KR20010009045A - 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 ｘ-선 구면결정 분광기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 많은 브래그(Bragg)각을 정밀 정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광학용 구면결정 (spherically -bent crystal)을 사용한 진공 x-선 분광기 시스템으로 다양한 브래그(Bragg) 각에 대하여 응용할 수 있고, CCD카메라를 검출기로 이용하여 높은 측정감도와 이차원적인 x-선 상을 얻을 수 있으며, 또한 약한 강도의 x-선 환경에도 이용할 수 있고, 광학적으로 정밀하게 정렬이 가능한 진단용 진공 x-선 결정 분광기에 관한 것이다.
다양한 브래그(Bragg)각에 대하여 측정가능하도록 포트(1)가 회전이 가능하며, CCD카메라(51)를 검출기로 이용하여 높은 측정감도와 이차원적인 x-선 상을 얻을 수 있으며, 광학적으로 정밀하게 론란원 상의 접선방향으로 정렬이 가능하도록 검출기가 회전이 되게 구성되어진 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기이다.

Description

많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 Ｘ-선 구면결정 분광기{OPTICALLY-ALLIGNED, VACUUM X-RAY SPHERICAL-CRYSTAL SPECTROMETER FOR MANY BRAGG ANGLE MEASUREMENTS}
본 발명은 많은 브래그(Bragg)각을 정밀 정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광학용 구면결정 (spherically -bent crystal)을 사용한 진공 x-선 분광기 시스템으로 다양한 브래그(Bragg) 각에 대하여 응용할 수 있고, CCD카메라를 검출기로 이용하여 높은 측정감도와 이차원적인 x-선 상을 얻을 수 있으며, 또한 약한 강도의 x-선 환경에도 이용할 수 있고, 광학적으로 정밀하게 정렬이 가능한 진단용 진공 x-선 결정 분광기에 관한 것이다.
플라즈마실험에서 측정해야하는 변수는 다양하다. 그 중에서, 이온온도를 측정하는 것은 대단히 중요하다고 알려져 있다. 핵융합 장치에서의 이온온도는 x-선 결정 분광기가 오랫동안 사용되어져 왔고, 기술 또한 괄목할 만한 발전을 이룩해왔다. 하지만, x-선 강도가 상대적으로 낮은 장치에서의 응용, 한 종류 이상의 브래그(Bragg) 각에 대한 측정 및 이 경우 광학적으로 정밀하게 정렬될 수 있고, 2차원적인 x-선 상을 측정하는데는 어려움이 있었다.
즉 다시 말하면 일반적으로 x-선 결정 분광기는 원통형 결정(cylindrically -bent crystal) 표면에서 브래그(Bragg) 산란하는 x-선을 검출기에 분광함으로서 필요한 정보를 얻는데 사용되어진다. 많은 경우, 고온의 핵융합장치에서 사용되어지므로 x-선의 강도가 충분히 크고, 주로 사용되는 브래그(Bragg)각이 미리 정해지는 경우가 대부분이다. 따라서, 종래의 x-선 결정 분광기 시스템은 한가지 브래그(Bragg) 각에 대한 x-선 측정을 위한 시스템을 구성하고, x-선 측정감도가 낮아도 가능한 멀티 와이어 프로포셔널 카운터(multiwire proportional counter)를 검출기로 이용하였다. 또한, 분광기구성에 있어서, 검출기를 론란원(Rowland circle)상의 접선방향으로 위치시키는데 벨로즈(bellows)를 이용하였다.
그러나, 상기와 같은 구성을 갖는 종래의 x-선 결정 분광기는, 첫 번째로, 한 종류이상의 Bragg 각에 대한 측정이 필요할 때 구성하고 있는 시스템을 새로운 브래그(Bragg)각에 적용하고 광학적으로 정밀하게 정렬하는데는 심각한 문제점이 있다.
두 번째로, 플라즈마 밀도와 온도가 상대적으로 낮아서 약한 강도 및 긴 파장의 x-선이 발생되는 경우의 측정은 진공용 분광기가 필요한 실정이다. 이러한 진공용 분광기를 이용하더라도 브래그(Bragg)각이 바뀌면 벨로즈(bellows)를 이용하여 검출기를 론란원 상의 접선방향으로 위치시키는 부분의 처리가 어려운 문제점이 있다.
