KR101616380B1 - 펄스 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양성자빔이 슬릿을 통과하여 펄스를 발생시키는 장치에 관한 것으로, 일방향으로 직진하는 양성자빔을 발생시키는 이온원, 상기 이온원과 이격되게 배치되고, 상기 양성자빔의 직진 경로에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 양성자빔을 어느 일측으로 휘어짐 가능하게 형성되는 편향부, 상기 양성자빔의 진행 방향으로 상기 편향부와 이격되어 배치되고, 상기 편향부의 전압이 변화하여 상기 양성자빔이 다른 일측으로 휘어지는 과정에서, 상기 양성자빔이 통과가능한 슬릿을 형성하는 슬릿부를 포함하고, 상기 전압의 변화에 의하여 상기 양성자빔의 진행방향이 변화하는 동안, 상기 양성자빔이 상기 슬릿을 통과하는 시간인 펄스의 폭이 조절가능하도록, 상기 슬릿부는 상기 슬릿의 크기를 조절가능하게 형성되는 펄스 발생장치를 개시한다.

Description

펄스 발생장치{PULSE GENERATOR}
본 발명은 양성자빔이 슬릿을 통과하여 펄스를 발생시키는 장치에 관한 것이다.
이온원이란, 이온가속기 또는 질량분석기에 있어서 가속시키기 위한 음이온 또는 양이온을 발생시키는 장치. 전자로서는 냉음극방전형이나 열음극방전형, 후자로서는 불꽃방전형, 전자충격형, 열이온방출형 등이 이용되고 있다.
상기 이온원에서 인출되는 빔의 펄스폭을 줄이고자 하는 경우, 통상적으로 사용되는 법은 편향부 및 슬릿을 이용하는 것이다.
이온원에서 인출된 빔은 편향부를 지나면서 빔의 진행 방향이 바뀌게 되고 이 중 일부만 슬릿을 통과하여 펄스 형태의 빔을 얻게 된다.
이 경우 편향부에 인가되는 전압의 크기 및 슬릿 사이의 너비에 따라 펄스폭이 결정되게 된다. 또한 편향부에 인가되는 전압의 시간에 따른 기울기가 변화하는 경우, 즉 일정했던 전압에서 목적하는 전압으로 상승하거나 하강하는데 걸린 시간이 달라지는 경우, 양성자 빔이 휘어지는 시간에 영향을 줘 상기 슬릿 사이를 통과하는 펄스의 폭이 변화하는 단점이 생긴다. 이는 곧 사용자가 원하는 빔의 펄스의 폭을 얻지 못하기 때문이다.
그리고 슬릿을 사용하여 빔을 펄스형태로 만들기 때문에 슬릿을 통과한 이후 빔전류가 현격히 감소하는 문제점을 지닐 수 있다.
따라서, 상기 편향부에 인가되는 전압의 크기나 상기 편향부의 전압이 변화하는 시간에 구애받지 않고 원하는 빔의 펄스 폭을 얻는 것이 가능한 펄스 발생장치에 대해 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 편향부에 인가되는 전압의 크기나 전압이 변하는 시간에 관계없이 펄스의 폭을 조절 가능한 펄스 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 펄스 발생장치는, 일방향으로 직진하는 양성자빔을 발생시키는 이온원, 상기 이온원과 이격되게 배치되고, 상기 양성자빔의 직진 경로에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 양성자빔을 어느 일측으로 휘어짐 가능하게 형성되는 편향부, 상기 양성자빔의 진행 방향으로 상기 편향부와 이격되어 배치되고, 상기 편향부의 전압이 변화하여 상기 양성자빔이 다른 일측으로 휘어지는 과정에서, 상기 양성자빔이 통과가능한 슬릿을 형성하는 슬릿부를 포함하고, 상기 전압의 변화에 의하여 상기 양성자빔의 진행방향이 변화하는 동안, 상기 양성자빔이 상기 슬릿을 통과하는 시간인 펄스의 폭이 조절가능하도록, 상기 슬릿부는 상기 슬릿의 크기를 조절가능하게 형성된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 편향부는, 상기 양성자빔의 직진 경로의 양측에 서로 마주보게 배치되고, 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 편향플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 편향부는, 상기 양성자빔의 직진 경로의 양측에 서로 마주보게 배치되고, 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 편향플레이트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 양성자빔은, 상기 제1 편향플레이트 및 제2 편향플레이트 사이에서 전압이 더 낮은 편향플레이트를 향하여 휘어지도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들은, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들 사이를 통과하는 상기 양성자빔의 진행경로가 변경되도록, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들 중 어느 하나의 편향플레이트의 전압이 상승되거나 강하되도록 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들은, 상기 양성자빔의 진행경로가 변경되는 속도를 높이도록, 상기 어느 하나의 편향플레이트의 전압이 상승되거나 강하되면, 다른 하나의 편향플레이트의 전압이 하강되거나 상승되도록 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 슬릿부는, 서로 이격되어 슬릿을 형성하도록 배치되는 제1 및 제2 슬릿플레이트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 슬릿플레이트는 서로에 대해 가까워지거나 멀어지도록 이동가능하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 슬릿부는, 상기 편향부에 인가되는 전압이 변화하는 시간에 대응되어 기설정된 상기 양성자빔의 펄스의 폭을 얻을 수 있도록, 상기 슬릿의 폭이 조절 가능하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 슬릿부는, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들 사이의 변화하는 전압의 차이에 대응되어 기설정된 상기 양성자빔의 펄스의 폭을 얻을 수 있도록, 상기 슬릿의 폭이 조절 가능하게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전압이 변화하는 시간은 100ns에서 1000ns 사이일 수 있다.
