KR101501456B1 - Magnetic device for ecr ion source and system thereof - Google Patents

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한국원자력연구원
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    • H01J37/3266Magnetic control means

Abstract

본 발명은 플라즈마 용기; 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함하고, 크라이오 냉동기 내부에 설치된 제 1 솔레노이드 렌즈; 및 상기 제 1 솔레노이드 렌즈에 의해 퍼짐이 보상된 빔의 크기와 입사각을 조정하고, 크라이오 냉동기 외부에 설치되는 제 2 솔레노이드 렌즈를 포함하는 ECR 이온원 시스템에 관한 것이다.
상기와 같은 ECR 이온원 시스템을 통해, 본 발명은 두 개 솔레노이드 렌즈 조절에 의해 작은 크기와 좋은 질의 빔을 만들 수 있기 때문에 가속기 전체의 효율을 높일 수 있고, 신뢰도가 높고 경제적인 크라이오 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to a plasma processing apparatus, A plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; A first solenoid lens including a six-pole magnet winding for generating a magnetic field in the circumferential direction formed around the plasma container, the first solenoid lens being installed inside the cryo refrigerator; And an ECR ion source system including a second solenoid lens that adjusts the magnitude and incidence angle of the beam compensated for by the first solenoid lens and is provided outside the cryo freezer.
Through the above-mentioned ECR ion source system, the present invention can increase the efficiency of the entire accelerator by forming a small-sized and good quality beam by adjusting the two solenoid lenses, and constitute a highly reliable and economical cryostat system There is an effect that can be done.

Description

ECR 이온원용 자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템{MAGNETIC DEVICE FOR ECR ION SOURCE AND SYSTEM THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a magnetic field generating device for an ECR ion source and a system including the same.

본 발명은 ECR 이온원용 자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 비해 더 높은 수의 다가이온과 큰 전류의 이온빔을 얻을 수 있어 가속기 전체의 효율을 높일 수 있는 ECR 이온원용 자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for generating a magnetic field for an ECR ion source and a system including the ECR ion source, and more particularly, to an ECR ion source capable of obtaining a higher number of polyvalent ions and a larger current ion beam, And a system including the same.

핵물리 등의 실험에는 방사성 이온빔이 필요한데 이러한 방사성 이온빔(또는 방사성 동위원소빔)을 생산하기 위해서는 가속된 이온빔을 여러 종류의 표적에 입사함으로써 In-flight 방식 또는 Isotope Separation On Line(ISOL)방식을 통해 방사성 이온빔을 생산한다.In order to produce such a radioactive ion beam (or a radioisotope beam), an accelerated ion beam is injected into various kinds of targets so that it can be transmitted through an in-flight system or an isotope separation on line (ISOL) system Thereby producing a radioactive ion beam.

북미, 일본 및 유럽 등지에서는 차세대 핵물리 연구의 필수 시설로 방사성 이온빔 생산을 위한 대형가속기의 설계 또는 건설이 진행되고 있으며, 대표적인 차세대 핵물리 가속기 계획 중 하나인 미국의 Rare isotope Accelerator(RIA)의 경우 초전도 선형 가속기를 이용하여 핵종표(Nuclear chart)의 모든 입자를 수백 MeV/u(핵자당 에너지)로 가속함으로써 In-flight 방식과 ISOL 방식 모두를 사용할 수 있게 한다.In North America, Japan, and Europe, large accelerators are being designed or constructed for the production of radioactive ion beams as essential facilities for next-generation nuclear physics research. In the case of the Rare isotope accelerator (RIA) Using a superconducting linear accelerator accelerates all the particles in a nuclear chart to hundreds of meV / u (nuclear energy per subunit), making it possible to use both in-flight and ISOL methods.

보다 가속효율을 높여 에너지가 높은 방사선을 생산하기 위해서 중이온을 이용한 방사선 가속기에 대해 관심이 커지게 되었는데 이를 위해 중이온을 만들기 위한 이온화 장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.In order to increase the acceleration efficiency and produce high energy radiation, interest in radiation accelerator using heavy ion has been increased. To this end, ionization devices for making heavy ions have been actively studied.

다양한 원자들의 다가 이온을 만들어 낼 수 있는 방법들 중에는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 이온원을 이용하는 것이 가장 효과적인데 이러한 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 있기 때문에 다가 이온화가 가능한 특징이 있다.ECR (Electron Cyclotron Resonance) ion source is one of the most effective ways to generate the multivalent ions of various atoms. This ECR ion source has a strong magnetic mirror structure in the ion source, By using resonance, electrons can be intensively heated to several keV or more, so that electrons located in the atomic interior of the atom can be separated from the orbit.

이러한 ECR 이온원의 설계에서 가장 중요한 점은 높은 에너지 전자들의 밀폐효율을 높이기 위해 강력한 거울자장 구조를 가져야 할 뿐만 아니라, 공명효율을 효율적으로 만들어 다가이온화 효율을 높이기 위해 반경방향으로도 강력한 다극자계를 만들도록 다극자장 발생장치를 설계하는 것이다.The most important point in designing such an ECR ion source is to not only have a strong magnetic field structure to increase the sealing efficiency of high energy electrons but also to make the resonance efficiency efficient and to increase the ionization efficiency, And to design a multipole magnetic field generator to make it.

이러한 다극자계 발생장치는 강력한 자장을 설계하기 위해 매우 복잡한 구조를 갖고 있어서 일반적인 ECR 이온원에 적용하기에는 적절하지 않은 문제점이 있다.Such a multipolar magnetic field generator has a very complicated structure for designing a strong magnetic field, which is not suitable for application to general ECR ion sources.

