KR20070082124A - 열분산 고선속 중성자 표적시스템 - Google Patents

열분산 고선속 중성자 표적시스템 Download PDF

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KR20070082124A
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Abstract

본 발명은 열분산 고선속 중성자 표적시스템에 관한 것이다. 이는 회전중심축을 중심으로 회전 가능한 회전체와; 상기 회전체의 주연부에 고정되는 것으로서, 외부로부터 조사된 양성자빔의 빔 경로상에 위치하여 양성자빔에 충돌하고, 상기 충돌에 의해 그 내부의 중성자를 방출하는 금속으로 이루어진 다수의 이동표적편과; 상기 회전체를 회전시켜 상기 이동표적편들이 양성자빔의 빔경로를 지나며 양성자빔에 충돌하게 하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 열분산 고선속 중성자 표적시스템은, 양성자빔과 충돌하는 표적이 상호 이격된 다수의 표적편으로 구성되므로 고에너지의 양성자빔이 가해지더라도 표적편이 다수개로 분리되어 있는 이상 온도의 과도한 상승이 없고, 또한 상기 표적편이 양성자빔의 빔 라인에 대해 기울어지도록 고정되어 각 표적편이 흡수하는 단위면적당의 열량이 작아 굳이 냉각장치를 사용할 필요가 없으며, 간단한 냉각장치를 부가할 경우 ㎃급 이상의 대전류 빔에도 견딜 수 있으므로 그만큼 활용 폭이 넓다.

Description

열분산 고선속 중성자 표적시스템{High-flux neutron target system for thermal distribution}
도 1은 종래의 사이클로트론을 이용한 중성자 라디오그래피 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 상기 도 1의 중성자 라디오그래피 시스템에 있어서, 고정되어 있는 베릴륨표적에 양성자빔을 조사하여 중성자빔을 얻는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 종래에 사용되던 열분산 고선속 중성자 표적시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분산 고선속 중성자 표적시스템의 전체적인 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 5는 상기 도 4에 도시한 이동표적편에 양성자빔이 조사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 상기 도 4에 도시한 표적장치의 조립된 모습을 도시한 일부 절제 분해 사시도이다.
도 7은 상기 도 4에 도시한 표적장치의 일부 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11:사이클로트론 13:가속기본체 15:진공덕트
17:양성자빔 19:베릴륨표적 21:중성자빔
23:집속기 25:필름카셋트 41:회전표적
43:가스켓 45:냉각수순환통로 47:프레임
49:샤프트 51:열분산 고선속 중성자 표적시스템 53:제 1평판부
53a:양성자빔관통구멍 53b:베어링수용구 53c:암나사구멍
53d:센서장착구멍 53e:냉각수파이프수용홈 55a:제 1온도센서
55b:제 2온도센서 57:베어링 59:측벽부
61:제 2평판부 61a:중성자빔관통구멍 61b:캡장착구
61c:볼트구멍 62:볼트 63:챔버
65:회전식표적부 65a:회전휠 65b:이동표적편
65c:구동축고정구멍 65d:장착슬릿 65e:핀
65f:핀장착구 65g:관통구멍 67:냉각수순환파이프
69:모터 69a:구동축 71:모터하우징
73:캡 75:내부공간
본 발명은 열분산 고선속 중성자 표적시스템에 관한 것이다.
중성자검출기의 개발 연구분야나, 중성자에 의한 피폭영양 평가 또는 중성자 라디오그래픽을 통한 비파괴검사분야 또는 보론중성자포획암치료(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)연구나 기타 산업분야에서의 중성자 이용을 위하여 중성자 발생장치가 개발되어 왔다.
이러한 중성자 발생장치는, 사이클로트론과 같은 입자가속기와, 상기 입자가속기로부터 고속으로 방출되는 양성자빔의 빔 경로상에 설치되며 빔에 충돌하여 그 내부의 중성자를 내놓는 표적을 포함하여 구성된다. 잘 알려진 바와같이 양성자빔을 표적에 충돌시키면 7Be(p,n)7B 핵반응이 일어나고 이 반응을 통해 중성자가 고속의 운동에너지를 가지며 중성자빔으로서 유도된 장소로 조사된다.
