KR101088110B1 - Ecr ion source system to extract multi-charged ion beam with high magnetic field structure - Google Patents

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이광원
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Abstract

PURPOSE: A high magnetic field ECR(Electron Cyclotron Resonance) ion source system is provided to be applied to various experiments by implementing multi-charged ion beams of various elements using one ion source. CONSTITUTION: An ECR ion source supplies a micro wave by generating ECR plasma. An ECR container receives the ECR ion source. A magnet bundle(14) receives the ECR container and is composed of 6 polar permanent magnet. An electromagnet(13) is formed outside the magnet bundle and forms an axial magnetic field. A high voltage insulation structure is composed of a cylindrical insulation layer between the magnet bundle and the electromagnet. A beam output unit(16) outputs an ion from the ECR ion source.

Description

다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ＥＣＲ 이온원 시스템{ECR ion source system to extract multi-charged ion beam with high magnetic field structure}ERC ion source system for extracting multivalent ion beams {ECR ion source system to extract multi-charged ion beam with high magnetic field structure}

본 발명은 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance)을 이용한 이온원에 관한 것으로, 더 상세하게는, 여러 가지 원소들의 다가 이온빔을 높은 전류로 얻어내기 위한 다양한 특성들을 가지는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an ion source using electron cyclotron resonance, and more particularly, to a magnetic field ECR ion for extracting a multivalent ion beam having various characteristics for obtaining a multivalent ion beam of various elements with high current. It is about the original system.

종래, 핵물리 실험을 위한 중이온 가속기 또는 암의 치료를 위한 중입자 가속기들에 있어서, 높은 전류로 다양한 다가 이온빔을 만들어 내는 이온원은 장치 전체의 효율 및 성능을 결정하게 되는 매우 중요한 핵심부품이다. Conventionally, in heavy ion accelerators for nuclear physics experiments or heavy particle accelerators for the treatment of cancer, an ion source that produces a variety of multivalent ion beams with high current is a very important key component to determine the efficiency and performance of the entire device.

이와 같이 다양한 원자들의 다가 이온을 만들어 낼 수 있는 방법들 중에는, 예를 들면, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 이온원을 이용하는 것이 가장 효과적이며, ECR 이온원은, 다른 대부분의 이온원들과 마찬가지로 이온이 만들어지는 플라즈마 생성부와 이온빔을 뽑아내는 인출부로 이루어져 있다. Among the methods for generating multivalent ions of various atoms, for example, using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) ion source is most effective, and the ECR ion source, like most other ion sources, It is composed of a plasma generating unit to be made and an extraction unit for extracting the ion beam.

여기서, ECR 이온원은, 특별히 다가 이온 생성을 목표로 하고 있으므로, 전자의 온도를 원자의 내곽층 전자의 전리 에너지까지 높이기 위해 플라즈마 발생에 전자 사이클로트론 공명 (ECR) 현상을 이용한다는 특징이 있다. Here, since the ECR ion source is specifically aimed at generating polyvalent ions, the electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon is used for plasma generation in order to raise the temperature of electrons up to the ionization energy of electrons in the inner layer of atoms.

또한, 다가 이온은 가속기 설비의 증강 없이 입자의 가속에너지를 전하수에 단순 비례하거나 또는 제곱에 비례하여 높일 수 있는 경제적인 방편을 제공하며, 아울러, 다가 이온의 생성은 핵융합 플라즈마 내에서 다가 불순물의 거동을 이해한다거나 각종 다가 이온과 표면과의 상호작용을 연구하기 위해 이용되어 왔다. In addition, polyvalent ions provide an economical way to increase the acceleration energy of a particle simply proportionally or proportionally to the number of charges without reinforcing the accelerator facility. In addition, the generation of polyvalent ions is a process of multivalent impurities in the fusion plasma. It has been used to understand the behavior or to study the interaction of various polyvalent ions with the surface.

즉, ECR 이온원은, 강력한 자장거울 구조를 이온원 내에 만들어 전자들을 이온원 내에 가두고 고주파 전자공명을 이용하여 전자들을 집중적으로 수 keV 이상 가열함으로써, 원자의 내각에 위치한 전자들까지 궤도에서 떼어낼 수 있고, 그것에 의해, 다가 이온화가 가능한 특징이 있다. That is, the ECR ion source creates a strong magnetic mirror structure inside the ion source, traps the electrons in the ion source, and uses high frequency electron resonance to heat electrons intensively for more than a few keVs, thus removing the electrons in orbits from the atoms inside the atoms. There is a feature that can be produced, thereby allowing polyvalent ionization.

이와 같은 종래의 ECR 이온원 시스템의 예로서는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2010-22288호(2010.03.02. 공개)에 개시된 바와 같은 "이씨알 이온원을 위한 다층구조의 다극자장 발생장치"와 같은 것이 있다. As an example of such a conventional ECR ion source system, for example, as described in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2010-22288 (published on March 02, 2010), "Multi-layered magnetic pole generation of a multi-layer structure for an IRC ion source is disclosed. Device ".

즉, 상기 특허문헌의 내용은, 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance)을 이용한 이온원에 대한 것으로, 더 상세하게는 중이온 선형가속기에서 다가 이온을 추출하기 위해 미러자기장을 형성하기 위한 다극자장 발생장치에 대한 것으로서, 기존의 다극자계 발생장치는 강력한 자장을 설계하기 위해 매우 복잡한 구조를 갖고 있어 일반적인 ECR 이온원에 적용하기에는 적절하지 않은 문제점이 있고, 또한, ECR 이온원에 적용되는 다극자계 발생장치는 여러 종류의 자화방향을 갖는 자석으로 이루어지고 외부 자계에 의해 영향을 받음에 따라 자신의 자화방향과 다른 자장에 의해 받는 자기 스트레스에 의해 자력이 점점 약해지는 문제점이 있어, 자기 스트레스에 의한 자력의 약화를 극복하기 위해 보자력이 강한 자석을 사용하게 되면 강한 자장이 형성되지 않는 문제점을 해결하고자 하는 것이다. That is, the contents of the patent document relates to an ion source using electron cyclotron resonance, and more particularly, to a multipole magnetic field generating device for forming a mirror magnetic field for extracting polyvalent ions from a heavy ion linear accelerator. As the conventional multipole field generator has a very complicated structure for designing a strong magnetic field, it is not suitable to be applied to a general ECR ion source, and the multipole field generator applied to an ECR ion source has many problems. As it is made of magnets having a kind of magnetization direction and influenced by external magnetic field, there is a problem that the magnetic force is weakened by magnetic stress caused by its own magnetization direction and other magnetic fields. If you use a coercive magnet to overcome Seeks to solve is not the problem.

이를 위해, 상기 특허문헌에 기재된 이씨알 이온원을 위한 다층구조의 다극자장 발생장치는, 다양한 종류의 자석을 마련하여 다층의 3중겹 구조로 이온원의 자석을 설계하고, 자석 내부의 자기 스트레스를 고려하여 보자력과 잔류자기가 다른 자석을 적절하게 배치하여 자력을 오랫동안 유지하면서도 강한 자장을 형성하는 ECR 이온원용 다극자장 발생장치를 제공하기 위해, 보자력과 잔류자기에 따라 분류된 적어도 3종류 이상의 영구자석으로 이루어지고, 상기 영구자석이 자기 스트레스의 강도에 따라 2층으로 배치된 다가 이온빔을 만들어내기 위한 ECR 이온원의 주요부품인 다극자장 발생장치를 개시하고 있다. To this end, the multi-pole magnetic field generating device of the multilayer ion source described in the patent document provides various kinds of magnets to design the magnet of the ion source in a multi-layered triple layer structure, and the magnetic stress inside the magnet In order to provide a multi-pole magnetic field generator for an ECR ion source that maintains magnetic force for a long time by properly arranging magnets having different coercivity and residual magnetic force, at least three or more permanent magnets classified according to coercivity and residual magnetic The present invention discloses a multi-pole magnetic field generator, which is a main component of an ECR ion source for producing a multi-valent ion beam in which the permanent magnet is arranged in two layers according to the strength of magnetic stress.

또한, 종래의 ECR 이온원 시스템의 다른 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0927995호(2009.11.16. 등록)에 개시된 바와 같은 "전자 맴돌이 공명 이온원 장치 및 그의 제조방법"과 같은 것이 있다. In addition, as another example of the conventional ECR ion source system, for example, "electron eddy resonance ion source device and its manufacturing method" as disclosed in Korea Patent Publication No. 10-0927995 (registered November 16, 2009) and There is the same.

즉, 상기 특허문헌은, 엑스레이 이온원, 재료의 식각 장치, 가속기의 이온원 등으로써 요구되는 자기장이 정해졌을 때 이에 맞추어 최적화된 임의의 단면 형상을 갖는 전자석 또는 초전도 자석을 구현하여 이온을 제공하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 최소한의 체적으로 구성된 자석으로 요구되는 자기장을 발생시킴으로써 소형화를 실현하여 공간적으로 제한된 설치 장소에 적합하도록 하고, 이와 관련하여 냉각 장치에 소요되는 비용과 전자석 제작에 소요되는 비용에 대한 경제성을 확보하며, 요구되는 자기장 구배에 따라 단면 형상을 조절할 수 있도록 자석을 구성한 전자 맴돌이 공명 이온원 장치를 제공하고자 하는 것이다. That is, the patent document provides an ion by implementing an electromagnet or superconducting magnet having an arbitrary cross-sectional shape optimized according to a predetermined magnetic field required as an X-ray ion source, an etching apparatus of a material, an ion source of an accelerator, or the like. The present invention relates to an electron eddy resonant ion source device and a method for manufacturing the same, which realizes miniaturization by generating a magnetic field required by a magnet composed of a minimum volume, so that it is suitable for a space-limited installation site, and the cost required for a cooling device in this regard. It is to provide an electron eddy resonant ion source device consisting of a magnet to secure the economics for the cost of manufacturing and the electromagnet, and to adjust the cross-sectional shape according to the required magnetic field gradient.