또한, ECR 이온원에 적용되는 다극자계 발생장치는 여러 종류의 자화방향을 갖는 자석으로 이루어지고, 외부자계에 의해 영향을 받음에 따라 자신의 자화방향과 다른 자장에 의해 받는 자기 스트레스에 의해 자력이 점점 약해지는 문제점이 있고, 자기 스트레스에 의한 자력의 약화를 극복하기 위해 보자력이 강한 자석을 사용하게 되면 강한 자장이 형성되지 않는 문제점이 있다.In addition, the multipolar magnetic field generator applied to the ECR ion source is made up of magnets having various kinds of magnetization directions. As a result of being influenced by an external magnetic field, magnetic force due to magnetic stresses There is a problem in that it becomes weaker and there is a problem that a strong magnetic field is not formed if a magnet having a strong coercive force is used to overcome the weakening of the magnetic force due to magnetic stress.

이와 같이, 현재 초전도 ECR 이온원의 개발관련 세계적 수준은 중이온가속기에서 요구되는 출력을 충분히 얻어내지 못하고 있는 상황이기 때문에 계속적인 연구개발이 진행되고 있으며, 또한 비록 이 목표치가 달성된다 하더라도 더 좋은 결과들을 얻어낼수록 수준 높은 실험들이 쉽게 진행될 수 있기 때문에 ECR 이온원의 성능에 대한 개선이 필요하다.As such, the current world-class level of development of superconducting ECR ion sources has not been able to fully achieve the required output of a heavy ion accelerator, so research and development is underway and even though this target is achieved, The better the performance of the ECR ion source, the higher the level of experimentation can be.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이온빔 수송계 개선을 통해서 다가 형태의 중이온빔을 더 큰 전류로 얻어낼 수 있는 ECR 이온원용 자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetic field generator for an ECR ion source capable of obtaining a large current of a multiform ion beam by improving the ion beam transport system and a system .

본 발명의 또 다른 목적은 두 개의 솔레노이드 렌즈 조절을 통해 가속기 전체의 효율을 높일 수 있는 ECR 이온원용 자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a magnetic field generator for an ECR ion source capable of increasing the efficiency of the entire accelerator through adjustment of two solenoid lenses and a system including the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 플라즈마 용기; 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함하는 ECR 이온원용 다극자장 발생장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display apparatus comprising: a plasma container; A plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; And a six pole magnet winding for generating a magnetic field in the circumferential direction formed around the plasma vessel.

상기 플라즈마 용기 입구측 축방향 성분 자장은 4.4 테스라 이상이고, 출구측 축방향 성분 자장은 3.2 테스라 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 원주 방향의 자장의 크기는 2.2 테스라 이상이고, 상기 환형의 초전도 솔레노이드 코일은 5개가 설치되고, 그 중 3개의 코일의 전류에 의해 최소자장 구배조정을 통해 전자공명영역을 제어할 수 있다.Wherein the axial direction component magnetic field at the plasma vessel inlet side is not less than 4.4 tesla and the axial direction component magnetic field at the exit side is not less than 3.2 tesla, the magnitude of the circumferential magnetic field is not less than 2.2 tesla, Five solenoid coils are installed, and the electron resonance region can be controlled through the adjustment of the minimum magnetic field gradient by the currents of the three coils.

또한, 본 발명은 플라즈마 용기; 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함하고, 크라이오 냉동기 내부에 설치된 제 1 솔레노이드 렌즈 및 상기 제 1 솔레노이드 렌즈에 의해 퍼짐이 보상된 빔의 크기와 입사각을 조정하고, 크라이오 냉동기 외부에 설치되는 제 2 솔레노이드 렌즈를 포함하는 ECR 이온원 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a plasma display panel comprising: a plasma container; A plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; And a coil of a six-pole magnet for generating a magnetic field in the circumferential direction formed around the plasma vessel, wherein the first solenoid lens installed inside the cryo freezer and the first solenoid lens for adjusting the size of the beam compensated for by the first solenoid lens And an ECR ion source system including a second solenoid lens provided outside the cryo freezer, the incident angle being adjusted.

상술한 바와 같이, 본 발명은 ECR 이온원용 다극자장 발생장치를 제시한다.As described above, the present invention provides a multipolar magnetic field generating apparatus for an ECR ion source.

이에 따라, 타 장치의 초전도 ECR 이온원에서 보다 더 높은 수의 다기 이온과 더 큰 전류의 이온빔을 얻어낼 수 있는 효과가 있다. Thereby, there is an effect that a higher number of multi-ion ions and a larger current ion beam can be obtained than in the superconducting ECR ion source of the other apparatus.

