KR101998216B1 - Neutron generator - Google Patents

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장대식
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한국원자력연구원
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    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/06—Generating neutron beams

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Abstract

본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 중수소 또는 삼중수소의 이온빔을 생성하는 이온원; 고전압전선이 연결된 피드스루; 상기 피드스루와 연결되고, 상기 이온빔으로부터 입사된 상기 이온빔이 충돌하여 중성자가 생성되는 타겟을 가진 타겟부; 상기 이온원과 타겟을 연통시키는 가속관; 및 상기 타겟을 냉각시키는 냉각부;를 포함하며, 상기 타겟이 상기 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진다.A neutron generator according to the present invention includes: an ion source for generating an ion beam of deuterium or tritium; Feedthrough with high-voltage wires; A target portion connected to the feedthrough and having a target in which the ion beam incident from the ion beam collides to generate a neutron; An acceleration tube communicating the ion source and the target; And a cooling part for cooling the target, wherein the target has a tubular structure tapered in an incident direction of the ion beam.

Description

중성자 발생장치{NEUTRON GENERATOR}Neutron Generator {NEUTRON GENERATOR}

본 발명은 중성자 발생장치로서, 이온원으로부터 가속된 이온빔을 타겟에 충돌시켜 중성자를 발생시키는 중성자 발생장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a neutron generator, and more particularly, to a neutron generator for generating a neutron by colliding an ion beam accelerated by an ion source against a target.

중성자를 얻기 위한 방법으로는 연구용 원자로 주변에 중성자용 빔라인을 설치하여 원자로에서 방출되는 중성자를 이용하거나, 또는 이온원으로부터 가속된 이온빔을 타겟에 충돌시켜 반응시킴으로써 얻어지는 중성자를 이용하는 방법이 있다.As a method for obtaining a neutron, there is a method of using a neutron emitted from a reactor by installing a neutron beam line around a research reactor, or by using a neutron obtained by colliding an ion beam accelerated from an ion source with a target.

그 중, 이온원으로부터 가속된 이온빔을 타겟에 충돌시켜 중성자를 발생시키는 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, 금속 타겟에 중수소(D) 또는 중수소와 삼중수소(T)를 혼합한 70 keV 이상의 이온 빔을 금속 타겟에 입사시켜 주면 일정한 깊이로 금속에 주입된 이온들과 새로 입사되는 이온들과 충돌하면서 (D,D) 또는 (D,T) 핵융합 반응에 의해 중성자가 만들어진다.
More specifically, the ion beam accelerated from the ion source is collided with the target to generate neutrons. More specifically, an ion beam of 70 keV or more mixed with deuterium (D) or deuterium and tritium (T) (D, D) or (D, T) nuclear fusion reaction by colliding with the ions injected into the metal and the newly injected ions at a certain depth.

고선량을 만들어내는 중성자발생장치의 경우 중성자의 발생율을 높이기 위해서 이온 빔의 에너지와 이온 빔의 전류를 더 높이게 되는데, 이러한 경우 빔에 의해 타겟에 많은 열이 발생하기 때문에 고전압 전위 위에 있는 타겟을 어떻게 효율적으로 냉각시키면서 고전압 준위를 잘 유지하게 하느냐가 장치의 성능을 좌우하게 된다.
In the case of a neutron generator producing a high dose, the energy of the ion beam and the current of the ion beam are further increased to raise the neutron generation rate. In this case, since the target generates a lot of heat by the beam, The ability to maintain high voltage levels while efficiently cooling will determine the performance of the device.

대한민국 등록특허공보 제10-0923917호Korean Patent Registration No. 10-0923917

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각효율을 높일 수 있는 중성자 발생장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
It is an object of the present invention to provide a neutron generator capable of increasing cooling efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 발생장치는, 중수소 또는 삼중수소의 이온빔을 생성하는 이온원; 고전압전선이 연결된 피드스루; 상기 피드스루와 연결되고, 상기 이온빔으로부터 입사된 상기 이온빔이 충돌하여 중성자가 생성되는 타겟을 가진 타겟부; 상기 이온원과 타겟을 연통시키는 가속관; 및 상기 타겟을 냉각시키는 냉각부;를 포함하며, 상기 타겟이 상기 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진다.
According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating neutrons, including: an ion source for generating an ion beam of deuterium or tritium; Feedthrough with high-voltage wires; A target portion connected to the feedthrough and having a target in which the ion beam incident from the ion beam collides to generate a neutron; An acceleration tube communicating the ion source and the target; And a cooling part for cooling the target, wherein the target has a tubular structure tapered in an incident direction of the ion beam.

본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 타겟의 구조가 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진 구조(더욱 바람직하게는 콘 형상 구조)를 취함으로써, 표면적이 넓어져서 중성자 발생효율도 높임과 동시에 냉각할 수 있는 면적이 넓어짐에 따라 냉각효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.The neutron generator according to the present invention has a structure (more preferably a cone structure) in which the structure of the target has a tubular structure tapered in the direction of incidence of the ion beam, thereby increasing the surface area and increasing the neutron generation efficiency, The cooling efficiency can be increased as the area that can be used is increased.

