KR102170156B1 - 다중 이온소스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이클로트론에서 인출되는 빔 전류를 높이기 위해 이온원에서 생성된 하전입자를 방출하기 위한 슬롯을 여러 개 형성하는 다중 이온소스에 관한 것이다. 상기 다중 이온소스는 하전입자를 방출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하며, 제1 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치와 상기 제2 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치는 RF 마루 또는 골에 대해 소정의 오프셋을 갖는 지점을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 이온소스 {Multiple ion source}

본 발명은 사이클로트론 다중 이온소스에 관한 것으로, 더욱 상세히는 사이클로트론 내부에 장착되며 이온 방출 슬롯이 복수인 다중 이온소스에 관한 것이다.

종래의 양성자 사이클로트론은 등시의(isochronous) AVF 전자석으로 구성된다. 양성자 전류는 이온소스의 종류에 의존적이다. 이온소스의 종류는 사이클로트론 내부에 장착되는 PIG 이온소스와 사이클로트론 외부에 장착되는 다중첨단(multicusp) 이온소스이다.

종래에 사이클로트론에 설치된 PIG 이온소스에서 생성된 이온은 단일의 빔 인출구를 통해 방출되며, 상기 이온소스에서 방출된 하전입자는 사이클로트론 내부의 자기장에 의해 하나의 경로를 가지며 소정의 입자 궤도를 통해 가속된다.

사이클로트론에서는 이온소스에서 인출되는 DC 빔을 AC로 번칭하게 되는데 이 번칭 과정에서 빔 전류의 효율이 떨어진다.

대한민국특허공보 특1992-0003157 (1992.04.20 공고)

본 발명은 사이클로트론에서 방출되는 빔 전류의 효율을 높일 수 있는 다중 이온소스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 이온소스는 사이클로트론에서 이온 빔을 생성하도록 하전입자를 상기 사이클로트론 내부로 방출할 수 있다.

또한, 상기 다중 이온소스는 상기 사이클로트론 내부에 배치되며, 하전입자를 생성하는 이온원과 상기 이온원에서 생성된 하전입자를 방출하는 제1 슬롯과 제2 슬롯을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 슬롯에서 출력되는 빔과 상기 제2 슬롯에서 출력되는 빔의 각도는 상이할 수 있다.

또한, 상기 방출된 하전입자는 사이클로트론 내부에 인가된 RF에 의해 가속되어 사이클로트론 외부로 방출되며, 상기 제1 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치와 상기 제2 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치는 RF 마루 또는 골에 대해 소정의 오프셋을 갖는 지점일 수 있다.

또한, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 RF TOF(time of flight)는 상기 RF 주기의 1/4일 수 있다.

또한, 상기 RF 주기는 12ns며, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 RF TOF는 3ns일 수 있다.

또한, 상기 오프셋은 상기 마루 또는 골의 진폭의 50%일 수 있다..

본 발명의 다중 이온소스는 사이클로트론에서 인출되는 빔 전류를 높이는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 방사성 동위원소 생산 수율을 높여, 의료분야 이외에 중성자 래디오그래피 등 중성자 생산 수율을 높여 다양한 분야에서 활용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 사이클로트론에 설치된 본 발명의 다중 이온소스을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 거리 설정에 기반이 되는 RF TOF를 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 다중 이온소스(40)는 사이클로트론(100) 내부에 장착된다. 상기 다중 이온소스(40)는 사이클로트론(100)에서 이온 빔을 생성하도록 하전입자를 상기 사이클로트론(100) 내부로 방출한다.

상기 사이클로트론(100)은 서로 마주 보는 2쌍의 전자석(10), 코일(20), RF 디(dee)(30)를 포함할 수 있으며, 상기 다중 이온소스(40)는 사이클로트론(100) 내부의 중심에 배치된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 다중 이온소스(40)는 하전입자를 생성하는 이온원과 상기 이온원에서 생성된 하전입자를 방출하는 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b)을 포함한다.

