KR101527310B1 - 전자기 복사 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 것은 원통형 스미스-퍼셀 구조를 포함하는 드리프트 튜브에서의 개선으로 전자기 복사를 생성하기 위한 장치이다. 상기 장치는 자기적으로 절연된 선형 오실레이터를 포함한다. 오실레이터는 순회파 전자건 및 협력(cooperating) 양극을 가지는 원통형 공명 공동을 포함한다. 드리프트 튜브는 오실레이터의 공명 공동 내에 배치되는 중공 원통형 전도성 요소로 형성된다. 드리프트 튜브는 내부 표면 및 한쌍의 단부를 포함한다. 드리프트 튜브는 드리프트 튜브의 내부 공간을 통과하는, 전자건으로부터의 전자 빔과 내부 격자 사이의 상호작용이 스미스-퍼셀 효과에 의해 RF 복사를 생성하도록 할 수 있다. 격자의 간격, 대면각과 형상, 및 전자 빔의 에너지가 RF 복사의 주파수의 결정 요인이 된다.

Description

전자기 복사 생성 장치{SYSTEM FOR PRODUCING ELECTROMAGNETIC RADIATION}
우선권
이 출원은 2006년 5월 30일 출원된 "핵융합 반응의 제어 방법 및 장치"라는 제목의 미국 특허 가출원 번호 제 60/809,453호의 우선권을 주장하는 2007년 5월 29일 출원된 핵융합 반응의 제어 방법 및 장치라는 제목의 미국 특허 출원 제11/754,928호의 분할 출원이다. 전술한 출원은 그 전체 내용이 참고로 본 출원 명세서에 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 드리프트 튜브를 포함하는 전자기 복사 생성 장치에 관한 것으로, 드리프트 튜브는 드리프트 튜브를 포함하는 고출력 RF 소스로부터 훨씬 높은 주파수를 출력할 수 있게 변형된다.
종래기술의 자기적으로 절연된 선형 오실레이터(MILO; Magnetically Insulated Linear Oscillators)는 고출력 RF 소스이며, 이는 300 MHz와 3.5 GHz 사이의 통상의 출력을 가진다. 다양한 응용을 위해, 더욱 높은 주파수를 획득할 수 있는 고출력 RF 소스를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
[인용 참조 문헌]
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"Convergent Hydrodynamics of lnertial Confinement Fusion Implosions", C. W. Barnes, LLNL Physics Division 132 Progress Report 1997-1998
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"Fundamental E[Xi]xperiments on Hydrodynamic Instability in Direct Drive Laser Fusion at Gekko XII", M. Nakai, Institute of Laser Engineering, University of Osaka, Japan.
"Production of Fast Neutron with a Plasma Focus Device", Moshe Gai, Laboratory for Nuclear Science at Avery Point, University of Connecticut, 5 May 2006
본 발명은 드리프트 튜브를 포함하는 전자기 복사 생성 장치를 제공하며, 상기 드리프트 튜브는 내부 표면에 형성된 격자 표면을 가지는 중공 원통형 전도성 요소를 포함하고, 중공 원통형 전도성 요소의 단부는 전기적 응력 발생을 최소화하기 위해 둥글게(radiused) 처리된다.
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중공 요소의 내부 공간을 통과하는 전자 소스로부터의 상대론적 전자 빔과 내부의 격자 사이의 상호작용은 스미스-퍼셀(Smith-Purcell) 효과에 의해 RF 복사를 생성한다. 격자의 간격, 대면각(face angle)과 형상, 및 전자 빔의 에너지는 RF 복사의 주파수의 결정 요인이다.
원통형 드리프트 튜브의 내부 표면에 격자를 가지는, 전술한 드리프트 튜브는, MILO와 같은 장치의 주파수 출력을, MILO에 대해 언급한 300MHz 내지 3.5㎓의 전술한 범위를 초과하도록 하는데 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 장점과 특징은 도면과 관련하여 상세한 설명을 읽는 것으로부터 분명하게 될 것이다.
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도 1은 결합된 SXE-MILO 드라이버의 길이방향에 따른 단면도이다.
