KR20090060544A - 진공흡착 원리를 이용한 결정의 벤딩 장치 및 벤딩 방법 - Google Patents

진공흡착 원리를 이용한 결정의 벤딩 장치 및 벤딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 분광 분석기용 결정의 벤딩 장치, 상기 벤딩 장치에 결정을 벤딩하는 방법, 상기 벤딩장치에 판 형상의 결정이 배치된 방사선 분광 분석기용 결정 거울 및 상기 벤딩 장치를 이용하는 방사선 분광 분석기로서 X-선 분광 분석기에 대한 것이다. 본 발명에 의한 벤딩 장치를 이용할 경우 강한 방사선 환경에서도 벤딩된 결정이 그 형태가 변하지 않는 특성이 있다.
결정, 벤딩 장치, 방사선, 분광 분석기, X-선

Description

진공흡착 원리를 이용한 결정의 벤딩 장치 및 벤딩 방법{A DEVICE AND A METHOD FOR BENDING CRYSTAL USING VACUUM ABSORPTION PROPERTY}
본 발명은 강한 방사선 환경에서 사용할 수 있는 방사선 분광 분석기용 결정의 벤딩 장치, 상기 벤딩 장치에 결정을 벤딩하는 방법, 상기 벤딩장치에 판 형상의 결정이 배치된 방사선 분광 분석기용 결정 거울 및 상기 벤딩 장치를 이용하는 방사선 분광 분석기로서 X-선 분광 분석기에 대한 것이다.
핵융합 장치와 같이 고속 중성자를 방출하는 극한 환경, 예를 들면 토카막과 같이 강한 방사선이 방출되는 극한환경 하에서도 그러한 강한 방사선을 측정하고 분석할 필요가 있다. 예를 들어, 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마의 이온 및 전자 온도를 분포를 측정하는 것은 핵융합 장치 및 핵융합 발전에 있어서 매우 중요하다. 이러한 핵융합 장치의 토카막과 같은 극한 환경하에서는, 통상적인 온도계를 이용하여 온도를 측정하는 것은 불가능하며, 자기장이나 전기장과 같이 장치의 환경과 관련된 물리적 특성을 통상적인 장비를 이용하여 측정하는 것은 불가능하다.
이에 따라, 상기와 같이 극한 환경하에서는 X-선 분광 분석 방법에 의하여, 그 장치의 물리적 특성을 구해낼 수 있다.
핵융합 플라즈마 장치에서 발생하는 X-선은 플라즈마 변수의 특성을 포함하고 있다. 예컨대, X-선 분광 분석기를 이용하여 상기와 같이 핵융합 플라즈마 장치에서 방출되는 X-선을 분석하면, 플라즈마 변수 중에서 가장 중요한 요소인 이온 및 전자 온도 분포를 측정 할 수 있다.
그러나, 상기 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마는 매우 고온이기 때문에 일반적으로 방사선 분광 분석기에 사용되는 장치들을 그대로 사용하여 플라즈마에서 발생하는 X-선을 분석할 수는 없다.
핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마의 플라즈마 변수의 특성을 측정하기 위한 분광 분석기로서 X-선 분광 분석기(또는, X-선 이미지 분광 분석기)가 있다. 이러한 X-선 분광 분석기기는 구면으로 벤딩된 결정을 이용하여, 결정에서 반사되는 X-선의 브래그 반사원리를 응용하여 X-선의 분석을 실행한다. 이러한 결정에서의 X-선 반사를 이용하는 X-선 분광기를 이용하면, 플라즈마 변수 중 가장 중요한 요소의 하나인 이온 및 전자온도 분포를 측정 할 수 있다.
상기와 같이 결정을 이용한 X-선 분광 분석기 중요한 핵심부품 중 한 가지가 구면으로 벤딩된 결정인데, 이러한 구면 결정에 의하여 브래그 반사 및 상기 브래그 반사의 측정이 용이하게 이루어질 수 있다. 구체적으로 상기와 같은 구면으로 벤딩된 결정의 기하학적인 비점수차의 원리를 이용하고, 아울러, 브래그 각, 구면결정의 곡률반경, 결정의 크기와 모양 및 X-선과 결정과의 이격 거리 등을 조절하여 원하는 플라즈마 이미지를 분광할 수 있다.
