포획한 다음 빛의 속도로 가속하여 고에너지 전자빔을 만드는 장치이다.Among them, the electron beam accelerator using the laser-plasma interaction converts the neutral gas injected at high pressure into plasma using a terawatt (TW) -class high-power laser, and then forms a strong electric field inside the plasma to accelerate the phase of the electric field. It captures the electrons inside and then accelerates at the speed of light to create a high energy electron beam.

이 장치에서 핵심기술 중 하나는 원하는 에너지대의 전자빔을 만들어 내는 것이며, 그 중에서도 가장 중요한 핵심기술은 가스 젯에서의 안정적인 가스 밀도 분포 및 밀도 제어기술이라 할 것이다.One of the key technologies in this device is to produce an electron beam of the desired energy band, the most important of which is the stable gas density distribution and density control technology in the gas jet.

레이저-플라즈마 가속은, 크게 익스플로딩 포일(exploding foil)을 사용하는 이온 가속과, 가스 젯을 이용하는 웨이크 필드 가속으로 나뉜다.Laser-plasma acceleration is largely divided into ion acceleration using an exploding foil and wake field acceleration using a gas jet.

이들 중, 익스플로딩 포일 방법은 타겟(target)에 레이저를 입사시키기만 하면 되므로 사용이 간단한 장점이 있으나, 타겟에서 멀어질수록 플라즈마 밀도 분포가 급격하게 감소할 뿐만 아니라 밀도 분포 제어가 어려운 단점과 함께 발생된 이온 에너지의 분포가 너무 넓어 여러 응용 분야에서 사용하기가 부적합한 단점이 있다.Among these, the exploding foil method has the advantage of being simple to use because it only needs to inject a laser into the target. However, as the distance from the target increases, the plasma density distribution rapidly decreases, and the density distribution control is difficult. The disadvantage is that the distribution of generated ion energy is too wide to be suitable for use in many applications.

한편, 가스 젯 노즐을 이용한 웨이크 필드 방법은 가스 젯의 초기 가스 변화만으로 요구하는 밀도를 쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 밀도 분포 제어도 가능하고, 노즐 직경을 변화시켜 플라즈마 길이를 변화시킬 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the wake field method using the gas jet nozzle not only can easily obtain the required density by the initial gas change of the gas jet, but also can control the density distribution, and the plasma length can be changed by changing the nozzle diameter. .

레이저-플라즈마 가속에서는 고밀도를 가지면서도 안정적인 밀도 분포를 갖는 노즐의 제공이 필수적이다.In laser-plasma acceleration, it is essential to provide a nozzle having a high density and a stable density distribution.

종래에 레이저-플라즈마 가속에 적용되는 노즐 중, 가장 일반적인 음파 노즐인 원통형 형태의 노즐은, 어느 정도 넓은 가스 분포 특성을 가지고, 노즐 출구에서 어느 정도 균일한 가스 밀도를 얻을 수 있으나, 가스 밀도가 노즐 출구로부터 급격히 감소(파라볼릭 형태)하여 가스 밀도 제어가 어렵고, 고출력 레이저를 사용함에 따른 위험성이 존재하여 사용이 어려운 단점이 있다.Among the nozzles conventionally applied to laser-plasma acceleration, the cylindrical nozzle, which is the most common sonic nozzle, has a somewhat wide gas distribution characteristic and obtains a uniform gas density at the nozzle outlet, but the gas density is It is difficult to control the gas density by rapidly decreasing (parabolic form) from the exit, and there is a risk of using a high-power laser, which makes it difficult to use.

또한, 극초음파 노즐은, 가스 프로파일 내에 충격파(shock wave)가 형성되어 균일한 밀도 분포를 얻을 수 없는 단점이 있다.In addition, the ultrasonic nozzle has a disadvantage in that a shock wave is formed in the gas profile to obtain a uniform density distribution.

반면에, 초음파 노즐은, 노즐에서 어느 정도 높이까지 균일한 가스 밀도를 얻을 수 있어서 레이저-플라즈마 가속에 가장 이상적으로 사용할 수 있으나, 그 노즐의 구조(파라볼릭, 벨 등) 특성에 의해 노즐 구조의 변경이 어려우므로 노즐 내에서의 특정한 가스 밀도 생성이 어려우며, 제작이 어려운 관계로 고가라는 단점이 있었다.Ultrasonic nozzles, on the other hand, can achieve a uniform gas density up to a certain height at the nozzle, making them ideally suited for laser-plasma acceleration.However, the nozzle structure (parabolic, bell, etc.) Since it is difficult to change, it is difficult to generate a specific gas density in the nozzle, and it is expensive because it is difficult to manufacture.