또한, 두 개 솔레노이드 렌즈 조절에 의해 작은 크기와 좋은 질의 빔을 만들 수 있기 때문에 가속기 전체의 효율을 높일 수 있고, 신뢰도가 높고 경제적인 크라이오 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.In addition, by adjusting the two solenoid lenses, it is possible to make a beam of small size and good quality, so that the efficiency of the entire accelerator can be increased, and a reliable and economical Cryo system can be constructed.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 초전도 ECR 이온원의 주요 자석의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 상기 도 1에 따른 다섯 개 초전도 솔레노이드 자석들에 의해 구현된 축방향 성분의 자장성분의 분포를 보여주는 그래프.
도 3은 상기 도 1에 따른 초전도 육극 자석에 의해 구현된 원주방향 성분의 자장성분의 분포를 보여주는 그래프.
도 4는 육극자석의 가능한 권선 방법들을 제시하는 평면도.
도 5는 초전도 ECR 이온원을 구성하는 다섯 개의 솔레노이드 코일, 이온원 를라즈마 용기벽에 안장형태로 권선된 육극자석, 크라이오 탱크 안에 설치된 첫 번째 솔레노이드 렌즈와 크라이오 탱크 밖에 설치된 두 번째 솔레노이드 렌즈들의 배치도.
도 6은 도 5에 따른 전자석들과 요크 구조에 의한 축방향성분의 자장 파형들에 대한 그래프.
도 7은 ECR 플라즈마에서 전자석 안쪽에 설치되는 구조체들의 배치도.
도 8은 ECR 플라즈마에서 전자석 바깥쪽에 설치되는 구조체들의 배치도.
도 9는 전자석 양옆에서 축방향으로 설치되는 구조체들의 배치도.
도 10은 크라이오 시스템의 구조 및 배치와 열절연 조건을 기준으로 각 영역의 열부하를 추산한 데이터.
도 11은 초전도 ECR 이온원에서 단일 솔레노이드 렌즈에 의한 빔수송 예를 나타낸 개략도.
도 12는 초전도 ECR 이온원에서 두개의 솔레노이드 렌즈에 의한 빔수송 예를 나타낸 개략도.
도 13은 우라늄 다가 이온빔을 인출할 때 두 개의 솔레노이드 렌즈를 사용하였을 때 빔의 질이 좋아진다는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도 14는 양성자 빔을 인출할 때 두 개의 솔레노이드 렌즈를 사용하였을 때 빔의 질이 좋아진다는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과.
도 15는 본 발명에 따른 다극자장 발생장치를 포함한 초전도 ECR 이온원 시스템의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
1 is a perspective view showing a configuration of a main magnet of a superconducting ECR ion source constituted by the present invention;
FIG. 2 is a graph showing the distribution of magnetic field components of axial components realized by the five superconducting solenoid magnets according to FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a graph showing the distribution of magnetic field components in the circumferential direction, which is realized by the superconducting two-pole magnet according to FIG. 1; FIG.
4 is a plan view showing possible winding methods of a two-pole magnet;
FIG. 5 is a graph showing the relationship among the five solenoid coils constituting the superconducting ECR ion source, the first solenoid lens installed in the cryotank and the second solenoid lens installed outside the cryotank, the ion source being a spherical magnet wound in a saddle- .
6 is a graph of magnetic field waveforms of axial components due to electromagnets and yoke structure according to FIG.
7 is a layout diagram of structures installed inside an electromagnet in an ECR plasma.
8 is a layout diagram of structures installed outside an electromagnet in an ECR plasma.
Fig. 9 is a layout diagram of structures installed axially on both sides of the electromagnet; Fig.
Fig. 10 is a graph showing the thermal load of each region based on the structure and arrangement of the cryostat system and the thermal insulation conditions.
11 is a schematic diagram showing an example of beam transport by a single solenoid lens in a superconducting ECR ion source.
12 is a schematic diagram showing an example of beam transport by two solenoid lenses in a superconducting ECR ion source.
13 shows a simulation result showing that the quality of the beam is improved when two solenoid lenses are used to extract uranium multi-valent ion beams.
14 shows a simulation result showing that the beam quality is improved when two solenoid lenses are used to extract the proton beam.
15 is a cross-sectional view showing the entire configuration of a superconducting ECR ion source system including a multipole magnetic field generating apparatus according to the present invention.

이하에서는 본 발명에 따른 ECR 이온원용 다극자장 발생장치 및 이를 포함하는 시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an apparatus for generating an ECR ion source multi-pole magnetic field and a system including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately define the concept of the term to describe its invention in the best way The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 초전도 ECR 이온원의 주요 자석의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 따른 다섯 개 초전도 솔레노이드 자석들에 의해 구현된 축방향 성분의 자장성분의 분포를 보여주는 그래프이다. 또한, 도 3은 상기 도 1에 따른 초전도 육극 자석에 의해 구현된 원주방향 성분의 자장성분의 분포를 보여주는 그래프이고, 도 4는 육극 자석의 가능한 권선 방법들을 제시하는 평면도이다.Fig. 1 is a perspective view showing the configuration of a main magnet of a superconducting ECR ion source constructed according to the present invention, and Fig. 2 is a graph showing the distribution of magnetic field components of axial components realized by the five superconducting solenoid magnets according to Fig. Graph. FIG. 3 is a graph showing the distribution of magnetic field components in a circumferential direction component realized by the superconducting magnetic pole magnet according to FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view showing possible winding methods of the pole magnet.

상기 도면들을 근거로 이하, 본 발명에 따른 ECR 이온원용 다극자장 발생장치에 대해서 설명한다.Hereinafter, an ECR ion source multi-pole magnetic field generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.

본 발명에 따른 ECR 이온원용 다극자장 발생장치는 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함한다.An ECR ion source multi-field magnetic field generator according to the present invention comprises: a plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; And a six pole magnet winding for generating a circumferential magnetic field formed around the plasma vessel.

특히, 상기 플라즈마 용기 입구측 축방향 성분 자장은 4.4 테스라 이상이고, 출구측 축방향 성분 자장은 3.2 테스라 이상인 것이 바람직하고, 상기 원주 방향의 자장의 크기는 2.2 테스라 이상인 것이 바람직하다.Particularly, it is preferable that the plasma component inlet side axial component magnetic field is 4.4 tesla or more, the outlet side axial component magnetic field is 3.2 tesla or more, and the circumferential magnetic field size is 2.2 tesla or more.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다극자장 발생장치는 상기 환형의 초전도 솔레노이드 코일은 5개가 설치되고, 그 중 3개의 코일의 전류에 의해 최소자장 구배조정을 통해 전자공명영역을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.Also, in the multipole magnetic field generator according to the embodiment of the present invention, five of the annular superconducting solenoid coils are provided, and the electron resonance region can be controlled through the adjustment of the minimum magnetic field gradient by the currents of the three coils .