상기한 표적으로 사용되는 금속 원소로는 대표적으로 베릴륨이 있으며, 이외에 리튬, 트리튬, 중양자가 있다. 또한 대용량 가속기를 사용하는 경우 텅스텐이나 철을 사용하기도 한다. 그러나 중성자 발생 효율이나 열적 특성 부분에서 베릴륨이 가장 우수한 성능을 보이므로 베릴륨이 주로 사용된다.
도 1은 소형 사이클로트론을 이용한 중성자 라디오그래피 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다. 상기 라디오그래피라 함은 비파괴검사에 사용하는 방사선 사진술을 의미한다. 참고적으로 도 1에 도시한 구성에서 집속기(23)를 제거하면 중성자 발생장치가 된다.
여하튼 도 1에 도시한 바와같이, 사이클로트론(11)의 가속기본체(13)내에서 가속된 양성자빔(17)이, 진공덕트(15)를 통해 이동하며 수직으로 대기하고 있는 베릴륨표적(19)과 충돌하면, 베릴륨표적(19)으로부터 중성자빔(21)이 방출된다. 상기 중성자빔(21)은 집속기(23) 내부를 이동하며 촬영대상(미도시)을 관통한 후 그 영상을 필름카셋트(25) 내에 끼워져 있는 필름에 투영시킨다. 상기 베릴륨표적(19)은 양성자빔의 빔 라인에 대해 수직으로 고정된다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 베릴륨표적(19)에 양성자빔(17)을 조사하여 중성자빔(21)을 얻는 모습을 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와같이, 고정되어 있는 베릴륨표적(19)에 양성자빔(17)을 조사하면, 베릴륨표적(19)의 빔조사부위(A)로부터 중성자가 방출하며 상기한 이론에 따라 중상자빔(21)이 얻어진다. 경우에 따라 표적과 빔라인을 수직으로 배치하지 않고 표적을 기울여 설치할 수 도 있지만, 일반적으로는 중성자빔의 평행 직진성을 고려하여 표적을 빔라인에 직교하도록 배치한다.
한편, 상기 양성자빔은 기본적으로 높은 에너지를 가지고 또한 조사부위가 한 곳으로 집중되므로 그 에너지량을 조금만 높여도 고정표적이 쉽게 열손상(빔조사부위가 녹아버림)되어 더 이상 중성자를 발생할 수 없게 된다. 사용하기 충분한 양의 중성자빔을 얻기 위해서는 어느정도 높은 에너지의 양성자빔을 조사하여야 하지만, 상기와 같은 열손상 문제 때문에 양성자빔의 에너지를 아무 대책 없이 무작정 높일 수 없는 것이다.
결국 중성자 발생장치를 통해 중성자빔을 안정적으로 얻기 위해서는 양성자빔의 에너지를 낮추던가 고정 표적의 열손상 방지책을 세우던가 하여야 한다.
그런데 양성자빔의 에너지를 낮추면 중성자 발생량이 필요에 미치지 못하므로, 결국 표적에 별도의 냉각장치를 추가하여 양성자의 에너지를 높일 수 있게 한다.
참고적으로, 본 발명자의 실험에 의하면 아무런 냉각장치를 갖추지 않은 상 태에서 10㎂ 에너지의 양성자빔을 고정되어 있는 베릴륨표적(19)에 약 20분간 조사한 결과 빔조사부위(A)가 녹아 뚫림을 알 수 있었다.
상기한 바와같이 고정식 표적을 가지는 중성자 발생장치는, 표적이 고정되어 있는 이상 쉽게 열손상되거나 고용량 고효율의 냉각장치를 필요로 하므로, 열손상 확률을 보다 낮추고 또한 냉각장치의 냉각부하를 줄이기 위하여 도 3에 도시한 바와 같은 이동식 표적을 이용하는 중성자 발생장치도 개발되어 있다.