도 2는 도 1의 MILO RF 헤드의 길이방향에 따른 부분 단면도이다.
도 3a은 도 1의 MILO RF 헤드에서 사용된 드리프트 튜브의 길이방향에 따른 단면도이고, 도 3b는 "도 3b"로 명명된 도 3a에서의 원형 영역의 확대도이다.
도면의 참조 번호 리스트, 그에 관련한 부품 및 그 부품을 위해 선택된 재료는 우선 실시 예의 끝 부분에 서술되어 있다.
미국특허 공개번호 제2008/0063132A1호에서 취해진 핵융합 반응의 실시예에서, 에너지 드라이버는 핵융합 반응을 시작하여 유지하기 위해 타겟을 대칭적으로 압축하는 X-선 빔을 높은 능숙도로 생성한다. 일실시예에서, 이런 에너지 드라이버는 바람직하게 미국특허 번호 제4,723,263호에서 본 발명의 발명자에 의해 먼저 기술된 바와 같은 시뮬레이트 X-선 이미터(SXE; Stimulated X-ray Emitters )이다. 바람직한 실시예에서, 상기 언급된 SXE 드라이버는 상기 반응에 부가적인 열을 제공하기 위해 RF 에너지의 동기성 펄스를 제공하는 RF 생성 수단에 고정된다.
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도 1은 SXE의 출력단(우측에 도시)에서 MILO와 결합된 SXE의 단면도를 나타낸다. MILO는 가상 음극 오실레이터(Vircator)와 유사한, 고전압 RF소스로도 잘 알려져 있다. 커다란 차이는 가상 음극 오실레이터보다 훨씬 높은 주파수를 생성할 수 있는데 있다. 구조적으로, 주요한 차이는 도 3a의 드리프트 튜브(drift tube)(122)를 포함하고, 가상 음극 오실레이터의 판형 음극(90) 및 그리드(92) 대신에 순회파 전자건(TWEG; Traveling Wave Electron Gun)의 사용에 있다. 원통형 공명 공동(98)을 구비하며, 드리프트 튜브(122)(도 3a)의 치수와 관련한 원통형 공명 공동(98)의 치수는 출력 범위를 결정한다. 통상적인 MILO 장치는 300㎒ 내지 3.5㎓ 사이의 출력을 갖는다. 본 발명의 발명자는 도 3b에 도시한 바와 같이, 드리프트 튜브(122)(도 3a)의 내부 표면 상에 격자 표면을 위치시킴으로써 실험적으로 변형시켰으며, 이것은 매끄러운 개구의 드리프트 튜브(122)로부터 얻을 수 있는 것보다 높은 주파수에서 RF를 발생하는 것이 가능하다. 이런 RF 소스는 격자 표면(123)과 관련한 전자 빔의 상호작용으로 기술되는 스미스-퍼셀 효과로 인한 것이다. THz 범위의 출력이 가능하다. 격자 표면은 여러 가지 방법으로 형성할 수 있다. 격자의 간격, 대면각 및 기하학적 형상은 모두 얻어진 주파수(도 3b)의 결정 요인이다. 드리프트 튜브의 격자의 바람직한 실시예는, 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이, 내부 나사산(internal thread)이다. 나사산 파라미터를 변경함으로써, 출력 주파수가 변경된다. 드리프트 튜브의 단부(125)는 원통형 공명 공동(98) 내부의 바람직하지 않은 전기장 섭동의 형성을 최소화하도록 둥글게 형성된다.
SXE-MILO 드라이버의 밸런스는 SXE-가상 음극 오실레이터의 밸런스와 동일하다. 실제로, RF 헤드-가상 음극 오실레이터 및 MILO-는 상호 교환가능하다. SXE-가상 음극 오실레이터의 경우에서와 같이, MILO의 TWEG는 x-선이 통과하는 중공 센터를 가진다. TWEG로부터의 전자 출력은 드리프트 튜브(122)에 의해 압축되며, 원통형 공명 공동(98)에서 발진한다.
전술한 내용은 드리프트 튜브를 기술하며, 여기서 드리프트 튜브의 내부 표면에 대한 주기적 격자 표면의 포함은 RF 복사의 더 높은 주파수를 발생시킨다.
