KR101769748B1 - 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는, 일측에 빔 타겟이 장착되는 고전압 어셈블리, 상기 고전압 어셈블리에 고전압선을 유도하도록 상기 고전압 어셈블리의 타측에 결합되며, 절연성을 가지는 절연튜브 및 상기 빔 타겟을 감싸도록 상기 고전압 어셈블리에 결합되며, 개구된 일측으로부터 이온 빔을 인출하는 빔인출전극을 포함하고, 상기 빔인출전극의 타측이 길게 연장되어 상기 고전압 어셈블리 및 상기 절연튜브의 결합 영역 둘레를 감싼다.

Description

이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루{High Voltage Feedthru for a Potable Neutron Generator}
본 발명은 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동형 중성자발생장치에서 빔인출에 필요한 고전압을 진공 속에 장착된 빔인출 전극에 인가할 수 있도록 하는 고전압 전극에 의해 이온빔 인출에 필요한 고전압을 안정적으로 유지/공급하는 동시에 불필요한 전자들에 의한 역전류를 방지할 수 있는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 관한 것이다.
이동형 중성자발생장치는 고속중성자를 발생시키기 위한 것으로서, 입자가속기를 사용해서 가속입자를 표적에 충격시켜서 중성자를 발생시키는 장치이다.
이와 같은 이동형 중성자발생장치는 도 1과 같이 중수소 또는 중수소와 삼중수소 혼합 플라즈마를 생성하는 이온원(Ion Source, 10), 중수소 플라즈마를 인출(Extraction)하는 전극을 포함한 고전압 피드스루(20), 피드스루 고전압 전극 내부에 장착되어 인출된 중수소 빔이 충돌하여 중성자가 만들어지게 되는 표적(Target, 30), 그리고 장치 내부의 진공을 유지해주는 펌프 시스템(40)으로 크게 나눌 수 있다.
여기에서 고전압 피드스루(20)는 가동 또는 정지 중에 중성자발생장치 내부에서 요구되는 고진공을 유지하고, 또한 운전 시 고전압을 인가하여 100keV 이상의 중수소 빔 또는 삼중수소와 중수소 혼합 빔을 안정적으로 인출할 수 있는 구조가 되어야 할 필요가 있다.
따라서 고전압 피드스루(20)는 첫째, 고전압 케이블과 피드스루 접촉부에서의 대기 중 절연, 둘째, 고전압 전극과 중성자발생장치 외부와의 진공 중 절연, 셋째, 이온 빔 인출 중의 안정된 절연, 이상 세 가지의 관점을 고려한 설계가 이루어져야 한다.
종래의 경우, 대기 중으로 고전압 케이블 연결부에서 일어나는 절연파괴는 적정한 절연거리 유지와 절연유 처리 등으로 방지하고 있기는 하나, 이와 같은 방법은 일반적으로 전극-절연체-진공 삼중점에 취약점이 발생하는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-1284019호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 짧은 거리에서의 높은 절연전압 특성과 빔 인출 중에 만들어지는 이차 전자 등에 의한 절연파괴 방지 능력을 가질 수 있도록 할 수 있는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루를 제공하기 위한 목적을 가진다.
또한 피드스루를 구성하는 전극-절연체-진공 삼중점의 취약점을 보강한 구조를 가질 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
또한 인출전극에 영구자석을 이용한 전자 필터를 사용하여 이온 빔의 방향과 반대 방향으로 인출되는 불필요한 전자들을 줄이는 방법을 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는, 일측에 빔 타겟이 장착되는 고전압 어셈블리, 상기 고전압 어셈블리에 고전압선을 유도하도록 상기 고전압 어셈블리의 타측에 결합되며, 절연성을 가지는 절연튜브 및 상기 빔 타겟을 감싸도록 상기 고전압 어셈블리에 결합되며, 개구된 일측으로부터 이온 빔을 인출하는 빔인출전극을 포함하고, 상기 빔인출전극의 타측이 길게 연장되어 상기 고전압 어셈블리 및 상기 절연튜브의 결합 영역 둘레를 감싼다.
그리고 상기 절연튜브 및 상기 고전압선을 진공용기에 고정하도록 상기 절연튜브의 타측에 결합되는 고정플랜지를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 고전압 어셈블리 및 상기 절연튜브는 브레이징에 의해 결합될 수 있다.
그리고 상기 고전압 어셈블리, 상기 절연튜브 및 상기 고정플랜지는 브레이징에 의해 결합될 수 있다.
삭제
그리고 상기 빔인출전극에는 상기 빔 타겟을 중심으로 생성되는 플라즈마를 배출시키는 플라즈마배출부가 형성될 수 있다.
또한 상기 빔인출전극의 개구된 일측에는, 서로 이격된 한 쌍의 자석을 포함하는 필터부가 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 작은 체적 공간에서도 100 keV 이상의 이온빔을 안정적으로 인출해 낼 수 있는 장점이 있다.
둘째, 빔 인출 중에 만들어지는 이차 전자 등에 의한 절연파괴 방지 능력이 우수하다는 장점이 있다.
셋째, 이온 빔 인출 중에 이온원으로 향하는 역류전자를 줄여줌으로써 불필요하게 만들어지는 X-선의 발생 및 이온원의 열부하를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 이동형 중성자발생장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 고전압 어셈블리, 절연튜브 및 고정플랜지가 결합된 모습을 나타낸 도면;
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 고전압 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 절연튜브의 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 고정플랜지의 모습을 나타낸 도면;
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 빔인출전극의 모습을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루의 전체 결합 구조를 나타낸 도면; 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루에 있어서, 필터부를 통해 역류 전자를 감소시키는 모습을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루의 모습이 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는 고전압 어셈블리(100), 절연튜브(200) 및 고정플랜지(300)를 포함한다. 또한 본 발명은 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는 상기 구성요소 외에 빔인출전극(400, 도 6 참조)를 더 포함하며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