이를 위해, 상기 특허문헌에 기재된 전자 맴돌이 공명 이온원 장치 및 그의 제조방법에서는, 자기장을 발생하는 자석을 포함하는 자석부, 플라즈마와 전자 맴돌이 공명으로 이온을 생성하는 이온화 챔버하우징부, 이온 생성을 위하여 이온화 챔버하우징부에 마이크로파를 주입하는 마이크로파 발생부, 생성된 이온을 처리하는 빔 집적 및 가이드 장치부를 포함하며, 상기 자석부는, 회전체이고 권취의 중심이 되는 권틀, 권틀을 복수 개의 구역으로 나누는 가변형 스페이서 및 가변형 스페이서에 의해 형성된 복수 개의 구역에 선재 또는 테이프로 권취되는 자석을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. To this end, in the electron eddy resonance ion source device described in the patent document and a manufacturing method thereof, a magnet part including a magnet generating a magnetic field, an ionization chamber housing part generating ions by plasma and electron eddy resonance, and for generating ions It includes a microwave generator for injecting microwaves into the ionization chamber housing, a beam integration and guide device for processing the generated ions, the magnet unit is a rotating body, the winding that is the center of the winding, the variable type that divides the winding into a plurality of zones It characterized in that it comprises a magnet wound in a wire or tape in a plurality of zones formed by the spacer and the variable spacer.

그러나 상기 특허문헌에 기재된 이온원은, 일반적으로 사용되는 1 가 이온을 만들어내는 이온원이므로, 높은 전자온도를 만들기 위한 강력한 다극의 정밀한 자장 구조를 만들 필요는 없는 것이었다. However, since the ion source described in the said patent document is an ion source which produces | generates the monovalent ion generally used, it was not necessary to make the powerful multipolar precise magnetic field structure for making high electron temperature.

즉, 상기한 바와 같이, 다가 이온빔을 만들기 위한 ECR 이온원의 설계에서 가장 중요한 점은, 높은 에너지 전자들을 만들어내는 동시에 이온 및 전자들의 밀폐효율을 높이기 위해 강력한 거울자장 구조를 가져야 할 뿐만 아니라, 공명영역을 효율적으로 만들어 다가 이온화 효율을 높일 수 있는 자장구조를 가지도록 해야 한다는 점이며, 이를 위해, 현재, ECR 이온원의 자장을 만들기 위해 영구자석, 상전도 전자석, 초전도 전자석 등이 그 설계 목적에 맞추어 다양한 조합으로 채택되어 사용되고 있고, 또한, 이러한 조합은 전체 ECR 이온원 시스템의 모든 부품들에 반영되어 설계 및 제작되어야 한다. That is, as described above, the most important point in the design of the ECR ion source for making the multivalent ion beam is not only to have a strong mirror magnetic field structure to generate high energy electrons but also to increase the sealing efficiency of the ions and electrons, as well as resonance It is necessary to have a magnetic field structure to make the area more efficient and to increase the ionization efficiency.To this end, permanent magnets, phase-conducting electromagnets, superconducting electromagnets, etc. are used to design the magnetic field of the ECR ion source. It is adopted and used in various combinations, and these combinations should be designed and manufactured by reflecting all the components of the entire ECR ion source system.

따라서 상기한 바와 같이, 높은 에너지 전자들을 만들어내는 동시에 이온 및 전자들의 밀폐효율을 높이기 위해 강력한 거울자장 구조를 가질 뿐만 아니라, 공명영역을 효율적으로 만들어 다가 이온화 효율을 높일 수 있는 자장구조를 가지는 ECR 이온원을 제공할 수 있도록 하기 위해서는, 더 강력하고 효과적인 자장구조와 더 높은 전자온도의 ECR 플라즈마 발생 구조 및 더 효과적인 새로운 다가 이온빔 인출 시스템 및 이를 위한 다양한 방법을 제공하는 것이 바람직하다. Therefore, as described above, not only has a strong mirror magnetic field structure to create high energy electrons and at the same time enhance the sealing efficiency of ions and electrons, but also an ECR ion having a magnetic field structure that can efficiently increase resonance ionization by making a resonance region efficiently. In order to be able to provide a source, it is desirable to provide a stronger and more effective magnetic structure, a higher electron temperature ECR plasma generating structure, and a more effective new multivalent ion beam extraction system and various methods for the same.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명은, 상전도 전자석과 영구자석을 사용한 ECR 이온원의 제작에 있어서 높은 다가이온빔 전류를 얻어내기 위해 더 강력하고 효과적인 자장구조와 더 높은 전자온도의 ECR 플라즈마 발생 구조, 그리고 효과적인 다가 이온빔 인출 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다. The present invention solves the problems of the prior art as described above, and thus the present invention provides a more powerful and effective magnetic field to obtain a high polyion ion current in the fabrication of an ECR ion source using a phase conducting electromagnet and a permanent magnet. The object is to provide a structure, a higher electron temperature ECR plasma generating structure, and an effective multivalent ion beam extraction system.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 여러 가지 원소들의 다가 이온빔을 높은 전류로 얻어내기 위한 다양한 특성들을 가지는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공하고자 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction having various characteristics for obtaining a multivalent ion beam of various elements with high current.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템에 있어서, ECR 플라즈마를 생성하여 마이크로 웨이브를 공급하는 ECR 이온원과, 원통형으로 형성되어 그 내부에 상기 ECR 이온원을 수용하는 ECR 용기와, 축자장을 형성하기 위한 전자석과, 6극 자장 성분을 형성하기 위한 6극 영구자석으로 구성된 자석뭉치와, 상기 ECR 용기와 상기 전자석을 절연하기 위한 고전압 절연구조와, 상기 ECR 이온원에서 생성된 이온을 인출하는 빔 인출부 및 질량분석부를 포함하여 구성되며, 상기 ECR 용기는, 전자 공명 및 하전입자 밀폐를 위해 상기 전자석의 내부에 배치되고, 원통형의 상기 ECR 용기 외피에 형성되는 냉각층을 포함하며, 상기 고전압 절연구조는, 상기 전자석과 상기 6극 영구자석 사이의 공간층에 단순 원통형의 절연층으로서 배치됨으로써 상기 냉각층과 함께 형성되지 않도록 하고, 그것에 의해, 제작과 조립이 용이하면서도 6극 자장의 효율을 극대화시키는 절연구조를 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템이 제공된다. In order to achieve the object as described above, according to the present invention, in the strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction, the ECR ion source for generating an ECR plasma to supply microwaves, and formed in a cylindrical shape therein A magnet bundle consisting of an ECR container accommodating the ECR ion source, an electromagnet for forming a axial magnetic field, a six pole permanent magnet for forming a six-pole magnetic field component, and a high voltage for insulating the ECR container and the electromagnet It comprises an insulating structure, a beam extraction unit and a mass spectrometer for extracting ions generated from the ECR ion source, the ECR container is disposed inside the electromagnet for electron resonance and charged particle sealing, And a cooling layer formed on the shell of the ECR container, wherein the high voltage insulating structure is connected to a space layer between the electromagnet and the six-pole permanent magnet. It is arranged as a cylindrical insulating layer so as not to be formed with the cooling layer, thereby making it easy to fabricate and assemble, while having a dielectric structure to maximize the efficiency of the six-pole magnetic field, a strong for multi-valent ion beam extraction An enteric ECR ion source system is provided.

상기한 시스템은, 상기 전자석의 축자장용 솔레노이드(Solenoid) 코일을 양단과 중앙부의 세 부분으로 구성하고, 상기 중앙부의 코일의 전류를 가감하거나 방향을 바꿈으로써 축자장 형태를 조정하도록 구성된 것을 특징으로 한다. The above system is characterized in that the solenoid coil for the magnetic field of the electromagnet (Solenoid) is composed of three parts at both ends and the center portion, and configured to adjust the shaft field shape by adding or subtracting or changing the current of the coil at the center portion. do.

여기서, 상기 전자석은, 자장구조를 극대화하기 위해 자기거울비가 목표치에 도달하도록 상기 ECR 용기가 내부에 삽입되는 요크 구조를 포함하며, 상기 요크 구조는, 상기 6극 영구자석을 고정하는 6극 고정요크(hexapole fixing yoke) 및 상기 ECR 용기를 고정하는 챔버 요크(chamber yoke)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. Here, the electromagnet includes a yoke structure into which the ECR container is inserted so that the magnetic mirror ratio reaches a target value in order to maximize the magnetic field structure, and the yoke structure includes a six-pole fixed yoke for fixing the six-pole permanent magnet. (hexapole fixing yoke) and the chamber yoke (chamber yoke) for fixing the ECR container.

