KR102192187B1

KR102192187B1 - Ion source

Info

Publication number: KR102192187B1
Application number: KR1020190027444A
Authority: KR
Inventors: 김동환; 최재영; 최규민; 황용석; 이건; 정경재
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-12-16
Also published as: KR20200108598A

Abstract

본 발명의 일실시예는 일단(一端)에서 타단(他端)으로 이어지는 중공부를 형성하는 아노드(anode); 상기 아노드의 일단에 위치하며 상기 아노드를 마주하는 제1 캐소드(cathode); 그리고 상기 아노드의 타단에 위치하며 상기 아노드를 마주하고, 상기 아노드를 기준으로 상기 제1 캐소드의 맞은편에 위치하는 제2 캐소드를 포함하고, 상기 제2 캐소드는, 상기 아노드의 타단에 위치하며, 상기 아노드를 향하여 개방된 중공부를 형성하는 제2 캐소드 바디; 상기 제2 캐소드 바디에 연결되고, 상기 제2 캐소드 바디를 기준으로 상기 아노드의 맞은편에 위치하는 제2 캐소드 패널; 그리고 상기 제2 캐소드 패널에 형성된 캐소드 홀(cathode hole)을 포함하는, 이온 소스(ion source)를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention is an anode (anode) forming a hollow portion leading from one end (一端) to the other end (他端); A first cathode positioned at one end of the anode and facing the anode; And a second cathode positioned at the other end of the anode, facing the anode, and positioned opposite the first cathode with respect to the anode, and the second cathode, the other end of the anode A second cathode body positioned at and forming a hollow portion opened toward the anode; A second cathode panel connected to the second cathode body and positioned opposite the anode with respect to the second cathode body; In addition, an ion source including a cathode hole formed in the second cathode panel may be provided.

Description

Ion source {ION SOURCE}

본 발명은 이온 소스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상대적으로 높은 단원자 분율을 가지는 이온을 생성하는 이온 소스에 관한 것이다.The present invention relates to an ion source, and more particularly, to an ion source that generates ions having a relatively high monoatomic fraction.

종래의 이온소스는 플랫(flat) 타입의 음극(cathode)을 이용하였으나, 단원자 분율이 충분하지 못한 경우가 발생될 수 있다. 단원자 분율이 충분하지 않으면, 상대적으로 무거운 이온의 비율이 높아지므로, 가속되는 입자의 속도가 충분하지 않을 수 있다.The conventional ion source uses a flat type cathode, but a case in which the fraction of a single atom is insufficient may occur. If the monoatomic fraction is not sufficient, the proportion of relatively heavy ions increases, and thus the speed of the accelerated particles may not be sufficient.

특히 중성자 발생 장치에 사용되는 이온소스의 경우, 상대적으로 높은 속도의 이온이 요구되므로, 상대적으로 높은 단원자 분율을 가지는 이온소스가 요구될 수 있다.In particular, in the case of an ion source used in a neutron generator, since ions at a relatively high rate are required, an ion source having a relatively high monoatomic fraction may be required.

US 68863 AUS 68863 A

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상대적으로 높은 단원자 분율을 가지는 이온을 생성하는 이온 소스를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide an ion source that generates ions having a relatively high monoatomic fraction.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

본 발명의 일 측면(an aspect)에 따르면, 본 발명은, 일단(一端)에서 타단(他端)으로 이어지는 중공부를 형성하는 아노드(anode); 상기 아노드의 일단에 위치하며 상기 아노드를 마주하는 제1 캐소드(cathode); 그리고 상기 아노드의 타단에 위치하며 상기 아노드를 마주하고, 상기 아노드를 기준으로 상기 제1 캐소드의 맞은편에 위치하는 제2 캐소드를 포함하고, 상기 제2 캐소드는, 상기 아노드의 타단에 위치하며, 상기 아노드를 향하여 개방된 중공부를 형성하는 제2 캐소드 바디; 상기 제2 캐소드 바디에 연결되고, 상기 제2 캐소드 바디를 기준으로 상기 아노드의 맞은편에 위치하는 제2 캐소드 패널; 그리고 상기 제2 캐소드 패널에 형성된 캐소드 홀(cathode hole)을 포함하는, 이온 소스(ion source)를 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the present invention, an anode (anode) forming a hollow portion leading from one end to the other end (他端); A first cathode positioned at one end of the anode and facing the anode; And a second cathode positioned at the other end of the anode, facing the anode, and positioned opposite the first cathode with respect to the anode, and the second cathode, the other end of the anode A second cathode body positioned at and forming a hollow portion opened toward the anode; A second cathode panel connected to the second cathode body and positioned opposite the anode with respect to the second cathode body; In addition, an ion source including a cathode hole formed in the second cathode panel may be provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 소스는, 상대적으로 높은 단원자 분율을 가지는 이온을 생성할 수 있다.The ion source according to an embodiment of the present invention may generate ions having a relatively high monoatomic fraction.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 소스를 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시된 이온 소스를 A1-A2 라인으로 자른 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 3에 도시된 전극 어셈블리를 길이 방향으로 잘라서 바라본 도면이다.
도 5는, 도 1에 도시된 이온 소스를 B1-B2를 따라 자른 단면사시도이다.
도 6 내지 도 8은, 여러 실시예에 따른 캐소드를 구비한 전극 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 9는, 다양한 형상에 따른 캐소드를 나타낸 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리에 연결된 전력 회로를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an ion source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-section of the ion source shown in FIG. 1 taken along lines A1-A2.
3 is a view showing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view of the electrode assembly shown in FIG. 3 cut in the longitudinal direction.
5 is a cross-sectional perspective view of the ion source shown in FIG. 1 taken along line B1-B2.
6 to 8 are diagrams illustrating an electrode assembly having a cathode according to various embodiments.
9 is a view showing a cathode according to various shapes.
10 is a view showing a power circuit connected to the electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and therefore is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, bonded)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in the middle. "Including the case. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 소스(10)를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an ion source 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 이온 소스(10)는, 전극 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 전극 어셈블리(100)는, 아노드(anode)와 캐소드(cathode)를 포함할 수 있다. 전극 어셈블리(100)에 가스(gas)가 주입될 수 있다. 전극 어셈블리(100)의 내부에 전위차(electric potential difference)가 형성될 수 있다. 전극 어셈블리(100)는, 내부에 주입된 가스를 방전시킬 수 있다. 전극 어셈블리(100)에 의해, 내부에 주입된 가스는, 플라즈마(plasma)로 변환될 수 있다.Referring to FIG. 1, the ion source 10 may include an electrode assembly 100. The electrode assembly 100 may include an anode and a cathode. Gas may be injected into the electrode assembly 100. An electric potential difference may be formed inside the electrode assembly 100. The electrode assembly 100 may discharge a gas injected therein. By the electrode assembly 100, the gas injected therein may be converted into plasma.

이온 소스(10)는, 마그넷 유닛(600, magnet unit)을 포함할 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)에 인접할 수 있다. 예를 들어 마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)를 감쌀 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)에 자기장(magnetic field)을 제공할 수 있다.The ion source 10 may include a magnet unit 600. The magnet unit 600 may be adjacent to the electrode assembly 100. For example, the magnet unit 600 may surround the electrode assembly 100. The magnet unit 600 may provide a magnetic field to the electrode assembly 100.

마그넷 유닛(600)은, 예를 들어, 영구 자석을 포함할 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 다른 예를 들어, 전자석을 포함할 수 있다. 마그넷 유닛(600)에서 제공되는 자기장은, 전극 어셈블리(100)의 내부에 형성될 수 있다.The magnet unit 600 may include, for example, a permanent magnet. The magnet unit 600 may include, for example, an electromagnet. The magnetic field provided by the magnet unit 600 may be formed inside the electrode assembly 100.

이온 소스(10)는, 하우징(500)을 포함할 수 있다. 하우징(500)의 적어도 일부는, 전극 어셈블리(100)의 단부(端部)에 결합될 수 있다. 전극 어셈블리(100)는, 하우징(500)에 고정될 수 있다.The ion source 10 may include a housing 500. At least a portion of the housing 500 may be coupled to an end portion of the electrode assembly 100. The electrode assembly 100 may be fixed to the housing 500.

도 2는, 도 1에 도시된 이온 소스(10)를 A1-A2 라인으로 자른 단면을 나타낸 도면이다. A1-A2라인은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다.FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of the ion source 10 shown in FIG. 1 taken along lines A1-A2. Lines A1-A2 may be parallel to the length direction of the ion source 10.

도 2를 참조하면, 전극 어셈블리(100)는, 아노드(200, anode)를 포함할 수 있다. 아노드(200)는, 내부에 중공부(hollow portion)를 구비할 수 있다. 아노드(200)에 형성된 중공부는, 양측에서 개방될 수 있다. 예를 들어 아노드(200)에 형성된 중공부는, 아노드(200)의 일단(一端)과 타단(他端)에서 개방될 수 있다. 아노드(200)의 타단(他端)은, 아노드(200)의 일단(一端)의 맞은편에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 2, the electrode assembly 100 may include an anode 200 (anode). The anode 200 may have a hollow portion therein. The hollow portion formed in the anode 200 may be opened from both sides. For example, the hollow portion formed in the anode 200 may be opened at one end and the other end of the anode 200. The other end of the anode 200 may be located opposite one end of the anode 200.

아노드(200)는, 전체적으로, 실린더(cylinder)의 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 아노드(200)의 중공부는, 실린더(cylinder)에 형성된 중공부의 형상을 형성할 수 있다.The anode 200 as a whole may form a shape of a cylinder. For example, the hollow portion of the anode 200 may form a shape of a hollow portion formed in a cylinder.

아노드(200)는, 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 아노드(200)는, 구리(copper)를 포함할 수 있다.The anode 200 may be formed of a metal material. For example, the anode 200 may include copper.

전극 어셈블리(100)는, 캐소드(300, cathode)를 포함할 수 있다. 캐소드(300)는, 아노드(200)에 인접할 수 있다. 캐소드(300)는, 복수 개로 제공될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)는, 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)를 포함할 수 있다. 캐소드(300)는, 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 캐소드(300)는, 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 그리고 탄탈럼(Ta) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 캐소드(300)와 아노드(200) 사이에, 전위차가 형성될 수 있다.The electrode assembly 100 may include a cathode 300. The cathode 300 may be adjacent to the anode 200. The cathode 300 may be provided in plural. For example, the cathode 300 may include a first cathode 300a and a second cathode 300b. The cathode 300 may mean at least one of a first cathode 300a and a second cathode 300b. The cathode 300 may be formed of a metal material. For example, the cathode 300 may include at least one of molybdenum (Mo), tungsten (W), and tantalum (Ta). A potential difference may be formed between the cathode 300 and the anode 200.