여기서, 상기 변화하는 전압의 폭은 5kV 에서 20 kV 사이일 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 이온원과 상기 편향부 사이에 배치되고, 상기 슬릿부를 통과한 양성자 펄스가 충분한 전류를 가지도록, 상기 이온원에서 발생되는 양성자빔의 전류를 증가시키는 번쳐(Buncher)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 번쳐(Buncher)와 상기 편향부 사이에 배치되고, 상기 양성자빔이 진행하는 과정에서 흩어지지 않도록, 상기 양성자빔을 집속 시키는 솔레노이드 전자석을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 편향부에 인가되는 전압의 크기 및 상기 전압이 변화하는 시간에 대응되어 슬릿 사이의 틈새를 조절하여, 원하는 빔의 펄스의 폭을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 상기 번쳐(Buncher)를 통해서 슬릿을 통과하면서 줄어드는 전류를 보충하여 충분한 전류를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 상기 솔레노이드에 의해서, 상기 이온원에서 발생되는 양성자 빔이 퍼지지 않고 집속되어 나아갈 수 있다.
또한 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 의하면, 상기 편향 플레이트 중 하나의 편향 플레이트의 전압만을 변화하여 상기 양성자 빔의 회전을 줄 수 있어, 실험자의 편의성이 높아진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 발생장치를 나타낸 개념도.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 발생장치의 제1 및 제2 편향플레이트에 인가되는 전압의 크기에 따라 양성자빔이 휘어지는 모습을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 편향부에 인가되는 시간에 따른 전압 차이를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 제1 및 제2 편향플레이트에 인가되는 전압이 -V0 부터 +V0까지 변화하는 시간에 따라서 펄스의 폭과 슬릿의 넓이의 관계를 나타낸 관계도.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 편향플레이트에 인가되는 전압의 차이에 따른 펄스의 폭과 슬릿의 넓이의 관계를 나타낸 관계도.
도 6은 본 발명의 제1 및 제2 편향플레이트에 인가되는 전압의 차이에 따른 슬릿의 넓이와 펄스빔의 길이의 관계를 나타낸 관계도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 발생장치(100)를 나타낸 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 펄스 발생장치(100)는 이온원(110), 편향부(120), 슬릿부(130)를 포함한다.
이온원(110)은 일방향으로 직진하는 양성자빔(102)을 발생시킨다. 상기 양성자빔(102)은 편향부(120)를 향하게 된다. 상기 양성자빔(102)은 전기적으로 양전하를 띠고 있어 전압이 낮은 쪽으로 휘게 된다.
편향부(120)는 상기 이온원(110)에서 발생되는 양성자빔(102)의 진행방향쪽으로 상기 이온원(110)과 이격되게 배치된다. 상기 편향부(120)는 서로 마주보게 배치되는 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)를 포함할 수 있다. 상기 양성자빔(102)을 상기 제1 또는 제2 편향플레이트(121a, 121b)를 향해 휘어지도록 상기 제1 또는 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 각각 다른 전압이 인가될 수 있다.