이러한 분석용 결정을 벤딩하는 기술로서 종래에는 주로 에폭시 본드와 같은 접착제나 점착성 수지를 이용하는 방법이 알려져 있으며, 또한 표면 장력을 이용하여 결정을 결정 벤딩 장치에 벤딩하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 에폭시 본드 또는 표면 장력에 의하여 결정을 벤딩하는 경우, 벤딩된 결정의 열적 팽창으로 인하여 결정의 곡률반경이 구조적으로 바뀌거나 벤딩이 약해질 수 있고 또한 결정이 손상을 받는 경우가 있다. 또한 결정표면에 보호용 코팅이 없는 경우, 결정 자체가 강한 방사선으로 인하여 심각한 손상을 받게 되어서 분광기 눈에 해당하는 결정의 성능에 매우 심각한 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 극한 상황에서도 본래의 기능을 유지할 수 있도록 결정을 벤딩하는 방법과 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기와 같은 결정 벤딩 장치를 이용하여 극한 상황에서도 방사선 분광 분석을 할 수 있는 분광 분석기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일례에서는 방사선 분광기 분석기용 결정의 벤딩 장치를 제공한다. 상기 결정의 벤딩 장치는 복수개의 관통홀(4)이 형성된 거울 배면(1); 상기 거울 배면(1)을 고정하기 위한 어댑터(2); 상기 어댑터에 연결된 덕트(duct; 3); 및
상기 덕트(3)에 연결된 진공펌프(20);를 포함하며, 상기 어댑터의 중심부는 개방되어 관통되어 있으며, 상기 거울 배면(1)에 형성된 복수개의 관통홀은 상기 어댑터(2)의 개방된 관통부 및 진공용 덕트(3)를 통하여 진공펌프와 연결되어 상기 복수개의 관통홀과 진공펌프 사이에서 유체이동이 가능한 경로가 형성되어 있으며, 상기 거울 배면은 소정의 곡률반경만큼 오목 곡면이 형성된 오목면이며;상기 오목면에 결정이 벤딩되도록 한다.
여기서 상기 거울 배면(1)은 구리, 철, 알루미늄과 같은 금속재질, 및 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종에 의하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 거울의 배면(1) 및 어댑터(2)에는 냉각 수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 냉각수단의 종류에는 제한이 없다. 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 필요에 따라 적절한 냉각수단을 선택하여, 적절한 부분에 적절한 방식으로 냉각수단을 설치할 수 있을 것이다.
상기 냉각수단의 냉각방법에도 제한이 없는데, 공랭식도 가능하며 수냉식도 가능하다. 아울러 기타 냉각 유체를 이용한 냉각방식도 가능한데, 냉각용 유체의 순환시킬 수 있도록 냉각 수단이 구성될 것이다. 구체적으로 본 발명의 일례에 따르면, 상기 거울의 배면(1) 및 어댑터(2)에는 상기와 같은 냉각용 유체를 순환시킬 수 있는 냉각 수단(6)을 구비할 수 있다.
한편, 상기 어댑터(2)는 거울 배면을 고정시키는 역할을 함과 동시에 상기 거울 배면과 덕트를 연결하는 역할을 한다. 상기 어댑터는 내부가 관통되어 있는 형태의 볼트 형상이 가능한데, 구체적으로 한쪽 관통부는 넓고 다른 쪽 관통부는 좁은 형태의 볼트가 가능하다. 상기 어댑터의 일면은 상기 거울 배면쪽에 연결되어 상기 어댑터의 개방된 중심부가 복수개의 관통홀 쪽에 면하도록 배치되며, 상기 어댑터의 개방된 중심부의 다른 일면은 상기 덕트와 연결된다.
