KR101810473B1 - 플랜지, 전자빔 가속장치 및 이를 이용한 방사선원 시스템 - Google Patents

플랜지, 전자빔 가속장치 및 이를 이용한 방사선원 시스템 Download PDF

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KR101810473B1
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이병철
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채문식
김재현
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김한수
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Abstract

본 발명에 따른 냉각 플랜지는, 전자총과 플랜지 결합을 이루도록 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 전자빔 가속관의 내부와 상기 전자총의 내부를 서로 연통시키도록 양측으로 개방되는 중공부를 구비하는 프레임; 및 상기 전자빔 가속관에 구비되는 제1냉각유로부와 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록, 상기 프레임의 내부에 형성되는 연결유로부를 포함하며, 상기 연결유로부는, 상기 제1냉각유로부와 연통되도록 상기 프레임의 일 측면에 형성되는 제1홈부; 상기 프레임의 일 측면에 상기 제1홈부와 이격 배치되고, 상기 제2냉각유로부와 연통되도록 형성되는 제2홈부; 및 상기 중공부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 프레임을 관통하여 상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키는 방향전환 유로부를 포함한다.

Description

플랜지, 전자빔 가속장치 및 이를 이용한 방사선원 시스템{FLANGE, APPARATUS FOR ACCELERATING ELECTRON BEAM, AND RADIOACTIVE SOURCE SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 전자총을 연결하는 플랜지, 냉각 유로를 구비하는 전자빔 가속장치와, 이를 이용하여 방사선을 발생시키는 방사선원 시스템에 관한 것이다.
전자빔(electron beam)은 속도가 거의 균일한 전자의 연속적인 흐름을 말한다. 전자빔은 전자총(electron gun) 등에서 발생되고, 전자가속기(electron accelerator) 등에 의해 고에너지를 갖는 상태로 가속될 수 있다. S-band 가속기, X-band 가속기 등을 포함하는 전자가속기에 의해 가속된 전자빔이 텅스텐 등의 물질로 이루어진 타겟에 충돌되면 X-선이 생성된다.
이러한 과정을 거쳐 생성되는 X-선은 항만, 공항 등의 보안 시설에서 화물의 검색이나, 의료 기관에서 인체의 진료에 사용되는 등 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다.
한편, 전자총, 전자가속기 및 타겟은 모두 하나의 진공 공간에서 전자빔의 흐름을 따라 구성된다. 따라서, 이들 간의 결합은 진공을 유지하도록 브레이징 용접 등을 이용하여 결합되는 것이 일반적이다. 다만, 전자총 내부의 필라멘트 등의 구성요소를 용이하게 교체하기 위하여 전자총과 전자가속기는 탈착 가능한 구조로 결합되기도 하며, 예를 들면 플랜지 등의 결합 방식이 채용된다.
또한, 전자가속기는 고주파에 의해 공진되어 전자빔의 가속을 구현하는 방식으로 작동한다. 구리 등의 재질로 이루어지는 가속관은 과열 등으로 온도 변화가 발생하면, 열팽창 등에 의해 체적 변화가 있게 되고, 이에 따라 설계된 가속관의 공진 주파수가 변화될 수 있다. 가속관의 주파수가 일치하지 않을 경우 반사파가 증가하게 되어 가속관의 출력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전자가속기는 가속관의 주위 또는 내부에 설계된 온도를 유지할 수 있는 냉각유로가 구성되어야 한다.
이러한 상황에서 전자가속기의 일 단에 전자총이 탈착 가능하게 장착되고 냉각유로가 구비되는 경우, 전자총과 전자가속기 사이의 거리가 멀어져 전자빔의 가속이 효과적으로 이루어지지 못할 가능성이 있다. 또한, 연결부의 부피가 커져 장치의 공간이 커지거나 냉각 효율이 떨어지는 등의 문제가 있어, 이러한 문제점들을 해결하도록 이루어지는 전자빔 가속장치 또는 방사선원 시스템이 요구되는 실정이다.
본 발명의 첫 번째 목적은, 전자총과 전자빔 가속관이 탈착 가능하도록 구성되면서 내부에 전자빔 가속관의 냉각유로들을 연결하도록 이루어지는 냉각 플랜지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은, 전자빔 가속관의 길이 방향을 따라 냉각유로가 왕복하도록 구성되어 열교환 면적 및 효율이 증대되는 전자빔 가속장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은, 전자빔 가속관을 냉각시키는 냉각유체 순환장치가 전자빔 가속관에 연결되는 구조를 간소화할 수 있도록 이루어지는 방사선원 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 첫 번째 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자빔 가속관의 냉각유로 연결용 냉각 플랜지는, 전자총과 플랜지 결합을 이루도록 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 전자빔 가속관의 내부와 상기 전자총의 내부를 서로 연통시키도록 양 측으로 개방되는 중공부를 구비하는 프레임; 및 상기 전자빔 가속관에 구비되는 제1냉각유로부와 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록, 상기 프레임의 내부에 형성되는 연결유로부를 포함하며, 상기 연결유로부는, 상기 제1냉각유로부와 연통되도록 상기 프레임의 일 측면에 형성되는 제1홈부; 상기 프레임의 일 측면에 상기 제1홈부와 이격 배치되고, 상기 제2냉각유로부와 연통되도록 형성되는 제2홈부; 및 상기 중공부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 프레임을 관통하여 상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키는 방향전환 유로부를 포함한다.
