KR101610597B1 - 입자 가속기의 자기 코어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 생성된 하전 입자를 포함하는 빔에 자기장을 인가하여 상기 하전 입자를 가속하고 상기 하전 입자의 궤도를 조정하는 입자 가속기의 자기 코어로서, 중앙으로 하전 입자가 통과하는 홀이 형성되고, 상기 홀의 둘레를 따라 제1 고정홀이 복수로 형성되는 요크; 및 상기 홀의 둘레를 따라 탈착 가능하게 배치되고, 자기장을 발생시켜 상기 하전 입자에 인가하는 복수의 자기장 발생부; 를 포함하는 입자 가속기의 자기 코어를 제공한다.
본 발명은, 입자 가속기의 자기 코어 상에서의 자기 코어의 교환없이 자기장 발생부의 배치 개수와 배치 위치 변경에 의해 사용자가 필요로 하는 자기장을 얻을 수 있다.

Description

입자 가속기의 자기 코어{Magnetic core in particle accelerator}

본 발명은 입자 가속기의 자기 코어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자 가속기의 자기 코어 상에서의 자기 코어의 교환없이 자기장 발생부 위치와 배치 개수를 변경하여 필요로 하는 자기장을 얻을 수 있는 입자 가속기의 자기 코어에 관한 것이다.

일반적으로 입자 가속기는 전자나 양성자 같은 하전입자를 강력한 전기장으로 가속시켜 수송하는 장치로서, 하전 입자를 포함하는 빔(beam)의 생성과 표적까지의 수송을 목적으로 한다. 가속된 하전입자는 스퍼터링, 이온 주입, 핵반응 등 물질과의 반응을 이용하여 표면 분석, 미소가공, 물질 합성, 동위원소 생산 등 다양한 산업적 이용에 활용되고 있다.

도 1은 일반적인 입자 가속기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 입자 가속기(1)는 복수의 자기 코어(2)를 포함한다.

자기 코어(2)는 입자의 생성과 수송 과정에서, 입자의 궤도를 조절하기 위해 사용된다. 자기 코어(2)는 소정의 직경을 갖는 링 형상으로서, 중앙으로는 입자가 통과할 수 있도록 홀이 형성된다.

자기 코어(2)는 입자의 궤도 조절을 위해 복수의 자기장 발생부를 포함한다.

일반적으로 입자 가속기의 자기 코어(2)에서는 자기장의 모양이 선형으로 나타날 수 있도록 2극 또는 4극으로 배치되는 자기장 발생부를 사용한다. 이때, 자기장 발생부는 서로 대칭으로 배치된다.

자기장의 모양이 비선형으로 나타날 수 있도록 자기장 발생부가 6극 또는 8극으로 배치되는 경우에도, 자기장 발생부는 서로 대칭으로 배치된다.

입자의 궤도 조절을 위해 사용자가 필요로 하는 선형 또는 비선형의 자기장을 형성하기 위해서는, 자기장 발생부의 배치 개수와 위치를 변경되어야 하지만, 기존의 자기 코어는 자기장 발생부의 배치 개수와 위치를 변경할 수 없어, 자기 코어 전체를 교환해야 하는 문제점이 있다.

본 발명에 대한 선행기술로는 등록특허 10-0950021호를 예시할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 입자 가속기의 자기 코어 상에서의 자기 코어의 교환없이 자기장 발생부의 배치 개수와 배치 위치 변경에 의해 사용자가 필요로 하는 자기장을 얻을 수 있는 입자 가속기의 자기 코어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 생성된 하전 입자를 포함하는 빔에 자기장을 인가하여 상기 하전 입자를 가속하고 상기 하전 입자의 궤도를 조정하는 입자 가속기의 자기 코어로서, 중앙으로 하전 입자가 통과하는 홀이 형성되고, 상기 홀의 둘레를 따라 제1 고정홀이 복수로 형성되는 요크; 및 상기 홀의 둘레를 따라 탈착 가능하게 배치되고, 자기장을 발생시켜 상기 하전 입자에 인가하는 복수의 자기장 발생부; 를 포함하는 입자 가속기의 자기 코어를 제공한다.

상기 제1 고정홀은, 상기 홀의 중심점을 기준으로 15도의 각간격으로 형성될 수 있다.

상기 제1 고정홀은, 복수의 열로 형성될 수 있다.

상기 복수의 자기장 발생부는, 상기 홀의 중심점을 기준으로 서로 대칭될 수 있다.