또한, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 냉각유로를 통과하는 제1 냉각유체와, 타겟하우징과 외부케이스 사이에 고전압 절연을 겸해 충전된 충전된 제2 냉각유체에 의해 이중냉각구조를 이룸으로써, 타겟의 냉각효율을 증대시킬 수 있는 이점을 지닌다.The neutron generator according to the present invention has a dual cooling structure by a first cooling fluid passing through a cooling passage and a charged second cooling fluid filled between the target housing and the outer case also as high voltage insulation, The cooling efficiency of the target can be increased.

그리고, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 피드스루에 비하여 상대적으로 큰 직경의 가속관의 둘레를 나선형으로 감싸면서 타겟 측으로 충분한 길이를 갖고 연결됨으로써, 고전압 절연에 충분한 물저항을 확보할 수 있다. 이로 인하여 타겟에 설정된 고전압이 안정적으로 유지하면서도 이온빔에 의해 발생하는 많은 열부하를 충분히 냉각시킬 수 있는 장점을 가진다.
In the neutron generator according to the present invention, the periphery of the acceleration tube having a relatively large diameter is spirally wound around the target and a sufficiently long length is connected to the target, so that water resistance sufficient for high-voltage insulation can be ensured. This has the advantage that a large amount of heat load generated by the ion beam can be sufficiently cooled while maintaining a high voltage set in the target stably.

도 1은 본 발명에 따른 중성자 발생장치를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A를 나타낸 확대도이다.
도 3은 도 1의 중성자 발생장치에서 타겟을 나타낸 종단면도 및 저면도이다.
도 4는 도 1의 중성자 발생장치에서 타겟하우징을 나타낸 종단면도이다.
도 5는 도 1의 중성자 발생장치에서 스위치부를 나타낸 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view of a neutron generator according to the present invention.
2 is an enlarged view showing A in Fig.
3 is a longitudinal sectional view and a bottom view showing the target in the neutron generator of FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a target housing in the neutron generator of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a switch unit in the neutron generator of FIG. 1. FIG.

이하, 본 발명의 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail. In the drawings, like reference numerals are used to refer to like elements throughout the drawings, even if they are shown on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명에 따른 중성자 발생장치를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A를 나타낸 확대도이다.FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a neutron generator according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of FIG.

또한, 도 3은 도 1의 중성자 발생장치에서 타겟을 나타낸 종단면도 및 저면도이고, 도 4는 도 1의 중성자 발생장치에서 타겟하우징을 나타낸 종단면도이며, 도 5는 도 1의 중성자 발생장치에서 스위치부를 나타낸 종단면도이다.FIG. 3 is a longitudinal sectional view and a bottom view showing the target in the neutron generator of FIG. 1, FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the target housing in the neutron generator of FIG. 1, and FIG. 5 is a cross- Fig.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는 이온원(10), 피드스루(20), 타겟부(30), 가속관(40), 및 냉각부(50)를 포함한다.Referring to the drawings, a neutron generator according to the present invention includes an ion source 10, a feedthrough 20, a target portion 30, an acceleration tube 40, and a cooling portion 50.

여기에서, 상기 이온원(10)은 중수소 또는 삼중수소의 이온빔을 생성하는 부분으로서, 중수소 또는 삼중수소의 이온빔을 원활하게 생성시키는 구조라면 종래의 어떠한 이온빔 생성구조도 활용될 수 있음은 물론이다.Here, it is needless to say that any conventional ion beam generating structure can be utilized as long as the ion source 10 generates a deuterium or tritium ion beam and generates an ion beam of deuterium or tritium smoothly.

또한, 상기 피드스루(20)는 일단부에 고전압전선이 연결되어, 고전압을 타단에 연결된 타겟(31)과 상기 타겟(31)에 연결된 가속관(40)으로 공급하는 부재이다. 이러한 피드스루(20)는 세라믹 재질로 이루어지며, 브레이징으로 결합되는 금속은 무산소동이 사용된다. 아울러, 피드스루(20)는 최소 200kV이상의 전압에 결딜 수 있는 구조로서, 공급전압 및 전류값의 상승에 대응하여 교체가능한 구조를 취한다.The feedthrough 20 is a member connected to a high voltage wire at one end thereof and supplying a high voltage to the target 31 connected to the other end and an acceleration tube 40 connected to the target 31. The feedthrough 20 is made of a ceramic material, and an oxygen-free copper is used as the metal to be brazed. In addition, the feed-through 20 has a structure capable of interrupting a voltage of at least 200 kV or more, and has a replaceable structure corresponding to an increase in supply voltage and current value.

