KR101623152B1 - 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 레이저가 입사되는 제 1 타겟층; 상기 레이저의 진행 방향에 따라서 상기 제 1 타겟층의 뒤쪽에 위치하며, 목표로 하는 이온빔이 생성되는 중간층; 및 상기 중간층을 사이에 두고 상기 제 1 타겟층과 반대쪽에 위치하는 제 2 타겟층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작방법에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 제 1 타겟층과 제 2 타겟층 사이에서 목표로 하는 이온빔이 발생함으로써, 레이저 선행 펄스에 의한 영향에 둔감하여, 레이저 선행 펄스를 감소시키기 위한 추가적인 기술이 요구되지 않는 효과가 있다.

Description

레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법{FILM TARGET FOR LASER INDUCED PARTICLE ACCELERATION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 이온층을 삽입한 필름 타겟 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

종래, 극초단 고출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 왔다.

극초단 고출력 레이저를 박막에 집속하면 고에너지의 이온빔이 발생한다. 이 이온빔의 에너지 특성을 개선하는 것, 즉 에너지는 높이고 에너지폭은 줄이는 것이 레이저 가속 이온빔 발생 기술의 가장 큰 이슈이다.

그 중에서 현재 가장 주목받는 기술은 수 십 나노미터 두께의 매우 얇은 필름을 사용하는 것이다. 하지만, 이 기술은 동시에 레이저의 선행 펄스를 현저히 감소시키는 기술이 추가로 요구되는 문제점과 함께, 레이저의 세기가 증가할 경우, 매우 얇은 필름과 레이저의 공간 불균일성에 기인한 상호작용으로 발생된 이온빔의 에너지 특성이 계속 개선되지 않는다는 문제점도 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 한 가지 대안으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 대한민국 등록특허 10-1269098호는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 포함하는 이중층 타겟을 개시하고 있다. 상기 이중층 타겟(10)은 레이저(20)의 선행 펄스와 반응하여 플라즈마를 생성하는 제 1 타겟층(30), 레이저(20)의 주 펄스에 의해 이온빔(60)을 발생하는 제 2 타겟층(50), 및 플라즈마에 의한 충격파가 제 2 타겟층(50)에 전달되는 것을 방지하기 위해 제 1 타겟층(30)과 제 2 타겟층(50) 사이에 형성되는 진공층(40)을 포함한다.

상기 이중층 타겟은 기존 타겟에서 요구되는 선행 펄스가 작은 고품질의 레이저가 요구되지 않아도 에너지가 높으면서 동시에 에너지 폭이 좁은 이온빔을 발생시킬 수 있다는 이점을 가진다. 그러나, 상기 이중층 타겟은 타겟의 제작을 위한 비용이 증가하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1269098호

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 이온빔의 에너지 특성이 개선된 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 제작이 용이하고 취급이 편리한 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 가속 이온빔의 에너지 특성을 조절할 수 있는 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 레이저(200)가 입사되는 제 1 타겟층(300); 상기 레이저(200)의 진행 방향에 따라서 상기 제 1 타겟층(300)의 뒤쪽에 위치하며, 목표로 하는 이온빔(600)이 생성되는 중간층(400); 및 상기 중간층(400)을 사이에 두고 상기 제 1 타겟층(300)과 반대쪽에 위치하는 제 2 타겟층(500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟(100)을 제공한다.

본 발명은 또한, 레이저가 입사되는 제 1 타겟층(300)을 준비하는 단계; 목표로 하는 이온빔을 생성하기 위하여 상기 레이저의 진행 방향에 따라서 상기 제 1 타겟층(300)의 뒤쪽에 중간층(400)을 형성하는 단계; 및 상기 중간층(400)을 사이에 두고 상기 제 1 타겟층(300)과 반대쪽에 제 2 타겟층(500)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 입사 가속을 위한 필름 타겟의 제작 방법을 제공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 제 1 타겟층과 제 2 타겟층의 재료를 달리하여 구성함으로써, 가속되는 이온빔의 에너지 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 제 1 타겟층과 제 2 타겟층의 두께를 달리하여 구성함으로써, 가속되는 이온빔의 에너지 특성을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 제 1 타겟층과 제 2 타겟층 사이에서 목표로 하는 이온빔이 발생함으로써, 레이저 선행 펄스에 의한 영향에 둔감하여, 레이저 선행 펄스를 감소시키기 위한 추가적인 기술이 요구되지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 용이하게 구할 수 있는 재료를 이용함으로써, 제작이 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 필름 형태로 타겟을 형성함으로써, 취급이 편리한 효과가 있다.

도 1은 종래 기술의 레이저 유도 입자 가속을 위한 진공층을 포함하는 이중층 타겟을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 도시하는 도면.
도 4는 제 1 타겟층의 두께(T1)와 제 2 타겟층의 두께(T2)의 변화에 따른 필름 타겟 내부의 전기장의 공간 분포의 변화와 이온빔의 위상 분포를 도시하는 그래프.
도 5는 제 1 타겟층의 두께(T1)와 제 2 타겟층의 두께(T2)의 변화에 따른 이온빔의 에너지 분포를 도시하는 그래프.
도 6은 단일 박막을 사용할 경우의 양성자빔의 에너지 분포를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 제작하는 방법을 도시한 개략적인 공정 단면도.

이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

<레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟>

도 2는 본 발명의 일 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 도시하는 도면이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟(100)은, 레이저(200)와 반응하여 가속되는 이온빔(600)의 에너지 특성을 조절하는 제 1 타겟층(300), 제 2 타겟층(500), 및 제 1 타겟층(300)과 제 2 타겟층(500) 사이에 위치하는, 목표로 하는 이온빔으로 구성된 중간층(400)을 포함한다.

레이저(200)는 도 2의 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하며, 제 1 타겟층(300)의 표면에 집속된다.

제 1 타겟층(300)과 제 2 타겟층(500)은 수 마이크로미터 두께의 금속물질, 예를 들면, Al, Cu, Ti, Ta 등으로 구성될 수 있다. 특히, 제 1 타겟층(300)은 제 2 타겟층(500)에 비하여 높은 원자수의 물질을 사용하는 것이 이온빔(600)의 에너지를 증가시키는데 유리하게 작용한다.

제 1 타겟층(300)과 제 2 타겟층(500)은 두께(T1, T2)를 달리하여 구성될 수 있다. 특히, 이온빔(600)이 도 2의 오른쪽 방향으로 원활히 가속되기 위해서는 최소한 제 1 타겟층의 두께(T1)가 제 2 타겟층의 두께(T2)에 비해 두꺼워야 한다.

중간층(400)은 두께(T)가 수 십 나노미터 두께의 매우 얇은 층으로, 목표로 하는 가속 입자, 예를 들면, H, C 등을 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 특히, 중간층(400)은 플라스틱 계열의 물질로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟(100)은 제 1 타겟층의 두께(T1)가 수 마이크로미터 이상이고, 동시에 목표로 하는 이온빔(600)이 전체 필름 타겟(100)의 가운데에 구성되기 때문에 레이저(200)의 선행 펄스에 의한 영향에 둔감하다. 따라서, 종래 기술에 비해 레이저의 선행 펄스를 감소시키기 위한 추가적인 기술이 요구되지 않는 효과가 있다.

따라서, 본 발명의 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟은 레이저 가속 이온빔 발생 기술에서 이온빔의 에너지 특성을 획기적으로 개선할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 이온빔의 에너지 특성을 조절할 수 있고, 레이저의 선행 펄스에 대해 둔감하며, 후술하는 바와 같이, 제작이 용이한 효과가 있다. 이러한 효과는 종래 기술로는 구현하기 어려운 것으로써, 초고속 플라즈마 진단, 핵반응, 암치료 등과 같이 기초과학, 원자력, 의료 등의 여러 분야에서 레이저 가속 이온빔의 활용도를 상당히 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 도시하는 도면이다. 도 4는 제 1 타겟층의 두께(T1)와 제 2 타겟층의 두께(T2)의 변화에 따른 필름 타겟 내부의 전기장의 공간 분포의 변화와 이온빔의 위상 분포를 도시하는 그래프이다. 구체적으로, 도 4(a)는 구리(Cu)로 구성된 필름 타겟에서 제 1 타겟층의 두께(T1)가 1.6 ㎛이고 제 2 타겟층의 두께(T2)가 0.8 ㎛이고, 도 4(b)는 구리(Cu)로 구성된 필름 타겟에서 제 1 타겟층의 두께(T1)가 2.0 ㎛이고, 제 2 타겟층의 두께(T2)가 0.4 ㎛이다. 도 5는 제 1 타겟층의 두께(T1)와 제 2 타겟층의 두께(T2)의 변화에 따른 이온빔의 에너지 분포를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 6은 단일 박막을 사용할 경우의 양성자빔의 에너지 분포를 도시하는 그래프이다.

본 발명의 또 다른 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟은 제 1 타겟층의 두께(T1), 제 2 타겟층의 두께(T2)를 제외하고 전술한 본 발명의 일 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟과 유사하며, 따라서 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예인 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟은, 제 1 타겟층(300), 제 2 타겟층(500), 및 중간층(400)을 포함한다.

본 발명은 제 1 타겟층의 두께(T1)와 제 2 타겟층의 두께(T2)의 비율을 조절함으로써, 가속 이온빔(600)의 에너지 특성을 조절할 수 있다.

도 4(a) 및 도 5를 참조하면, 목표로 하는 이온빔(600)이 발생하는 중간층(400)이 제 1 타겟층(300)과 제 2 타겟층(500)의 가운데에 가까이 위치하면(T1=1.6 ㎛, T2=1.8 ㎛), 레이저에 의해 플라즈마 내부에 형성되는 전기장(E)에 의해 이온빔(600)이 가속될 때, 전기장(E)의 공간 분포의 변화는 크고 가속길이는 길어지기 때문에 이온빔(600)의 에너지폭은 넓으나, 최대에너지는 증가하게 된다. 도 4(a)에서 알 수 있듯이, 전기장(E)의 공간 분포의 변화는 가로축(x)의 중간 부분에서는 변화가 크지만, 오른쪽으로 갈수록 변화가 작아진다. 따라서, 이온빔(600)의 초기 위치가 가로축(x)의 중간 부분에 밀집되어 있어, 양(+)의 값을 갖는 전기장(E) 전체에 의해 이온빔(600)이 가속되기 때문에 가속길이가 길어진다.

도 4(b) 및 도 5를 참조하면, 도 4(a)와는 반대로, 중간층(400)이 제 2 타겟층(500)의 표면에 가까이 위치하면(T1=2.0 ㎛, T2= 0.4 ㎛), 전기장(E)의 공간 분포의 변화가 작기 때문에, 이온빔(600)의 최대에너지는 낮으나 에너지폭이 좁아지는 특성을 갖는다. 도 4(b)에서 알 수 있듯이, 전기장(E)의 공간 분포의 변화는 도 4(a)에서와 유사하다. 그러나, 이온빔(600)의 초기 위치가 가로축(x) 상에서 오른쪽으로 더 많이 치우쳐 있음을 알 수 있다. 따라서, 이온빔(600)이 양(+)의 값을 갖는 전기장(E) 전체 중에서 오른쪽 일부의 전기장(E)에 의해 가속되기 때문에 가속길이가 짧아진다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 중간층(400)이 제 2 타겟층(500)의 표면에 너무 가까이 위치하면, 발생되는 이온빔(600)의 에너지 특성이 오히려 기존의 단일 박막에서 발생하는 이온빔의 에너지 특성이 된다.

<레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟의 제작 방법>

도 7은 본 발명의 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟을 제작하는 방법을 도시한 개략적인 공정 단면도로서, 이는 전술한 도 2 및 도 3에 도시한 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟의 제작 공정에 관한 것이다.

우선, 도 7(a)에서 알 수 있듯이, 손쉽게 구할 수 있는 금속 필름을 이용하여 일정한 두께(T1)를 갖는 제 1 타겟층(300)을 마련한다.

다음, 도 7(b)에서 알 수 있듯이, 제 1 타겟층(300)에 플라스틱 계열의 물질을 수 십 나노미터의 두께(T)로 코팅하여 중간층(400)을 형성한다.

다음, 도 7(c)에서 알 수 있듯이, 제 1 타겟층(300)에 형성된 중간층(400)에 다시 금속 필름을 이용하여 수 마이크로미터의 두께(T2)로 코팅하여 제 2 타겟층(500)을 형성한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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.

100: 필름 타겟 200: 레이저
300: 제 1 타겟층 400: 중간층
500: 제 2 타겟층 600: 이온빔
T: 중간층의 두께 T1: 제 1 타겟층의 두께
T2: 제 2 타겟층의 두께

Claims (6)

1. 레이저(200)가 입사되는 금속 재질의 제 1 타겟층(300);
   상기 레이저(200)의 진행 방향에 따라서 상기 제 1 타겟층(300)의 뒤쪽에 위치하며, 목표로 하는 이온빔(600)이 생성되는 중간층(400); 및
   상기 중간층(400)을 사이에 두고 상기 제 1 타겟층(300)과 반대쪽에 위치하는 금속 재질의 제 2 타겟층(500)을 포함하며,
   상기 제 1 타겟층의 두께(T1)는 상기 제 2 타겟층의 두께(T2)보다 크고,
   상기 제1타겟층(300)과 상기 제2타겟층(500) 사이의 상기 중간층(400)에서 상기 목표로 하는 이온빔(600)이 생성됨으로써 상기 레이저(200)의 선행 펄스에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟(100).
2. 삭제
3. 삭제
4. 레이저(200)가 입사되는 금속 재질의 제 1 타겟층(300)을 준비하는 단계;
   목표로 하는 이온빔(600)을 생성하기 위하여 상기 레이저(200)의 진행 방향에 따라서 상기 제 1 타겟층(300)의 뒤쪽에 중간층(400)을 형성하는 단계; 및
   상기 중간층(400)을 사이에 두고 상기 제 1 타겟층(300)과 반대쪽에 금속 재질의 제 2 타겟층(500)을 형성하는 단계;를 포함하며,
   상기 제 1 타겟층의 두께(T1)는 상기 제 2 타겟층의 두께(T2)보다 크고,
   상기 제1타겟층(300)과 상기 제2타겟층(500) 사이의 상기 중간층(400)에서 상기 목표로 하는 이온빔(600)이 생성됨으로써 상기 레이저(200)의 선행 펄스에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 입자 가속을 위한 필름 타겟의 제작 방법.
5. 삭제
6. 삭제

Images