상기 복수의 자기장 발생부는, 서로 비대칭되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 자기장 발생부는, 직육면체 형상으로 양단부로는 상기 요크의 전면과 후면에 각각 배치되는 제1 및 제2 단위 연결암이 돌출되는 본체와, 상기 본체 상에서 상기 제1 및 제2 단위 연결암의 반대방향으로 돌출되고 외주상에는 코일이 감기는 코일 고정부를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 단위 연결암 상에는 상기 제1 고정홀에 대응하는 제2 고정홀이 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 단위 연결암은, 상기 제1 및 제2 고정홀을 통한 볼트 삽입에 의해 상기 요크 상에 고정될 수 있다.

상기 코일 고정부는, 상기 제1 및 제2 단위 연결암과 평행하게 돌출될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 입자 가속기의 자기 코어 상에서의 자기 코어의 교환없이 자기장 발생부의 배치 개수와 배치 위치 변경에 의해 사용자가 필요로 하는 자기장을 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 입자 가속기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자 가속기의 자기 코어의 구성의 일 예를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 자기 코어의 구성의 일 예를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기의 요크의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기의 자기장 발생부의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 입자가속기에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자 가속기의 자기 코어의 구성의 일 예를 나타내는 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 자기 코어의 구성의 일 예를 나타내는 측면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기의 요크의 구성의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기의 자기장 발생부의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 가속기의 자기 코어(100)는 요크(110) 및 자기장 발생부(120)를 포함한다.

요크(yoke)(110)는 소정의 크기를 갖는 육면체 형태로서, 중앙으로는 소정의 직경을 갖는 홀(112)이 형성된다. 홀(112)은 하전 입자가 통과하는 경로를 형성한다.

요크(110)의 크기와 홀(112)의 직경은 사용자의 필요에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 홀(112)이 형성된다면, 요크(110)는 원통형으로 형성될 수도 있다.

도 4에서 (a)는 요크의 정면도이고, 도 4의 (b)는 요크의 측단면도이다.

도 4의 (a)를 참조하면, 요크(110) 상에는 후술하는 자기장 발생부(120)의 고정을 위한 제1 고정홀(116)이 형성된다. 제1 고정홀(116)은 홀(112)의 둘레를 따라 복수로 형성된다. 이때, 제1 고정홀(116)은 홀(112)의 중심점을 기준으로 홀(112)의 둘레를 따라 15도 간격으로 형성된다. 제1 고정홀(116)의 형성 간격은 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다.

홀(112)과 제1 고정홀(116)의 중심축은 서로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 고정홀(116)은 2열 이상으로 형성하여 후술하는 제1 및 제2 연결암(124a, 124b)과의 고정력을 향상시키는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하여, 자기장 발생부(120)에 대해 설명하기로 한다.

자기장 발생부(120)는 요크(110) 상의 소정 위치에 고정되고, 자기장이 발생되도록 한다.

자기장 발생부(120)는 본체(122)와 코일 고정부(128)를 포함한다.

본체(122)는 소정의 길이와 폭을 갖는 직육면체 형태일 수 있다. 여기서, 본체(122)의 길이는 본체(122)의 양단이 홀(112)을 통해 요크(110)의 전면과 후면으로 각각 돌출될 수 있도록 정도인 것이 바람직하다. 본체(122)의 높이(h)와 두께(t)는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

본체(122)의 양단부에는 요크(110)의 전면과 후면에 각각 배치되는 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)이 돌출된다.

제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)은 소정의 플레이트 형태로서, 서로 동일한 크기로 이루어지고, 동일한 방향으로 돌출된다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)은 본체(122)에서 돌출되는 것으로 설명하고 있으나, 사용자의 필요에 따라 본체(122)와 별도로 제작한 후, 연결될 수도 있다.

제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b) 상에는 제2 고정홀(126)이 각각 복수로 형성된다. 제2 고정홀(126)은 요크(110) 상의 제1 고정홀(116)에 대응하는 위치에 형성된다. 따라서, 제2 고정홀(126)은 15도의 각간격을 두고 복수개로 형성되고, 2열로 형성된다.

자기장 발생부(120)는 다음과 같이 배치될 수 있다.

우선, 사용자는 자기장 발생부(120)를 홀(112) 내측으로 배치한다. 이때, 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)이 요크(110)의 전면과 후면으로 배치되도록 한다.

여기서, 자기장 발생부(120)의 고정이 용이하도록 하기 위해, 자기장 발생부(120)의 길이는 홀(112)의 직경보다 짧은 것이 바람직하다.