상기와 같은 초음파 노즐은, 그 구조에 따라 파라볼릭(parabolic), 종(bell), 원뿔형 등으로 구분된다.The ultrasonic nozzles as described above are classified into parabolic, bell, and conical shapes according to their structure.

도 1은 종래의 초음파 노즐 중, 종 형태의 노즐을 도시한 도면으로서, 도 1의 (a)는 일부절개 사시도, 도 1의 (b)는 평면도, 도 1의 (c)는 종단면도, 도 1의 (d)는 저면도이며, 이러한 구조로 이루어진 종 형태의 초음파 노즐(10)은, 노즐 출구(12)에서 일정한 마하수(mach number)를 얻을 수 있으나 그 제작이 매우 어려워서 비교적 구조가 간단하여 제작이 쉬운 원뿔 형태의 초음파 노즐(미도시됨)이 주로 제작되어 상용화되고 있다.1 is a view showing a longitudinal nozzle of a conventional ultrasonic nozzle, Figure 1 (a) is a partially cutaway perspective view, Figure 1 (b) is a plan view, Figure 1 (c) is a longitudinal cross-sectional view, 1 (d) is a bottom view, and the longitudinal ultrasonic nozzle 10 having such a structure can obtain a constant mach number at the nozzle outlet 12, but its construction is very difficult and thus the structure is relatively simple. Conical ultrasonic nozzles (not shown) which are easy to manufacture are mainly manufactured and commercialized.

그러나, 이러한 원뿔 형태의 초음파 노즐은, 노즐의 출구가 대부분 원형으로 되어 있어서 도 2에 도시된 바와 같이 긴 거리의 균일한 가스 밀도를 생성할 경우 반비례하여 가스 밀도가 감소할 뿐만 아니라 노즐 내에서 특정 가스 밀도를 생성하기 어려운 단점이 있다.However, such a cone-shaped ultrasonic nozzle has a largely circular exit, so that when the long distance uniform gas density is generated as shown in FIG. There is a disadvantage that it is difficult to produce gas density.

한편, 도 3은 최근에 레이저-플라즈마 가속기에서 균일 밀도 생성을 위하여 가장 많이 사용되고 있는 파라볼릭 형태를 이용한 긴 사각형 출구 모양을 가진 라발 노즐을 도시한 도면으로서, 도 3의 (a)는 일부절개 사시도, 도 3의 (b)는 평면도, 도 3의 (c)는 종단면도, 도 3의 (d)는 저면도이며, 이러한 구조로 이루어진 파라볼릭 형태의 초음파 노즐(20)은, 노즐의 출구가 원형인 초음파 노즐과 달리 밀도가 높으면서도 어느 정도 길이가 긴 가스 밀도 분포 생성이 가능한 잇점이 있다.Meanwhile, FIG. 3 is a view showing a Laval nozzle having a long rectangular outlet shape using a parabolic shape, which is used most recently for generating uniform density in a laser-plasma accelerator, and FIG. 3 (a) is a partially cutaway perspective view. 3B is a plan view, FIG. 3C is a longitudinal cross-sectional view, and FIG. 3D is a bottom view. The parabolic ultrasonic nozzle 20 having such a structure has an outlet of the nozzle. Unlike circular ultrasonic nozzles, there is an advantage in that the gas density distribution can be generated while having a high density and a long length.

그러나, 이러한 파라볼릭 형태의 초음파 노즐(20)은, 그 구조적 특성에 의해 두 면(22)에만 라발 구조를 가지고 있는바, 노즐의 중앙 부분에서는 어느 정도 안정적인 가스 밀도 분포를 형성하지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 라발 구조를 형성하지 않은 두 면에 의하여 매질 내에 충격파가 발생되는 단점이 있으며, 또한 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 독립된 4개의 부품(또는 2개의 부품)으로 구성되어 있기 때문에 조립에 따른 오차를 배제할 수 없는 문제점이 있다.However, the parabolic ultrasonic nozzle 20 has a Laval structure only on the two surfaces 22 due to its structural characteristics, and thus forms a somewhat stable gas density distribution in the central portion of the nozzle. As shown, there is a disadvantage in that a shock wave is generated in the medium by two surfaces that do not form a Laval structure, and as shown in FIGS. 5A and 5B, it is composed of four independent parts (or two parts). Since there is a problem that can not exclude the error due to assembly.