제1 캐소드(300a)의 형상은, 제2 캐소드(300b)의 형상과 유사할 수 있다. 캐소드(300)의 형상은, 아노드(200)의 형상에 대응될 수 있다. 캐소드(300)는, 중공부를 형성하는 실린더(cylinder)의 형상을 형성할 수 있다. 캐소드(300)의 중공부의 형상은, 아노드(200)의 중공부의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)의 중공부의 형상은, 실린더 보어(cylinder bore)의 내부에 형성된 중공부의 형상을 형성할 수 있다.The shape of the first cathode 300a may be similar to the shape of the second cathode 300b. The shape of the cathode 300 may correspond to the shape of the anode 200. The cathode 300 may form a shape of a cylinder forming a hollow portion. The shape of the hollow portion of the cathode 300 may correspond to the shape of the hollow portion of the anode 200. For example, the shape of the hollow portion of the cathode 300 may form a shape of the hollow portion formed in the inside of a cylinder bore.

제1 캐소드(300a)는, 아노드(200)의 일단(一端)에 인접할 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 아노드(200)의 타단(他端)에 인접할 수 있다. 예를 들어 아노드(200)는, 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)의 사이에 위치할 수 있다.The first cathode 300a may be adjacent to one end of the anode 200. The second cathode 300b may be adjacent to the other end of the anode 200. For example, the anode 200 may be positioned between the first cathode 300a and the second cathode 300b.

제1 캐소드(300a), 아노드(200), 그리고 제2 캐소드(300b)가 순차적으로 배치된 방향은, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 전극 어셈블리(100)의 길이 방향은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다.A direction in which the first cathode 300a, the anode 200, and the second cathode 300b are sequentially disposed may be parallel to the length direction of the electrode assembly 100. The length direction of the electrode assembly 100 may be parallel to the length direction of the ion source 10.

인슐레이터(360, insulator)는, 캐소드(300)와 아노드(200) 사이에 위치할 수 있다. 인슐레이터(360)는, 캐소드(300)와 아노드(200) 사이의 간격을 형성시킬 수 있다. 인슐레이터(360)는, 복수개로 제공될 수 있다. 예를 들어 인슐레이터(360)는, 제1 인슐레이터(360a)와 제2 인슐레이터(360b)를 포함할 수 있다. 인슐레이터(360)는, 제1 인슐레이터(360a)와 제2 인슐레이터(360b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.The insulator 360 may be positioned between the cathode 300 and the anode 200. The insulator 360 may form a gap between the cathode 300 and the anode 200. The insulator 360 may be provided in plural. For example, the insulator 360 may include a first insulator 360a and a second insulator 360b. The insulator 360 may mean at least one of the first insulator 360a and the second insulator 360b.

제1 캐소드(300a)와 아노드(200)의 사이에, 제1 인슐레이터(360a)가 위치할 수 있다. 제2 캐소드(300b)와 아노드(200)의 사이에, 제2 인슐레이터(360b)가 위치할 수 있다. 인슐레이터(360)는, 전기적으로 부도체일 수 있다. 예를 들어 인슐레이터(360)는, 합성 수지를 포함할 수 있다.A first insulator 360a may be positioned between the first cathode 300a and the anode 200. A second insulator 360b may be positioned between the second cathode 300b and the anode 200. The insulator 360 may be electrically non-conductor. For example, the insulator 360 may contain synthetic resin.

인슐레이터(360)는, 캐소드(300)와 아노드(200)를 연결할 수 있다. 예를 들어 제1 인슐레이터(360a)는, 제1 캐소드(300a)와 아노드(200)를 결합시킬 수 있다. 예를 들어 제2 인슐레이터(360b)는, 제2 캐소드(300b)와 아노드(200)를 결합시킬 수 있다.The insulator 360 may connect the cathode 300 and the anode 200. For example, the first insulator 360a may couple the first cathode 300a and the anode 200. For example, the second insulator 360b may couple the second cathode 300b and the anode 200.

캐소드(300)는, 중공부(hollow portion)을 구비할 수 있다. 캐소드(300)에 형성된 중공부는, 일측을 향하여 개방될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)에 형성된 중공부는, 아노드(200)를 향하여 개방될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)에 형성된 중공부는, 아노드(200)에 형성된 중공부와 연통될 수 있다. 캐소드(300)의 일측은, 아노드(200)에 인접한 부분을 의미할 수 있다.The cathode 300 may have a hollow portion. The hollow portion formed in the cathode 300 may be opened toward one side. For example, the hollow portion formed in the cathode 300 may be opened toward the anode 200. For example, the hollow portion formed in the cathode 300 may communicate with the hollow portion formed in the anode 200. One side of the cathode 300 may mean a portion adjacent to the anode 200.

캐소드(300)에 형성된 중공부는, 타측을 향하여 닫혀질 수 있다. 캐소드(300)의 타측은, 캐소드(300)의 일측의 맞은편을 의미할 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)에 형성된 중공부는, 아노드(200)의 맞은편에서 닫혀질 수 있다.The hollow portion formed in the cathode 300 may be closed toward the other side. The other side of the cathode 300 may mean the opposite side of one side of the cathode 300. For example, the hollow portion formed in the cathode 300 may be closed from the opposite side of the anode 200.

인슐레이터(360)의 형상은, 캐소드(300)의 형상 또는/및 아노드(200)의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들어 인슐레이터(360)는, 링(ring)의 형상을 형성할 수 있다. 인슐레이터(360)는, 캐소드(300)와 아노드(200)를 전기적으로 절연할 수 있다.The shape of the insulator 360 may correspond to the shape of the cathode 300 or/and the shape of the anode 200. For example, the insulator 360 may form a ring shape. The insulator 360 may electrically insulate the cathode 300 and the anode 200.

아노드(200), 인슐레이터(360), 그리고 캐소드(300)는, 내부에 공간을 형성할 수 있다. 아노드(200), 인슐레이터(360), 그리고 캐소드(300)에 의해 형성된 공간은, 전체적으로 밀폐될 수 있다. 아노드(200), 인슐레이터(360), 그리고 캐소드(300)에 의해 형성된 공간에, 가스(gas)가 주입될 수 있다. 전극 어셈블리(100)에 주입되는 가스는, 예를 들어 수소 가스(hydrogen gas)를 포함할 수 있다.The anode 200, the insulator 360, and the cathode 300 may form a space therein. The space formed by the anode 200, the insulator 360, and the cathode 300 may be entirely sealed. Gas may be injected into the space formed by the anode 200, the insulator 360, and the cathode 300. The gas injected into the electrode assembly 100 may include, for example, hydrogen gas.

전극 어셈블리(100)에 주입된 가스는, 캐소드(300)와 아노드(200) 사이에 형성된 전위차에 의하여 방전될 수 있다. 예를 들어, 수소 분자(hydrogen molecule)를 포함하는 수소 가스의 적어도 일부는, 이온화되어 수소 이온으로 변환될 수 있다. 다른 예를 들어 전극 어셈블리(100)에 주입되는 가스는, 중수소(重水素, deuterium) 또는/및 삼중수소(三重水素)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리(100)에 주입되는 가스는, 수소 또는 중수소 등에 한정되는 것은 아니다.The gas injected into the electrode assembly 100 may be discharged due to a potential difference formed between the cathode 300 and the anode 200. For example, at least a portion of the hydrogen gas, including hydrogen molecules, may be ionized and converted into hydrogen ions. For another example, the gas injected into the electrode assembly 100 may include deuterium or/and tritium. The gas injected into the electrode assembly 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is not limited to hydrogen or deuterium.

수소 이온은, 질량에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어 수소 이온은, 단원자 수소 이온(monatomic hydrogen ion, H⁺)을 포함할 수 있다. 단원자 수소 이온은, 제1 수소 이온이라 칭할 수 있다. 단원자 수소 이온은, 전자가 제거된 상태의 수소 원자를 의미할 수 있다. 수소 이온은, 이원자 수소 이온(diatomic hydrogen ion, H₂ ⁺)을 포함할 수 있다. 이원자 수소 이온은, 제2 수소 이온이라 칭할 수 있다. 이원자 수소 이온은, 적어도 하나의 전자가 제거된 상태의 이원자수소 분자를 의미할 수 있다. 수소 이온은, 삼원자 수소 이온(triatomic hydrogen ion, H₃ ⁺)을 포함할 수 있다. 삼원자 수소 이온은, 제3 수소 이온이라 칭할 수 있다. 삼원자 수소 이온은, 적어도 하나의 전자가 제거된 상태의 삼원자수소(hyzone) 분자를 의미할 수 있다. 수소 이온은, 제1 내지 제3 수소 이온 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.Hydrogen ions can be classified according to their mass. For example, the hydrogen ion may include a monoatomic hydrogen ion (H ⁺ ). The monoatomic hydrogen ion can be referred to as a first hydrogen ion. The monoatomic hydrogen ion may mean a hydrogen atom in a state in which electrons have been removed. Hydrogen ions may include diatomic hydrogen ions (H ₂ ⁺ ). The diatomic hydrogen ion can be referred to as a second hydrogen ion. The diatomic hydrogen ion may mean a diatomic hydrogen molecule in a state in which at least one electron has been removed. Hydrogen ions may include triatomic hydrogen ions (H ₃ ⁺ ). The triatomic hydrogen ion can be referred to as a third hydrogen ion. The triatomic hydrogen ion may mean a triatomic hydrogen (hyzone) molecule in a state in which at least one electron has been removed. Hydrogen ions may mean at least one of first to third hydrogen ions.

“단원자 분율”은, 제1 내지 제3 수소 이온 대비 제1 수소 이온의 비율을 의미할 수 있다. 제1 수소 이온은, 제2 수소 이온과 제3 수소 이온에 비하여, 낮은 질량을 가질 수 있다. 제1 수소 이온은, 제2 수소 이온과 제3 수소 이온에 비하여, 동일한 전기장에 의하여, 높은 가속도 또는 높은 속도를 가질 수 있다. 따라서 제1 수소 이온은, 제2 및 제3 수소 이온에 비하여, 상대적으로 높은 속도로 가속될 수 있다. 즉 단원자 분율이 높을수록, 상대적으로 높은 속도를 가지는 이온의 비율이 높을 수 있다.The "monoatomic fraction" may mean a ratio of the first hydrogen ions to the first to third hydrogen ions. The first hydrogen ions may have a lower mass than the second hydrogen ions and the third hydrogen ions. The first hydrogen ions may have high acceleration or high velocity due to the same electric field compared to the second hydrogen ions and the third hydrogen ions. Accordingly, the first hydrogen ions may be accelerated at a relatively high rate compared to the second and third hydrogen ions. That is, the higher the monoatomic fraction, the higher the proportion of ions having a relatively high rate.