이후, 사용자는 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)를 요크(110)의 외주 측으로 이동시켜 각각의 연결암 상에 형성된 제2 고정홀(126)이 요크(110) 전면과 후면의 제1 고정홀(116)과 일치되도록 한다.

그리고, 사용자는 제2 고정홀(126)을 통해 볼트를 삽입한다.

볼트는 제1 고정홀(116)을 통과한 후, 제2 또는 제1 단위 연결암(124b, 124a)의 제2 고정홀(126)을 통해 노출된다. 이후, 노출된 볼트에 너트를 체결하여 자기장 발생부(120)가 고정될 수 있도록 한다.

홀(112) 둘레의 소정의 위치에 자기장 발생부(120)를 고정한 후, 다른 자기장 발생부(120)를 상기와 동일한 방법으로 고정할 수 있다. 이때, 복수의 자기장 발생부(120)는 사용자가 필요로 하는 자기장의 형태에 따라 홀(112)의 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치되거나 서로 비대칭의 위치에 배치될 수 있다. 또한, 사용자는 필요에 따라 자기장 발생부(120)를 고정 위치에서 이탈시킨 후, 홀(112) 둘레의 다른 위치로 이동시켜 장착할 수 있다.

본 발명에 의한 자기장 발생부(120)의 배치 시, 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)이 연결되지 않는 제1 고정홀(116)에도 볼트와 너트를 배치하여 자기장이 균일하게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

코일 고정부(128)는 소정의 직경과 길이를 갖는 원형 로드 형태로서, 본체(122)의 일측 중간부에 돌출된다. 여기서, 코일 고정부(128)의 직경은 본체(122)의 높이(h)에 대응할 수 있다.

코일 고정부(128)는 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)과 반대 방향으로 돌출된다. 코일 고정부(128)는 제1 및 제2 단위 연결암(124a, 124b)과 평행한 것이 바람직하다.

코일 고정부(128)의 외주에는 자기장의 발생의 위한 코일이 감기고, 코일에는 외부의 전원이 연결된다. 코일의 직경과 권선 정도는 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정된다. 도면에서, 코일의 도시는 생략하였다.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 입자가속기에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.

도 6a를 참조하면, 요크(110) 상에서, 2개의 자기장 발생부(120)가 요크(110)의 중심점을 기준으로 하여, 홀(112) 상에서 서로 대향하여 대칭으로 배치되어 있어, 2극 전자석 형태로 배치되어 있음을 알 수 있다. 이때 자기장 발생부(120)는 N극과 S극이 서로 대향함을 알 수 있다.

도 6a에서 자기장 발생부(120)의 일단부의 양측에 도시된 직사각형은 코일을 나타낸다.

도 6b는 도 6a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.

도 6b에서, X축은 홀(112)의 중심점(c)을 기준으로 중심점(c) 양측으로의 a1선을 따른 이격 거리를 나타내고, Y축은 자기장의 강도를 나타낸다.

또한, 도 6b의 a는 a1 선상에서 측정된 수평 방향 자기장을 나타낸다. 수평 방향 자기장은 홀(112)의 중심축에 평행한 방향으로 인가되는 자기장이다.

그리고, 도 6b의 b는 수직 방향 자기장을 나타낸다. 수직 방향 자기장은 상부에서 하부로 중심점(c)에 직교하는 방향으로 인가되는 자기장이다.

도 6a와 도 6b를 함께 참조하였을 때, 수평 방향 자기장은 0이고, 2개의 자기장 발생부(120)의 중간 부위에서는 N극과 S극이 서로 균형을 이루어 수직 방향 자기장은 대체로 균일함을 알 수 있다.

도 7a는 본 발명의 제2실시예에 따른 입자가속기에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.

도 7a를 참조하면, 4개의 자기장 발생부가 적용된 예로서, 4개의 자기장 발생부(120)가 홀(112)의 중심점을 기준으로 90도의 각간격으로 서로 대칭으로 배치되어 있어, 4극 전자석 형태로 배치되어 있음을 알 수 있다. 이때 서로 대향하는 자기장 발생부(120)는 동일한 극이 서로 대향하도록 배치되어 있다.

도 7b는 도 7a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.

도 7b를 참조하면, 홀(112)의 중심점에서의 수직 방향 자기장과 수평 방향 자기장은 각각 0으로서, 균형을 이루고 있다. 그리고, 수직 방향 자기장(b)은 홀(112)의 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 위치에서 방향은 반대이고, 자기장의 크기는 동일함을 알 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제3실시예에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.

