KR101421285B1 - 토카막에 최적화된 다양한 진단 장치를 수용하는 진공 카세트 - Google Patents

토카막에 최적화된 다양한 진단 장치를 수용하는 진공 카세트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 KSTAR 장치 내에서 플라즈마 진단을 하기에 최적의 위치에 상이한 플라즈마 진단들을 할 수 있는 진단 장치들을 함께 포함할 수 있는 카세트 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 토카막 장치의 복수의 포트들 중 중성입자빔의 경로로부터 가장 가까이 위치된 포트에 설치하기 위한 진공 카세트가 개시될 수 있다. 상기 진공 카세트는 토카막 장치 내부로 인입되는 부분의 단부가 경사각을 가지고 있는 육면체 형태이고, 상기 진공 카세트 내부는, 전하 교환 분광분석(Charge Exchange Spectroscopy, CES) 및 운동 슈타르크 효과(Motional Stark Effect, MSE) 진단을 위한 제 1 공간, 클러스터 이온 분광분석(Cluster Ion Spectrmetry, CIS) 진단을 위한 제 2 공간, 및 빔 방사 분광계(Beam Emission Spectroscopy, BES) 진단을 위한 제 3 공간을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 공간 각각은 토카막 장치 내부의 플라즈마를 관찰하기 위한 윈도우; 및 상기 윈도우 각각의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위해 상기 윈도우에 접해 있고 원격제어가 가능한 셔터를 포함할 수 있다.

Description

토카막에 최적화된 다양한 진단 장치를 수용하는 진공 카세트{VACUUM CASSETTE ACCOMMODATING VARIOUS DIAGNOSTIC APPARATUS OPTIMIZED FOR TOKAMAK}
본 발명은 토카막에 사용되는 진공 카세트에 관한 것이고, 더 구체적으로 토카막에 최적화된 다양한 진단 장치를 수용하는 진공 카세트에 관한 것이다.
현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제작함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전시 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.
도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일례로 나타낸 도면이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 초전도 자석(900:SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로, 그 주요장치인 토카막장치(901)를 보유하고 있다. 상기 토카막장치(901)는 TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1b는 도 1a의 토카막장치(901)를 나타내며, TF(Toroidal Field)코일로 구성된 TF 구조물(907)과, CS(Central Solenoid)코일로 구성된 CS 구조물(909)과, PF(Poloidal Field)코일로 구성된 PF 구조물(903) 및 각 구조물을 연결하는 연결구조물(905)로 이루어진다.
상기 TF 구조물(907)로 내설되는 코일은 약 35kA의 직류전류로 운전되며, 상기 CS 구조물(909)의 코일과 PF 구조물(903)의 코일은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.
물질을 수억 도까지 가열하게 되면 분자 상태의 기체에서 전자가 하나 둘씩 떨어져 나가 음전하를 띠는 전자와, 양전하를 띠는 이온으로 분리되며 이러한 상태를 플라즈마라고 한다. 이처럼 플라즈마가 전하를 띠는 입자들로 이루어졌다는 점에 착안하여 강력한 자기장을 가하여 하전입자들이 그 주위를 맴돌게 함으로써 플라즈마를 공중에 띄워놓고 가열하는 것이 토카막에 적용되는 자기 구속 핵융합 방식이다.
한국형 토카막 장치로는 KSTAR(KOREA SUPERCONDUCTING TOKAMAK ADVANCED RESEARCH)가 있다.
KSTAR를 포함하는 토카막 장치에서는 플라즈마 진단이 중요하다.
다양한 플라즈마 진단 장치가 있으며, 분광 진단 장치 및 톰슨산란 진단 장치 등과 같이 KSTAR에 배치되어 광학 측정 방식으로 플라즈마를 진단하는 장치가 있을 수 있다. 광학 측정 방식을 이용하는 진단 장치들의 경우, KSTAR에 배치된 광학 측정 장치를 포함하는데 이 광학 측정 장치는 플라즈마로부터 자체 방출되는 전자기파를 광학적인 방법을 이용하여 측정한다.