본 발명의 일례에 따르면, 밀폐 특성을 향상시켜 진공 효율을 높이기 위하여, 상기 어댑터의 상기 거울 배면쪽 결합부와 상기 거울 배면 사이에는 밀폐용 O-링을 배치할 수 있다. 이러한 O-링으로는, 밀폐용으로 사용되는 O-링이라면 그 종류에 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 거울 배면에는 상기 관통홀은 일정간격으로 규칙적으로 형성되도록 할 수 있다. 본 발명의 다른 일례에 따르면, 거울 배면에서 상기 관통홀은 상기 거울 배면의 중심점을 기준으로 방사상으로 대칭되도록 배치될 수 있다(도 1 및 도 3 참조).
상기 거울 배면의 지름에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 사용자가 필요에 따라 적의하게 선택할 수 있다. 다만 본 발명에 의한 벤딩 장치가, 예를 들어, 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마의 이온 및 전자 온도를 분포를 측정하기 위한 X-선 분광 분석기 등에 적용된다면 상기 거울 배면의 지름은 실험조건에 합당하도록 원하는 값을 조정 할 수 있다. 본 발명에 일례에 따르면 거울 배면의 지름은 약 30mm부터 100mm까지 다양하게 조정할 수 있다.
한편 상기 거울 배면에 형성되는 상기 관통홀은 거울 배면의 테두리 부분에까지 모두 형성되기 보다는, 어댑터와의 접속을 고려하여 테두리 부분에는 관통홀이 형성되지 않는 것이 일반적이다. 즉, 상기 거울 배면의 테두리 부분은 어탭터와의 접속을 위하여 나사선 등이 형성되는 부분이라고 할 수 있는 바, 상기 관통홀은 상기 거울 배면의 테두리로부터 5 내지 20mm 안쪽의 영역에서부터 거울 배면의 중심쪽으로 형성될 수 있을 것이다(도 1 및 도 3 참조).
상기 관통홀의 수에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 진공 효율 및 관통홀 형성의 용이성 등을 고려하여 상기 거울 배면에는 20 ~ 500 개 정도의 관통홀을 형성할 수 있을 것이다. 그렇지만 관통홀의 수가 상기 20~500 개로 한정되는 것은 아니다.
상기 관통홀의 지름 역시 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 진공 효율 및 관통홀 형성의 용이성 등을 고려하여 상기 관통홀의 지름은 0.1 ~ 5 mm 정도가 되도록 만들 수 있을 것이다. 그렇지만 관통홀의 지름이 상기 범위로 한정되지 않는 것 은 물론이다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 거울 배면은 원형인 것이 가능하다. 상기 원형의 거울 배면은 소정의 곡률반경만큼 안쪽으로 오목한 오목면을 형성한다. 상기 거울 배면의 곡률반경은 사용자의 필요에 따라 임의로 결정할 수 있다. 당업자라면 필요에 따라 상기 거울 배면의 곡률반경을 조절하여 필요에 적절한 오목면을 형성할 수 있을 것이다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 배면 거울의 곡률 반경은 실험조건에 합당하도록 원하는 값을 조정 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정이 배치된 방사선 분광 분석기용 결정 거울(crystal mirror)을 제공한다.
본 발명의 일례에 따르면 상기 결정 거울은 X-선 분광 분석기에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일례에 따르면 상기 방사선은 X-선인 것이 가능하다.
본 발명에 의한 벤딩 장치를 사용할 경우, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 의하여 진공이 인가되면 상기 진공에 의한 흡인력 때문에 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 결정이 벤딩될 수 있다.
이러한 벤딩 방법을 적용할 경우 에폭시 본드와 같은 고분자 수지를 이용하여 결정을 벤딩하는 것이 아니기 때문에, 고온 고압의 극한 환경에서 상기 결정 거울이 사용되더라도 에폭시 본드의 분해 등의 문제가 발생하지 않는다. 또한, 고온 환경하에서 결정이 소정의 양만큼 열팽창 되더라도 상기 결정은 소정의 곡률반경을 갖는 거울 배면에 배치되어 있기 때문에, 상기 거울 배면의 곡률 반경대로 팽창되기 때문에 결정의 곡률 반경이 변화하는 등의 문제는 생기지 않는다.
