KR102243549B1 - Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same - Google Patents

Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same Download PDF

Info

Publication number
KR102243549B1
KR102243549B1 KR1020140122284A KR20140122284A KR102243549B1 KR 102243549 B1 KR102243549 B1 KR 102243549B1 KR 1020140122284 A KR1020140122284 A KR 1020140122284A KR 20140122284 A KR20140122284 A KR 20140122284A KR 102243549 B1 KR102243549 B1 KR 102243549B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
plasma
ion beam
heavy ion
generating
Prior art date
Application number
KR1020140122284A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150053224A (en
Inventor
신동호
정문연
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US14/534,076 priority Critical patent/US9117619B2/en
Publication of KR20150053224A publication Critical patent/KR20150053224A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102243549B1 publication Critical patent/KR102243549B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/022—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources

Abstract

본 발명에 의한 중이온 빔 발생장치는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 발생부; 상기 레이저 빔에 의해 중성자 빔을 생성하는 타깃; 상기 레이저 빔을 상기 타깃의 전면에 집속시키는 레이저 광학계; 및 상기 타깃 후면에 배치되고, 상기 타깃 후면에 양이온 플라즈마를 조사하여 플라즈마 표면 처리에 의하여 상기 타깃 내부에 있는 불순 물질을 제거하는 플라즈마 처리부;를 포함한다.The heavy ion beam generator according to the present invention comprises: a laser beam generator for generating a laser beam; A target generating a neutron beam by the laser beam; A laser optical system focusing the laser beam on the front surface of the target; And a plasma processing unit disposed on the rear surface of the target, and irradiating a cationic plasma on the rear surface of the target to remove impurity substances inside the target by plasma surface treatment.

Description

중이온 빔 발생 장치 및 방법{Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same} Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same}

본 발명은 중이온 빔 발생 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 레이저 빔을 이용한 중이온 빔 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for generating a heavy ion beam, and more particularly, to an apparatus and method for generating a heavy ion beam using a laser beam.

레이저 이온 가속은 기초 및 응용 과학에 활용도가 높아 많은 관심이 집중되고 있는 기술이다. 레이저 기반 양성자 방사선 사진술, 이온 고속점화(ion fast ignition) 및 암 치료 같은 응용 분야 연구가 활발하게 진행되고 있다. Laser ion acceleration is a technology that is receiving a lot of attention due to its high application in basic and applied science. Research in applications such as laser-based proton radiography, ion fast ignition, and cancer treatment is actively underway.

레이저에 의해 발생되는 이온 빔은 X-선과 중성자 빔과 같은 이차 방사선 발생에도 활용할 수 있다The ion beam generated by the laser can also be used to generate secondary radiation such as X-rays and neutron beams.

탄소이온 고속점화를 구현하기 위해서는 450 MeV 의 탄소 6가 이온 (C6 +) 빔이, 암 치료를 위해서는 에너지가 4-5GeV 이고 좁은 에너지 분포를 갖는 탄소 6가 이온 빔이 요구되며, 고속점화나 암 치료기 분야에서는 고순도, 좁은 에너지 분포 및 균일한 공간분포 특성을 갖는 중이온 빔이 요구된다. A 450 MeV carbon hexavalent ion (C 6 + ) beam is required to realize high-speed ignition of carbon ions, and a carbon hexavalent ion beam having a narrow energy distribution and 4-5GeV energy is required for cancer treatment. In the field of cancer treatment devices, a heavy ion beam having high purity, narrow energy distribution, and uniform spatial distribution is required.

레이저를 이용한 탄소 이온 발생 장치는 고출력 레이저 빔을 타깃에 입사시켜 탄소이온 빔을 획득할 수 있다.A carbon ion generating apparatus using a laser can obtain a carbon ion beam by injecting a high-power laser beam onto a target.

고출력 레이저 빔을 박막 타깃에 조사하면 타깃 정상 쉬스 가속 모델(Target Normal Sheath Acceleration model: TNSA model) 혹은 방사압 가속 모델(Radiation Pressure Acceleration model: RPA model) 등에 의해 박막 중의 이온이 가속 에너지를 가지고 박막 밖으로 탈출하게 된다. When a high-power laser beam is irradiated onto the thin film target, the ions in the thin film take the acceleration energy out of the thin film by a target normal sheath acceleration model (TNSA model) or a radiation pressure acceleration model (RPA model). You will escape.

타깃 표면에 흡착되어 있는 물 분자 또는 타깃 내부에 불순물처럼 존재하는 수소 원자들도 동일한 원리로 가속될 수 있다. 수소 이온 즉 양성자는 탄소 이온에 비해 가벼워서 동일한 조건에서 탄소 이온보다 먼저 가속될 가능성이 높다. 일단, 양성자가 가속되어 층을 형성하면 그 이후에 가속되어 진행하는 탄소 이온은 양성자 층의 그늘에 가려 일정 수준이상으로 가속되지 못한다. Water molecules adsorbed on the target surface or hydrogen atoms present as impurities inside the target can be accelerated using the same principle. Hydrogen ions, or protons, are lighter than carbon ions and are likely to accelerate before carbon ions under the same conditions. Once a proton is accelerated to form a layer, the carbon ions accelerated and proceed after that are covered by the shadow of the proton layer and cannot be accelerated to a certain level or higher.

따라서, 탄소 이온이 보다 높은 가속 에너지를 갖도록 하기 위해서는 양성자 가속이 일어나지 않도록 하는 방법에 대한 필요성이 제기된다. Therefore, in order for carbon ions to have higher acceleration energy, there is a need for a method of preventing proton acceleration from occurring.

이와 같이 타깃에 가속에너지를 가하여 이온을 가속시키는 종래 기술은 US 6906338호에 개시된 바 있다. As described above, a prior art for accelerating ions by applying acceleration energy to a target has been disclosed in US 6906338.

6906338 B2(Laser driven ion accelerator)6906338 B2 (Laser driven ion accelerator)

본 발명은 레이저에 의한 중이온 빔 발생장치에서 타깃 표면에 있는 불순물을 효과적으로 제거하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide an apparatus and method for effectively removing impurities on a target surface in an apparatus for generating a heavy ion beam using a laser.