상기 방향전환 유로부는, 상기 프레임의 외주면으로부터 상기 제1홈부로 관통되는 제1관통홀; 상기 프레임의 외주면으로부터 상기 제2홈부로 관통되는 제2관통홀; 상기 제1 및 제2관통홀을 서로 연통시키도록, 상기 프레임의 외주면을 관통하여 형성되는 제3관통홀; 및 상기 프레임의 외주면에 노출되는 상기 제1 내지 제3관통홀의 단부들을 각각 밀폐시키도록 형성되는 복수 개의 충전부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각 플랜지는, 나사 체결 수단이 삽입되어 상기 전자총과 결합되도록, 상기 프레임을 상기 양 측면으로 관통하여 형성되고 상기 중공부를 둘러싸도록 이격되어 배치되는 복수 개의 체결홀을 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명의 냉각 플랜지는, 상기 전자빔 가속관 내부의 진공 환경을 조절하는 펌프를 연결시키기 위하여, 상기 프레임을 관통하여 상기 중공부와 연통되도록 형성되는 연통홀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전자빔 가속장치는, 일 방향으로 연장되는 진공부를 구비하는 전자빔 가속관; 상기 진공부의 연장 방향과 나란하게 연장되도록 상기 전자빔 가속관을 관통하여 형성되는 제1 및 제2냉각유로부; 전자총과 결합되는 상기 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 진공부와 연통되도록 형성되는 중공부와 상기 제1 및 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록 형성되는 방향전환 유로부를 구비하는 냉각 플랜지를 포함하며, 냉각유체가 상기 전자빔 가속관의 타 단에서 상기 제1냉각유로부로 유입되고, 상기 방향전환 유로부 및 상기 제2냉각유로부를 거쳐 상기 전자빔 가속관의 타 단으로 유출된다.
상기 냉각 플랜지는, 상기 진공부의 진공 환경 조절을 위한 펌프가 상기 중공부와 연결되도록 형성되는 연통홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 플랜지는, 상기 전자총과 결합을 위한 나사 체결 수단이 삽입되도록 형성되는 체결홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 세 번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방사선원 시스템은, 전자빔을 발생시키는 전자총; 플랜지 결합에 의해 상기 전자총이 일 단에 결합되고, 상기 전자빔을 일 방향으로 진행시키면서 가속시키도록 연장 형성되는 진공부와, 상기 진공부를 따라 서로 반대 방향으로 냉각유체가 흐르도록 연장 형성되는 제1 및 제2냉각유로부를 구비하는 전자빔 가속관; 상기 전자빔 가속관의 타 단에 결합되고, 상기 가속된 전자빔의 충돌에 의해 방사선이 발생되도록 이루어지는 타겟; 및 상기 전자빔 가속관의 일 단에 상기 플랜지 결합을 위해 형성되고, 상기 제1 및 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록 형성되는 연결유로부를 구비하는 냉각 플랜지를 포함하며, 상기 연결유로부는, 상기 냉각유로 중 어느 하나와 연통되는 제1홈부; 상기 냉각유로 중 다른 하나와 연통되는 제2홈부; 및 상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키도록 상기 냉각 플랜지를 관통하여 형성되는 방향전환 유로부를 포함한다.
아울러, 상기 전자빔 가속관은, 상기 전자빔 가속관의 타 단에서 상기 제1냉각유로부와 연통되는 유입구; 및 상기 전자빔 가속관의 타 단에 상기 유입구와 이격 배치되어 상기 제2냉각유로부와 연통되는 유출구를 포함하고, 본 발명에 따른 방사선원 시스템은, 상기 유입구에 기설정된 온도의 냉각유체를 공급하도록 연결되고, 상기 유출구로부터 상기 냉각유체를 회수하도록 연결되는 냉각유체 순환장치를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫 번째, 본 발명의 냉각 플랜지는, 전자총과 전자빔 가속관의 체결 역할과 함께 전자빔 가속관의 냉각유로부를 서로 연결시켜 주는 역할을 함으로써, 두 역할을 함께 수행하기 위해 별도의 공간이 추가되지 않아 방사선원 시스템을 소형화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전자총과 전자빔의 간격이 멀어지지 않고도 냉각유로부의 연결이 가능하여, 가속을 위한 전자빔의 손실을 감소시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 냉각 플랜지의 연결유로부는, 냉각 플랜지의 외주면으로부터 관통이 용이한 형태로 이루어질 수 있어 가공 및 제작이 용이한 이점이 있다.
나아가, 본 발명의 냉각 플랜지는 이온 펌프 등이 연결될 수 있는 연통홀을 구비함으로써, 체결, 유로 연결 및 진공 환경 조절의 기능을 통합하여 수행할 수 있고, 이에 따라, 방사선원 시스템 전체의 간소화 및 소형화를 달성할 수 있다.