이러한 이동식 표적을 갖는 중성자 발생장치는, 이동식 표적이 고정식 표적에 비해 단위 면적 당 충돌하는 빔의 에너지가 적기 때문에, 고정식 표적에 비해 열손상의 위험이 덜하고 요구 냉각용량도 줄일 수 있다.
도 3은 종래에 사용되던 열분산 고선속 중성자 표적시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 회전표적(41)이 상기한 이동식 표적이다.
도시한 바와같이, 종래의 표적장치는, 외부의 동력에 의해 축회전 하는 샤프트(49)와, 상기 샤프트(49)에 고정되어 회전하는 원판형 회전표적(41)과, 상기 회전표적(41) 및 샤프트(49)를 회전 가능하게 지지하는 프레임(47)을 포함한다.
또한 상기 샤프트(49) 및 회전표적(41)과 프레임(47)의 사이에는 가스켓(43)이 구비되어 있다. 상기 가스켓(43)은 샤프트(49) 및 회전표적(41)을 회전 가능하게 지지함과 아울러 후술할 냉각수가 새어 나가지 않도록 차단하는 시일(seal)의 역할을 한다.
아울러 상기 회전표적(41)의 후방에는 냉각수순환통로(45)가 마련되어 있다. 상기 냉각수순환통로(45)는 프레임(47)의 사이에 마련된 공간으로서 그 내부로 냉 각수를 통과시킨다. 상기 냉각수는 냉각수순환통로(45)를 통과하며 양성자빔(17)에 의해 가열된 회전표적(41)을 냉각한다.
그런데, 상기와 같이 구성되는 종래의 표적장치는, 회전표적(41)이 계속적으로 회전하므로 그만큼 전체적인 빔조사부위(A)가 넓어 (동일한 에너지의 양성자빔을 가했을 경우) 도 1의 고정식 표적(19)에 비해 열손상 될 확률이 낮기는 하지만 냉각수가 누설될 수 있다는 문제가 있다. 냉각수가 조금이라도 새어 나가면 고가의 중성자 발생장치가 작동하지 않을 수 있기 때문에, 냉각에 관계된 비용이 많이 들고 또한 냉각수의 누설에 항상 대비하여야 한다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 양성자빔과 충돌하는 표적이 상호 이격된 다수의 표적편으로 구성되므로 고에너지의 양성자빔이 가해지더라도 열이 다수의 표적편으로 분산되는 이상 각 표적편이 과열될 염려가 없고, 또한 상기 표적편이 양성자빔의 빔 라인에 대해 기울어지도록 고정되어 각 표적편이 흡수하는 단위면적당의 열량이 작아 굳이 냉각장치를 사용할 필요가 없으며, 간단한 냉각장치를 부가할 경우 ㎃급 이상의 대전류 빔에도 견딜 수 있으므로 그만큼 활용 폭이 넓은 열분산 고선속 중성자 표적시스템을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열분산 고선속 중성자 표적시스템은, 회전중심축을 중심으로 회전 가능한 회전체와; 상기 회전체의 주연부에 고정되는 것으로서, 외부로부터 조사된 양성자빔의 빔 경로상에 위치하여 양성자빔에 충돌하 고, 상기 충돌에 의해 그 내부의 중성자를 방출하는 금속으로 이루어진 다수의 이동표적편과; 상기 회전체를 회전시켜 상기 이동표적편들이 양성자빔의 빔경로를 지나며 양성자빔에 충돌하게 하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전체는 일정 외경을 갖는 디스크 또는 링형 부재이며, 상기 이동표적편들은 상기 회전체의 주연부에 상호 일정 간격으로 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동표적편은, 상기 양성자빔의 빔 경로에 대해 20도 내지 40도 각도의 범위내에서 기울어진 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 회전체의 회전중심축은 양성자빔의 빔 경로와 평행한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이동표적편은, 베릴륨, 리튬, 트리튬, 중양자, 텅스텐, 철 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표적장치는, 상기 회전체를 내부에 수용하되 그 일측부에, 외부로부터 조사된 양성자빔을 통과시켜 상기 이동표적편에 도달하게 하는 양성자빔관통구멍과, 상기 이동표적편으로부터 발생한 중성자빔을 통과시키는 중성자빔관통구멍이 형성되어 있는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버에는, 상기 양성자빔의 빔라인을 통과하며 양성자빔에 충돌한 이동표적편의 온도를 감지하는 제 1온도센서와, 상기 양성자빔과의 충돌을 위해 양성자 빔라인으로 근접하는 이동표적편의 온도를 감지하는 제 2온도센서가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2온도센서는 상기 양성자관통구멍을 사이에 두고 동일간격 이격됨과 아울러 상기 회전체의 회전중심축으로부터 동일한 거리에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2온도센서는 회전체의 회전중심축을 기준으로 20도 내지 50도의 사이각 범위내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 챔버에는, 챔버의 온도를 냉각하기 위한 냉각수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열분산 고선속 중성자 표적시스템의 전체적인 구성을 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 열분산 고선속 중성자 표적시스템(51)는, 내부공간(도 6의 75)을 제공하는 챔버(63)와, 상기 챔버(63)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전식표적부(65)와, 상기 챔버(63)의 외부에 장착되며 회전식표적부(65)를 회전시키는 모터(69)와, 상기 챔버(63)을 냉각시키기 위한 냉각수순환파이프(67)를 포함하여 구성된다.