본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 발생부; 상기 레이저 빔에 의해 중성자 빔을 생성하는 타깃; 상기 레이저 빔을 상기 타깃의 전면에 집속시키는 레이저 광학계; 및 상기 타깃 후면에 배치되고, 상기 타깃 후면에 양이온 플라즈마를 조사하여 플라즈마 표면 처리에 의하여 상기 타깃 내부에 있는 불순 물질을 제거하는 플라즈마 처리부; 를 포함하는 중이온 빔 발생장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a laser beam generator for generating a laser beam; A target generating a neutron beam by the laser beam; A laser optical system focusing the laser beam on the front surface of the target; And a plasma processing unit disposed on the rear surface of the target, and irradiating a positive ion plasma on the rear surface of the target to remove impurity substances inside the target by plasma surface treatment. There is provided a heavy ion beam generator comprising a.

또한, 상기 불순 물질은 양성자 물질인 것을 특징으로 한다.In addition, the impurity material is characterized in that the proton material.

또한, 상기 타깃은 진공 챔버 내에 위치하며, 상기 플라즈마 표면 처리는 상기 진공 챔버 내에서 이루어지며, 상기 레이저 광학계는 상기 진공 챔버와 밸브에 의하여 연결되거나 격리되는 것을 특징으로 한다.In addition, the target is located in a vacuum chamber, the plasma surface treatment is performed in the vacuum chamber, and the laser optical system is connected to or isolated from the vacuum chamber by a valve.

또한, 상기 플라즈마 처리부는, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와 생성된 플라즈마 중 양이온을 가속하여 양이온 플라즈마 빔을 상기 타깃에 전달하는 플라즈마 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the plasma processing unit may include a plasma generating unit for generating plasma and a plasma transmitting unit for accelerating positive ions in the generated plasma to deliver a positive ion plasma beam to the target.

또한, 상기 플라즈마 전달부는 하나 이상의 제어 전극과 전원장치를 포함하며, 상기 제어 전극은 음의 전압으로 충전된 것을 특징으로 한다.In addition, the plasma delivery unit includes at least one control electrode and a power supply, and the control electrode is charged with a negative voltage.

또한, 상기 제어 전극은 양이온 투과가 용이한 망사(grid)로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the control electrode is characterized in that it is formed of a mesh (grid) for easy penetration of cations.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 타깃이 내부에 위치되는 진공 챔버, 상기 진공 챔버의 외곽에 배치되며, 레이저 빔을 상기 타깃의 전면에 집속시키는 레이저 광학계, 상기 타깃의 후면에 배치되어 상기 타깃의 플라즈마 표면 처리를 수행하는 플라즈마 처리부, 상기 타깃에서 발생되는 중이온 빔을 출력하는 중이온 빔 출력부를 포함하는 중이온 발생 장치에 의하여 상기 타깃 내부에 있는 양성자 물질의 불순 물질을 제거하는 중이온 빔 발생방법에 있어서, 상기 타깃의 후면을 상기 플라즈마 처리부의 플라즈마 생성부를 향하는 위치로 배치하는 단계; 상기 레이저 광학계와 상기 중이온 빔 출력부를 플라즈마 처리가 이루어지는 상기 진공 챔버의 영역과 격리시키는 격리 단계; 상기 플라즈마 생성부에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 단계; 및 상기 타깃의 후면에 일정 간격으로 배치된 제어 전극에 음의 전압을 인가하여 상기 생성된 플라즈마에서 양이온 플라즈마 빔을 상기 타깃의 후면에 조사하는 양이온 조사 단계; 를 포함하는 중이온을 발생하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a vacuum chamber in which a target is located, a laser optical system disposed outside the vacuum chamber and focusing a laser beam on the front surface of the target, and disposed on the rear surface of the target In the heavy ion beam generating method for removing impurity substances of the proton material inside the target by a heavy ion generating device including a plasma processing unit performing plasma surface treatment and a heavy ion beam output unit outputting a heavy ion beam generated from the target, Arranging a rear surface of the target toward a plasma generating unit of the plasma processing unit; An isolation step of isolating the laser optical system and the heavy ion beam output from a region of the vacuum chamber where plasma treatment is performed; A plasma generating step of generating plasma in the plasma generating unit; And a positive ion irradiation step of irradiating a positive ion plasma beam from the generated plasma to the rear surface of the target by applying a negative voltage to a control electrode disposed at a predetermined interval on the rear surface of the target. There is provided a method for generating a heavy ion beam, characterized in that generating heavy ions comprising a.

또한, 상기 양이온 조사 단계 이후에, 상기 플라즈마 생성부를 격리시키고 상기 진공 챔버 내의 잔여 물 분자 또는 불순물을 제거시키는 단계; 상기 격리된 레이저 광학계와 상기 중이온 빔 출력부를 상기 진공 챔버에 연결시키고 상기 진공 챔버와 같이 일정 진공도를 유지하도록 진공시키는 진공 단계; 상기 진공 단계 이후에 상기 타깃의 후면을 상기 중이온 빔 출력부로 향하도록 배치시키는 단계; 레이저 빔을 발생시켜서 상기 레이저 광학계에 의하여 도파된 레이저 빔을 상기 타깃에 집속하는 단계; 및 상기 레이저 빔에 의하여 상기 타깃의 후면에서 발생되는 중이온 빔을 상기 중이온 빔 출력부로 출력하는 출력 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the cation irradiation step, the steps of isolating the plasma generating unit and removing residual water molecules or impurities in the vacuum chamber; A vacuum step of connecting the isolated laser optical system and the heavy ion beam output unit to the vacuum chamber and vacuuming to maintain a predetermined degree of vacuum like the vacuum chamber; Disposing a rear surface of the target toward the heavy ion beam output unit after the vacuum step; Generating a laser beam and focusing the laser beam guided by the laser optical system onto the target; And an output step of outputting a heavy ion beam generated from a rear surface of the target by the laser beam to the heavy ion beam output unit. It characterized in that it comprises a.

또한, 상기 출력 단계에는 상기 출력되는 중이온 빔의 에너지, 양, 분포 중 적어도 하나 이상을 측정하는 검출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the outputting step may further include a detecting step of measuring at least one of energy, quantity, and distribution of the output heavy ion beam.

또한, 상기 출력 단계에는 상기 출력되는 중이온 빔의 에너지, 양, 분포 중 적어도 하나 이상을 측정하는 검출단계를 더 포함한다.In addition, the outputting step further includes a detecting step of measuring at least one of energy, quantity, and distribution of the output heavy ion beam.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 타깃 표면에 존재하는 양성자로 이루어진 불순물을 효과적으로 제할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, impurities composed of protons present on the target surface can be effectively removed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 탄소 이온과 같이 양성자보다 무거운 입자를 가속하고자 할 때, 레이저에 의해 먼저 가속된 양성자로 인해 발생되는 간섭을 최소화하여 타깃에 집속한 레이저 펄스에 의해 형성된 강한 전기장이 오로지 중이온 가속에만 사용되어 중 이온 발생 효율을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when trying to accelerate particles heavier than protons such as carbon ions, the strong electric field formed by the laser pulse focused on the target is minimized by minimizing the interference caused by the proton accelerated first by the laser. It is only used to accelerate heavy ions and can increase the efficiency of heavy ion generation.