도 1은 본 발명을 적용하여 구성된 초전도 ECR 이온원의 기본 자장구조인 축방향 자장과 원주방향 자장을 만들어주기 위한 초전도 자석들의 구조를 나타내는데, 축방향 자장을 만들기 위해 다섯 개의 초전도 솔레노이드 자석들이 배치되고, 원주방향 자장구조를 만들기 위해 육극 자석이 플라즈마 용기 외벽을 따라 여섯 개가 길게 배열되며, 이들은 모두 크라이오 탱크 속에서 액체헬륨에 의해 4K 으로 유지될 수 있다. FIG. 1 shows the structure of a superconducting magnet for generating an axial magnetic field and a circumferential magnetic field, which are the basic magnetic field structures of a superconducting ECR ion source constructed by applying the present invention, in which five superconducting solenoid magnets are arranged to make an axial magnetic field , Six permanent magnets are arranged long along the outer wall of the plasma vessel to create a circumferential magnetic field structure, all of which can be maintained at 4K by liquid helium in the cryotank.

상기와 같이, 다섯 개 솔레노이드 자석(St0, St1, St2, SL1, SL2)에 의해 구현된 축방향 자장의 모양은 도 2와 같이 그래프로 나타낼 수 있다. 가운데 세 개 코일의 전류배분에 의해 초록색 파형과 같은 강한 자장 모드와 빨간색 파형과 같은 고주파공명 제어 모드 등으로 자장제어가 가능하다. 강한 자장 모드에서는 플라즈마 용기 입구측 최대자장 4.4 테스라 이상이고, 출구측 축방향 성분 자장은 최대자장 3.2 테스라 이상을 얻을 수 있는 것이 특징이다.As described above, the shape of the axial magnetic field realized by the five solenoid magnets (St0, St1, St2, SL1, SL2) can be shown graphically as shown in FIG. By the current distribution of the middle three coils, it is possible to control the magnetic field by a strong magnetic field mode such as green waveform and a high frequency resonance control mode such as red waveform. In the strong magnetic field mode, the maximum magnetic field on the plasma vessel inlet side is more than 4.4 tesla and the axial component magnetic field on the exit side is more than 3.2 tesla.

도 1과 같이 플라즈마 용기를 따라 배치된 여섯 개의 초전도 육극자석에 의해 구현된 원주방향의 자장모양은 도 3에 따른 그래프로 나타낼 수 있다. 용기 벽에 안장모양으로 감긴 여섯 개의 육극 자석과 도 1의 초록색으로 표시된 각 자석의 중심부에 장착된 요크에 의해 플라즈마 용기 외벽에서 원주 방향의 자장의 크기는 2.2 T의 원주반경 자장 값을 얻어낼 수 있다. 육극자석의 권선은 도 4의 (c)에 나타낸 것처럼 용기 벽의 굴곡을 따라 안장형으로 길게 감기 위해 특수 지그를 사용할 수 있다.As shown in FIG. 1, the circumferential magnetic field shape realized by the six superconducting two-pole magnets arranged along the plasma vessel can be represented by a graph according to FIG. The size of the magnetic field in the circumferential direction on the outer wall of the plasma container can be obtained by the magnetic field of circumferential radius of 2.2 T by six yoke magnets wound in a saddle shape on the vessel wall and a yoke mounted in the center of each magnet shown in green in Fig. have. As shown in FIG. 4 (c), the winding of the pole magnet can use a special jig to saddle the winding of the container along the curvature of the container wall.

본 발명은 플라즈마 용기; 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함하는 다극자장 발생장치에 추가적으로 크라이오 냉동기 내부에 설치된 제 1 솔레노이드 렌즈; 및 상기 제 1 솔레노이드 렌즈에 의해 퍼짐이 보상된 빔의 크기와 입사각을 조정하고, 크라이오 냉동기 외부에 설치되는 제 2 솔레노이드 렌즈를 포함하는 ECR 이온원 시스템을 제공한다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, A plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; A first solenoid lens installed inside the cryo freezer in addition to a multipole magnetic field generator including a six pole magnet winding for generating a magnetic field in the circumferential direction formed around the plasma vessel; And a second solenoid lens arranged outside the cryo freezer to adjust the size and incidence angle of the beam compensated by the first solenoid lens.

상기에서 설명한 구성인 초전도 ECR 이온원을 구성하는 다섯 개의 솔레노이드 코일, 이온원 를라즈마 용기벽에 안장형태로 권선된 육극자석, 크라이오 탱크 안에 설치된 첫 번째 솔레노이드 렌즈와 크라이오 탱크 밖에 설치된 두 번째 솔레노이드 렌즈들의 배치도를 도 5에 나타내었다. The five solenoid coils constituting the superconducting ECR ion source having the above-described constitution, the first solenoid lens installed in the cryotank and the second solenoid lens installed in the cryotank, The arrangement of the solenoid lenses is shown in Fig.

육극자석들과 솔래노이드 전자석들은 상호간에 작용하는 강한 전자기력을 충분히 이겨낼 수 있는 구조로 조립되고, 크라이오 탱크의 최외곽은 전자석들에 의해 만들어지는 자장을 차폐하는 동시에 필요한 자력선 파형을 구현할 수 있다. 이와 같이 설계된 도 5에 따른 전자석들과 요크 구조에 의한 축방향성분의 자장 파형들은 도 6에 나타난 그래프와 같다.The ferromagnetic magnets and the Solanoid electromagnets are assembled in a structure that can sufficiently absorb the strong electromagnetic force acting on each other. The outermost part of the cryotank can shield the magnetic field generated by the electromagnets and realize the required magnetic field line waveform. The magnetic field waveforms of the axial components due to the electromagnets and the yoke structure thus designed are shown in the graph shown in FIG.

