KR102165370B1

KR102165370B1 - 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템

Info

Publication number: KR102165370B1
Application number: KR1020190013169A
Authority: KR
Inventors: 채종서; 남궁호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-10-14
Also published as: KR20200095278A

Abstract

본 발명은 한 대의 사이클로트론으로 질량이 다른 상이한 종류의 하전입자를 가속가능한 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템에 관한 것으로, 상기 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템은 상하 대칭이며 동일한 형상 및 크기를 갖는 상부 요크 및 하부 요크, 상기 상부 요크 내에 설치되는 상부 전자석 세트, 상부 디(dee) 세트, 상기 하부 요크 내에 설치되는 하부 전자석 세트, 하부 디(dee) 세트, 상기 상부 요크 상부에 위치하며, 하전입자를 생성하는 하전입자 소스, 상기 하전입자 소스로부터 하전입자를 전달받는 하전입자 전달부, 상기 하전입자 전달부로부터 상기 하전입자를 전달받아 상부 사이클로트론 캐비티와 하부 사이클로트론 캐비티로 출력하는 인플렉터,제1 고주파 고전압을 상기 상부 디 세트로 출력하는 제1 RF 앰프, 제2 고주파 고전압을 상기 하부 디 세트로 출력하는 제2 RF 앰프, 상기 상부 디 세트로 인가된 제1 고주파 고전압 통해 제1 고주파 전장을 발생시키는 상부 캐비티, 상기 하부 디 세트로 인가된 제2 고주파 고전압 통해 제2 고주파 전장을 발생시키는 하부 캐비티를 포함할 수 있다.

Description

다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템{CYCLOTRON HAVING MULTIFLE CYCLOTRON}

본 발명은 질량이 상이한 하전입자를 한 대의 사이클로트론으로 가속시킬 수 있는 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템에 관한 것이다.

기존의 사이클로트론은 설계 단계에서 목표로 한 하나의 하전입자만을 가속할 수 있었다. 질량이 상이한 하전입자를 가속하고자 하는 경우에는 사이클로트론 전자석의 쉬밍바를 교체하거나, RF 캐비티의 가속 주파수, 전압 등을 교체해야만 했었다.

또한, 이러한 교체 작업을 수행하기 위해, 사이클로트론의 가동을 멈추고 부속품을 변경해야하는 등의 긴 작업시간이 필요했다.

대한민국공개공보 1020060129392 (2006.12.15 공개)

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 한 대의 사이클로트론으로 질량이 다른 상이한 종류의 하전입자를 가속시키는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템은 상하 대칭이며 동일한 형상 및 크기를 갖는 상부 요크 및 하부 요크, 상기 상부 요크 내에 설치되는 상부 전자석 세트, 상부 디(dee) 세트, 상기 하부 요크 내에 설치되는 하부 전자석 세트, 하부 디(dee) 세트, 상기 상부 요크 상부에 위치하며, 하전입자를 생성하는 하전입자 소스, 상기 하전입자 소스로부터 하전입자를 전달받는 하전입자 전달부, 상기 하전입자 전달부로부터 상기 하전입자를 전달받아 상부 사이클로트론 캐비티와 하부 사이클로트론 캐비티로 출력하는 인플렉터, 제1 고주파 고전압을 상기 상부 디 세트로 출력하는 제1 RF 앰프, 제2 고주파 고전압을 상기 하부 디 세트로 출력하는 제2 RF 앰프, 상기 상부 디 세트로 인가된 제1 고주파 고전압 통해 제1 고주파 전장을 발생시키는 상부 캐비티, 상기 하부 디 세트로 인가된 제2 고주파 고전압 통해 제2 고주파 전장을 발생시키는 하부 캐비티를 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 전자석 세트의 자장 및 제1 고주파 전장에 의해 제1 하전입자가 가속되어 사이클로트론 외부로 방출되고, 상기 하부 전자석 세트의 자장 및 제2 고주파 전장에 의해 제2 하전입자가 가속되어 사이클로트론 외부로 방출될 수 있다.

또한, 상기 상부 디 세트와 상기 하부 디 세트는 형상 또는 크기가 상이할 수 있다.

또한, 상기 상부 전자석 세트와 상기 하부 전자석 세트는 형상 또는 크기가 상이할 수 있다.

또한, 상기 제1 하전입자는 14-C이고, 상기 제2 하전입자는 13-C일 수 있다.

본 발명은 사이클로트론 가동 중에 질량이 다른 상이한 종류의 하전입자를 가속시켜 한 대의 사이클로트론으로 다양한 용도의 빔을 얻을 수 있고 질량분석기로 활용가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 한 대의 사이클로트론을 다양한 용도로 활용가능한 바, 사이클로트론 영선시설의 크기를 감소할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 디 세트와 제2 RF 앰프가 연결된 것을 도시한 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고,유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로트론은 내부에 복수의 RF 캐비티를 설치하고, 각 RF 캐비티마다 인가되는 RF 주파수 및 가속전압을 상이하게 인가함으로써, 사이클로트론 전자석의 자기장을 복수의 평면에서 상이한 3D 자기장 필드를 갖게 하여 하나의 사이클로트론에서 질량이 상이한 여러 종류의 입자를 가속시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템은 하전입자 소스(100), 하전입자 전달부(200), 상부 요크(310), 상부 전자석 세트(312), 상부 디(dee) 세트(311), 하부 요크(320), 하부 전자석 세트(322), 하부 디(dee) 세트(321), 인플렉터(400), 제1 RF 앰프(510), 제2 RF 앰프(520), 제1 RF 전달부(511), 제2 RF 전달부(521)를 포함할 수 있다.

상기 상부 요크(310)와 하부 요크(320)는 상하 대칭인 동일한 형상 및 크기이다.