아울러, 상기 타겟부(30)는 피드스루(20)와 연결되며 타겟(31)을 구비한다. 이때, 상기 타겟(31)은 이온빔으로부터 입사된 이온빔이 충돌하여 핵융합반응이 일어나서 중성자가 생성되는 부분이다. 핵융합반응의 효율을 높이기 위해 바람직하게 타겟(31)의 내부면은 티타늄으로 코팅되며, 코팅된 부분을 제외한 전체 재질은 무산소동이 사용될 수 있다.In addition, the target portion 30 is connected to the feedthrough 20 and has a target 31. At this time, the target 31 is a portion where an ion beam incident from the ion beam collides with the target to cause a fusion reaction to generate a neutron. In order to increase the efficiency of the fusion reaction, the inner surface of the target 31 is preferably coated with titanium, and anoxic copper may be used as the entire material except for the coated portion.

그리고, 상기 가속관(40)은 이온원(10)과 타겟(31)을 연통시키는 관부재로서, 일례로서 도면에 도시된 바와 같이 4단 가속단 구조를 취할 수 있으며, 이러한 각각의 가속단은 분배저항으로 연결되어 이온빔이 타겟(31) 측으로 가속될 수 있도록 한다. 일례로서 200kV의 전압이 공급되는 경우에는 각각의 가속단에는 50kV, 100kV, 150kV, 200kV로 분배되며, 최종적으로 타겟(31)에 200kV로 가속된 이온빔이 입사하게 된다.The acceleration tube 40 is a tube member that communicates the ion source 10 and the target 31. The acceleration tube 40 may have a four-stage accelerating stage structure as shown in the figure, So that the ion beam can be accelerated toward the target 31 side. As an example, when a voltage of 200 kV is supplied, the acceleration beam is divided into 50 kV, 100 kV, 150 kV, and 200 kV at the respective acceleration stages, and finally the ion beam accelerated to 200 kV is incident on the target 31.

참고로, 상기 이온원(10)과 가속관(40) 사이에는 진공하우징(48)이 가속관(40)과 연통되게 배치되며, 이러한 진공하우징(48)의 일측에는 진공펌프(미도시)와 연결되는 펌프연결부(48a)가 형성된다.
A vacuum housing 48 is disposed between the ion source 10 and the acceleration tube 40 so as to communicate with the acceleration tube 40. A vacuum pump (not shown) is provided at one side of the vacuum housing 48, A pump connecting portion 48a is formed.

한편, 상기 냉각부(50)는 고전압의 이온빔이 인가되어 고열이 발생하는 타겟(31)을 냉각시키도록 구성되는데, 본 발명의 주요 구성적 특징으로서 이러한 냉각부(50)의 구성과 함께 타겟(31)의 형상구조가 개선됨으로써 타겟(31)의 냉각효율을 증대시킬 수 있다.The cooling unit 50 is configured to cool the target 31 to which a high-voltage ion beam is applied to generate a high-temperature heat. The main configuration of the present invention is a configuration of the cooling unit 50, 31 are improved, the cooling efficiency of the target 31 can be increased.

먼저, 상기 타겟(31)은 냉각효율의 높이도록, 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진 구조를 취하는 것이 바람직하다.First, it is preferable that the target 31 has a structure having a tubular structure tapered in the direction of incidence of the ion beam so as to increase the cooling efficiency.

이와 같이 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 타겟(31)의 구조가 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진 구조를 취함으로써, 기존의 타겟에 비하여 표면적이 넓어져서 중성자 발생효율도 높임과 동시에 냉각할 수 있는 면적이 넓어짐에 따라 냉각효율을 높일 수 있다. 이로 인하여 타겟(31)의 온도를 섭씨 200도 이내로 안정적으로 유지하여 핵융합반응 효율이 증대됨에 따라, 중성자 발생이 원활하게 이루어질 수 있다.
As described above, the neutron generator according to the present invention has a structure in which the structure of the target 31 is tapered in the direction of incidence of the ion beam, so that the surface area is wider than that of the existing target, As the area to be cooled becomes wider, the cooling efficiency can be increased. As a result, the temperature of the target 31 is stably maintained within 200 degrees Celsius and the fusion reaction efficiency is increased, so that neutron generation can be smoothly performed.

여기에서, 상기 타겟(31)은 더욱 바람직하게 콘 형상 구조를 취할 수 있다. 이와 같은 콘 형상의 구조는 각형 뿔구조, 불규칙한 형상의 뿔구조와 비교하여, 타겟(31)의 전체적인 면적에 균일하게 이온빔이 충돌하여 전체적으로 온도상승률이 균일함으로써 냉각을 균일하게 할 수 있으며, 아울러 후술되는 냉각부(50)가 보다 용이하면서도 심플하게 형성될 수 있도록 하고, 나아가 내구성도 가장 우수하며 설계 측면에 있어서도 최대한 복잡하지 않은 구조이다.
Here, the target 31 can more preferably have a cone-shaped structure. Such a cone-like structure can uniformly cool the ion beam due to uniformity of the temperature rise rate of the ion beam due to the uniform area of the whole area of the target 31 as compared with the prismatic structure and the irregular-shaped cone structure, The cooling unit 50 can be formed more easily and simply. Further, the cooling unit 50 has the best durability and is not as complicated in terms of design.