또한, 상기 요크 구조는, 상기 전자석과 연속되는 자기회로에서 자기저항(Magnetic reluctance)이 최소화 되도록, 트림 코일 전류의 미세조정에 의해 체적공명영역(Volumetric resonance region)을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the yoke structure may be configured to form a volumetric resonance region by fine adjustment of trim coil current so that magnetic reluctance is minimized in a magnetic circuit continuous with the electromagnet.

아울러, 상기 전자석은, 상기 ECR 용기의 공간 효율성과 자기거울비가 극대화 되도록, 상기 트림 코일 양 측면에 있는 원판형 철심의 두께를 조정하여 상기 이온원의 중심이 되는 상기 6극 영구자석의 중앙에 자기거울의 극소자장(Minimum-B)점을 형성시키도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the electromagnet is magnetic in the center of the six-pole permanent magnet that is the center of the ion source by adjusting the thickness of the disk-shaped iron cores on both sides of the trim coil to maximize the space efficiency and magnetic mirror ratio of the ECR container It is characterized in that it is configured to form the minimum field length (Minimum-B) of the mirror.

또한, 상기 자석뭉치를 구성하는 상기 6극 영구자석은, 상기 ECR 플라즈마 용기의 외경과 상기 전자석의 내경에 꼭 맞도록 형성된 원통 형태를 가지고, 90도, -90도, 45도, -45도, 180도로 각각 자화방향을 다르게 하여 가공된 45H 급의 Nd 영구자석 조각 24섹터를 포함하여 할박흐(Halbach)형으로 형성되며, 상기 6극 영구자석은, 상기 전자석에 적합하도록 자기거울 양쪽에서 자기 스트레스에 강하게 구성된 4겹 구조의 영구자석으로 구성되며, 이때, 축방향의 자장 스트레스에 견딜 수 있도록 보자력 특성이 다른 축방향의 4쪽의 6극 자석들을 직렬로 연결하여 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the six-pole permanent magnet constituting the magnet bundle has a cylindrical shape formed to fit the outer diameter of the ECR plasma vessel and the inner diameter of the electromagnet, 90 degrees, -90 degrees, 45 degrees, -45 degrees, It is formed in Halbach type including 24 sectors of 45H-class Nd permanent magnet pieces processed at 180 degrees with different magnetization directions, and the six-pole permanent magnet has magnetic stress on both sides of the mirror to be suitable for the electromagnet. It consists of a permanent magnet of four-layer structure that is strongly configured to, in this case, characterized in that the coercive force is configured by connecting the six-pole magnets of the four axial direction with different coercive characteristics in order to withstand the axial magnetic field stress.

더욱이, 상기 ECR 플라즈마 용기는, 스테인리스강과 알루미늄을 마찰 압접 방법을 사용하여 접합하고, 원통의 바깥쪽에 축방향으로 홈을 내고 그 위에 얇은 스테인리스강 덮개를 씌워 냉각관로를 만든 후, 상기 스테인리스강 덮개를 알루미늄 양편의 스테인리스강 슬리브에 용접하여 고온, 고밀도의 ECR 플라즈마가 용이하게 만들어질 수 있도록 초고진공 환경을 제공하는 원통형 용기로 구성된 것을 특징으로 한다. Further, the ECR plasma vessel joins stainless steel and aluminum using a friction welding method, grooves in the axial direction on the outer side of the cylinder and covers the thin stainless steel cover thereon to form a cooling conduit, and then closes the stainless steel cover. Welding to both sides of the stainless steel sleeve of the aluminum, characterized in that consisting of a cylindrical container that provides an ultra-high vacuum environment so that high-temperature, high-density ECR plasma can be easily made.

또한, 상기 시스템은, 상기 전자석의 철심의 일부를 절단하여 그 사이에 상기 고전압 절연구조를 배치시킴으로써, 상기 ECR 플라즈마 용기, 상기 요크 구조, 상기 자석뭉치 및 고주파 부품의 일부가 고전압 전위에 위치하고, 나머지 부분은 모두 접지 전위에 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the system cuts a part of the iron core of the electromagnet and arranges the high voltage insulating structure therebetween, whereby the ECR plasma container, the yoke structure, the magnet bundle and a part of the high frequency component are positioned at a high voltage potential, The parts are all configured to be at ground potential.

아울러, 상기 시스템은, 상기 ECR 이온원에 마이크로 웨이브를 효과적으로 공급하기 위한 고주파 회로 및 상기 마이크로 웨이브를 차폐하기 위한 마이크로 웨이브 차폐구조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The system may further include a high frequency circuit for effectively supplying microwaves to the ECR ion source and a microwave shielding structure for shielding the microwaves.

또, 상기 빔인출부는, 플라즈마를 수용하는 플라즈마 챔버(plasma chamber)와, 이온빔이 인출되는 빔 인출 그리드(beam extraction grid)와, 외부와의 절연을 위한 고전압 절연부(high voltage insulator)와, 이온빔을 집속하기 위한 정전렌즈(electrostatic lens) 및 빔 진단 챔버(beam diagnotic chamber)와, 인출 간격을 조절하기 위한 인출 갭 컨트롤러(extraction gap controller)를 포함하여 구성되고, 상기 정전렌즈는 아인젤 렌즈(Einzel lens)로 구성되며, 상기 빔인출 전극과 상기 정전렌즈를 이동형으로 형성하고, 상기 정전렌즈를 구동부에 포함시킴으로써, 빔인출 전압을 효과적으로 조정하고 다양한 빔종류에 대하여 전극의 간극 조정에 의해 최적의 빔인출을 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the beam extraction unit may include a plasma chamber for accommodating plasma, a beam extraction grid from which ion beams are extracted, a high voltage insulator for insulation from the outside, and an ion beam An electrostatic lens and a beam diagnotic chamber to focus the light, and an extraction gap controller to adjust the extraction interval. The electrostatic lens includes an Einzel lens. lens, wherein the beam extraction electrode and the electrostatic lens are formed in a movable type, and the electrostatic lens is included in the driving unit, thereby effectively adjusting the beam extraction voltage and adjusting the gap of the electrode for various beam types. Characterized in that configured to perform the withdrawal.

또한, 상기 시스템은, 마이크로 웨이브 공급원인 클라이스트론 앰프(klystron amplifier)와, 고주파 스위치, 제 1 의사부하(dummy load-1), 서큘레이터(circulator), 제 2 의사부하(dummy load-2), 방향성 결합기(directional coupler), 파워센서(power sensor), 튜너(tuner), dc 브레이커(dc breaker) 그리고 기본적인 도파관 부품과 진공 윈도우(vacuum window) 및 런처(launcher)를 포함하여 구성되어, 상기 클라이스트론 앰프로부터 상기 이온원까지 고주파 전력을 전송하는 고주파 시스템을 더 포함하도록 구성된 것을 특징으로 한다. The system also includes a klystron amplifier, a microwave source, a high frequency switch, a first dummy load-1, a circulator, a second dummy load-2, and a directionality. A directional coupler, power sensor, tuner, dc breaker and basic waveguide components, including a vacuum window and a launcher, from the Klystron amplifier And a high frequency system for transmitting high frequency power to the ion source.

여기서, 상기 방향성 결합기 후단의 상기 튜너는, 스크류(screw)를 조정하여 상기 파워센서에 의해 측정된 반사전력이 최소가 되도록 함으로써 최적의 매칭(matching)을 구현하도록 구성된 것을 특징으로 한다. Here, the tuner at the rear end of the directional coupler is characterized in that it is configured to implement an optimum matching by adjusting a screw to minimize the reflected power measured by the power sensor.

또, 상기 dc 브레이커는, 1mm 두께의 테플론 필름(Teflon film)과 고주파 차폐홈을 가지는 도체 디스크(disc)를 하나의 모듈로서 이를 적어도 하나 이상의 층으로 하여 구성되며, 그것에 의해 상기 이온원에 걸리는 가속전압을 접지로부터 절연하고 상기 고주파 전력이 밖으로 누설되는 것을 방지하여 작업자에게 해를 끼치는 일이 없도록 하는 동시에, 상기 고주파 전력이 상기 이온원에 원활히 전달되도록 하는 역할을 하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the dc breaker is composed of a conductor disk (disc) having a 1 mm thick Teflon film and a high frequency shielding groove as one module as at least one layer, thereby accelerating the ion source It is characterized in that it is configured to insulate a voltage from the ground and prevent the high frequency power from leaking out so as not to harm the operator, and at the same time, the high frequency power is smoothly transferred to the ion source.

또한, 상기 시스템은, 자체 컨트롤러를 가지지 않은 부분은 ecrMIO(ecr Multifunction Input/Output module)를 통해 모니터 및 제어를 수행하고, 자체 컨트롤러를 가지는 부분은 제공된 프로토콜을 이용하여 소프트웨어 드라이버를 작성하여 구동하며, 상기 시스템 전체를 리눅스 상에서 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)를 통하여 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다. In addition, the system monitors and controls a part without an own controller through an ecrMIO (ecr Multifunction Input / Output module), and a part with its own controller writes and drives a software driver using a provided protocol. The entire system is characterized in that it is configured to control through the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) on Linux.