상기 결정이 배치된 결정 거울은 핵융합 장치와 같은 극한 환경에서도 사용될 수 있기 때문에 상기 결정을 보호하기 위하여 결정의 표면에 별도의 코팅을 할 수도 있다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 코팅은 방사선 손상 방지용 코팅인 것이 가능하다. 이러한 코팅에 의하여 결정 자체가 강한 방사선에 의하여 심각한 손상을 받는 것을 방지할 수 있게 되어, 분광기 눈에 해당하는 결정의 성능 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면 상기 결정의 표면에 형성되는 코팅은 알루미늄, 보론, 또는 베릴륨에 의하여 형성된 것일 수 있다.
한편, 상기 결정은 방사선을 분광 분석할 수 있는 결정이라면 그 종류에 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명에 의한 상기 결정 거울은 X-선 분광 분석기에 적용될 수 있다는 것을 고려할 때, 본 발명의 일례에 따르면 상기 결정으로서는, 운모 결정, 석영 결정, SHA결정, TIAP 결정 등이 가능하다.
본 발명은 또한 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 진공에 의한 흡인력에 의하여 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 하는 결정의 벤딩 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, X-선 발생기, 구면으로 벤딩된 결정, X-선 검출기를 포함하는 X-선 분광 분석기에 있어서, 상기 구면으로 벤딩된 결정으로서 상기와 같은 결정 거울, 즉, 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 결정 거울을 사용하는 X-선 분광 분석기를 제공한다.
상기 X-선 분광 분석기는 X-선이 결정에서 반사되는 과정에서 브래그 반사 법칙에 의하여 소멸 또는 간섭되는 것을 이용한다. 즉, 결정에 조사된 X-선이 반사되어 나오는 상태를 고려하여, 어떠한 조건에서 브래그의 반사법칙을 만족하는 반사가 이루어지는를 측정함으로써 X-선의 특성을 파악할 수 있게 된다. 구체적으로, 브래그의 반사법칙을 이용하는 X-선 분광 분석기는, 구면으로 벤딩된 결정의 기하학적인 비점수차의 원리를 이용하고, 아울러, 브래그 입사각과 반사각, 구면결정의 곡률반경, 결정의 크기와 모양 및 X-선과 결정과의 이격 거리 등을 분석하여 X-선의 특성을 분석할 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 핵융합 장치와 같이 고온의 플라즈마가 발생하는 극한 환경하에서도 사용가능한 벤딩장치를 제공한다. 특히 본 발명에 의한 벤딩 장치를 사용할 경우, 상기 벤딩 장치에 벤딩된 결정이 열적 팽창을 하더라도 곡률반경이 구조적으로 바뀌지 않도록 할 수 있어, 보다 정확한 측정이 가능하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 상세하게 설명한다.
하기 설명에서는, 본 발명에 의한 벤딩 장치 및 상기 벤딩 장치에 의하여 결정이 벤딩되어 있는 결정 거울을 사용될 수 있는 환경 중 매욱 극한 환경에 해당되는 핵융합 장치에 사용되는 벤딩 장치와 결정 거울에 대하여 설명한다.
도 7에서 본 발명에 의한 벤딩 장치를 적용할 수 있는 예 중 극한 환경의 대표적인 예로서, 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마 이온 및 전자 온도 분포를 측 정할 수 있는 X-선 분광 분석기를 개략적으로 보여준다. 도 7에서 보면 본 발명에 의한 벤딩 장치(100)가 어떻게 사용되는지 알 수 있을 것이다.
한편 도 1에서는 본 발명의 일례에 의한 벤딩 장치의 주요부를 보여주고 있으며 도 2에서는 상기 벤딩 장치에 대한 보다 상세한 개요도(단면도)로서, 특히, 거울 배면(1)과 어댑터(2)가 결합된 상태의 단면 및 진공을 형성하기 위한 기체의 흐름(화살표로 표시)를 보여준다.
본 발명의 일례에 따른 결정의 벤딩 장치는 복수개의 관통홀(4)이 형성된 거울 배면(1), 상기 거울 배면(1)을 고정하기 위한 어댑터(2), 상기 어댑터에 연결된 덕트(duct; 3) 및 상기 덕트(3)에 연결된 진공펌프(20)를 포함한다.