한편, 파라볼릭 형태의 초음파 노즐의 경우, 노즐 출구에서 다양한 마하수 및 밀도 분포를 형성하기 위해서는 초기 압력을 변화시키는 방법이 가장 일반적으로 사용된다. 그런데, 초기 압력 변화에 따른 출구에서의 밀도 분포 특성이 달라질 수 있으며, 입력 가스의 최고 압력에 의하여 초기 압력의 최대값이 결정되어버린다는 단점이 있다.On the other hand, in the case of the parabolic ultrasonic nozzle, a method of changing the initial pressure is most commonly used to form various Mach numbers and density distributions at the nozzle outlet. However, the density distribution characteristic at the outlet may vary according to the initial pressure change, and the maximum value of the initial pressure is determined by the maximum pressure of the input gas.

이러한 단점을 극복하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이, 여러 개의 실린더(30)를 이용하거나 고압가스(40)의 팽창을 이용하여 노즐의 인젝터 바디의 직경을 변화시켜주는 다양한 방법이 제공되고 있으나, 이러한 방법은 여러 개의 실린더(30)를 제어하거나 별도의 고압가스(40)를 설치해야 하는 불편한 문제점이 있다.In order to overcome these disadvantages, as shown in FIG. 6, various methods for changing the diameter of the injector body of the nozzle by using several cylinders 30 or by expanding the high pressure gas 40 are provided. Such a method has an inconvenience of controlling several cylinders 30 or installing a separate high pressure gas 40.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 균일하면서도 긴 거리의 가스 밀도 프로파일을 가지고, 제작이 용이할 뿐만 아니라 노즐 내에서 특정한 가스 밀도 분포를 쉽게 생성할 수 있는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a uniform and long distance gas density profile, and is not only easy to manufacture, but also for producing a uniform medium that can easily generate a specific gas density distribution in a nozzle. The purpose is to provide an ultrasonic nozzle.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐은, 챔버와; 상기 챔버의 끝부분에 일정크기의 단면적을 가지는 쓰로틀과; 상기 쓰로틀로부터 출구쪽으로 갈수록 단면적이 점차적으로 넓어지는 수렴-발산 형태로 이루어지며, 4개면이 모두 평면으로 이루어진 노즐 보어를 포함하는 것을 특징으로 한다.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention for achieving the above object, the chamber; A throttle having a predetermined cross-sectional area at the end of the chamber; From the throttle toward the outlet is made of a convergence-diffusive form that the cross-sectional area is gradually widened, characterized in that it comprises a nozzle bore made of all four planes.

여기서, 상기 4개면 중, 서로 마주보는 양면은 일정한 크기의 방사각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.Here, of the four surfaces, both sides facing each other are preferably formed to be inclined at a radial angle of a predetermined size.

또한, 상기와 같은 구성으로 이루어진 초음파 노즐은 하나의 구조물로 이루어질 수도 있고, 하나의 구조물에 다른 하나의 구조물이 결합되어 이루어질 수도 있다.In addition, the ultrasonic nozzle having the configuration as described above may be made of one structure, or may be made by combining another structure with one structure.

한편, 상기 노즐 출구의 각 변들 중, 서로 마주보는 변들이 동일 간격을 유 지하는 직사각형태로 이루어져서 밀도 분포가 고르게 생성되도록 할 수 있다.On the other hand, of the sides of the nozzle outlet, the sides facing each other are made of a rectangular shape to maintain the same interval so that the density distribution can be generated evenly.

여기서, 상기 챔버는 반구형으로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the chamber is preferably made of a hemispherical shape.

또한, 상기 노즐 출구에서 어느 한 쪽의 간격이 좁게 형성되고, 간격이 좁게 형성된 부위에서 밀도 분포가 커지도록 함으로써, 특정한 밀도 분포가 생성되도록 할 수도 있다.In addition, one of the gaps is narrowly formed at the nozzle outlet, and the specific density distribution may be generated by increasing the density distribution at the portion where the gap is narrow.