본 발명이 예시에 의해 특정 실시예와 관련하여 기술되었더라도, 많은 변형 및 변경은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 및 사상에 속하는 그러한 모든 변형 및 변경을 커버하도록 의도된다.
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도면 참조번호
다음의 도면 참조번호 리스트는 3개의 칼럼을 갖는다. 제 1칼럼은 도면 참조번호를 포함하고; 제 2칼럼은 참조번호와 관련된 부품을 특정하며; 제 3칼럼은 부품에 대한 (적용가능한) 바람직한 물질을 언급한다.
참조번호 리스트 바람직한 물질
64 양극 내화금속; Hi-Z
66 그리드 내화금속
68 음극 흑연(바람직한 실시예)
70 동축 커패시터 유전체/금속층
72 음극 연결부 세라믹&금속
74 그리드 연결부 세라믹&금속
78 방열 차폐체 납
94 양극 메쉬 내화금속
96 출력 윈도우 RF 투명 저급-Z 세라믹
98 원통형 공명 공동 스테인리스 스틸 또는 구리
100 장착 플랜지 스테인리스 스틸
102 음극 연결부 세라믹&금속
106 그리그 연결부 세라믹&금속
110 게터 펌프 n/a
112 게터 펌프 연결부 세라믹&금속
114 MILO 음극 흑연
116 MILO 음극 서포트 내화금속
118 MILO 그리드 내화금속
120 MILO 그리드 서포트 내화금속
122 드리프트 튜브 내화금속
123 격자 표면 내화금속
124 드리프트 튜브 서포트 세라믹
125 드리프트 튜브의 내화금속
둥글게 처리된 단부
126 내부 양극 절연체 세라믹
142 그리드 출력단자 내화금속

Claims (6)

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  4. 원통형 스미스-퍼셀 구조를 포함하는 드리프트 튜브에서의 개선으로 전자기 복사를 생성하기 위한 장치에 있어서,
    a) 순회파 전자건 및 협력 양극을 포함하고, 상기 순회파 전자건과 상기 협력 양극 사이에 배치되는 드리프트 튜브를 추가로 포함하는, 원통형 공명 공동을 구비한 자기적으로 절연된 선형 오실레이터를 포함하며;
    b) 상기 드리프트 튜브는 상기 원통형 공명 공동내에 배치되어 상기 순회파 전자건으로부터 전기적으로 절연되는 중공 원통형 전도성 요소로 형성되고, 상기 드리프트 튜브의 원통 축은 상기 순회파 전자건과 상기 협력 양극 사이의 영역에서 상기 원통형 공명 공동의 주축과 동축이고;
    c) 상기 드리프트 튜브는 내부 표면 및 한쌍의 단부를 구비하고; 상기 중공 원통형 전도성 요소는 상기 드리프트 튜브의 내부 표면에 형성된 원통형 스미스-퍼셀 격자 표면을 포함함으로써 개선되고; 상기 원통형 스미스-퍼셀 격자 표면은 각각의 홈들에 의해 이격된 일련의 리지들을 구비하는 반사 격자 표면을 포함하고; 상기 반사 격자 표면은 드리프트 튜브 길이의 대부분에 대하여 연장하고;
    d) 상기 드리프트 튜브는 상기 드리프트 튜브의 내부 공간을 통과하는 상기 순회파 전자건으로부터의 전자 빔과 내부 격자 사이의 상호작용이 스미스-퍼셀 효과에 의해 RF 복사를 생성하도록 하며;
    e) 추가로 상기 드리프트 튜브는 격자의 간격, 대면각과 형상, 및 전자 빔의 에너지가 RF 복사의 주파수의 결정 요인이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원통형 스미스-퍼셀 격자 표면은 상기 드리프트 튜브 길이의 대부분에 대하여 연장하는 내부 나사산(threaded)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사 생성 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반사 격자 표면의 각각의 리지는, 상기 드리프트 튜브의 원통 축을 따라 취해진, 상기 원통 축에 평행한 일변을 가지는 삼각형을 포함하는 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사 생성 장치.
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