KR102071807B1 - 듀오플라즈마트론의 교체형 중간전극판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이온원 장치에 관한 것으로, 일단부에 이온빔 통과홀을 갖는 플라즈마 생성용기, 상기 플라즈마 생성용기의 타단부에 배치되어 상기 플라즈마 생성용기 내부로 기체를 주입하는 기체주입구, 상기 플라즈마 생성용기 내부에 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 전자를 방출하는 캐소드전극, 상기 캐소드 전극에 대향하고 이온빔이 통과할 수 있도록 형성된 애노드 전극, 상기 캐소드 전극을 둘러싸며, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되는 중간전극 및 상기 플라즈마 생성용기 외부에서 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 플라즈마의 밀도를 감소시키는 확장컵을 포함하고, 상기 중간전극 내부형상에 대응하도록 형성되어, 상기 중간전극 내부에 배치되어 상기 중간전극 내부 표면의 오염을 방지하는 중간전극 판을 더 포함한다. 이에 따라, 교체형 중간전극 판을 삽입 및 제거하기 용이하게 되며 오염원을 쉽게 제거하고 방전 효율을 높일 수 있게 된다.

Description

듀오플라즈마트론의 교체형 중간전극판{THE CHANGEABLE INTERMEDIATE ELECTRODE PLATE OF DUOPLASMATRON}
본 발명은 이온원 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 교체형 중간전극 판을 삽입하여 오염원을 쉽게 제거할 수 있는 이온원 장치에 관한 것이다.
입자가속기에서 가속되는 입자가 만들어지는 곳을 이온원이라 하며, 이온원에서의 빔 특성에 따라 가속기의 성능이 결정된다.
이온원은 크게 플라즈마 발생기와 이온 빔 추출기로 구성된다. 아크 방전, 고주파 방전 및 초고주파 방전과 같은 다양한 플라즈마 방전방법으로 사용될 수 있다.
플라즈마 발생기는 이온빔을 추출하기 위한 이온을 공급하고, 추출기는 이온을 추출 및 가속시킨다. 빔 추출의 경우, 추출 전극에 높은 전압을 가하고 전위차에 의해 이온을 가속시켜 추출하게 된다. 제1 전극은 플라즈마 발생기로부터 플라즈마를 추출하기 때문에, 추출 전극 또는 플라즈마 전극으로 불린다.
특히, 듀오플라즈마트론(duoplasmatron) 이온원은 아크 방전을 통하여 플라즈마를 발생시키는 구조로서, 고 밀도의 플라즈마 생성을 위하여 음극, 양극 사이에 중간전극을 두고 좁은 중간전극의 구멍을 통하여 방전통로를 구성함으로써 플라즈마를 공간적으로 제한하여 고밀도 플라즈마를 얻는다.
그러나, 듀오플라즈마트론 이온원에 주입 되는 기체를 방전 시, 플라즈마 챔버에 해당하는 중간전극 내부 표면에 주입된 기체의 분자가 증착으로 오염을 야기시키며, 효율적인 방전이 일어나지 않는 문제점이 발생하여, 이온원 장치에 대한 개선이 요구되고 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 듀오플라즈마트론 이온원 장치의 중간전극 내부에 교체 가능한 중간전극 판을 배치하여, 중간전극 내부의 오염 방지가 가능한 듀오플라즈마트론 이온원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온원 장치는, 일단부에 이온빔 통과홀을 갖는 플라즈마 생성용기, 상기 플라즈마 생성용기의 타단부에 배치되어 상기 플라즈마 생성용기 내부로 기체를 주입하는 기체주입구, 상기 플라즈마 생성용기 내부에 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 전자를 방출하는 캐소드전극, 상기 캐소드 전극에 대향하고 이온빔이 통과할 수 있도록 형성된 애노드 전극, 상기 캐소드 전극을 둘러싸며, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되는 중간전극 및 상기 플라즈마 생성용기 외부에서 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 플라즈마의 밀도를 감소시키는 확장컵을 포함한다.
한편, 상기 중간전극 내부형상에 대응하도록 형성되어, 상기 중간전극 내부에 배치되어 상기 중간전극 내부 표면의 오염을 방지하는 중간전극 판을 더 포함한다.
한편, 상기 중간전극 판 내부에서 상기 중간전극 판 외부를 향하여 삽입되어 상기 중간전극 판을 상기 중간전극에 고정하는 고정볼트를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 중간전극 판은, 상기 중간전극 판 상단 부에 상기 고정볼트가 삽입되는 고정홀이 형성될 수 있다.
한편, 상기 중간전극은 중간전극 일단 부에 상기 고정볼트가 삽입되어 상기 중간전극 내부에 배치되는 상기 중간전극 판을 고정할 수 있도록 상기 고정홈이 형성될 수 있다.
본 발명은 듀오플라즈마트론 플라즈마 생성부인 중간전극 내부에 교체 가능한 중간전극 판을 배치하여, 중간전극 내부의 오염원을 쉽게 제거할 수 있는 구조로 이온원 유지보수의 효율을 향상과 실험의 재현성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온원 장치의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 이온원 장치의 플라즈마 생성부의 분해도이다.
도 3은 도 1의 중간전극 및 중간전극 판의 결합을 확대한 확대도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 이온원 장치는 크게 플라즈마 생성부와 인출 전극부를 포함한다.
상기 플라즈마 생성부는 상기 인출 전극부의 후방에 형성되며, 상기 플라즈마 생성부와 상기 인출 전극부는 볼트결합 등으로 결합이 가능하여, 보수 및 전극 교체 시 분리하여 작업할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온원 장치의 단면도를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 이온원 장치의 플라즈마 생성부의 분해도이다. 도 3은 도 1의 중간전극 및 중간전극 판의 결합을 확대한 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 생성부(100)는, 플라즈마 생성용기(110) 내부에, 기체주입구, 캐소드 전극(120), 중간전극(130), 중간전극 판(150), 자기장 발생장치(180), 애노드 전극(140) 등이 배치되어 구성된다.
상기 플라즈마 생성용기(110)는 일단부에 이온빔 통과홀(H)을 포함하고, 내부에 전극을 구비하는 진공분위기의 방전공간을 가질 수 있도록 형성될 수 있다.