본 발명의 하전입자 소스(100)는 상부 요크(310)의 상부에 설치되며, 하전입자를 생성하고, 생성된 하전입자를 하전입자 전달부(200)를 통해 인플렉터(400)로 전달한다.

본 발명의 상부 요크(310) 및 하부 요크(320)는 원통형으로, 상부 요크(310)와 하부 요크(320)가 결합되면서, 상부 코일, 상부 전자석 세트(312), 상부 디(dee) 세트(311), 하부 전자석 세트(322), 하부 디(dee) 세트(321), 인플렉터(400)를 담고, 자기 차폐를 한다. 상기 상부 요크(310) 및 하부 요크(320)는 원주부에 일정 구간이 절결된 절결구간이 한 개이상 형성될 수 있다. 상기 상부 요크(310)와 하부 요크(320)가 결합되면, 상기 상·하부 절결구간은 절결홀을 형성하게 되며, 이 절결홀에 제1 RF 앰프(510)와 제2 RF 앰프(520)로부터 출력된 RF를 전달하는 제1 RF 전달부(511), 제2 RF 전달부(521)가 설치될 수 있다.

본 발명의 인플렉터(400)는 하전입자 소스(100)와 동일한 중심축을 갖는 사이클로트론 중심축에 설치되며, 하전입자 소스(100)로부터 하전입자를 입사받아 90도 꺽은 후 상부 사이클로트론 캐비티와 하부 사이클로트론 캐비티로 출력한다. 예컨대, 상기 하전입자 소스(100)는 12-C. 13-C, 14-C를 생산하고, 하전입자 전달부(200)를 통해 인플렉터(400)로 전달할 수 있다.

여기서, 상기 상부 사이클로트론 캐비티는 상부 요크(310) 내부에 형성되고, 하부 사이클로트론 캐비티는 하부 요크(320) 내부에 형성된다.

상기 제1 RF 앰프(510)는 제1 RF 전달부(511)로 제1 고주파 고전압 출력하고, 상기 제1 RF 전달부(511)는 전달받은 제1 고주파 고전압을 상부 디 세트(311)로 출력한다. 상부 디 세트(311)는 인가받은 제1 고주파 고전압 통해 사이클로트론 상부 캐비티에서 제1 고주파 전장을 발생시킨다. 제1 하전입자는 상부 전자석 세트(312)의 자장 및 제1 고주파 전장에 의해 가속되어 사이클로트론 외부로 방출된다. 예컨대, 상기 상부 전자석 세트(312)의 자장 및 제1 고주파 전장에 의해 14-C가 사이클로트론 상부에서 나선을 그리며 가속될 수 있다. .

상기 제2 RF 앰프(520)는 제2 RF 전달부(521)로 제2 고주파 고전압 출력하고, 상기 제2 RF 전달부(521)는 전달받은 제2 고주파 고전압을 하부 디 세트(321)로 출력한다. 상기 하부 디 세트(321)는 인가받은 제2 고주파 고전압을 통해 사이클로트론 하부 캐비티에서 제2 고주파 전장을 발생시킨다. 제2 하전입자는 하부 전자석 세트(322)의 자장 및 제2 고주파 전장에 의해 가속된다. 예컨대, 상기 하부 전자석 세트(322)의 자장 및 제2 고주파 전장에 의해 13-C가 사이클로트론 하부에서 나선을 그리며 가속될 수 있다.

상기 상부 디 세트(311)와 상기 하부 디 세트(321)는 하전입자와 상기 하전입자의 가속 조건에 따라 형상이나 크기가 상이하도록 설계될 수 있다.

또는, 상부 전자석 세트와 하부 전자석 세트(322)도 하전입자와 상기 하전입자의 가속 조건에 따라 형상이나 크기가 상이하도록 설계될 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다.

따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

상하 대칭이며 동일한 형상 및 크기를 갖는 상부 요크 및 하부 요크;
상기 상부 요크 내에 설치되는 상부 전자석 세트, 상부 디(dee) 세트;
상기 하부 요크 내에 설치되는 하부 전자석 세트, 하부 디(dee) 세트;
상기 상부 요크 상부에 위치하며, 하전입자를 생성하는 하전입자 소스;
상기 하전입자 소스로부터 하전입자를 전달받는 하전입자 전달부;
상기 하전입자 전달부로부터 상기 하전입자를 전달받아 상부 사이클로트론 캐비티와 하부 사이클로트론 캐비티로 출력하는 인플렉터;
제1 고주파 고전압을 상기 상부 디 세트로 출력하는 제1 RF 앰프;
제2 고주파 고전압을 상기 하부 디 세트로 출력하는 제2 RF 앰프;
상기 상부 디 세트로 인가된 제1 고주파 고전압 통해 제1 고주파 전장을 발생시키는 상부 캐비티;
상기 하부 디 세트로 인가된 제2 고주파 고전압 통해 제2 고주파 전장을 발생시키는 하부 캐비티를 포함하며,
상기 상부 전자석 세트의 자장 및 제1 고주파 전장에 의해 제1 하전입자가 가속되어 사이클로트론 외부로 방출되고,
상기 하부 전자석 세트의 자장 및 제2 고주파 전장에 의해 제2 하전입자가 가속되어 사이클로트론 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템.
제1항에 있어서, 상기 상부 디 세트와 상기 하부 디 세트는 형상 또는 크기가 상이거나,
상기 상부 전자석 세트와 상기 하부 전자석 세트는 형상 또는 크기가 상이한 것을 특징으로 하는 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 하전입자는 14-C이고, 상기 제2 하전입자는 13-C 인 것을 특징으로 하는 다중 캐비티를 포함하는 사이클로트론 시스템.