상기 어댑터의 중심부는 개방되어 관통되어 있다(도 2 및 도 4 참조).
또한 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 거울 배면(1)에 형성된 복수개의 관통홀은 상기 어댑터(2)의 개방된 관통부 및 진공용 덕트(3)를 통하여 진공펌프와 연결된다. 그 결과, 상기 복수개의 관통홀과 진공펌프 사이에서 유체이동이 가능한 경로가 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에서 보면, 상기 거울 배면(1) 은 소정의 곡률반경만큼 오목 곡면이 형성된 오목면(10) 임을 알 수 있다. 상기 오목면에 결정이 벤딩되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 벤딩 장치를 보여 주는데, 거울 배면(1)의 단면(좌측)과 정면(우측)을 보여준다. 여기서 좌측의 단면도는, 우측의 정면도에서 A-A'를 절단한 부분에 해당한다.
상기 거울 배면(1)은 구리, 철, 알루미늄, 또는 유리로 형성될 수 있다.
거울 배면에는 상기 관통홀은 일정간격으로 규칙적으로 형성되도록 할 수 있다. 도 1 및 도 3에 따르면, 거울 배면에서 상기 관통홀은 상기 거울 배면의 중심점을 기준으로 방사상으로 대칭되도록 배치하여 진공 효율을 높일 수 있다.
상기 거울 배면의 지름에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 사용자가 필요에 따라 적의하게 선택할 수 있다. 다만 본 발명에 의한 벤딩 장치가, 도 7에서 보는 바와 같이 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마의 이온 및 전자 온도를 분포를 측정하기 위한 X-선 분광 분석기 등에 적용된다면 상기 거울 배면의 지름은 거울 배면의 지름은 실험조건에 합당하도록 원하는 값을 조정 할 수 있다. 본 발명에 일례에 따르면 거울 배면의 지름은 약 30mm부터 100mm까지 다양하게 조정할 수 있다.
상기 거울 배면에 형성되는 상기 관통홀은 거울 배면의 테두리 부분에까지 모두 형성되기 보다는, 어댑터와의 접속을 고려하여 테두리 부분에는 관통홀이 형성되지 않는 것이 일반적이다(도 1 및 도 3 참조). 즉, 상기 거울 배면의 테두리 부분은 어탭터와의 접속을 위하여 나사선 등이 형성되는 부분이라고 할 수 있는 바, 상기 관통홀은 상기 거울 배면의 테두리로부터 5 내지 20mm 안쪽의 영역에서부터 거울 배면의 중심쪽으로 형성될 수 있을 것이다(도 1 및 도 3 참조).
상기 관통홀의 수에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 진공 효율 및 관통홀 형성의 용이성 등을 고려하여 상기 거울 배면에는 20 ~ 500 개 정도의 관통홀을 형성할 수 있다.
상기 관통홀의 지름 역시 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 진공 효율 및 관통홀 형성의 용이성 등을 고려하여 상기 관통홀의 지름은 0.1 ~ 5 mm 정도가 되도 록 만들 수 있다.
도 1 및 도 3에서 보는 바와 같이 상기 거울 배면을 원형으로 제조할 수 있다. 상기 원형의 거울 배면은 소정의 곡률반경만큼 안쪽으로 오목한 오목면(10)을 향성한다. 오목면 형성은 도 2 및 도 3에서 확인할 수 있다. 도 2 및 도 3에서 오목면을 나타내는 지시부호 10은 원형의 거울 배면의 중심부가 소정의 곡률반경 만큼 안쪽으로 휘어져 있음을 나타낸다.
상기 거울 배면에서 오목면의 곡률반경은 사용자의 필요에 따라 임의로 결정할 수 있다. 당업자라면 필요에 따라 상기 거울 배면의 곡률반경을 조절하여 필요에 적절한 오목면을 형성할 수 있을 것이다. 본 발명의 일례에 따르면, 상기 배면 거울의 곡률 반경은 실험조건에 합당하도록 원하는 값을 조정 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 벤딩 장치에 있어서, 어댑터(2)의 단면(좌측)과 정면(우측)을 보여준다. 여기서 좌측의 단면도는, 우측의 정면도에서 B-B'를 절단한 부분에 해당한다.