한편, 인공적으로 플라즈마를 생성하기 위해서는, 기체를 이온화 시키는 것이 필요하므로, 상기 플라즈마 생성용기(110)의 내부에 이온화할 기체가 주입 될 수 있도록, 상기 플라즈마 생성용기(110)의 타단에 기체주입구가 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 생성용기(110)에 주입된 기체들이 가속되는 전자와 충돌하여 이온화가 될 수 있도록, 상기 플라즈마 생성용기(110) 내부에 배치되는 전극들에 적절한 전압을 걸어주게 된다.
상기 캐소드 전극(120)은, 상기 플라즈마 생성용기(110) 내부에 배치되는데, 상기 이온빔 통과홀(H)에 대응하도록 배치된다. 상기 캐소드 전극(120)은, 바람직하게, 필라멘트 형상을 가질 수 있으며, 낮은 온도에서 높은 방출전류를 가지고 긴 수명이 보장되는 탄탈 또는 텅스텐 와이어로 형성될 수 있다.
상기 애노드 전극(140)은, 상기 이온빔 통과홀(H)에 대응하여 형성되며, 상기 캐소드 전극(120)에 대향하도록 배치된다.
상기 애노드 전극(140)은 다양한 형태로 제작하여 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 플라즈마 생성용기(110)와 동일한 재료 또는 상이한 재료 등으로 다양하게 제작 및 교체할 수 있다.
상기 중간전극(130)은, 상기 캐소드 전극(120)을 감싸는 형태로 상기 애노드 전극(140)과 상기 캐소드 전극(120) 사이에 형성되며, 이에 따라, 플라즈마 영역을 상기 캐소드 전극(120) 및 상기 중간전극(130) 사이의 영역과 상기 중간전극(130) 및 상기 애노드 전극(140) 사이의 영역으로 구분될 수 있도록 배치된다. 상기 중간전극(130)은, 바람직하게, 열 제거를 용이하게 하기 위하여 구리 등의 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 중간전극(130) 내부에는, 상기 중간전극(130)과 동일한 재질로 형성되거나 SUS 또는 알루미늄 등으로 형성되는 중간전극 판(150)이 배치된다.
상기 중간전극 판(150)은, 상기 중간전극(130) 내부의 형상과 대응하도록 형성되어, 상기 중간전극(130) 내부에 고정된다.
상기 중간전극(130) 내부에서는 상기 플라즈마 생성용기에 주입되는 기체를 방전하게 되는데, 예를 들어, 이산화탄소가 주입되었을 경우, 중간전극(130) 내부에는 이산화탄소의 분자들이 표면에 증착된다. 이와 같이, 이산화탄소 분자들이 증착되어 상기 중간전극(130) 내부의 표면이 오염되면 효율적인 방전이 일어나지 않는 문제점이 발생하게 되므로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중간전극 판(150)을 상기 중간전극(130) 내부에 배치하여, 이산화탄소 분자들이 상기 중간전극 판(150)의 내부에 대신 증착 될 수 있다.
상기 중간전극 판(150)은, 상기 중간전극(130) 및 중간전극 판(150) 내부에서 방전이 일어날 수 있는 공간을 확보하기 위하여 얇은 판으로 형성될 수 있다.
더욱 자세하게, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 중간전극 판(150)은, 상기 중간전극(130) 내부에 용이하게 장착하고 분리할 수 있도록, 상기 중간전극 판(150)에서 기체 주입구에 가까운 쪽의 단부에 고정볼트(170)를 삽입할 수 있는 고정홀(152)을 포함한다.
상기 고정볼트(170)는 상기 중간전극 판(150)의 내부에서 상기 중간전극 판(150)의 외부를 향하여 상기 고정홀(152)에 삽입되어, 상기 중간전극 판(150)을 상기 중간전극(130)에 고정할 수 있다. 바람직하게, 상기 고정볼트(170)는 고정볼트(170)일 수 있으나, 상기 고정볼트(170)를 고정볼트(170)의 형태에 한정하지 않는다.
상기 고정홀(152)에 삽입된 고정볼트(170)의 단부는 상기 중간전극(130) 내부에 상기 고정홀(152)에 대응하여 형성되는 고정홈(132)에 고정 삽입된다. 즉, 상기 고정홀(152), 고정홈(132) 및 고정볼트(170)에 의하여 상기 중간전극 판(150)이 상기 중간전극(130) 내부에 고정될 수 있으며, 작업자가 본 발명에 따른 듀오플라즈마트론의 이온원 장치를 유지보수 할 때, 고정볼트(170)만 풀어내어 오염된 중간전극 판(150)을 제거하여 유지보수 할 수 있다.
한편, 상기 애노드 전극(140)은, 상기 플라즈마 영역에서 압축된 고밀도 플라즈마를 확산시키고, 전자를 (+) 극성에 따른 성질에 의하여 인출하는 역할을 한다.
한편, 바람직하게, 상기 애노드 전극(140)은 가운데 이온빔 통과홀(H)이 형성되어, 그 중심이 상기 캐소드 전극(120), 중간전극(130) 및 인출 전극과 일직선상에 있도록 배치될 수 있다.
상기 확장컵(160)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 애노드 전극(140)을 고정하듯 상기 플라즈마 생성용기(110) 외부에 배치되어 형성된다.
상기 확장컵(160)은, 플라즈마의 밀도를 감소시키고, 플라즈마의 표면적을 확장시켜, 빔 전류를 증가시킬 뿐 아니라, 플라즈마의 단열 팽창으로 인한 빔 방출률을 감소시키고 방전 전류 진동의 레벨을 감소시키는 역할을 하며, 자기장의 영향을 받지 않도록 구리 등의 재질을 사용하여 자기장의 왜곡이 일어나지 않는다.
또한, 상기 확장컵(160)은 상기 플라즈마 생성용기(110)로부터 분리가 가능하여, 상기 애노드 전극(140) 교체가 용이할 수 있다.
상기 자기장 발생장치(180)는, 자극을 통해 자기장을 형성하고, 상기 중간전극(130)을 감싸도록 배치되는데, 바람직하게, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 생성용기(110)의 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 자기장 발생장치(180)는, 상기 캐소드 전극(120)과 중간전극(130)에 의해 발생하는 전자의 흐름이 상기 애노드 전극(140) 및 중간전극(130) 사이에 형성되는 상기 자기장에 의하여 구속되도록 설계될 수 있다. 바람직하게, 상기 자기장 발생장치(180)은 전자석일 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.
100: 플라즈마 생성부 110: 플라즈마 생성용기
120: 캐소드 전극 130: 중간전극
140: 애노드 전극 150: 중간전극 판
160: 확장컵 170: 고정장치
180: 자기장 발생장치

