KR102191159B1 - 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 가속기용 단위 셀에 형성되는 곡면 구조의 공동(cavity)을 가공하는 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법에 관한 것이다. 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법은 선형으로 연장되는 착용 유닛(11); 착용 유닛(11)의 한쪽 끝 부분에 형성되는 인서트 유닛(12); 및 인서트 유닛(12)의 끝 부분에 고정되면서 인서트 유닛(12)과 적어도 동일한 폭이 되면서 돌출 부분(131)이 형성된 가공 팁(13)을 포함한다.

Description

가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법{A Machining Tool for a Cell Unit of a Particle Accelerator and the Method for Producing the Same}

본 발명은 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법에 관한 것이고, 구체적으로 가속기용 단위 셀에 형성되는 곡면 구조의 공동(cavity)을 가공하는 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법에 관한 것이다.

컨테이너의 보안 검색기, 방사선 의료 장비 또는 비파괴 검사 장비에 적용되는 고주파 전자가속기는 전자 빔의 발생을 위한 전자 총, 전자 빔의 가속을 위한 고주파 가속 관, 고주파 가속 관에 고주파를 공급하는 고주파 발생 장치, 펄스 전원 장치 및 전자 빔의 충돌에 의하여 엑스선을 발생시키는 표적으로 이루어질 수 있다. 전자 가속기를 이루는 각각의 장치는 정밀한 제어가 요구되고, 다수 개의 단위 셀이 서로 결합되어 형성되는 고주파 가속 관은 전자 빔의 가속을 위하여 정밀한 기하학적 구조를 가질 필요가 있다.

특허공개번호 제10-2013-0129815호는 CNT 실을 전자빔 방출 소스로 사용하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부, 전자빔이 입사되어 가속되는 가속 관 및 고주파를 발생시키고, 전자빔 발생부와 가속 관에 고주파를 인가하고, 전자빔 발생부와 가속 관에 서로 다른 파워를 갖는 고주파를 인가하는 고주파 발생부를 포함하는 전자빔 발생 장치에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2014-0086859호는 전자빔을 생성하도록 배치된 직류 고압 전자 총; 메인 펄스 전력 신호를 제공하도록 배치된 펄스 전력원; 펄스 전력원이 출력하는 메인 펄스 전력 신호를 제1 펄스 전력 신호와 제2 펄스 전력 신호로 분할하는 전력 분배기; 제1 펄스 전력 신호를 이용하여 전자빔을 가속하는 제1 가속관; 제2 펄스 전력 신호를 이용하여 전자 빔을 가속하는 제2 가속관; 제2 가속관의 출력이 에너지가 연속적으로 조절되는 가속 전자빔을 생성하도록 제1 펄스 전력 신호와 제2 펄스 전력 신호 사이의 위상차를 연속적으로 조절하는 위상 천이기를 포함하는 정상파 전자 선형 가속기 장치에 대하여 개시한다.

전자 가속기에서 가속 관은 정상파의 형성, 항복 전압, RF 특성 또는 전기장 또는 자기장의 형성에 영향을 미치고 이에 의하여 가속되는 전자 빔의 특성을 결정하므로 그에 적합한 구조를 가질 필요가 있다. 특히 전자 빔의 공진 특성은 가속기 셀에 형성된 공동(cavity)의 기하학적 형상에 의하여 결정될 수 있고, 이러한 기하학적 형상은 공지된 가공 툴에 의하여 가공되기 어렵다. 그러므로 가속기 셀의 공동을 위하여 그에 적합한 가공 툴이 개발될 필요가 있고, 선행기술 또는 공지 기술은 이와 같은 가공 툴에 대하여 개시하지 않는다.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행기술 1: 특허공개번호 제10-2013-0129815호(한국원자력연구원, 2013년11월29일 공개) 전자빔 발생 장치 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2014-0086859호(칭화 유니버시티, 2014년07월08일 공개) 정상파 전자 선형 가속기 장치 및 그 방법

본 발명의 목적은 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 형성을 위한 가공 툴 및 그에 의한 가속기 셀을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 가속기용 단위 셀의 가공 툴 및 그에 의한 가속기용 단위 셀의 제조 방법은 선형으로 연장되는 착용 유닛; 착용 유닛의 한쪽 끝 부분에 형성되는 인서트 유닛; 및 인서트 유닛의 끝 부분에 고정되면서 인서트 유닛과 적어도 동일한 폭이 되면서 돌출 부분이 형성된 가공 팁을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 돌출 부분은 판 형상이 되면서 접촉 부분이 곡선 형상 또는 직선 형상이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가공 팁은 경사진 측면 구조를 가진다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가공 팁은 다이아몬드 또는 초경합금이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가속기용 단위 셀을 위한 셀 소재의 표면이 가공되는 단계; 전체적으로 평면 형상이 되면서 접촉 부분이 곡선 형상 또는 직선 형상이 되는 가공 팁을 가진 가공 툴이 준비되는 단계; 공진 공동 또는 커플링 공동의 형성을 위한 가공 경로가 형성되는 단계; 셀 소재 또는 가공 툴이 회전이 되면서 가공 툴이 선형으로 이동이 되는 단계; 및 상기 회전 및 선형 이동에 의하여 공진 공동 또는 커플링 공동이 형성되는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 가공 툴은 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동이 정해진 기하학적 형상으로 만들어지도록 한다. 이에 의하여 가공 툴에 의하여 가공된 가속기 셀이 정해진 주파수 대역에서 공진에 따른 에너지 흡수가 이루어지도록 한다. 본 발명에 따른 가공 툴은 다양한 규격의 가속기 셀에 적용되어 공진 공동의 표면 조도 또는 곡률 반지름이 가속기의 입자 가속 조건에 적합한 형상으로 만들어지도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀의 제조 방법은 소재의 측면을 고정하여 표면을 형성하는 것에 의하여 가공 과정에서 소재의 물리적 특성이 유지되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 단위 셀은 다양한 구조의 가속기 또는 다양한 대역의 엑스선 발생을 위한 가속 관에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 가공을 위한 가공 툴의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 가공을 위한 가공 툴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 가공 툴의 또 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 가공 툴이 적용되는 가속기 셀의 가공 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 가공 툴이 적용되는 머시닝 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 가공 방법에서 곡면 가공이 이루어지는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 가공 툴에 의하여 제도된 가속기 셀의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 가공을 위한 가공 툴의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 가속기용 단위 셀의 가공 방법은 선형으로 연장되는 착용 유닛(11); 착용 유닛(11)의 한쪽 끝 부분에 형성되는 인서트 유닛(12); 및 인서트 유닛(12)의 끝 부분에 고정되면서 인서트 유닛(12)과 적어도 동일한 폭이 되면서 돌출 부분(131)이 형성된 가공 팁(13)을 포함한다.