상기 챔버(63)는, 소정 두께의 플레이트 형태를 취하며 그 일측에 양성자빔관통구멍(53a)이 마련되어 있는 제 1평판부(53)와, 상기 제 1평판부(53)의 내측면에 고정되되 상기 양성자빔관통구멍(53a)을 그 내부 영역에 포함하는 일정직경의 측벽부(59)와, 상기 측벽부(59)에 결합하며 제 1평판부(53)로부터 평행하게 이격되 고 상기 양성자빔관통구멍(53a)에 대응하는 위치에 중성자빔관통구멍(61a)을 갖는 제 2평판부(61)로 이루어진다.
상기 측벽부(59)는 일정직경을 갖는 링형 부재로서 제 1평판부(53)와 제 2평판부(61)의 사이에 상기 회전식표적부(65)를 수용하는 내부공간(도 6의 75)을 제공한다.
특히 상기 챔버(63)는 절연기능을 가짐과 동시에 회전표적부(65)로부터 발생하는 복사열을 흡수하도록 검은색으로 아노다이징(anodizing) 처리함이 좋다.
또한 상기 제 1평판부(53)의 중앙에는 베어링수용구(53b)가 형성되어 있다. 상기 베어링수용구(53b)는 베어링(57)을 고정하는 구멍이다. 상기 베어링(57)은 모터(69)의 구동축(69a)을 지지하는 역할을 한다.
따라서, 상기 모터(69)는 제 1평판부(53)의 외부 중앙에 고정되어 있는 상태로 그 구동축(69a)이 베어링(57)을 통해 챔버(63) 내부공간으로 연장된 후 회전식표적부(65)의 회전중심인 구동축고정구멍(65c)에 고정된다. 결국 상기 모터(69)를 구동하면 챔버(63)의 내부에서 회전식표적부(65)가 회전하게 된다.
한편, 상기 제 1평판부(53)에는 제 1,2온도센서(55a,55b)가 장착된다. 상기 제 1,2온도센서(55a,55b)는 비접촉식 온도센서로서 상기 양성자빔관통구멍(53a)의 양측에 동일한 간격으로 이격되어 있다. 즉, 상기 모터(69) 구동축(69a)과 양성자빔관통구멍(53a)을 연결하는 가상의 직선으로부터 동일한 각도 x 만큼 반대방향으로 벌어져 위치하는 것이다. 아울러 상기 제 1,2온도센서(55a,55b)의 베어링수용구(53b)의 중심으로부터의 거리는 동일하다.
상기 제 1,2온도센서(55a,55b)는 회전식표적부(65)가 회전하는 동안의 이동표적편(65b)의 온도를 감지하기 위한 것이다.
또한 상기 제 1평판부(53)의 외측면에는 상기 냉각수순환파이프(67)를 수용하기 위한 냉각수파이프수용홈(도 7의 53e)이 형성되어 있다. 상기 냉각수파이프수용홈(53e)에 대해서는 도 7을 통해 설명하기로 한다.