플라즈마 내부의 전류 분포를 측정할 때 운동 슈타르크 효과(Motional Stark Effect, MSE)를 활용하는 것이 일반적이다.
여기서, MSE란 어떤 속도를 갖는 입자가 자기장이 존재하는 공간을 여기된 상태로 지날 때, 그 복사에너지가 자기장에 수직 또는 수평된 성분의 조합으로 나타나는 물리적 특성을 의미하고, 핵융합 반응을 유도하기 위해 플라즈마를 가열하기 위한 중성입자가열장치로부터 플라즈마에 입사되는 중성입자에서 이 MSE 효과를 관찰할 수 있다.
따라서, 중성입자 가열장치로부터 플라즈마로 입사되는 가열원의 복사에너지 성분을 분석함으로써 중성입자가 진행하는 경로상의 각 위치에서 내부자기장의 상태를 직접 측정할 수 있다. 또한, 측정된 결과는 외부자기장의 다른 물리적 평형 정보와 결합되어 플라즈마 내부를 흐르는 전류의 분포를 산출하는 핵심정보로 활용된다.
하지만, MSE는 그 측정 환경이 매우 난해하여, 데이터를 상시 측정 상태로 최적화하는 것이 어려운 난제로 여겨지고 있다.
또한, 국외의 다른 연구시설보다 앞서 초전도 자석을 활용하여 건설된 KSTAR에서는 크게 두 가지 관점에서 보다 어려운 조건을 갖는다. 하나는 복수의 빔라인들이 사용되는 중성입자빔이 진행방향에 대하여 확산을 하는 것이고, 다른 하나는 매우 협소한 진단 카세트 내부에서 특성이 상이한 진단을 실시해야 하고 수광부를 공유해야 한다는 점이다.
도 2를 참조하면 종래의 특허 문헌 1(등록특허 제10-0946702호)에 따른 광 수집계가 내장된 카세트가 개시되어 있다.
카세트에 대해 간략히 설명하면, 핵융합장치에 결합되어 고온의 플라즈마의 다양한 지점에서 다양한 각도로 나오는 광을 수집하여 여러 개(다채널)의 광 파이버로 입사시키도록 하는 광 수집계를 그 내부에 구비시키는 일련의 하우징(케이스)이라 할 수 있다.
종래의 특허 문헌 1에 따른 카세트(800)는 카세트 하우징(810), 윈도우(820), 및 제 1 플랜지(830)를 포함하여 이루어진다.
등록특허 제10-0946702호
본 발명은 KSTAR 장치 내에서 플라즈마 진단을 하기에 최적의 위치에 상이한 플라즈마 진단들을 할 수 있는 진단 장치들을 함께 포함할 수 있는 카세트 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 토카막 장치의 복수의 포트들 중 중성입자빔의 경로로부터 가장 가까이 위치된 포트에 설치하기 위한 진공 카세트가 개시될 수 있다. 상기 진공 카세트는 토카막 장치 내부로 인입되는 부분의 단부가 경사각을 가지고 있는 육면체 형태이고, 상기 진공 카세트 내부는, 전하 교환 분광분석(Charge Exchange Spectroscopy, CES) 및 운동 슈타르크 효과(Motional Stark Effect, MSE) 진단을 위한 제 1 공간, 클러스터 이온 분광분석(Cluster Ion Spectrmetry, CIS) 진단을 위한 제 2 공간, 및 빔 방사 분광계(Beam Emission Spectroscopy, BES) 진단을 위한 제 3 공간을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 공간 각각은 토카막 장치 내부의 플라즈마를 관찰하기 위한 윈도우; 및 상기 윈도우 각각의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위해 상기 윈도우에 접해 있고 원격제어가 가능한 셔터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 공간은 상기 진공 카세트 내부의 중간에 위치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 공간에는 상기 중성입자빔으로부터 광을 수집하기 위하여 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 다발이 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 광섬유들 중 일부는 상기 CES 진단을 위한 것이고, 상기 복수의 광섬유들 중 나머지는 상기 MSE 진단을 위한 것일 수 있다.