가속기 셀은 X-밴드 또는 S-밴드의 X선을 발생시킬 수 있는 가속기의 가속 관의 형성하는 구조적 단위체가 될 수 있고, 다양한 대역의 X-선의 발생을 위한 가속 관에 적용될 수 있다. 두 개의 단위 셀이 결합되어 하나의 가속기 셀을 형성할 수 있고, 다수 개의 가속기 셀이 서로 결합되어 가속 관을 형성할 수 있다. 가속기 셀은 가속 관의 반 AC-SC(half Accelerating Cavity-Side Coupling Cavity)를 형성할 수 있고, 두 개의 단위 셀이 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법에 의하여 서로 결합되어 공진 공동(resonant cavity)을 형성할 수 있다. 단위 셀은 다양한 종류의 가속기의 가속 관에 적용될 수 있다.

착용 유닛(11)은 위치 조절이 가능한 기기에 장착될 수 있는 다양한 구조로 만들어질 수 있고, 예를 들어 전체적으로 직선 형상으로 연장되는 튜브 형상이 될 수 있다. 착용 유닛(11)은 전체적으로 원형 단면이 되면서 원형의 일부가 선형이 되는 구조로 만들어져 안정적으로 기기에 장착될 수 있다. 선형 부분은 착용 유닛(11)의 길이 방향을 따라 연장되어 고정 면(112)을 형성할 수 있다. 착용 유닛(11)의 한쪽 끝에 점차적으로 반지름이 작아지면서 연장되는 원뿔 형상의 연결 부위(113)가 형성될 수 있다. 그리고 연결 부위(113)의 끝 부분에 인서트 유닛(12)이 결합되거나 형성될 수 있다.

인서트 유닛(12)은 원형의 단면을 가지는 선형 연장 구조가 될 수 있고, 내부에 유동 경로가 형성된 실린더 형상이 될 수 있다. 착용 유닛(11)에 또한 유동 경로와 연결되는 배출 경로가 형성될 수 있다. 인서트 유닛(12)은 연장 길이와 지름이 서로 관련성을 가지도록 형성될 수 있고, 예를 들어 연장 길이 : 지름 = 10: 2 내지 4가 되도록 형성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 인서트 유닛(12)의 길이는 5.6 내지 6이 되면서 지름은 1.6 내지 2.0이 될 수 있다. 인서트 유닛(12)은 깊이 형성 부분(121)과 팁 고정 부분(122)으로 이루어질 수 있고, 팁 고정 부분(122)은 연결 부위(113)와 유사하여 원뿔대 형상이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

가공 팁(13)은 팁 고정 부분(122)의 위쪽 부분에 결합될 수 있고, 원뿔대 형상의 팁 고정 부분(122)의 앞쪽으로 돌출되는 돌출 부분(131)을 형성하면서 깊이 형성 부분(121)으로 연장되는 형태로 인서트 유닛(12)에 결합될 수 있다. 도 1의 오른쪽 부분을 참조하면, 깊이 형성 부분(121)의 끝 부분으로부터 팁 고정 부분(122)의 위쪽 면에 계단 형상의 결합 면(CS)이 형성될 수 있고, 가공 팁(13)은 결합 면(CS)에 고정될 수 있다. 도 1의 아래쪽에 도시된 것처럼, 인서트 유닛(12)은 전체적으로 길이 방향을 따라 실린더의 한쪽 부분이 절단된 반 실린더 형상이 될 수 있고, 가공 팁(13)은 실린더 형상의 평면 위쪽 부분에 결합될 수 있다. 이와 같은 구조에서 인서트 유닛(12)에 유동 경로가 형성되지 않으며 연결 부위(113)의 끝 부분에 유입 홀(114)이 형성될 수 있다. 그리고 유입 홀(114)을 통하여 가공 과정에서 발생되는 칩이 배출되거나, 가공 과정에서 발생되는 열의 제거를 위한 냉각수가 공급될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 가공 팁(13)은 경사진 측면 구조를 가질 수 있다. 또한 가공 팁(13)의 돌출 부분(131)은 판 형상이 되면서 접촉 부분이 곡선 형상 또는 직선 형상이 된다.

가공 팁(13)은 인조 또는 천연 다이아몬드 소재로 만들어지거나 초경합금 소재로 만들어질 수 있다. 가공 팁(13)은 전체적으로 두께를 가진 판 형상이 되면서 가속기 셀 소재와 접촉이 되는 앞부분은 반원 형상과 같은 곡면 형상이 되거나, 아래에서 설명되는 것처럼 매우 큰 곡률 반지름을 가진 곡선 형상 또는 직선 형상이 될 수 있다.

도 1의 오른쪽 부분의 상세도를 참조하면, 가공 팁(13)은 인서트 유닛(12)의 끝 부분에 계단 형상으로 만들어진 결합 면(CS)에 고정될 수 있고, 두께의 일부가 인서트 유닛(12)의 위쪽으로 돌출될 수 있고, 예들 들어 두께의 1/4 내지 4/5이 인서트 유닛(12)의 위쪽 평면으로 돌출될 수 있다. 가공 팁(13)의 폭은 인서트 유닛(12)의 폭과 동일하거나, 클 수 있고, 예를 들어 인서트 유닛(12)의 폭에 대하여 10/10 내지 15/10이 되는 크기를 가질 수 있다. 가공 팁(13)은 또한 인서트 유닛(12)에 대응되는 부분에서 사각형상으로 연장되면서 인서트 유닛(12)의 깊이 형성 부분(121)의 끝 부분으로부터 반원 형상 또는 이와 유사한 곡면 형상이 될 수 있다. 예를 들어 반원 형상 또는 이와 유사하게 앞쪽으로 돌출되는 볼록한 곡면 형상이 될 수 있고, 0.9 내지 1.5 ㎜의 곡률 반지름을 가지면서 중심으로부터 양쪽 방향으로 90 내지 94도의 원주각을 가지도록 곡면 부분이 형성될 수 있다.

도 1의 아래쪽 부분에 도시된 것처럼, 가공 팁(13)은 앞쪽에서 볼 때 전체적으로 사각형이 되면서 두께를 형성하는 양쪽 면이 아래쪽 방향으로 가면서 안쪽으로 경사진 형상이 될 수 있다. 이에 따라 가공 팁(13)의 위쪽 면의 폭이 아래쪽 면의 폭에 비하여 클 수 있고, 도 1의 아래의 오른쪽에 화살표로 표시된 것처럼, 여유 각이 형성되도록 할 수 있다. 여유 각은 예를 들어 예를 들어 1 내지 5도의 각이 될 수 있고, 바람직하게 1.5 내지 3도가 될 수 있다. 가공 팁(13)의 위쪽 평면은 연결 부위(113)의 끝 부분에 형성되는 원형 단면을 상하로 이등분을 하는 위치에 배치될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

위에서 설명된 인서트 유닛(12) 또는 가공 팁(13)의 구조는 공진 공동 또는 커플링 공동의 곡면 가공을 위한 것이고, 특히 한 번의 공정 과정에 의하여 공진 공동 또는 커플링 공동이 가공될 수 있도록 한다.