도면부호 71은 모터하우징이다. 상기 모터하우징(71)은 모터(69)를 그 내부에 수용함으로써 모터로부터 발생하는 자기장이나 전기장이 양성자빔(17)에 영향을 미치지 않도록 차폐한다.
상기 제 2평판부(61)도 제 1평판부(53)와 마찬가지로 소정두께를 가지며 그 중앙에는 캡(73)에 의해 막히는 캡장착구(61b)를 구비한다. 또한 상기 중성자빔관통구멍(61a)은 양성자빔관통구멍(53a) 보다 큰 직경을 가져 상기 이동표적편(65b)으로부터 발생한 중성자빔(21)이 챔버(63)로부터 원활히 빠져나오도록 한다.
상기 제 1평판부(53)와 제 2평판부(61)는 측벽부(59)를 사이에 두고 다수의 볼트(62)를 통해 결합한다. 이를 위해 상기 제 1평판부(53)의 테두리부에는 다수의 암나사구멍(53c)이, 제 2평판부(61)의 테두리부에는 볼트구멍(61c)이 마련되어 있다. 따라서 상기 암나사구멍(53c)에 볼트구멍(61c)을 맞춘 후 맞춘 후 볼트구멍(61c)에 볼트(62)를 통과시켜 암나사구멍(53c)에 나사결합하면 챔버(63)가 구성된다.
한편, 상기 회전표적부(65)는 링의 형태를 취하고 그 회전중심에 구동축고정구멍(65c)이 구비되어 있는 회전휠(65a)과, 상기 회전휠(65a)의 주연부에 고정되는 다수의 이동표적편(65b)으로 구성된다. 상기 회전표적부(65)는 마치 터어빈휠을 연상케 한다. 실제로 상기 이동표적편(65b)을 후술하는 평판의 형태가 아닌 터어빈 블레이트처럼 익형(翼型)으로 제작할 수 도 있다.
여하튼 상기 회전휠(65a)의 구동축고정구멍(65c)은 모터(69)의 구동축(69a)에 고정되어 모터의 작동시 회전한다. 상기 회전휠(65a)의 회전속도나 회전방향은 얼마든지 조절 가능하다.
상기 이동표적편(65b)은 베릴륨으로 제작된 판상부재로서 도 6에 도시한 바와같이 직사각판의 형태를 취한다. 상기 이동표적편(65b)의 개수나 사이즈는 경우에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 예컨대 상기 이동표적편(65b)의 사이즈를 가로 2.2㎝, 세로 4.5㎝, 두께 0.025㎝로 제작할 수 있다.
상기 이동표적편(65b)은 양성자빔관통구멍(53a)과 중성자빔관통구멍(61a)의 사이에 위치하여 양성자빔관통구멍(53a)을 통해 들어오는 양성자빔(17)에 충돌한다. 따라서, 회전표적부(65)를 일정속도로 회전시키는 상태에서 양성자빔(17)을 양성자빔관통구멍(53a)으로 조사하면 각각의 이동표적편(65b)에 양성자빔(17)이 고르게 충돌하고 각각의 이동표적편(65b)으로부터 발생하는 중성자빔(21)은 중성자빔관통구멍(61a)을 통해 연속적으로 방출하는 것이다.
특히 상기 이동표적편(65b)은 양성자빔(17)의 조사 방향에 대해 20도 내지 40도 정도 기울어져 있다. 이와같이 이동표적편(65b)을 기울임으로써 이동표적편(65b)의 표면에 도달하는 양성자빔의 조사면적을 증가시켜 이동표적편(65b)의 단위면적당 양성자빔이 가하는 에너지를 그만큼 줄일 수 있는 것이다.
도 5는 상기 도 4에 도시한 이동표적편에 양성자빔이 조사되는 모습을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 이동표적편(65b)이 양성자빔(17)의 빔라인에 대해 각도 z만큼 기울어져 있는 상태로 양성자빔과 충돌하고 있음을 알 수 있다. 상기 기울어진 각도(z)는 20도 내지 40도 이며 바람직하게는 30도 정도이다.