여기서, 상기 시스템의 주요 운전변수는, 전자석 전류, 고주파 입력 및 기체 유량으로 하고, 상기 시스템의 성능 파라미터는, X선 스펙트럼, 가시광 세기 및 빔 전류 값으로 하며, 그것에 의해, 임의의 운전변수의 조합에서도 특정 이온에 대하여 가장 최대의 빔 전류값을 얻을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. Here, the main operating variables of the system are electromagnet current, high frequency input and gas flow rate, and the performance parameters of the system are X-ray spectrum, visible light intensity and beam current value, whereby any combination of operating variables Also characterized in that configured to obtain the maximum beam current value for a particular ion.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래에 비하여 더 강력하고 효과적인 자장구조와 더 높은 전자온도의 ECR 플라즈마 발생 구조를 가지는 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템이 제공된다. As described above, according to the present invention, there is provided a new magnetic field ECR ion source system for the extraction of a multivalent ion beam having a stronger and more effective magnetic field structure and a higher electron temperature ECR plasma generation structure.

따라서 본 발명에 따르면, 종래의 이온빔 인출 시스템에 비하여 보다 더 높은 수준의 다가 이온과 더 큰 전류의 이온빔을 얻어낼 수 있는 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공할 수 있다. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a strong magnetic field ECR ion source system for new multivalent ion beam extraction that can obtain a higher level of multivalent ions and a larger current ion beam than conventional ion beam extraction systems.

또한, 본 발명에 따르면, 단순한 절연구조를 통하여 비용이 절감되고, 그것에 의해 유지보수가 간편한 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a strong magnetic field ECR ion source system for the extraction of a new multi-valent ion beam, the cost is reduced through a simple insulating structure, which is easy to maintain.

또한, 본 발명에 따르면, 하나의 이온원으로 다양한 원소의 다가 이온빔을 만들어 다양한 실험에 적용할 수 있도록 하는 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공할 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a strong magnetic field ECR ion source system for the extraction of a new multivalent ion beam that can be applied to a variety of experiments by making a multivalent ion beam of various elements with one ion source.

도 1은 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템에서 ECR 이온원의 자장구조를 만들어주는 자석뭉치들을 중심으로 진공용기와 빔인출부의 일부의 상세한 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템에 의해 달성된 강력한 자장구조의 특성 중에서 축방향 자장값의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 24개의 섹터로 조립된 6극 자석 4개가 조립되는 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 2차 전자 생성율을 높이기 위해 알루미늄과 스테인리스 스틸을 마찰 용접하여 이루어지는 수냉식 ECR 이온원 용기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 다양한 다가 원소들의 빔을 인출하기 위한 정전렌즈를 포함하는 이동형 빔 인출 전극시스템의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 이온원에 고주파 에너지를 공급하기 위한 고주파 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 다가 이온빔 인출을 위한 제어시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing the overall configuration of a strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing a detailed configuration of a vacuum vessel and a part of a beam extraction unit around magnet bunches that make a magnetic field structure of an ECR ion source in a strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention.
3 is a graph showing the distribution of axial magnetic field values among the characteristics of the strong magnetic structure achieved by the strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a structure in which four six-pole magnets assembled into twenty four sectors are assembled.
5 is a view schematically showing the structure of a water-cooled ECR ion source container formed by friction welding aluminum and stainless steel to increase secondary electron generation rate.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a structure of a movable beam drawing electrode system including an electrostatic lens for drawing beams of various multivalent elements.
7 is a diagram schematically showing a configuration of a high frequency system for supplying high frequency energy to an ion source.
8 is a diagram schematically showing a configuration of a control system for multivalent ion beam extraction.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the details of the ferromagnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention will be described.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다. Hereinafter, it is to be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

즉, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템은, 더 강력하고 효과적인 자장구조를 만들어내기 위해 진공용기 내의 요크 체적을 최대화하여 전자석에 의한 축방향 자장이 최대 1.7T 이상 되도록 하였고, 또한, 전자석에 의한 자기 스트레스를 감안한 설계에 의해 반경 방향 자장 용기벽 위치에서 최대 1.2T 이상을 얻을 수 있도록 하는 것이다. That is, as described below, the strong magnetic field ECR ion source system for the multivalent ion beam extraction according to the present invention, the axial magnetic field by the electromagnet is maximized by maximizing the yoke volume in the vacuum vessel to create a more powerful and effective magnetic structure It is designed to be 1.7T or more, and also, by considering the magnetic stress caused by the electromagnet, it is possible to obtain a maximum 1.2T or more at the radial magnetic field container wall position.

또한, 본 발명은, 플라즈마 용기의 공간 효율성과 자기거울 비가 극대화 되도록, 트림 코일 양 측면에 있는 원판형 철심(Yoke)의 두께를 조정하여 장치의 중심인 6극 영구자석의 중앙에 자기거울의 극소자장(Minimum-B)점을 형성시킨 솔레노이드 전자석을 구성하였고, 이 트림 코일 전류의 미세조정으로 체적공명영역(Volumetric resonance region)을 형성할 수 있도록 하였다. In addition, the present invention, by adjusting the thickness of the disk-shaped yoke on both sides of the trim coil to maximize the space efficiency and the magnetic mirror ratio of the plasma vessel, the minimum of the magnetic mirror in the center of the six-pole permanent magnet which is the center of the device A solenoid electromagnet having a magnetic field (Minimum-B) point was formed, and the volumetric resonance region was formed by fine adjustment of the trim coil current.

아울러, 더 높은 전자온도의 ECR 플라즈마 발생구조를 만들기 위해, 본 발명은, 이차 전자 생성율을 높이기 위해 6극 자석 부분은 알루미늄으로 용기를 만들고 양쪽으로는 스테인리스강 슬리브 및 플랜지를 접합하여 제작하고, 알루미늄 원통에 냉각수 회로를 구성한 ECR 플라즈마 용기를 구현하였고, ECR 플라즈마에 마이크로 웨이브를 효과적으로 공급하기 위한 고주파 회로와, 차폐 및 절연구조를 가지는 고주파 공급시스템을 구성하였다. In addition, in order to create a higher electron temperature ECR plasma generating structure, the present invention, in order to increase the secondary electron generation rate, the six-pole magnet part is made of aluminum and the stainless steel sleeve and flanges are bonded to both sides, aluminum An ECR plasma vessel having a coolant circuit in the cylinder was implemented, and a high frequency circuit for effectively supplying microwaves to the ECR plasma, and a high frequency supply system having a shielding and insulation structure were constructed.

또, 효과적인 다가 이온빔 인출을 위해, 본 발명은, 원통형의 플라즈마 용기 외피에 형성될 냉각층에 절연층이 함께 형성되지 않도록 하고, 외곽 솔레노이드 전자석과 6극 영구자석 사이의 공간층에 단순 원통형의 절연층을 배치함으로써, 제작과 조립이 용이하면서도 6극 자장의 효율을 극대화시키는 절연구조를 구현하였고, 다가 이온빔의 효과적인 인출을 위해 이동형 빔인출 전극구조 및 이온빔 렌즈를 구성하였으며, 다가 이온빔을 효과적으로 인출하기 위한 제어 시스템 및 모든 센서와 구동기를 리눅스상에서 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)를 통하여 제어하는 시스템을 구성하였다. In addition, in order to effectively draw out the multivalent ion beam, the present invention prevents the insulating layer from being formed together in the cooling layer to be formed in the cylindrical plasma container shell, and the simple cylindrical insulation in the space layer between the outer solenoid electromagnet and the six-pole permanent magnet. By arranging the layers, it is easy to manufacture and assemble, and realizes an insulation structure that maximizes the efficiency of the 6-pole magnetic field, and a mobile beam extraction electrode structure and an ion beam lens are configured for effective extraction of the multivalent ion beam. The control system and all the sensors and actuators are constructed under Linux through EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System).

계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Subsequently, a specific embodiment of the strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. First, with reference to FIG. 1, a specific configuration of a ferromagnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention will be described.

도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명을 적용하여 완성된 ECR 이온원의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내고 있다. Referring to FIG. 1, FIG. 1 schematically shows the overall configuration of an ECR ion source completed by applying the present invention.

즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템(10)은, ECR 플라즈마를 생성하여 마이크로 웨이브를 공급하는 ECR 이온원(11)과, ECR 이온원(11)을 수용하는 ECR 용기(12)와, 6극 영구자석으로 구성된 자석뭉치(14)와, ECR 용기(12) 및 자석뭉치(14)가 내측에 설치되는 전자석(13)과, 각 부품들을 절연하기 위한 고전압 절연구조(15)와, ECR 이온원(11)에서 생성된 이온을 인출하는 빔 인출부(16) 및 질량분석부(도시하지 않음)를 포함하여 구성되어 있다. That is, as shown in FIG. 1, the strong magnetic field ECR ion source system 10 for multivalent ion beam extraction according to the present invention includes an ECR ion source 11 for generating an ECR plasma and supplying microwaves, and an ECR ion source. An ECR container 12 accommodating 11, a magnet bundle 14 composed of six-pole permanent magnets, an electromagnet 13 in which the ECR container 12 and the magnet bundle 14 are provided inside, and each part thereof; And a high voltage insulating structure 15 for isolating them, a beam extracting portion 16 for extracting ions generated from the ECR ion source 11, and a mass spectrometry portion (not shown).