아래에서 이와 같이 한 번의 공정 과정에 의하여 공진 공동 또는 커플링 공동이 가공이 되도록 하는 가공 툴의 다른 실시 예에 대하여 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 가공을 위한 가공 툴의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시 예와 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있고, 예를 들어 착용 유닛(11); 인서트 유닛(12); 및 가공 팁(13)을 포함할 수 있고, 가공 팁(13)은 다이아몬드 또는 초경합금으로 이루어질 수 있다. 아래에서 동일 또는 유사한 구조를 가지는 구조에 대하여 구체적으로 설명되지 않거나 생략이 된다. 다만 아래에서 설명이 되는 부분이 반드시 도 1과 서로 다른 구조가 되는 것이 아니며, 도 2에서 설명되는 구조가 도 1의 실시 예에 적용될 수 있다.

가공 팁(13)은 결합 면(CS)에 배치될 수 있고, 가공 팁(13)의 앞쪽 면은 경사면이 될 수 있다. 예를 들어 가공 팁(13)의 전체 두께는 0.4 내지 0.8 ㎜가 될 수 있고, 경사면은 위쪽 면에 수직이 되는 방향에 대하여 3 내지 8도의 경사각(LA)을 형성할 수 있다. 또한 가공 팁(13)은 길이 방향으로 연장되는 측면 연장 부분과 폭 방향으로 연장되는 돌출 부분(131)으로 이루어질 수 있다. 도 1의 실시 예와 달리 돌출 부분(131) 곡률 반지름이 매우 큰 곡선 형상이 되거나 직선 형상이 될 수 있고, 측면 연장 부분과 돌출 부분(131)은 곡선 형태로 연결될 수 있다. 예를 들어 가공 팁(13)의 폭이 2.5 내지 3.0 ㎜가 되는 경우 돌출 부분(131)의 폭은 0.8 내지 1.2 ㎜의 크기가 되는 접촉 길이(SL)를 가질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

가공 팁(13)은 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동의 형성을 위한 다양한 구조를 가질 수 있고, 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 2의 중간 부분을 참조하면, 연결 부위(113)는 원뿔대 형상이 될 수 있고, 원뿔대의 원주각(SA)은 50 내지 70도가 될 수 있다. 또한 도 2의 아래쪽 부분을 참조하면, 측면 연장 부분은 착용 유닛(11)의 방향으로 좁아지는 형상이 될 수 있고, 예를 들어 측면 연장 경사 각(C1, C2)은 인서트 유닛(12)의 연장 방향에 대하여 예를 들어 1 내지 3도가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이와 같은 측면 연장 경사 각(C1, C2)은 도 1에 제시된 실시 예의 여유 각에 대하여 동일 또는 유사한 크기로 형성될 수 있다.

도 1 또는 도 2에 제시된 인서트 유닛(12) 또는 가공 팁(13)의 구조는 오목한 곡면 형상을 가지는 가속 공동 또는 커플링 공동이 정해진 기하학적 구조를 가지도록 가공이 되도록 한다.

가공 팁(13)은 다양한 구조로 만들어져 다양한 형태의 인서트 유닛(12)에 결합될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 가공 툴의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로, 도 3의 (가), (나) 및 (다)는 사시도, 배면도 및 측면도를 각각 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, 가공 팁(13a)은 전체적으로 마름모 형상이 되는 팁 몸체(32); 팁 몸체(32)의 마름모 형상의 한쪽 모서리 부분을 형성하는 팁 부위(31); 및 경사 측면(33)을 포함할 수 있다. 팁 몸체(32)의 서로 마주보는 면은 서로 다른 면적을 가질 수 있고, 이에 따라 둘레 면은 경사 측면(33)을 형성할 수 있다. 경사 측면(33)은 예를 들어 5 내지 40도의 경사면을 형성할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 팁 부위(31)는 팁 몸체(32)에 대하여 계단 면을 형성할 수 있고, 팁 몸체(32)에 예를 들어 납땜(brazing) 또는 이와 유사한 방법으로 결합될 수 있다. 팁 부위(31)는 천연 또는 인조 다이아몬드와 같은 소재로 만들어질 수 있고, 끝 부분이 경사 날(cutter) 구조로 만들어질 수 있다. 팁 몸체(32)의 중앙 부분에 인서트 유닛(12)에 고정하기 위한 고정 홀(34)이 형성될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 착용 유닛(11)은 선형 구조로 만들어질 수 있고, 인서트 유닛(12)은 선형으로 연장되는 착용 유닛(11)에 대하여 꺾인 형상으로 만들어질 수 있다. 인서트 유닛(12)은 예를 들어 30 내지 60도의 각도로 꺾인 형상이 될 수 있고, 삼각형 형상의 삽입 고정 홈을 가질 수 있다. 삽입 고정 홈에 스크루 또는 핀과 같은 고정 수단(35)에 의하여 가공 팁(13a)이 고정될 수 있고, 고정된 상태에서 팁 부위(31)가 앞쪽으로 돌출되어 셀 소재와 접촉될 수 있다. 인서트 유닛(12)이 꺾인 형상으로 되고 이에 따라 팁 부위(31)가 회전 과정에서 기울어진 형태로 소재에 접촉하는 것에 의하여 마찰이 감소되면서 이와 동시에 가속 공동 또는 커플링 공동의 형성 과정에서 물결 형태(wave)가 만들어지는 것이 방지되도록 한다.

아래에서 위에서 설명된 가공 툴에 의하여 가속기를 위한 단위 셀이 제조되는 과정에 대하여 설명된다.

도 4a는 본 발명에 따른 가공 툴이 적용되는 가속기 셀의 가공 방법의 실시 예를 도시한 것이다.

도 4a를 참조하면, 가속기 셀의 가공 방법은 가속기용 단위 셀을 위한 셀 소재의 표면이 가공되는 단계(P42); 전체적으로 평면 형상이 되면서 접촉 부분이 곡선 형상 또는 직선 형상이 되는 가공 팁을 가진 가공 툴이 준비되는 단계(P43); 공진 공동 또는 커플링 공동의 형성을 위한 가공 경로가 형성되는 단계(P44); 셀 소재 또는 가공 툴이 회전이 되면서 가공 툴이 선형으로 이동이 되는 단계(P45); 및 상기 회전 및 선형 이동에 의하여 공진 공동 또는 커플링 공동이 형성되는 단계(P46)를 포함한다.