또, 상기 노즐 출구에서 어느 한 쪽의 간격이 넓게 형성되고, 간격이 넓게 형성된 부위에서 밀도 분포가 작아지도록 함으로써, 특정한 밀도 분포가 생성될 수 있도록 할 수도 있다.In addition, one of the gaps is wider at the nozzle outlet, and the density distribution may be made smaller at a portion where the gap is wider, so that a specific density distribution may be generated.

한편, 상기 노즐 출구의 끝단 모서리가 일정각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the end edge of the nozzle outlet is preferably formed to be inclined at a predetermined angle.

또한, 상기 노즐 출구의 각 변 외면에 하나씩의 실린더만 설치되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that only one cylinder is installed on the outer surface of each side of the nozzle outlet.

또한, 상기 노즐의 출구 각도를 변화시켜 밀도 분포를 조절할 수 있도록, 상기 노즐의 각 변 내면에 일정각도를 갖는 구조물이 삽입될 수도 있다.In addition, a structure having a predetermined angle may be inserted into the inner surface of each side of the nozzle so as to adjust the density distribution by changing the exit angle of the nozzle.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐에 의하면, 그 구조가 매우 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 균일하면서도 긴 거리의 가스 밀도 분포생성이 가능한 매우 유용한 효과가 있다.As described above, according to the ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, the structure is very simple and easy to manufacture, there is a very useful effect capable of generating a uniform and long distance gas density distribution.

또한, 노즐 출구의 모양을 쉽게 변형시킬 수 있음으로 인하여 특정한 가스 밀도 분포 프로파일 생성이 용이하며, 4면에 모두 노즐 구조가 형성됨으로써 안정적인 가스 밀도 분포를 생성할 수 있게 되는 효과도 있다.In addition, since the shape of the nozzle outlet can be easily deformed, it is easy to generate a specific gas density distribution profile, and the nozzle structure is formed on all four surfaces, so that a stable gas density distribution can be generated.

또한, 하나의 구조물로서 제작이 이루어짐으로써, 조립오차를 배제할 수 있으며, 노즐 출구의 끝단이 경사지게 형성되어 레이저와의 간섭이 최소화되어 노즐 출구에서의 균일한 가스 밀도를 생성할 수 있게 되는 매우 유용한 효과도 있게 된다.In addition, since the fabrication is performed as a structure, assembly errors can be eliminated, and the tip of the nozzle outlet is formed to be inclined so that interference with the laser can be minimized to generate a uniform gas density at the nozzle outlet. It also works.

또한, 하나의 실린더만으로 노즐의 인젝터 바디 직경을 변화시키거나 또는, 상기 노즐의 각 변 내면에 일정각도를 갖는 구조물을 삽입하는 것으로 노즐의 출구 각도를 변화시킴으로써, 밀도 분포를 용이하게 조절할 수 있게 되는 효과도 있다. In addition, by changing the injector body diameter of the nozzle with only one cylinder, or by inserting a structure having a certain angle on the inner surface of each side of the nozzle, it is possible to easily adjust the density distribution by changing the exit angle of the nozzle It also works.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐을 나타낸 도면으로서, 도 7의 (a)는 일부절개 사시도, 도 7의 (b)는 평면도, 도 7의 (c)는 종단면도, 도 7의 (d)는 저면도이다.7 is a view showing an ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, Figure 7 (a) is a partially cut perspective view, Figure 7 (b) is a plan view, Figure 7 (c) is a longitudinal cross-sectional view, 7 (d) is a bottom view.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐(100)은, 크게 챔버(102)와, 쓰로틀(104), 노즐 보어로 구분된다.As shown, the ultrasonic nozzle 100 for generating a uniform medium according to the present invention is largely divided into a chamber 102, a throttle 104, and a nozzle bore.

챔버(102)는 그 종단면 형상이 반구형으로 이루어지고, 그 끝단에는 소정의 단면적을 가지는 쓰로틀(104)이 형성되어 있으며, 노블 보어는 출구측으로 갈수록 단면적이 점차적으로 넓어지는 즉, 수렴 발산(convergent-divergent) 형태의 라발 노즐형으로 이루어져 있다.The chamber 102 has a hemispherical cross-sectional shape, and a throttle 104 having a predetermined cross-sectional area is formed at the end thereof, and the noble bore has a wider cross-sectional area gradually toward the outlet, that is, convergent divergence. It consists of divergent type Laval nozzle type.