그러면, 여기에서 상기 냉각부(50)의 구조를 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, the structure of the cooling unit 50 will be described in detail.

상기 냉각부(50)는 냉각유로(51), 유체공급관(52), 및 유체배출관(53)을 구비할 수 있다.The cooling unit 50 may include a cooling passage 51, a fluid supply pipe 52, and a fluid discharge pipe 53.

이때, 상기 냉각유로(51)는 타겟부(30)의 외면에 형성되며 제1 냉각유체가 통과되는 부분이다.At this time, the cooling passage 51 is formed on the outer surface of the target portion 30 and passes through the first cooling fluid.

또한, 상기 유체공급관(52)은 냉각유로(51)에 연결되어 제1 냉각유체를 냉각유로(51)에 공급하는 기능을 가지며, 상기 유체배출관(53)은 냉각유로(51)에 연결되어, 제1 냉각유체를 냉각유로(51)로부터 배출하는 기능을 지닌다.The fluid supply pipe 52 is connected to the cooling channel 51 and supplies the first cooling fluid to the cooling channel 51. The fluid discharge pipe 53 is connected to the cooling channel 51, And discharging the first cooling fluid from the cooling flow path 51.

참고로, 상기 제1 냉각유체는 절연성이 우수한 초순수가 사용되는 것이 바람직하다.
For reference, it is preferable that ultra pure water having excellent insulation property is used as the first cooling fluid.

구체적으로, 상기 냉각유로(51)는 도 3에 도시된 바와 같이, 콘 형상의 타겟(31)의 꼭지점으로부터 반대 측으로 분기되어 연장될 수 있다.Specifically, the cooling passage 51 may be branched and extended from the vertex of the cone-shaped target 31 to the opposite side as shown in Fig.

즉, 상기 냉각유로(51)는 콘 형상 타겟(31)에 대해 전체적인 부분을 균일하게 냉각하기 위한 최적의 구조로서, 콘 형상 타겟(31)의 꼭지점으로부터 반대 측으로 연장되되, 복수 개로 분기되어 연장되는 구조를 이룰 수 있다.That is, the cooling passage 51 is an optimal structure for uniformly cooling the entire portion of the cone shaped target 31, and extends from the vertex of the cone shaped target 31 to the opposite side, Structure.

다시 말해, 상기 냉각유로(51)는 콘 형상 타겟(31)의 꼭지점 부위에는 저면 상으로 원형구조인 꼭지부(51a)가 형성되고, 이러한 꼭지부(51a)로부터 꼭지점의 반대 측으로 복수 개로 분기되어 연장된 분기부(51b)가 형성될 수 있다.In other words, in the cooling channel 51, a vertically structured stem portion 51a is formed on the bottom surface at the vertex portion of the cone shaped target 31, and the stem portion 51a is branched into a plurality of portions opposite to the vertexes An extended branch portion 51b can be formed.

이와 같은, 냉각유로(51)는 도면에 도시된 바와 같이 홈 구조로서 제1 냉각유체가 유동하는 루트가 구현할 수 있고, 이에 더하여 비록 도면에 도시되지는 않았지만 별도의 파이프가 홈 구조에 삽입설치된 구조로서 구현될 수도 있음은 물론이다.
As shown in the drawing, the cooling passage 51 can be formed as a groove structure in which the first cooling fluid flows, and in addition, a structure in which a separate pipe is inserted into the groove structure Of course.

그런데, 이때 냉각유로(51)가 홈 구조로 구현된다면 별도의 부재에 의해 홈의 개방된 부분을 감싸면서 막아 제1 냉각유체가 새지 않는 구조로 이루어질 수 있다.In this case, if the cooling passage 51 is formed in a groove structure, the first cooling fluid may not be leaked by covering the open portion of the groove with a separate member.

이를 위해 상기 타겟부(30)는 별도의 부재로서 냉각리브(33)를 구비할 수 있는데, 이에 따른 타겟부(30)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.To this end, the target portion 30 may include a cooling rib 33 as a separate member. The structure of the target portion 30 will be described in detail as follows.

상기 타겟부(30)는 타겟(31)에 더하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 타겟하우징(32)과 냉각리브(33)를 더 구비할 수 있다.The target portion 30 may further include a target housing 32 and a cooling rib 33, as shown in FIGS. 1 and 2, in addition to the target 31.

여기에서, 상기 타겟하우징(32)은 내부에 타겟(31)이 이격배치되고, 냉각부(50)의 적정한 설치공간 확보를 위해 냉각리브(33)가 내장되는 구조를 취한다.Here, the target housing 32 has a structure in which the target 31 is spaced apart from the inside of the target housing 32, and a cooling rib 33 is installed to secure a proper installation space of the cooling unit 50.

