KR101661149B1 - 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치에 관한 것으로서, 가속기에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서, 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체;를 포함하고, 상기 영구자석조립체는 상기 입자빔이 상기 표적에 원주방향을 따라 분포될 수 있게 회전 가능하게 구성된다. 이에 의해, 전자석의 사용을 배제할 수 있고 소형화가 가능하며 비용을 저감할 수 있다.

Description

할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치{CORPUSCULAR BEAM SCANNING APPARATUS USING HALBACH DIPOLE ARRAY}
본 발명은, 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전자석의 이용을 배제하여 소형화가 가능하고 비용을 저감할 수 있도록 한 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 입자빔의 스캐닝장치는, 고출력 입자빔을 표적에 조사하는 경우 단위 면적당 열부하를 줄이기 위해 입자빔을 스캐닝하는 장치이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 입자빔의 스캐닝장치는, 입자빔의 제1방향(X방향) 조절을 위한 제1전자석부(10)와, 입자빔의 제2방향(Y방향) 조절을 위한 제2전자석부(20)와, 상기 제1전자석부(10)에 전원을 공급하는 제1전원공급부(30) 및 상기 제2전자석부(20)에 전원을 공급하는 제2전원공급부(40)를 구비하여 구성된다.
상기 제1전자석부(10)는, 입자빔이 통과할 수 있게 서로 이격 배치(도면상 상하로 이격 배치)되는 코어(11a,11b)와, 상기 각 코어(11a,11b)에 각각 권회되는 코일(13a,13b)을 구비한다.
상기 제2전자석부(20)는, 입자빔이 통과할 수 있게 서로 이격배치(도면상 좌우로 이격 배치)되는 코어(21a,21b)와, 상기 각 코어(21a,21b)에 각각 권회되는 코일(23a,23b)을 구비한다.
상기 제1전원공급부(30)는, 상기 제1전자석부(10)의 각 코일(13a,13b)에 전원을 각각 공급할 수 있게 구성된다.
상기 제2전원공급부(40)는, 상기 제2전자석부(20)의 각 코일(23a,23b)에 전원을 각각 공급할 수 있게 구성된다.
이러한 구성에 의하여, 상기 각 전원공급부(30,40)는 각 전자석부(10,20)의 코일(13a,13b,23a,23b)에 서로 다른 방향의 자기장이 형성되게 각 코일(13a,13b,23a,23b)에 공급되는 전원을 제어함으로써, 가속기로부터 조사된 입자빔이 상기 전자석부(10,20) 사이를 통과할 때 자기력에 의해 X방향 및 Y방향으로 입자빔의 이동 경로가 조절되도록 한다.
그런데, 이러한 종래의 전자석을 이용한 입자빔의 스캐닝장치에 있어서는, 짧은 구간에서 원하는 만큼의 스캐닝 면적을 얻기 위해서는 각 전자석부(10,20)의 크기가 증가하게 되고, 스캐닝 주파수가 증가함에 따라 고자장, 고주파수의 전자석부(10,20)를 제작해야 하므로 비용 상승이 초래된다.
특히, 전자석을 이용한 wobbler 방법이나 raster 방법의 경우, 표적까지의 거리가 짧고, 좁은 공간에서 전자석의 크기가 커지고, 스캐닝 주파수가 증가함에 따라 전자석 및 전원 개발 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 전자석의 사용을 배제할 수 있고 소형화가 가능하며 비용을 저감할 수 있는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전자석의 사용을 배제할 수 있고 다양한 빔 스팟 분포를 얻을 수 있는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 가속기에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서, 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체;를 포함하고, 상기 영구자석조립체는 상기 표적에 상기 입자빔이 원주방향을 따라 분포될 수 있게 회전 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치를 제공한다.
여기서, 상기 입자빔의 스캐닝장치는, 상기 영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 회전지지부; 및 상기 영구자석조립체를 회전 구동시키는 구동부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전지지부는, 중공을 구비하여 상기 입자빔통과공의 내부에 삽입되는 수평지지부; 및 상기 수평지지부에서 하향 연장되어 상기 수평지지부를 바닥으로부터 이격지지하는 수직지지부;를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 구동부는, 상기 영구자석조립체의 일 측에 구비되는 구동모터; 및 상기 구동모터의 회전력을 상기 영구자석조립체에 전달하는 동력전달부;를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 동력전달부는, 상기 구동모터의 회전축에 구비되는 구동풀리; 및 일 측은 상기 구동풀리에 결합되고 타 측은 상기 영구자석조립체의 둘레면에 결합되는 벨트;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입자빔의 스캐닝장치는, 상기 가속기의 동작 신호를 입력하는 신호입력부; 및 상기 신호입력부의 신호 입력 시 상기 영구자석조립체가 회전될 수 있게 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 가속기에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서, 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체; 및 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비하고, 상기 입자빔의 이동 경로를 따라 상기 영구자석조립체의 일 측에 구비되는 제2영구자석조립체;를 포함하고, 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체는 상기 표적에 상기 입자빔이 원주방향을 따라 분포될 수 있게 회전 가능하게 각각 구성되는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치가 제공된다.