슬릿부(130)는 상기 양성자빔(102)의 진행 방향으로 상기 편향부(120)와 이격되어 배치된다. 슬릿부(130)는 상기 양성자빔(102)이 통과될 수 있는 슬릿(132)을 구비한다. 상술한 바와 같이 상기 편향부(120)에서 인가되는 전압에 따라 상기 양성자빔(102)은 휘어질 수 있다. 상기 양성자빔(102)이 원래의 진행방향에서 어느 일 측으로 휘어졌다가 다른 일 측으로 휘어지는 과정에서 상기 슬릿(132)으로 통과될 수 있다.
상기 양성자빔(102)이 도면을 기준으로 위쪽이나 아랫쪽으로 휘어질 수 있다. 그리고, 상기 편향부(120)에 인가되는 전압이 변화하면서 상기 양성자빔(102)은 다른 방향으로 휘어질 수도 있다. 상기 양성자빔(102)의 진행경로가 바뀌면서, 상기 양성자빔(102)은 상기 슬릿(132)을 통과했다가 상기 슬릿플레이트(131a, 131b)에 막혔다가를 반복할 수 있다. 이 때, 상기 양성자빔(102)이 상기 슬릿(132)을 통과하기 시작해서, 상기 슬릿플레이트(131a, 131b)에 의해 막히기 직전까지의 시간, 즉 상기 양성자빔(102)이 상기 슬릿(132)을 통과하는 동안의 시간을 펄스의 폭이라고 할 수 있다.
상기 펄스의 폭을 조절하는 여러 가지 방법 중 하나는, 상기 슬릿(132)의 폭을 조절하는 것이다. 상기 슬릿(132)이 넓어지면, 상기 양성자빔(102)이 상기 슬릿(132)을 통과하는 시간이 길어지게 된다.
상기 펄스의 폭을 조절하는 여러 가지 방법 중 다른 하나는, 상기 양성자빔(102)이 상기 편향부(120)에 의해서 일 측으로 휘어졌다가, 다른 일 측으로 휘어지는 동안의 이동 시간을 조절하는 것이다. 상기 양성자빔(102)이 다른 일 측으로 휘어지는 이동 속도를 천천히 하게 되면, 같은 슬릿(132)의 폭에서도 긴 시간동안 상기 양성자빔(102)이 상기 슬릿(132)을 통과할 수 있다.
본 발명에서는 상기 펄스의 폭을 조절하는 여러 가지 방법 중, 상기 세 가지의 방법을 이용한 장치이다. 즉, 상기 슬릿(132)의 폭을 조절할 수 있고, 상기 편향부(120)에 인가되는 전압의 크기나 전압이 변화하는 속도를 조절할 수 있다.
상기 펄스 발생장치(100)는 양성자빔(102)의 전류를 증가시키는 번쳐(140, Buncher)를 포함할 수 있다. 상기 번쳐(140)는 상기 이온원(110)과 상기 편향부(120) 사이에 배치되고, 상기 슬릿부(130)를 통과한 양성자 펄스가 충분한 전류를 가지도록, 상기 이온원(110)에서 발생되는 양성자빔(102)의 전류를 증가시킬 수 있다. 상기 슬릿부(130)를 통과한 양성자 펄스는, 양성자가 지속적으로 통과하지 않기 때문에 전류가 약해져 있을 수 있기 때문이다.
상기 번쳐(140)에서는 상기 양성자빔(102)의 진행 방향과 동일한 방향으로 교류 전기장을 인가한다. 상기 교류 전기장의 방향이 상기 양성자빔(102)을 가속하는 방향일 때도있고, 감속하는 방향일 때도 있다. 상기 전기장 방향에 따라 가속되는 양성자와 감속되는 양성자가 있게 되므로, 상기 양성자빔(102)이 양성자 덩어리로 뭉치는 현상이 발생한다. 상기 양성자빔(102)이 양성자 덩어리로 뭉치게 되면, 그곳의 전류는 강해지게 된다. 다시 말해, 빔전류의 모듈레이션이 발생한다.
또한, 본 발명의 일 실시예인 펄스 발생장치(100)는 상기 번쳐(140, Buncher)와 상기 편향부(120) 사이에 배치되는 솔레노이드(150) 전자석을 더 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드(150) 전자석은 상기 양성자빔(102)이 진행하는 과정에서 분산되지 않도록 상기 양성자빔(102)을 집속 시킬 수 있다. 아울러, 상기 솔레노이드(150) 전자석은 복수개 구비되어, 상기 편향부(120)의 전과 후에 배치될 수 있다.