또한, 상기 냉각리브(33)는 타겟(31)이 삽입조립되는 조립홈(G)이 형성되며, 타겟(31)과 타겟하우징(32)을 연결한다.The cooling rib 33 is formed with an assembly groove G into which the target 31 is inserted and assembled and connects the target 31 to the target housing 32.

이러한 냉각리브(33)는 타겟(31)의 냉각유로(51)가 홈 구조인 경우 홈의 개방된 부분을 막는 구조를 취함과 동시에, 유체공급관(52)과 유체배출관(53)이 냉각유로(51)에 연결될 수 있도록 연결설치 공간을 마련해준다.The cooling rib 33 has a structure in which the cooling channel 51 of the target 31 has a groove structure and blocks the open portion of the groove and the fluid supply pipe 52 and the fluid discharge pipe 53 are connected to the cooling channel 51).

참고로, 상기 냉각리브(33)에는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 유체공급홀(33a), 유체배출홀(33b), 제1 연결채널(33c), 및 제2 연결채널(33d)이 형성될 수 있다.2 and 4, the cooling rib 33 includes a fluid supply hole 33a, a fluid discharge hole 33b, a first connection channel 33c, and a second connection channel 33d. Can be formed.

이때, 상기 유체공급홀(33a)은 유체공급관(52)이 연결되고 냉각유로(51)의 꼭지부(51a)와 연통되고, 상기 유체배출홀(33b)은 유체배출관(53)이 연결된다. 또한, 상기 제1 연결채널(33c)은 냉각유로(51)에서 복수 개의 분기부(51b) 상단을 연결하도록 조립홈(G)의 내주면에 링 형상의 홈 구조로 형성되고, 상기 제2 연결채널(33d)은 제1 연결채널(33c)과 유체배출홀(33b)을 연결한다.At this time, the fluid supply hole 33a is connected to the fluid supply pipe 52 and communicates with the stem portion 51a of the cooling flow passage 51, and the fluid discharge hole 53b is connected to the fluid discharge hole 33b. The first connection channel 33c is formed in a ring-shaped groove structure on the inner circumferential surface of the assembly groove G so as to connect the upper ends of the plurality of branch portions 51b in the cooling channel 51, (33d) connects the first connection channel (33c) and the fluid discharge hole (33b).

나아가, 상기 냉각리브(33)는 타겟(31)과 타겟하우징(32)을 연결하여 냉각핀 역할로서, 타겟(31)의 고열이 외측으로 빠른 속도로 전달될 수 있도록 한다.
Further, the cooling ribs 33 serve as cooling fins by connecting the target 31 and the target housing 32 so that the high heat of the target 31 can be transmitted to the outside at a high speed.

한편, 상기 유체공급관(52)과 유체배출관(53) 각각은 가속관(40)의 둘레를 나선형으로 감싸도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 가속관(40)에 설치된 코로나링(47)에 설치될 수 있다.Meanwhile, each of the fluid supply pipe 52 and the fluid discharge pipe 53 may be arranged to spirally surround the circumference of the acceleration tube 40. Specifically, it may be installed in the corona ring 47 provided in the acceleration tube 40.

기존의 유체공급관과 유체배출관은 작은 직경의 피드스루(20)를 나선형으로 감싸면서 타겟(31) 측으로 연장된 구조를 취함으로써, 그 길이가 짧게 형성되어 물저항이 크지 않아서 절연이 완벽하게 이루어지지 않게 됨에 따라, 절연파괴가 발생하는 문제점이 있다.The conventional fluid supply pipe and fluid discharge pipe are spirally wrapped around the small diameter feedthrough 20 and extend to the target 31 side so that the length is short and the water resistance is not so great that the insulation is perfect There is a problem that insulation breakdown occurs.

이에 반하여, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는 피드스루(20)에 비하여 상대적으로 큰 직경의 가속관(40)의 둘레를 나선형으로 감싸면서 타겟(31) 측으로 연장됨으로써, 그 길이가 상대적으로 길게 형성되어 물저항이 충분히 커서 절연이 완벽하게 이루어질 수 있다. 이로 인하여 타겟(31)에 설정된 고전압이 안정적으로 유지될 수 있어서 중성자의 발생이 원활하게 이루어질 수 있다.
On the other hand, the neutron generator according to the present invention spirally surrounds the periphery of the acceleration tube 40 having a relatively large diameter as compared with the feedthrough 20, and extends to the target 31 side, So that the water resistance is sufficiently large that the insulation can be made perfectly. Therefore, the high voltage set in the target 31 can be stably maintained, and the generation of neutrons can be smoothly performed.

한편, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는 외부케이스(60)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the neutron generator according to the present invention may further include an outer case 60.

상기 외부케이스(60)는 내측에 타겟하우징(32)이 이격배치되며, 타겟하우징(32)과의 사이에 제2 냉각유체가 충전된다.The outer casing (60) has a target housing (32) spaced apart from the inner side, and a second cooling fluid is filled between the target housing and the target housing (32).