Claims (4)

  1. 일단부에 이온빔 통과홀을 갖는 플라즈마 생성용기;
    상기 플라즈마 생성용기의 타단부에 배치되어 상기 플라즈마 생성용기 내부로 기체를 주입하는 기체주입구;
    상기 플라즈마 생성용기 내부에 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 전자를 방출하는 캐소드전극;
    상기 캐소드 전극에 대향하고 이온빔이 통과할 수 있도록 형성된 애노드 전극;
    상기 캐소드 전극을 둘러싸며, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되는 중간전극; 및
    상기 플라즈마 생성용기 외부에서 상기 이온빔 통과홀에 대응하도록 배치되어 플라즈마의 밀도를 감소시키는 확장컵을 포함하고,
    상기 중간전극 내부에 배치되며, 상기 중간전극 내부 형상에 대응하도록 일체형으로 형성되어 상기 중간전극 내부 표면의 오염을 방지하고 플라즈마 생성 특성을 향상시키는 중간전극 판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀오플라즈마트론 이온원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간전극 판 내부에서 상기 중간전극 판 외부를 향하여 삽입되어 상기 중간전극 판을 상기 중간전극에 고정하는 고정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀오플라즈마트론 이온원 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중간전극 판은, 상기 중간전극 판 상단 부에 상기 고정장치가 삽입되는 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀오플라즈마트론 이온원 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중간전극은 중간전극 일단 부에 상기 고정장치가 삽입되어 상기 중간전극 내부에 배치되는 상기 중간전극 판을 고정할 수 있도록 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀오플라즈마트론 이온원 장치.
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Citations (3)

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KR20060032977A (ko) * 2006-03-24 2006-04-18 박래준 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 냉음극 연엑스선 발생관
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