단원자 분율은, 이온 소스(10)에 결합된 외부 장치의 성능에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 이온 소스(10)에 결합된 외부 장치가 핵융합로 장치인 경우, 이온 소스(10)에서 제공되는 이온은, 핵융합로 장치에서 형성되는 플라즈마 전류를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 이온 소스(10)에서 생성된 이온의 단원자 분율이 높을수록, 핵융합로 장치에서 형성되는 플라즈마 전류의 증가 폭이 상대적으로 높을 수 있다. 다른 예를 들어 이온 소스(10)에 결합된 외부 장치가 양성자 가속기인 경우, 이온 소스(10)에서 제공되는 이온의 단원자 분율이 클수록, 양성자 가속기에 제공되는 양성자의 비율이 높아질 수 있다. 즉 이온 소스(10)에서 제공되는 이온의 단원자 분율이 클수록, 양성자 가속기의 성능이 높아질 수 있다. 캐소드(300)의 형상 및 배치는, 단원자 분율에 영향을 줄 수 있다. 이에 대한 논의는 후술된다. 또 다른 예를 들어 이온 소스(10)에 결합된 외부 장치가 중성자 발생 장치인 경우, 이온 소스(10)에서 제공되는 이온의 단원자 분율이 클수록, 적어도 일정 범위에서 중성자 생성 반응 단면적(neutron production cross-section)이 커질 수 있다. 즉 이온 소스(10)에서 제공되는 이온의 단원자 분율이 클수록, 중성자 발생 장치의 효율이 증대될 수 있다.The monoatomic fraction may affect the performance of an external device coupled to the ion source 10. For example, when an external device coupled to the ion source 10 is a fusion reactor device, ions provided from the ion source 10 may increase a plasma current formed in the fusion reactor device. In this case, as the monoatomic fraction of ions generated in the ion source 10 is higher, the width of increase in the plasma current formed in the fusion reactor device may be relatively high. For another example, when an external device coupled to the ion source 10 is a proton accelerator, the greater the monoatomic fraction of ions provided from the ion source 10, the higher the proportion of protons provided to the proton accelerator may be. That is, as the monoatomic fraction of ions provided from the ion source 10 increases, the performance of the proton accelerator may increase. The shape and arrangement of the cathode 300 may affect the fraction of a single atom. A discussion on this will be described later. For another example, when the external device coupled to the ion source 10 is a neutron generating device, the larger the monoatomic fraction of ions provided from the ion source 10 is, the higher the neutron production cross-sectional area (neutron production cross-section) at least within a certain range -section) can grow. That is, as the monoatomic fraction of ions provided from the ion source 10 increases, the efficiency of the neutron generator may increase.

전극 어셈블리(100)에서 생성된 이온은, 캐소드(300)의 외부로 배출될 수 있다. 예를 들어, 전극 어셈블리(100)에서 생성된 이온은, 제2 캐소드(300b)에서 배출될 수 있다. 캐소드(300)는, 홀(hole)을 형성할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드(300b)는, 홀(hole)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전극 어셈블리(100)에서 생성된 이온은, 제2 캐소드(300b)에 구비된 홀(hole)을 통해 배출될 수 있다.Ions generated by the electrode assembly 100 may be discharged to the outside of the cathode 300. For example, ions generated in the electrode assembly 100 may be discharged from the second cathode 300b. The cathode 300 may form a hole. For example, the second cathode 300b may form a hole. For example, ions generated by the electrode assembly 100 may be discharged through a hole provided in the second cathode 300b.

전극 어셈블리(100)는, 인출부(400)를 포함할 수 있다. 인출부(400)는, 캐소드(300)에 인접할 수 있다. 예를 들어, 인출부(400)는, 제2 캐소드(300b)에 인접할 수 있다. 인출부(400)는, 제2 캐소드(300b)로부터 이온을 제공 받아 외부로 배출시킬 수 있다.The electrode assembly 100 may include a lead part 400. The lead part 400 may be adjacent to the cathode 300. For example, the lead part 400 may be adjacent to the second cathode 300b. The lead part 400 may receive ions from the second cathode 300b and discharge them to the outside.

인출부(400)와 제2 캐소드(300b) 사이에 전위차가 형성될 수 있다. 인출부(400)와 캐소드(300) 사이에 전기장(electric field)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 인출부(400)와 제2 캐소드(300b) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 제2 캐소드(300b)에서 배출된 이온은, 전기장에 의하여, 인출부(400)를 향하여 가속될 수 있다. 인출부(400)에 인입된 이온은, 외부로 배출될 수 있다.A potential difference may be formed between the lead portion 400 and the second cathode 300b. An electric field may be formed between the lead portion 400 and the cathode 300. For example, an electric field may be formed between the lead part 400 and the second cathode 300b. Ions discharged from the second cathode 300b may be accelerated toward the lead portion 400 by an electric field. Ions introduced into the withdrawal part 400 may be discharged to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 소스(10)는, 하우징(500)을 포함할 수 있다. 하우징(500)은, 하우징 바디(510)를 포함할 수 있다. 하우징 바디(510)는, 전극 어셈블리(100)에 결합될 수 있다. 예를 들어 하우징 바디(510)는, 제2 캐소드(300b)에 결합될 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드(300b)는, 하우징 바디(510)에 고정될 수 있다. 하우징 바디(510)는, 인출부(400)를 수용할 수 있다. 인출부(400)는, 하우징 바디(510)에 결합될 수 있다.The ion source 10 according to an embodiment of the present invention may include a housing 500. The housing 500 may include a housing body 510. The housing body 510 may be coupled to the electrode assembly 100. For example, the housing body 510 may be coupled to the second cathode 300b. For example, the second cathode 300b may be fixed to the housing body 510. The housing body 510 may accommodate the lead part 400. The lead part 400 may be coupled to the housing body 510.

하우징(500)은, 캐소드 서포트(520, cathode support)를 포함할 수 있다. 캐소드 서포트(520)는, 제1 캐소드(300a)에 결합될 수 있다. 캐소드(300)와 아노드(200)는, 캐소드 서포트(520)와 하우징 바디(510)의 사이에 위치할 수 있다. 캐소드 서포트(520)는, 링크(530)에 의해 하우징 바디(510)에 결합될 수 있다. 링크(530)는, 하우징 바디(510)와 캐소드 서포트(520)를 결합시킬 수 있다. 링크(530)는, 복수 개로 제공될 수 있다. 캐소드(300)와 아노드(200)는, 하우징 바디(510), 캐소드 서포트(520), 그리고 링크(530)에 의해 지지될 수 있다.The housing 500 may include a cathode support 520. The cathode support 520 may be coupled to the first cathode 300a. The cathode 300 and the anode 200 may be positioned between the cathode support 520 and the housing body 510. The cathode support 520 may be coupled to the housing body 510 by a link 530. The link 530 may couple the housing body 510 and the cathode support 520. Links 530 may be provided in plurality. The cathode 300 and the anode 200 may be supported by the housing body 510, the cathode support 520, and the link 530.

하우징(500)은, 커플러(540)를 포함할 수 있다. 커플러(540)는, 하우징 바디(510)에 결합될 수 있다. 하우징 바디(510)는, 커플러(540)에 고정될 수 있다. 커플러(540)는, 외부 고정물(fixture)에 고정되거나 결합될 수 있다. 예를 들어 커플러(540)는, 이온이 조사되는 장치에 결합될 수 있다. 예를 들어 커플러(540)는, 반도체 도핑 장치, 핵융합로 챔버, 중성자 발생 장치, 그리고 이온 가속기 등에 결합될 수 있다.The housing 500 may include a coupler 540. The coupler 540 may be coupled to the housing body 510. The housing body 510 may be fixed to the coupler 540. The coupler 540 may be fixed or coupled to an external fixture. For example, the coupler 540 may be coupled to a device to which ions are irradiated. For example, the coupler 540 may be coupled to a semiconductor doping device, a fusion reactor chamber, a neutron generator, and an ion accelerator.

마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향으로 형성되는 자기장을 전극 어셈블리(100)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 마그넷 유닛(600)에 의하여 형성되는 자기장은, 아노드(200)와 캐소드(300)에 의해 형성되는 공간을 통과할 수 있다. 아노드(200)와 캐소드(300)에 의해 형성된 공간에 위치하는 가스 또는 플라즈마는, 자기장의 영향을 받을 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)에서 형성되는 가스의 이온화를 촉진시킬 수 있다. 예를 들어 마그넷 유닛(600)에 의해 형성되는 자기장은, 전극 어셈블리(100)에서 형성된 이온의 가둠(confinement) 또는/및 플라즈마 드리프트(plasma drift)를 촉진시킬 수 있다. 즉 마그넷 유닛(600)은, 전극 어셈블리(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.The magnet unit 600 may provide a magnetic field formed in the length direction of the electrode assembly 100 to the electrode assembly 100. For example, a magnetic field formed by the magnet unit 600 may pass through a space formed by the anode 200 and the cathode 300. Gas or plasma positioned in the space formed by the anode 200 and the cathode 300 may be affected by a magnetic field. The magnet unit 600 may promote ionization of gas formed in the electrode assembly 100. For example, a magnetic field formed by the magnet unit 600 may promote confinement of ions formed in the electrode assembly 100 or/and plasma drift. That is, the magnet unit 600 may improve the performance of the electrode assembly 100.

마그넷 유닛(600)은, 영구 자석을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어 마그넷 유닛(600)은, 전자석을 포함할 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 코일(coil)을 포함할 수 있다. 예를 들어 마그넷 유닛(600)에 구비된 코일은, 아노드(200)와 캐소드(300)를 감쌀 수 있다. 예를 들어 마그넷 유닛(600)에 구비된 코일은, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향을 기준으로 방위각 방향(azimuthal direction)으로, 아노드(200)와 캐소드(300)의 주위를 감싸는 형상을 형성할 수 있다.The magnet unit 600 may include a permanent magnet. For another example, the magnet unit 600 may include an electromagnet. The magnet unit 600 may include a coil. For example, the coil provided in the magnet unit 600 may surround the anode 200 and the cathode 300. For example, the coil provided in the magnet unit 600 forms a shape surrounding the anode 200 and the cathode 300 in an azimuthal direction based on the length direction of the electrode assembly 100 can do.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리(100)를 나타낸 도면이다. 도 4는, 도 3에 도시된 전극 어셈블리(100)를 전극 어셈블리(100)의 길이 방향으로 잘라서 바라본 도면이다. 도 3 및 도 4에서, 설명의 편의를 위하여 일부 구성이 생략될 수 있다. 예를 들어 인슐레이터(360, 도 2 참조)는, 도 3 및 4에서 생략될 수 있다.3 is a view showing an electrode assembly 100 according to an embodiment of the present invention. 4 is a view of the electrode assembly 100 shown in FIG. 3 cut in the longitudinal direction of the electrode assembly 100 and viewed. In FIGS. 3 and 4, some components may be omitted for convenience of description. For example, the insulator 360 (see FIG. 2) may be omitted in FIGS. 3 and 4.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 어셈블리(100)는, 아노드(200)를 포함할 수 있다. 아노드(200)는, 아노드 바디(210)를 포함할 수 있다. 아노드 바디(210)는, 길이 방향을 가질 수 있다. 아노드 바디(210)의 길이 방향은, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 아노드 바디(210)의 길이 방향은, 아노드 바디(210)의 제1단(200a)에서 제2단(200b)을 향하는 방향과 나란할 수 있다.3 and 4, the electrode assembly 100 may include an anode 200. The anode 200 may include an anode body 210. The anode body 210 may have a longitudinal direction. The length direction of the anode body 210 may be parallel to the length direction of the electrode assembly 100. The longitudinal direction of the anode body 210 may be parallel to the direction from the first end 200a to the second end 200b of the anode body 210.