상기 슬릿부(130)를 통과한 양성자 펄스는 가속기(160)에 들어갈 수 있다. 상기 가속기(160)는 양성자 가속기(160) 일 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 발생장치(100)의 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 인가되는 전압의 크기에 따라 양성자빔(102)이 휘어지는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 상기 편향부(120)는 상기 양성자빔(102)의 직진 경로의 양측에 서로 마주보게 배치되고, 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 양성자빔(102)은 상기 제1 편향플레이트(121a) 및 제2 편향플레이트(121b) 사이에서 전압이 더 낮은 편향플레이트를 향하여 휘어질 수 있다.
도 2a를 참조하면, 상기 제1 편향플레이트(121a)는 상기 제2 편향플레이트(121b) 보다 5kV만큼 낮은 전압이 인가된다. 따라서, 상기 양성자빔(102)은 상기 편향부(120)를 지나면서 상기 제1 편향플레이트(121a)를 향해 휘어지게 된다.
슬릿부(130)에서 상기 슬릿(132)은 상기 양성자빔(102)이 직진하는 경우 통과될 수 있도록, 중앙부쪽에 배치된다. 따라서, 휘어진 상기 양성자 빔은 제1 슬릿플레이트(131a)에 걸려 상기 슬릿부(130)를 통과하지 못하게 된다.
도 2b를 참조하면, 제1 편향플레이트(121a) 및 제2 편향플레이트(121b)에는 같은 전압이 인가된다. 도 2a에서 상기 제2 편향플레이트(121b)에 0kV였던 전압이 떨어져, -5kV가 되게 되는 것이다. 그렇게 해서, 상기 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)는 같은 전압을 띠게 된다. 상기 두 편향플레이트가 같은 전압을 띠므로, 상기 양성자빔(102)은 휘지 않고 직진하게 된다.
도 2a에서 상기 제1 편향플레이트(121a) 쪽으로 휘어졌던 양성자빔(102)이 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 낮아짐에 따라 다시 직진하는 방향으로 휘어지게 된다. 상기 양성자빔(102)이 직진하는 방향으로 휘어지면서 상기 슬릿(132)을 통과하게 된다. 통과한 상기 양성자빔(102)은 상기 가속기(160)에 인입되게 된다.
도 2c를 참조하면, 상기 제2 편향플레이트(121b)에 인가되는 전압이 -15kV로, 제 1편향플레이트보다 10kV만큼 낮은 전압을 띠게 된다. 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 낮아짐에 따라, 상기 양성자빔(102)은 상기 제2 편향플레이트(121b) 쪽으로 휘어지게 된다. 이에 따라, 상기 슬릿(132)을 통과하던 상기 양성자빔(102)은 제2 슬릿플레이트(131a, 131b)(131b)에 의해 막히게 되고, 상기 양성자빔(102)은 상기 슬릿부(130)를 통과하지 못하게 된다.
상기 도 2a 부터 도 2c에 이르는 상기 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 전압변화 및 이에 따른 양성자빔(102)의 진행경로의 변화는 매우 짧은 시간 안에 변화할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 편향플레이트(121b)가 0kV 에서 -15kV 까지 변화하는데 걸리는 시간은 100ns 이하일 수 있다.
그리고, 상기 제2 편향플레이트(121b)는 -15kV에서 다시 0kV로 변할 수 있다. 그 경우 상기 양성자빔(102)은 다시 제1 편향플레이트(121a)를 향해서 휘어지게 되고, 상기 휘어지는 과정에서 상기 슬릿(132)을 잠시동안 통과하게 된다. 이러한 과정을 반복해서, 상기 슬릿부(130)를 통과하는 양성자 펄스가 생성될 수 있다.
또한, 상기 설명과 달리, 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 낮아지는 대신, 상기 제1 편향플레이트(121a)의 전압이 높아질 수도 있다. 그리고, 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압은 낮아지고, 그 변화하는 동안에 상기 제1 편향플레이트(121a)의 전압이 높아질 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 인가되는 전압의 차이를 빠른 시간 안에 크게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 편향부(120)에 인가되는 시간에 따른 전압 차이를 나타낸 개념도이다.
본 개념도에서는 도 2a 내지 도 2c에 따른 상황에서 상기 제1 편향플레이트(121a)의 전압을 0kV라고 가정하고, 상기 제2 편향플레이트(121b)에 인가되는 전압을 시간에 따른 그래프로 나타낸 것이다.