상기 고전압 어셈블리(100)는 일측에 빔 타겟(500, 도 8 참조)이 장착되며, 타측은 상기 절연튜브(200)와 결합된다. 또한 상기 고전압 어셈블리는 상기 빔 타겟(500)을 고정시키는 한편 상기 빔인출전극(400)과 결합되어, 상기 빔인출전극(400)을 통해 인출된 이온 빔은 상기 빔 타겟(500)에 충돌하며 중성자가 만들어지게 된다.
본 실시예에서 상기 고전압 어셈블리(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 일측에 상기 빔 타겟(500) 및 상기 빔인출전극(400)이 결합되는 제1결합부(110)가 형성되며, 타측에는 상기 절연튜브(200)와 결합되는 제2결합부(120)가 형성된다.
특히 본 실시예의 경우 상기 제2결합부(120)는 상기 제1결합부(110)보다 작은 직경을 가지도록 형성되며, 상기 제2결합부(120)는 상기 절연튜브(200)의 내측으로 삽입되는 형태를 가진다. 또한 상기 제1결합부(110)의 외측에는 제1단차(111)가 형성되어, 상기 빔인출전극(400)과의 결합 시 상기 빔인출전극(400)이 걸릴 수 있도록 형성된다.
그리고 상기 고전압 어셈블리(100)의 내측에는 제1중공(102)이 형성되어 상기 절연튜브(200)를 통해 유도된 고전압선이 통과할 수 있도록 형성된다.
상기 절연튜브(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 길게 형성되며, 일측은 상기 고전압 어셈블리(100)와 결합되고, 타측은 상기 고정플랜지(300)와 결합된다.
특히 본 실시예에서 상기 절연튜브(200)는 상기 고전압 어셈블리(100)에 고전압선을 유도하도록 내부에 제2중공(202)이 형성되며, 일측에는 상기 고전압 어셈블리(100)의 제1결합부(110)와 결합되는 제2결합부(210)가 형성되고, 타측에는 상기 고정플랜지(300)와 결합되는 제4결합부(220)가 형성된다.
이때 상기 절연튜브(200)는 절연성을 가지도록 형성되며, 그 재질은 절연성을 가지는 재질이라면 무엇이든 적용이 가능하다. 본 실시예의 경우 상기 절연튜브(200)는 세라믹 재질로 형성되는 것으로 하였으나, 이에 제한되지 않는 것은 물론이다.
상기 고정플랜지(300)는 상기 절연튜브(200) 및 상기 고전압선을 중성자 발생장치의 진공용기에 고정하도록 상기 절연튜브(200)의 타측에 결합되는 구성요소이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 고정플랜지(300)는 원판 형태로 형성되고, 중심부에는 상기 절연튜브(200)의 상기 제4결합부(220)가 삽입되는 삽입홀(302)이 형성된다. 또한 상기 고정플랜지(300)의 둘레부에는, 상기 고정플랜지(300)를 진공용기에 체결 가능하도록 체결부재가 삽입되는 체결홀(304)이 복수 개 형성된다.
이에 따라 상기 고정플랜지(300)는 상기 절연튜브(200), 상기 고전압선 및 상기 고전압 어셈블리(100)를 상기 진공용기에 안정적으로 고정시킬 수 있게 된다.
또한 본 실시예에서 상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 절연튜브(200) 및 상기 고정플랜지(300)는, 서로 브레이징에 의해 결합된다. 즉 상기 절연튜브(200)의 세라믹을 구리전극에 브레이징 처리하여 상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 고정플랜지(300)를 결합하게 되며, 이에 따라 고전압 절연 특성을 개선할 수 있게 된다.
그리고 도 6 및 도 7에는, 빔인출전극(400)이 도시된다. 상기 빔인출전극(400)은 전술한 빔 타겟(500)을 감싸도록 내부에 수용공간이 형성되며, 상기 고전압 어셈블리(100)에 직접적으로 결합된다.
본 실시예의 경우 상기 빔인출전극(400)은 상기 고전압 어셈블리(100)가 결합되는 코어(410)와, 상기 코어(410) 외측에 결합되는 커버(420)를 포함하는 형태로 형성된다.
특히 본 실시예에서 상기 빔인출전극(400)의 상기 커버(420)에는 일측에 제1개구부(421)가, 타측에 제2개구부(422)가 형성된다. 이에 따라 상기 빔인출전극(400)은 상기 제1개구부(421) 측으로는 이온원(미도시)으로부터 이온 빔을 인출하게 되며, 상기 제2개구부(422) 측으로는 상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 절연튜브(200)가 삽입되어 결합될 수 있다.
이때 상기 고전압 어셈블리(100)의 일측에는 상기 빔 타겟(500)이 고정되므로, 상기 빔 타겟(500)은 상기 빔인출전극(400)의 상기 수용공간 내에 수용된다. 또한 상기 코어(410)에는 상기 고전압 어셈블리(100)의 제1단차(111)와 맞물리는 제2단차(411)가 형성된다.
한편 상기 빔인출전극(400)의 개구된 일측에는, 서로 이격된 한 쌍의 자석(430a, 430b)을 포함하는 필터부가 형성된다. 상기 필터부의 자석(430a, 430b)은 도 9에 도시된 바와 같이 이온 빔의 타겟(500) 충돌에 의해 만들어지는 빔인출전극(400)의 내부 플라즈마로부터 발생하는 역류 전자의 이동 궤도를 변경시키게 되며, 따라서 상기 빔인출전극(400)으로부터 역류하는 전가들을 걸러낼 수 있게 된다.
또한 상기 빔인출전극(400)에는 상기 빔 타겟(500)을 중심으로 생성되는 플라즈마를 배출시키는 플라즈마배출부(412)가 형성된다. 구체적으로 상기 플라즈마배출부(412)는 상기 코어(410)와 상기 커버(420) 사이에 형성되며, 상기 빔인출전극(400) 내부의 플라즈마를 외부로 배출시켜 플라즈마의 밀도를 줄이고, 역류전자를 최소화시키는 역할을 수행한다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마배출부(412)는 상기 빔인출전극(400)의 둘레를 따라 복수 개가 형성될 수 있다.
추가적으로, 본 실시예에 따른 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 빔인출전극(400)은 타측이 길게 연장되어 상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 절연튜브(200)의 결합 영역 둘레를 감싸도록 형성된다.
이는 상기 고전압 어셈블리(100)와 절연튜브(200)의 브레이징 부분에 형성되어 도체/절연체/진공이 같이 만나는 삼중점에 대한 정전차폐 구조를 가질 수 있도록 하기 위한 것으로, 짧은 거리에서의 높은 절연전압 특성과 빔 인출 중에 만들어지는 이차 전자 등에 의한 절연파괴 방지능력을 향상시키게 된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명은 상기와 같은 구조에 의해 작은 체적 공간에서도 100keV 이상의 이온빔을 안정적으로 인출해 낼 수 있는 것은물론, 이온 빔 인출 중에 이온원으로 향하는 역류전자를 최소화시킴에 따라 불필요하게 만들어지는 X-선의 발생과 이온원에의 열부하를 줄일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 고전압 어셈블리 110: 제1결합부
120: 제2결합부 200: 절연튜브
210: 제3결합부 220: 제4결합부
300: 고정플랜지 302: 삽입홀
400: 빔인출전극 410: 코어
412: 플라즈마배출부 420: 커버
430a, 430b: 자석 500: 빔 타겟