이때, 상기 제2 냉각유체는 절연 강도가 크고 열안정성이 우수한 무독성 불활성 냉각가스인 SF6가스가 활용되는 것이 바람직하며, 나아가 절연성 및 냉각성이 우수한 유체라면 종래의 어떠한 유체도 활용될 수 있음은 물론이다.At this time, the second cooling fluid is, if it is desirable, and further the insulating and cooling capability is excellent fluid is SF 6 gas insulating strength is large, thermally stable non-toxic inert cooling gas utilized as well as the subject to utilize also a conventional any fluid to be.

이에 따라, 본 발명의 냉각유로(51)를 통과하는 제1 냉각유체와, 타겟하우징(32)과 외부케이스(60) 사이에 충전된 제2 냉각유체에 의해 이중냉각구조를 이루게 하고, 제2 냉각유체의 압력과 타겟하우징(32)과 외부케이스(60) 사이의 간격조절에 의해 타겟(31)의 냉각효율을 증대시킬 수 있다.Thus, a dual cooling structure is formed by the first cooling fluid passing through the cooling passage 51 of the present invention and the second cooling fluid filled between the target housing 32 and the outer case 60, The cooling efficiency of the target 31 can be increased by adjusting the pressure of the cooling fluid and the distance between the target housing 32 and the outer case 60. [

또한, 상기 타겟하우징(32)은 타겟부(30)로의 유체공급관(52), 유체배출관(53)을 연결하는 부분들을 감싸는 구조를 취함으로써, 배관부위에서의 고전압 절연파괴를 막는 정전차폐기능을 갖게 된다.
The target housing 32 has a structure that surrounds the portions connecting the fluid supply pipe 52 and the fluid discharge pipe 53 to the target portion 30 so as to provide an electrostatic shielding function for preventing breakdown of the high- .

이에 더하여, 상기 외부케이스(60)에는 외주면에 제3 냉각유체가 통과하는 냉각관(69)이 감겨져서 외부케이스(60)를 냉각함으로써, 타겟(31)의 냉각효율을 더욱더 증대시킬 수 있다.
The cooling efficiency of the target 31 can be further increased by cooling the outer case 60 by winding the cooling tube 69 through which the third cooling fluid passes on the outer circumferential surface of the outer case 60. [

한편, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 타겟(31)에 고전압을 공급하도록 타겟(31)과 피드스루(20)를 연결하는 스위치부(S)가 개선된 구조를 취한다.On the other hand, the neutron generator according to the present invention has an improved structure in which the switch portion S connecting the target 31 and the feed-through 20 to supply a high voltage to the target 31 is improved.

기존의 스위치부는 단순히 암수구조로서 수부재(한 부분이 길게 돌출된 플러그 형상)가 암부재에 삽입되어 전기가 통하는 구조를 취함으로써, 설계 및 가공상 필연적으로 공차가 생겨서 고전압 접촉부위의 아크 및 브레이징 결함을 발생시켜 안정적인 고전압 공급에 다양한 문제를 야기한다.The conventional switch part simply has a male / female structure and a male part (a plug part with a long protruding part) is inserted into the female part so as to allow electricity to pass therethrough, so that a tolerance is inevitably generated in the design and processing, Causing defects and causing various problems in stable high-voltage supply.

이에 반하여, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는 스위치부(S)가 아래와 같이 개선됨으로써, 설계 및 제작상의 공차 문제를 해결함에 따라 신속 정확한 고전압 공급이 이루어질 수 있다.On the other hand, the neutron generator according to the present invention improves the switch S as follows, so that the problem of tolerance in design and manufacturing can be solved, and a high accurate and high voltage supply can be achieved.

구체적으로, 상기 스위치부(S)는 도 5에 도시된 바와 같이, 타겟하우징(32)에 피드스루(20)가 전기적으로 연결되는 부분으로서, 베이스판(32a), 절연하우징(32c), 및 스위치부재(32d)를 구비할 수 있다.5, the switch unit S includes a base plate 32a, an insulating housing 32c, and a base plate 32b, which are electrically connected to the target housing 32 through the feedthrough 20, And a switch member 32d.

여기에서, 상기 베이스판(32a)은 타겟하우징(32)에 연결고정되며, 절연탄성체(32b)가 장착된다.Here, the base plate 32a is fixedly connected to the target housing 32, and the insulating elastic body 32b is mounted.

또한, 상기 절연하우징(32c)은 절연탄성체(32b)가 내부에 배치되도록 베이스판(32a)에 장착되며, 피드스루(20) 측으로 개구부가 형성된다.The insulating housing 32c is mounted on the base plate 32a so that the insulative elastic body 32b is disposed therein and an opening is formed on the side of the feedthrough 20.

아울러, 상기 스위치부재(32d)는 절연하우징(32c) 내부에 배치되며, 절연탄성체(32b)의 탄성복원력으로 개구부를 통해 피드스루(20) 측으로 돌출된다.The switch member 32d is disposed inside the insulating housing 32c and protrudes toward the feedthrough 20 through the opening due to the elastic restoring force of the insulative elastic body 32b.