또한, 탄소를 다량 함유하고 있는 물질을 타깃으로 사용할 경우 암 치료에 사용할 수 있을 정도로 충분한 양과 높은 에너지를 갖는 고품질 탄소 이온 빔을 만들어낼 수 있다.In addition, when a material containing a large amount of carbon is used as a target, a high-quality carbon ion beam having sufficient amount and high energy to be used for cancer treatment can be produced.

도 1은 열처리를 이용하여 물 분자를 제거하는 원리를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중이온 빔 발생장치의 특징을 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양이온이 타깃 표면부에 있는 불순물 층을 제거하는 형태를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the principle of removing water molecules using heat treatment.
2 is a structural diagram schematically showing features of a heavy ion beam generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram for explaining a form in which cations remove an impurity layer on a target surface according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

상기 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 탄소이온 발생 장치는 1018 W/cm2 이상의 세기를 갖는 레이저 빔을 타깃에 입사시켜 탄소 이온 빔을 획득할 수 있다. 타깃은 얇은 박막으로 탄소를 주성분으로 하는 금속 또는 비금속이 사용될 수 있다.The carbon ion generating apparatus using a laser according to an exemplary embodiment of the present invention may obtain a carbon ion beam by injecting a laser beam having an intensity of 10 18 W/cm 2 or more onto a target. The target is a thin film, and a metal or non-metal mainly containing carbon may be used.

전술한 바와 같이 양성자는 탄소 이온에 비해 가벼워서 동일한 조건에서 탄소 이온보다 먼저 가속되어 층을 형성하면 그 이후에 가속되어 진행하는 탄소 이온은 양성자 층의 그늘에 가려 일정 수준이상으로 가속되지 못하게 되는 데, 타깃 표면에 흡착되어 있는 물분자 나 불순물을 제거하게 되면 양성자 가속이 일어나지 않아서, 탄소 이온이 보다 높은 가속 에너지를 갖도록 할 수 있다. As described above, protons are lighter than carbon ions, so if a layer is formed by accelerating before carbon ions under the same conditions, carbon ions that are accelerated and proceed after that are covered by the shade of the proton layer and cannot be accelerated to a certain level. If water molecules or impurities adsorbed on the target surface are removed, proton acceleration does not occur, so carbon ions can have higher acceleration energy.

타깃 표면에 흡착되어 있는 물 분자 또는 타깃 내부에 불순물을 제거하는 방법 중의 하나로써, 레이저 빔 조사 전 타깃을 적정한 온도로 가열하여 표면에 흡착된 물 분자를 제거하는 방법이 제안된다.As one of the methods of removing water molecules adsorbed on the target surface or impurities inside the target, a method of removing water molecules adsorbed on the surface by heating the target to an appropriate temperature before irradiation with a laser beam is proposed.

도 1은 열처리를 이용하여 물 분자를 제거하는 원리를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing the principle of removing water molecules using heat treatment.

도 1을 참조하면, 타깃 표면의 온도를 상승시키면, 표면에 흡착되어 있는 물 분자를 증발하게 된다. 도 1의 (a)는 열처리 초기로서 타깃의 표면에 물 분자와 함께 오염된 분자가 포함되어 있는 상태를 나타내며, 도 1의 (b)는 열처리가 진행되면서 열처리에 의하여 타깃의 표면의 오염 물질이 제거되는 상태를 나타낸다.Referring to FIG. 1, when the temperature of the target surface is increased, water molecules adsorbed on the surface are evaporated. Fig. 1(a) shows the state in which contaminated molecules are included on the surface of the target as the initial heat treatment, and Fig. 1(b) shows the contaminants on the surface of the target by the heat treatment as the heat treatment proceeds. It indicates the state being removed.

도 1을 참조하면, 물 분자 속에는 양성자 원(source)이 될 수 있는 수소 원자가 포함되어 있기 때문에 타깃 표면에 존재하는 물 분자를 제거함으로써 양성자 가속을 제한하는 효과를 가지게 된다. Referring to FIG. 1, since a hydrogen atom, which can become a source of protons, is contained in a water molecule, it has an effect of limiting proton acceleration by removing water molecules present on the target surface.

한편, 타깃 표면에는 물 분자 외에 다양한 종류의 원자, 유기 분자들이 매우 얇은 두께로 흡착되어 있다. 특히 수소 원자 또는 이를 포함하는 분자가 표면에 강하게 결합해 있거나 표면에 결함(defect)이 있는 부분에 흡착되어 있는 경우에는 열처리만으로는 완벽하게 제거하기 곤란할 수 있다. On the other hand, various kinds of atoms and organic molecules in addition to water molecules are adsorbed on the target surface in a very thin thickness. In particular, when hydrogen atoms or molecules containing the same are strongly bonded to the surface or are adsorbed to a portion having defects on the surface, it may be difficult to completely remove only by heat treatment.

표면에 남아 있는 양성자 원은 탄소 이온과 같은 무거운 입자를 가속시키는데 저해요인으로 작용할 수 있고 가속된 중이온의 에너지 분포, 공간 분포에 영향을 줄 수 있다. The proton source remaining on the surface can act as an inhibitor in accelerating heavy particles such as carbon ions, and can affect the energy distribution and spatial distribution of the accelerated heavy ions.

또한, 레이저 이온 가속 실험에는 수 nm에서 수십 nm 정도의 두께를 갖는 타깃이 주로 사용되는데, 이와 같은 초 박막 소재에 열을 가할 경우 변형이 일어나거나 이를 지지하고 있는 물질과 박막 사이의 열팽창 정도 차이에 의해 열처리 이후 박막이 손상되는 결과를 가져올 수도 있다.
In addition, targets having a thickness of several to tens of nm are mainly used in laser ion acceleration experiments. When heat is applied to such ultra-thin materials, deformation occurs or the difference in the degree of thermal expansion between the material supporting it and the thin film As a result, the thin film may be damaged after heat treatment.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중이온 빔 발생장치의 특징을 개략적으로 도시한 구조도이다. 2 is a structural diagram schematically showing features of a heavy ion beam generator according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중이온 발생장치(1)는 진공챔버(100), 레이저 광학계(200), 플라즈마 표면 처리부(300), 타깃(10) 및 중이온 빔 출력부(400)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 2, the heavy ion generator 1 according to an embodiment of the present invention includes a vacuum chamber 100, a laser optical system 200, a plasma surface treatment unit 300, a target 10, and a heavy ion beam output unit ( 400).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중이온 발생장치(1)를 구성하는 구성요소들은 진공상태를 유지한다. According to an embodiment of the present invention, components constituting the heavy ion generating device 1 maintain a vacuum state.