상기 도 6의 그래프에 나와 있는 것과 같이, 각 전자석들의 전류배분에 의해 다양한 파형의 자장구조를 만들어낼 수 있고, 이러한 자장구조는 다양한 조건에서 ECR 이온원의 성능에 영향을 미칠 수 있다.As shown in the graph of FIG. 6, the magnetic field structure of various waveforms can be produced by the current distribution of the respective electromagnets, and the magnetic field structure can affect the performance of the ECR ion source under various conditions.

특히, 크라이오 냉동기 내부에 설치된 제 1 솔레노이드 렌즈(L1); 및 상기 제 1 솔레노이드 렌즈에 의해 퍼짐이 보상된 빔의 크기와 입사각을 조정하고, 크라이오 냉동기 외부에 설치되는 제 2 솔레노이드 렌즈(L2)를 포함하는 것이 특징이다.In particular, a first solenoid lens L1 installed in the cryo freezer; And a second solenoid lens (L2) provided outside the cryo freezer to adjust the size and incident angle of the beam compensated for by the first solenoid lens.

상기와 같이 제 1 솔레노이드 렌즈(L1)를 크라이오 냉동기 안에 설치함으로써 가능한 빨리 공간전하에 의한 빔의 퍼짐을 보상할 수 있고, 크라이오 냉동기 외부에 제 2 솔레노이드 렌즈(L2)를 설치하여 전자석 입구에서의 빔의 크기와 입사각을 적절히 조정함으로써 전체적으로 작은 빔 크기와 작은 발산각을 갖는 빔을 전자석 전후에서 유지할 수 있는 효과가 있다.By installing the first solenoid lens L1 in the cryo freezer as described above, it is possible to compensate for the spread of the beam due to the space charge as quickly as possible, and by providing the second solenoid lens L2 outside the cryo freezer, The beam having a small beam size and a small divergence angle can be maintained before and after the electromagnet by appropriately adjusting the beam size and the incident angle of the beam.

상기와 같은 효과는 추후 설명할 시뮬레이션 결과에 따른 두 개의 솔레노이드 렌즈에 의해 최종적으로, 즉 다음 빔 라인 컴포넌트인 질량분석 전자석 입구에서, 더 작은 크기의 빔으로 평행에 가까운 빔을 만들어 낼 수 있다.Such an effect can be achieved by two solenoid lenses according to the simulation results to be described later, that is, at the entrance of the mass analysis electromagnet which is the next beam line component, a beam close to parallel with a beam of a smaller size.

초전도 ECR 이온원에서 수행해야 할 일은 다양한 이온빔을 다양한 전하를 가진 형태로 인출하고 이 중에서 최종적으로 필요한 전하수의 이온빔만을 골라내는 것이라 할 수 있고, 설계된 이온원 빔인출계의 시뮬레이션을 축대칭 3차원 시뮬레이션 빔인출 시뮬레이션 코드를 사용하여 설계결과를 검증하였다.In the superconducting ECR ion source, it is necessary to extract various ion beams in the form of various electric charges, and finally, only the ion beam of the required number of electric charges is picked out. The simulations of the designed ion source beam, The design results were verified using beam extraction simulation code.

초전도 ECR 이온원에서 초전도자석들을 4K 으로 냉각하고 그 온도를 유지하도록 하는 크라이오 시스템은 열차폐 등을 위해 설계에 반영된 파라메타들이 기본적으로 이온원의 성능에 영향을 주고, 제작 후에는 운전 중의 경제성 및 신뢰도를 결정하게 된다. 이온원 설계에 반영된 ECR 플라즈마에서 시작하여 크라이오 시스템 진공용기 바깥 표면까지 반경방향과 축방향으로의 각 구조물 위치를 도 7, 도 8, 도 9에 정리해서 나타내었다. 도 7은 ECR 플라즈마에서 전자석 안쪽에 설치되는 구조체들의 배치도이고, 도 8은 ECR 플라즈마에서 전자석 바깥쪽에 설치되는 구조체들의 배치도이다. 또한, 도 9는 전자석 양옆에서 축방향으로 설치되는 구조체들의 배치도이다.Cryo systems that superconducting magnets are cooled to 4K in the superconducting ECR ion source and maintained at that temperature have the following problems. The parameters reflected in the design for the heat shield basically affect the performance of the ion source. Reliability is determined. The position of each structure in the radial direction and the axial direction from the ECR plasma reflected in the ion source design to the outer surface of the vacuum chamber of the cryostat system is shown in FIG. 7, FIG. 8, and FIG. FIG. 7 is a layout diagram of structures installed inside the electromagnet in the ECR plasma, and FIG. 8 is a layout diagram of structures installed outside the electromagnet in the ECR plasma. 9 is a layout diagram of structures installed axially on both sides of the electromagnet.