이와 같이 이동표적편(65b)이 기울어져 있으므로 이동표적편(65b)에 도달한 양성자빔(17)의 조사면적이 증가하고 빔의 밀도가 낮아지게 된다. 일정 에너지를 갖는 양성자빔의 조사면적이 증가한다는 의미는 이동표적편(65b)의 단위 면적당 받는 에너지의 양이 작다는 것이다. 즉, 이동표적편이 기울어지지 않은 경우에 비해 보다 큰 에너지의 양성자빔(17)을 조사할 수 있다는 것이다.
여하튼 본 실시예의 경우 상기 이동표적편(65b)이 양성자빔(17)의 빔라인에 대해 기울어져 있으므로 그만큼 양성자빔(17)의 에너지를 증가시켜 보다 충분한 중성자빔(21)을 얻을 수 있다.
도 6은 상기 도 4에 도시한 표적장치의 조립된 모습을 도시한 일부 절제 분해 사시도이다.
도시한 바와같이, 제 1평판부(53)와 제 2평판부(61)가 측벽부(59)를 사이에 두고 볼트(62)로 결합되어 있다. 상기 측벽부(59)는 제 1평판부(53)와 제 2평판부(61) 사이에 내부공간(75)을 제공하고 회전식표적부(65)를 수용한다.
또한 상기 회전휠(65a)의 구동축고정구멍(65c)에 모터의 구동축(69a)이 삽입 고정되어 있다. 따라서 모터(69)를 구동함에 따라 회전식표적부(65)가 화살표방향 또는 그 반대방향으로 회전한다.
한편, 상기 회전휠(65a)의 테두리부에는 다수의 장착슬릿(65d)이 형성되어 있다. 상기 장착슬릿(65d)은 이동표적편(65b)을 수용 고정하는 것으로서 서로에 대해 평행하며 동일한 간격을 이룬다. 아울러 상기 각 장착슬릿(65d)의 사이에는 핀장착구(65f)가 마련되어 있다. 상기 핀장착구(65f)는 핀(65e)을 박아 끼우는 구멍으로서 회전휠(65a)의 두께방향으로 관통되어 있다. 또한 상기 핀(65e)은 핀장착구(65f)에 삽입됨으로써 이동표적편(65b)을 장착슬릿(65d)에 고정시키는 것이다.
상기 이동표적편(65b)은 일정두께를 갖는 직사각형 형태를 취하며 그 하측부에 관통구멍(65g)을 갖는다. 상기 관통구멍(65g)은 핀(65e)이 통과하는 구멍으로서 장착슬릿(65d)에 이동표적편(65b)을 끼운 상태에서 핀장착구(65f)와 일직선을 이룬다.
따라서 상기 이동표적편(65b)을 각각의 장착슬릿(65d)에 끼운 상태로 핀장착구(65f)를 통해 핀(65e)을 삽입하면 회전휠(65a)에 대한 이동표적편(65b)의 고정이 이루어지는 것이다. 필요에 의해 이동표적편(65b)을 교체하기 위해서는 핀(65e)을 빼낸 상태로 이동표적편(65b)을 들어내면 된다.
상기 양성자빔관통구멍(53a)의 양측에 구비되어 있는 제 1온도센서(55a)와 제 2온도센서(55b)는 화살표 E방향으로 회전하는 이동표적편(65b)의 온도를 측정하는 역할을 한다. 제 1온도센서(55a)는 양성자빔에 의해 가열된 직후의 이동표적편(65b) 온도을 감지하는 것이고, 제 2온도센서(55b)는 양성자빔관통구멍(53a)을 향해 이동하는, 즉 양성자빔이 충돌하기 전의 이동표적편(65b)의 온도를 측정하는 것 이다.
상기한 바와 같이 이동표적편(65b)의 양성자빔과의 충돌 직후와 직전의 온도를 측정함으로써, 이동표적편(65b)이 한 바퀴 회전하는 동안의 냉각 정도를 파악할 수 있게 되고, 그에 기초하여 양성자빔의 에너지 크기를 조절하거나 냉각수단의 가동 여부를 결정할 수 있다. 상기 제1,2온도센서(55a,55b)의 위치는 양성자빔관통구멍(53a)에 근접할수록 좋다.