아노드 바디(210)는, 중공부를 형성할 수 있다. 예를 들어 아노드 바디(210)는, 아노드 공간(240)을 구비할 수 있다. 아노드 공간(240)은, 아노드 바디(210)에 형성된 중공부를 의미할 수 있다. 아노드 공간(240)은, 아노드 바디(210)의 양단(兩端)에서 개방될 수 있다. 예를 들어 아노드 공간(240)은, 제1단(200a)과 제2단(200b)에서 개방될 수 있다. 아노드 공간(240)은, 실린더 보어(cylinder bore)에 형성된 공간의 형상에 대응될 수 있다. 아노드 공간(240)은, 전극 어셈블리(100)에 주입된 가스를 수용할 수 있다.The anode body 210 may form a hollow part. For example, the anode body 210 may include an anode space 240. The anode space 240 may mean a hollow portion formed in the anode body 210. The anode space 240 may be opened at both ends of the anode body 210. For example, the anode space 240 may be opened at the first end 200a and the second end 200b. The anode space 240 may correspond to a shape of a space formed in a cylinder bore. The anode space 240 may accommodate gas injected into the electrode assembly 100.

아노드(200)는, 아노드 홀(230)을 구비할 수 있다. 아노드 홀(230)은, 아노드 바디(210)에 형성될 수 있다. 아노드 홀(230)을 통해, 가스가 아노드 공간(240)에 주입될 수 있다. 아노드 홀(230)은, 아노드 공간(240)에 연통될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리(100)에서 가스가 아노드 홀(230)을 통해 주입되는 것으로 설명되나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가스는 제1 캐소드(300a)에 형성되는 홀(hole)을 통해 전극 어셈블리(100)에 주입될 수 있다.The anode 200 may include an anode hole 230. The anode hole 230 may be formed in the anode body 210. Gas may be injected into the anode space 240 through the anode hole 230. The anode hole 230 may communicate with the anode space 240. Although it is described that gas is injected through the anode hole 230 in the electrode assembly 100 according to an embodiment of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto. For example, gas may be injected into the electrode assembly 100 through a hole formed in the first cathode 300a.

전극 어셈블리(100)는, 캐소드(300)를 포함할 수 있다. 캐소드(300)는, 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)를 포함할 수 있다. 캐소드(300)는, 아노드(200)에 인접할 수 있다. 예를 들어 제1 캐소드(300a)는, 아노드(200)의 제1단(200a)에 인접할 수 있다. 예를 들어 제1 캐소드(300a)는, 아노드(200)의 제1단(200a)을 마주할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드(300b)는, 아노드(200)의 제2단(200b)에 인접할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드(300b)는, 아노드(200)의 제2단(200b)을 마주할 수 있다.The electrode assembly 100 may include a cathode 300. The cathode 300 may include a first cathode 300a and a second cathode 300b. The cathode 300 may be adjacent to the anode 200. For example, the first cathode 300a may be adjacent to the first end 200a of the anode 200. For example, the first cathode 300a may face the first end 200a of the anode 200. For example, the second cathode 300b may be adjacent to the second end 200b of the anode 200. For example, the second cathode 300b may face the second end 200b of the anode 200.

캐소드(300)는, 캐소드 바디(310)를 포함할 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 바디(310a)를 포함할 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 제2 캐소드 바디(310b)를 포함할 수 있다. 캐소드 바디(310)는, 제1 캐소드 바디(310a)와 제2 캐소드 바디(310b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.The cathode 300 may include a cathode body 310. The first cathode 300a may include a first cathode body 310a. The second cathode 300b may include a second cathode body 310b. The cathode body 310 may mean at least one of a first cathode body 310a and a second cathode body 310b.

캐소드 바디(310)는, 캐소드(300)의 전체적인 형상을 형성할 수 있다. 캐소드 바디(310)의 형상은, 아노드 바디(210)의 형상과 유사할 수 있다. 예를 들어 캐소드 바디(310)는, 중공부를 형성하는 실린더(cylinder)의 형상을 가질 수 있다.The cathode body 310 may form the overall shape of the cathode 300. The shape of the cathode body 310 may be similar to the shape of the anode body 210. For example, the cathode body 310 may have a shape of a cylinder forming a hollow portion.

캐소드 바디(310)는, 길이 방향을 형성할 수 있다. 캐소드 바디(310)의 길이 방향은, 캐소드(300)에서 아노드(200)를 향하는 방향과 나란할 수 있다. 예를 들어 제1 캐소드 바디(310a)의 길이 방향은, 제1 캐소드(300a)에서 아노드(200)를 향하는 방향과 나란할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드 바디(310b)의 길이 방향은, 제2 캐소드(300b)에서 아노드(200)를 향하는 방향과 나란할 수 있다.The cathode body 310 may form a longitudinal direction. The longitudinal direction of the cathode body 310 may be parallel to the direction from the cathode 300 toward the anode 200. For example, the longitudinal direction of the first cathode body 310a may be parallel to the direction from the first cathode 300a toward the anode 200. For example, the longitudinal direction of the second cathode body 310b may be parallel to the direction from the second cathode 300b toward the anode 200.

캐소드 바디(310)는, 캐소드(300)의 길이 방향으로 연장된(elongated) 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어 제1 캐소드 바디(310a)는, 제1 캐소드(300a)의 길이 방향으로 연장된 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드 바디(310b)는, 제2 캐소드(300b)의 길이 방향으로 연장된 형상을 형성할 수 있다.The cathode body 310 may have a shape elongated in the longitudinal direction of the cathode 300. For example, the first cathode body 310a may have a shape extending in the length direction of the first cathode 300a. For example, the second cathode body 310b may have a shape extending in the length direction of the second cathode 300b.

캐소드(300)는, 캐소드 패널(320)을 포함할 수 있다. 캐소드 패널(320)은, 캐소드 바디(310)의 일단(一端)에 결합될 수 있다. 캐소드 바디(310)의 타단(他端)은, 캐소드 바디(310)의 일단의 맞은편에 위치할 수 있다. 캐소드 바디(310)는, 캐소드 바디(310)의 일단에서 타단으로 연장된 형상을 형성할 수 있다.The cathode 300 may include a cathode panel 320. The cathode panel 320 may be coupled to one end of the cathode body 310. The other end of the cathode body 310 may be located opposite one end of the cathode body 310. The cathode body 310 may have a shape extending from one end of the cathode body 310 to the other end.

캐소드 패널(320)은, 제1 캐소드 패널(320a)과 제2 캐소드 패널(320b)을 포함할 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 패널(320a)을 포함할 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 제2 캐소드 패널(320b)을 포함할 수 있다. 캐소드 패널(320)은, 제1 캐소드 패널(320a)과 제2 캐소드 패널(320b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 제1 캐소드 패널(320a)은, 제1 캐소드 바디(310a)의 일단(一端)에 위치할 수 있다. 제1 캐소드 패널(320a)은, 제1 캐소드 바디(310a)를 기준으로 아노드(200)의 맞은편에 위치할 수 있다. 제2 캐소드 패널(320b)은, 제2 캐소드 바디(310b)를 기준으로 아노드(200)의 맞은편에 위치할 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 아노드(200)를 기준으로 제2 캐소드(300b)의 맞은편에 위치할 수 있다. 캐소드 패널(320)은, 캐소드 바디(310)와 일체로 형성될 수 있다.The cathode panel 320 may include a first cathode panel 320a and a second cathode panel 320b. The first cathode 300a may include a first cathode panel 320a. The second cathode 300b may include a second cathode panel 320b. The cathode panel 320 may mean at least one of the first cathode panel 320a and the second cathode panel 320b. The first cathode panel 320a may be positioned at one end of the first cathode body 310a. The first cathode panel 320a may be positioned opposite the anode 200 with respect to the first cathode body 310a. The second cathode panel 320b may be positioned opposite the anode 200 with respect to the second cathode body 310b. The first cathode 300a may be positioned opposite to the second cathode 300b with respect to the anode 200. The cathode panel 320 may be integrally formed with the cathode body 310.

캐소드(300)는, 캐소드 공간(340)을 포함할 수 있다. 캐소드 공간(340)은, 캐소드 바디(310)와 캐소드 패널(320)에 의해 형성된 공간을 의미할 수 있다. 캐소드 공간(340)은, 아노드(200)를 향하여 개방될 수 있다. 캐소드 공간(340)은, 캐소드 패널(320)에 의해 닫혀질 수 있다.The cathode 300 may include a cathode space 340. The cathode space 340 may mean a space formed by the cathode body 310 and the cathode panel 320. The cathode space 340 may be opened toward the anode 200. The cathode space 340 may be closed by the cathode panel 320.

제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 공간(340a)을 구비할 수 있다. 제1 캐소드 공간(340a)은, 제1 캐소드 바디(310a)와 제1 캐소드 패널(320a)에 의해 형성될 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 제2 캐소드 공간(340b)을 구비할 수 있다. 제2 캐소드 공간(340b)은, 제2 캐소드 바디(310b)와 제2 캐소드 패널(320b)에 의해 형성될 수 있다. 캐소드 공간(340)은, 제1 캐소드 공간(340a)과 제2 캐소드 공간(340b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 제1 캐소드 공간(340a)은, 아노드(200)를 향하여 개방되고, 제1 캐소드 패널(320a)에 의해 닫혀질 수 있다. 제2 캐소드 공간(340b)은, 아노드(200)를 향하여 개방되고, 제2 캐소드 패널(320b)에 의해 닫혀질 수 있다.The first cathode 300a may include a first cathode space 340a. The first cathode space 340a may be formed by the first cathode body 310a and the first cathode panel 320a. The second cathode 300b may include a second cathode space 340b. The second cathode space 340b may be formed by the second cathode body 310b and the second cathode panel 320b. The cathode space 340 may mean at least one of a first cathode space 340a and a second cathode space 340b. The first cathode space 340a may be opened toward the anode 200 and may be closed by the first cathode panel 320a. The second cathode space 340b may be opened toward the anode 200 and may be closed by the second cathode panel 320b.