크라이오 시스템이 부담해야 하는 열부하로는 300 K 물체에서 나오는 복사열, 기체나 구조물을 통한 전도열, 전자석 리드선에서 발생하는 저항열, 그리고 ECR 플라즈마에서 발생하는 X 선이 있으며 복사열은 열차폐체 삽입을 통해, 전도열은 부도체 사용을 통해 억제할 수 있다. ECR 플라즈마에서는 고에너지 전자가 플라즈마 입자나 용기 벽과 충돌하면서 연속적인 스펙트럼을 갖는 제동복사(bremsstrahlung) X 선이 발생되는데 방출 에너지가 MeV 영역까지도 나오므로 물질을 뚫고 지나가 초전도 자석에 축적될 수 있으므로 X 선 차폐가 필요하고, 이러한 목적으로 X 선의 감쇠율이 크고 가공이 비교적 쉬운 3 mm 두께의 탄탈(Ta) 판을 사용한다. 열차폐와 액체질소 용기 사이의 열절연을 위해서는 플라스틱 디스크를 삽입하며 액체질소용기를 상온인 진공용기에 고정하는 구조물은 G10 띠와 스텐레스강을 사용한다.The thermal loads that the Cryo system should bear include 300 K of radiant heat from the object, conduction heat through the gas or structure, resistance heat from the electromagnet lead wire, and X-rays from the ECR plasma, Conducted heat can be suppressed through the use of nonconductors. In ECR plasma, bremsstrahlung X-rays with high energy electrons collide with plasma particles or vessel walls and generate a continuous spectrum. Since the emission energy reaches the MeV region, it can accumulate in the superconducting magnet through the material, For this purpose, a tantalum (Ta) plate of 3 mm thickness, which has a high attenuation factor of X-rays and is relatively easy to process, is used. A plastic disc is inserted for thermal insulation between the thermal insulation and the liquid nitrogen container, and a structure for fixing the liquid nitrogen container to the vacuum container at room temperature is made of G10 strip and stainless steel.

도 10은 상기와 같은 크라이오 시스템의 구조 및 배치와 열절연 조건을 기준으로 각 영역의 열부하를 추산한 데이터를 나타낸다. 70 K 열차폐체의 냉각은 50 K 냉동기를 사용하여 냉각하고, 4 K 냉각이 필요한 전자석들은 질량이 1000 kg에 육박하므로 일단 액체질소로 70 K까지 온도를 낮추고 70 K부터 액체헬륨을 사용하여 냉각한 후, 온도 유지 단계에서는 자체순환 회로를 구성하는 냉동기와 헬륨 재응축기를 투입하여 수행한다.FIG. 10 shows data obtained by estimating the thermal load of each region based on the structure and arrangement of the cryogenic system and the thermal insulation conditions. The cooling of the 70 K heat shield is cooled using a 50 K freezer, and the electromagnets requiring 4 K cooling close to 1000 kg in mass, so once cooled down to 70 K with liquid nitrogen and cooled with liquid helium from 70 K After that, in the temperature maintenance step, the refrigerator and the helium recondenser constituting the self-circulating circuit are charged.

초전도 ECR 이온원은 질량수가 작은 수소이온에서부터 질량수가 매우 큰 우라늄 이온까지 다양한 종류의 이온들을 다가 이온빔의 형태로 인출해 내야 한다. 따라서 이온원에서 인출하려는 이온 빔의 종류에 따라 이온원의 빔인출 특성을 달리해야 하기 때문에 ECR 이온원의 빔인출계는 이러한 다양하게 변하는 조건들을 반영하여 최적의 빔을 인출할 수 있어야 한다. The superconducting ECR ion source needs to extract various kinds of ions from hydrogen ions with a small mass number to uranium ions with a very large mass number in the form of multi-valent ion beams. Therefore, the beam extraction characteristics of the ion source must be different depending on the type of the ion beam to be extracted from the ion source. Therefore, the beam source of the ECR ion source must be capable of extracting the optimum beam reflecting these various changing conditions.

특히, 빔인출 전압은 30 kV 이내에서 조정이 가능하도록 하고, 이를 반영하여 다양한 빔 종류에 대한 실험을 수행할 수 있도록 빔인출 전극의 간격을 조정이 인출전극 고정 링의 두께에 의해 수동적으로 조정이 가능하도록 하여, 장치의 단순성을 반영하여 인출구와 질량분석 전자석과의 거리를 최소화하여 빔수송 효율을 극대화할 수 있다.In particular, the beam extraction voltage can be adjusted within 30 kV, and the gap of the beam extraction electrode can be adjusted manually by adjusting the thickness of the extraction electrode fixing ring so that experiments on various beam types can be performed So that the distance between the extraction port and the mass analysis electromagnet can be minimized to maximize the beam transport efficiency.

그러나 감속 전극은 전자들이 빔 방향과 반대로 가속되어 이온원 챔버 내로 들어오는 역류전자들을 막을 뿐만 아니라 beam optics 관점에서도 도움을 줄 수 있기 때문에 전극 간극 미세조정 기능을 생략하는 대신 감속전극을 추가할 수 있다. 대부분의 초전도 ECR 이온원에서 빔인출구와 솔레노이드 렌즈 사이의 거리는 초전도 자석의 냉각을 위한 크라이오 냉각 시스템의 크기에 의해 결정된다.However, the decelerating electrode can be added to the deceleration electrode instead of omitting the electrode gap fine adjustment function because electrons accelerating in the opposite direction of the beam to prevent reverse electrons entering the ion source chamber as well as in view of beam optics. In most superconducting ECR ion sources, the distance between the beam outlet and the solenoid lens is determined by the size of the cryo cooling system for cooling the superconducting magnet.

도 11은 초전도 ECR 이온원에서 단일 솔레노이드 렌즈에 의한 빔수송 예를 나타낸 개략도이고, 도 12는 초전도 ECR 이온원에서 두개의 솔레노이드 렌즈에 의한 빔수송 예를 나타낸 개략도이다.FIG. 11 is a schematic view showing an example of beam transport by a single solenoid lens in a superconducting ECR ion source, and FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of beam transport by two solenoid lenses in a superconducting ECR ion source.