참고로, 상기 챔버(102)의 쓰로틀은 그 종단면 형상이 반구형으로 이루어지는 것이 가장 바람직하지만, 다른 형상으로 이루어질 수도 있다.For reference, the throttle of the chamber 102 is most preferably made of a hemispherical longitudinal cross-sectional shape, but may be formed in other shapes.

통상적인 라발 노즐의 경우 대부분 원형으로 이루어지나, 본 발명에서는 그 노즐면(106)이 4개의 평면으로 구성되는 것이 특징이며, 특히 서로 마주보는 두 개의 면은 노즐 출구에서의 마하수와 노즐 출구에서의 방사각(divergence angle)을 고려하여 일정한 각도로 경사진 형태로 이루어진다.In the case of a conventional Laval nozzle, it is mostly circular, but in the present invention, the nozzle face 106 is characterized by four planes. In particular, the two faces facing each other may be formed by the Mach number at the nozzle outlet and the nozzle outlet. In consideration of the divergence angle (divergence angle) is made in a form inclined at a constant angle.

종래의 원뿔형 노즐의 경우, 노즐 출구 모양이 원형으로 되어 있어서, 노즐 내에서 특정한 가스 밀도를 생성하기 어려웠으나, 본 발명에서와 같이 노즐면(106)이 4개의 평면으로 이루어진 경우에는, 도 8의 (a) 내지 도 8의 (c) 에서와 같이 노즐 출구의 형상을 용이하게 변형시킬 수 있으므로, 특정한 가스 밀도의 생성이 가능하게 된다.In the case of the conventional conical nozzle, the nozzle exit shape is circular, so that it is difficult to generate a specific gas density in the nozzle. However, in the case of the nozzle surface 106 having four planes as in the present invention, As shown in (a) to (c) of FIG. 8, the shape of the nozzle outlet can be easily deformed, so that a specific gas density can be generated.

즉, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 노즐 출구의 각 변들 중, 서로 마주보는 변들이 동일 간격을 유지하는 직사각형태일 경우, 밀도 분포가 고르게 형성되며, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 노즐 출구에서 어느 한쪽의 간격을 좁게 형성할 경우, 간격이 좁은 부위에서는 밀도 분포가 커지게 되며, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 노즐 출구에서 어느 한쪽의 간격을 넓게 형성할 경우, 간격이 넓은 부위에서는 밀도 분포가 작아지게 된다.That is, as shown in (a) of FIG. 8, when the sides facing each other among the sides of the nozzle outlet have a rectangular shape maintaining the same interval, the density distribution is formed evenly, as shown in (b) of FIG. 8. As described above, when one of the gaps is narrowly formed at the nozzle outlet, the density distribution is increased at the narrow gap, and as shown in (c) of FIG. 8, one of the gaps at the nozzle outlet is wider. In the case of forming, the density distribution becomes small in a large spaced portion.

이와 같이, 본 발명에 따른 초음파 노즐(100)은, 그 노즐면(106)이 4개의 평면으로 이루어진 즉, 수렴 발산 형태로 이루어짐으로써, 노즐 출구의 형상을 쉽게 변형할 수 있게 되는바, 어느 한쪽의 특정한 부위에 특정한 밀도 분포를 생성하기가 매우 쉽게 된다.Thus, the ultrasonic nozzle 100 according to the present invention, the nozzle surface 106 is formed of four planes, that is, in the form of a convergent divergence, it is possible to easily change the shape of the nozzle outlet, either one It is very easy to generate a specific density distribution at a specific site of.

한편, 종래에 긴 플라즈마 생성을 위해 파라볼릭 형태의 라발 노즐이 사용되어지고 있으나, 구조상의 한계로 인하여 두 면에만 파라볼릭 구조를 가지고 있어 다른 2개의 면에 의한 매질 내에 충격파가 발생하여 균일한 매질 생성이 어렵다고 종래기술에서 언급한바 있다. 또한 4개의 독립 부품을 조합하는 형태로 되어 있어 조립에 따른 오차를 배제할 수 없으며 비선형 곡선에 의한 제작이 어렵다고 밝힌바 있다.On the other hand, parabolic Laval nozzles have been used for long plasma generation. However, due to structural limitations, parabolic structures have only two surfaces, and shock waves are generated in the media by the other two surfaces. It is mentioned in the prior art that the production is difficult. In addition, the combination of the four independent parts can not be excluded due to the assembly error and said that it is difficult to manufacture by non-linear curve.