진공장치부(110)는 진공펌프를 포함하며, 진공챔버(100)의 일측에 밸브를 통하여 연결되며, 진공챔버(100) 및 중이온 발생장치(1)를 이루는 구성요소들의 진공도를 유지하는데 사용된다.The vacuum device unit 110 includes a vacuum pump, is connected to one side of the vacuum chamber 100 through a valve, and is used to maintain the degree of vacuum of the components constituting the vacuum chamber 100 and the heavy ion generator 1. .

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저를 이용한 탄소 이온 발생 장치는 레이저 빔 발생부(미도시됨)에서 1018 W/cm2 이상의 출력 세기를 갖는 레이저 빔을 발생시키고, 상기 레이저 빔을 레이저 광학계(200)를 이용하여 진공챔버(100) 내의 타깃(10)에 입사시켜서 탄소 이온 빔을 획득할 수 있다. 타깃(10)은 얇은 박막으로 탄소를 주성분으로 하는 금속 또는 비금속이 사용될 수 있다.The carbon ion generating apparatus using a laser according to an embodiment of the present invention generates a laser beam having an output intensity of 10 18 W/cm 2 or more in a laser beam generator (not shown), and converts the laser beam to a laser optical system ( 200) is used to enter the target 10 in the vacuum chamber 100 to obtain a carbon ion beam. The target 10 is a thin film, and a metal or non-metal mainly containing carbon may be used.

그러나 이는 단지 본 발명의 특징을 설명하기 위한 일 실시 예일 뿐이며, 상기 이온 빔의 종류에 따라 상기 타깃 성분도 선택적으로 변경될 수 있다. However, this is only an exemplary embodiment for explaining the characteristics of the present invention, and the target component may be selectively changed according to the type of the ion beam.

타깃(10)은 진공챔버(100) 중심부에 배치된다. The target 10 is disposed in the center of the vacuum chamber 100.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중이온 발생장치(1)를 구성하는 레이저 광학계(200), 플라즈마 표면 처리부(300), 중이온 빔 출력부(50) 및 진공장치부(110) 등은 타깃(10)을 중심으로 주변에 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the laser optical system 200, the plasma surface treatment unit 300, the heavy ion beam output unit 50, and the vacuum device unit 110 constituting the heavy ion generating device 1 are the target 10 ) Can be placed around the center.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 중이온 발생장치(1)를 구성하는 레이저 광학계(200), 플라즈마 표면 처리부(300), 중이온 빔 출력부(50) 및 진공장치부(110) 등은 진공챔버(100) 외부에 배치되며 밸브(11, 12, 13, 14)를 통하여 격리되거나 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the laser optical system 200, the plasma surface treatment unit 300, the heavy ion beam output unit 50, and the vacuum device unit 110 constituting the heavy ion generating device 1 are vacuum chambers ( 100) It is disposed outside and can be isolated or connected through valves 11, 12, 13, 14.

도 2를 참조하면, 상기 타깃(10) 전면에는 상기 진공챔버(100)의 외함 일측에 광학계 밸브(13)를 통하여 레이저 광학계(200)가 배치된다.Referring to FIG. 2, a laser optical system 200 is disposed on a front surface of the target 10 through an optical system valve 13 on one side of an enclosure of the vacuum chamber 100.

레이저 광학계(200)는 레이저 빔 발생장치(미도시됨)에서 발생된 레이저 빔을 도파관을 통하여 진공챔버(100)의 내부로 안내하고 타깃(10)에 입사시키는 기능을 수행한다.The laser optical system 200 performs a function of guiding a laser beam generated by a laser beam generator (not shown) into the vacuum chamber 100 through a waveguide and incident on the target 10.

레이저 광학계(200) 내부에는 레이저 빔(20)을 상기 타깃(10) 전면에 집속할 수 있는 오목거울(21)이 포함될 수 있다.A concave mirror 21 capable of focusing the laser beam 20 on the front surface of the target 10 may be included in the laser optical system 200.

본 발명의 일 실시 예에서는 타깃(10)의 각도 조정이 하도록 타깃을 회전 스테이지 위에 배치하고 제어부의 제어신호에 의해 회전 스테이지를 조정하여 각도를 제어할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the target is placed on the rotating stage so that the angle of the target 10 can be adjusted, and the angle can be controlled by adjusting the rotating stage according to a control signal from the controller.

즉, 양이온 플라즈마 처리 단계에서 상기 타깃(10)의 후면이 플라즈마 표면 처리부(300)로 향하도록 조정될 수 있다.That is, in the cationic plasma treatment step, the rear surface of the target 10 may be adjusted to face the plasma surface treatment unit 300.

또한, 출력 단계에서 상기 타깃(10)의 후면이 중이온 빔 출력부(400)를 향하도록 조정될 수 있다.In addition, in the output step, the rear surface of the target 10 may be adjusted to face the heavy ion beam output unit 400.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 타깃(10) 후면측 진공챔버(100)의 외함에는 각각 밸브(11, 12)를 통하여 플라즈마 표면 처리부(300)와 중이온 빔 출력부(400)가 장착된다.According to an embodiment of the present invention, a plasma surface treatment unit 300 and a heavy ion beam output unit 400 are mounted on an enclosure of the vacuum chamber 100 on the rear side of the target 10 through valves 11 and 12, respectively.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 표면 처리부(300)는 상기 타깃 후면 측의 수직면 상에 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plasma surface treatment unit 300 may be formed on a vertical surface of the rear side of the target.

또한, 중이온 빔 출력부(50)는 상기 레이저 광학계(200)로 입사되는 레이저 빔과 동일선상에 형성된다.In addition, the heavy ion beam output unit 50 is formed on the same line as the laser beam incident on the laser optical system 200.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 중이온 발생장치를 구성하는 요소들은 레이저 빔(20)이 타깃에 입사되는 각도에 따라 배치가 달라질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, elements constituting the heavy ion generating device may be arranged according to an angle at which the laser beam 20 is incident on the target.