상기 도 11 및 12를 참조하면, 인출 빔의 전류가 클 경우 이온원 인출 시스템에서 최적으로 빔을 인출하더라도 공간전하에 의해 솔레노이드 렌즈 영역까기 도달하는 동안 빔은 크게 퍼지게 되고, 이렇게 퍼진 빔을 솔레노이드 렌즈가 집속하여 가능한 평행 빔의 형태로 전자석 입구에 전달해주더라도 도 11에서와 같이 전자석을 통과하여 질량분석된 빔은 이미 커져버린 빔에 의해 그 특성이 결정되게 되는데, 이를 극복하기 위해 도 12와 같이 두 개의 솔레노이드 렌즈를 장착한 시스템을 구성한다. 11 and 12, when the current of the outgoing beam is large, even when the beam is drawn out optimally in the ion source drawing system, the beam spreads largely while reaching the solenoid lens area by the space charge, Even if the beam is converged and transmitted to the electromagnet entrance in the form of a parallel beam as possible, the characteristics of the beam that has passed through the electromagnet through the electromagnet are analyzed by the already-enlarged beam. Configure the system with two solenoid lenses.

특히 제 1 솔레노이드 렌즈를 크라이오 냉동기 안에 설치함으로써 가능한 빨리 공간전하에 의한 빔의 퍼짐을 보상하고, 다음으로 제 2 솔레노이드 렌즈로 전자석 입구에서의 빔의 크기와 입사각을 적절히 조정함으로써 전체적으로 작은 빔 크기와 작은 발산각을 갖는 빔을 전자석 전후에서 유지할 수 있다.Particularly, by installing the first solenoid lens in the cryocooler, it is possible to compensate the spread of the beam by the space charge as soon as possible, and then the size and incident angle of the beam at the electromagnet entrance are appropriately adjusted by the second solenoid lens, The beam having a small divergence angle can be maintained before and after the electromagnet.

초전도 ECR 이온원에서 수행해야 할 일은 다양한 이온빔을 다양한 전하를 가진 형태로 인출하고 이 중에서 최종적으로 필요한 전하수의 이온빔만을 골라내는 것이라 할 수 있으며 설계된 이온원 빔인출계의 시뮬레이션을 다음과 같은 조건 하에서 축대칭 3차원 시뮬레이션 빔인출 시뮬레이션 코드를 사용하여 설계결과를 검증하였다.In the superconducting ECR ion source, it is necessary to extract various ion beams into various charge types, and to select only the ion beam of the necessary charge number finally, the simulation of the ion source beam, which is the designed ion source beam, The design results were verified using symmetric 3D simulation beam extraction simulation code.

도 13은 우라늄 다가 이온빔을 인출할 때 두 개의 솔레노이드 렌즈를 사용하였을 때 빔의 질이 좋아진다는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과이고, 도 14는 양성자 빔을 인출할 때 두 개의 솔레노이드 렌즈를 사용하였을 때 빔의 질이 좋아진다는 것을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.FIG. 13 is a simulation result showing that the quality of the beam is improved when two solenoid lenses are used for drawing uranium multi-valent ion beams, and FIG. 14 is a simulation result showing that when two solenoid lenses are used to draw the proton beam, The simulation results show that the quality is better.

이와 같이, 초전도 ECR 이온원이 목표로 하는 주요 핵종의 하나인 다가 우라늄 빔 인출의 시뮬레이션 결과를 도 13에서 보였고, 양성자 10 mA 단일 빔을 인출하여 동일한 조건들에서 적용하여 시뮬레이션 한 결과를 도 14에서 보였다. 각 경우마다 맨 위의 빔인출 시뮬레이션 결과는 이온원에서 인출된 빔이 솔레노이드 렌즈가 없는 시스템을 통과할 때의 결과이고, 두 번째 결과는 한 개의 솔레노이드 렌즈가 있을 때의 결과이며, 세 번째 결과는 한 개의 솔레노이드 렌즈가 크라이오 내부에만 장착되어 있을 때의 결과이고, 마지막 줄 결과는 두 개의 솔레노이드 렌즈를 한 개는 크라이오 탱크 내부에 나머지 한 개는 크라이오 탱크 외부에 장착되었을 때의 결과이다. 13 shows the simulation result of the polyvalent uranium beam withdrawal, which is one of the main radionuclides targeted by the superconducting ECR ion source, and the result of simulating the same by applying the proton 10 mA single beam to the same conditions is shown in FIG. 14 It looked. In each case, the top beam extraction simulation results are the result when the beam drawn from the ion source passes through a system without a solenoid lens, the second is the result when there is one solenoid lens, The result of the last line is the result of two solenoid lenses, one inside the cryo tank and one outside the cryo tank.

시뮬레이선 결과들에서 알 수 있듯이 두 개의 솔레노이드 렌즈에 의해 최종적으로, 즉 다음 빔라인 컴포넌트인 질량분석 전자석 입구에서, 더 작은 크기의 빔으로 평행에 가까운 빔을 만들어 낼 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from the simulation results, it can be seen that the two solenoid lenses can finally produce a near-parallel beam with a smaller beam at the entrance of the mass analyzer, which is the next beamline component.

한편, 도 15는 본 발명에 따른 다극자장 발생장치를 포함한 초전도 ECR 이온원 시스템의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.15 is a cross-sectional view showing the entire configuration of a superconducting ECR ion source system including a multipole magnetic field generating apparatus according to the present invention.

상기와 같이 설계된 초전도 ECR 이온원은 운전 중에도 우라늄 빔인출을 위한 오븐 수명에 의한 교체, 빔인출 시스템 간극 조정 및 유지보수 등과 같은 목적에 의해서 수시로 분해 및 재조립 등을 예상할 수 있으며, 이러한 분해 및 재조립 등을 포함한 유지보수를 효과적으로 수행하기 위해 하기와 같이 여섯 개 구성으로 분해할 수 있는 구조로 설계하였다. The superconducting ECR ion source designed as described above can be expected to be disassembled and reassembled from time to time for purposes such as replacement of oven lifetime for uranium beam withdrawal, adjustment and maintenance of beam gap system, and the like. In order to perform the maintenance including the reassembly effectively, it is designed to be disassembled into six configurations as described below.