캐소드(300)는, 캐소드 홀(330)을 포함할 수 있다. 캐소드 홀(330)은, 캐소드 패널(320)에 형성될 수 있다. 예를 들어 캐소드 홀(330)은, 제2 캐소드 홀(330b)을 포함할 수 있다. 제2 캐소드 홀(330b)은, 제2 캐소드 패널(320)에 형성될 수 있다.The cathode 300 may include a cathode hole 330. The cathode hole 330 may be formed in the cathode panel 320. For example, the cathode hole 330 may include a second cathode hole 330b. The second cathode hole 330b may be formed in the second cathode panel 320.

캐소드 홀(330)은, 아노드(200)에서 캐소드(300)를 향하는 방향으로 갈수록, 넓은 단면을 가지는 형상을 형성할 수 있다. 예를 들어 제2 캐소드 홀(330b)은, 아노드(200)에서 제2 캐소드(300b)를 향하는 방향으로 갈수록, 넓은 단면을 가질 수 있다.The cathode hole 330 may form a shape having a wide cross-section as it goes from the anode 200 toward the cathode 300. For example, the second cathode hole 330b may have a wide cross-section as it goes from the anode 200 toward the second cathode 300b.

캐소드 홀(330)을 통해, 캐소드(300)와 아노드(200)에서 형성된 이온이 배출될 수 있다. 예를 들어 캐소드(300)와 아노드(200)에서 형성된 이온은, 캐소드 홀(330)을 통과하여, 인출부(400)에 도달할 수 있다.Ions formed in the cathode 300 and the anode 200 may be discharged through the cathode hole 330. For example, ions formed in the cathode 300 and the anode 200 may pass through the cathode hole 330 and reach the lead portion 400.

전극 어셈블리(100)는, 인출부(400)를 포함할 수 있다. 인출부(400)는, 깔때기(funnel)의 형상을 형성할 수 있다. 인출부(400)는, 인출부 바디(410)를 포함할 수 있다. 인출부 바디(410)는, 인출부(400)의 전체적인 형상을 형성할 수 있다. 인출부 바디(410)는, 금속 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어 인출부 바디(410)는, 전기적으로 도체를 포함할 수 있다. 인출부 바디(410)와 캐소드(300) 사이에 전위차(electric potential difference)가 형성될 수 있다. 예를 들어 캐소드 홀(330)과 인출부 바디(410) 사이에 전위차가 형성될 수 있다.The electrode assembly 100 may include a lead part 400. The lead part 400 may form a funnel shape. The lead part 400 may include a lead part body 410. The lead part body 410 may form the overall shape of the lead part 400. The lead body 410 may be formed of a metal material. For example, the lead body 410 may electrically include a conductor. An electric potential difference may be formed between the lead body 410 and the cathode 300. For example, a potential difference may be formed between the cathode hole 330 and the lead body 410.

인출부(400)는, 인출부 제1홀(420)과 인출부 제2홀(430)을 포함할 수 있다. 인출부 제1홀(420)은, 인출부 바디(410)의 일단(一端)에 형성될 수 있다. 인출부 제1홀(420)은, 캐소드 홀(330)에 인접할 수 있다. 예를 들어 캐소드 홀(330)에서 배출된 이온은, 인출부 제1홀(420)을 향해 이동할 수 있다. 인출부 제2홀(430)은, 인출부 바디(410)의 타단(他端)에 형성될 수 있다. 인출부 제2홀(430)은, 인출부 제1홀(420)의 맞은편에 위치할 수 있다. 인출부 제1홀(420)을 통해 인출부 바디(410)의 내부에 진입한 이온은, 인출부 제2홀(430)을 통해 외부로 배출될 수 있다.The lead portion 400 may include a lead portion first hole 420 and a lead portion second hole 430. The first lead-out hole 420 may be formed at one end of the lead-out body 410. The lead first hole 420 may be adjacent to the cathode hole 330. For example, the ions discharged from the cathode hole 330 may move toward the first lead hole 420. The second lead-out hole 430 may be formed at the other end of the lead-out body 410. The second lead-out hole 430 may be located opposite the first lead-out hole 420. Ions entering the inside of the lead body 410 through the first lead hole 420 may be discharged to the outside through the second lead hole 430.

인출부 제2홀(430)의 넓이는, 인출부 제1홀(420)의 넓이 보다 클 수 있다. 인출부 제1홀(420)에서 인출부 제2홀(430)을 향하는 방향은, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 인출부 바디(410)는, 인출부 제1홀(420)에서 연장되어 인출부 제2홀(430)에 이어진 형상을 형성할 수 있다. 인출부 바디(410)의 단면은, 인출부 제1홀(420)에서 인출부 제2홀(430)로 갈수록 커질 수 있다. 예를 들어 인출부 바디(410)의 내측면이 형성하는 단면은, 인출부 제1홀(420)에서 인출부 제2홀(430)로 갈수록 커질 수 있다.The width of the second lead hole 430 may be larger than the width of the first lead hole 420. A direction from the first lead-out hole 420 to the second lead-out hole 430 may be parallel to the length direction of the electrode assembly 100. The lead-out body 410 may extend from the lead-out first hole 420 to form a shape connected to the lead-out second hole 430. The cross section of the lead-out body 410 may increase from the first lead-out hole 420 to the second lead-out hole 430. For example, a cross section formed by the inner surface of the lead body 410 may increase from the first lead hole 420 to the second lead hole 430.

인출부(400)는, 인출부 공간(440)을 포함할 수 있다. 인출부 공간(440)은, 인출부 바디(410)에 형성된 공간을 의미할 수 있다. 인출부 공간(440)은, 인출부 제1홀(420) 및 인출부 제2홀(430)에 연통될 수 있다. 인출부 공간(440)의 형상은, 인출부 바디(410)의 내측면의 형상에 대응될 수 있다. 예를 들어 인출부 공간(440)의 형상은, 인출부 제1홀(420)에서 인출부 제2홀(430)을 향할수록 커지는 단면을 형성할 수 있다. 인출부 공간(440)의 단면의 기준은, 인출부(400)의 길이 방향일 수 있다.The lead portion 400 may include a lead portion space 440. The lead-out space 440 may mean a space formed in the lead-out body 410. The lead-out space 440 may communicate with the first lead-out hole 420 and the second lead-out hole 430. The shape of the lead-out space 440 may correspond to the shape of the inner surface of the lead-out body 410. For example, the shape of the lead-out space 440 may form a cross section that increases from the first lead-out hole 420 toward the second lead-out hole 430. The reference of the cross section of the lead-out space 440 may be in the length direction of the lead-out portion 400.

캐소드 바디(310)의 내면(interior surface)은, 길이 방향을 따라 일정한 단면을 유지할 수 있다. 또는 캐소드 바디(310)의 내면은, 길이 방향을 따라 일정한 폭을 유지할 수 있다.The interior surface of the cathode body 310 may maintain a constant cross section along the length direction. Alternatively, the inner surface of the cathode body 310 may maintain a constant width along the length direction.

도 5는, 도 1에 도시된 이온 소스(10)를 B1-B2를 따라 자른 단면사시도이다. B1-B2는, 이온 소스(10)의 길이 방향 또는 전극 어셈블리(100)의 길이 방향에 나란할 수 있다. 도 5는, 도 4와 함께 설명될 수 있다.5 is a cross-sectional perspective view of the ion source 10 shown in FIG. 1 taken along line B1-B2. B1-B2 may be parallel to the length direction of the ion source 10 or the length direction of the electrode assembly 100. 5 may be described together with FIG. 4.

도 4 및 도 5를 참조하면, 캐소드(300)는 캐소드 케이싱(cathode casing, 350)을 포함할 수 있다. 캐소드 케이싱(350)은, 캐소드 바디(310)를 감싸는 형상을 형성할 수 있다. 캐소드 케이싱(350)은, 캐소드 바디(310)를 보호할 수 있다. 캐소드 케이싱(350)은, 캐소드(300)의 외면(exterior surface)을 형성할 수 있다. 캐소드 바디(310)는, 캐소드(300)의 내면(interior surface)을 형성할 수 있다.4 and 5, the cathode 300 may include a cathode casing 350. The cathode casing 350 may have a shape surrounding the cathode body 310. The cathode casing 350 may protect the cathode body 310. The cathode casing 350 may form an exterior surface of the cathode 300. The cathode body 310 may form an interior surface of the cathode 300.

제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 케이싱(350a)을 포함할 수 있다. 제1 캐소드 케이싱(350a)은, 제1 캐소드 바디(310a)에 결합될 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 제2 캐소드 케이싱(350b)을 포함할 수 있다. 제2 캐소드 케이싱(350b)은, 제2 캐소드 바디(310b)에 결합될 수 있다. 캐소드 케이싱(350)은, 제1 캐소드 케이싱(350a)과 제2 캐소드 케이싱(350b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 캐소드 케이싱(350)을 구성하는 재질은, 캐소드 바디(310)를 구성하는 재질과 다를 수 있다. 예를 들어 캐소드 케이싱(350)은, 하우징(500)을 구성하는 재질과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어 캐소드 케이싱(350)은, 스테인리스강을 포함할 수 있다.The first cathode 300a may include a first cathode casing 350a. The first cathode casing 350a may be coupled to the first cathode body 310a. The second cathode 300b may include a second cathode casing 350b. The second cathode casing 350b may be coupled to the second cathode body 310b. The cathode casing 350 may mean at least one of a first cathode casing 350a and a second cathode casing 350b. The material constituting the cathode casing 350 may be different from the material constituting the cathode body 310. For example, the cathode casing 350 may be the same as or similar to the material constituting the housing 500. For example, the cathode casing 350 may include stainless steel.

아노드(200)는, 양단에 개방된 개구부를 형성하되 내부에 중공부를 형성할 수 있다. 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)는, 아노드(200)의 양단에 위치할 수 있다. 이와 같은 전극 구조를 구비하는 플라즈마 장치는, “피그 이온 소스(pig ion source)”라 알려져 있다. 기존의 피그 이온 소스는, 평판형(flat plate type)의 캐소드(cathode)를 구비할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 소스(10)는, 내부에 중공부를 형성하는 캐소드(300)를 구비할 수 있다.The anode 200 may have openings open at both ends, but may form a hollow portion therein. The first cathode 300a and the second cathode 300b may be located at both ends of the anode 200. A plasma device having such an electrode structure is known as a “pig ion source”. Existing pig ion sources may have a flat plate type cathode. The ion source 10 according to an embodiment of the present invention may include a cathode 300 forming a hollow portion therein.