상기 레이저 광학계(200)는 플라즈마 표면 처리시 발생되는 이온들에 의해 오목거울(21)과 같은 광학부품 표면에 손상이 가지 않도록 하기 위해 진공챔버(100) 외부에 배치하고 레이저 빔을 타깃(10) 전면에 조사할 때만 광학계 밸브(13)를 열어 진공챔버(100)와 연결된다.The laser optical system 200 is disposed outside the vacuum chamber 100 to prevent damage to the surface of optical components such as the concave mirror 21 by ions generated during plasma surface treatment, and targets the laser beam 10 It is connected to the vacuum chamber 100 by opening the optical system valve 13 only when irradiating the entire surface.

상기 플라즈마 표면 처리부(300)는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부(30)와 플라즈마에서 양이온만을 선택적으로 타깃 후면에 전달하는 플라즈마 전달부(40)를 포함한다.The plasma surface treatment unit 300 includes a plasma generation unit 30 that generates plasma and a plasma delivery unit 40 that selectively transfers only positive ions from the plasma to a target rear surface.

상기 플라즈마 표면 처리부(300)는 타깃(10) 후면과 대면하는 위치에 형성된다.The plasma surface treatment unit 300 is formed at a position facing the rear surface of the target 10.

상기 플라즈마 전달부(40)는 제어 전극(41)과 전원공급장치(42)로 구성된다. 상기 제어 전극(41)은 타깃(10) 후면과 간격을 두고 타깃 후면과 평행하게 배치된다.The plasma delivery unit 40 includes a control electrode 41 and a power supply device 42. The control electrode 41 is disposed in parallel with the rear surface of the target 10 at a distance from the rear surface of the target 10.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어 전극(41)은 양이온의 원활한 투과를 위해 망사(grid) 형태로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control electrode 41 may be formed in a grid shape for smooth penetration of positive ions.

또한, 상기 제어 전극(41)은 전원공급장치(42)에 연결되어 음의 전압으로 충전된다. In addition, the control electrode 41 is connected to the power supply 42 to be charged with a negative voltage.

상기 제어 전극(41)은 도체를 포함할 수 있다. 상기 제어 전극(41)은 몰리브텐(Mo), 카본(C), 및 DLC(diamond like carbon) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제어 전극(300)은 내부식성 및 스퍼터링에 강한 물질이 바람직하다.The control electrode 41 may include a conductor. The control electrode 41 may include at least one of molybtenite (Mo), carbon (C), and diamond like carbon (DLC). The control electrode 300 is preferably a material resistant to corrosion and sputtering.

또한, 상기 제어 전극(41)은 카본이고 표면에 DLC로 코팅될 수 있다
In addition, the control electrode 41 is carbon and may be coated with DLC on its surface.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어 전극(41)은 선형 이송 스테이지 위에 고정되어 타깃(10) 후면과의 간격을 조정할 수 있도록 형성된다.According to an embodiment of the present invention, the control electrode 41 is fixed on the linear transfer stage so as to adjust the distance between the rear surface of the target 10 and the target 10.

상기 전원공급장치(42)는 직류 또는 교류전압을 제어 전극에 공급하는 기능을 하며 펄스 형태의 전압 또는 직류와 교류가 혼합된 형태로 제어 전극에 공급할 수 있다.The power supply device 42 functions to supply a DC or AC voltage to the control electrode, and may supply a pulsed voltage or a mixture of DC and AC to the control electrode.

상기 플라즈마 전달부(40)는 타깃(10) 후면에 배치되는 제어 전극(41)은 상기 타깃(10) 후면에 조사되는 양이온의 양, 에너지, 공간분포를 조절하기 위해 두 개 이상의 복수 제어 전극으로 구성할 수도 있다. 상기 복수 제어 전극은 이동이 용이한 선형 이송 스테이지 위에 고정되어 상호 간의 거리 조정이 가능하도록 설치될 수 있다.The plasma delivery unit 40 includes two or more control electrodes for controlling the amount, energy, and spatial distribution of positive ions irradiated to the rear surface of the target 10. It can also be configured. The plurality of control electrodes may be fixed on a linear transfer stage that is easy to move, and may be installed so that a distance between them can be adjusted.

상기 플라즈마 생성부(30)는 통상적인 플라즈마 발생 방법인 ICP(inductively coupled plasma), CCP(capacitively coupled plasma), DC 방전(direct current discharge), ECR(electron cyclotron resonance) 플라즈마 중에서 적어도 하나를 적용할 수 있다. The plasma generating unit 30 may apply at least one of conventional plasma generation methods such as inductively coupled plasma (ICP), capacitively coupled plasma (CCP), direct current discharge, and electron cyclotron resonance (ECR) plasma. have.

또한, 방전 효율(discharge efficiency)을 높이기 위해 외부 자기장(external magnetic flux density, B) 기술을 더 포함할 수 있다. In addition, an external magnetic flux density (B) technique may be further included in order to increase discharge efficiency.

또한, 플라즈마 생성부(30)는 중성 기체 가스에 자외선의 조사에 의하여 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 또는 기체를 고온으로 가열하여 플라즈마를 발생시킬 수도 있다. 상기 플라즈마 발생 방법은 다양하게 변형될 수 있다.In addition, the plasma generating unit 30 may generate plasma by irradiating the neutral gas gas with ultraviolet rays, or may generate plasma by heating the gas to a high temperature. The plasma generation method can be variously modified.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 플라즈마 생성에는 Ar, He, N2, O2 등과 같은 중성 기체중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, plasma generation may include at least one of neutral gases such as Ar, He, N 2 and O 2.

중이온 빔 출력부(400)는 타깃(10) 후면에서 가속되는 중이온 빔(22)이 진행하는 선상에 장착된다.The heavy ion beam output unit 400 is mounted on a line on which the heavy ion beam 22 accelerated from the rear of the target 10 travels.

중이온 빔 출력부(400)에는 이온 빔 검출부(401)를 포함될 수 있다.The heavy ion beam output unit 400 may include an ion beam detection unit 401.