도 2 및 도 4에서 보면, 상기 거울의 배면(1) 및 어댑터(2)에는 냉각 수단(6)을 더 포함할 수 있다. 이러한 냉각수단의 종류에는 제한이 없다. 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 필요에 따라 적절한 냉각수단을 선택하여, 적절한 부분에 적절한 방식으로 냉각수단을 설치할 수 있을 것이다.
상기 냉각수단의 냉각방법에도 제한이 없는데, 공랭식도 가능하며 수냉식도 가능하다. 아울러 기타 냉각 유체를 이용한 냉각방식도 가능한데, 냉각용 유체의 순환시킬 수 있도록 냉각 수단이 구성될 것이다. 구체적으로 본 발명의 일례에 따 르면, 상기 거울의 배면(1) 및 어댑터(2)에는 상기와 같은 냉각용 유체를 순환시킬 수 있는 냉각 수단(6)을 구비할 수 있다.
상기 어댑터(2)는 거울 배면을 고정시키는 역할을 함과 동시에 상기 거울 배면과 덕트를 연결하는 역할을 한다.
상기 어댑터는 내부가 관통되어 있는 형태의 볼트 형상이 가능한데, 상기 관통부는 도 4에서 보는 바와 같이 한쪽 관통부는 넓고 다른쪽 관통부는 좁은 형태의 볼트가 가능하다. 상기 어댑터의 일면은(관통부가 넓은 쪽) 상기 거울 배면쪽에 연결되어 상기 어댑터의 개방된 중심부가 복수개의 관통홀 쪽에 면하도록 배치되며, 상기 어댑터의 개방된 중심부의 다른 일면(관통부가 좁은 쪽)은 상기 덕트와 연결된다.
도 2 및 도 4에서 보는 바와 같이, 밀폐 특성을 향상시켜 진공 효율을 높이기 위하여, 상기 어댑터의 상기 거울 배면쪽 결합부와 상기 거울 배면 사이에는 밀폐용 O-링을 배치할 수 있다. 이러한 O-링으로는, 밀폐용으로 사용되는 O-링이라면 그 종류에 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정이 배치된 방사선 분광 분석기용 결정 거울(crystal mirror)을 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 알루미늄에 의하여 10nm 정도로 얇게 코팅되고, 구면으로 형성된 두께 0.2mm, 직경 65mm인 운모 결정을 구리로 된 거울 배면(1)에 장착한 후 진공흡착 원리를 적용하여 상기 결정을 벤딩한 모습이다.
도 6 본 발명의 다른 실시예로서, 알루미늄에 의하여 10nm 정도로 얇게 코팅되고, 구면으로 형성된 두께 0.2mm, 직경 65mm인 운모 결정을 유리로 된 거울 배면(1)에 장착한 후 진공흡착 원리를 적용하여 상기 결정을 벤딩한 모습이다.
본 발명의 일례에 따르면 상기 결정 거울은, 도 7에서 보는 바와 같이, 핵융합 장치의 플라즈마 특성을 확인하기 위한 X-선 분광 분석기에 적용될 수 있다.
본 발명에 의한 벤딩 장치를 사용할 경우, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 의하여 진공이 인가되면 상기 진공에 의한 흡인력 때문에 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 결정이 벤딩된다. 이러한 벤딩 방법을 적용할 경우 에폭시 본드와 같은 고분자 수지를 이용하여 결정을 벤딩하는 것이 아니기 때문에, 고온 고압의 극한 환경에서 상기 결정 거울이 사용되더라도 에폭시 본드의 분해 등의 문제가 발생하지 않는다. 또한, 고온 환경하에서 결정이 소정의 양만큼 열팽창 되더라도 상기 결정은 소정의 곡률반경을 갖는 거울 배면에 배치되어 있기 때문에, 상기 거울 배면의 곡률 반경대로 팽창되기 때문에 결정의 곡률 반경이 변화하는 등의 문제는 생기지 않는다.