두 번째, 본 발명의 전자빔 가속장치는, 제1냉각유로부, 방향전환유로부, 제2냉각유로부를 거쳐 순환됨으로써, 냉각유체가 전자빔 가속관을 왕복하며 냉각을 수행할 수 있다. 냉각유체가 전자빔 가속관과 접촉하는 열교환 면적이 증대되어 효율적인 냉각이 가능하고, 정확한 온도 설정이 가능한 이점이 있다.
세 번째, 본 발명의 방사선원 시스템은, 전자빔 가속관 및 그 일 단의 냉각 플랜지에서 냉각유체가 왕복하여 흐르고 전자빔 가속관의 타 단을 통해 냉각유체가 유입 및 유출됨으로써, 냉각유체 순환장치를 전자빔 가속관의 타 단에 연결할 수 있다. 열교환이 일어나지 않는 연결을 위한 유로를 최소화할 수 있어 정확한 온도 조절이 가능하고, 열 손실을 줄일 수 있으며, 장치의 배치를 단순화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선원 시스템의 일부 구성요소들을 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 구성요소들의 내부 구조를 보인 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각 플랜지의 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 라인 A-A'를 따라 취한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 라인 B-B'를 따라 취한 단면도.
도 6은 도 3에 도시된 라인 C-C'를 따라 취한 단면도.
이하, 본 발명에 관련된 냉각 플랜지, 전자빔 가속장치 및 이를 이용한 방사선원 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
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.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에 따른 냉각 플랜지, 전자빔 가속장치 및 방사선원 시스템은, 전자빔 가속관에서 열교환하며 일 단과 타 단을 왕복하는 유로가 형성되고, 유로 방향을 전환시키는 구성이 일 단의 플랜지에 형성된다. 본 발명에 의해 냉각 유로 구성이 간결하고, 열교환 면적을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 전자총, 전자빔 가속관 및 타겟 사이의 거리를 추가적으로 이격시키지 않고도 냉각 시스템을 구성할 수 있어 공간 절약 및 효율적인 전자빔 가속이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)의 일부 구성요소를 보인 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 구성요소들의 내부 구조를 보인 개념도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)은, 전자총(1100), 전자빔 가속관(1200), 타겟(1300)을 포함한다.
전자총(1100)은 전기 에너지 등을 입력 받아 연속적으로 진공 공간으로 전자를 방출시키는 역할을 하는 구성요소이다. 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)에는 다양한 종류 및 형태의 전자총(1100)이 사용될 수 있다. 전자총(1100)은 후술하는 전자빔 가속관(1200)이 장착되는 방향으로 전자의 흐름, 즉 전자빔을 생성시키도록 배치되며, 본 실시예에서는 도 1을 기준으로 전자빔 가속관(1200)의 좌측 단에 결합된다.
전자빔 가속관(1200)은, 전자총(1100)에서 발생된 전자빔을 고에너지 상태로 가속되도록 하는 역할을 한다. 도 2에 보인 것과 같이, 전자빔 가속관(1200)은 내부에, 전자총(1100)과 연통되고 전자빔의 진행 방향을 따라 일 방향으로 연장되는 진공 공간인 진공부(1210)를 구비한다. 전자빔 가속관(1200)에는 진공 펌프, 고주파 발생장치 등이 함께 장착되어 진공 공간에서 전자빔을 가속시키는 기능이 수행된다.
전자총(1100)에서 발생되어 전자빔 가속관(1200)을 통과하면서 가속된 전자빔은, 타겟(1300)에 도달하여 X-선을 발생시키도록 구성된다. 타겟(1300)은 텅스텐으로 이루어지는 표적을 구비할 수 있고, 전자빔이 표적에 충돌되어 고에너지 X-선이 발생된다. 도 1 및 2을 기준으로 타겟(1300)은 전자빔 가속관(1200)의 우측 단에 결합된다. 즉, 전자빔 가속관(1200)을 중심으로 전자빔 가속관(1200)의 일 단에는 전자총(1100)이 위치되고, 타 단에는 타겟(1300)이 위치된다.
한편, 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)에서, 전자총(1100)과 전자빔 가속관(1200)은 서로 탈착 가능하도록 플랜지 결합을 형성할 수 있다. 이는 전자총(1100)의 내부에 필라멘트가 파손 또는 손상되는 경우, 전체 장치를 폐기하거나 절단하지 않고도 전자총(1100)을 용이하게 교체할 수 있도록 하기 위한 것이다. 도 1 및 2에 보인 것과 같이, 전자총(1100)에는 전자총(1100) 플랜지, 전자빔 가속관(1200)의 일 측에는 냉각 플랜지(1400)가 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)의 사시도이다. 이하에서는 냉각 플랜지(1400)를 기준으로 전자총(1100)의 플랜지와 냉각 플랜지(1400)의 체결 및 연통을 위한 구조에 대해 설명한다.