중이온 빔 검출부(401)는 발생되는 중이온 빔의 에너지, 양, 분포 등을 측정한다. 중이온 빔의 응용 분야에 따라 상기 중이온 빔 출력부(400)에 부가적인 장치인 이온 빔 제어부(402)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 중이온 빔을 암 치료기로 활용할 경우에는 이온 빔의 에너지, 에너지 분포를 조절하는 기능, 이온 빔의 공간 분포를 조절하는 기능, 이온 빔의 진행방향을 조정하는 기능 등을 포함하는 기기가 장착된다.The heavy ion beam detector 401 measures the energy, quantity, and distribution of the generated heavy ion beam. Depending on the application field of the heavy ion beam, an ion beam controller 402, which is an additional device, may be mounted to the heavy ion beam output unit 400. For example, in the case of using a heavy ion beam as a cancer treatment, a device including a function of adjusting the energy and energy distribution of the ion beam, a function of adjusting the spatial distribution of the ion beam, and a function of adjusting the direction of the ion beam It is installed.

본 발명에 따른 중이온 빔 발생 방법은 다음과 같다.The heavy ion beam generation method according to the present invention is as follows.

먼저, 타깃 후면이 플라즈마 표면 처리부(300)의 플라즈마 생성부(30)를 향하도록 타깃이 장착된 회전 스테이지를 조정한다.First, the rotation stage on which the target is mounted is adjusted so that the rear surface of the target faces the plasma generation unit 30 of the plasma surface treatment unit 300.

즉, 타깃 후면이 플라즈마 표면 처리부(300)의 플라즈마 생성부(30)와 대면하도록 위치시킨다.That is, the target rear surface is positioned to face the plasma generating unit 30 of the plasma surface treatment unit 300.

다음 중이온 발생장치(1)의 진공 상태 단계를 수행한다.Next, the vacuum state step of the heavy ion generator 1 is performed.

진공 상태 단계에서는 진공챔버(100)와 연결된 진공장치부(110), 레이저 광학계(200), 플라즈마 표면 처리부(300) 및 중이온 빔 출력부(400)를 연결하는 밸브(11, 12, 13, 14)를 개방하고, 진공장치부(110)의 진공펌프를 작동시켜서 중이온 발생장치(1) 전체를 진공상태로 유지시킨다.In the vacuum state step, valves 11, 12, 13, 14 connecting the vacuum device unit 110, the laser optical system 200, the plasma surface treatment unit 300, and the heavy ion beam output unit 400 connected to the vacuum chamber 100 are performed. ) Is opened, and the vacuum pump of the vacuum device unit 110 is operated to maintain the entire heavy ion generating device 1 in a vacuum state.

적절한 진공도를 얻게 되면, 레이저 광학계(200)와 중이온 빔 출력부(400)와 연결된 밸브(12, 13)를 닫아 레이저 광학계(200)와 중이온 빔 출력부(400)를 진공챔버(100)와 격리시킨다.When an appropriate degree of vacuum is obtained, the valves 12 and 13 connected to the laser optical system 200 and the heavy ion beam output unit 400 are closed to isolate the laser optical system 200 and the heavy ion beam output unit 400 from the vacuum chamber 100. Let it.

격리 단계 이후에는 플라즈마 생성단계를 수행한다.After the isolation step, a plasma generation step is performed.

플라즈마 생성단계에서는 플라즈마 전달부(40)를 구성하는 제어 전극(41)에 음의 전압을 인가하고 플라즈마 생성부(30)에 가스를 주입하여 타깃 후면에 플라즈마(31)를 생성한다. In the plasma generation step, a negative voltage is applied to the control electrode 41 constituting the plasma delivery unit 40 and gas is injected into the plasma generation unit 30 to generate the plasma 31 on the rear surface of the target.

이어서 표면 처리 단계를 수행하게 된다.Subsequently, a surface treatment step is performed.

플라즈마를 생성하고 제어 전극에 음의 전압을 인가하게 되면, 플라즈마를 구성하는 요소 중 양이온만 플라즈마 생성부(30)를 빠져 나와 타깃(10) 후면 방향으로 가속된다. 이 과정에서 양이온 플라즈마 빔(43)이 형성되고, 타깃(10) 후면에 표면처리가 진행된다. When plasma is generated and a negative voltage is applied to the control electrode, only positive ions among the elements constituting the plasma exit the plasma generating unit 30 and are accelerated toward the rear of the target 10. In this process, a positive ion plasma beam 43 is formed, and surface treatment is performed on the rear surface of the target 10.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양이온이 타깃 표면부에 있는 불순물 층을 제거하는 형태를 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram for explaining a form in which cations remove an impurity layer on a target surface according to an exemplary embodiment of the present invention.

양이온 빔이 타깃(10) 후면에 조사되면 타깃 후면에 오염된 양성자 원인 불순 물질(72)은 양이온 플라즈마의 타격으로 분리되며 도 3과 같이 표면 처리 과정이 진행되어 불순물 층이 제거될 수 있다.When the positive ion beam is irradiated to the rear surface of the target 10, the impurity material 72, which is a proton contaminated on the rear surface of the target, is separated by the strike of the positive ion plasma, and the surface treatment process is performed as shown in FIG. 3 to remove the impurity layer.

타깃 후면 표면 처리 단계가 완료되면, 플라즈마 생성부(30)와 연결된 밸브(11)를 닫고 진공챔버(100)에 남아 있는 잔여 물분자 또는 불순물을 진공장치(110)를 통해 챔버 밖으로 배기시키는 배기 과정을 수행한다.When the target rear surface treatment step is completed, the valve 11 connected to the plasma generating unit 30 is closed and the residual water molecules or impurities remaining in the vacuum chamber 100 are exhausted from the chamber through the vacuum device 110. Perform.

배기과정이 충분히 이루어지면, 레이저 광학계(200)와 연결된 광학계 밸브(13)와 중이온 빔 출력부(400)와 연결된 출력 밸브(11)를 열고 레이저 광학계(200)와 중이온 빔 출력부(400)가 진공챔버(100)와 동일한 진공도에 도달할 때까지 진공장치(110)를 구동시킨다.When the exhaust process is sufficiently performed, the optical system valve 13 connected to the laser optical system 200 and the output valve 11 connected to the heavy ion beam output unit 400 are opened, and the laser optical system 200 and the heavy ion beam output unit 400 are The vacuum device 110 is driven until it reaches the same degree of vacuum as the vacuum chamber 100.

적절한 진공도를 얻게 되면, 제어 전극(41)을 플라즈마 생성부(30) 측으로 일정 거리만큼 이동시키고, 타깃(10)은 후면이 중이온 빔 출력부(400)측으로 향하도록 타깃이 장착된 회전 스테이지를 움직여서 방향을 일치시킨다. When an appropriate degree of vacuum is obtained, the control electrode 41 is moved toward the plasma generating unit 30 by a certain distance, and the target 10 moves the rotating stage on which the target is mounted so that the rear surface is toward the heavy ion beam output unit 400. Match the direction.