여기서, ECR 플라즈마가 만들어지는 ECR 이온원(11) 부분은, 전자 공명과 하전입자 밀폐라는 두 가지 기능이 잘 실현될 수 있도록, 6극 자장 성분을 형성해 주는 6극 영구자석으로 구성된 자석뭉치(14)와 축자장을 만들어 주는 전자석(13) 내부에 배치되어 있다. Here, the ECR ion source 11 in which the ECR plasma is made is a magnet bundle 14 composed of six-pole permanent magnets that form a six-pole magnetic field component so that two functions of electron resonance and charged particle sealing can be realized well. ) And an electromagnet 13 to create a shaft field.

따라서 이들 두 자장 성분이 결합됨으로써, ECR 용기(12)의 양 끝단과 용기의 벽 근처에서는 강한 미러 자장이 형성되고, ECR 용기(12) 내부에서는 극소 자장이 형성되어, 전자와 이온의 밀폐시간을 충분히 유지시키도록 구성되어 있다. Therefore, by combining these two magnetic field components, a strong mirror magnetic field is formed at both ends of the ECR container 12 and near the wall of the container, and a very small magnetic field is formed inside the ECR container 12, so as to close the electron and ion ions. It is configured to hold sufficiently.

또한, 극소자장 부분을 얼마큼 편평하게 만들 것인지에 따라 공명영역이 타원체 외피에 국한되어 표면 플라즈마(surface plasma)를 형성하거나, 타원체 전체로 퍼져 소위 체적 플라즈마(volume plasma)를 만들 수 있다. In addition, depending on how much to make the ultra-small field portion, the resonance region may be limited to the ellipsoidal shell to form a surface plasma, or spread throughout the ellipsoid to form a so-called volume plasma.

이를 위해, 본 발명은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 축자장용 솔레노이드(Solenoid) 코일(21)을 양단과 중앙부의 세 부분으로 구성하고 있고, 여기서, 중앙부의 코일뭉치의 전류를 가감하거나 방향을 바꿈으로써 축자장 형태를 조정할 수 있다. To this end, the present invention, as shown in Fig. 2, the shaft magnetic field (Solenoid) coil 21 is composed of three parts at both ends and the center portion, where the current of the coil bundle in the center portion is added or decreased or changed direction By changing the shape of the shaft field can be adjusted.

아울러, 전자석(13)의 요크 구조는, 자기거울비가 목표치에 도달하도록, 필요한 최소의 개구부만 남기고 ECR 플라즈마 용기(12) 내부에도 요크 구조를 삽입하여 자장구조를 극대화하였으며, 여기서, 상기한 요크 구조는, 6극 영구자석을 고정하는 6극 고정요크(hexapole fixing yoke)(22) 및 ECR 용기(12)를 고정하는 챔버 요크(chamber yoke)(23)를 포함하여 구성된다. In addition, the yoke structure of the electromagnet 13 maximized the magnetic field structure by inserting the yoke structure inside the ECR plasma vessel 12 so that the magnetic mirror ratio reaches the target value, leaving only the minimum openings necessary, wherein the yoke structure 6 includes a hexapole fixing yoke 22 for fixing the 6-pole permanent magnet and a chamber yoke 23 for fixing the ECR container 12.

또한, 상기 요크 구조는, 외곽 솔레노이드 전자석(13)과 연속되는 자기회로에서 자기저항(Magnetic reluctance)이 최소화 되도록 형상을 최적화함으로써, 트림 코일 전류의 미세조정에 의한 14GHz 체적공명영역(Volumetric resonance region)의 형성이 가능하게 된다. In addition, the yoke structure has a 14 GHz volume resonance region by fine adjustment of the trim coil current by optimizing the shape to minimize magnetic reluctance in the magnetic circuit continuous with the outer solenoid electromagnet 13. Can be formed.

아울러, ECR 용기(12)는, 후술하는 바와 같이, 원통형으로 형성되어 그 외피에 형성되는 냉각층을 포함하며, 또한, 고전압 절연구조(15)는, 이러한 냉각층과 함께 형성되지 않도록, 전자석(13)과 6극 영구자석으로 구성된 자석뭉치(14) 사이의 공간층에 단순 원통형의 절연층으로서 형성된다. In addition, the ECR container 12 includes a cooling layer that is formed in a cylindrical shape and formed on the outer surface thereof, as described later, and the high voltage insulating structure 15 is not formed together with the cooling layer. It is formed as a simple cylindrical insulating layer in the space layer between 13) and the magnet bundle 14 composed of six-pole permanent magnets.

따라서 그것에 의해, 제작과 조립이 용이하면서도 6극 자장의 효율을 극대화시키는 절연구조를 가지도록 ECR 이온원을 구성할 수 있다. Accordingly, the ECR ion source can be configured to have an insulating structure that is easy to manufacture and assemble and maximizes the efficiency of the six-pole magnetic field.

아울러, ECR 용기(12)의 공간 효율성과 자기거울비가 극대화 되도록, 트림 코일 양 측면에 있는 원판형 철심(Yoke)의 두께를 조정하여 장치의 중심인 6극 영구자석의 중앙에 자기거울의 극소자장(Minimum-B)점을 형성시킬 수 있다. In addition, to maximize the space efficiency and magnetic mirror ratio of the ECR container 12, the thickness of the disk-shaped yoke on both sides of the trim coil is adjusted so that the magnetic element length of the magnetic mirror is in the center of the six-pole permanent magnet. (Minimum-B) can be formed.

계속해서, 도 3은 상기한 바와 같은 과정으로 설계된 요크 및 아이언 플러그(Iron plug)를 포함하는 솔레노이드 전자석의 주요 설계규격과 Q-Field로 계산한 축방향 자장(Bz)의 분포를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing the main design specification of the solenoid electromagnet including the yoke and the iron plug designed by the above-described process, and the distribution of the axial magnetic field B z calculated by the Q-Field. .

도 3에 있어서, 고주파 입사부분은 1.7T이고, 빔 인출부분은 1.1T의 자장값을 가진다. In Fig. 3, the high frequency incident part is 1.7T, and the beam lead-out part has a magnetic field value of 1.1T.

또한, 도 4는 6극 자석으로 구성된 자석뭉치(14)의 구조를 나타내는 도면이며, 도 4에 있어서, 6극 자석은 ECR 플라즈마 용기(12) 외경과 전자석(13)의 내경에 꼭 맞도록 형성된 원통 형태를 가지고, 90도, -90도, 45도, -45도, 180도로 자화방향을 다르게 하여 가공된 45H 급의 Nd 영구자석 조각 24섹터들을 모아서 할박흐(Halbach)형으로 형성되며, 축방향의 강력한 자장 스트레스에 견딜 수 있도록 보자력 특성이 다른 축방향의 4쪽의 6극 자석들을 직렬로 연결하여 구성되어 있다. FIG. 4 is a view showing the structure of the magnet bundle 14 composed of six-pole magnets. In FIG. 4, the six-pole magnets are formed to fit perfectly with the outer diameter of the ECR plasma vessel 12 and the inner diameter of the electromagnet 13. 24 sectors of 45H-class Nd permanent magnets processed in 90 °, -90 °, 45 °, -45 °, and 180 ° with different magnetization directions are formed in Halbach shape. In order to withstand the strong magnetic field stress in the direction, the coercive property is composed by connecting four 6-pole magnets in different axial directions in series.

또한, ECR 플라즈마 용기(12)는, 고온, 고밀도의 ECR 플라즈마가 용이하게 만들어질 수 있도록 초고진공 환경을 제공하는 원통형 용기로서, 6극 자장 감쇠를 최대한 피하기 위해 가능하면 두께를 줄이고, 자석이 원통홈 내부에 밀착되도록 설치되므로, 플라즈마 및 고주파 가열에 의한 열이 용기 밖으로 전달되어 6극 자석을 손상시키지 않도록 냉각이 필요하게 된다. In addition, the ECR plasma vessel 12 is a cylindrical vessel that provides an ultra-high vacuum environment so that high-temperature, high-density ECR plasma can be easily produced. The ECR plasma vessel 12 reduces the thickness as much as possible to avoid the six-pole magnetic field attenuation as much as possible, and the magnet is a cylinder. Since it is installed to be in close contact with the inside of the groove, cooling is required so that heat by plasma and high frequency heating is transferred out of the container and not damage the six-pole magnet.

아울러, 이러한 냉각은 용기 자신의 변형을 피하기 위해서도 필수적이며, 또한, ECR 플라즈마 이온 밀폐시간을 길게 만들어 큰 다가 이온 생성률을 얻기 위해서는 플라즈마 전위를 낮추어 주어야 하며, 이와 같은 목적으로 전자 손실을 억제하고 외부에서 추가로 전자를 공급하는 것이 필수적인 것으로 알려져 있다. In addition, such cooling is essential to avoid deformation of the container itself, and also to lower the plasma potential in order to increase the ECR plasma ion closing time and obtain a large multivalent ion generation rate. In addition, it is known to supply electrons.

이와 같이 2차 전자의 생성률을 높이기 위해, 본 발명에서는, 6극 자석 부분은 알루미늄으로 용기를 만들고, 양쪽으로는 스테인리스강 슬리브 및 플랜지를 접합하며, 알루미늄 원통에 냉각수 관로를 형성하는 방법을 적용하였다. In order to increase the generation rate of secondary electrons as described above, in the present invention, the six-pole magnet part is made of aluminum, a stainless steel sleeve and a flange are joined to both sides, and a cooling water pipe is formed in the aluminum cylinder. .

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 스테인리스강과 알루미늄을 마찰 압접 방법을 사용하여 접합하고, 원통의 바깥쪽에 축방향으로 홈을 내고 그 위에 얇은 스테인리스강 덮개(51)를 씌워 냉각관로를 만든 후, 스테인리스강 덮개(51)를 알루미늄 양편의 스테인리스강 슬리브(52)에 용접하여 냉각관로를 구성한다. That is, as shown in Fig. 5, after joining stainless steel and aluminum using a friction welding method, a groove is formed in the axial direction on the outside of the cylinder and a thin stainless steel cover 51 is placed thereon to form a cooling conduit. The steel cover 51 is welded to the stainless steel sleeve 52 on both sides of aluminum to form a cooling conduit.

따라서 상기한 바와 같이, 2차 전자 생성률이 높은 알루미늄을 ECR 플라즈마 발생 용기 재료로 사용하여, 충분한 냉각관로를 형성하면서도 기계적인 강도를 유지하는 동시에, 진공 부품들이 신뢰성 있고 편리하게 연결되도록 구성할 수 있다. Therefore, as described above, aluminum having a high secondary electron generation rate can be used as an ECR plasma generating vessel material, so that the vacuum components can be reliably and conveniently connected while maintaining a mechanical strength while forming a sufficient cooling conduit. .

또한, 이온빔은 양전하를 띠고 있어 음전위 쪽으로 인출 및 가속되므로, 가속전극을 음(-)전위로 하거나 플라즈마 쪽을 양(+)전위로 할 수 있는데, 후자 쪽이 고전압으로 유지하는 범위를 최소화하는데 더욱 바람직하다. In addition, since the ion beam has a positive charge and is drawn and accelerated toward the negative potential, the accelerating electrode can be negative (-) or the plasma side can be positive (+), which minimizes the range in which the latter maintains a high voltage. desirable.

여기서, 6극 영구자석은 용기와 한 몸체를 이루고 있어 어차피 분리가 불가능하므로, 용기와 같이 고전압 전위에 놓인다. Here, the six-pole permanent magnet forms a body with the container, so it cannot be separated anyway, so that it is placed at a high voltage potential as the container.

따라서 본 발명에서는, 도 2에 나타낸 절연구조와 같이, 전자석 철심의 일부도 잘라서 그 사이에 절연구조를 배치시킴으로써 단순한 절연구조를 실현하였다. Therefore, in the present invention, as in the insulating structure shown in Fig. 2, a simple insulating structure is realized by cutting a part of the electromagnet core and disposing the insulating structure therebetween.

이러한 구조에 의해, ECR 플라즈마 용기(12), 내부 요크 구조(22, 23), 6극 자석뭉치(14), 고주파 부품 일부가 고전압 전위에 위치하고, 나머지 부분은 모두 접지 전위에 있게 된다. By this structure, the ECR plasma vessel 12, the inner yoke structures 22 and 23, the six-pole magnet bundle 14, and a part of the high frequency components are placed at the high voltage potential, and the remaining portions are all at the ground potential.

즉, 전자석(13)의 몸체는 바깥 부분이 접지되어 있고 고전압인 안쪽 부분과는 절연되어 있지만, 구조적으로는 안쪽의 부품들과 일체화되어 있으며, 가장 견고하고 무거운 부품으로서 ECR 이온원 전체 시스템을 일정한 위치와 형태로 유지하는 기본 골격이 된다. In other words, the body of the electromagnet 13 is grounded and insulated from the inner part of the high voltage, but structurally integrated with the inner parts, and the most robust and heavy part, the entire ECR ion source system is fixed. It becomes a basic skeleton that maintains its position and shape.

이와 같이 하여 구성된 이온원에서 생성된 이온은 플라즈마 전극에 뚫린 직경 8mm의 구멍을 통해 인출되고, 1단 가속전극에 의해 최대 50kV까지 가속된다. The ions generated in the ion source thus constructed are taken out through holes having a diameter of 8 mm, which are drilled in the plasma electrode, and are accelerated up to 50 kV by the first stage acceleration electrode.

또한, 이온원에서 인출된 빔은 정전렌즈를 거쳐 집속되고, 휨자석을 통과하면서 필요한 이온을 분리한다. In addition, the beam drawn from the ion source is focused through the electrostatic lens and separates necessary ions while passing through the bending magnet.

도 6은 빔인출 전압을 조정하고, 다양한 빔종류에 대한 실험을 수행할 때 전극의 간극 조정에 의해 최적의 빔인출을 수행할 수 있도록 간극조정이 가능한 빔 인출 시스템으로서 구성된 빔 인출부(16)의 구성을 나타내고 있다. FIG. 6 shows a beam extraction unit 16 configured as a beam extraction system capable of adjusting the beam extraction voltage and adjusting the beam extraction voltage to perform optimal beam extraction by adjusting the gap of the electrode when performing experiments on various beam types. The configuration is shown.

도 6에 나타낸 바와 같이, 빔 인출부(16)는, 플라즈마를 수용하는 플라즈마 챔버(plasma chamber)(61)와, 이온빔이 인출되는 빔 인출 그리드(beam extraction grid)(62)와, 외부와의 절연을 위한 고전압 절연부(high voltage insulator)(63)와, 이온빔을 집속하기 위한 정전렌즈(electrostatic lens)(64)와 빔 진단 챔버(beam diagnotic chamber)(65) 및 인출 간격을 조절하기 위한 인출 갭 컨트롤러(extraction gap controller)(66)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 6, the beam extraction unit 16 includes a plasma chamber 61 containing a plasma, a beam extraction grid 62 from which an ion beam is extracted, and an outside of the beam extraction unit 16. A high voltage insulator 63 for insulation, an electrostatic lens 64 for focusing the ion beam, a beam diagnotic chamber 65, and a drawout for adjusting the extraction interval And a gap controller 66.

도 6에 있어서, 정전렌즈는(64) 아인젤 렌즈(Einzel lens)로 구성되며, 도 6에 나타낸 바와 같이 이러한 정전렌즈(64)를 구동부에 포함시킴으로써, 빔 인출 조건을 효과적으로 조절할 수 있다. In FIG. 6, the electrostatic lens 64 is composed of an Einzel lens, and as shown in FIG. 6, by including the electrostatic lens 64 in the drive unit, the beam extraction condition can be effectively adjusted.

아울러, 본 발명은, ECR 이온원(11)에 마이크로 웨이브를 효과적으로 공급하기 위한 고주파 회로 및 마이크로 웨이브를 차폐하기 위한 마이크로 웨이브 차폐구조를 더 포함하도록 구성할 수도 있다. In addition, the present invention may be configured to further include a high frequency circuit for effectively supplying microwaves to the ECR ion source 11 and a microwave shielding structure for shielding the microwaves.

계속해서, 도 7은 마이크로 웨이브 공급원인 클라이스트론 앰프(klystron amplifier)로부터 이온원(Ion source)까지 고주파 전력을 전송하는 고주파 시스템의 구성도를 나타내고 있다. 7 shows a configuration diagram of a high frequency system for transferring high frequency power from a klystron amplifier, which is a microwave supply source, to an ion source.

도 7에 나타낸 바와 같이, 상기한 고주파 시스템(70)의 구성은, 고주파 스위치(71), 제 1 의사부하(dummy load-1)(72), 서큘레이터(circulator)(73), 제 2 의사부하(dummy load-2)(74), 방향성 결합기(directional coupler)(75), 파워센서(power sensor)(76), 튜너(tuner)(77), dc 브레이커(dc breaker)(78) 그리고 기본적인 도파관 부품과 진공 윈도우(vacuum window) 및 런처(launcher) 등으로 구성된다. As illustrated in FIG. 7, the configuration of the high frequency system 70 includes a high frequency switch 71, a first dummy load-1 72, a circulator 73, and a second pseudo physician. Dummy load-2 (74), directional coupler (75), power sensor (76), tuner (77), dc breaker (78) and basic It consists of a waveguide component, a vacuum window and a launcher.

여기서, 방향성 결합기(75) 후단의 튜너(77)는, 스크류(screw)를 조정하여 고주파 파워센서(76)에 의해 측정된 반사전력이 최소가 되도록 함으로써, 최적의 매칭(matching)을 구현하게 된다. Here, the tuner 77 at the rear end of the directional coupler 75 adjusts a screw to minimize the reflected power measured by the high frequency power sensor 76, thereby realizing an optimum matching. .

또한, dc 브레이커(DC breaker)는, 이온원에 걸리는 가속전압을 접지로부터 절연하고 고주파 전력이 밖으로 누설되는 것을 방지하여 작업자에게 해를 끼치는 일이 없도록 하면서, 고주파 전력이 이온원에 원활히 전달되도록 하는 역할을 하도록 하는 것으로, 1mm 두께의 테플론 필름(Teflon film)과, 고주파 차폐홈을 가지는 도체 디스크(disc)를 하나의 모듈로 하여 이를 여러 층으로 적층하는 구조로 구성된다. In addition, the dc breaker insulates the accelerating voltage applied to the ion source from the ground and prevents the high frequency power from leaking out so that the high frequency power can be smoothly transmitted to the ion source without harming the operator. In order to play a role, a 1mm-thick Teflon film and a conductor disk having a high frequency shielding groove are used as a module and stacked in several layers.

또한, 전체적인 ECR 이온원 시스템은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 리눅스 상에서 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)를 통하여 제어하는 시스템으로 운전되는데, 특히, 다가 이온빔을 효과적으로 인출하기 위해 빔인출 전극전류, 빔 전류, 정전렌즈 전류, 전자석 렌즈 전류 등을 포함하여 전극 간격을 조정할 수 있도록 구성된다. In addition, the overall ECR ion source system, as shown in Figure 8, is operated as a system to control through the EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System) on Linux, in particular, the beam extraction electrode current, It is configured to adjust the electrode spacing including beam current, electrostatic lens current, electromagnet lens current and the like.

더 상세하게는, 도 8은 제어대상이 되는 센서와 그 구동기가 직접 연결되는 인터페이스의 하드웨어 구성 및 제어구조를 나타낸 것으로, 도 8에 있어서 ecrMio(ecr Multifunction Input/Output module)는 MicroChip사의 pic 컨트롤러를 기반으로 하여 Master와 slave로 구성된다. More specifically, FIG. 8 illustrates a hardware configuration and a control structure of an interface to which a sensor to be controlled and an actuator are directly connected. In FIG. 8, an ecrMio (ecr Multifunction Input / Output module) uses a pic controller of MicroChip Corporation. It consists of Master and Slave based on that.

또한, 자체 컨트롤러를 가지지 않은 전원공급기(power supply) 및 그 밖의 온도 모니터링 장치 등은 ecrMIO를 통해 모니터 및 제어를 수행한다. In addition, power supplies and other temperature monitoring devices that do not have their own controllers are monitored and controlled via ecrMIO.

아울러, 자체 컨트롤러를 가지는 클라이스트론 고전력 증폭기(Klystron High Power Amplifier) 등은 제공된 프로토콜을 이용하여 소프트웨어 드라이버를 작성하고, 그것에 의해 구동된다. In addition, a Klystron High Power Amplifier or the like having its own controller creates a software driver using the provided protocol and is driven by it.

즉, 상기 시스템은, 상기한 시스템 전체를 EPICS을 이용하여 통합 운전하는 시스템으로서 구성된다. That is, the system is configured as a system in which the entire system described above is integrated and operated using EPICS.

여기서, 주요 운전변수는, 전자석 전류, 고주파 입력 및 기체 유량으로 하고, 성능 파라미터는, X선 스펙트럼, 가시광 세기 및 빔 전류 값으로 함으로써, 어떠한 운전변수의 조합에서도 특정 이온에 대하여 가장 최대의 빔 전류값을 얻을 수 있도록 구성할 수 있다. Here, the main operating variables are the electromagnet current, the high frequency input, and the gas flow rate, and the performance parameters are the X-ray spectrum, the visible light intensity, and the beam current values, so that the maximum beam current for a particular ion in any combination of operating variables. It can be configured to get a value.

따라서 상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래에 비하여 더 강력하고 효과적인 자장구조와 더 높은 전자온도의 ECR 플라즈마 발생구조를 가지는 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공할 수 있으며, 그것에 의해, 종래의 이온빔 인출 시스템보다 더 높은 수준의 다가 이온과 더 큰 전류의 이온빔을 얻어낼 수 있고, 또한, 단순한 절연구조를 통하여 비용이 절감되며, 유지보수가 간편한 동시에, 하나의 이온원으로 다양한 원소의 다가 이온빔을 만들어 다양한 실험에 적용할 수 있도록 하는 새로운 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템을 제공할 수 있다. Therefore, as described above, according to the present invention, it is possible to provide a new magnetic field ECR ion source system for the extraction of a new multivalent ion beam having a more powerful and effective magnetic field structure and a higher electron temperature ECR plasma generation structure, As a result, a higher level of multivalent ions and a larger current ion beam can be obtained than conventional ion beam extraction systems, and the cost is reduced through a simple insulating structure, which is easy to maintain and at the same time as a single ion source. It is possible to provide a new magnetic field ECR ion source system for extracting a multivalent ion beam that can be made into a multivalent ion beam of various elements and applied to various experiments.

이상 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다. As described above, the details of the ferromagnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction according to the present invention have been described through the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the contents described in the above embodiments. Therefore, it is a matter of course that the present invention can be variously modified, changed, combined and replaced by those skilled in the art according to the design needs and various other factors.

10. ECR 이온원 시스템 11. ECR 이온원
12. ECR 용기 13. 전자석
14. 자석뭉치 15. 고전압 절연구조
16. 빔 인출부 21. 솔레노이드 코일
22. 6극 고정요크 23. 챔버 요크
51. 스테인리스강 덮개 52. 스테인리스강 슬리브
61. 플라즈마 챔버 62. 빔 인출 그리드
63. 고전압 절연부 64. 정전렌즈
65. 빔 진단 챔버 66. 인출 갭 컨트롤러
70. 고주파 시스템 71. 고주파 스위치
72. 제 1 의사부하 73. 서큘레이터
74. 제 2 의사부하 75. 방향성 결합기
76. 파워센서 77. 튜너
78. dc 브레이커 10. ECR ion source system 11. ECR ion source
12. ECR Container 13. Electromagnet
14. Magnetic Bundle 15. High Voltage Insulation Structure
16. Beam lead-out 21. Solenoid coil
22. 6-pole fixed yoke 23. Chamber yoke
51. Stainless steel cover 52. Stainless steel sleeve
61. Plasma chamber 62. Beam extraction grid
63. High voltage insulation 64. Electrostatic lens
65. Beam Diagnostic Chamber 66. Withdrawal Gap Controller
70. High Frequency System 71. High Frequency Switch
72. First pseudo load 73. Circulator
74. Second pseudo load 75. Directional coupler
76. Power Sensor 77. Tuner
78. dc breaker

Claims (15)

다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템에 있어서,
ECR 플라즈마를 생성하여 마이크로 웨이브를 공급하는 ECR 이온원과,
원통형으로 형성되고, 내부에 상기 ECR 이온원을 수용하는 ECR 용기와,
상기 ECR 용기가 내부에 수용되고, 6극 자장 성분을 형성하는 6극 영구자석으로 구성된 자석뭉치와,
상기 자석뭉치의 외부에 형성되어 축자장을 형성하는 전자석과,
상기 자석뭉치와 상기 전자석 사이에 원통형의 절연층으로 형성되는 고전압 절연구조와,
상기 ECR 이온원에서 생성된 이온을 인출하는 빔 인출부 및 질량분석부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템.A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction,
An ECR ion source for generating an ECR plasma and supplying microwaves;
An ECR container having a cylindrical shape and accommodating the ECR ion source therein;
A magnet bundle composed of a six-pole permanent magnet housed therein and forming a six-pole magnetic field component;
An electromagnet formed outside the magnet bundle to form a axial field;
A high voltage insulating structure formed of a cylindrical insulating layer between the magnet bundle and the electromagnet,
A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction, comprising: a beam extraction unit and a mass spectrometer for extracting ions generated from the ECR ion source. 제 1항에 있어서,
상기 전자석의 축자장용 솔레노이드(Solenoid) 코일을 양단과 중앙부의 세 부분으로 구성하고,
상기 중앙부의 코일의 전류를 가감하거나 방향을 바꿈으로써 축자장 형태를 조정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 1,
The solenoid coil (Solenoid) for the magnetic field of the electromagnet consists of three parts at both ends and the center part,
A strong magnetic field ECR ion source system for extracting multi-valent ion beams, characterized in that for adjusting the axial magnetic field shape by changing or reversing the current of the coil in the center portion. 제 2항에 있어서,
상기 전자석은, 자장구조를 극대화하기 위해 자기거울비가 목표치에 도달하도록 상기 ECR 용기가 내부에 삽입되는 요크 구조를 포함하며,
상기 요크 구조는, 상기 6극 영구자석을 고정하는 6극 고정요크(hexapole fixing yoke) 및 상기 ECR 용기를 고정하는 챔버 요크(chamber yoke)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 2,
The electromagnet includes a yoke structure into which the ECR container is inserted so that the magnetic mirror ratio reaches a target value in order to maximize the magnetic structure.
The yoke structure includes a six-pole fixing yoke for fixing the six-pole permanent magnet and a chamber yoke for fixing the ECR container. ECR ion source system. 제 3항에 있어서,
상기 요크 구조는, 상기 전자석과 연속되는 자기회로에서 자기저항(Magnetic reluctance)이 최소화 되도록, 트림 코일 전류의 미세조정에 의해 체적공명영역(Volumetric resonance region)을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 3, wherein
The yoke structure is configured to form a volumetric resonance region (Volumetric resonance region) by fine adjustment of the trim coil current so that magnetic resistance (Magnetic reluctance) in the magnetic circuit continuous with the electromagnet is minimized Field ECR ion source system 제 4항에 있어서,
상기 전자석은, 상기 ECR 용기의 공간 효율성과 자기거울비가 극대화 되도록, 상기 트림 코일 양 측면에 있는 원판형 철심의 두께를 조정하여 상기 이온원의 중심이 되는 상기 6극 영구자석의 중앙에 자기거울의 극소자장(Minimum-B)점을 형성시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 4, wherein
The electromagnet has a magnetic mirror in the center of the six-pole permanent magnet that is the center of the ion source by adjusting the thickness of the disk-shaped iron cores on both sides of the trim coil to maximize the space efficiency and magnetic mirror ratio of the ECR container. A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction characterized in that it is configured to form a minimum-field point. 제 1항에 있어서,
상기 자석뭉치를 구성하는 상기 6극 영구자석은, 상기 ECR 용기의 외경과 상기 전자석의 내경에 꼭 맞도록 형성된 원통 형태를 가지고,
90도, -90도, 45도, -45도, 180도로 각각 자화방향을 다르게 하여 가공된 45H 급의 Nd 영구자석 조각 24섹터를 포함하여 할박흐(Halbach)형으로 형성되며,
상기 6극 영구자석은, 상기 전자석에 적합하도록 자기거울 양쪽에서 자기 스트레스에 강하게 구성된 4겹 구조의 영구자석으로 구성되며, 이때, 축방향의 자장 스트레스에 견딜 수 있도록 보자력 특성이 다른 축방향의 4쪽의 6극 자석들을 직렬로 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 1,
The six-pole permanent magnet constituting the magnet bundle has a cylindrical shape formed to fit the outer diameter of the ECR container and the inner diameter of the electromagnet,
90 °, -90 °, 45 °, -45 °, 180 ° and 45 ° Nd permanent magnet pieces are processed in different magnetization directions.
The six-pole permanent magnet is composed of a four-layer permanent magnet that is strongly resistant to magnetic stress on both sides of the magnetic mirror to be suitable for the electromagnet, wherein the coercive force is different in the axial direction to withstand the magnetic stress in the axial direction. A strong magnetic field ECR ion source system for extracting multivalent ion beams, comprising a series of six pole magnets connected in series. 제 1항에 있어서,
상기 ECR 용기는, 스테인리스강과 알루미늄을 마찰 압접 방법을 사용하여 접합하고, 원통의 바깥쪽에 축방향으로 홈을 내고 그 위에 얇은 스테인리스강 덮개를 씌워 냉각관로를 만든 후, 상기 스테인리스강 덮개를 알루미늄 양편의 스테인리스강 슬리브에 용접하여 고온, 고밀도의 ECR 플라즈마가 용이하게 만들어질 수 있도록 초고진공 환경을 제공하는 원통형 용기로 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 1,
The ECR container is made by joining stainless steel and aluminum using a friction welding method, making a cooling conduit by making a axial groove on the outside of the cylinder and covering a thin stainless steel cover thereon to form a cooling conduit. A strong magnetic field ECR ion source system for extraction of multivalent ion beams, comprising a cylindrical vessel that provides an ultra-high vacuum environment to facilitate high temperature, high density ECR plasma by welding to a stainless steel sleeve. 제 3항에 있어서,
상기 전자석의 철심의 일부를 절단하여 그 사이에 상기 고전압 절연구조를 배치시킴으로써, 상기 ECR 용기, 상기 요크 구조, 상기 자석뭉치 및 고주파 부품의 일부가 고전압 전위에 위치하고, 나머지 부분은 모두 접지 전위에 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템.The method of claim 3, wherein
By cutting a part of the iron core of the electromagnet and disposing the high voltage insulating structure therebetween, so that the part of the ECR container, the yoke structure, the magnet bundle and the high frequency component are at high voltage potential, and the remaining parts are all at ground potential. A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction, characterized in that configured. 제 1항에 있어서,
상기 ECR 이온원에 마이크로 웨이브를 효과적으로 공급하기 위한 고주파 회로 및 상기 마이크로 웨이브를 차폐하기 위한 마이크로 웨이브 차폐구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 1,
And a microwave shielding structure for shielding the microwaves, and a high frequency circuit for effectively supplying microwaves to the ECR ion source. 제 1항에 있어서,
상기 빔 인출부는,
플라즈마를 수용하는 플라즈마 챔버(plasma chamber)와,
이온빔이 인출되는 빔 인출 그리드(beam extraction grid)와,
외부와의 절연을 위한 고전압 절연부(high voltage insulator)와,
이온빔을 집속하기 위한 정전렌즈(electrostatic lens) 및 빔 진단 챔버(beam diagnotic chamber)와,
인출 간격을 조절하기 위한 인출 갭 컨트롤러(extraction gap controller)를 포함하여 구성되고,
상기 정전렌즈는 아인젤 렌즈(Einzel lens)로 구성되며,
빔인출 전극과 상기 정전렌즈를 이동형으로 형성하고, 상기 정전렌즈를 구동부에 포함시킴으로써, 빔인출 전압을 효과적으로 조정하고 다양한 빔종류에 대하여 전극의 간극 조정에 의해 최적의 빔인출을 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. The method of claim 1,
The beam lead-out unit,
A plasma chamber for receiving plasma,
A beam extraction grid into which the ion beam is extracted,
High voltage insulator for insulation from outside;
An electrostatic lens and beam diagnotic chamber for focusing ion beams,
An extraction gap controller for adjusting the extraction gap;
The electrostatic lens is composed of an Einzel lens,
By forming the beam outgoing electrode and the electrostatic lens into a movable type and including the electrostatic lens in the driving unit, the beam outgoing voltage can be effectively adjusted and the beam out can be optimally performed by adjusting the gap of the electrode for various beam types. A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction. 제 1항에 있어서,
강자장 ECR 이온원 시스템은 상기 ECR 이온원에 고주파 전력을 전송하는 고주파 시스템을 더 포함하고,
상기 고주파 시스템은,
마이크로 웨이브 공급원인 클라이스트론 앰프(klystron amplifier)와, 고주파 스위치, 제 1 의사부하(dummy load-1), 서큘레이터(circulator), 제 2 의사부하(dummy load-2), 방향성 결합기(directional coupler), 파워센서(power sensor), 튜너(tuner), dc 브레이커(dc breaker) 그리고 기본적인 도파관 부품과 진공 윈도우(vacuum window) 및 런처(launcher)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템.The method of claim 1,
The strong magnetic field ECR ion source system further includes a high frequency system for transmitting high frequency power to the ECR ion source,
The high frequency system,
Klystron amplifier, a microwave source, a high frequency switch, a first dummy load-1, a circulator, a second dummy load-2, a directional coupler, Strong magnetic field ECR for multivalent ion beam extraction characterized by including a power sensor, a tuner, a dc breaker and a basic waveguide component, a vacuum window and a launcher Ion Source System. 제 11항에 있어서,
상기 방향성 결합기 후단의 상기 튜너는, 스크류(screw)를 조정하여 상기 파워센서에 의해 측정된 반사전력이 최소가 되도록 함으로써 최적의 매칭(matching)을 구현하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. 12. The method of claim 11,
The tuner at the rear end of the directional coupler is configured to realize optimal matching by adjusting a screw to minimize the reflected power measured by the power sensor. Intestinal ECR Ion Source System. 제 11항에 있어서,
상기 dc 브레이커는, 1mm 두께의 테플론 필름(Teflon film)과 고주파 차폐홈을 가지는 도체 디스크(disc)를 하나의 모듈로서 이를 적어도 하나 이상의 층으로 하여 구성되며,
그것에 의해 상기 ECR 이온원에 걸리는 가속전압을 접지로부터 절연하고 상기 고주파 전력이 밖으로 누설되는 것을 방지하여 작업자에게 해를 끼치는 일이 없도록 하는 동시에, 상기 고주파 전력이 상기 ECR 이온원에 원활히 전달되도록 하는 역할을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. 12. The method of claim 11,
The dc breaker is composed of a conductor disk (disc) having a Teflon film (Teflon film) of 1mm thickness and a high-frequency shielding groove as one module of at least one layer,
This insulates the accelerating voltage applied to the ECR ion source from the ground and prevents the high frequency power from leaking out so as not to cause harm to the operator, while also allowing the high frequency power to be smoothly transmitted to the ECR ion source. A strong magnetic field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction, characterized in that configured to. 제 11항에 있어서,
상기 시스템은,
자체 컨트롤러를 가지지 않은 부분은 ecrMIO(ecr Multifunction Input/Output module)를 통해 모니터 및 제어를 수행하고,
자체 컨트롤러를 가지는 부분은 제공된 프로토콜을 이용하여 소프트웨어 드라이버를 작성하여 구동하며,
상기 시스템 전체를 리눅스 상에서 EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)를 통하여 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템. 12. The method of claim 11,
The system,
The part that does not have its own controller performs monitoring and control through ecrMIO (ecr Multifunction Input / Output module),
The part with its own controller writes and runs a software driver using the provided protocol.
A strong magnetic field ECR ion source system for extracting multivalent ion beams, characterized in that the entire system is configured to be controlled through an Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) on Linux. 제 14항에 있어서,
상기 시스템의 주요 운전변수는, 전자석 전류, 고주파 입력 및 기체 유량으로 하고,
상기 시스템의 성능 파라미터는, X선 스펙트럼, 가시광 세기 및 빔 전류 값으로 하며,
그것에 의해, 임의의 운전변수의 조합에서도 특정 이온에 대하여 가장 최대의 빔 전류값을 얻을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다가 이온빔 인출을 위한 강자장 ECR 이온원 시스템.
The method of claim 14,
The main operating parameters of the system are electromagnet current, high frequency input and gas flow rate,
The performance parameters of the system are X-ray spectrum, visible light intensity and beam current values,
Thereby, a strong field ECR ion source system for multivalent ion beam extraction, characterized in that configured to obtain the maximum beam current value for a particular ion even in any combination of operating variables.
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