초기에는 상기 제2 편향플레이트(121b)에 -V0의 전압이 인가되어 있다. 그리고 상술한 바와 같이 상기 제1 편향플레이트(121a)에는 0kV의 전압이 인가되어 있다. 따라서, 상기 양성자빔(102)은 상기 제2 편향플레이트(121b)를 향해 휘어지게 되고, 상기 슬릿부(130)에 의해 막히게 된다.
상기 제2 편향플레이트(121b)에 인가되는 전압은 t1에서부터 상승하기 시작한다. 그리고 t2에서는 +V0가 된다. 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 상승됨에 따라, 상기 제2 편향플레이트(121b)를 향해 휘어졌던 양성자빔(102)은 상기 제1 편향플레이트(121a)를 향해 휘어지기 시작한다. 상기 제2 편향플레이트(121b)에 인가되는 전압이 0kV일 때에는 상기 양성자빔(102)은 직진하게 되고, 상기 슬릿(132)을 통과하게 된다. 그리고 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 +V0까지 상승하는 동안에 상기 양성자빔(102)은 상기 제1 편향플레이트(121a)를 향해 휘어지게 된다. 즉, 상기 제2 편향플레이트(121b)를 향해 휘어졌던 양성자빔(102)이 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 높아짐에 따라 점점 상기 제1편향플레이트 쪽으로 휘어지게 된다.
상기 양성자빔(102)의 진행경로가 바뀌는 과정에서 상기 양성자빔(102)은 상기 슬릿(132)을 통과하게 된다. 도면에서 d라고 표시한 부분은 상기 슬릿(132)의 폭을 그래프에 개념적으로 나타낸 것이다. 즉, 상기 슬릿(132)의 폭이 d인 경우에, 상기 양성자빔(102)이 상기 슬릿(132)을 통과하는 시간은 e가 된다.
한 편, +V0로 인가되었던 제2 편향플레이트(121b)의 전압은 일정시간이 흐른 후, 다시 -V0로 떨어지게 된다. 이 과정에서 상기 제1 편향플레이트(121a)로 휘어졌던 양성자빔(102)은 다시 제2 편향플레이트(121b)를 향해 휘어지게 된다. 상기 양성자빔(102)이 휘어짐에 따라 다시 상기 양성자빔(102)은 상기 슬릿(132)을 통과하게 된다. 이 시간은 f가 된다.
여기서, 양성자빔(102)의 펄스의 폭은 e와 f가 된다. 그런데, 이러한 펄스의 폭을 결정하는 요인 중의 하나는 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 변화하는 시간, 즉 t1에서 t2까지의 시간(a)과 t3에서 t4까지의 시간(b)이다. 상기 전압이 변화하는 시간이 짧아지면 상기 펄스의 폭이 짧아지게 되고, 상기 전압이 변화하는 시간이 길어지면, 상기 펄스의 폭이 길어지게 된다. 상기 전압이 변화하는 시간은 100ns에서 1000ns 사이일 수 있다.
또한, 상기 펄스의 폭을 결정하는 요인 중의 다른 하나는 슬릿(132) 개구의 폭인 d이다. 상기 d가 넓어지면 상기 펄스의 폭이 길어지게 되고, 상기 d가 좁아지면 상기 펄스의 폭이 짧아지게 된다. 제1 및 제2 슬릿플레이트(131a, 131b)는 서로 이격되어 슬릿(132)을 형성하도록 배치되고, 상기 제1 및 제2 슬릿플레이트(131a, 131b)는 서로에 대하여 가까워지거나 멀어지도록 이동가능하게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 슬릿플레이트(131a, 131b)를 이동시켜, 상기 d를 조절할 수 있다.
상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 다시 상승하기 까지 걸리는 시간은 a와 비슷할 수 있다. 상기 a, b, c와 전압이 다시 상승하기 까지 걸리는 시간을 모두 더하면, 상기 제2 편향플레이트(121b)의 전압이 변화하는 하나의 사이클에 걸리는 시간이 나오게 된다.