이온원에서 생성된 하전입자는 상기 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b)을 따라서 이온 빔 형태로 다중 이온소스(40) 밖으로 출력된다. 다만, 편의상, 도 1은 다중 이온소스(40)에 2개의 슬롯이 포함된 것으로 도시하였으나, 사이클로트론(100) 내부의 컨디션 및 용도에 따라 2개 이상의 슬롯이 포함될 수 있다.

상기 제1 슬롯(42a)에서 방출되는 하전입자는 제1 각도로 출력되며, 제2 슬롯(42b)에서 출력되는 하전입자는 제2 각도로 출력된다. 즉, 제1 슬롯(42a)에서 출력되는 하전입자와 제2 슬롯(42b)에서 출력되는 하전입자의 각도는 상이하여, 다중 이온소스(40)에서 방출되는 전체 빔의 전류가 상승되는 장점이 있다.

상기 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b)에서 방출된 하전입자는 사이클로트론(100) 내부로 인가된 RF에 의해 나선형으로 가속되고, 가속된 하전입자는 이온빔 형태로 사이클로트론(100) 외부로 방출된다.

제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b)에서 방출되는 하전입자를 가속하기 위해, 초기 하전입자의 위치가 중요하다, 이러한 초기 하전입자의 위치에 따라 가속 위상이 달라진다.

기존의 사이클로트론(100)에 설치되는 다중 이온소스(40)의 초기 위치는 RF 디(dee)(30)와 빔 동역학 해석을 통해 진행되며, 주로 RF 위상의 마루 또는 골에 위치하도록 설계된다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 이온소스(40)에서 방출된 초기 하전입자의 위치는 RF 위상의 마루 또는 골에서 오프셋(offset)을 두어 제1 슬롯(42a)에서 방출된 하전입자와 제2 슬롯(42b)에서 방출된 하전입자가 모두 가속 위상에 진입하도록 한다.

도 2를 참조하면, 상기 오프셋은 마루 또는 골의 1/2 진폭일 수 있다.

이를위해 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b) 간의 RF TOF의 간격이 RF 주기의 1/4이 되도록 할 수있다. 여기서, RF TOF(time of flight)라 함은 다중 이온소스(40)에서 방출된 하전입자가 사이클로트론(100) 내부의 RF에 의해 가속되어 사이클로트론(100) 밖으로 방출되는데까지 걸리는 시간을 의미한다.

하나의 실시예로 RF가 83.2MHz인 경우에, RF 주기는 12ns이다. 따라서, 이 경우 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b) 간의 RF TOF를 3ns가 되도록 제1 슬롯(42a)과 제2 슬롯(42b)을 배치한다면, 제1 슬롯(42a)에서 방출된 하전입자와 제2 슬롯(42b)에서 방출된 하전입자가 모두 가속 위상에 진입할 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 (4)

1. 사이클로트론에서 이온 빔을 생성하도록 하전입자를 상기 사이클로트론 내부로 방출하는 다중 이온소스에 있어서,
   상기 다중 이온소스는 상기 사이클로트론 내부에 배치되며, 하전입자를 생성하는 이온원과 상기 이온원에서 생성된 하전입자를 방출하는 제1 슬롯과 제2 슬롯을 포함하며,
   상기 제1 슬롯에서 출력되는 빔과 상기 제2 슬롯에서 출력되는 빔의 각도는 상이하며,
   상기 방출된 하전입자는 사이클로트론 내부에 인가된 RF에 의해 가속되어 사이클로트론 외부로 방출되며,
   상기 제1 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치와 상기 제2 슬롯에서 방출된 초기 하전입자의 위치는 RF 마루 또는 골에 대해 소정의 오프셋을 갖는 지점인 것을 특징으로 하는 다중 이온소스
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 RF TOF(time of flight)는 상기 RF 주기의 1/4인 것을 특징으로 하는 다중 이온소스.
3. 제2항에 있어서,
   제1항에 있어서, 상기 RF 주기는 12ns며, 상기 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 RF TOF는 3ns인 것을 특징으로 하는 다중 이온소스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 오프셋은 상기 마루 또는 골의 진폭의 50%인 것을 특징으로 하는 다중 이온소스.

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