세 번째로, 원통형 결정을 사용하고 멀티 와이어 프로포셔널 카운터(multi wire proportional counter)를 검출기로 사용하기 때문에 2차원적인 x-선 상을 측정하는데 어려움이 있었다.
그러므로 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 진공을 유지하면서 회전이 가능한 진공용기를 이용하여, 다양한 브래그(Bragg)각에 대하여 분광기 시스템의 응용이 가능하며, 진공 분광기 시스템이므로 x-선이 진행하는 동안 강도의 손실이 거의 없어서 약한 강도의 x-선 측정이 가능 하도록 설계되었고, 구면결정을 이용하고 최근 잘 개발된 x-선용 CCD카메라를 검출기로 이용함으로서 2차원적인 x-선상을 측정이 가능하도록 설계되었고, 전체 시스템은 광학적으로 정밀하게 정렬이 가능하도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 분광기는 두 개의 실린더형 진공용기와 이것을 연결하는 벨로즈(bellows) 및 파이프(pipe)로 진공용 분광기 시스템을 구성하고, x-선을 브래그(Bragg) 각이 반사할 때 구면결정이 가능하게 구비하며, 검출기는 x-선 감도가 좋은 CCD 카메라로 제공되고, 두 진공용기는 회전이 가능하도록 되어 다양한 브래그(Bragg)각을 측정 할 수 있는 것은 물론 광학적 정렬을 정교하게 맞출 수 있는 것을 제공함에 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 분광기 전체 조립도
도 2는 본 발명의 결정이 위치하는 진공용기의 전체 구성도
도 3은 본 발명의 CCD카메라가 위치하는 진공용기의 전체 구성도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
(1) : 포트 (2) : 0-링
(3) : 회전체 (4) : 리미터
(5) : 스페이서 (6) : 테이블
(7) : 0-링 (8) : 레일
(9) : 추가포트 (11) : 바깥용기
(12) : 안쪽용기 (13) : 블랭크 플랜지
(14) : 로터리 테이블 (15) : 부시
(16) : 테이블 지지 플랜지 (17) : 블랭크 플랜지
(18) : 부시 (19) : 웜휠
(31) : 0-링 (32) : 0-링
(33) : 0-링 (41) : 연결파이프
(51) : CCD 카메라
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 분광기 전체 조립도,
도 2은 본 발명의 결정이 위치하는 진공용기의 전체 구성도,
도 3은 본 발명의 CCD카메라가 위치하는 진공용기의 전체 구성도를 도시한 것이다.
다양한 브래그(Bragg)각 측정시 쉽게 정렬하여 각을 바꿀 수 있도록 포트(1)가 회전이 가능하도록 설계하되, 진공도를 유지하면서 회전할 수 있도록 진공용기 포트(1)시 창구의 O-링(2) 위에 이 시창구 보다 더 큰 회전체(3)를 부착하고, 이 회전체(3)는 회전할 수 있는 범위를 결정하여 크기가 결정이 되며, 진공 및 회전을 위하여 진공용기표면의 곡률과 같은 크기의 곡률로 제작하며, 회전체(3)가 움직일 때 0-링(2)과의 마찰을 줄이기 위하여 테프론 코팅된 0-링(2)을 사용하고, 회전체(3)의 아래와 윗면에는 진공 용기면과 직접 닿지 않도록 신축성이 뛰어난 스페이셔(spacer)(5)를 두고 회전체(3)와 0-링(2)사이에 적절한 공간은 볼트로 압축하여 유지하며, 진공 용기 안에는 결정의 위치를 정교하게 정렬할 수 있도록 압티컬 테이블(optical table)(6)을 설치하고, 진공용기의 윗면과 아랫면 플랜지(13)(17) 및 테이블 지지 플랜지(16)는 0-링(7)을 이용하여 원통형의 용기에 고정되어 진공용기의 역할을 하며 부시(15)(18)를 로터리 테이블(14)과 웜 휠(19) 사이에 삽입 설치하여 진공 용기를 더욱더 밀봉시키는 역할을 하며, 또한 회전체(3)가 쉽게 회전이 가능하도록 웜기어가 설치된 가이드 레일(guide rail)(8)위로 움직이므로 광학적으로 원하는 만큼 움직일 수 있도록 하며 다양한 브래그(Bragg)각에 대한 측정을 위하여 추가포트(9)가 구비하며, 진공 게이지와 추가적인 측정을 대비하여 추가포트(9)가 몇 개 더 준비하는 것과,
