KR20110037946A - 스트립핑 부재, 스트립핑 조립체 및 사이클로트론으로부터 입자 빔을 추출하는 방법 - Google Patents

스트립핑 부재, 스트립핑 조립체 및 사이클로트론으로부터 입자 빔을 추출하는 방법 Download PDF

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뱅상 꼴라르
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이온빔 어플리케이션스 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해 상기 사이클로트론의 주변에서 음전하 입자 빔으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 스트립핑 부재에 관한 것이며, 상기 스트립핑 부재는 제 1 스트립퍼 호일을 포함하고 이는 상기 입자 빔이 상기 제 1 스트립퍼 호일을 통과하도록 상기 사이클로트론의 주변에 위치되며, 이 스트립핑 부재는 제 2 스트립퍼 호일을 포함하며 이는 상기 제 1 스트립퍼 호일보다 더 주변 반경에서 상기 사이클로트론의 주변에 제 1 호일과 나란하게 위치되어 상기 음전하 입자 빔은 상기 제 1 스트립퍼 호일이 손상될 때 상기 제 2 스트립퍼 호일을 통과하게 된다.

Description

스트립핑 부재, 스트립핑 조립체 및 사이클로트론으로부터 입자 빔을 추출하는 방법{A STRIPPING MEMBER, A STRIPPING ASSEMBLY AND A METHOD FOR EXTRACTING A PARTICLE BEAM FROM A CYCLOTRON}
본 발명은 사이클로트론과 같은, 전하 입자 (charged particle) 가속기의 분야에 관한 것이다. 더 특별하게는, 본 발명은 스트립핑 부재, 스트립핑 조립체 뿐만아니라 사이클로트론으로부터 입자 빔을 추출하는 방법에 관한 것이다.
사이클로트론은 의료 분야 (예컨대 방사성 동위원소 (radioisotope) 또는 입자 테라피의 발생), 과학적 조사 및 산업 분야와 같은 다양한 분야에 대부분 사용된다.
사이클로트론은 이온을 몇몇 MeV 의 에너지, 및 그 이상으로 가속하고 높은 진공 하에서 작동하는 재순환 입자 가속기이다. 이온 소스에 의해 이전에 발생된, 전하 입자는 사이클로트론 내에서 나선 운동으로 가속되고, 상기 나선 운동의 끝에서, 추출 시스템에 의해 사이클로트론으로부터 추출된다.
사이클로트론 내의 입자 가속은 한편, 이온 소스로부터 나오는, 입자가 자기장에 수직인 평면의 원형 경로를 따르는 것을 야기하는, 전자석에 의해 발생되는 자기장의 사용, 및 다른 한편 증가적으로 입자를 가속하는 고주파 교류 전압을 인가할 수 있는 RF 시스템 (고주파 전원 공급부를 포함) 에 의해 발생되는 전기장에 의해 달성된다.
그 결과, 입자는 입자가 사이클로트론의 외부로 추출될 수 있거나, 또는 구체적인 적용에서, 예컨대, 방사성 동위원소를 발생하기 위해 사이클로트론 그 자체의 내측에서 사용될 수 있는 사이클로트론의 외부 반경 까지 에너지를 얻는 것에 의해 (입자 궤도 반경의 증가에 따른 에너지의 증가) 나선 경로를 따른다. 하지만, 대부분의 적용에서 이온 빔을 사이클로트론의 외부로 추출하고, 이를 사용될 수 있는 목표물로 안내하는 것이 요구된다. 이러한 경우 추출 시스템은 통상적으로 사이클로트론의 내부 외부 반경 근처에 설치된다.
양전하 입자 (positively charged particle) 를 추출하기 위한 공통 추출 방법이 입자의 가속 궤도로부터 추출 궤도로 가속된 입자를 편향시킬 수 있는 강한 전기장을 발생하는 정전기적 편향기에 의해 달성된다. 이러한 정전기적 편향기는 통상적으로 소위 격막 (septum) 이라고 불리는 매우 얇은 전극으로 이루어지며 이는 입자가 추출되는 추출 궤도와 사이클로트론의 마지막 내부 궤도 사이에 위치된다. 하지만, 이러한 추출 방법은, 이하와 같은 2 개의 주된 단점을 갖는다. 첫 번째 단점은 이러한 방법의 추출 효율이 상당히 제한되고, 이에 의하여 차단되는 빔에 의해 격막의 열적 가열에 의해 추출될 수 있는 최대 빔 강도를 제한한다는 것이다. 두 번째 단점은 격막에 의한 입자의 차단은 사이클로트론의 방사화 (radioactivation) 에 크게 기여한다는 것이다.
다른 추출 방법이 EP0853867 (출원인에 의한 것임) 로부터 공지되어 있고, 여기서 이온 빔은 어떠한 추출 시스템의 사용 없이 사이클로트론으로부터 추출될 수 있다. 하지만, 이러한 기술의 주된 단점은 상기 방법이 복잡하다는 것이다.