단위 셀은 X-밴드 또는 S-밴드의 X선을 발생시킬 수 있는 가속기의 가속 관의 형성하는 구조적 단위체가 될 수 있지만 이에 제한되지 않고, 다양한 대역의 X-선의 발생을 위한 가속 관에 적용될 수 있다. 단위 셀은 가속 관의 반 AC-SC(half Accelerating Cavity-Side Coupling Cavity)를 형성할 수 있고, 두 개의 단위 셀이 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법에 의하여 서로 결합되어 공진 공동(resonant cavity)을 형성할 수 있다. 단위 셀은 다양한 종류의 가속기의 가속 관에 적용될 수 있다.

단위 셀의 제조를 위하여 셀 소재가 준비되어야 하고, 셀 소재는 예를 들어 99.9 % 또는 99.99 % 이상의 순도를 가지는 무산소 구리(Oxygen Free Copper)로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 셀 소재는 분말 형태로부터 만들어질 수 있고, 두께 면을 가진 사각 판 형상이 될 수 있다. 분말 소재는 예를 들어 85 ㎛ 이하의 최대 직경을 가질 수 있고, 미리 결정된 형상을 가지는 금형에 투입되어 셀 소재로 만들어질 수 있다. 이와 같이 형성된 셀 소재는 10 ppm 이하의 산소 또는 이와 유사한 기체를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법으로 셀 소재가 준비되면(P41), 셀 소재의 표면이 가공될 수 있다(P42). 셀 소재의 표면 가공은 다양한 절삭 공구에 의하여 이루어질 수 있고, 절삭용 기계 또는 선반에서 단일 수정 다이아몬드(single crystal diamond)에 의하여 머시닝이 될 수 있다. 소재 표면은 예를 들어 형상 오차가 ±1 내지 ±6 ㎛, 바람직하게 ±1 내지 ±2.5 ㎛가 되도록 가공이 될 수 있고, 표면 거칠기가 Ra 0.01 내지 0.05 ㎛가 되도록 가공이 될 수 있다.

소재의 표면 가공 또는 공동(cavity)이 가공되는 과정에서 소재의 열 변형 또는 잔류 응력(residual stress)이 발생되지 않도록 할 필요가 있다. 또한 가공 툴 또는 셀 소재의 가공 위치에 대한 변이(deviation)로 인하여 돌출 띠(burr) 또는 파형(waviness)이 발생되지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 표면 가공 과정에서 소재의 고정을 위한 고정 지그와 소재의 접촉면이 작아지는 것이 유리하다. 예를 들어 셀 소재는 두께 면의 양쪽이 고정 지그에 접촉이 되면서 아래쪽 부분이 지그에 고정될 수 있다. 이와 같은 고정 구조에 의하여 셀 소재는 정해진 고정 위치에서 양쪽 면이 머시닝이 될 수 있다. 이에 의하여 가공된 단위 셀의 서로 다른 위치에서 두께 편차가 감소될 수 있다.

셀 소재의 두께 편차는 형상 오차와 유사하게 ±1 내지 ±6 ㎛, 바람직하게 ±1 내지 ±2.5 ㎛가 될 수 있고, 평면도(flatness)는 0.0001 내지 0.1 ㎜, 바람직하게 0.006 내지 0.05 ㎜, 가장 바람직하게 0.006 내지 0.01 ㎜가 될 수 있다. 평면도(flatness)는 기준선에 대한 하나의 점을 기준으로 모든 방향의 직선과 비교하여 측정되는 경사 수준을 의미한다. 또는 하나의 평면에서 최고의 높이가 되는 점과 최소의 높이가 되는 점 사이의 높이 차를 의미한다.

셀 소재의 표면이 미리 결정된 조건에 따라 가공이 되면 공동(cavity)의 가공을 위한 가공 툴이 준비될 수 있다(P43). 가공 툴은 도 1 또는 도 2에 제시된 실시 예와 동일 또는 유사한 구조를 가지는 가공 툴이 될 수 있다. 예를 들어 가공 툴은 전체적으로 평면 형상이 되면서 접촉 부분이 곡선 형상 또는 직선 형상이 되는 가공 팁이 될 수 있다. 가공 팁은 단결정 다이아몬드(Mono Crystalline Diamond) 소재 또는 다결정 다이아몬드(Poly Crystalline Diamond) 소재로 만들어지거나, 초경 티타늄 합금 또는 이와 유사한 강도를 가지는 소재로 만들어질 수 있다. 이와 같은 가공 툴이 준비되면, 셀 소재 및 가공 툴이 정해진 기기 또는 위치에 고정될 수 있다.

셀 소재는 예를 들어 스핀들과 같은 고정 공구에 고정될 수 있고, 고정 공구는 속도 조절이 가능한 모터와 같은 장치에 의하여 회전될 수 있다. 고정 공구에 셀 소재의 고정을 위한 장착 홈이 형성될 수 있고, 장착 홈에 셀 소재의 한쪽 면이 마주보도록 고정될 수 있다. 가공 툴은 고정 공구와 마주보도록 배치될 수 있고, 회전 또는 선형 이동이 가능하도록 배치될 수 있다. 또한 가공 툴은 바람직하게 5축 가공이 가능한 기기에 배치될 수 있다.

셀 소재와 가공 툴의 배치가 결정되면, 툴 이송 경로가 설정될 수 있다(P44). 툴 이송 경로는 셀 소재에 대한 상대적인 이동을 의미하고, 셀 소재의 이동 또는 회전 이동을 포함한다. 툴 이송 경로는 가속 공동의 둘레 면 또는 원주로부터 가속 공동의 중심에 이르는 선형 이동 경로를 의미한다. 툴 또는 소재가 회전이 되면서 이동이 될 수 있고, 곡면 가공을 위하여 툴은 다양한 각도로 소재에 접할 수 있다. 툴 이송 경로는 툴의 절삭 바이트의 소재에 대한 상대적인 이동 경로를 의미한다.

그리고 툴 이송 경로가 설정되면 소재 또는 가공 툴이 회전되면서 이와 동시에 소재와 툴의 상대적인 거리가 조절되면서(P45), 가속 공진 홀 또는 측면 커플링 공동이 형성될 수 있다(P46).