여기서, 상기 입자빔의 스캐닝장치는, 상기 영구자석조립체를 회전 구동시키는 구동부; 상기 제2영구자석조립체를 회전 구동시키는 제2구동부; 상기 가속기의 동작 신호를 입력하는 신호입력부; 및 상기 신호입력부의 신호 입력 시 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 회전될 수 있게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2영구자석조립체는 상기 입자빔의 이동방향을 따라 상기 영구자석조립체의 후방에 배치될 수 있다.
상기 입자빔의 스캐닝장치는, 상기 영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 회전지지부; 및 상기 제2영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 제2회전지지부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 영구자석조립체에 의한 입자빔의 경로조절방향과 상기 제2영구자석조립체에 의한 입자빔의 경로조절방향이 달라지게 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 상대 회전되게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 영구자석조립체에 대한 상기 제2영구자석조립체의 상대 위치 조절 후, 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 미리 설정된 동일 회전 방향 및 동일 회전 속도로 회전되게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공을 구비하고, 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 배열을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체를 구비하도록 함으로써, 전자석의 사용을 배제하여 소형화가 가능하고 비용을 저감할 수 있다.
또한, 입자빔의 이동 경로를 따라 영구자석조립체의 일 측에 제2영구자석조립체가 구비되도록 함으로써, 더욱 넓은 면적에 다양한 빔 스팟 분포를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 입자빔의 스캐닝장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치의 사용상태를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 스캐닝장치의 측면도,
도 4는 도 3의 영구자석조립체의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 2의 입자빔의 스캐닝장치의 제어블록도,
도 6은 도 2의 입자빔의 스캐닝장치의 표적에서의 빔 스팟 분포도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치의 사용상태를 도시한 도면,
도 8은 도 7의 입자빔의 스캐닝장치의 제어블록도,
도 9는 도 7의 입자빔의 스캐닝장치의 표적에서의 빔 스팟 분포도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치는, 가속기(110)에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적(130)에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서, 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공(155)이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공(155)의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석(152a-152h)을 구비한 영구자석조립체(150);를 구비하고, 상기 영구자석조립체(150)는 상기 입자빔이 상기 표적(130)에 원주방향을 따라 분포될 수 있게 회전 가능하게 구성될 수 있다.
가속기(110)는, 예를 들면, 전자, 양성자, 이온 등 전하를 가지고 있는 입자를 가속시켜 한 방향으로 나아가는 흐름(입자빔)을 형성(조사)할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 가속기(110)의 일 측에는 상기 가속기(110)에서 조사된 입자빔을 표적(130)측으로 수송하는 빔수송계(140)가 마련될 수 있다.
상기 빔수송계(140)에는, 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석조립체(150)가 구비될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)는, 예를 들면 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 상기 입자빔이 통과할 수 있게 입자빔통과공(155)이 구비된 환형(튜브형상)을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)는, 예를 들면, 회전지지부(170)에 의해 설치 바닥면(182)으로부터 이격되어 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)의 일 측에는 상기 영구자석조립체(150)를 회전 구동시키는 구동부(190)가 구비될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)는, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이, 입자빔통과공(155)의 둘레에 반경 방향을 따라 할바흐 다이폴 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)은, 예를 들면, 내경 및 외경이 동일한 환형체를 원주방향을 따라 등간격으로 분할(본 실시예에서 8등분)한 원호형상으로 각각 구현될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)에 의해 상기 입자빔통과공(155)의 내부에 형성되는 자기력의 방향은, 예를 들면, 상기 입자빔통과공(155)의 중심에서 입자빔을 일 측(예를 들면, 도면상 하측 방향)으로 이동시키게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1영구자석(152a)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 입자빔통과공(155)의 중심을 향하게(도면상 하측 방향을 향하게) 착자되어 상측에 배치될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)의 원주방향을 따라 상기 제1영구자석(152a)의 일 측에는 제2영구자석(152b)이 배치될 수 있다.