본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(300)는, 내부에 중공부를 형성할 수 있다. 캐소드(300)에 형성된 캐소드 공간(340)은, 가스 또는 이온을 수용할 수 있다. 캐소드(300)와 아노드(200) 사이에 형성된 전위차(electric potential difference)에 의하여, 캐소드 공간(340)에 전기장이 형성될 수 있다. 캐소드(300)와 아노드(200)의 형상 및 배치에 의하여, 캐소드 공간(340)에 형성된 전기장에 구배(curvature)가 형성될 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 캐소드 공간(340)에 자기장(magnetic field)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 마그넷 유닛(600)에 의해 형성되는 자기장의 적어도 일부는, 캐소드 공간(340)에서 전극 어셈블리(100)의 길이 방향과 나란하게 형성될 수 있다.The cathode 300 according to an embodiment of the present invention may form a hollow portion therein. The cathode space 340 formed in the cathode 300 may accommodate gas or ions. An electric field may be formed in the cathode space 340 by an electric potential difference formed between the cathode 300 and the anode 200. A curve may be formed in the electric field formed in the cathode space 340 by the shape and arrangement of the cathode 300 and the anode 200. In the magnet unit 600, a magnetic field may be formed in the cathode space 340. For example, at least a portion of the magnetic field formed by the magnet unit 600 may be formed in the cathode space 340 in parallel with the length direction of the electrode assembly 100.

캐소드 공간(340)에 형성된 자기장과 전기장은, 캐소드 공간(340)에 위치하는 가스 또는 이온에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 캐소드 공간(340)에 위치하는 가스의 이온화는, 전기장 또는/및 자기장에 의하여, 촉진될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 공간(340)에 위치하는 이온 또는 전자는, 전기장 또는/및 자기장에 의하여, 캐소드 공간(340)에 상대적으로 오랫동안 가두어 질 수 있다. 이온 또는 전자가 캐소드 공간(340)에 상대적으로 오랫동안 머물게 되면, 이온 또는 전자는 가스 입자와 충돌함으로써 가스의 이온화를 촉진시킬 수 있다.The magnetic field and the electric field formed in the cathode space 340 may affect gases or ions located in the cathode space 340. For example, ionization of a gas located in the cathode space 340 may be promoted by an electric field or/and a magnetic field. For example, ions or electrons located in the cathode space 340 may be confined in the cathode space 340 for a relatively long time by an electric field or/and a magnetic field. When the ions or electrons stay in the cathode space 340 for a relatively long time, the ions or electrons collide with the gas particles, thereby promoting ionization of the gas.

캐소드(300)에 인접한 영역에서의 전기장 구배(curvature of electric field)는, 캐소드(300)의 형상에 의존할 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(300)에 인접한 영역에서의 전기장 구배는, 기존의 평판형 캐소드에 인접한 영역에서의 전기장 구배와 다를 수 있다. 전기장 구배는, 가스의 이온화에 영향을 미칠 수 있다. 또한 전기장 구배는, 전기장과 자기장의 커플링(coupling)에 따른 플라즈마 드리프트(plasma drift)에 영향을 미칠 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(300)에 형상에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(300)에서의 플라즈마 가둠 효과는, 기존의 평판형 캐소드에서의 플라즈마 가둠 효과에 비하여 클 수 있다. 이로써, 아노드(200)와 캐소드(300)에서의 플라즈마 생성이 상대적으로 활성화될 수 있다. 캐소드(300)의 형상은, 캐소드 공간(340)의 형상을 의미할 수 있다.The curve of electric field in a region adjacent to the cathode 300 may depend on the shape of the cathode 300. That is, the electric field gradient in the area adjacent to the cathode 300 according to the exemplary embodiment of the present invention may be different from the electric field gradient in the area adjacent to the conventional planar cathode. The electric field gradient can affect the ionization of the gas. In addition, the electric field gradient may affect plasma drift due to coupling of the electric and magnetic fields. That is, depending on the shape of the cathode 300 according to an embodiment of the present invention, the plasma confinement effect in the cathode 300 according to an embodiment of the present invention is greater than that of the conventional flat-type cathode. I can. Accordingly, plasma generation in the anode 200 and the cathode 300 can be relatively activated. The shape of the cathode 300 may mean the shape of the cathode space 340.

캐소드(300)의 형상은, 단원자 분율과 관련될 수 있다. 단원자 이온은, 복수원자 이온에 비하여 높은 에너지 또는/및 높은 플라즈마 밀도를 요구할 수 있다. 즉 단원자 분율은, 플라즈마 가둠 효과 또는/및 플라즈마 생성 활성화 정도에 양의 상관관계(positive correlation)을 가질 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드(300)의 형상에 따른 이온 소스(10)에서 생성되는 이온의 단원자 분율은, 기존의 피그 이온 소스에서 생성되는 이온의 단원자 분율 보다 클 수 있다.The shape of the cathode 300 may be related to a fraction of a single atom. Monoatomic ions may require higher energy or/and higher plasma density than multiatomic ions. That is, the monoatomic fraction may have a positive correlation with the plasma confinement effect or/and the degree of plasma generation activation. For example, the monoatomic fraction of ions generated in the ion source 10 according to the shape of the cathode 300 according to an embodiment of the present invention may be greater than the monoatomic fraction of ions generated in the conventional pig ion source. have.

도 6 내지 도 8은, 여러 실시예에 따른 캐소드(300)를 구비한 전극 어셈블리(100)를 나타낸 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 6 내지 도 8에서, 전극 어셈블리(100)는, 단면으로 표시될 수 있다.6 to 8 are views illustrating an electrode assembly 100 having a cathode 300 according to various embodiments. For convenience of explanation, in FIGS. 6 to 8, the electrode assembly 100 may be displayed in cross section.

도 6을 참조하면, 제1 캐소드(300a)의 형상은 평판(flat plate)의 형상에 대응될 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 패널(320a)을 포함할 수 있다. 즉 제1 캐소드(300a)는, 내부에 중공부를 형성하지 않을 수 있다. 제1 캐소드(300a)의 맞은편에 위치하는 제2 캐소드(300b)는, 중공부를 형성할 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 캐소드 홀(330, 도 4 참조)을 포함할 수 있다. 제2 캐소드(300b)에 위치하는 이온은, 캐소드 홀(330, 도 4 참조)을 통해 인출부(400)로 이동할 수 있다. 이 경우, 제2 캐소드(300b)는, “인출 캐소드(extraction cathode)”라 칭할 수 있다.Referring to FIG. 6, the shape of the first cathode 300a may correspond to the shape of a flat plate. The first cathode 300a may include a first cathode panel 320a. That is, the first cathode 300a may not have a hollow portion formed therein. The second cathode 300b positioned opposite the first cathode 300a may form a hollow portion. The second cathode 300b may include a cathode hole 330 (refer to FIG. 4 ). Ions located in the second cathode 300b may move to the withdrawal part 400 through the cathode hole 330 (see FIG. 4 ). In this case, the second cathode 300b may be referred to as “extraction cathode”.

제2 캐소드(300b)는, 인출 캐소드로서, 가스의 이온화가 활성화되는 공간을 제공할 수 있다. 즉 도 6에 도시된 캐소드(300)는, 인출 캐소드에 집중적으로 이온화를 활성화시킬 수 있다.The second cathode 300b is a drawing cathode and may provide a space in which gas ionization is activated. That is, the cathode 300 illustrated in FIG. 6 may intensively activate ionization on the withdrawal cathode.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 캐소드(300b)는 인출 캐소드일 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 인출 캐소드인 제2 캐소드(300b)의 맞은편에 위치할 수 있다. 아노드(200)와 캐소드(300)의 길이는, 전극 어셈블리(100)의 길이 방향을 기준으로 측정될 수 있다. 예를 들어 제1 길이(L1)는, 제1 캐소드(300a)의 내부에 형성된 중공부의 길이를 의미할 수 있다. 예를 들어 제2 길이(L2)는, 제2 캐소드(300b)의 내부에 형성된 중공부의 길이를 의미할 수 있다. 예를 들어 제3 길이(L3)는, 아노드(200)의 내부에 형성된 중공부의 길이를 의미할 수 있다.7 and 8, the second cathode 300b may be a lead-out cathode. The first cathode 300a may be located opposite to the second cathode 300b, which is a lead-out cathode. The lengths of the anode 200 and the cathode 300 may be measured based on the length direction of the electrode assembly 100. For example, the first length L1 may mean the length of a hollow portion formed inside the first cathode 300a. For example, the second length L2 may mean the length of the hollow portion formed inside the second cathode 300b. For example, the third length L3 may mean the length of the hollow portion formed in the anode 200.

도 7에서 제1 길이(L1)는, 도 4에 도시된 제1 캐소드 공간(340a)의 길이 보다 작을 수 있다. 도 7에서 제2 길이(L2)는, 도 4에 도시된 제2 캐소드 공간(310b)의 길이와 동일할 수 있다. 도 7에서 제3 길이(L3)는, 도 4에 도시된 아노드 공간(240)의 길이와 동일할 수 있다. 도 7에서 제1 길이(L1)는 제2 길이(L2) 보다 작을 수 있다. 도 7에 도시된 캐소드(300)와 아노드(200)의 형상에 기인하여, 인출 캐소드인 제2 캐소드(300b)에서 집중적으로 이온화가 발생될 수 있다.In FIG. 7, the first length L1 may be smaller than the length of the first cathode space 340a shown in FIG. 4. In FIG. 7, the second length L2 may be the same as the length of the second cathode space 310b shown in FIG. 4. In FIG. 7, the third length L3 may be the same as the length of the anode space 240 illustrated in FIG. 4. In FIG. 7, the first length L1 may be smaller than the second length L2. Due to the shapes of the cathode 300 and the anode 200 shown in FIG. 7, ionization may be intensively generated in the second cathode 300b, which is a lead cathode.

도 8에서 제1 길이(L1)는, 도 4에 도시된 제1 캐소드 공간(340a)의 길이와 동일할 수 있다. 도 8에서 제2 길이(L2)는, 도 4에 도시된 제2 캐소드 공간(340b)의 길이 보다 클 수 있다. 도 8에서 제3 길이(L3)는, 제4에 도시된 아노드 공간(240)의 길이 보다 클 수 있다. 제2 길이(L2)는, 제1 길이(L1) 보다 클 수 있다. 도 8에 도시된 캐소드(300)와 아노드(200)의 형상에 기인하여, 인출 캐소드인 제2 캐소드(300b)에서 소비되는 전력이 상대적으로 높을 수 있다. 즉 제2 캐소드(300b)에서 생성되거나 수용된 이온의 수 또는 밀도가 상대적으로 높게 유지될 수 있다.In FIG. 8, the first length L1 may be the same as the length of the first cathode space 340a shown in FIG. 4. In FIG. 8, the second length L2 may be greater than the length of the second cathode space 340b shown in FIG. 4. In FIG. 8, the third length L3 may be greater than the length of the anode space 240 illustrated in the fourth example. The second length L2 may be greater than the first length L1. Due to the shapes of the cathode 300 and the anode 200 illustrated in FIG. 8, power consumed by the second cathode 300b, which is a lead-out cathode, may be relatively high. That is, the number or density of ions generated or received in the second cathode 300b may be maintained relatively high.