레이저 빔(20)을 타깃 전면에 조사하고 타깃에서 발생하는 중이온 빔(22)을 이온 빔 출력부(400)를 통하여 출력하고 이온 빔 검출부(401)를 통하여 측정하는 단계를 수행한다.A step of irradiating the laser beam 20 on the entire surface of the target, outputting the heavy ion beam 22 generated from the target through the ion beam output unit 400, and measuring through the ion beam detection unit 401 is performed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 타깃 표면에 존재하는 불순물을 효과적으로 제거하여 탄소 이온과 같이 양성자보다 무거운 입자를 가속하고자 할 때, 레이저에 의해 먼저 가속된 양성자로 인해 발생되는 간섭을 최소화하여 타깃에 집속한 레이저 펄스에 의해 형성된 강한 전기장이 오로지 중이온 가속에만 사용되어 중 이온 발생 효율을 증가시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when an impurity existing on the target surface is effectively removed to accelerate particles heavier than protons, such as carbon ions, interference generated by protons accelerated first by a laser is minimized to prevent the target. The strong electric field formed by the focused laser pulse can be used only to accelerate heavy ions, thereby increasing the heavy ion generation efficiency.

또한, 탄소를 다량 함유하고 있는 물질을 타깃으로 사용할 경우 암 치료에 사용할 수 있을 정도로 충분한 양과 높은 에너지를 갖는 고품질 탄소 이온 빔을 만들어낼 수 있다.
In addition, when a material containing a large amount of carbon is used as a target, a high-quality carbon ion beam having sufficient amount and high energy to be used for cancer treatment can be produced.

1: 중이온 발생장치
10: 타깃
11. 12, 13, 14: 밸브
20: 레이저 빔
21: 오목거울
22: 중이온 빔
30: 플라즈마 생성부
31: 플라즈마
40: 플라즈마 전달부
41: 전극
43: 양이온 빔
100: 진공챔버
110: 진공장치부
200: 레이저광학계
300: 플라즈마 표면 처리부
400: 중이온 빔 출력부1: heavy ion generator
10: target
11. 12, 13, 14: valve
20: laser beam
21: concave mirror
22: heavy ion beam
30: plasma generation unit
31: plasma
40: plasma delivery unit
41: electrode
43: positive ion beam
100: vacuum chamber
110: vacuum device unit
200: laser optical system
300: plasma surface treatment unit
400: heavy ion beam output

Claims (11)

레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 발생부;
상기 레이저 빔에 의해 중성자 빔을 생성하는 타깃;
상기 레이저 빔을 상기 타깃의 전면에 집속시키는 레이저 광학계; 및
상기 타깃의 후면에 배치되고, 상기 타깃의 후면에 양이온 플라즈마를 조사하여 수행되는 플라즈마 표면 처리에 의하여 상기 타깃 내부에 있는 불순 물질을 제거하는 플라즈마 처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치.
A laser beam generator for generating a laser beam;
A target generating a neutron beam by the laser beam;
A laser optical system focusing the laser beam on the front surface of the target; And
A plasma processing unit disposed on the rear surface of the target and removing impurity substances inside the target by plasma surface treatment performed by irradiating a cationic plasma onto the rear surface of the target; Heavy ion beam generator comprising a.
 제 1항에 있어서,
상기 불순 물질은 양성자 물질인 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치.
The method of claim 1,
The heavy ion beam generator, characterized in that the impurity material is a proton material.
 제 1항에 있어서,
상기 타깃은 진공 챔버 내에 위치하며
상기 플라즈마 표면 처리는 상기 진공 챔버 내에서 이루어지며,
상기 레이저 광학계는 상기 진공 챔버와 밸브에 의하여 연결되거나 격리되는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치
The method of claim 1,
The target is located in the vacuum chamber
The plasma surface treatment is performed in the vacuum chamber,
The laser optical system is a heavy ion beam generator, characterized in that connected or isolated by the vacuum chamber and the valve
 제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리부는,
플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와 생성된 플라즈마 중 양이온을 가속하여 양이온 플라즈마 빔을 상기 타깃에 전달하는 플라즈마 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치.
The method of claim 1,
The plasma processing unit,
A heavy ion beam generator comprising: a plasma generating unit for generating plasma and a plasma transmitting unit for accelerating positive ions in the generated plasma to deliver a positive cation plasma beam to the target.
 제 4항에 있어서,
상기 플라즈마 전달부는 하나 이상의 제어 전극과 전원장치를 포함하며, 상기 제어 전극은 음의 전압으로 충전된 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치.
The method of claim 4,
The plasma transmitting unit includes at least one control electrode and a power supply, wherein the control electrode is charged with a negative voltage.
 제 5항에 있어서,
상기 제어 전극은 망사(grid)로 형성된 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치.
The method of claim 5,
The heavy ion beam generator, wherein the control electrode is formed of a grid.
 제 5항에 있어서,
상기 제어 전극은 타깃 후면과의 거리를 조정할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치
The method of claim 5,
The control electrode is a heavy ion beam generator, characterized in that formed to adjust the distance to the target rear surface
 제3항에 있어서,
상기 진공 챔버의 외부 일측에 개폐 밸브에 의하여 연결되는 중이온 빔 출력부를 더 포함하며
상기 중이온 빔 출력부는 상기 레이저 빔과 일직선상에서 상기 타깃의 후면 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생장치
The method of claim 3,
Further comprising a heavy ion beam output connected to the outer side of the vacuum chamber by an on-off valve,
The heavy ion beam generator, characterized in that the heavy ion beam output unit is installed on the rear side of the target in a straight line with the laser beam
 타깃이 내부에 위치되는 진공 챔버, 상기 진공 챔버의 외곽에 배치되며, 레이저 빔을 상기 타깃의 전면에 집속시키는 레이저 광학계, 상기 타깃의 후면에 배치되어 상기 타깃의 플라즈마 표면 처리를 수행하는 플라즈마 처리부, 상기 타깃에서 발생되는 중이온 빔을 출력하는 중이온 빔 출력부를 포함하는 중이온 발생 장치에 의하여 상기 타깃 내부에 있는 양성자 물질의 불순 물질을 제거하는 중이온 빔 발생방법에 있어서,
상기 타깃의 후면을 상기 플라즈마 처리부의 플라즈마 생성부를 향하는 위치로 배치하는 단계;
상기 레이저 광학계와 상기 중이온 빔 출력부를 플라즈마 처리가 이루어지는 상기 진공 챔버의 영역과 격리시키는 격리 단계;
상기 플라즈마 생성부에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 단계; 및
상기 타깃의 후면에 일정 간격으로 배치된 제어 전극에 음의 전압을 인가하여 상기 생성된 플라즈마에서 양이온 플라즈마 빔을 상기 타깃의 후면에 조사하는 양이온 조사 단계; 를 포함하는 중이온을 발생하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생방법.
A vacuum chamber in which a target is located, a laser optical system disposed outside the vacuum chamber and focusing a laser beam on the front surface of the target, a plasma processing unit disposed on the rear surface of the target to perform plasma surface treatment of the target, In the heavy ion beam generation method for removing impurity substances of the proton material inside the target by a heavy ion generating device including a heavy ion beam output unit for outputting a heavy ion beam generated from the target,
Arranging a rear surface of the target toward a plasma generating unit of the plasma processing unit;
An isolation step of isolating the laser optical system and the heavy ion beam output from a region of the vacuum chamber where plasma treatment is performed;
A plasma generating step of generating plasma in the plasma generating unit; And
A positive ion irradiation step of irradiating a positive ion plasma beam from the generated plasma to a rear surface of the target by applying a negative voltage to a control electrode disposed at a predetermined interval on the rear surface of the target; Heavy ion beam generating method, characterized in that generating heavy ions comprising a.
 제 9항에 있어서,
상기 양이온 조사 단계 이후에,
상기 플라즈마 생성부를 격리시키고 상기 진공 챔버 내의 잔여 물 분자 또는 불순물을 제거시키는 단계;
상기 격리된 레이저 광학계와 상기 중이온 빔 출력부를 상기 진공 챔버에 연결시키고 상기 진공 챔버와 같이 일정 진공도를 유지하도록 진공시키는 진공 단계;
상기 진공 단계 이후에 상기 타깃의 후면을 상기 중이온 빔 출력부로 향하도록 배치시키는 단계;
레이저 빔을 발생시켜서 상기 레이저 광학계에 의하여 도파된 레이저 빔을 상기 타깃에 집속하는 단계; 및
상기 레이저 빔에 의하여 상기 타깃의 후면에서 발생되는 중이온 빔을 상기 중이온 빔 출력부로 출력하는 출력 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생방법.
The method of claim 9,
After the cation irradiation step,
Isolating the plasma generating unit and removing residual water molecules or impurities in the vacuum chamber;
A vacuum step of connecting the isolated laser optical system and the heavy ion beam output unit to the vacuum chamber and vacuuming to maintain a predetermined degree of vacuum like the vacuum chamber;
Disposing a rear surface of the target toward the heavy ion beam output unit after the vacuum step;
Generating a laser beam and focusing the laser beam guided by the laser optical system onto the target; And
An output step of outputting a heavy ion beam generated from a rear surface of the target by the laser beam to the heavy ion beam output unit; Heavy ion beam generation method comprising a.
 제10항에 있어서
상기 출력 단계에는 출력되는 상기 중이온 빔의 에너지, 양, 분포 중 적어도 하나 이상을 측정하는 검출단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중이온 빔 발생방법.
The method of claim 10
The outputting step further comprises a detecting step of measuring at least one of energy, quantity, and distribution of the output heavy ion beam.
KR1020140122284A 2013-11-07 2014-09-15 Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same KR102243549B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/534,076 US9117619B2 (en) 2013-11-07 2014-11-05 Device for generating heavy-ion beam and method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130135051 2013-11-07
KR20130135051 2013-11-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150053224A KR20150053224A (en) 2015-05-15
KR102243549B1 true KR102243549B1 (en) 2021-04-21