그러나, 본 발명에 따른 초음파 노즐은, 4개면에 각각 노즐면이 형성됨은 물론, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 구조물(a)에 노즐 구조가 제작이 가능한바, 조립에 따른 오차를 배제할 수 있어 보다 정밀한 노즐의 제작이 가능해지게 된다.However, the ultrasonic nozzle according to the present invention, as well as the nozzle surface is formed on each of the four surfaces, as shown in Figure 9 (a), the nozzle structure can be manufactured in one structure (a), according to the assembly Errors can be eliminated, allowing more precise nozzle fabrication.

참고로, 도 9의 (b)는 노즐의 제작 편의성을 위해 하나의 구조물(1)에 노즐 구조를 제작하고, 다른 평면 구조물(b)을 결합하여 챔버를 형성하는 구성을 나타낸 도면으로서, 2개의 구조물로서 초음파 노즐을 제작할 수도 있다.For reference, FIG. 9B is a view illustrating a configuration in which a nozzle structure is fabricated in one structure 1 and the other planar structure b is combined to form a chamber for convenience of fabrication of the nozzle. An ultrasonic nozzle can also be manufactured as a structure.

한편, 도 10은 본 발명에 따른 초음파 노즐에 있어서, 노즐 출구의 단을 일정각도로 경사지게 형성한 상태를 도시한 도면으로서, 도 10의 우측 도면에서와 같이, 노즐 출구의 단을 일정각도로 경사지도록 단차지게 형성하게 되면, 레이저와의 간섭영역이 제거됨으로써, 노즐 출구에서의 균일한 가스 밀도가 생성될 수 있다.10 is a view illustrating a state in which the stage of the nozzle outlet is inclined at a predetermined angle in the ultrasonic nozzle according to the present invention. As shown in the right figure of FIG. 10, the stage of the nozzle outlet is inclined at a predetermined angle. If formed to be stepped, the interference region with the laser is removed, thereby producing a uniform gas density at the nozzle outlet.

즉, 종래에서와 같이 노즐 출구의 단이 각형을 이루는 경우, 도 10의 좌측 도면에서와 같이 노즐 출구의 모서리 부분에 레이저와의 간섭영역이 발생됨으로써, 균일한 가스 밀도의 생성에 저해가 되었으나, 본 발명과 같이 노즐 출구의 단을 일정각도로 경사지도록 단차지게 형성함으로써, 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있게 된다.That is, in the case where the stage of the nozzle outlet has a square shape as in the related art, as shown in the left figure of FIG. 10, an interference region with the laser is generated at the edge of the nozzle outlet, thereby inhibiting the generation of a uniform gas density. By forming the step of the nozzle outlet to be inclined at a predetermined angle as in the present invention, it is possible to solve the above problems.

또한, 본 발명에 따른 초음파 노즐(100)은 그 노즐면(106)이 4개의 평면으로 이루어진 즉, 수렴 발산 형태의 라발 노즐로 이루어짐으로써, 도 11의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 각 노즐면(106) 외측에 하나의 실린더(110)로서만 제공하고, 이 실린더(110)의 작동에 의한 제어로서 노즐 인젝터 바디의 직경을 조절함으로써, 가스 밀도를 제어할 수 있게 되는 등, 그 구조가 간단해지는 효과도 제공된다.In addition, the ultrasonic nozzle 100 according to the present invention, the nozzle surface 106 is composed of four planes, that is, made of a Laval nozzle of the convergent divergence type, as shown in the left figure of Figure 11, each nozzle surface (106) By providing only one cylinder 110 on the outside and adjusting the diameter of the nozzle injector body as a control by the operation of this cylinder 110, the structure of gas can be controlled easily. Termination effects are also provided.