CCD 카메라(51)가 있는 진공용기는 카메라가 론란원(Rowland)원상의 접선방향으로 쉽게 위치할 수 있도록 진공상태를 유지하면서 외부에서 CCD 카메라(51)의 회전조절이 가능하게 바깥용기(11)와 반달모양의 안쪽용기(12)로 구성된 두 개의 진공용기를 설치하며, CCD 카메라(51) 특성상 CCD칩 부분만 진공용으로 사용되는 경우가 반달모양형상의 안쪽용기(12) 바깥표면의 포트(1)에 CCD 카메라(51)가 부착되어서 카메라의 칩부분은 진공에 노출되고 그외의 CCD 카메라(51) 부분은 공기 중에 노출되고, 바깥용기(11)는 카메라칩과 반달모양의 위아래 부분을 포함하여 진공을 유지할 수 있도록 하여 안쪽 진공용기가 360도 회전을 하여도 진공을 유지할 수 있도록 하는 것과, 또한, CCD 카메라(51)가 부착된 안쪽 진공용기는 웜기어 와 웜휠(19)을 이용하여 쉽게 회전이 가능하도록 하며, CCD 카메라(51)를 제어하는 컨트롤러(controller)와의 연결은 웜휠(19)의 안쪽으로 케이블이 빠져 나오도록 설치하는 것으로 구성되어진 것이다.
본 발명의 작용은 다음과 같다.
본 발명은 도 1 에 도시된 바와 같이 구면결정이 있는 진공용기와 CCD 카메라가 있는 진공용기는 론란원(Rowland circle)상에 정교하게 놓일 수 있도록 설계되었다. 도 1 은 전체 시스템이 조립된 후 위에서 본 그림이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 다양한 브래그(Bragg)각 측정시 쉽게 정렬하여 각을 바꿀 수 있도록 포트(1)가 회전이 가능하도록 설계하되, 이렇게 진공도를 유지하면서 회전할 수 있도록 진공용기 포트(1)시 창구의 O-링(2) 위에 이 시창구 보다 더 큰 회전체(3)를 부착하였다. 이 회전체(3)는 회전할 수 있는 범위를 결정하여 크기가 결정이 되며, 진공 및 회전을 위하여 진공용기표면의 곡률과 같은 크기의 곡률로 만들어야한다. 회전체(3)가 움직일 때 0-링(2)과의 마찰을 줄이기 위하여, 테프론 코팅된 0-링(2)을 사용하고, 도 2의 측면도에서 보는바와 같이 회전체의 아래와 윗면에는 진공 용기면과 직접 닿지 않도록 신축성이 뛰어난 스페이셔(spacer)(5)를 두고 회전체(3)와 0-링(2)사이에 적절한 공간은 볼트로 압축하여 유지하도록 되어있다. 진공 용기 안에는 결정의 위치를 정교하게 정렬할 수 있도록 압티컬 테이블(optical table)(6)을 두었다. 진공용기의 윗면과 아랫면 플랜지(13)(17) 및 테이블 지지 플랜지(16)는 0-링(7)을 이용하여 원통형의 용기에 고정되어 진공용기의 역할을 하며 부시(15)(18)를 로터리 테이블(14)과 웜 휠(19) 사이에 삽입 설치하여 진공 용기를 더욱더 밀봉시키는 역할을 하는 것이다. 또한 회전체(3)가 쉽게 회전이 가능하도록 웜기어가 설치된 가이드 레일(guide rail)(8)위로 움직이므로 광학적으로 원하는 만큼 움직일 수 있다. 다양한 브래그(Bragg)각에 대한 측정을 위하여 추가포트(9)가 구비된다. 이 경우 회전체(3)의 회전범위는 작게 설정을 했다. 그리고 진공 게이지와 추가적인 측정을 대비하여 추가포트(9)가 몇 개 더 준비되었다.
도 3 에 도시된 바와 같이, CCD 카메라(51)가 있는 진공용기는 카메라가론란원(Rowland)원상의 접선방향으로 쉽게 위치할 수 있도록 진공상태를 유지하면서 외부에서 CCD 카메라(51)의 회전조절이 가능하도록 설계되어 있다. 이런 성능을 가지기 위하여 바깥용기(11)와 반달모양의 안쪽용기(12)로 구성된 두 개의 진공용기가 사용되었다.