제 1 구성으로 초전도자석 뭉치는 솔레노이드 코일 5개, 육극자석, 초전도 솔레노이드 렌즈 및 크라이오 냉동기 시스템을 포함한다. 다음으로 제 2 구성으로 ECR 플라즈마 용기는 고전압절연 튜브 및 탈리움 X 선 차폐 튜브를 포함한다. 또한 제 3 구성으로 이온원 입력포트는 RF 포트, 바이어스 디스크, 개스 공급라인, 오븐시스템 및 진공배기 시스템을 포함한다. 제 4 구성으로 빔인출구 포트는 상전도 솔레노이드 렌즈, 빔인출 전극, 고전압절연 및 진공배기 시스템을 포함한다. 제 5 구성으로 질량분석 시스템은 질량분석용전자석, 빔각도조정 자석 및 빔진단 포트를 포함하고, 제 6 구성으로 RF 시스템은 RF 진공창, DC 브레이크 및 28 GHz RF 시스템을 포함한다.In a first configuration, the superconducting magnet bundle includes five solenoid coils, a two-pole magnet, a superconducting solenoid lens, and a cryo refrigerator system. Next, in a second configuration, the ECR plasma vessel comprises a high voltage insulation tube and a thallium X-ray shielding tube. In a third configuration, the ion source input port includes an RF port, a bias disk, a gas supply line, an oven system, and a vacuum exhaust system. In a fourth configuration, the beam outlet port includes a normal conducting solenoid lens, a beam extraction electrode, a high voltage insulation, and a vacuum exhaust system. In a fifth configuration, the mass spectrometry system includes a mass spectrometry electromagnet, a beam angle tuning magnet, and a beam diagnostic port. In a sixth configuration, the RF system includes an RF vacuum window, a DC brake, and a 28 GHz RF system.

ECR 플라즈마를 가두는 이온원 플라즈마 챔버에 대해서 크라이오 시스템과는 2 mm PEEK로, 빔인출 전극과는 진공용기에 브레이징된 세라믹 링으로, RF 시스템과는 DC 브레이크로 절연되고, 크라이오 시스템과 입력포트 사이는 요크 구조에 장착되는 테프론 튜브 절연에 의해 고전압 전위를 유지하며, 특히 전체 구조 중 빔인출 전극을 연결하는 빔인출그 포트와 플라즈마 용기의 조립구조는 볼트를 사용하지 않고, O-링을 사용하여 내/외부 압착에 의한 접합방식을 사용하여 유지보수가 용이하다.For the ion source plasma chamber which confines the ECR plasma, a 2 mm PEEK with a Cryo system and a ceramic ring brazed to a vacuum container with a beam extraction electrode are insulated with a DC brake from the RF system. In particular, the assembly structure of the beam extraction port and the plasma vessel connecting the beam extraction electrodes in the entire structure does not use the bolt, and the O-ring It is easy to maintain by using inner / outer compression bonding method.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 ECR 이온원용 다극자장 발생장치 및 그 시스템은 두 개 솔레노이드 렌즈 조절에 의해 작은 크기와 좋은 질의 빔을 만들 수 있기 때문에 가속기 전체의 효율을 높일 수 있고, 신뢰도가 높고 경제적인 크라이오 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.The ECR ion source multi-pole magnetic field generator according to the present invention described above and its system can increase the efficiency of the entire accelerator because it can make small size and good quality beam by adjusting the two solenoid lenses, There is an effect that the Cryo system can be configured.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

본 발명은 ECR 이온원 시스템 분야에 적용된다.
The present invention is applied to the ECR ion source system field.

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 플라즈마 용기; 상기 플라즈마 용기의 축방향 성분 자장을 발생시키기 위한 복수개의 환형 초전도 솔레노이드 코일; 및 상기 플라즈마 용기 주변에 형성된 원주방향의 자장을 발생시키기 위한 6극자석의 권선을 포함하고,
크라이오 냉동기 내부에 설치된 제 1 솔레노이드 렌즈; 및
상기 제 1 솔레노이드 렌즈에 의해 퍼짐이 보상된 빔의 크기와 입사각을 조정하고, 크라이오 냉동기 외부에 설치되는 제 2 솔레노이드 렌즈를 포함하고,
상기 플라즈마 용기 입구측 축방향 성분 자장은 4.4 테스라 이상이고, 출구측 축방향 성분 자장은 3.2 테스라 이상이고, 상기 원주 방향의 자장의 크기는 2.2 테스라 이상인 것을 특징으로 하고,
상기 환형의 초전도 솔레노이드 코일은 5개가 설치되고, 그 중 3개의 코일의 전류에 의해 최소자장 구배조정을 통해 전자공명영역을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 ECR 이온원 시스템.
A plasma vessel; A plurality of annular superconducting solenoid coils for generating an axial component magnetic field of the plasma vessel; And a six-pole magnet winding for generating a circumferential magnetic field formed around the plasma vessel,
A first solenoid lens installed inside the cryo freezer; And
And a second solenoid lens arranged outside the cryo freezer to adjust the size and incidence angle of the beam compensated for by the first solenoid lens,
Wherein the axial direction component magnetic field of the plasma vessel inlet side is not less than 4.4 tesla, the axial direction component magnetic field of the outlet side is not less than 3.2 tesla, and the magnitude of the circumferential magnetic field is not less than 2.2 tesla,
Wherein five of the annular superconducting solenoid coils are provided, and the electron resonance region can be controlled by adjusting the minimum magnetic field gradient by the currents of the three coils.
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