도 7은 상기 도 4에 도시한 표적장치의 일부 분해 사시도이다.
도면을 참조하면, 상기 제 1,2온도센서(55a,55b)가 센서장착구멍(53d)에 나사 결합함을 알 수 있다. 상기 온도센서의 결합방식은 경우에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
또한 상기 제 1평판부(53)의 외측면에는 냉각수파이프수용홈(53e)이 마련되어 있다. 상기 냉각수파이프수용홈(53e)은 냉각수순환파이프(67)를 수용하는 홈으로써 그 바닥면이 냉각수순환파이프(67)에 면접 밀착한다.
상기 냉각수순환파이프(67)는 그 내부로 냉각수를 순환시켜 제 1평판부(53)를 냉각하는 일반적인 냉각수단이다. 상기한 바와같이 챔버(63)는 회전식표적부(65)로부터 발생하는 복사열을 흡수하므로 제 1평판부(53)를 냉각함으로써 챔버(63)를 전체적으로 냉각할 수 있는 것이다. 필요에 따라 상기 냉각수순환파이프(67)를 가동하지 않을 수 도 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지 식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 열분산 고선속 중성자 표적시스템은, 양성자빔과 충돌하는 표적이 상호 이격된 다수의 표적편으로 구성되므로 고에너지의 양성자빔이 가해지더라도 열이 다수의 표적편으로 분산되는 이상 각 표적편이 과열될 염려가 없고, 또한 상기 표적편이 양성자빔의 빔 라인에 대해 기울어지도록 고정되어 각 표적편이 흡수하는 단위면적당의 열량이 작아 굳이 냉각장치를 사용할 필요가 없으며, 간단한 냉각장치를 부가할 경우 ㎃급 이상의 대전류 빔에도 견딜 수 있으므로 그만큼 활용 폭이 넓다.

Claims (10)

  1. 회전중심축을 중심으로 회전 가능한 회전체와;
    상기 회전체의 주연부에 고정되는 것으로서, 외부로부터 조사된 양성자빔의 빔 경로상에 위치하여 양성자빔에 충돌하고, 상기 충돌에 의해 그 내부의 중성자를 방출하는 금속으로 이루어진 다수의 이동표적편과;
    상기 회전체를 회전시켜 상기 이동표적편들이 양성자빔의 빔경로를 지나며 양성자빔에 충돌하게 하는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전체는 일정 외경을 갖는 디스크 또는 링형 부재이며,
    상기 이동표적편들은 상기 회전체의 주연부에 상호 일정 간격으로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이동표적편은, 상기 양성자빔의 빔 경로에 대해 20도 내지 40도 각도의 범위내에서 기울어진 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 회전체의 회전중심축은 양성자빔의 빔 경로와 평행한 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 이동표적편은, 베릴륨, 리튬, 트리튬, 중양자, 텅스텐, 철 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 표적장치는, 상기 회전체를 내부에 수용하되 그 일측부에, 외부로부터 조사된 양성자빔을 통과시켜 상기 이동표적편에 도달하게 하는 양성자빔관통구멍과, 상기 이동표적편으로부터 발생한 중성자빔을 통과시키는 중성자빔관통구멍이 형성되어 있는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 챔버에는, 상기 양성자빔의 빔라인을 통과하며 양성자빔에 충돌한 이동표적편의 온도를 감지하는 제 1온도센서와, 상기 양성자빔과의 충돌을 위해 양성자 빔라인으로 근접하는 이동표적편의 온도를 감지하는 제 2온도센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1,2온도센서는 상기 양성자관통구멍을 사이에 두고 동일간격 이격됨과 아울러 상기 회전체의 회전중심축으로부터 동일한 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1,2온도센서는 회전체의 회전중심축을 기준으로 20도 내지 50도의 사이각 범위내에 위치하는 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 챔버에는, 챔버의 온도를 냉각하기 위한 냉각수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 열분산 고선속 중성자 표적시스템.
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