CCD 카메라(51) 특성상 CCD칩 부분만 진공용으로 사용되는 경우가 많으므로, 도 3에서 보듯이 반달모양형상의 안쪽용기(12) 바깥표면의 포트(1)에 CCD 카메라(51)가 부착되어서 카메라의 칩부분은 진공에 노출되고 그외의 CCD 카메라(51) 부분은 공기 중에 노출되고, 바깥용기(11)는 카메라칩과 반달모양의 위아래 부분을 포함하여 진공을 유지할 수 있도록 되어있다. 이러한 구조는 안쪽 진공용기가 360도 회전을 하여도 진공을 유지할 수 있다. 또한, CCD 카메라(51)가 부착된 안쪽 진공용기는 웜기어 와 웜휠(19)을 이용하여 쉽게 회전이 가능하도록 되어있다. CCD 카메라(51)를 제어하는 컨트롤러(controller)와의 연결은 웜휠(19)의 안쪽으로 케이블이 빠져 나오도록 되어있다.
또한, 진공 용기의 진공을 확실히 유지하기 위하여 복수개의 0-링(31)(32) (33)을 진공용기에 설치하는 것이다.
끝으로, 두 진용용기를 연결하는 파이프(41)는 벨로즈(bellows)가 있어서 전체 시스템이 광학적으로 론란원상에 정렬될 수 있도록 설계되었다.
그러므로 본 발명은 다양한 브래그(Bragg)각에 대하여 분광기 시스템의 응용이 가능하며, 진공 분광기 시스템이므로 x-선이 진행하는 동안 강도의 손실이 없으므로 약한 x-선 측정이 가능하고, 구면결정과 CCD카메라를 이용함으로서 2차원적인 x-선상을 측정 연구에 획기적인 공헌을 할 수 있으며, 또한, 10-7Torr의 고진공도를 유지하면서 회전할 수 있도록 설계된 진공용기는 분광기 외에도 다른 산업적 응용에도 많은 공헌을 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 다양한 브래그(Bragg)각에 대하여 측정가능하도록 포트(1)가 회전이 가능하며, CCD카메라(51)를 검출기로 이용하여 높은 측정감도와 이차원적인 x-선 상을 얻을 수 있으며, 광학적으로 정밀하게 론란원 상의 접선방향으로 정렬이 가능하도록 검출기가 회전이 되게 구성되어진 것을 특징으로 하는 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기.
  2. 결정이 위치하는 진공용기의 포트(1)가 진공도를 유지하면서 회전할 수 있도록 진공용기 포트(1) 시창구의 0-링(2) 위에 이 시창구보다 더 큰 회전체 (3)를 부착하며, 이 회전체(3)에 웜기어가 설치된 가이드 레일(8)를 부착하여 회전체(3)가 원하는 각에 정확하고 쉽게 회전이 가능하도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기.
  3. 제 2항에 있어서;
    회전체(3)가 움직일 때 0-링(7)과의 마찰을 고려하여, 테프론 코팅된 0-링(2)을 사용하며, 회전체(3)의 아래와 윗면에는 스페이셔(5)를 설치하고 볼트를 이용하여 결합하며, 회전체(3)와 진공용기 바깥 표면사이에 항상 적절한 공간을 유지하도록 구성되어진 것을 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기.
  4. CCD 카메라(51)가 위치하는 진공용기가 진공상태를 유지하면서 웜휠(19)이 CCD 카메라(51) (혹은 CCD 카메라칩)가 부착된 부분을 회전시키는 것으로 구성되어진 것을 특징으로 하는 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기.
  5. 제 4항에 있어서;
    CCD 카메라(51)의 CCD칩 부분만 진공용으로 사용할 경우 두 개의 진공용 용기가 이용되어서 반달모양인 안쪽용기(12) 바깥표면의 포트(1)에 CCD 카메라(51)가 부착되어서 CCD 카메라(51)의 CCD칩은 진공에 노출되고 그외의 CCD 카메라(51) 부분은 공기중에 노출되고 바깥용기(11)는 진공을 유지하며, 또한, CCD 카메라(51)가 부착된 안쪽 진공용기는 웜기어 밑 웜휠(19)를 이용하여 원하는 각을 정확하고 쉽게 회전이 가능하도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 많은 브래그 각을 정밀정렬하여 쓸 수 있는 진공 X-선 구면결정 분광기.
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