또한, 상기 CES 진단을 위한 광섬유들은 상기 광섬유 다발의 중심에 위치되고, 상기 CES 진단을 위한 광섬유들의 수는 상기 MSE 진단을 위한 광섬유들의 수보다 적을 수 있다.
또한, 상기 제 1 공간에는, 광섬유 다발로 광을 가이드하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 반사거울들, 및 광 경로에 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 반사거울 중 하나를 위치시키기 위한 반사거울 이동수단이 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 거울 및 제 2 거울은 유전체 거울이고, 상기 제 3 거울은 일반적인 거울이고, 상기 반사거울 이동수단은 진단 목적 및 실험 정밀도에 따라 상기 제 1 거울 내지 제 3 거울 중 하나를 상기 광 경로에 위치시킬 수 있다.
위와 같은 본원 발명의 구성에 따르면, 플라즈마 진단을 하기에 최적화된 위치에서 하나의 진공 카세트를 이용하여 상이한 플라즈마 진단들을 실시할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 국내에서 제작되는 초전도자석을 일례로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 광 수집계가 내장된 카세트를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 KSTAR 장치의 포트 배치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 카세트가 토카막 내부에 삽입되어 있는 형상을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 KSTAR 장치의 진공 카세트 투입구를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 카세트 내부의 제 1 공간의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 다발을 도시한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 진공 카세트에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 KSTAR 장치의 포트 배치를 도시한다.
도 3을 참조하면, 토카막 장치의 일종인 KSTAR 장치를 위에서 바라본 개략도가 도시되어 있다.
플라즈마를 가열하기 위한 중성입자빔(1, 2, 3)은 L포트에서 화살표 방향으로 입사되고 있다. 중성입자빔은 도시된 바와 같이 복수개 입사될 수 있다.
L포트에서 입사되는 중성입자빔을 가장 잘 관찰할 수 있는 포트는 M포트이다. 따라서, M포트에서 여러 가지 플라즈마 진단을 실시할 수 있도록 한다면 정확한 플라즈마 진단을 실시하는 데 많은 도움이 될 것이다.
이에 따라 도 3을 참조하면, M포트에 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 카세트가 설치되어 있음을 알 수 있다. 도시된 바와 같이, 진공 카세트의 일 단부는 중성입자빔의 경로를 잘 관찰할 수 있도록 최적의 각도로 경사져 있다. 최적의 각도는 예를 들어, 진공 카세트의 윈도우 면이 원형 진공 용기의 접선을 향할 수 있는 45도일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 카세트가 토카막 내부에 삽입되어 있는 형상을 도시한다.
도 4를 참조하면, 진공 카세트(400)는 토카막 장치 내부로 인입되는 부분의 단부가 경사각을 가지고 있는 육면체 형태이고, 상기 진공 카세트 내부는, 전하 교환 분광분석(Charge Exchange Spectroscopy, CES) 및 운동 슈타르크 효과(Motional Stark Effect, MSE) 진단을 위한 제 1 공간(401a), 클러스터 이온 분광분석(Cluster Ion Spectrmetry, CIS) 진단을 위한 제 2 공간(401b), 및 빔 방사 분광계(Beam Emission Spectroscopy, BES) 진단을 위한 제 3 공간(401c)을 포함하고, 상기 제 1 내지 제 3 공간 각각은 토카막 장치 내부의 플라즈마를 관찰하기 위한 윈도우(402a, 402b, 402c); 및 상기 윈도우 각각의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위해 상기 윈도우에 접해 있고 원격제어가 가능한 셔터(403a, 403b, 403c)를 포함할 수 있다.
진공 카세트(400)는 일 단부가 경사져 있는 육면체의 형상을 띄고 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 경사져 있는 일 단부는 토카막 장치의 내부의 투입구(404)로 삽입되는 부분이고, 경사 각도는 중성입자빔의 경로를 관찰하기 위한 최적의 각도일 수 있다.
제 1 공간(401a)은 CES 진단 및 MSE 진단을 동시에 하기 위한 공간이다.
CES 진단은 중성입자가열장치에서 출력된 중성입자빔이 플라즈마에 조사되면 상호작용에 의해 발산되는 가시광선을 포집하여 광섬유를 통해 분광계에 전송하는 전하교환분광분석 방법을 통해 플라즈마를 진단하는 방법이다. 더 구체적으로 설명하자면, 중성빔의 중성원자(수소 또는 중수소)와 플라즈마내의 불순물(주로 탄소)의 전하교환에서 나오는 스펙트럼선을 분석하여 이온온도와 이온회전속도를 측정하는 것이다. 빔라인은 토카막의 플라즈마 중심부(CORE)를 가열하기 위해서 코어의 접선방향으로 입사하고, CES 진단 시에는 플라즈마 edge의 공간해상도를 높이기 위해서 빔라인과 46.54도 기울어져 있는 것이 바람직하다. 중성입자빔을 이용한 CES 방법은 외부로부터 고속의 중성 입자를 빔의 형태로 플라즈마 내부로 강제적으로 입사시켜 수소 또는 중수소 이온의 전하교환 반응으로 중성 원자가 되며, 완전히 이온화된 원자번호가 작은 불순물 이온은 전하교환 반응을 통해 전자를 얻어서 수소 유사이온이 된다. 특정 위치에서 이들 수소원자나 수소 유사이온으로부터 방출된 스펙트럼을 측정한다.
CES 진단은 플라즈마 이온온도를 알기 위하여 불순물 이온온도와 불순물 이온의 회전 속도, 밀도 등의 측정을 목적으로 한다. 이온온도는 방출된 스펙트럼의 Doppler 폭(broadening)에 의해서 결정되고, 회전 속도(rotation velocity)는 스펙트럼의 shift 정도를 측정함으로써 추정된다. 불순물 밀도는 스펙트럼의 세기(intensity)로부터 결정될 수 있다.
MSE 진단에 대해서는 종래의 기술 부분에서 설명한 바 있다.
플라즈마 진단에 있어서, MSE 진단과 CES 진단이 중요하기 때문에 상기 제 1 공간은 상기 진공 카세트 내부의 중간에 위치될 수 있다. 이는 진공 카세트 내부에서도 중간 부분이 광을 가장 잘 수광할 수 있기 때문이다.
제 2 공간(401b)은 클러스터 이온 분광분석(Cluster Ion Spectrmetry, CIS) 진단을 위한 것이고, 제 3 공간(401c)은 빔 방사 분광계(Beam Emission Spectroscopy, BES) 진단을 위한 것이다.
각 공간은 토카막 장치 내부의 플라즈마를 관찰할 수 있도록 토카막 장치 내부를 향한 윈도우(402a, 402b, 402c)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 윈도우 각각(402a, 402b, 402c)의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위해 상기 윈도우에 접해 있고 원격제어가 가능한 셔터(403a, 403b, 403c)를 포함할 수 있다.
상기 셔터들(403a, 403b, 403c)은 카세트 내부 구조를 효율적으로 활용하기 위해 1개의 원격 구동축을 통해 함께 동작하도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 KSTAR 장치의 진공 카세트 투입구를 도시한다.
KSTAR 장치의 진공 카세트 투입구(404)는 필요에 따라 진공 카세트의 내부로 별도의 장치가 투입될 수 있도록 마운팅 레일(501)을 포함할 수 있고, 셔터를 제어하기 위한 셔터 제어 액추에이터(502)를 포함할 수 있다.
도 4는 진공 카세트가 투입된 토카막 내부를 도시하고 도 5는 토카막 외부에서 진공 카세트가 투입된 상태의 투입구를 도시한다. 진공 카세트는 KSTAR 진공 용기에 고정되어 있으나, 필요에 따라 투입구로부터 외부로 해체하여 분리할 수 있다.
진공 카세트는 토카막 장치와 동일한 재질로써 예를 들어, 스테인레스 SUS304 또는 SUS316L로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 카세트 내부의 제 1 공간의 개략도를 도시한다.
도 6을 참조하면, 진공 카세트(400) 내부 중 제 1 공간은 제 1 내지 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c), PEM(Photo-Elastic Modulator)(602), 광섬유 다발(603), 광학 렌즈(604), 진공 유리(605) 및 반사거울 이동수단(606)을 포함할 수 있다.
PEM(602)은 광학적으로 편광된 임의의 광신호를 고속 주파수로 모듈레이션(modulation)하여 편광 정보를 주파수 특성 정보로 바꾸는 기능을 하는 부품을 의미한다. PEM(602)에 의하면, 편광의 양이나 특징을 편광 각도가 아닌 주파수 정보를 통해 특정지을 수 있다.
중성입자빔에 의해 가열된 플라즈마로부터 발생되는 광은 윈도우에 설치된 진공 유리(605)를 통해 진공 카세트 내부로 유입되어 광학 렌즈(604) 및 PEM(602)을 거쳐 제 1, 제 2 또는 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c) 중 하나로부터 반사되어 광섬유 다발로 입사될 수 있다.
일반적인 거울이라 함은 적어도 모든 가시광 영역대의 빛을 전반사하는 것을 의미한다. MSE 진단은 656nm 부근의 수소 파장을 관찰하는 것인 반면, CES 진단은 529nm 근처의 탄소 파장을 선택적으로 측정한다. 그렇기 때문에, MSE 진단 시에는 656nm 부근의 파장만을 선택적으로 반사하는 유전체 거울을 사용하는 것이 유리하고, CES 진단시에는 529nm 부근의 파장만을 선택하는 유전체 거울을 사용하는 것이 유리하다.
따라서, 제 1 반사거울(601a)은 656nm 부근의 파장만을 선택적으로 반사하는 유전체 거울이고, 제 2 반사거울(601b)은 529nm 부근의 파장만을 선택하는 유전체 거울이고, 제 3 반사거울(601c)은 일반적인 반사 거울일 수 있다.
위와 같은 구성에 의하면, MSE 진단시에는 제 1 반사거울(601a)을 이용하고, CES 진단시에는 제 2 반사거울(601b)을 이용함으로써 정확한 진단을 실시할 수 있고, 실험의 정밀도에 따라서는 제 3 반사거울(601c)을 사용함으로써 MSE 진단 및 CES 진단을 할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 진단목적에 맞게 적절한 반사거울을 이용하기 위해서는 제 1 내지 제 3 반사거울 중 하나를 광 경로에 배치하기 위한 반사거울 이동수단(606)이 설치될 수 있다. 제 1 내지 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c)은 도 6에 도시된 바와 같이 진공 카세트의 내부에 토카막 장치 내부쪽으로부터 외부쪽으로 일렬로 연결되어 배치되고, 반사거울 이동수단(606)은 제 1 내지 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c)에 연결되어 제 1 내지 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c)을 토카막 장치 내부 방향으로부터 외부 방향으로 직선 왕복운동시킴으로써 필요에 따라 광 경로 상에 제 1 또는 제 3 반사거울(601a, 601b, 601c)이 배치되도록 할 수 있다.
제 2 공간 및 제 3 공간 역시 각각 반사거울, PEM, 광섬유 다발, 광학 렌즈 및 진공 유리를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 다발을 도시한다.
도 7을 참조하면 제 1 공간에는 중성입자빔으로부터 광을 수집하기 위하여 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 다발(701)이 설치될 수 있다.
광섬유 다발(701)은 2n x m 개의 광섬유들을 포함할 수 있고, 도 7에서는 직사각형 형상으로 광섬유 다발(701)이 형성되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 광섬유들은 두 개의 출력으로 분리될 수 있다.
복수의 광섬유들 중 일부(7021, 7022, ..., 7022n)는 상기 CES 진단을 위한 것이고, 상기 복수의 광섬유들 중 나머지는 상기 MSE 진단을 위한 것일 수 있다.
상기 CES 진단을 위한 광섬유들은 상기 광섬유 다발(701)의 중심에 위치된다. 여기서, 광섬유 다발의 중심은 도 7의 가로 방향의 중심을 의미하고, 이는 도 5에서 진공 카세트의 투입구의 높이를 반으로 나누는 중심에 대응한다.
이 경우, 상기 CES 진단을 위한 광섬유들의 수는 상기 MSE 진단을 위한 광섬유들의 수보다 적을 수 있다. 광섬유에 도달하는 광의 세기는 중성입자빔이나 렌즈 모두에 대하여 중심에 가까울수록 셀 것이므로 센 광은 CES 진단을 위하여 사용되되 센 광이기 때문에 상대적으로 MSE 진단을 위한 광섬유들의 수보다 적더라도 충분하다.
도 7을 다시 참조하면, 본 실시예에서는 2n x m개의 광섬유들이 n개로 분리되고, n개 마다 가장 중심에 있는 2개의 광섬유만이 CES용 출력 채널(703a, 703b)로 분리되고, 나머지 광섬유들은 MSE용 출력 채널(704)로 분리되어 있다.
이는 예시일 뿐 이에 의해 권리범위가 제한되지 않는다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트로서,
    상기 진공 카세트는 토카막 장치 내부로 인입되는 부분의 단부가 경사각을 가지고 있는 육면체 형태이고,
    상기 진공 카세트 내부는,
    전하 교환 분광분석(Charge Exchange Spectroscopy, CES) 및 운동 슈타르크 효과(Motional Stark Effect, MSE) 진단을 위한 제 1 공간,
    클러스터 이온 분광분석(Cluster Ion Spectrmetry, CIS) 진단을 위한 제 2 공간, 및
    빔 방사 분광계(Beam Emission Spectroscopy, BES) 진단을 위한 제 3 공간
    을 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 3 공간 각각은 토카막 장치 내부의 플라즈마를 관찰하기 위한 윈도우; 및 상기 윈도우 각각의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위해 상기 윈도우에 접해 있고 원격제어가 가능한 셔터를 포함하고,
    상기 제 1 공간에는,
    광섬유 다발로 광을 가이드하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 반사거울들, 및
    광 경로에 상기 제 1, 제 2 또는 제 3 반사거울 중 하나를 위치시키기 위한 반사거울 이동수단
    이 설치되며,
    상기 제 1 거울 및 제 2 거울은 유전체 거울이고,
    상기 제 3 거울은 일반적인 거울이고,
    상기 반사거울 이동수단은 진단 목적 및 실험 정밀도에 따라 상기 제 1 거울 내지 제 3 거울 중 하나를 상기 광 경로에 위치시키는, 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공간은 상기 진공 카세트 내부의 중간에 위치되는, 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공간에는 중성입자빔으로부터 광을 수집하기 위하여 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 다발이 설치되는, 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유들 중 일부는 상기 CES 진단을 위한 것이고,
    상기 복수의 광섬유들 중 나머지는 상기 MSE 진단을 위한 것인, 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 CES 진단을 위한 광섬유들은 상기 광섬유 다발의 중심에 위치되고,
    상기 CES 진단을 위한 광섬유들의 수는 상기 MSE 진단을 위한 광섬유들의 수보다 적은, 토카막 장치의 포트에 설치하기 위한 진공 카세트.
  6. 삭제
  7. 삭제
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