상기 제2영구자석(152b)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제1영구자석(152a)의 자기력선의 방향에 직각을 이루되, 자기력선이 상기 제1영구자석(152a)을 향하게(도면상 우측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
상기 제2영구자석(152b)의 일 측에는 제3영구자석(152c)이 배치될 수 있다.
상기 제3영구자석(152c)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제2영구자석(152b)의 자기력선과 직각을 이루되 상기 제2영구자석(152b)을 향하게(도면상 상측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
상기 제3영구자석(152c)의 일 측에는 제4영구자석(152d)이 구비될 수 있다.
상기 제4영구자석(152d)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제3영구자석(152c)과 직각을 이루되 외측을 향하게(도면상 좌측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
상기 제4영구자석(152d)의 일 측에는 제5영구자석(152e)이 구비될 수 있다.
상기 제5영구자석(152e)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제4영구자석(152d)의 자기력선과 직각을 이루되 외측을 향하게(도면상 우측방향을 향하게) 구성될 수 있다.
상기 제5영구자석(152e)은 자기력선의 방향이 상기 제1영구자석(152a)의 자기력선과 동일한 방향을 이루고 있다.
상기 제5영구자석(152e)의 일 측에는 제6영구자석(152f)이 구비될 수 있다.
상기 제6영구자석(152f)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제5영구자석(152e)의 자기력선과 직각을 이루되 외측을 향하게(도면상 우측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
상기 제6영구자석(152f)의 일 측에는 제7영구자석(152g)이 구비될 수 있다.
상기 제7영구자석(152g)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제6영구자석(152f)의 자기력선과 직각을 이루되 상기 제6영구자석(152f)으로부터 멀어지게(도면상 상측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
상기 제7영구자석(152g)의 일 측에는 제8영구자석(152h)이 구비될 수 있다.
상기 제8영구자석(152h)은, 예를 들면, 자기력선이 상기 제7영구자석(152g)과 직각을 이루되 상기 제1영구자석(152a)을 향하게(도면상 좌측방향을 향하게) 착자될 수 있다.
이들 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)에 의해 상기 입자빔통과공(155)의 내부에는 하측을 향하는 자기력선이 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 입자빔통과공(155)을 통과하는 입자빔은 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)에 의해 형성된 자기력선의 방향(하측방향)을 따라 이동 경로가 조절될 수 있다.
즉, 상기 입자빔통과공(155)으로 유입된 입자빔은 도면상 하측 방향으로 경사지게 이동 경로가 조절될 수 있다.
한편, 상기 영구자석조립체(150)는 회전지지부(170)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 회전지지부(170)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)의 내부에 삽입되는 수평구간부(173)와, 상기 수평구간부(173)에 대해 수직으로 연결되는 수직구간부(175)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 수평구간부(173)는, 예를 들면, 중공(174)을 구비하여 상기 입자빔통과공(155)의 내부에 삽입될 수 있게 구성될 수 있다.
상기 수평구간부(173)와 상기 입자빔통과공(155)의 사이에는, 예를 들면, 베어링(177)이 구비될 수 있다.
이에 의해 상기 수평구간부(173)를 중심으로 상기 영구자석조립체(150)가 회전될 수 있다.
상기 베어링(177)은, 예를 들면, 상기 수평구간부(173)의 둘레에 결합되는 내륜(178a), 상기 입자빔통과공(155)의 내부에 결합되는 외륜(178b) 및 상기 내륜(178a)과 외륜(178b)사이에 구비되는 복수의 볼(178c)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 수평구간부(173)는, 상기 내륜(178a)의 내부에 고정 결합될 수 있다.
상기 수평구간부(173)는, 예를 들면, 상기 내륜(178a)의 내부에 압입 결합될 수 있다.
상기 외륜(178b)은 상기 영구자석조립체(150)의 입자빔통과공(155)의 내부에 고정 결합될 수 있다.
상기 외륜(178b)은, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)의 입자빔통과공(155)의 내부에 압입 결합될 수 있다.
상기 수평구간부(173)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)의 두께방향을 따라 적어도 일 측으로 돌출될 수 있다.
상기 수평구간부(173)의 적어도 일 측(예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)의 두께방향을 따라 돌출된 수평구간부(173)의 일 측 또는 양 측)에는 수직구간부(175)가 연결될 수 있다.
상기 수직구간부(175)의 하단부는, 예를 들면, 설치 바닥면(182)에 고정될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)의 일 측에는 상기 영구자석조립체(150)를 회전 구동시키는 구동부(190)가 구비될 수 있다.
상기 구동부(190)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)의 일 측에 구비되는 구동모터(195) 및 상기 구동모터(195)의 회전력을 상기 영구자석조립체(150)에 전달하는 동력전달부(210)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 구동모터(195)는 속도 조절이 가능하게 구성될 수 있다.
상기 구동모터(195)는, 예를 들면, 인버터 모터(inverter motor)로 구현될 수 있다.
상기 구동모터(195)는, 예를 들면, 상기 설치 바닥면(182)으로부터 소정 높이에 배치될 수 있다.
상기 구동모터(195)의 하측에는, 예를 들면, 상기 구동모터(195)를 설치 바닥면(182)으로부터 이격되게 지지하는 구동모터지지부(197)가 구비될 수 있다.
상기 동력전달부(210)는, 예를 들면, 상기 구동모터(195)의 회전축에 구비되는 구동풀리(212) 및 일 측은 상기 구동풀리(212)에 결합되고 타 측은 상기 영구자석조립체(150)의 둘레면(외주면)에 결합되는 벨트(214)를 구비하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 벨트(214)가 영구자석조립체(150)의 외면에 결합된 경우를 예시하고 있으나, 영구자석조립체(150)에 종동풀리(미도시)가 구비되게 구성되고, 이 종동풀리에 벨트(214)가 결합되게 구성될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서, 상기 동력전달부(210)가 풀리(212) 및 벨트(214)로 구성된 경우를 예시하고 있으나, 도시되지 아니한 기어, 체인 등을 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 본 실시예의 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치는, 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 가속기(110)의 동작 시 상기 영구자석조립체(150)를 회전시킬 수 있게 상기 구동부(190)를 제어하는 제어부(230)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(230)에는 상기 가속기(110)의 동작 신호를 입력할 수 있게 신호입력부(235)가 연결될 수 있다.
상기 제어부(230)에는 상기 가속기(110)의 동작 시 상기 영구자석조립체(150)를 회전 구동시킬 수 있게 구동부(190)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 신호입력부(235)로부터 상기 가속기(110)의 동작 신호가 입력되면 상기 제어부(230)는 상기 구동부(190)를 제어하여 상기 영구자석조립체(150)가 회전되게 할 수 있다.
상기 가속기(110)에서 조사된 입자빔은 상기 빔수송계(140)에 의해 수송되고, 상기 영구자석조립체(150)의 입자빔통과공(155)의 내부(보다 구체적으로 수평구간부(173)의 중공(174)의 내부)로 유입될 수 있다.
상기 제어부(230)에 의해 미리 설정된 방향으로 미리 설정된 속도로 회전되는 상기 영구자석조립체(150)를 통과하면서 이동 경로가 조절될 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제1영구자석(152a)이 상측에 배치된 상태에서 상기 입자빔통과공(155)의 내부로 유입된 입자빔은 상기 영구자석조립체(150)의 자기력선에 의한 영향으로 하측으로 이동 경로가 조절된 후 상기 표적(130)으로 입사될 수 있다.
상기 영구자석조립체(150)가 상기 구동부(190)에 의해 일 측 방향(도면상 시계방향)으로 소정 각도 회전되면 상기 영구자석조립체(150)의 자기력선의 방향도 상기 영구자석조립체(150)의 회전되기 직전 자기력선의 방향에 비해 상기 영구자석조립체(150)가 시계방향으로 회전된 만큼 회전하게 되므로, 상기 입자빔통과공(155)의 내부로 유입된 입자빔은 회전되기 전 영구자석조립체(150)를 통과하여 표적(130)에 입사된 스팟에 비해 원주방향을 따라 소정 거리 이동된 지점에 스팟을 형성할 수 있다.
이와 같이 상기 구동부(190)에 의해 미리 설정된 방향으로 미리 설정된 속도로 회전하는 영구자석조립체(150)의 입자빔통과공(155)을 통과하여 상기 표적(130)에 입사된 입자빔은, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 표적(130) 상에 동일 원주(C)를 이루게 스팟이 형성될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치를 설명한다.
전술 및 도시한 구성과 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고 동일한 참조부호를 인용하여 설명한다.
또한, 일부 구성에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치는, 가속기(110)에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적(130)에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서, 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공(155)이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공(155)의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석(152a-152h)을 구비한 영구자석조립체(150); 및 상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공(155)이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공(155)의 둘레에 할바흐 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석(152a-152h)을 구비하고, 상기 입자빔의 이동 경로를 따라 상기 영구자석조립체(150)의 일 측에 구비되는 제2영구자석조립체(250);를 포함하고, 상기 영구자석조립체(150) 및 상기 제2영구자석조립체(250)는 상기 표적에 상기 입자빔이 원주방향을 따라 분포될 수 있게 회전가능하게 각각 구성될 수 있다.
상기 가속기(110)의 일 측에는, 예를 들면, 조사된 입자빔의 이동 경로를 조절할 수 있게 영구자석조립체(150) 및 제2영구자서조립체(250)가 구비될 수 있다.
상기 입자빔의 이동 방향을 따라 상기 영구자석조립체(150)의 일 측(예를 들면, 영구자석조립체(150)의 하류측)에는, 제2영구자석조립체(250)가 구비될 수 있다.
상기 제2영구자석조립체(250)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)와 동일하게 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)을 구비하여 구성될 수 있다.
여기서, 제2영구자석조립체(250)의 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)은 영구자석조립체(150)의 제1영구자석(152a) 내지 제8영구자석(152h)와 배치 순서 및 착자 방향은 동일하지만 각 영구자석의 크기 및 자기력의 세기는 영구자석조립체(150)의 각 영구자석의 크기 및 자기력의 세기와 다르게 구성될 수도 있다.
상기 제2영구자석조립체(250)는 제2회전지지부(270)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
상기 제2회전지지부(270)는 전술한 회전지지부(170)와 동일하게 수평구간부(173) 및 수직구간부(175)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제2영구자석조립체(250)의 일 측에는 상기 제2영구자석조립체(250)를 회전 구동시킬 수 있게 제2구동부(290)가 구비될 수 있다.
상기 제2구동부(290)는 전술한 구동부(190)와 동일하게 구동모터(195) 및 동력전달부(210)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예의 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 가속기(110)의 동작 신호 입력 시 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 회전되게 제어하는 제어부(230)를 구비할 수 있다.
상기 제어부(230)에는 상기 가속기의 동작 신호를 입력할 수 있게 신호입력부(235)가 연결될 수 있다.
상기 제어부(230)에는 상기 신호입력부(235)의 신호 입력 시 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)를 모두 회전시킬 수 있게 구동부(190) 및 제2구동부(290)가 제어가능하게 연결될 수 있다.
상기 제어부(230)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 미리 설정된 동일 방향 및 동일 속도로 회전되게 상기 구동부(190) 및 제2구동부(290)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(230)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)와 상기 제2영구자석조립체(250)의 상대 위치가 조절되게 상기 구동부(190)와 상기 제2구동부(290)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
상기 제어부(230)는, 예를 들면, 상기 영구자석조립체(150)에 대한 상기 제2영구자석조립체(250)의 상대 위치가 조절된 후, 미리 설정된 동일 회전 방향 및 동일 회전 속도로 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 동시에 회전될 수 있게 상기 구동부(190) 및 제2구동부(290)를 제어할 수 있게 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 더욱 넓은 면적에서 다양한 패턴의 빔 스팟 분포를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 제어부(230)는 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 1회전 된 후 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)에 의한 입자빔의 이동경로가 변화될 수 있게 상기 구동부(190) 및 제2구동부(290)를 제어하여 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 서로 상대 회전되게 할 수 있다.
여기서, 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)의 상대 회전 량(상대회전각도)은 적절히 조절될 수 있다.
상기 제어부(230)는, 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)의 상대 위치 조절(상대 회전) 후, 상기 구동부(190) 및 제2구동부(290)를 제어하여 다시 미리 설정된 동일한 회전 방향 및 동일한 속도로 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)가 동시에 회전되게 할 수 있다.