Claims (7)

  1. 일측에 빔 타겟(500)이 장착되는 고전압 어셈블리(100);
    상기 고전압 어셈블리(100)에 고전압선을 유도하도록 상기 고전압 어셈블리(100)의 타측에 결합되며, 절연성을 가지는 절연튜브(200); 및
    상기 빔 타겟(500)을 감싸도록 상기 고전압 어셈블리(100)에 결합되며, 개구된 일측으로부터 이온 빔을 인출하는 빔인출전극(400);
    을 포함하고,
    상기 빔인출전극(400)의 타측이 길게 연장되어 상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 절연튜브(200)의 결합 영역 둘레를 감싸는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연튜브(200) 및 상기 고전압선을 진공용기에 고정하도록 상기 절연튜브(200)의 타측에 결합되는 고정플랜지(300)를 더 포함하는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 어셈블리(100) 및 상기 절연튜브(200)는 브레이징에 의해 결합되는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고전압 어셈블리(100), 상기 절연튜브(200) 및 상기 고정플랜지(300)는 브레이징에 의해 결합되는 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔인출전극(400)에는 상기 빔 타겟(500)을 중심으로 생성되는 플라즈마를 배출시키는 플라즈마배출부(412)가 형성된 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔인출전극(400)의 개구된 일측에는, 서로 이격된 한 쌍의 자석(430a, 430b)을 포함하는 필터부가 형성된 이동형 중성자발생장치의 고전압 피드스루.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105407621A (zh) * 2015-11-13 2016-03-16 兰州大学 一种紧凑型d-d中子发生器

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