Family

ID=53389864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140122284A KR102243549B1 (en) 2013-11-07 2014-09-15 Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102243549B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6906338B2 (en) 2000-08-09 2005-06-14 The Regents Of The University Of California Laser driven ion accelerator

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101295893B1 (en) * 2009-11-02 2013-08-12 한국전자통신연구원 Target Material for Generating Proton and Treatment Apparatus Including the Same
KR20130103283A (en) * 2012-03-09 2013-09-23 한국전자통신연구원 Scintillating module and positron emission tomography using thereof
KR101910553B1 (en) * 2012-04-25 2018-10-22 한국전자통신연구원 Target for Generating Ion and Treatment Apparatus Using the Same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6906338B2 (en) 2000-08-09 2005-06-14 The Regents Of The University Of California Laser driven ion accelerator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150053224A (en) 2015-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Esirkepov et al. Proposed double-layer target for the generation of high-quality laser-accelerated ion beams
US9117619B2 (en) Device for generating heavy-ion beam and method thereof
Yu et al. Generation of tens of GeV quasi-monoenergetic proton beams from a moving double layer formed by ultraintense lasers at intensity 1021–1023 W cm− 2
JP4919082B2 (en) Ion beam processing apparatus and ion beam processing method
US20110139997A1 (en) Ion transporter, ion transport method, ion beam irradiator, and medical particle beam irradiator
US8933415B2 (en) Laser ion source and heavy particle beam therapy equipment
Torrisi Ion acceleration from intense laser-generated plasma: methods, diagnostics and possible applications
Giuffrida et al. Manipulation of laser-accelerated proton beam profiles by nanostructured and microstructured targets
Iwayama et al. Transient charge dynamics in argon-cluster nanoplasmas created by intense extreme-ultraviolet free-electron-laser irradiation
US20220331610A1 (en) System for radiation therapy
KR102243549B1 (en) Apparatus for generating heavy-ion beam and the method of the same
JP5241169B2 (en) Method for ion beam treatment of dielectric surface and apparatus for performing the method
Castro et al. The AISHa ion source at INFN-LNS
JP6143440B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and substrate processing system
KR20150107573A (en) ion source
JP2006514149A5 (en)
Golubev et al. Pulsed neutron generator with a point-like emission area based on a high-current ECR source of deuterium ions
KR102178632B1 (en) Neutron Capture and Therapy Device with Multiple Compact Cyclotron and control method for that
Gambino et al. Impact of ion source stability for a medical accelerator
Tatomirescu et al. Numerical simulation of laser ion acceleration at ultra high intensity
JP2007224335A (en) Film deposition method and film deposition system
Achkasov Study of negative ion surface production in cesium-free H2 and D2 plasmas: application to neutral beam injectors for ITER and DEMO
KR20120091643A (en) Sputtering apparatus
Velardi et al. Proton beams of laser-hydrogenated metal targets
Morita et al. The effect of laser pulse incidence angle on the proton acceleration from a double-layer target

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant