KR101424579B1 - 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서는, 가속관 및 가속기 고주파 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 과도 반사 전력 트립 장치는 고주파 가속기에서 과도상태에서도 가속관 아크 등에 의한 과도 반사 전력을 측정하여 트립 신호를 발생시킨다.

Description

가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치{TRIP DEVICE FOR PREVENTING EXCESSIVE REFLECTION POWER IN ACCELERATOR HIGH FREQUENCY SYSTEM}

본 발명은 과도상태에서도 동작 가능한 과도 반사 전력 트립 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가속기 고주파 시스템에서 가속관에 아크가 발생하는 등의 이유로 반사파가 커질 경우 이를 효과적으로 측정하여 고주파를 트립 시키는 장치는 가속관 및 고주파 시스템을 보호하는 핵심 부품이다. 종래에는 고주파 전송선에서 순방향(Forward) 고주파 전력과 역방향(Reverse) 고주파 전력을 각각 측정하고, 이들 전력비를 산출하고, 그 산출된 전력비(임계 정재파비(VSWR))가 일정값 이상이 될 때 트립 신호를 발생시키는 방법을 사용하였다. 종래 기술에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치는 한국 특허 출원 번호 10-2007-0018066에도 개시되어 있다.

본 명세서는, 고주파 가속기에서 과도상태에서도 가속관 아크 등에 의한 과도 반사 전력을 측정하여 트립 신호를 발생시킴으로써, 가속관 및 가속기 고주파 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치는, 가속기 고주파 시스템으로부터 가속기 측으로 도파관을 따라 전달되는 순방향 고주파 전력의 제1 전력값을 측정하고, 상기 가속관의 고주파 전력의 제2 전력값을 측정하는 고주파 전력 측정기와; 기준 전력비를 출력하는 트립 레벨 조절기와; 상기 제1 고주파 전력 측정기의 순방향 전력 포트에서 출력되는 제1 전력값을 적분하는 적분기와; 상기 적분기에 의해 적분된 제1 전력 값과 상기 제2 전력 값을 제산하여 상기 가속관 고주파 전력(Pc)과 순방향 고주파 전력(Pf)의 전력비(Pc/Pf)를 출력하는 제산기와; 상기 제산기로부터 출력되는 전력비와 트립 레벨 조절기에서 출력되는 기준 전력비를 비교하여, 상기 제산기에서 산출된 전력비가 상기 기준 전력비를 초과하면 상기 가속기 고주파 시스템의 스위치 구동 장치로 트립 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 가속관의 고주파 전력은 가속관 아크에 의한 과도 반사 전력을 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 고주파 전력 측정기는, 상기 도파관의 관로 상에 구비되고, 상기 도파관을 따라 흐르는 고주파 전력의 제1 전력값을 측정하는 제1 고주파 전력 측정기와; 상기 도파관과 상기 가속기 사이에 연결된 가속관 내에 설치되고, 상기 가속관의 고주파 전력의 제2 전력값을 측정하는 제2 고주파 전력 측정기를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제1 고주파 전력 측정기와 상기 적분기 사이에 설치되고, 상기 순방향 고주파 전력을 정류하고, 상기 정류된 순방향 고주파 전력을 상기 적분기에 출력하는 제1 피크 디텍터(Peak Detector)와; 상기 제2 고주파 전력 측정기와 상기 제산기 사이에 설치되고, 상기 가속관의 고주파 전력을 정류하고, 상기 정류된 가속관 고주파 전력을 상기 제산기에 출력하는 제2 피크 디텍터를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 가속관은, 상기 가속관의 고주파 전력의 고주파 파형이 일정한 시상수를 갖는 적분기로서 동작할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 적분기는 상기 가속관의 시상수와 동일한 적분 시간을 가질 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 가속관 내에 아크가 없으면 상기 제1 전력값과 제2 전력값의 비율은 일정할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 가속관 내에 아크가 발생되면, 상기 순방향 고주파 전력의 제1 전력값은 일정하게 유지되고, 상기 가속관의 고주파 전력의 제2 전력 값은 감소할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 비교기는, 상기 일정한 제1 전력값과 상기 감소한 제2 전력 값의 차이를 근거로 상기 트립 신호를 발생할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 트립 레벨 조절기는, 상기 고주파 시스템을 구성하는 각 부품의 임계 정재파비(VSWR) 중 최소치로부터 산출되는 반사 계수의 제곱값을 상기 기준 전력비로 설정할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제산기, 트립 레벨 조절기 및 비교기는 하나의 전자 회로 기판으로 구성될 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치는, 고주파 가속기에서 과도상태에서도 가속관 아크 등에 의한 과도 반사 전력을 측정하여 트립 신호를 발생시킴으로써, 가속관 및 가속기 고주파 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치의 구성을 나타내는 도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 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 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서는, 고주파 가속기에서 과도상태에서도 가속관 아크 등에 의한 과도 반사 전력을 측정하여 트립 신호를 발생시킴으로써, 가속관 및 가속기 고주파 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치를 도 1을 참조하여 설명한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치의 구성을 나타내는 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 과도 반사 전력 트립 장치는, 가속기 고주파 시스템으로부터 가속기 측으로 도파관(110)을 따라 전달되는 순방향(Forward) 고주파 전력(Pf)의 제1 전력값을 측정하는 제1 고주파 전력 측정기(120)와; 상기 도파관(110)과 상기 가속기 사이에 연결된 가속관(150)에 설치되고, 상기 가속관(150)의 고주파 전력(예를 들면, 가속관 아크등에 의한 과도 반사 전력을 포함)(Pc)의 제2 전력값을 측정하는 제2 고주파 전력 측정기(151)와; 트립 레벨 신호(Slevel)를 출력하는 트립 레벨 조절기(131)와; 상기 제1 고주파 전력 측정기(120)의 순방향 전력 포트(122)에서 출력되는 제1 전력값을 적분하는 적분기(140)와; 상기 적분기(140)에 의해 적분된 제1 전력 값과 상기 제2 고주파 전력 측정기(151)의 전력 포트(121)에서 출력되는 제2 전력 값을 제산(除算; 나누기)하여 반사 고주파 전력(Pc)과 순방향 고주파 전력(Pf)의 전력비를 출력하는 제산기(133)와; 상기 제산기(133)로부터 출력되는 전력비와 트립 레벨 조절기(131)에서 출력되는 트립 레벨 신호(Slevel)를 비교하여, 상기 제산기(133)에서 산출된 전력비가 트립 레벨 신호(기준 전력비)를 초과하면 상기 가속기 고주파 시스템의 스위치 구동 장치(도시되지 않음)로 트립 신호(Strip)를 출력하는 비교기(132)로 구성된다.

상기 제1 고주파 전력 측정기(120)는 도파관(110)의 관로 상에 구비되어 도파관(110)을 따라 흐르는 고주파 전력의 전력값을 직접 측정하게 되는데, 도파관(110)을 둘러싸도록 구비되어 도파관(110)을 따라 흐르는 고주파 전력에 의해 유기되는 자기장으로부터 고주파 전력값을 간접적으로 측정하는 루프 타입의 측정기가 이용될 수도 있다.

상기 제2 고주파 전력 측정기(151)는, 상기 도파관(110)과 상기 가속기 사이에 연결된 가속관(150) 내에 설치되고, 상기 가속관(150)의 고주파 전력(예를 들면, 가속관 아크등에 의한 과도 반사 전력을 포함)(Pc)의 제2 전력값을 측정한다.

상기 제산기(133)는, 나누기 기능을 가지는 IC회로로서, 적분된 순방향 고주파 제1 전력값과 제2 전력값으로부터 반사 고주파 전력과 상기 적분된 순방향 고주파 전력의 전력비(Pr/Pf)를 산출하여 비교기(132)의 입력 포트로 송신한다.

상기 트립 레벨 조절기(131)는 일정한 값으로 설정되어 있는 트립 레벨 신호(기준 전력비)를 비교기(132)의 다른 입력 포트로 송신해주는데, 상기 트립 레벨은 고주파 시스템을 구성하는 각 부품의 재원에 명시되어 있는 임계 정재파비 중 최소치에 해당하는 임계 정재파비로부터 산출되는 반사 계수의 제곱값(|Γ|²)으로 설정된다. 여기서, 반사 계수의 제곱값은 순방향 고주파 전력값과는 무관하게 임계 정재파비의 값에 의해서만 결정되는 값이므로, 트립 레벨 조절기(131)의 트립 레벨 설정치는 가속기 운전 중에 항상 일정한 값을 유지하게 된다.

상기 비교기(132)는 제산기(133)로부터 출력되는 전력비(Pr/Pf)와 상기 트립 레벨 조절기(131)에서 출력되는 트립 레벨 신호(Slevel)(기준 전력비)를 비교하여, 제산기(133)에서 산출된 전력비(Pr/Pf)가 트립 레벨 설정치 즉, 임계 정재파비로부터 얻어지는 반사 계수의 제곱값(|Γ|²)을 초과하는 경우 고주파 시스템의 스위치 구동 장치로 트립 신호(Strip)를 출력해 준다. 여기서, 상기 제산기(133), 트립 레벨 조절기(131) 및 비교기(132)는 하나의 전자 회로 기판(130)으로 구성된다.

스위치 구동 장치는 기계식 또는 전자식으로 작동되는데, 비교기(132)로부터 트립 신호를 수신하는 즉시 작동하여 고주파 시스템의 가동을 중지시킴으로써, 과도 반사 고주파 전력에 의해 고주파 시스템의 각 부품이 손상되는 것을 방지해준다. 또한, 제산기(133), 트립 레벨 조절기(131) 및 비교기(132)로 구성된 전자 회로 기판을 일체로 내장하도록 구성될 수도 있다.

상기 제1 고주파 전력 측정기(120)와 상기 적분기(140) 사이에 제1 피크 디텍터(Peak Detector)(또는 정류기)(124)가 설치될 수 있으며, 상기 제1 피크 디텍터(Peak Detector)(또는 정류기)(124)는 상기 순방향(Forward) 고주파 전력을 정류하고, 그 정류된 순방향(Forward) 고주파 전력을 상기 적분기(140)에 출력한다.

상기 제2 고주파 전력 측정기(151)와 상기 제산기(133) 사이에 제2 피크 디텍터(Peak Detector)(또는 정류기)(123)가 설치될 수 있으며, 상기 제2 피크 디텍터(Peak Detector)(또는 정류기)(123)는 상기 가속관(150)의 고주파 전력(예를 들면, 가속관 아크등에 의한 과도 반사 전력을 포함)(Pc)을 정류하고, 그 정류된 가속관 고주파 전력을 상기 제산기(133)에 출력한다.

상기 가속관(150)은 상기 가속관(150)의 고주파 전력의 고주파 파형이 식1로 주어지는 일정한 시상수를 갖는 적분기와 같이 동작한다.

여기서, E(t)는 가속관 내의 전장강도, E₀는 설계 운전 전장강도, Q_L은 부하가 있는 경우의 가속관 품질계수, w는 각 주파수를 나타내며, 수학식1에서 2(Q_L/w)는 가속관의 시상수를 나타낸다.

따라서, 순방향(Forward) 고주파 전력을 상기 가속관(151)의 시상수와 동일한 적분 시간 (예를 들면, RC 적분기의 경우

) 을 갖는 적분기(140)를 통과시키면 그 순방향(Forward) 고주파 전력의 고주파 파형은 가속관(151)의 고주파 전력의 고주파 파형과 동일하게 된다. 이때, 아크가 없는 경우에는 과도 상태를 포함한 모든 시간에서 제1 전력값과 제2 전력값의 비율은 일정하게 된다. 만약 가속관에서 아크가 발생한다면 순방향 고주파 전력은 일정하게 유지됨에 비해, 가속관의 고주파 전력은 그 값이 작아지게 되므로 상기 전력비 사이에 차이가 발생하고 상기 비교기(132)에서는 상기 전력비 차이를 이용해서 트립 신호를 발생시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 명세서의 실시예에 따른 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치는, 고주파 가속기에서 과도상태에서도 가속관 아크 등에 의한 과도 반사 전력을 측정하여 트립 신호를 발생시킴으로써, 가속관 및 가속기 고주파 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 도파관 120, 151 : 고주파 전력 측정기
131: 트립 레벨 조절기 132: 비교기
133 : 제산기 140: 적분기

Claims (5)

1. 가속기로 고주파 전력을 공급하는 가속기 고주파 시스템을 과도 반사 전력으로부터 보호하기 위한 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치에 있어서,
   가속기 고주파 시스템으로부터 가속기 측으로 도파관을 따라 전달되는 순방향 고주파 전력의 제1 전력값을 측정하는 제1 고주파 전력 측정기와;
   상기 도파관과 상기 가속기 사이에 연결된 가속관 내에 설치되고, 상기 가속관의 고주파 전력의 제2 전력값을 측정하는 제2 고주파 전력 측정기와;
   트립 레벨 신호를 출력하는 트립 레벨 조절기와;
   상기 제1 고주파 전력 측정기의 순방향 전력 포트에서 출력되는 제1 전력값을 적분하는 적분기와;
   상기 적분기에 의해 적분된 제1 전력 값과 상기 제2 전력 값을 제산하여 상기 가속관 고주파 전력(Pc)과 순방향 고주파 전력(Pf)의 전력비(Pc/Pf)를 출력하는 제산기와;
   상기 제산기로부터 출력되는 전력비와 상기 트립 레벨 조절기에서 출력되는 트립 레벨 신호를 비교하여, 상기 제산기에서 산출된 전력비가 상기 트립 레벨 신호를 초과하면 트립 신호를 출력하는 비교기와;
   상기 가속기 고주파 시스템을 상기 과도 반사 전력으로부터 보호하도록, 상기 트립 신호를 근거로 상기 가속기 고주파 시스템의 가동을 중지시키는 스위치 구동부를 포함하며,
   상기 제2 고주파 전력 측정기는 상기 가속관 내의 아크에 의한 과도 반사 전력을 포함하는 상기 제2 전력값을 측정하는 것을 특징으로 하는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가속관은,
   상기 가속관의 고주파 전력의 고주파 파형이 일정한 시상수를 갖는 적분기로서 동작하는 것을 특징으로 하는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 적분기는,
   상기 가속관의 시상수와 동일한 적분 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가속관 내에 아크가 발생되면, 상기 순방향 고주파 전력의 제1 전력값은 일정하게 유지되고, 상기 가속관의 고주파 전력의 제2 전력 값은 감소하는 것을 특징으로 하는 가속기 고주파 시스템의 과도 반사 전력 트립 장치.
5. 삭제

Images