이러한 구성에 따라, 피드스루(20)가 스위치부재(32d)를 타겟하우징(32) 측으로 누르면, 스위치부재(32d)가 타겟하우징(32) 측으로 슬라이드 이동되어 베이스판(32a)에 전기접촉될 수 있다. 즉, 피드스루(20)가 스위치부재(32d)를 정확한 방향으로 정교하게 밀지 않고, 상승하면서 단순히 압박만 하더라도 스위치부재(32d)는 절연하우징(32c) 내에서 슬라이드하면서 상승함으로써 베이스반에 무조건 접촉함에 따라, 타겟(31)에 고전압을 안정적으로 공급할 수 있다.According to this configuration, when the feedthrough 20 presses the switch member 32d toward the target housing 32, the switch member 32d is slid toward the target housing 32 and is brought into electrical contact with the base plate 32a have. That is, even if the feedthrough 20 does not push the switch member 32d precisely in the correct direction, the switch member 32d is lifted while sliding in the insulating housing 32c even when the switch member 32d is merely pressed and pressed, It is possible to stably supply a high voltage to the target 31. [

참고로, 상기 절연하우징(32c)과 절연탄성체(32b)를 제외한 베이스판(32a)과 스위치부재(32d)는 전도체임은 물론이다.
It is needless to say that the base plate 32a and the switch member 32d except the insulating housing 32c and the insulating elastic body 32b are conductors.

결과적으로, 상술된 바와 같이 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 타겟(31)의 구조가 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어진 구조(더욱 바람직하게는 콘 형상 구조)를 취함으로써, 표면적이 넓어져서 중성자 발생효율도 높임과 동시에 냉각할 수 있는 면적이 넓어짐에 따라 냉각효율을 높일 수 있다.As a result, as described above, the neutron generator according to the present invention has a structure in which the structure of the target 31 has a tubular structure (more preferably, a cone structure) tapered in the direction of incidence of the ion beam, The efficiency of neutron generation is increased, and at the same time, the cooling efficiency can be increased as the area for cooling is widened.

또한, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 냉각유로(51)를 통과하는 제1 냉각유체와, 타겟하우징(32)과 외부케이스(60) 사이에 충전된 제2 냉각유체에 의해 이중냉각구조를 이룸으로써, 타겟(31)의 냉각효율을 증대시킬 수 있다.The neutron generator according to the present invention is also characterized in that the dual cooling structure is formed by the first cooling fluid passing through the cooling passage 51 and the second cooling fluid filled between the target housing 32 and the outer case 60 The cooling efficiency of the target 31 can be increased.

그리고, 본 발명에 따른 중성자 발생장치는, 피드스루(20)에 비하여 상대적으로 큰 직경의 가속관(40)의 둘레를 나선형으로 감싸면서 타겟(31) 측으로 연장됨으로써, 그 길이가 상대적으로 길게 형성되어 충분한 유량을 가지면서도 물저항을 충분히 크게 유지할 수 있기 때문에 절연이 완벽하게 이루어질 수 있다. 이로 인하여 고열부하 타겟(31)을 설정된 고전압으로 안정적으로 유지시킬 수 있어서 중성자의 발생이 원활하게 이루어질 수 있다.
The neutron generator according to the present invention spirally surrounds the periphery of the acceleration tube 40 having a relatively large diameter as compared with the feedthrough 20 and extends toward the target 31 so that its length is relatively long So that the water resistance can be kept sufficiently large while having a sufficient flow rate, so that the insulation can be made perfectly. Accordingly, the high-temperature load target 31 can be stably maintained at a set high voltage, so that generation of neutrons can be smoothly performed.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

10 : 이온원 20 : 피드스루
30 : 타겟부 31 : 타겟
32 : 타겟하우징 S : 스위치부
32a : 베이스판 32b : 절연탄성체
32c : 절연하우징 32d : 스위치부재
33 : 냉각리브 G : 조립홈
33a : 유체공급홀 33b : 유체배출홀
33c : 제1 연결채널 33d : 제2 연결채널
40 : 가속관 47 : 코로나링
48 : 진공하우징 48a : 펌프연결부
50 : 냉각부 51 : 냉각유로
51a : 꼭지부 51b : 분기부
52 : 유체공급관 53 : 유체배출관
60 : 외부케이스 69 : 냉각관10: ion source 20: feedthrough
30: target portion 31: target
32: target housing S: switch part
32a: Base plate 32b: Insulation elastic body
32c: insulated housing 32d: switch member
33: cooling rib G: assembly groove
33a: Fluid supply hole 33b: Fluid discharge hole
33c: first connection channel 33d: second connection channel
40: Acceleration tube 47: Corona ring
48: Vacuum housing 48a: Pump connection
50: cooling section 51: cooling channel
51a: Staple portion 51b:
52: fluid supply pipe 53: fluid discharge pipe
60: outer case 69: cooling pipe

Claims (9)

중수소 또는 삼중수소의 이온빔을 생성하는 이온원; 고전압전선이 연결된 피드스루; 상기 피드스루와 연결되고, 상기 이온원으로부터 입사된 상기 이온빔이 충돌하여 중성자가 생성되는 타겟을 가진 타겟부; 상기 이온원과 타겟을 연통시키는 가속관; 및 상기 타겟을 냉각시키는 냉각부;를 포함하며, 상기 타겟이 상기 이온빔의 입사방향으로 테이퍼진 통 구조로 이루어지며,
상기 냉각부는, 상기 타겟부의 외면에 형성되며 제1 냉각유체가 통과되는 냉각유로; 상기 냉각유로에 연결되어, 상기 제1 냉각유체를 상기 냉각유로에 공급하는 유체공급관; 및 상기 냉각유로에 연결되어, 상기 제1 냉각유체가 상기 냉각유로로부터 배출되는 유체배출관;을 구비하며,
상기 타겟부는, 내부에 상기 타겟이 이격배치된 타겟하우징; 및 상기 타겟이 삽입조립되는 조립홈이 형성되며, 상기 타겟과 타겟하우징을 연결하는 냉각리브;를 더 구비하며,
내측에 상기 타겟하우징이 이격배치되며, 상기 타겟하우징과의 사이에 제2 냉각유체가 충전된 외부케이스;를 더 포함하여, 상기 제1 냉각유체와 제2 냉각유체에 의해 이중냉각구조를 이루는 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
An ion source for generating an ion beam of deuterium or tritium; Feedthrough with high-voltage wires; A target portion connected to the feedthrough and having a target with which the ion beam incident from the ion source collides to generate a neutron; An acceleration tube communicating the ion source and the target; And a cooling part for cooling the target, wherein the target has a tubular structure tapered in an incident direction of the ion beam,
Wherein the cooling unit includes: a cooling passage formed on an outer surface of the target portion and through which the first cooling fluid passes; A fluid supply pipe connected to the cooling channel and supplying the first cooling fluid to the cooling channel; And a fluid discharge pipe connected to the cooling flow path and through which the first cooling fluid is discharged from the cooling flow path,
The target portion may include a target housing in which the target is spaced apart from the target housing; And a cooling rib formed with an assembly groove into which the target is inserted and assembled, the cooling rib connecting the target and the target housing,
And an outer case in which the target housing is spaced apart from the target housing and a second cooling fluid is filled between the target housing and the target housing so as to form a double cooling structure by the first cooling fluid and the second cooling fluid Characterized by a neutron generator.
제1항에 있어서,
상기 타겟은 콘 형상 구조인 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the target is a cone-shaped structure.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 냉각유로는, 콘 형상의 상기 타겟의 꼭지점으로부터 반대 측으로 분기되어 연장된 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cooling channel extends diverging from the vertex of the cone-shaped target to the opposite side.
제1항에 있어서,
상기 유체공급관과 유체배출관 각각은 상기 가속관의 둘레를 나선형으로 감싸도록 배치된 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein each of the fluid supply pipe and the fluid discharge pipe is arranged to spirally surround the circumference of the acceleration tube.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 외부케이스에는 외주면에 제3 냉각유체가 통과하는 냉각관이 감겨진 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
The method according to claim 1,
And a cooling pipe through which the third cooling fluid passes is wound on the outer circumferential surface of the outer case.
제1항에 있어서,
상기 타겟하우징에는 상기 피드스루가 전기적으로 연결되는 스위치부가 설치되며,
상기 스위치부는,
상기 타겟하우징에 연결고정되며, 절연탄성체가 장착된 베이스판;
상기 절연탄성체가 내부에 배치되도록 상기 베이스판에 장착되며, 상기 피드스루 측으로 개구부가 형성된 절연하우징; 및
상기 절연하우징 내부에 배치되며, 상기 절연탄성체의 탄성복원력으로 상기 개구부를 통해 상기 피드스루 측으로 돌출된 스위치부재;를 구비하여,
상기 피드스루가 상기 스위치부재를 상기 타겟하우징 측으로 누르면, 상기 스위치부재가 상기 타겟하우징 측으로 슬라이드 이동되어 상기 베이스판에 전기접촉되는 것을 특징으로 하는 중성자 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the target housing is provided with a switch portion electrically connected to the feedthrough,
Wherein,
A base plate connected to the target housing and equipped with an insulative elastic body;
An insulative housing mounted on the base plate such that the insulative elastic body is disposed therein, the insulative housing having an opening formed on the feed-through side; And
And a switch member disposed inside the insulating housing and protruding toward the feedthrough through the opening due to elastic restoring force of the insulative elastic body,
And the switch member is slid to the target housing side and is brought into electrical contact with the base plate when the feedthrough presses the switch member toward the target housing.
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