셀 소재와 가공 툴은 공동(cavity)의 둘레 면의 한 지점으로부터 중심에 이르는 선형 경로를 형성하고, 셀 소재는 선형 경로로 이동되는 과정에서 미리 결정된 속도로 회전이 될 수 있다. 소재의 표면을 비롯하여 공동의 표면을 가공하는 과정에서 소재의 표면에 가해지는 압력이 조절되면서 잔류 응력이 발생되지 않도록 할 필요가 있다. 이와 동시에 소재의 이동 방향에 수직이 되는 방향 또는 원주 방향으로 돌출 턱(burr) 또는 파형(waviness)이 생기지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 소재가 구리가 되고, 경도(hardness)가 (20 내지 60)HV30이 되는 경우 소재의 회전 속도가 100 내지 1,500 rpm, 바람직하게 300 내지 1,000 rpm, 가장 바람직하게 600 내지 800 rpm이 되고, 소재에 대한 툴의 상대적인 선형 이동 속도가 0.0001 내지 0.02 mm/rev, 바람직하게 0.0005 내지 0.01 mm/rev, 가장 바람직하게 0.0005 내지 0.005 mm/rev가 될 수 있다. 이와 같은 조건에서 가속 공진 공동 또는 측면 커플링 공정은 하나의 공정 과정에서 의하여 형성될 수 있다. 소재의 한쪽 표면에 가속 공진 공동이 형성될 수 있고, 소재의 다른 표면에 측면 커플링 공동이 형성될 수 있다. 가속 공진 공동 또는 측면 커플링 공동이 형성되면 필요에 따라 두께 면에 아래에서 설명되는 튜닝 홀이 형성될 수 있다. 이후 적절한 후처리 공정을 통하여 가속기용 단위 셀이 완성될 수 있다.

다수 개의 가속기용 단위 셀이 동일 또는 유사한 가공 공정을 통하여 만들어질 수 있고, 다수 개의 단위 셀이 예를 들어 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법에 의하여 서로 결합되어 가속 관을 형성할 수 있다.

가속기용 단위 셀은 다양한 방법으로 형성될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 4b는 본 발명에 따른 가공 툴이 적용되는 머시닝 장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 4b를 참조하면, 셀 소재의 표면 또는 측면 가공이 완료된 이후 가속 공진 공동 또는 측면 커플링 공동의 가공을 위하여 셀 소재가 장착 공구(40)에 고정될 수 있고, 장착 공구(40)는 예를 들어 스핀들과 같은 소재의 고정을 위한 공구에 고정될 수 있다. 장착 공구(40)는 다수 개의 고정 척(44a, 44b)에 의하여 정해진 위치에 고정되는 실린더 형상의 고정 실린더(41)의 원형 면(411)에 고정될 수 있다. 원형 면(411)에 필요에 따라 셀 소재(M)의 고정을 위한 고정 홈이 형성될 수 있지만 고정 홈은 선택적으로 형성될 수 있다.

가속 공진 공동(RC)의 형성을 위하여 셀 소재(M)의 전면이 가공 툴을 향하고, 셀 소재(M)의 후면이 원형 면(411)을 향하도록 셀 소재(M)가 원형 면(411)에 고정될 수 있다. 셀 소재(M)는 예를 들어 위에서 설명된 유동 홀에 의하여 원형 면(411)에 고정될 수 있다. 예를 들어 유동 홀을 관통하여 원형 면(411)에 고정되는 고정 핀(43a, 43b, 43c, 43d)에 의하여 고정 실린더(41)에 고정될 수 있다. 장착 공구(40)의 구조에 따라 셀 소재(M)의 가공되지 않는 표면은 하나의 표면에 공동(RC)이 형성되는 원형 면(411)으로부터 분리되어 유지될 수 있다.

셀 소재(M)가 장착 공구(40)에 고정되면 공동 가공 툴에 의하여 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동이 가공될 수 있고, 가공 툴은 미리 설정된 툴 이송 경로를 따라 이동되면서 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동이 가공되도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 가공 방법에서 곡면 가공이 이루어지는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 가공 툴은 전면(FS)으로부터 깊이 방향으로, 안쪽 방향으로 전면(FS) 방향으로, 다시 안쪽 방향으로 그리고 깊이 방향으로 이동되면서 하나의 가공 과정을 통하여 가속 공진 공동(AC) 또는 측면 커플링 공동(SC)을 형성할 수 있다. 공동(AC, SC)의 가공 과정에서 셀 소재(M)가 회전될 수 있고, 예를 들어 셀 소재의 회전 속도가 100 내지 1,500 rpm, 바람직하게 300 내지 1,000 rpm, 가장 바람직하게 600 내지 800 rpm이 될 수 있다.

셀 소재(M)가 회전되면서 가공 툴이 기준 라인(BL1, BL2)에 대하여 수직 방향으로 그리고 수평 방향으로 이동될 수 있다. 가속 공진 공동(AC) 또는 측면 커플링 공동(SC)을 형성하는 기준이 되는 기준 라인(BL1, BL2)은 체결 홀(26)을 기준으로 결정될 수 있다. 구체적으로 전면(FS) 또는 후면(RS)에 각각 4개의 체결 홀(26)이 형성될 수 있고, 체결 홀(26)을 기준으로 기준 라인(BL1, BL2)이 설정되고, 기준 라인(BL2, BL2)으로부터 이동 거리가 측정되면서 가속 공진 공동(AC) 및 측면 공진 공동(SC)의 시작 위치, 곡률 반지름, 수직 깊이, 수평 이동 거리 또는 중심 위치가 측정되면서 가속 공진 공동(AC) 및 측면 공진 공동(SC)이 가공될 수 있다. 각각의 단위 셀의 가공 과정에서 체결 홀(26)의 위치가 동일하게 결정되고, 이후 체결 홀(26)에 기초하여 가속 공진 공동(AC) 및 측면 공진 공동(SC)이 가공될 수 있다. 그리고 이와 같이 각각의 단위 셀이 가공되는 것에 의하여 가속 관의 형성을 위하여 단위 셀이 서로 결합되는 경우 정확하게 일치된 위치에 형성된 가속 공진 공동(AC) 또는 측면 공진 공동(SC)이 서로 결합될 수 있다. 셀 소재(M)에 대한 가공 툴의 상대적인 선형 이동 속도가 0.0001 내지 0.02 mm/rev, 바람직하게 0.0005 내지 0.01 mm/rev, 가장 바람직하게 0.0005 내지 0.005 mm/rev가 될 수 있다. 이와 같은 가공 과정에서 가공 툴은 형성되어야 할 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동(SC)의 둘레 면으로부터 중심에 이르도록 하나의 지름 방향을 따라 선형으로 이동될 수 있다. 선형 이동은 셀 소재(M)의 전면(FS) 또는 후면(RS)에 대하여 평행이 되는 기준 라인(BL1, BL2)에 대하여 수직이 되는 방향으로 이동을 포함한다. 형성되어야 하는 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동(SC)의 형상에 따라 가공 툴을 셀 소재(M)를 5축 또는 이와 유사한 방식으로 가공할 수 있다. 그리고 이와 같이 가공 툴이 둘레 면으로부터 중심으로 선형으로 이동되면서 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동(SC)을 형성하는 것에 의하여 다양한 조건이 요구되는 가속 공진 공동(RC) 또는 측면 커플링 공동(SC)에 적합한 형상이 만들어지도록 한다. 이로 인하여 본 발명에 따른 단위 셀에 의하여 만들어지는 가속 관에서 전자 빔이 요구되는 수준으로 가속되도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 가공 툴에 의하여 제도된 가속기 셀의 실시 예를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 위에서 설명된 제조 방법에 따른 가속기용 단위 셀(20)은 두께 면을 가지는 베이스 몸체(21); 및 베이스 몸체(21)의 두께 면을 관통하도록 형성된 도파 홀(225)을 중심을 중심으로 형성된 가속 공진 공동(22)을 포함하고, 가속 공진 공동(22)은 도파 홀(225)을 중심으로 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 적어도 두 개의 곡면 부분을 포함하고, 서로 인접하는 곡면 부분은 곡선 형상으로 연결된다.