이 경우 이전 단계(상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)의 상대 위치 조절 단계의 직전 단계)에서 상기 영구자석조립체(150) 및 제2영구자석조립체(250)를 통과하면서 표적(130)에 입사하여 형성된 제1원주(C1) 상의 빔 스팟과 다른 중심을 가지는 다른 제2원주(C2) 상의 빔 스팟을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 상술한 스캐닝 과정을 반복하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 동일한 표적(130)상의 더 넓은 면적에서 다양한 빔 스팟 분포(제1원주(C1) 내지 제n원주(Cn) 상의 빔 스팟 분포)를 얻을 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 가속기 130 : 표적
140 : 빔수송계 150 : 영구자석조립체
152a : 제1영구자석 152b : 제2영구자석
152c : 제3영구자석 152d : 제4영구자석
152e : 제5영구자석 152f : 제6영구자석
152g : 제7영구자석 152h: 제8영구자석
155 : 입자빔통과공 170 : 회전지지부
173 : 수평구간부 174 : 중공
175 : 수직구간부 177 : 베어링
178a : 내륜 178b : 외륜
178c : 볼 182 : 설치 바닥면
190 : 구동부 195 : 구동모터
196 : 회전축 210 : 동력전달부
212 : 구동풀리 214 : 벨트
230 : 제어부 235 : 신호입력부
250 : 제2영구자석조립체 270 : 제2회전지지부
290 : 제2구동부

Claims (11)

  1. 가속기에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서,
    상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 내부의 입자빔이 중심에서 일 측으로 이동되게 상기 입자빔의 이동경로를 조절하는 자기력이 형성될 수 있게 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 다이폴 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체;
    상기 영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 회전지지부;
    상기 영구자석조립체를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 가속기의 동작 신호를 입력하는 신호입력부; 및
    상기 신호입력부의 신호 입력 시 상기 입자빔통과공을 통과한 입자빔이 상기 표적에 원주를 따라 분포된 핫스팟을 형성할 수 있게 상기 영구자석조립체가 적어도 1 회전될 수 있게 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전지지부는, 중공을 구비하여 상기 입자빔통과공의 내부에 삽입되는 수평지지부; 및 상기 수평지지부에서 하향 연장되어 상기 수평지지부를 바닥으로부터 이격지지하는 수직지지부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 영구자석조립체의 일 측에 구비되는 구동모터; 및 상기 구동모터의 회전력을 상기 영구자석조립체에 전달하는 동력전달부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 동력전달부는, 상기 구동모터의 회전축에 구비되는 구동풀리; 및 일 측은 상기 구동풀리에 결합되고 타 측은 상기 영구자석조립체의 둘레면에 결합되는 벨트;를 포함하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  6. 삭제
  7. 가속기에서 조사된 입자빔의 이동 경로 상에 배치되어 상기 입자빔이 표적에 미리 설정된 패턴으로 분포되게 스캐닝하는 입자빔의 스캐닝장치로서,
    상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 내부의 입자빔이 중심에서 일 측으로 이동되게 상기 입자빔의 이동경로를 조절하는 자기력이 형성될 수 있게 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 다이폴 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비한 영구자석조립체;
    상기 입자빔이 통과할 수 있게 중앙에 입자빔통과공이 구비되고, 각각의 방향으로 착자된 자극을 구비하여 상기 입자빔통과공의 내부의 입자빔이 중심에서 일 측으로 이동되게 상기 입자빔의 이동경로를 조절하는 자기력이 형성될 수 있게 상기 입자빔통과공의 둘레에 할바흐 다이폴 배열(Halbach dipole array)을 이루게 배치되는 복수의 영구자석을 구비하고, 상기 입자빔의 이동 경로를 따라 상기 영구자석조립체의 일 측에 구비되는 제2영구자석조립체;
    상기 영구자석조립체를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 제2영구자석조립체를 회전 구동시키는 제2구동부;
    상기 가속기의 동작 신호를 입력하는 신호입력부; 및
    상기 신호입력부의 신호 입력 시 상기 제2영구자석조립체의 입자빔통과공을 통과한 입자빔이 상기 표적에 원주를 따라 분포된 핫스팟을 형성할 수 있게 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 적어도 1 회전될 수 있게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어하는 제어부;를 포함하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2영구자석조립체는 상기 입자빔의 이동방향을 따라 상기 영구자석조립체의 후방에 배치되고,
    상기 영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 회전지지부; 및
    상기 제2영구자석조립체를 회전 가능하게 지지하는 제2회전지지부;를 더 포함하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영구자석조립체에 의한 입자빔의 경로조절방향과 상기 제2영구자석조립체에 의한 입자빔의 경로조절방향이 달라지게 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 상대 회전되게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
  11. 제7항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영구자석조립체에 대한 상기 제2영구자석조립체의 상대 위치 조절 후, 상기 영구자석조립체 및 상기 제2영구자석조립체가 미리 설정된 동일 회전 방향 및 동일 회전 속도로 회전되게 상기 구동부 및 제2구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 입자빔의 스캐닝장치.
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