상술한 바와 같이 빔전류에 모듈레이션을 발생시키고, 상기 편향부(120)에 인가되는 전압 파형의 타이밍을 조절하여, 상기 양성자빔(102)의 전류가 낮을 때에는 상기 슬릿부(130)에 걸리게 하고, 상기 양성자빔(102)의 전류가 높을 때에는 상기 슬릿(132)을 통과하게 하면, 상기 양성자빔(102)의 펄스의 전류가 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 또는 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 인가되는 전압이 -V0 부터 +V0까지 변화하는 시간에 따라서 펄스의 폭과 슬릿(132)의 넓이의 관계를 나타낸 관계도이다.
상기 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b) 중 어느 하나는 전압이 0이고, 다른 하나에 인가되는 전압이 -V0 부터 +V0까지 변화하는 시간을 10ns 에서 50ns 일 때, 펄스의 폭과 슬릿(132)의 폭의 관계를 그려 놓은 관계도이다.
a 그래프를 참조하면, 전압이 변하는 시간은 10ns이다. 이 때 슬릿(132)의 폭이 10mm이면, 양성자빔(102)의 펄스의 폭은 대략 100ns이다. 슬릿(132)의 폭이 5mm로 좁아지게 되면, 양성자빔(102)의 펄스의 폭은 대략 200ns로 줄어들게 된다. 따라서, 제1 및 제2 편향플레이트(131a, 131b)간의 전압차의 크기와 전압이 변하는 시간이 일정할 때에 슬릿(132)의 폭이 넓어지면, 펄스의 폭이 늘어나게 되고, 슬릿(132)의 폭이 좁아지면, 펄스의 폭이 좁아지게 된다.
e 그래프를 참조하면, 전압이 변하는 시간이 50ns로 상기 a 그래프보다 긴 시간이 걸린다. 전압이 변하는 시간이 길어짐에 따라, 상기 양성자빔(102)이 일 측에서 다른 일 측으로 이동하는데에 걸리는 시간도 길어지게 된다. 따라서 슬릿(132)의 폭이 10mm 정도 일 때, 펄스의 폭은 대략 500~600ns 사이로 길어지게 된다. 그리고, 슬릿(132)의 폭이 5mm일 때, 펄스의 폭은 대략 100ns정도가 된다.
원하는 펄스의 폭을 얻으려면, 상기 편향부(120)에 인가되는 전압이 변화하는 시간을 알아내어, 원하는 펄스의 폭을 얻을 수 있도록, 상기 슬릿(132)을 폭을 조절함으로써, 원하는 펄스의 폭을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 인가되는 전압의 차이에 따른 펄스의 폭과 슬릿(132)의 넓이의 관계를 나타낸 관계도이다.
본 관계도에서는 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)간의 전압의 차이를 5kV에서부터 20kV까지 5kV 단위로 도시되어 있다. 상기 편향플레이트(121a, 121b)간의 전압의 차이가 작은 경우에 상기 양성자빔(102)이 일 측에서 다른 일 측으로 이동하는 속도는 편향플레이트간의 전압의 차이가 큰 경우와 비교하여 느리게 된다. 이에 따라, 같은 슬릿(132)의 폭일 때, 전압의 차이가 작아질수록 펄스의 폭은 길어지게 된다.
a 그래프는 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)간의 전압의 차이가 5kV가 났을 때의 펄스의 폭과 슬릿(132)의 폭 간의 관계를 나타낸 그래프이다. 슬릿(132)의 폭이 대략 4mm일 때, 펄스의 폭은 대략 100ns이다. 또한, 슬릿(132)의 폭이 대략 2mm일 때, 펄스의 폭은 대략 200ns이다.
d 그래프는 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)간의 전압의 차이가 20kV 난다. 이 때, 슬릿(132)의 폭이 대략 20mm일 때, 펄스의 폭이 100ns이다. 그리고, 슬릿(132)의 폭이 10mm일 때, 펄스의 폭이 200ns정도가 된다.
상기 그래프들에서 알 수 있는 펄스 발생장치(100)에서 펄스의 폭을 결정하는 요인은 편향플레이트 간에 인가되는 전압 차이의 크기, 상기 전압이 변하는 시간, 슬릿(132)의 폭의 넓이인 것을 알 수 있다.
이 중에서 상기 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)들 사이의 변화하는 전압의 차이에 대응하여, 기설정된 상기 양성자빔(102)의 펄스의 폭을 얻을 수 있도록, 상기 슬릿(132)의 폭을 조절 가능할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 및 제2 편향플레이트(121a, 121b)에 인가되는 전압의 차이에 따른 슬릿(132)의 넓이와 펄스빔의 길이의 관계를 나타낸 관계도이다.