단위 셀(20)은 다수 개가 서로 연결되어 가속 관을 형성할 수 있고, 가속 관은 집중 선형 가속기(Compact Linear Colliding Device: CLIC) 또는 이와 유사한 가속기에 적용될 수 있다. 단위 셀(20)은 반(half) AC-SC(Accelerating Cavity and Side Coupling Cavity) 블록이 될 수 있고, 두 개의 단위 셀(20)은 서로 결합되어 하나의 가속 공진 공동 또는 측면 커플링 공동을 형성할 수 있다.

베이스 몸체(21)는 두께 면을 가지는 직육면체 구조가 될 수 있고, 평면 형상의 전면(211); 전면(211)과 평행하도록 형성되는 후면(212); 및 전면(211)과 후면(212)을 연결하면서 두께 면을 형성하는 4개의 두께 면(213, 214, 215)으로 이루어질 수 있다. 전면(211) 및 후면(212)은 평면 구조로 이루어질 수 있고, 위에서 설명된 것처럼 전면(211) 또는 후면(212)의 평면도(flatness)는 0.0001 내지 0.1 ㎜, 바람직하게 0.006 내지 0.05 ㎜, 가장 바람직하게 0.006 내지 0.01 ㎜가 될 수 있다. 평면도(flatness)는 기준선에 대한 하나의 점을 기준으로 모든 방향의 직선과 비교하여 측정되는 경사 수준을 의미한다. 또는 하나의 평면에서 최고의 높이가 되는 점과 최소의 높이가 되는 점 사이의 높이 차를 의미한다. 대안으로 베이스 몸체(21)의 서로 다른 두 위치에서 두께 편차의 허용 범위가 위에서 제시된 범위가 될 수 있다.

베이스 몸체(21)의 한쪽 부분에 또는 다른 적절한 위치에 가속 공진 공동(22)이 형성될 수 있다. 가속 공진 공동(22)은 외부에서 유입되는 RF 고주파 에너지에 의하여 전자 빔이 공진이 되면서 에너지를 흡수하여 가속이 되는 영역이 될 수 있다. 이에 따라 가속 공진 공동(22)의 기하학적 구조가 단위 셀(20)의 설계의 주요 인자가 된다. 가속 공진 공동(22)은 베이스 몸체(21)의 한쪽 면을 기준으로 오목한 형상으로 만들어질 수 있고, 중심 부분에 베이스 몸체(21)를 관통하는 형상으로 가속되는 전자 빔이 유도되는 도파 홀(225)이 형성될 수 있다. 도파 홀(225)은 원형의 단면을 가질 수 있고, 도파 홀(225)의 주위로 차례대로 3, 2 및 1 유도 부분(224, 223, 222)이 형성될 수 있다. 그리고 1 유도 부분(222)의 주위로 공동 형성 부분(221)이 형성될 수 있다.

공동 형성 부분(221)은 두 개의 단위 셀(20)이 서로 결합되어 가속 공진 공동(22)이 외부에 대하여 밀폐가 되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 공동 형성 부분(221)은 전면(211)의 표면으로부터 내부를 향하여 계단 형상이 되는 원형 띠 형상이 될 수 있다. 공동 형성 부분(221)의 안쪽 원주면을 따라 1 유도 부분(222)이 형성될 수 있다. 1 유도 부분(222)은 공동 형성 부분(221)의 안쪽 원주면으로부터 전면(211)에 대하여 수직으로 연장되는 21 유도 부분과 11 유도 부분으로부터 도파 홀(225)의 방향으로 곡면으로 연장되는 12 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 그리고 12 유도 부분의 끝 부분으로부터 2 유도 부분(223)이 형성될 수 있다.

2 유도 부분(223)은 1 유도 부분(222)의 끝 부분으로 평면 형상 또는 그에 유사한 형상으로 연장되는 21 유도 부분과 21 유도 부분으로부터 전면 방향으로 향하도록 돌출되는 형상으로 연장되는 22 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 2 유도 부분(223)은 3 유도 부분(224)과 함께 도파 홀(225)이 형성되도록 하는 기능을 한다. 도파 홀의 형성을 위하여 3 유도 부분(224)은 위쪽 방향으로 또는 전면(211) 방향으로 향하는 곡면 구조로 형성될 수 있고 예를 들어 전체적으로 원뿔 형상으로 만들어질 수 있다. 구체적으로 3 유도 부분(224)은 2 유도 부분(223)에 비하여 작은 곡률 반지름을 가지면서 전면(211) 방향으로 연장되는 31 유도 부분과 31 유도 부분으로부터 다시 후면(212)으로 경사진 형상으로 연장되는 32 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 이러한 31 유도 부분과 32 유도 부분의 구조에 의하여 31 유도 부분과 32 유도 부분의 경계 부분에 원형의 골이 형성될 수 있다. 그리고 32 유도 부분의 끝 부분으로부터 실린더 형상의 도파 홀(225)이 형성될 수 있다. 도파 홀(225)은 전체적으로 속이 빈 실린더 형상이 되면서 전면(211)으로부터 후면(212)을 관통하는 형상으로 만들어질 수 있다. 이와 같은 가속 공진 공동(22)의 구조는 전기장 또는 자기장 분포에 의하여 다양한 모드로 전파되는 전자 빔이 외부에서 공급되는 고주파 RF 에너지를 흡수하여 가속이 되도록 한다. 이를 위하여 가속 공진 공동(22)은 적절한 내부 표면 조건을 가질 필요가 있다.