또, 본 발명에 따른 초음파 노즐(100)은 4개의 노즐면(각 변)(106)이 모두 평면으로 이루어짐으로써, 도 11의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 각 노즐면(106) 내면에 경사를 갖는 구조물(120)을 삽입하여 노즐 출구의 분사각을 조절함으로써, 가스 밀도를 제어할 수 있게 되는 등, 그 구조가 간단하면서도 밀도 분포를 특정한 값으로 조절할 수 있게 되는 효과도 제공된다.In addition, in the ultrasonic nozzle 100 according to the present invention, the four nozzle surfaces (each side) 106 are all planar, and as shown in the right figure of FIG. 11, inclined to the inner surface of each nozzle surface 106. By inserting the structure 120 having an adjustment of the injection angle of the nozzle outlet, it is possible to control the gas density, such that the structure is simple, but also provides the effect of being able to adjust the density distribution to a specific value.

도 1은 종래의 초음파 노즐 중, 종 형태의 노즐을 도시한 도면으로서, 도 1의 (a)는 일부절개 사시도, 도 1의 (b)는 평면도, 도 1의 (c)는 종단면도, 도 1의 (d)는 저면도.1 is a view showing a longitudinal nozzle of a conventional ultrasonic nozzle, Figure 1 (a) is a partially cutaway perspective view, Figure 1 (b) is a plan view, Figure 1 (c) is a longitudinal cross-sectional view, 1 (d) is a bottom view.

도 2는 도 1의 노즐 출구구조에 따른 가스밀도 변화 및 분포 특성을 나타낸 도면.2 is a view showing a gas density change and distribution characteristics according to the nozzle outlet structure of FIG.

도 3은 종래에 레이저-플라즈마 가속기에서 균일 밀도 생성을 위하 가장 많이 사용되고 있는 파라볼릭 형태를 이용한 긴 사각형 출구 모양을 가진 라발 노즐을 도시한 도면으로서, 도 3의 (a)는 일부절개 사시도, 도 3의 (b)는 평면도, 도 3의 (c)는 종단면도, 도 3의 (d)는 저면도.3 is a view showing a Laval nozzle having a long rectangular outlet shape using a parabolic shape which is conventionally used for generating uniform density in a laser-plasma accelerator, and FIG. 3 (a) is a partially cutaway perspective view. 3B is a plan view, FIG. 3C is a longitudinal sectional view, and FIG. 3D is a bottom view.

도 4는 도 3의 노즐 출구구조에 따른 가스밀도 변화 및 분포 특성을 나타낸 도면.4 is a view showing a gas density change and distribution characteristics according to the nozzle outlet structure of FIG.

도 5a 및 도 5b는 도 3에 따른 노즐의 제작과정을 나타낸 분리사시도.5a and 5b are exploded perspective views showing the manufacturing process of the nozzle according to FIG.

도 6은 도 3의 노즐 출구에서 다양한 가스 밀도 분포를 형성하기 위해 고안된 가변 노즐로서, 다수의 실린더 제어 방법(좌측 도면)과, 고압 가스의 팽창 방법(우측 도면)을 나타낸 도면.FIG. 6 is a variable nozzle designed to form various gas density distributions at the nozzle outlet of FIG. 3, illustrating a number of cylinder control methods (left view) and expansion of high pressure gas (right view). FIG.

도 7은 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐을 나타낸 도면으로서, 도 7의 (a)는 일부절개 사시도, 도 7의 (b)는 평면도, 도 7의 (c)는 종단면도, 도 7의 (d)는 저면도.7 is a view showing an ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, Figure 7 (a) is a partially cut perspective view, Figure 7 (b) is a plan view, Figure 7 (c) is a longitudinal cross-sectional view, 7 (d) is a bottom view.

도 8은 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐의 출구형상을 다 양하게 변형시킨 예를 나타낸 도면과, 그에 따른 밀도 분포 곡선을 나타낸 도면.8 is a view showing an example of various modifications to the exit shape of the ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, and a diagram showing the density distribution curve accordingly.

도 9는 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐의 제작과정을 나타낸 도면으로서, (a)는 하나의 구조물로 이루어진 것을 나타낸 도면이고, (b)는 두 개의 구조물로 이루어진 것을 나타낸 도면.9 is a view showing the manufacturing process of the ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, (a) is a view showing that made of one structure, (b) is a view showing consisting of two structures.