냉각 플랜지(1400)는 전자총(1100)의 플랜지와 접촉되어 체결을 형성하는 프레임(1410)을 구비한다. 프레임(1410)은 전자총(1100)의 내부 공간과 전자빔 가속관(1200)의 진공부(1210)를 서로 연통시키기 위하여 프레임(1410)의 양 측으로 개방되는 중공부(1420)를 내부에 구비한다. 도 3에 보인 것과 같이, 중공부(1420)는 원통형의 공간으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 프레임(1410)은 중공부(1420)를 포함하는 고리 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 프레임(1410)은 나사 결합을 위한 체결홀(1430)을 구비할 수 있다. 도 3에 보인 것과 같이, 프레임(1410)의 양 측으로 관통되도록 형성되는 복수 개의 체결홀(1430)이 중공부(1420)를 둘러싸도록 이격되어 배치될 수 있다. 체결홀(1430) 내부는 나사 결합 수단이 삽입될 수 있도록 나선이 형성될 수 있다.
중공부(1420)와 체결홀(1430)은 플랜지 결합의 기본적인 역할인 두 공간의 연통과 체결을 수행한다. 따라서, 이상에서 설명한 냉각 플랜지(1400)의 중공부(1420)와 체결홀(1430)은, 냉각 플랜지(1400)와 결합되는 전자총(1100)의 플랜지에도 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)의 냉각 플랜지(1400)를 중심으로 전자총(1100)과 전자빔 가속관(1200)의 착탈 가능한 결합에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)의 냉각 또는 항온 기능을 수행하는 냉각유로부와 냉각 플랜지(1400)에 대해 설명한다.
전자빔 가속관(1200)의 열변형 등에 의한 공진 주파수 변화를 방지하기 위하여, 전자빔 가속관(1200)은 기설정된 온도를 적정 범위 내에서 유지되어야 할 필요성이 있다. 도 4는 도 1에 도시된 라인 A-A'를 따라 취한 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 라인 B-B'를 따라 취한 단면도이다. 도 4 및 도 5에 따르면, 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000) 또는 전자빔 가속장치에 구비되는 전자빔 가속관(1200)은, 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 포함한다.
제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)는 내부에 냉각유체가 흐르게 되어 전자빔 가속관(1200)의 온도를 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 이때, 도 4 및 5에 보인 것과 같이, 제1냉각유로부(1220)는 타겟(1300)과 연결된 측에서 전자총(1100)과 연결되는 측으로 냉각유체가 흐르도록 이루어지고, 제2냉각유로부(1230)는 전자총(1100)과 연결되는 측에서 타겟(1300)과 연결된 측으로 냉각유체가 흐르도록 이루어진다.
한편, 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)는 복수 개가 구비될 수 있다. 도 4 및 5에 보인 것과 같이, 제1냉각유로부(1220)는 전자빔 가속관(1200)의 진공부(1210)를 중심으로 상측에 구비되는 상측 제1냉각유로(1221)와 하측에 구비되는 하측 제1냉각유로(1222)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2냉각유로부(1230)는 진공부(1210)를 중심으로 구분되는 상측 제2냉각유로(1231)와 하측 제2냉각유로(1232)를 구비할 수 있다.
이때, 도 5에 보인 것과 같이, 상측 제1냉각유로(1221)와 하측 제1냉각유로(1222)는 원형 단면의 진공부(1210)를 중심으로 서로 반대편에 배치될 수 있고, 그리고, 상측 제2냉각유로(1231)와 하측 제2냉각유로(1232)도 진공부(1210)를 중심으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 결과적으로 제1냉각유로부(1220)와 제2냉각유로부(1230)는 전자빔 가속관(1200) 단면의 네 모서리에서 서로 멀리 떨어진 모서리에 각각이 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)은 제1 및 제2냉각유로부(1230)를 흐르는 냉각유체의 온도를 조절하고 순환시키는 역할을 하는 냉각유체 순환장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 냉각유체 순환장치는 제1냉각유로부(1220)에 기설정된 온도의 냉각유체를 공급해주고, 제2냉각유로부(1230)로부터 전자빔 가속관(1200)과 열교환을 한 냉각유체를 회수하도록 이루어져, 냉각유체를 순환시킨다.
한편, 제1냉각유로부(1220)는 기설정된 온도의 냉각유체가 유입되는 유입구(1223)를 구비한다. 도 1에 보인 것과 같이, 본 실시예에서 유입구(1223)는 전자빔 가속관(1200)과 타겟(1300)이 서로 연결되는 측에 마련될 수 있다. 또한, 제2냉각유로부(1230)로부터 열교환을 마친 냉각유체가 회수되는 유출구(1233)도 전자빔 가속관과 타겟(1300)이 서로 연결되는 측에, 유입구(1223)와 이격 배치될 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이, 전자빔 가속관(1200)은 냉각 플랜지(1400)를 통해 전자총(1100)이 결합되는 일 단과, 타겟(1300)이 결합되는 타 단으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 이때, 본 실시예에서와 같이 전자빔 가속관(1200)의 타 단을 통해 냉각유체 순환장치가 냉각유체를 공급 및 회수할 수 있도록 구성되면, 전자빔 가속관(1200)의 일 단으로 냉각유체가 유입되어 타 단으로 유출되도록 이루어지는 것에 비해, 외부 유로의 길이를 짧고 단순하게 구성할 수 있는 이점이 있다.
외부 유로는 열교환을 하지 않고 냉각유체 순환장치와 전자빔 가속관(1200) 사이에 냉각유체를 전달하는 기능을 하는 구성요소이며, 외부 유로의 길이를 짧고 단순하게 함으로써 정확한 온도 조절과 장치 간소화에 기여할 수 있는 효과가 있다.
한편, 이상에서 설명한 것과 같이 전자빔 가속관(1200)의 타 단에서 냉각유체의 유입과 유출이 이루어지려면, 냉각유체가 전자빔 가속관(1200)의 타 단에서부터 그 반대편의 전자빔 가속관(1200)의 일 단으로 흘렀다가, 다시 전자빔 가속관(1200)의 타 단으로 되돌아오도록 이루어져야 한다. 이하에서는 이를 위하여 구성되는 본 발명에 따른 전자빔 가속장치에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 전자빔 가속장치는, 본 발명에 따른 방사선원 시스템(1000)을 이루는 구성요소 중 전자빔의 가속과 관련된, 전자빔 가속관(1200), 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230) 및 냉각 플랜지(1400)를 포함한다.
앞서 설명한 것과 마찬가지로, 전자빔 가속관(1200) 내부에는 진공부(1210)가 구비되며, 진공부(1210)의 주변에 전자빔 가속관(1200)을 관통하여 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)가 형성된다. 전자빔 가속관(1200)이 타겟(1300)과 연결되는 타 단에서, 제1냉각유로부(1220)로 냉각유체가 유입되고 제2냉각유로부(1230)로 냉각유체가 유출된다.
냉각 플랜지(1400)는, 전자빔 가속관(1200)의 일 단과 전자총(1100)과의 체결과, 제1냉각유로부(1220)로 유입된 냉각유체가 제2냉각유로부(1230)로 유출되도록 왕복이 이루어지도록 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 연결시키는 역할을 수행하는 구성요소이다. 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)의 연결을 위해서는 제1냉각유로부(1220)와 제2냉각유로부(1230)를 서로 연통시키도록 냉각 플랜지(1400)의 내부에 관통 형성되는 방향전환 유로부(1443)를 구비한다. 방향전환 유로부(1443)의 구체적인 구조 및 기능에 대해서는, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)와 함께 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 전자빔 가속장치는, 기설정된 온도를 갖는 냉각유체가 전자빔 가속관(1200)의 타 단에서 제1냉각유로부(1220)로 유입되며, 제1냉각유로부(1220)를 따라 흘러 전자빔 가속관(1200)의 일 단에서 냉각 플랜지(1400)에 구비되는 방향전환 유로부(1443)로 유입된다. 방향전환 유로부(1443)를 통과하여 냉각유체는 제2냉각유로부(1230)로 흐르게 되고, 전자빔 가속관(1200)의 일 단에서 타 단으로 다시 이동하며 전자빔 가속관(1200)과 열교환을 수행할 수 있다.
위와 같이, 냉각유체가 전자빔 가속관(1200)을 왕복하며 열교환을 수행하게 되면, 일 방향으로 냉각유체가 흐르면서 열교환을 수행하는 경우보다 열교환 면적이 증대된다. 열교환 면적이 증대되면, 냉각유체가 더 충분히 전자빔 가속관(1200)을 냉각시킬 수 있어 열교환 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한, 도 5와 함께 앞서 설명한 것과 같이, 제1냉각유로부(1220)와 제2냉각유로부(1230)가 각각 진공부(1210)를 중심으로 반대 편에 위치하도록 이루어지면, 기설정된 온도 값에 더 가까운 제1냉각유로부(1220)가 고르게 배치되어 전자빔 가속관(1200)의 냉각을 더 고르게 수행할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 통해 냉각유체가 왕복하여 냉각이 이루어지는 본 발명에 따른 전자빔 가속장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 냉각유체의 왕복을 가능하도록 구현하는 전자빔 가속관(1200)의 일 단에 장착되는 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)에 대해 자세히 설명한다.
앞서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)는 도 3과 같이 중공부(1420)를 갖는 프레임(1410)을 구비하는 형상으로 이루어지고, 프레임(1410)에는 전자총(1100)과의 체결을 위한 체결홀(1430)이 복수 개 형성될 수 있다. 여기에, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)는 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 연결시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 라인 C-C'를 따라 취한 단면도이다. 도 3 및 6을 참조하면, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)는 연결유로부(1440)를 더 포함한다.
연결유로부(1440)는 프레임(1410)의 내부를 관통하여 형성됨으로써, 냉각 플랜지(1400) 구조물 내부에서 냉각유체의 연결 및 방향전환이 이루어지도록 하는 기능을 한다. 본 실시예에서, 연결유로부(1440)는 제1홈부(1441), 제2홈부(1442) 및 방향전환 유로부(1443)를 포함한다.
제1홈부(1441)는 전자빔 가속관(1200)의 제1냉각유로부(1220)로부터 냉각유체를 프레임(1410) 내부로 유도하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1홈부(1441)는 프레임(1410)의 양 측면 중 전자빔 가속관(1200)과 접촉하는 일 측면에, 제1냉각유로부(1220)와 연통되는 위치에 형성될 수 있다.
제2홈부(1442)는 후술하는 방향전환 유로부(1443)에 의해 이동된 냉각유체를 전자빔 가속관(1200)의 제2냉각유로부(1230)로 유출시키는 역할을 한다. 이를 위해, 제2홈부(1442)는 제1홈부(1441)가 위치되는 프레임(1410)의 일 측면에 제2냉각유로부(1230)와 연통되는 위치에 형성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)의 연결유로부(1440)의 제1 및 제2홈부(1441, 1442)는 프레임(1410)의 동일한 일 측면에 형성되어 전자빔 가속관(1200)의 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 연결해줄 수 있도록 형성된다.
본 실시예에서, 제1냉각유로부(1220)는 상측 및 하측 제1냉각유로(1221, 1222)를 구비하고, 제2냉각유로부(1230)도 마찬가지로 상측 및 하측 제2냉각유로(1231, 1232)를 구비하므로, 제1 및 제2홈부(1441, 1442)도 각각 복수 개가 구비된다. 또한, 각각 복수 개의 제1 및 제2홈부(1441, 1442)는 전자빔 가속관(1200)의 진공부(1210)와 대응되는 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)의 중공부(1420)를 기준으로 서로 맞은 편에 배치될 수 있다.
한편, 방향전환 유로부(1443)는 제1 및 제2홈부(1441, 1442)를 프레임(1410) 내부에서 서로 연통시킴으로써 냉각유체가 흐르는 방향을 전환시키는 역할을 한다. 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)의 배치에 따라 서로 이격되어 배치되는 제1 및 제2홈부(1441, 1442)를 연결하기 위해, 방향전환 유로부(1443)는 중공부(1420)의 적어도 일부를 둘러싸도록 프레임(1410) 내부를 관통하여 형성될 수 있다.
방향전환 유로부(1443)를 포함하는 연결유로부(1440)가 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)에 형성됨으로써, 냉각 플랜지(1400)는 전자빔 가속관(1200)에 구비되는 서로 다른 방향으로 냉각유체가 흐르는 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)를 서로 연결될 수 있게 하여, 전자빔 가속관(1200)을 왕복하면서 냉각유체가 열교환을 하는 것을 가능하게 해 준다.
특히, 별도의 구조가 추가되거나 장치가 더 연장되지 않고, 전자총(1100)과 전자빔 가속관(1200)의 결합을 이루는 구조에 냉각유로의 연결 및 방향전환 기능이 추가될 수 있어, 장치의 소형화 및 경량화가 가능하다.
그리고, 전자총(1100)과 전자빔 가속관(1200) 사이에 냉각유로의 연결 및 방향전환을 위한 구성이 별도로 추가되어 거리가 멀리 배치되는 경우, 전자총(1100)에서 방출되는 전자가 전자빔 가속관(1200)에서 효과적으로 가속되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 복합적인 기능을 수행하는 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)에 의해 이러한 설계 제약조건이 완화될 수 있는 이점이 있다.
한편, 방향전환 유로부(1443)는 프레임(1410)의 내부에서 제1 및 제2홈부(1441, 1442)를 서로 연통시킬 수 있도록 다양하게 형성될 수 있다. 다만, 프레임(1410) 내부에서 유로의 방향을 전환시키면서 관통되도록 가공되는 것이 어려울 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)의 연결유로부(1440)에 구비되는 방향전환 유로부(1443)는 가공이 쉬운 형상으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 방향전환 유로부(1443)는, 도 3 및 6에 보인 것과 같이 제1관통홀(1443a), 제2관통홀(1443b), 제3관통홀(1443c) 및 충전부재(1443d)를 포함할 수 있다.
도 6의 단면을 참조하면, 제1관통홀(1443a)은 프레임(1410)의 외주면으로부터 제1홈부(1441)로 관통되는 형상으로 이루어진다. 가공의 편의성을 위해 제1홈부(1441)를 향해 직선으로 관통 형성될 수 있다. 마찬가지로 제2관통홀(1443b)은 프레임(1410)의 외주면으로부터 제2홈부(1442)로 관통되는 형상으로 이루어진다. 다만, 제2관통홀(1443b)은 제1관통홀(1443a)과 나란하게 형성될 수 있고, 제2관통홀(1443b)도 제2홈부(1442)를 향해 직선으로 관통될 수 있다.
제3관통홀(1443c)은 제1관통홀(1443a)과 제2관통홀(1443b)을 서로 연통시키는 역할을 한다. 제3관통홀(1443c)도 제1 및 제2관통홀(1443a, 1443b)과 마찬가지로, 프레임(1410)의 외주면에서 관통 형성될 수 있고, 제1 및 제2관통홀(1443a, 1443b)과 교차하도록 진행되며, 직선으로 형성될 수 있다.
제1 내지 제3관통홀(1443a, 1443b, 1443c)이 구비되면 제1 및 제2홈부(1441, 1442)가 서로 연통되어 이어질 수 있다. 다만, 제1 내지 제3관통홀(1443a, 1443b, 1443c)은 가공의 편의성을 위해 모두 프레임(1410)의 외주면으로 노출되도록 형성되므로, 이들을 밀폐시키는 충전부재(1443d)가 필요하다. 충전부재(1443d)는 프레임(1410)과 용접 등의 접합 방법에 의해 제1 내지 제3관통홀(1443a, 1443b, 1443c)의 프레임(1410)의 외주로 노출되는 부분을 밀폐시키도록 이루어진다.
도 3 및 6을 참조하여 본 실시예에서의 방향전환 유로부(1443)의 제1 내지 제3관통홀(1443a, 1443b, 1443c)의 방향과 냉각유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 프레임(1410)의 상부로부터 하부 방향으로 제1홈부(1441)까지 제1관통홀(1443a)이 수직 방향으로 형성된다. 그리고, 제2관통홀(1443b)도 프레임(1410)의 상부에서부터 하부 방향으로 제2홈부(1442)까지 관통 형성된다. 제3관통홀(1443c)은 제1 및 제2관통홀(1443a, 1443b)과 교차하도록 수평 방향에서 프레임(1410)을 관통하도록 형성된다.
이에 따라, 제1홈부(1441)로 유입되는 냉각유체는 제1관통홀(1443a)을 따라 프레임(1410)의 상부로 이동되고, 제1관통홀(1443a)에서 제3관통홀(1443c)로 흘러 수평 방향으로 이동한다. 제3관통홀(1443c)을 통과하던 냉각유체는 제2관통홀(1443b)과 만나는 지점에서 제2관통홀(1443b)을 따라 프레임(1410)의 하부 방향으로 방향이 전환되고, 제2관통홀(1443b)이 연통되는 제2홈부(1442)로 흘러가게 된다. 결국 전자빔 가속관(1200)에서 전자총(1100)이 결합되는 측으로 흐르던 제1냉각유로부(1220) 내의 냉각유체가 전자빔 가속관에서 타겟(1300)이 결합되는 측으로 흐르도록 제2냉각유로부(1230)로 유출될 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 방향전환 유로부(1443)가 구성되면, 이미 가공이 된 플랜지의 외주면으로부터 내부를 향해 직선으로 유로를 가공하는 작업을 수행하여 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)를 손쉽게 제작할 수 있는 이점이 있다. 또한, 전자빔 가속관(1200)에 구비되는 진공부(1210)와 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230)의 위치에 따라 다양하게 연결유로부(1440)를 형성하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)는, 냉각 플랜지(1400)의 중공부(1420)를 통하여 전자빔 가속관(1200)의 진공부(1210) 내부의 진공 환경을 조절할 수 있는 펌프가 연결되는 역할을 하는 연통홀(1450)을 더 포함할 수 있다.
도 3 및 6에 보인 것과 같이, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)의 프레임(1410)의 외주면에는 중공부(1420)를 향하여 관통되는 연통홀(1450)이 더 형성될 수 있고, 연통홀(1450)은 진공 환경을 조절하기 위한 진공 펌프 또는 이온 펌프가 연결될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)는, 전자총(1100)과의 체결, 전자빔 가속관(1200)에 구비되는 제1 및 제2냉각유로부(1220, 1230) 간의 연결 및 방향전환과, 진공 펌프 또는 이온 펌프와의 연통이라는 복합적인 기능을 수행할 수 있다. 이러한 복수의 기능을 본 발명에 따른 냉각 플랜지(1400)에서 수행하게 되어, 본 발명의 방사선원 시스템(1000) 또는 전자빔 가속장치의 구성을 단순화하고 소형화할 수 있는 장점이 있다.
1000: 방사선원 시스템 1100: 전자총
1200: 전자빔 가속관 1210: 진공부
1220: 제1냉각유로부 1221: 상측 제1냉각유로
1222: 하측 제1냉각유로 1223: 유입구
1230: 제2냉각유로부 1231: 상측 제2냉각유로
1232: 하측 제2냉각유로 1233: 유출구
1300: 타겟 1400: 냉각 플랜지
1410: 프레임 1420: 중공부
1430: 체결홀 1440: 연결유로부
1441: 제1홈부 1442: 제2홈부
1443: 방향전환 유로부 1443a: 제1관통홀
1443b: 제2관통홀 1443c: 제3관통홀
1443d: 충전부재 1450: 연통홀

Claims (9)

  1. 전자총과 플랜지 결합을 이루도록 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 전자빔 가속관의 내부와 상기 전자총의 내부를 서로 연통시키도록 양측으로 개방되는 중공부를 구비하는 프레임; 및
    상기 전자빔 가속관에 구비되는 제1냉각유로부와 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록, 상기 프레임의 내부에 형성되는 연결유로부를 포함하며,
    상기 연결유로부는,
    상기 제1냉각유로부와 연통되도록 상기 프레임의 일 측면에 형성되는 제1홈부;
    상기 프레임의 일 측면에 상기 제1홈부와 이격 배치되고, 상기 제2냉각유로부와 연통되도록 형성되는 제2홈부; 및
    상기 중공부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 프레임을 관통하여 상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키는 방향전환 유로부를 포함하고,
    상기 방향전환 유로부는,
    상기 프레임의 외주면으로부터 상기 제1홈부로 관통되는 제1관통홀;
    상기 프레임의 외주면으로부터 상기 제2홈부로 관통되는 제2관통홀;
    상기 제1 및 제2관통홀을 서로 연통시키도록, 상기 프레임의 외주면을 관통하여 형성되는 제3관통홀; 및
    상기 프레임의 외주면에 노출되는 상기 제1 내지 제3관통홀의 단부들을 각각 밀폐시키도록 형성되는 복수 개의 충전부재를 포함하는, 전자빔 가속관의 냉각유로 연결용 냉각 플랜지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    나사 체결 수단이 삽입되어 상기 전자총과 결합되도록, 상기 프레임을 상기 양 측면으로 관통하여 형성되고 상기 중공부를 둘러싸도록 이격되어 배치되는 복수 개의 체결홀을 더 포함하는 냉각유로 연결용 냉각 플랜지.