도 8a를 참조하면, 6개의 자기장 발생부가 적용된 예를 나타내는 도면으로서, 6개의 자기장 발생부(120)가 홀(112)의 중심점을 기준으로 60도의 각간격으로 배치되어 있어, 6극 전자석 형태로 서로 대칭되어 배치되어 있음을 알 수 있다. 이때 서로 대향하는 자기장 발생부(120)는 동일한 극이 대향하도록 배치되어 있다.

도 8b는 도 8a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.

도 8b를 참조하면, 홀(112)의 중심점에서의 수직 방향 자기장과 수평 방향 자기장은 각각 0으로서, 균형을 이루고 있다. 그리고, 수평 방향 자기장(b)은 홀(112)의 중심점을 기준으로 2차 함수의 형태인 포물선으로 나타남을 알 수 있다. 즉, 홀(112)의 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 위치에서 자기장의 방향이 서로 동일하고, 자기장의 크기는 동일함을 알 수 있다.

도 9a는 본 발명의 제4실시예에 따른 자기 코어와 자기 코어에서 발생되는 자기장을 나타내는 도면이다.

도 9a를 참조하면, 4개의 자기장 발생부(120)가 홀(112)의 중심점(c)을 기준으로 배치되되, 홀(112)의 일측으로는 2개의 자기장 발생부(120)가 60도의 각간격으로 배치되고, 홀(112)의 타측으로 2개의 자기장 발생부(120)가 120도의 각간격으로 배치되어 있어, 복수의 자기장 발생부(120)는 서로 비대칭의 위치에 배치되어 있음을 알 수 있다.

도 9b는 도 9a에 도시된 자기 코어에서 발생된 자기장을 나타내는 그래프이다.

도 9b를 참조하면, 수직방향 자기장(a)은 0임을 알 수 있다. 한편, 홀(112)의 중심점(c)을 기준으로 하였을 때, 자기장 발생부(120)의 배치 간격이 좁은 부분에서 수평 방향 자기장(b)의 강도가 작게 나타남을 알 수 있다.

본 발명은 입자 가속기의 자기 코어 상에서의 자기 코어의 교환없이 자기장 발생부의 배치 개수와 배치 위치 변경에 의해 사용자가 필요로 하는 자기장을 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 자기 코어 110: 요크(yoke)
112: 홀 116: 제1 고정홀
120: 자기장 발생부 122: 본체
124a, 124b: 제1 및 제2 단위 연결암 128: 코일 고정부

Claims (9)

1. 생성된 하전 입자를 포함하는 빔에 자기장을 인가하여 상기 하전 입자를 가속하고 상기 하전 입자의 궤도를 조정하는 입자 가속기의 자기 코어로서,
   중앙으로 하전 입자가 통과하는 홀이 형성되고, 상기 홀의 둘레를 따라 상기 홀과 평행한 제1 고정홀이 복수로 형성되는 요크;
   상기 홀의 둘레를 따라 상기 홀의 중심점을 기준으로 대칭 또는 비대칭하는 위치로 배치되고, 자기장을 발생시켜 상기 하전 입자에 인가하는 복수의 자기장 발생부; 를 포함하고,
   상기 자기장 발생부는, 직육면체 형상으로 양단부로는 상기 요크의 전면과 후면에 각각 배치되는 제1 및 제2 단위 연결암이 돌출되는 본체와, 상기 본체 상에서 상기 제1 및 제2 단위 연결암의 반대방향으로 돌출되고 외주상에는 코일이 감기는 코일 고정부를 포함하며,
   상기 자기장 발생부는 상기 제1 고정홀을 통해 탈착 가능하게 배치되는 입자 가속기의 자기 코어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 고정홀은,
   상기 홀의 중심점을 기준으로 15도의 각간격으로 형성되는 입자 가속기의 자기 코어.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 고정홀은,
   복수의 열로 형성되는 입자 가속기의 자기 코어.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 단위 연결암 상에는 상기 제1 고정홀에 대응하는 제2 고정홀이 형성되는 입자 가속기의 자기 코어.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 단위 연결암은,
   상기 제1 및 제2 고정홀을 통한 볼트 삽입에 의해 상기 요크 상에 고정되는 입자 가속기의 자기 코어.
9. 제1항에 있어서,
   상기 코일 고정부는,
   상기 제1 및 제2 단위 연결암과 평행하게 돌출되는 입자 가속기의 자기 코어.

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