도 10은 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐의 출구가 경사진 상태와 경사지지 않은 상태에서의 레이저 빔과의 간섭됨을 나타낸 도면.10 is a view showing that the exit of the ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention interferes with the laser beam in an inclined state and not inclined state.

도 11은 본 발명에 따른 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐의 출구에서 다양한 가스 밀도 분포를 형성하기 위해 고안된 가변 노즐로서, 다수의 실린더 제어 방법(좌측 도면)과, 구조물 삽입 방법(우측 도면)을 나타낸 도면.FIG. 11 is a variable nozzle designed to form various gas density distributions at the outlet of an ultrasonic nozzle for generating a uniform medium according to the present invention, and shows a plurality of cylinder control methods (left view) and a structure insertion method (right view). drawing.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

100 : 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐 102 : 챔버100: ultrasonic nozzle for generating a uniform medium 102: chamber

104 : 쓰로틀 106 : 노즐면104: Throttle 106: Nozzle surface

110 : 실린더 120 : 구조물110: cylinder 120: structure

Claims (11)

챔버와;A chamber; 상기 챔버의 끝부분에 일정크기의 단면적을 가지는 쓰로틀과;A throttle having a predetermined cross-sectional area at the end of the chamber; 상기 쓰로틀로부터 출구쪽으로 갈수록 단면적이 점차적으로 넓어지는 수렴-발산 형태로 이루어지되, 출구가 사각형상으로 이루어져서 그 노즐면이 모두 4개의 평면으로 이루어지고, 상기 4개의 노즐면 중, 서로 마주보는 노즐면은 일정한 크기의 방사각도로 경사지게 형성된 노즐 보어를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.It is made of a convergence-diffusive shape in which the cross-sectional area gradually widens from the throttle toward the outlet, and the outlet has a quadrangular shape, and the nozzle faces are all four planes, and among the four nozzle faces, the nozzle faces facing each other. Ultrasonic nozzle for producing a uniform medium, characterized in that it comprises a nozzle bore formed to be inclined at a radial angle of a constant size. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초음파 노즐은 하나의 구조물로 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.The ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that consisting of a single structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 초음파 노즐은 하나의 구조물에 다른 하나의 구조물이 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.The ultrasonic nozzle is an ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that one structure is coupled to another structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 챔버의 쓰로틀은 그 종단면 형상이 반구형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that the throttle of the chamber is made of a hemispherical longitudinal cross-sectional shape. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구의 각 변들 중, 서로 마주보는 변들이 동일 간격을 유지하는 직사각형태로 이루어져서 밀도 분포가 고르게 생성되는 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that the density of the distribution is evenly generated by the sides of each of the sides of the exit of the nozzle are formed in a rectangular shape to maintain the same interval. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구에서 어느 한 쪽의 간격이 좁게 형성되고, 간격이 좁게 형성된 부위에서 밀도 분포가 커지도록 함으로써, 특정한 밀도 분포가 생성될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzles for generating a uniform medium, characterized in that any one of the narrow gap at the outlet of the nozzle is formed, the density distribution is increased by increasing the density distribution in the narrowly formed portion, the specific medium distribution. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구에서 어느 한 쪽의 간격이 넓게 형성되고, 간격이 넓게 형성된 부위에서 밀도 분포가 작아지도록 함으로써, 특정한 밀도 분포가 생성될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzles for generating a uniform medium, characterized in that the one of the gap is formed wide at the outlet of the nozzle, the density distribution is made small in the area where the gap is formed, so that a specific density distribution can be generated. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구의 끝단 모서리가 일정각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that the end edge of the outlet of the nozzle is formed to be inclined at a predetermined angle. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구의 각 변 외면에 하나씩의 실린더만 설치된 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that only one cylinder is installed on the outer surface of each side of the outlet of the nozzle. 제 1항, 제3항 내지 제 5항 중, 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 and 3 to 5, 상기 노즐의 출구 각도를 변화시켜 밀도 분포를 조절할 수 있도록, 상기 노즐의 각 변 내면에 일정각도를 갖는 구조물이 삽입되는 것을 특징으로 하는 균일 매질 생성을 위한 초음파 노즐.Ultrasonic nozzle for generating a uniform medium, characterized in that the structure having a certain angle is inserted into the inner surface of each side of the nozzle so as to adjust the density distribution by changing the exit angle of the nozzle.
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