가속 공진 공동(22)의 내부 표면은 중심으로 둘레 면을 따라 서로 다른 곡률 반지름을 가지면서 부드럽게 이어지는 하나의 곡선 형상을 가진다. 하나의 곡선 형상은 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 경계 부분 또는 경계선을 형성하는 것을 의미한다. 하나의 곡선 형상은 예를 들어 산 또는 골과 같은 오목하거나 볼록한 부분을 포함할 수 있지만 이로 인하여 서로 다른 부분으로 구분되는 높이 차 또는 결(grain)을 형성하지 않는다. 이와 같은 가속 공진 공동(22)의 단일 곡선 형상은 절삭 공구 또는 이와 유사한 머시닝 공구(machining)에 의하여 외부로부터 중심으로 또는 공동 형성 부분(221)으로부터 도파 홀(225)의 방향으로 또는 그 반대 방향으로 한 번의 공정에 의하여 가공하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어 5축 가공 또는 이와 유사한 가공 방법에 의하여 공구 또는 단위 셀(20)을 위한 소재가 공동 형성 부분(221)과 도파 홀(225)에 이르는 거리만큼 이동되면서 형성될 수 있다. 이와 같은 가공 과정에서 서로 다른 곡률 반지름을 가진 면의 가공을 위하여 공구가 교체되거나 또는 소재의 고정 위치가 변경되지 않는다. 그리고 이와 같은 가공 공정에 의하여 곡면의 표면 조도는 예를 들어 0.005 내지 5 ㎛, 바람직하게 0.01 내지 2 ㎛, 가장 바람직하게 0.01 내지 0.2 ㎛가 될 수 있고, 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 경계 부분은 부드럽게 이어지면서 경계 부분의 표면 조도가 0.01 내지 0.2 ㎛가 될 수 있다. 이와 같은 구조적 특성에 의하여 가속 공진 공동(22)에서 원하는 공진 조건이 얻어질 수 있다.

가속 공진 공동(22)은 전체적으로 반-구형이 되면서 측면에 형성된 연결 홀(24)을 포함할 수 있다. 연결 홀(24)은 1 유도 부분(222)에 형성될 수 있고, 타원 또는 이와 유사한 형상으로 만들어질 수 있다. 연결 홀(24)은 가속 공진 공동(22)의 내부를 진공 상태로 만드는 기능을 가질 수 있고, 가속 공진 공동(22)의 측면에 측면 커플링 공동(23)이 형성되는 경우 두 개의 공동(22, 23)을 연결하는 기능을 가질 수 있다.

베이스 몸체(21)에 적어도 하나의 유동 홀(25)이 형성될 수 있고, 유동 홀(25)은 베이스 몸체(21)를 관통하는 형태로 만들어질 수 있고, 가속 공진 공동(22)의 주위에 사각 형상이 되도록 배치될 수 있다. 또한 유동 홀(25)은 측면 커플링 공동(23)은 둘레에 형성될 수 있다. 예를 들어 유동 홀(25)은 베이스 몸체(21)의 둘레를 따라 여섯 개가 형성될 수 있다. 유동 홀(25)은 작동 과정에서 가속 관을 냉각시키는 기능을 할 수 있고, 물과 같은 냉각 유체의 유동 경로가 될 수 있다.

베이스 몸체(21)의 전면(211)과 후면(212)에 각각 적어도 하나의 체결 홀(26a, 26b)이 형성될 수 있고, 각각의 체결 홀(26a, 26b)은 전면(211)과 후면(212)의 표면으로부터 두께 방향으로 수직이 되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 체결 홀(26a, 26b)은 베이스 몸체(21)의 두께의 1/3 내지 2/3의 깊이를 가지는 홈 형상으로 만들어질 수 있다. 서로 다른 두 개의 단위 셀(20)이 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법에 의하여 서로 결합시키기 위하여 체결 홀(26a, 26b)에 체결 핀이 결합될 수 있다. 또한 단위 셀의 제조 과정에서 체결 홀(26a, 26b)은 가속 공진 공동 또는 측면 커플링 공동을 형성하는 기준이 될 수 있다. 구체적으로 전면(211)에 형성되는 가속 공진 공동은 4개의 체결 홀(26a, 26b)을 기준으로 중심 및 둘레 면의 위치가 결정되고, 후면(212)에 형성되는 측면 커플링 공정은 2개의 체결 홀을 기준으로 중심 및 둘레 면의 위치가 결정될 수 있다.

단위 셀(20)은 가속 공진 공동(22)이 형성되는 깊이 방향과 반대 방향으로 깊이가 형성되는 측면 커플링 공동(23)을 포함할 수 있다. 측면 커플링 공동(23)은 가속 공진 공동(22)을 따라 유도되는 전자 빔의 전기장 또는 자기장의 모드에 따라 활성화가 될 수 있고, 전체적으로 가속 공진 공동(22)과 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 측면 커플링 공동(23)은 가속 공진 공동(22)의 측면에 위치할 수 있고, 베이스 몸체(21)의 평면을 기준으로 서로 반대되는 방향으로 전체적으로 반-구형으로 형성될 수 있다. 예를 들어 가속 공진 공동(22)은 전면(211)으로부터 후면(212)을 향하여 반-구형으로 형성될 수 있고, 측면 커플링 공동(23)은 후면(212)으로부터 전면(211)을 향하여 반-구형으로 형성될 수 있다.

측면 커플링 공동(23)은 중앙 부분에 속이 빈 실린더 구조로 만들어진 커플링 홀(235)을 포함할 수 있고, 커플링 홀(235)로부터 차례대로 3, 2 및 1 커플링 유도 부분(234, 233, 232)이 형성될 수 있다. 그리고 1 커플링 유도 부분(232)의 둘레 면을 따라 실린더 형상의 커플링 공동 유도 부분(231)이 형성될 수 있다.

커플링 공동 유도 부분(231)은 후면(212)으로부터 수직이 되는 방향으로 실린더 형상으로 연장될 수 있다. 1 커플링 유도 부분(232)은 커플링 공동 유도 부분(231)으로부터 안쪽 방향으로 곡면의 환형 고리 구조로 만들어질 수 있다. 2 커플링 유도 부분(233)은 1 커플링 유도 부분(232)의 끝 부분으로부터 후면(212)에 평행한 평면 형상으로 연장되는 21 커플링 유도 부분과 21 커플링 유도 부분으로부터 위쪽 방향으로 곡면 형상으로 연장되는 22 커플링 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 2 커플링 유도 부분(233)으로부터 3 커플링 유도 부분(234)이 형성될 수 있다.

3 커플링 유도 부분(234)은 전체적으로 돔 형상으로 만들어지면서 중앙 부분에 실린더 형상의 커플링 홀(235)이 관통되는 형상으로 배치되는 구조로 만들어질 수 있다. 구체적으로 3 커플링 유도 부분(234)은 2 커플링 유도 부분(233)으로 전체적으로 위쪽 방향으로 곡면 형상으로 연장되는 31 커플링 유도 부분과 31 커플링 유도 부분으로부터 후면(212)과 평행한 평면으로 연장되는 32 커플링 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 그리고 32 커플링 유도 부분의 중앙 부분에 베이스 몸체(21)를 관통하는 속이 빈 실린더 형상으로 만들어질 수 있다. 측면 커플링 공동(23)은 가속 공진 공동(22)과 임피던스 정합이 가능한 다양한 구조로 만들어질 수 있다.