도 9는, 다양한 형상에 따른 캐소드(300)를 나타낸 도면이다. 도 9에서, 아노드(200)와 캐소드(300)는, 설명의 편의를 위하여, 길이 방향을 기준으로 단면으로 표시될 수 있다.9 is a diagram illustrating a cathode 300 according to various shapes. In FIG. 9, for convenience of description, the anode 200 and the cathode 300 may be displayed in cross-sections based on the length direction.

도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 캐소드 바디(310)의 내면(interior surface)은, 아노드(200)에서 캐소드 패널(320)로 갈수록, 작아지는 단면을 가질 수 있다. 캐소드 홀(330, 도 4 참조)은, 캐소드 패널(320)에 형성될 수 있다. 따라서 캐소드 홀(330, 도 4 참조)에 인접한 영역에서 이온의 밀도가 상대적으로 높을 수 있다. 캐소드 바디(310)의 내면은, 캐소드 공간(340)을 형성할 수 있다. 또는 캐소드 바디(310)의 내면은, 캐소드 공간(340)을 마주할 수 있다. 달리 말하면, 캐소드 바디(310)의 내면은, 아노드(200)에서 캐소드(300)를 향하는 방향으로 볼록할 수 있다. 따라서 캐소드 공간(340)은, 아노드(200)에서 캐소드(300)를 향하는 방향으로 볼록할 수 있다.Referring to FIGS. 9A and 9B, the interior surface of the cathode body 310 may have a cross section that decreases from the anode 200 to the cathode panel 320. The cathode hole 330 (refer to FIG. 4) may be formed in the cathode panel 320. Accordingly, the density of ions may be relatively high in a region adjacent to the cathode hole 330 (see FIG. 4 ). The inner surface of the cathode body 310 may form a cathode space 340. Alternatively, the inner surface of the cathode body 310 may face the cathode space 340. In other words, the inner surface of the cathode body 310 may be convex in a direction from the anode 200 toward the cathode 300. Accordingly, the cathode space 340 may be convex in a direction from the anode 200 toward the cathode 300.

도 9의 (a)를 참조하면, 캐소드 바디(310)의 내면의 단면은 선분을 포함할 수 있다. 캐소드 바디(310)의 내면은, 길이 방향을 기준으로 경사를 형성할 수 있다. 도 9의 (b)를 참조하면, 캐소드 바디(310)의 내면의 단면은 곡선을 포함할 수 있다. 캐소드 바디(310)에 곡선이 형성됨으로써, 캐소드 바디(310)에 수용된 이온이 캐소드 홀(330, 도 4 참조)에 용이하게 도달할 수 있다. 도 9의 (b)에서 캐소드 홀(330, 도 4 참조)은, 캐소드 바디(310)의 단부(end portion)에 형성될 수 있다. 도 9의 (b)에서 캐소드 바디(310)는, 캐소드 바디(310, 도 4 참조)와 캐소드 패널(320, 도 4 참조)이 일체로 형성되되 곡선 형상을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 9A, a cross section of an inner surface of the cathode body 310 may include a line segment. The inner surface of the cathode body 310 may be inclined with respect to the length direction. Referring to FIG. 9B, a cross section of the inner surface of the cathode body 310 may include a curved line. By forming a curve in the cathode body 310, ions accommodated in the cathode body 310 can easily reach the cathode hole 330 (refer to FIG. 4 ). In FIG. 9B, the cathode hole 330 (see FIG. 4) may be formed in an end portion of the cathode body 310. In FIG. 9B, the cathode body 310 may be understood that the cathode body 310 (see FIG. 4) and the cathode panel 320 (see FIG. 4) are integrally formed and include a curved shape.

도 9의 (c)를 참조하면, 캐소드(300)는, 캐소드 가드(315)를 포함할 수 있다. 캐소드 가드(315)는, 캐소드 바디(310)의 일단(一端)에 위치할 수 있다. 예를 들어 캐소드 가드(315)는, 캐소드 바디(310)의 일단에서 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들어 캐소드 가드(315)는, 캐소드 바디(310)에 연결된 형상을 형성할 수 있다. 캐소드 가드(315)의 형상은, 개구부(opening)를 구비한 플레이트(plate)에 대응될 수 있다. 캐소드 가드(315)는, 캐소드 바디(310)와 일체로 형성될 수 있다. 캐소드 가드(315)는, 캐소드 바디(310)를 기준으로 캐소드 패널(320)의 맞은편에 위치할 수 있다. 캐소드 가드(315)는, 아노드(200)를 마주할 수 있다. 제1 캐소드(300a)는, 제1 캐소드 가드(315a)를 포함할 수 있다. 제2 캐소드(300b)는, 제2 캐소드 가드(315b)를 포함할 수 있다. 캐소드 가드(315)는, 제1 캐소드 가드(315a)와 제2 캐소드 가드(315b) 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.9C, the cathode 300 may include a cathode guard 315. The cathode guard 315 may be located at one end of the cathode body 310. For example, the cathode guard 315 may be formed to extend from one end of the cathode body 310. For example, the cathode guard 315 may form a shape connected to the cathode body 310. The shape of the cathode guard 315 may correspond to a plate having an opening. The cathode guard 315 may be integrally formed with the cathode body 310. The cathode guard 315 may be positioned opposite the cathode panel 320 with respect to the cathode body 310. The cathode guard 315 may face the anode 200. The first cathode 300a may include a first cathode guard 315a. The second cathode 300b may include a second cathode guard 315b. The cathode guard 315 may mean at least one of a first cathode guard 315a and a second cathode guard 315b.

캐소드 바디(310)의 폭(width) 또는 단면은, 아노드(200)의 폭 또는 단면 보다 클 수 있다. 즉 캐소드 공간(240)의 폭 또는 단면은, 아노드 공간(240)의 폭 또는 단면 보다 클 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 캐소드 바디(310)에 수용되는 가스 또는 이온이 상대적으로 많아질 수 있다.The width or cross-section of the cathode body 310 may be larger than the width or cross-section of the anode 200. That is, the width or cross section of the cathode space 240 may be larger than the width or cross section of the anode space 240. With such a configuration, the number of gases or ions accommodated in the cathode body 310 may be relatively increased.

도 9에서, 제1 캐소드(300a)는 제2 캐소드(300b)와 대칭일 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 제1 캐소드(300a)는 평판(flat plate)의 형상을 가지고, 제2 캐소드(300b)는, 도 9에 도시된 형상을 가질 수 있다. 또는, 제1 캐소드(300a)는 도 9의 (a), (b), 및 (c) 중 하나에 도시된 캐소드(300)의 형상을 가지고, 제2 캐소드(300b)는, 도 9의 (a), (b), 및 (c) 중 다른 하나에 도시된 캐소드(300)의 형상을 가질 수 있다.In FIG. 9, the first cathode 300a may be symmetrical with the second cathode 300b. However, the scope of the present invention is not limited thereto. For example, the first cathode 300a may have the shape of a flat plate, and the second cathode 300b may have the shape shown in FIG. 9. Alternatively, the first cathode 300a has the shape of the cathode 300 shown in one of (a), (b), and (c) of FIG. 9, and the second cathode 300b is ( It may have the shape of the cathode 300 shown in the other one of a), (b), and (c).

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 어셈블리(200, 300, 400)에 연결된 전력 회로를 나타낸 도면이다.10 is a diagram showing a power circuit connected to the electrode assemblies 200, 300, and 400 according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 이온 소스(10)는, 제1 전원(610), 제2 전원(620), 스위치(640), 그리고 접지(650)를 포함할 수 있다. 접지(650)에서의 전위는, 기준 전위일 수 있다. 기준 전위(reference potential)는 영(zero)일 수 있다. 제1 전원(610), 아노드(200), 그리고 캐소드(300)는, 제1 회로를 형성할 수 있다. 제2 전원(620), 캐소드(300), 그리고 인출부(400)는, 제2 회로를 형성할 수 있다. 이온 소스(10)는, 저항(electric resistor)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the ion source 10 may include a first power source 610, a second power source 620, a switch 640, and a ground 650. The potential at the ground 650 may be a reference potential. The reference potential may be zero. The first power source 610, the anode 200, and the cathode 300 may form a first circuit. The second power source 620, the cathode 300, and the lead part 400 may form a second circuit. The ion source 10 may include an electric resistor.

도 10의 (a)를 참조하면, 제1 전원(610), 저항(630), 아노드(200), 캐소드(300), 그리고 스위치(640)는, 제1 회로를 형성할 수 있다. 스위치(640)가 닫히면, 아노드(200)와 캐소드(300) 사이에 전위차(electric potential difference)가 형성될 수 있다. 아노드(200)와 캐소드(300) 사이에 형성되는 전위차는, 제1 전원(610)의 전압에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 10A, a first power source 610, a resistor 630, an anode 200, a cathode 300, and a switch 640 may form a first circuit. When the switch 640 is closed, an electric potential difference may be formed between the anode 200 and the cathode 300. A potential difference formed between the anode 200 and the cathode 300 may correspond to the voltage of the first power source 610.

스위치(640)의 작동에 따라, 이온 소스(10)의 작동은, 연속 출력 방식 또는 펄스 출력 방식으로 구분될 수 있다. 스위치(640)는, 온-오프(on-off)를 주기적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 스위치(640)가 작동하는 주기(period)는, 100μs일 수 있다. 예를 들어, 스위치(640)가 온(on) 상태를 유지하는 시간(time)은, 10μs 일 수 있다. 이와 같은 경우, 이온 소스(10)는 펄스(pulse) 방식으로 작동될 수 있다.Depending on the operation of the switch 640, the operation of the ion source 10 may be classified into a continuous output method or a pulse output method. The switch 640 may periodically perform on-off. For example, a period in which the switch 640 operates may be 100 μs. For example, the time during which the switch 640 maintains the on state may be 10 μs. In this case, the ion source 10 may be operated in a pulse manner.

캐소드(300), 인출부(400), 그리고 제2 전원(620)은, 제2 회로를 형성할 수 있다. 제2 전원(620)은, 접지(650)에 연결될 수 있다. 인출부(400)와 캐소드(300) 사이에 전위차가 형성될 수 있다. 인출부(400)와 캐소드(300) 사이에 형성되는 전위차는, 제2 전원(620)의 전압에 대응될 수 있다.The cathode 300, the lead part 400, and the second power source 620 may form a second circuit. The second power source 620 may be connected to the ground 650. A potential difference may be formed between the lead portion 400 and the cathode 300. A potential difference formed between the lead part 400 and the cathode 300 may correspond to the voltage of the second power source 620.

