KR101652732B1 - 이중 애노드 구조를 가지는 마그네트론 인젝션 건 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리형 애노드를 구비하여 안정적으로 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 조절할 수 있는 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예를 따른 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)은 분리형 애노드를 통해 안정적으로 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 마그네트론 인젝션 건은 트라이오드(triode) 타입에 적용되어 분리형 모듈레이팅(modulating) 애노드를 통해 에미터 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.

Description

이중 애노드 구조를 가지는 마그네트론 인젝션 건 {Magnetron injection gun having a structure of double anode}
본 발명은 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 제어하기 위한 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)의 구조에 관한 것이다.
마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)은 자이로트론(Gyrotron)의 고차모드 공진기에서 전자 회전 공명을 발생시키기 위한 최적의 전자 빔 방출 각도, 진행 방향, 반지름, 에너지 확산(spread), 속도비(v⊥/v∥) 등의 특성을 갖는 회전 전자빔을 생성, 제어하는 장치이다.
한편, MIG의 에미터(emitter)로부터 방출되는 전자 빔의 특성은 에미터 주위에 형성되는 전기장, 자기장에 의해 결정되는 것으로, 종래 위 에미터(emitter)로부터 방출되는 전자 빔의 특성을 필요에 따라 효과적으로 제어하기 위한 방법에 대한 연구가 있었고, 이와 관련된 선행기술문헌으로 일본 공개특허공보 특개평9-312136호가 있다.
도 1은 종래의 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 원추 사다리꼴 형상의 캐소드(1)에 설치된 링 형상의 에미션 벨트부(2)로부터 전자빔이 방출되고, 위 전자 빔이 애노드(3)와 보디 전극(4)에 의해 가속됨과 동시에 자장이 형성된 발진공동(6)을 통과하도록 구성되는데, 이때 캐소드(1)의 에미션 벨트부(2)에 인접하는 양측(또는 편측)으로 에미션 벨트부(2)와는 세라믹스 부재(11, 13)를 통해 전기적으로 절연된 전자빔 제어용 전극부(10, 12)가 설치되고, 위 전자빔 제어용 전극부(10, 12) 각각으로 서로 다른 전압을 인가하여 경사진 전기장을 형성함으로써 에미션 벨트부(2)에서 방출되는 전자 빔(5)의 방출 각도를 제어하는 구성이 개시되어 있다.
한편, 위 선행기술문헌에서는 에미션 벨트부(2)에서 방출된 전자 빔의 회수 시에 발생되는 열의 냉각을 고려하고 있지 않아 캐소드(1)로 전자 빔 방출을 위해 고전압이 인가된 상태에서 전자빔 제어용 전극부(10, 12)로 전자 빔 특성 제어를 위한 추가 전원을 운용하게 되면, 이미 캐소드(1)에는 고전압이 인가된 상태이므로 전압 운용 측면에서 안정성이 크게 훼손될 뿐만 아니라 전자 빔 특성 제어 관련 정확성 및 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, 분리형 애노드를 통해 안정적으로 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 위 에미터로부터 방출된 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어하는 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자이로트론(Gyrotron)의 전자 회전 공명을 발생시키기 위한 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 있어서, 전자 방출을 위한 링 형상의 에미터(emitter)를 포함하는 캐소드(cathode); 및 상기 에미터로부터 방출되는 전자 빔의 특성을 제어하기 위해 상기 캐소드와 대면하는 방향으로 소정 간격 이격되어 분리 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하는 애노드(anode)를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자이로트론(Gyrotron)의 전자 회전 공명을 발생시키기 위한 트라이오드(triode) 타입의 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 있어서, 전자 방출을 위한 링 형상의 에미터(emitter)를 포함하는 캐소드(cathode); 및 상기 에미터로부터 방출되는 전자 빔의 특성을 제어하기 위해 상기 캐소드와 대면하는 방향으로 소정 간격 이격되어 분리 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하는 모듈레이팅(modulating) 애노드(anode) 및 상기 전자 빔을 가속하기 위한 악셀러레이팅(accelerating) 애노드를 포함한다.
상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극으로는 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극으로 그라운드(Ground) 전압 값을 중심으로 소정 크기의 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극의 사이에는 절연체가 배치될 수 있다.
상기 절연체는 탄화규소(SiC) 또는 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 따른 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)은 분리형 애노드를 통해 안정적으로 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 위 에미터로부터 방출된 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 인젝션 건은 트라이오드(triode) 타입에 적용되어 분리형 모듈레이팅(modulating) 애노드를 통해 안정적으로 에미터 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 위 에미터로부터 방출된 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 종래의 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 일측 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 트라이오드 타입의 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 일측 단면도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 자이로트론(Gyrotron)의 전자 회전 공명을 발생시키기 위한 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 관한 것으로, 구체적으로 분리형 애노드(anode)를 통해 안정적으로 에미터(emitter) 주변의 전기장을 미세 조절함으로써 전자 빔의 방출 각도, 진행 방향, 반지름, 에너지 확산, 속도비(v⊥/v∥) 등 전자 빔의 특성을 효과적으로 제어할 수 있는 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 일측 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 마그네트론 인젝션 건(200)은 전자 방출을 위한 링 형상의 에미터(emitter)(212)를 포함하는 캐소드(cathode)(210) 및 상기 캐소드(210)와 대면하는 방향으로 소정간격 이격되어 배치되는 분리형 애노드(anode)(220)를 포함한다.