가속 공진 공동(22) 또는 측면 커플링 공동(23)은 단위 셀(20)이 서로 결합되어 가속 관으로 만들어지면서 서로 정합이 될 필요가 있다. 이를 위하여 각각의 단위 셀이 튜닝(tuning)이 될 필요가 있다. 단위 셀(20)은 베이스 몸체(21)의 두께 면에 형성된 적어도 하나의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)을 포함할 수 있다. 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)은 가속 공진 공동(22)의 양쪽 측면에 형성될 수 있고, 예를 들어 베이스 몸체(21)의 긴 둘레 벽을 형성하는 1 두께 면(213) 및 1 두께 면(213)과 마주보는 2 두께 면(214)에 각각 형성될 수 있다. 또한 튜닝 홀(27e)은 짧은 둘레 벽을 형성하는 3 두께 면(215) 및 4 두께 면에 형성될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)은 두께 면(213, 214, 215)을 형성하는 평면에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 홀 형상이 될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)은 가속 공진 공동(22) 또는 측면 커플링 공동(23)을 중심으로 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)은 가속 공진 공동(22) 또는 측면 커플링 공동(23)의 깊이 및 폭의 중심 부분에 대응되도록 1, 2, 3 두께 면(213, 214, 215)에 형성될 수 있다. 그리고 각각의 두께 면(213, 214, 215)으로부터 가속 공진 공동(22) 또는 측면 커플링 공동(23)에 이르는 거리의 1/4 내지 4/5에 이르는 깊이, 바람직하게 1/2이 되는 깊이의 실린더 형상으로 만들어질 수 있다.

각각의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)은 단위 셀(20)에서 전자 빔이 흡수하는 주파수 대역의 튜닝을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 짧은 주파수 대역으로 튜닝을 위하여 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)에 주입 압력을 가할 수 있고, 긴 주파수 대역으로 튜닝을 위하여 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)로부터 흡입 압력이 가해질 수 있다. 각각의 튜닝 홀(27a, 27b, 27e)에 대한 튜닝은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

단위 셀(20)은 다수 개가 서로 결합되어 가속 관을 형성할 수 있고, 예를 들어 1 내지 50 GHz의 주파수를 가지는 에너지가 흡수되거나 해당 주파수 대역의 전자기파에 대하여 공진되는 구조로 만들어질 수 있다. 그리고 X-밴드 또는 S-밴드의 전자기파가 발생되도록 할 수 있다. 그리고 이에 적합한 규격을 가질 필요가 있다.

본 발명에 따른 가공 툴 또는 제조 방법은 다양한 구조를 가지는 가속기용 단위 셀의 가공에 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 가공 툴은 가속기 셀의 공진 공동 또는 커플링 공동이 정해진 기하학적 형상으로 만들어지도록 한다. 이에 의하여 가공 툴에 의하여 가공된 가속기 셀이 정해진 주파수 대역에서 공진에 따른 에너지 흡수가 이루어지도록 한다. 본 발명에 따른 가공 툴은 다양한 규격의 가속기 셀에 적용되어 공진 공동의 표면 조도 또는 곡률 반지름이 가속기의 입자 가속 조건에 적합한 형상으로 만들어지도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀의 제조 방법은 소재의 측면을 고정하여 표면을 형성하는 것에 의하여 가공 과정에서 소재의 물리적 특성이 유지되도록 한다. 추가로 본 발명에 따른 단위 셀은 다양한 구조의 가속기 또는 다양한 대역의 엑스선 발생을 위한 가속 관에 적용될 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: 착용 유닛 12: 인서트 유닛
13: 가공 팁 13a: 가공 팁
20: 단위 셀 21: 베이스 몸체
22: 가속 공진 공동 23: 측면 커플링 공동
24: 연결 홀 25: 유동 홀
26: 체결 홀 26a, 26b: 체결 홀
27a, 27b, 27e: 튜닝 홀 31: 팁 부위
32: 팁 몸체 33: 경사 측면
34: 고정 홀 35: 고정 수단
40: 장착 공구 41: 고정 실린더
43a, 43b, 43c, 43d: 고정 핀 44a, 44b: 고정 척
112: 고정 면 113: 연결 부위
114: 유입 홀 121: 깊이 형성 부분
122: 팁 고정 부분 131: 돌출 부분
211: 전면 212: 후면
213, 214, 215: 1, 2, 3 두께 면 221: 공동 형성 부분
222, 223, 224: 1, 2, 3 유도 부분
225: 도파 홀 231: 커플링 공동 유도 부분
232, 233, 234: 1, 2, 3 커플링 유도 부분
235: 커플링 홀 411: 원형 면
AC: 가속 공진 공동 BL1, BL2: 기준 라인
C1, C2: 측면 연장 경사 각 CS: 결합 면
FS: 전면 LA: 경사각
M: 셀 소재 RC: 가속 공진 공동
RS: 후면 SA: 원주각
SC: 측면 커플링 공동 SL: 접촉 길이

Claims (2)

1. 선형으로 연장되는 착용 유닛(11);
   착용 유닛(11)의 한쪽 끝 부분에 형성되는 인서트 유닛(12); 및
   인서트 유닛(12)의 끝 부분에 고정되면서 인서트 유닛(12)과 적어도 동일한 폭이 되면서 돌출 부분(131)이 형성된 가공 팁(13)을 포함하고,
   인서트 유닛(12)은 내부에 유동 경로가 형성되고 끝부분에 계단 형상의 결합 면(CS)이 형성되며,
   가공 팁(13)은 다이아몬드 또는 초경합금이 되고, 두께를 형성하는 양쪽 면이 아래쪽 방향으로 가면서 안쪽으로 경사진 형상을 가지며,
   돌출 부분(131)은 판 형상이 되면서 가속기 셀 소재와 접촉이 되는 앞부분은 곡면 형상이 되고,
   착용 유닛(11)의 한쪽 끝에 점차적으로 반지름이 작아지면서 연장되는 연결 부위(113)의 끝 부분에 인서트 유닛(12)이 결합되며,
   인서트 유닛(12)은 원형의 단면을 가지는 선형 연장 구조의 실린더 형상이 되며, 깊이 형성 부분(121) 및 원뿔대 형상의 팁 고정 부분(122)으로 이루어지며, 가공 팁(13)은 팁 고정 부분(122)의 위쪽 부분에 팁 고정 부분(122)의 앞쪽으로 돌출되는 돌출 부분(131)을 형성하면서 깊이 형성 부분(121)으로 연장되는 형태로 인서트 유닛(12)에 결합되며, 깊이 형성 부분(121)의 끝 부분으로부터 팁 고정 부분(122)의 위쪽 면에 형성된 상기 계단 형상의 결합 면(CS)에 가공 팁(13)이 고정되고 가공 팁(13)의 두께의 일부가 인서트 유닛(12)의 위쪽으로 돌출되는 가속기용 단위 셀의 가공 툴.
   
   
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