본 관계도에서는 전압상승시간을 대략 500ns로 설정하였다. a 부터 d 까지의 그래프는 각각 5kV 부터 20kV까지 5kV씩 차이를 두고 증가된 전압의 차이를 나타낸다. 상기 각각의 경우 슬릿(132)의 폭에 따른 펄스의 길이를 나타내는 것이다.
앞서 기술한 바와 같이, 전압의 차이가 작으면 양성자빔(102)의 휘어지는 이동속도가 느리고, 전압의 차이가 크면 양성자빔(102)의 휘어지는 이동속도가 빠르다.
a 그래프는 전압의 차이가 대략 5kV이다. 이를 살펴보면, 슬릿(132)의 폭이 약 1mm일 때 펄스의 길이는 약 10ns이고, 슬릿(132)의 폭이 약 2mm일 때 펄스의 길이는 약 20ns이다.
d 그래프는 전압의 차이가 대략 20kV이다. 이를 살펴보면, 슬릿(132)의 폭이 약 2mm일 때 펄스의 길이가 5ns이고, 슬릿(132)의 폭이 약 4mm일 때 펄스의 길이는 약 10ns이다.
상기의 내용을 종합하여 보면, 펄스의 길이는 슬릿(132)의 폭에 비례하고, 전압 차이의 크기에 반비례하는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 도 4 내지 도 6을 고려하고, 상기 슬릿(132)의 폭을 조절하여 원하는 펄스의 폭을 얻을 수 있다.
상기와 같은 펄스 발생장치를 통해, 작은 펄스의 폭을 갖는 양성자빔을 얻을 수 있다. 이는 양성자 빔을 이용하여 중성자를 생성시키고 이를 이용하여 핵자료를 생성하고자 할 때 펄스 폭이 짧을수록 분해능이 우수해지므로 작은 펄스폭을 얻고자 하는 것이다.
이상에서 설명한 펄스 발생장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 일방향으로 직진하는 양성자빔을 발생시키는 이온원;
    상기 이온원과 이격되게 배치되며, 상기 양성자빔의 직진 경로에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 양성자빔을 어느 일측으로 휘어짐 가능하게 형성되는 편향부; 및
    상기 양성자빔의 진행 방향으로 상기 편향부와 이격되어 배치되고, 상기 편향부의 전압이 변화하여 상기 양성자빔이 다른 일측으로 휘어지는 과정에서 상기 양성자빔이 통과 가능한 슬릿을 구비하며, 상기 양성자빔이 상기 슬릿을 통과하는 시간인 펄스의 폭을 조절하도록 상기 슬릿의 크기가 조절 가능하게 형성되는 슬릿부를 포함하고,
    상기 편향부는,
    상기 양성자빔의 직진 경로의 양측에 서로 마주보게 배치되고, 각각 전압이 인가되는 제1 및 제2 편향플레이트를 구비하고,
    상기 양성자빔이 다른 일측으로 휘어지는 속도를 증가시키기 위하여, 상기 제1 편향플레이트에 인가되는 전압의 크기가 상승하거나 하강됨에 따라 상기 제2 편향플레이트에 인가되는 전압의 크기는 하강하거나 상승되어, 상기 제1 및 제2 편향플레이트 간의 전압차를 증가시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 펄스 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 슬릿부는,
    서로 이격되어 슬릿을 형성하도록 배치되는 제1 및 제2 슬릿플레이트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 슬릿플레이트는 서로에 대해 가까워지거나 멀어지도록 이동가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 펄스 발생장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 슬릿부는,
    상기 편향부에 인가되는 전압이 변화하는 시간에 대응되거나, 상기 제1 및 제2 편향플레이트들 사이의 변화하는 전압의 차이에 대응되어, 기설정된 상기 양성자빔의 펄스의 폭을 얻을 수 있도록, 상기 슬릿의 폭이 조절 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 펄스 발생장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이온원과 상기 편향부 사이에 배치되고,
    상기 슬릿부를 통과한 양성자 펄스가 충분한 전류를 가지도록, 상기 이온원에서 발생되는 양성자빔의 전류를 증가시키는 번쳐(Buncher)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 발생장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 번쳐(Buncher)와 상기 편향부 사이에 배치되고,
    상기 양성자빔이 진행하는 과정에서 흩어지지 않도록, 상기 양성자빔을 집속 시키는 솔레노이드 전자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 발생장치.
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