상기 분리형 애노드(220)는 에미터(212)로부터 방출되는 전자 빔의 특성 예컨대, 전자 빔의 방출 각도, 진행 방향, 반지름, 에너지 확산, 속도비 등을 안정적으로 제어하기 위하여 소정간격 이격되어 분리 배치되는 제1 제어 전극(222) 및 제2 제어 전극(224)을 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 제어 전극(222) 및 제2 제어 전극(224)으로는 서로 다른 전압이 인가됨으로써 캐소드(210)와 애노드(220) 사이에 형성되는 전기장, 자기장의 형태를 미세하게 조절할 수 있고 이를 통해 원하는 전자 빔의 특성을 얻을 수 있게 된다.
한편, 에미터(212)로부터 방출된 전자 빔은 도면에 별도 표시하지는 않았으나 발진공동을 통해 컬렉터(collector)에서 회수되는데, 컬렉터에서는 전자의 회수 과정에서 발생하는 대량의 열을 냉각시키기 위한 냉각 수단 예컨대, 대용량의 냉각수가 구비되어야 하므로 이에 따른 절연문제를 고려하여 바람직하게는 컬렉터와 애노드(220)로는 그라운드(Ground) 전압을 인가하고 캐소드(210)로는 고전압을 인가하여 에미터(212)로부터 방출되는 전자를 제어할 수 있다.
즉, 전자 빔 방출을 위해 캐소드(210)로는 고전압을 인가하고 애노드(220)로는 그라운드 전압을 기준 전압으로 인가한 상태에서 전자 빔 특성 제어를 위해 상기 제1 제어 전극(222)과 상기 제2 제어 전극(224)으로 위 그라운드 전압 값을 중심으로 서로 다른 전압을 인가하기 위한 추가 전원을 운용함으로써 추가 전원 운용에 따른 안정성을 확보함과 동시에 전자 빔 특성 제어의 정확성 및 효율성을 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 마그네트론 인젝션 건(200)은 전자 빔 방출 과정에서 발생할 수 있는 불필요한 노이즈(noise)를 제거하기 위하여 상기 제1 제어 전극(222)과 상기 제2 제어 전극(224) 사이에 RF(Radio Frequency) 흡수체로서 절연체를 삽입할 수 있다.
이때, 상기 절연체는 방출되는 전자 빔의 특성을 고려하여 탄화규소(SiC) 또는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하여 구현함으로써 전자 빔의 특성을 보다 정확하고 효과적으로 제어할 수 있다.
한편, 본 발명은 자이로트론(Gyrotron)의 전자회전공명을 발생시키기 위한 트라이오드(triode) 타입의 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 트라이오드 타입의 마그네트론 인젝션 건을 나타내는 일측 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 애노드를 구비한 트라이오드 타입의 마그네트론 인젝션 건(300)은, 전자 방출을 위한 링 형상의 에미터(emitter)(312)를 포함하는 캐소드(cathode)(310) 및 상기 에미터(312)로부터 방출되는 전자 빔의 특성을 제어하기 위해 상기 캐소드(310)와 대면하는 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 분리형 모듈레이팅(modulating) 애노드(anode)(320) 및 상기 전자 빔을 가속하기 위한 악셀러레이팅(accelerating) 애노드(330)를 포함한다.
상기 모듈레이팅 애노드(320)는 에미터(312)로부터 방출되는 전자 빔의 특성 예컨대, 전자 빔의 방출 각도, 진행 방향, 반지름, 에너지 확산, 속도비 등을 안정적으로 제어하기 위하여 소정간격 이격되어 분리 배치되는 제1 제어 전극(322) 및 제2 제어 전극(324)을 포함한다.
상기 제1 제어 전극(322) 및 제2 제어 전극(324)은 전술한 바와 같이 그라운드 전압 값을 중심으로 소정 크기의 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 상기 제1 제어 전극(322) 및 제2 제어 전극(324) 사이에는 탄화규소(SiC) 또는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 절연체가 배치될 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 자이로트론(Gyrotron)의 전자 회전 공명을 발생시키기 위한 마그네트론 인젝션 건(Magnetron injection gun: MIG)에 있어서,
    전자 방출을 위한 링 형상의 에미터(emitter)를 포함하는 캐소드(cathode); 및
    상기 에미터로부터 방출되는 전자 빔의 특성을 제어하기 위해 상기 캐소드와 대면하는 방향으로 소정 간격 이격되어 분리 배치되는 제1 제어 전극 및 제2 제어 전극을 포함하는 모듈레이팅(modulating) 애노드(anode); 및
    상기 전자 빔을 가속하기 위한 악셀러레이팅(accelerating) 애노드를 포함하고,
    상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극 사이에는 절연체가 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 인젝션 건.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극으로는 서로 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 인젝션 건.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 제어 전극 및 상기 제2 제어 전극으로 그라운드(Ground) 전압 값을 중심으로 소정 크기의 서로 다른 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 인젝션 건.
  5. 삭제
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 절연체는 탄화규소(SiC) 또는 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 인젝션 건.
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