상기 결정이 배치된 결정 거울이 핵융합 장치와 같은 극한 환경에서도 사용될 수 있도록 하기 위하여, 상기 결정의 표면에 별도의 코팅을 하여 결정을 보호할 수 있다. 상기 코팅은 방사선 손상 방지용 코팅으로서 알루미늄, 보론, 또는 베릴륨에 의하여 코팅이 바람직하다.
한편, 상기 결정은 방사선을 분광 분석할 수 있는 결정이라면 그 종류에 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명에 의한 상기 결정 거울은 X-선 분광 분석기에 적 용될 수 있다는 것을 고려할 때, 상기 결정으로서, 운모 결정, 석영 결정, SHA 결정, TIAP 결정 등이 가능하다.
본 발명에 의하면, 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 진공에 의한 흡인력에 의하여 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 하는 결정의 벤딩 방법에 의하여 결정을 상기 벤딩 장치에 벤딩할 수 있다.
본 발명은 도 7에서와 같은 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마 이온 및 전자 온도 분포를 측정할 수 있는 X-선 분광 분석기를 제공한다.
상기 X-선 분광 분석기는 X-선 발생기(400), 벤딩 장치(100)에 구면으로 벤딩된 결정, X-선 검출기(300)를 포함한다. 상기 X-선 발생기(400), 벤딩 장치(100)에 구면으로 벤딩된 결정, X-선 검출기(300)는 모두 론란 원(Rowland circle; 500) 상에 배치된다.
상기 구면으로 벤딩된 결정은 상기 결정 거울에 해당하는 것이다. 즉, 상기 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 결정 거울을 구면으로 벤딩된 결정으로 사용하여 X-선 분광 분석기를 제조할 수 있다.
상기 X-선 분광 분석기는 X-선이 결정에서 반사되는 과정에서 브래그 반사 법칙에 의하여 소멸 또는 간섭되는 것을 이용한다. 즉, 결정에 조사된 X-선이 반사되어 나오는 상태를 고려하여, 어떠한 조건에서 브래그의 반사법칙을 만족하는 반사가 이루어지는를 측정함으로써 X-선의 특성을 파악할 수 있게 된다. 구체적으로, 브래그의 반사법칙을 이용하는 X-선 분광 분석기는, 구면으로 벤딩된 결정의 기하학적인 비점수차의 원리를 이용하고, 아울러, 브래그 입사각과 반사각, 구면결정의 곡률반경, 결정의 크기와 모양 및 X-선과 결정과의 이격 거리 등을 분석하여 X-선의 특성을 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 의한 벤딩 장치의 주요부에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 벤딩 장치의 개요도로서, 특히, 거울 배면(1)과 어댑터(2)가 결합된 상태의 단면 및 진공을 형성하기 위한 기체의 흐름(화살표로 표시)를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 벤딩 장치에 있어서, 거울 배면(1)의 단면(좌측)과 정면(우측)을 보여준다. 여기서 좌측의 단면도는, 우측의 정면도에서 A-A'를 절단한 부분에 해당한다.
도 4은 본 발명의 일례에 따른 벤딩 장치에 있어서, 어댑터(2)의 단면(좌측)과 정면(우측)을 보여준다. 여기서 좌측의 단면도는, 우측의 정면도에서 B-B'를 절단한 부분에 해당한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 알루미늄에 의하여 10nm 정도로 얇게 코팅되고, 구면으로 형성된 두께 0.2mm, 직경 65mm인 운모 결정을 구리로 된 거울 배면(1)에 장착한 후 진공흡착 원리를 적용하여 상기 결정을 벤딩한 모습이다.
도 6 본 발명의 다른 실시예로서, 알루미늄에 의하여 10nm 정도로 얇게 코팅되고, 구면으로 형성된 두께 0.2mm, 직경 65mm인 운모 결정을 유리로 된 거울 배면(1)에 장착한 후 진공흡착 원리를 적용하여 상기 결정을 벤딩한 모습이다.