도 10의 (b)에 도시된 회로의 구성은, 도 10의 (a)에 도시된 회로의 구성과 유사할 수 있다. 도 10의 (a)에서 저항(630)은 아노드(200)에 연결될 수 있다. 도 10의 (b)에서 저항(630)은 캐소드(300)에 연결될 수 있다.The configuration of the circuit shown in FIG. 10B may be similar to the configuration of the circuit shown in FIG. 10A. In FIG. 10A, the resistor 630 may be connected to the anode 200. In (b) of FIG. 10, the resistor 630 may be connected to the cathode 300.

도 10의 (c)를 참조하면, 제1 회로는 접지(650)에 연결될 수 있다. 예를 들어 제1 전원(610)은 접지(650)에 연결될 수 있다. 도 10의 (c)에 도시된 구성은, 예를 들어 중성자 발생 장치에 적합할 수 있다.Referring to FIG. 10C, the first circuit may be connected to the ground 650. For example, the first power source 610 may be connected to the ground 650. The configuration shown in Fig. 10C may be suitable for a neutron generating device, for example.

도 10을 참조하면, 아노드(200)와 캐소드(300) 사이에 형성되는 전위차는, 제1 전원(610)의 전압에 대응될 수 있다. 아노드(200)와 캐소드(300) 사이에 형성된 전위차에 의하여, 아노드(200)와 캐소드(300)에서 이온이 형성될 수 있다. 특히 도 1 내지 도 9에서 도시된 캐소드(300)의 형상에 기인하여, 상대적으로 높은 단원자 분율을 가지는 이온이 형성될 수 있다. 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)는, 동일한 전위를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, a potential difference formed between the anode 200 and the cathode 300 may correspond to the voltage of the first power source 610. Ions may be formed in the anode 200 and the cathode 300 due to a potential difference formed between the anode 200 and the cathode 300. In particular, due to the shape of the cathode 300 illustrated in FIGS. 1 to 9, ions having a relatively high monoatomic fraction may be formed. The first cathode 300a and the second cathode 300b may form the same potential.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 아노드(200)와 캐소드(300)에서 형성된 이온은, 캐소드(300)와 인출부(400) 사이에 형성된 전위차에 의하여, 인출부(400)로 가속되어 진입할 수 있다. 아노드(200)와 캐소드(300)에 제공되는 전위차는, 스위치(640)의 스위칭(switching)에 의하여 펄스 방식으로 제공될 수 있다. 도면에 표시되지 않았으나, 이온 소스(10)는 커패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. 스위치(640)가 오프(off) 상태인 경우, 커패시터에 전력이 제공되어 커패시터의 전압이 상승할 수 있다. 스위치(640)가 온(on) 상태로 변환되면, 커패시터에 저장된 전력이 아노드(200)와 캐소드(300)에 제공될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 아노드(200)와 캐소드(300)에 고전압 전력이 제공될 수 있다.1 to 10, the ions formed in the anode 200 and the cathode 300 are accelerated to the lead portion 400 by the potential difference formed between the cathode 300 and the lead portion 400 and enter. can do. The potential difference provided to the anode 200 and the cathode 300 may be provided in a pulsed manner by switching of the switch 640. Although not shown in the drawing, the ion source 10 may include a capacitor. When the switch 640 is in an off state, power is supplied to the capacitor and the voltage of the capacitor may increase. When the switch 640 is converted to an on state, power stored in the capacitor may be provided to the anode 200 and the cathode 300. In this way, high voltage power may be provided to the anode 200 and the cathode 300.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 가스는 외부에서 이온 소스(10)에 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하우징 바디(510)와 캐소드 서포트(520)가 아노드(200) 및 캐소드(300)를 밀폐하는 구조를 가지며, 가스 저장 부재(gas reservoir)가 하우징(500)의 내부에 위치하여 가스를 제공하는 구조가 고려될 수 있다. 이 경우, 이온 소스(10)의 휴대성이 향상될 수 있다. 즉 이온 소스(10)가 현장에서(in-situ) 사용되기 용이한 구조를 가질 수 있다. 또는 이온 소스(10)의 공간 활용성이 향상될 수 있다.1 to 10, gas may be provided to the ion source 10 from the outside. However, the scope of the present invention is not limited thereto. For example, the housing body 510 and the cathode support 520 have a structure to seal the anode 200 and the cathode 300, and a gas reservoir is located inside the housing 500 A structure for providing gas can be considered. In this case, the portability of the ion source 10 can be improved. That is, the ion source 10 may have a structure that is easy to be used in-situ. Alternatively, space utilization of the ion source 10 may be improved.

가스 저장 부재는, 예를 들어 금속과 가스 원소가 결합된 상태의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어 가스 저장 부재는, 티타늄(Ti)과 수소(hydrogen)가 결합된 티타늄 수소화물(titanium hydride, TiH₂) 또는 티타늄 중수소화물(TiD₂)을 포함할 수 있다. 이온 소스(10)는, 가열기(heater)를 포함할 수 있다. 가열기는, 가스 저장 부재에 열을 가할 수 있다. 가스 저장 부재가 열을 제공받으면, 가스를 배출할 수 있다. 가스 저장 부재에서 배출되는 가스는, 아노드(200)와 캐소드(300)에 주입되어 이온화될 수 있다.The gas storage member may include, for example, a material in which a metal and a gas element are combined. For example, the gas storage member may include titanium hydride (TiH ₂ ) or titanium deuterium (TiD ₂ ) in which titanium (Ti) and hydrogen are combined. The ion source 10 may include a heater. The heater can apply heat to the gas storage member. When the gas storage member is provided with heat, gas can be discharged. The gas discharged from the gas storage member may be ionized by being injected into the anode 200 and the cathode 300.

본 명세서에서 “길이 방향”은, 아노드(200)에서 캐소드(300)를 향하는 방향과 나란할 수 있다. 예를 들어 이온 소스(10)의 길이 방향은, 아노드(200)에서 제1 캐소드(300a)를 향하는 방향과 나란하거나, 아노드(200)에서 제2 캐소드(300b)를 향하는 방향과 나란할 수 있다. 아노드(200)의 길이 방향은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 캐소드(300)의 길이 방향은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 인출부(400)의 길이 방향은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다. 전극 어셈블리(100)의 길이 방향은, 이온 소스(10)의 길이 방향과 나란할 수 있다.In the present specification, the “length direction” may be parallel to the direction from the anode 200 toward the cathode 300. For example, the length direction of the ion source 10 may be parallel to the direction from the anode 200 toward the first cathode 300a, or parallel with the direction from the anode 200 toward the second cathode 300b. I can. The length direction of the anode 200 may be parallel to the length direction of the ion source 10. The longitudinal direction of the cathode 300 may be parallel to the longitudinal direction of the ion source 10. The length direction of the lead portion 400 may be parallel to the length direction of the ion source 10. The length direction of the electrode assembly 100 may be parallel to the length direction of the ion source 10.

마그넷 유닛(600)은, 길이 방향으로 연장된 형상을 형성할 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 중공부를 형성할 수 있다. 마그넷 유닛(600)은, 아노드(200)와 캐소드(300)를 수용할 수 있다.The magnet unit 600 may have a shape extending in the longitudinal direction. The magnet unit 600 can form a hollow part. The magnet unit 600 may accommodate the anode 200 and the cathode 300.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 이온 소스 100: 전극 어셈블리
200: 아노드 300: 캐소드
400: 인출부 500: 하우징10: ion source 100: electrode assembly
200: anode 300: cathode
400: lead part 500: housing

Claims

An anode that forms an anode space as a hollow part from one end to the other end;
A first cathode positioned at one end of the anode and facing the anode; And
And a second cathode positioned at the other end of the anode, facing the anode, and positioned opposite the first cathode with respect to the anode,
The first cathode,
A first cathode body positioned at one end of the anode and forming a first cathode space as a hollow portion opened toward the anode; And
A first cathode panel connected to the first cathode body and positioned opposite the anode with respect to the first cathode body,
The second cathode,
A second cathode body positioned at the other end of the anode and forming a second cathode space as a hollow portion opened toward the anode;
A second cathode panel connected to the second cathode body and positioned opposite the anode with respect to the second cathode body; And
Including a cathode hole (cathode hole) formed in the second cathode panel,
Ion source.

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The method of claim 1,
The first cathode,
Symmetrical with the second cathode with respect to the anode,
Ion source.

The method of claim 1,
Based on the length direction of the anode, the length of the second cathode space is,
Different from the length of the first cathode space based on the length direction of the anode,
Ion source.

The method of claim 4,
The length of the second cathode space is,
Greater than the length of the first cathode space,
Ion source.

The method of claim 1,
The second cathode body,
It has an inner surface (interior surface) having a constant cross section along the length direction of the second cathode body,
The inner surface of the second cathode body,
Facing the second cathode space,
Ion source.

The method of claim 1,
The second cathode body,
It has an interior surface having a smaller cross section from the anode to the second cathode panel,
The inner surface of the second cathode body,
Facing the second cathode space,
Ion source.

The method of claim 1,
The second cathode body,
It has an inner surface (interior surface) forming a cross-section larger than that of the inner surface of the anode,
The inner surface of the second cathode body,
Facing the second cathode space,
Ion source.

The method of claim 8,
The second cathode,
Including a second cathode guard extending from one end of the second cathode body, facing the anode, and forming a shape of a plate having an opening,
Ion source.

The method of claim 1,
Further comprising a housing having a housing body coupled to the second cathode, a cathode support coupled to the first cathode, and a link connecting the cathode support and the housing body,
The anode, the first cathode, and the second cathode,
Located between the housing body and the cathode support,
Ion source.

The method of claim 1,
Further comprising a magnet unit (magnet unit) for providing a magnetic field (magnetic field) to the anode and the cathode,
Ion source.

The method of claim 11,
The magnet unit,
Including a coil (coil) forming a shape surrounding the anode and the cathode,
Ion source.

The method of claim 1,
Adjacent to the cathode hole, further comprising a lead-out portion positioned opposite the anode with respect to the second cathode,
The electric potential of the first cathode is,
Maintained equal to the potential of the second cathode,
A first power source electrically connected between the first cathode and the anode; And
Further comprising a second power source electrically connected between the first cathode and the lead portion,
Ion source.

The method of claim 13,
Further comprising a resistor (electric resistor) electrically connected to the first power source,
The resistance is,
Electrically connected to one of the anode and the first cathode,
Ion source.

The method of claim 14,
A first circuit formed by the first power source, the resistor, the anode, and the first cathode,
Including a switch for on-off switching (on-off switching) operation,
The potential difference between the anode and the first cathode,
Provided as a pulse according to the switching of the switch over time,
Ion source.