  4. 전자총과 플랜지 결합을 이루도록 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 전자빔 가속관의 내부와 상기 전자총의 내부를 서로 연통시키도록 양측으로 개방되는 중공부를 구비하는 프레임;
    상기 전자빔 가속관에 구비되는 제1냉각유로부와 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록, 상기 제1냉각유로부와 연통되도록 상기 프레임의 일 측면에 형성되는 제1홈부와, 상기 프레임의 일 측면에 상기 제1홈부와 이격 배치되고 상기 제2냉각유로부와 연통되도록 형성되는 제2홈부와, 상기 중공부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 프레임을 관통하여 상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키는 방향전환 유로부상기 프레임의 내부에 형성되는 연결유로부; 및
    상기 전자빔 가속관 내부의 진공 환경을 조절하는 펌프를 연결시키기 위하여, 상기 프레임을 관통하여 상기 중공부와 연통되도록 형성되는 연통홀을 더 포함하는 냉각 플랜지.
  5. 일 방향으로 연장되는 진공부를 구비하는 전자빔 가속관;
    상기 진공부의 연장 방향과 나란하게 연장되도록 상기 전자빔 가속관을 관통하여 형성되는 제1 및 제2냉각유로부;
    전자총과 결합되는 상기 전자빔 가속관의 일 단에 장착되고, 상기 진공부와 연통되도록 형성되는 중공부와 상기 제1 및 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록 형성되는 방향전환 유로부를 구비하는 냉각 플랜지를 포함하며,
    냉각유체가 상기 전자빔 가속관의 타 단에서 상기 제1냉각유로부로 유입되고, 상기 방향전환 유로부 및 상기 제2냉각유로부를 거쳐 상기 전자빔 가속관의 타 단으로 유출되고,
    상기 냉각 플랜지는, 상기 진공부의 진공 환경 조절을 위한 펌프가 상기 중공부와 연결되도록 형성되는 연통홀을 포함하는 전자빔 가속장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 플랜지는, 상기 전자총과 결합을 위한 나사 체결 수단이 삽입되도록 형성되는 체결홀을 포함하는 전자빔 가속장치.
  8. 전자빔을 발생시키는 전자총;
    플랜지 결합에 의해 상기 전자총이 일 단에 결합되고, 상기 전자빔을 일 방향으로 진행시키면서 가속시키도록 연장 형성되는 진공부와, 상기 진공부를 따라 서로 반대 방향으로 냉각유체가 흐르도록 연장 형성되는 제1 및 제2냉각유로부를 구비하는 전자빔 가속관;
    상기 전자빔 가속관의 타 단에 결합되고, 상기 가속된 전자빔의 충돌에 의해 방사선이 발생되도록 이루어지는 타겟; 및
    상기 전자빔 가속관의 일 단에 상기 플랜지 결합을 위해 형성되고, 상기 제1 및 제2냉각유로부를 서로 연통시키도록 형성되는 연결유로부를 구비하는 냉각 플랜지를 포함하며,
    상기 연결유로부는,
    상기 제1 및 제2냉각유로부 중 어느 하나와 연통되는 제1홈부;
    상기 제1 및 제2냉각유로부 중 다른 하나와 연통되는 제2홈부; 및
    상기 제1 및 제2홈부를 서로 연통시키도록 상기 냉각 플랜지를 관통하여 형성되는 방향전환 유로부를 포함하고,
    상기 방향전환 유로부는,
    상기 냉각 플랜지의 외주면으로부터 상기 제1홈부로 관통되는 제1관통홀;
    상기 냉각 플랜지의 외주면으로부터 상기 제2홈부로 관통되는 제2관통홀;
    상기 제1 및 제2관통홀을 서로 연통시키도록, 프레임의 외주면을 관통하여 형성되는 제3관통홀; 및
    상기 프레임의 외주면에 노출되는 상기 제1 내지 제3관통홀의 단부들을 각각 밀폐시키도록 형성되는 복수 개의 충전부재를 포함하는 방사선원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자빔 가속관은,
    상기 전자빔 가속관의 타 단에서 상기 제1냉각유로부와 연통되는 유입구; 및
    상기 전자빔 가속관의 타 단에 상기 유입구와 이격 배치되어 상기 제2냉각유로부와 연통되는 유출구를 포함하고,
    상기 유입구에 기설정된 온도의 냉각유체를 공급하도록 연결되고, 상기 유출구로부터 상기 냉각유체를 회수하도록 연결되는 냉각유체 순환장치를 더 포함하는 방사선원 시스템.
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KR101428391B1 (ko) * 2013-05-23 2014-08-13 한국원자력연구원 검사장치 및 이를 포함하는 수냉식 고진공 타겟트리

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