도 7은 본 발명에 의한 벤딩 장치를 적용한 예로서, 핵융합 장치에서 발생하는 플라즈마 이온 및 전자 온도 분포를 측정할 수 있는 X-선 분광 분석기의 개요도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 거울 배면 2: 어댑터
3: 덕트 4: 관통홀
5: 밀폐용 O-링 6: 냉각수 연결부
7: 볼트 8: 관통홀 확장부
9: 어댑터 개방부 10: 오목면
20: 진공 펌프 100: 벤딩 장치
200: 핵융합 토카막 플라즈마 발생장치
300: X-선 검출기 (반사된 방사선 검출기)
400: X-선 발생기(X-ray 튜브)
500: 론란 원 (Rowland circle)

Claims (19)

  1. 방사선 분광기 분석기용 결정의 벤딩 장치로서,
    복수개의 관통홀(4)이 형성된 거울 배면(1);
    상기 거울 배면(1)을 고정하기 위한 어댑터(2);
    상기 어댑터에 연결된 덕트(duct; 3); 및
    상기 덕트(3)에 연결된 진공펌프(20);를 포함하며,
    상기 어댑터의 중심부는 개방되어 관통되어 있으며,
    상기 거울 배면(1)에 형성된 복수개의 관통홀은 상기 어댑터(2)의 개방된 관통부 및 진공용 덕트(3)를 통하여 진공펌프와 연결되어, 상기 복수개의 관통홀과 진공펌프 사이에서 유체이동이 가능한 경로가 형성되어 있으며,
    상기 거울 배면은 소정의 곡률반경만큼 오목 곡면이 형성된 오목면이며;
    상기 오목면에 결정이 벤딩되도록 하는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 거울 배면(1)은 구리, 철, 알루미늄, 및 유리로 이루어진 군에서 선택된 1종에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 거울의 배면(1) 및 어댑터(2)에는 냉각용 유체의 순환시킬 수 있는 냉각 수단(6)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 어댑터의 일면은 상기 거울 배면쪽에 연결되어 상기 어댑터의 개방된 중심부가 복수개의 관통홀 쪽에 면하도록 배치되며, 상기 어댑터의 개방된 중심부의 다른 일면은 상기 덕트와 연결되는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 어댑터에서 상기 거울 배면쪽 결합부와 상기 거울 배면 사이에는 밀폐용 O-링이 비치되어 있는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 거울 배면에는 상기 관통홀이 일정간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 거울 배면에서 상기 관통홀은 상기 거울 배면의 중심점을 기준으로 방사상으로 대칭되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 관통홀은 거울 배면의 테두리로부터 5 내지 20mm 안쪽의 영역에서부터 거울 배면의 중심쪽으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 관통홀의 수는 20 ~ 500 개인 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 관통홀의 지름은 0.1 ~ 5 mm인 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 거울 배면은 원형인 것을 특징으로 하는 벤딩 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 의한 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정이 배치된 방사선 분광 분석기용 결정 거울(crystal mirror).
  13. 제 12항에 있어서, 상기 방사선은 X-선인 것을 특징으로 하는 결정 거울.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 의하여 진공이 인가되면 상기 진공에 의한 흡인력으로 인하여 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 결정이 벤딩되는 것을 특징으로 하는 결정 거울.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 결정의 표면에는 방사선 손상 방지용 코팅이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 결정 거울.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 코팅은 알루미늄, 보론, 또는 베릴륨에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 결정 거울.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 결정은 운모 결정, 석영 결정, SHA결정 및 TIAP 결정으로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 결정 거울.
  18. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 의한 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 진공에 의한 흡인력에 의하여 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 하는 결정의 벤딩 방법.
  19. X-선 발생기, 구면으로 벤딩된 결정, X-선 검출기를 포함하는 X-선 분광 분석기에 있어서,
    상기 구면으로 벤딩된 결정은, 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 의한 벤딩 장치의 거울 배면에 판 형태의 결정을 배치하고, 상기 벤딩 장치의 진공 펌프에 진공을 인가하여 상기 결정이 상기 벤딩 장치에 흡착되어 벤딩되도록 한 것임을 특징으로 하는 X-선 분광 분석기.
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