다른 공통 추출 방법은 스트립핑 추출 방법이며 이는 음이온의 하나 이상의 전자를 스트립핑함으로써 양이온 빔으로 전환되는 음이온 소스로부터 나오는 음이온 빔을 추출하기 위해 탄소 스트립핑 호일을 사용한다. 이러한 방법의 추출 효율은 99 % 만큼 높을 수 있고 이전의 방법보다 더 간단하며 재료의 두께에 따라 상이하다. 스트립핑 재료의 두께가 더 클 수록 이온 빔은 더 많이 확대된다. 그 결과, 사이클로트론을 빠져나가는 빔의 분산은 스트립핑 호일의 두께가 증가할 때 증가한다.
통상적으로, 탄소 스트립핑 호일은 스트립핑 탐침부 또는 포크에 장착되고 사이클로트론의 외부 영역의 스트립퍼 암에 의해 사이클로트론의 진공 챔버 내측으로 삽입된다 (이러한 삽입은 당업계에 잘 공지되어 있음). 스트립핑 호일은 보통 탄소로 만들어지고 약 2 × 2 ㎝ 의 크기를 갖는다. 높은 강도의 음이온 빔 (H- 또는 D- 와 같은) 이 가속기 내측에서 나선 경로를 따라 가속되고 그 후 이러한 스트립핑 호일에 의해 흩어진다. 상기 음이온 빔과 상기 스트립퍼 호일의 표면 사이의 충돌 동안, 음이온 빔의 2 개의 전자는, 음이온 빔과 상기 스트립핑 호일의 물질의 원자핵 사이의 쿨롱 힘 (Coulomb force) 에 의하여, 스트립핑 호일에 의해 스트립된다. 그 결과, 예컨대 2 개의 스트립된 전자가 접지식 수집 전자 기기 (grounded acquisition electronics) 에 의하여 음이온 빔의 전류를 측정하는데 사용되면서, 프로톤과 같은, 바람직한 전하 입자가 얻어진다.
사이클로트론에서 이러한 상호 작용이 가속하는 궤도의 회전 성분을 제공하는 자기장에서 발생하기 때문에, 이온의 비전하량의 변경은 스트립퍼 호일 이후의 이온 궤도의 방향의 변경을 초래한다. 이러한 특별한 효과는, 도 1 에 나타낸 것과 같이, 통상적으로 사이클로트론으로부터 이온 빔을 추출하기 위해 사용되고, 여기서 스트립퍼 호일 (100) 전에, 음이온 (H-) 궤도는 실선으로 나타내어지고, 스트립퍼 호일 (100) 이후, 양이온 (H+) 궤도는 파선으로 나타내어지고 B 는 이온 빔 궤도에 수직인 자기장 방향을 나타낸다. 2 개의 스트립된 전자 (2e-) 는 접지식 수집 전자 기기 (101) 에 의해 이온 빔의 전류를 측정하는데 사용된다.
도 2 는 사이클로트론의 추출 영역에서 음이온 빔 (1000) 의 추출 공정을 유사하게 나타내는 도면이고 여기서 스트립퍼 호일 (100) 이 제공된다. 음이온 빔은 스트립퍼 호일 (100) 을 통과한 이후 그의 궤도 반경을 변경하고 그 결과 사이클로트론을 빠져나간다.
대부분의 적용에서, 사이클로트론에 의해 발생되는 이온 빔의 에너지는 고정되지 않을 수 있다. 실제로, 상이한 에너지를 갖는 (즉, 상이한 반경 궤도를 갖는) 몇몇 이온 빔의 생산이 통상적으로 요구되며, 이러한 경우 각각의 바람직한 이온 빔은 사이클로트론의 외부로 이온 빔을 추출하기 위해 추출 영역 내에 대응하는 호일 위치를 갖는다.
하지만, 종래의 스트립핑 호일은 추출 효율 요구 사항에 의해서 매우 깨지기 쉽고, 결과적으로 반복되는 이온 충돌 동안 이들의 물리적 특성을 유지할 수 없다. 이러한 반복되는 충돌은 통상적으로는 실제로 과도한 가열 및, 결과적으로 스트립퍼 호일의 손상을 야기한다. 또한, 가속기의 진공 상태가 손실될 때 (예컨대, 표준 유지 과정 동안 또는 갑작스러운 우발적인 진공 손실의 경우의 동안), 스트립퍼 호일은 통상적으로 압력 변동에 의해 균열이 생긴다. 따라서, 종래의 스트립퍼 호일의 수명은 매우 짧고, 빔 전류 강도 및 밀도에 따라, 통상적인 수명은 몇 시간에서 며칠 사이이다.
이미 언급한 것과 같이, 스트립퍼 호일 두께의 선택 및, 결과적으로, 스트립퍼 호일 수명은 이온 빔의 에너지 및 또한 추출되는 이온 빔의 종류에 따라 상이하다. 2 ㎛ ~ 5 ㎛ 의 두께를 갖는 스트립핑 호일이 매우 높은 추출 효율을 갖지만 매우 낮은 내구성 (반복되는 이온 충돌에 의한 가열 및/또는 기계적 응력에 의해) 을 갖는다는 것이 당업계에 잘 공지되어 있다. 대조적으로, 16 ㎛ ~ 50 ㎛ 의 두께를 갖는 스트립핑 호일은 매우 높은 내구성을 갖지만 동시에 예컨대 50 % ~ 65 % 일 수 있는 낮은 추출 효율을 갖는다.
추출 효율은 따라서 이하와 같이 스트립핑 호일의 두께에 따라 상이하다. 음이온 빔이 스트립퍼 호일을 통과할 때, 다중 산란의 메카니즘에 의한 빔 손실이 있다. 다중 산란은, 빔이 스트립퍼 호일을 통과할 때 스트립퍼 호일과 입자 빔 사이의 충돌의 결과로서 빔 방사도, 즉 지시 범위 안으로의 입자 빔의 분산의 증가로 이루어진다. 스트립퍼 호일의 두께가 더 클 수록, 다중 산란이 더 증가한다. 사이클로트론의 출구는 매우 작은 직경을 갖기 때문에, 스트립된 입자 빔의 방사도가 더 높다면, 더 많은 입자 빔의 부분이 손실될 것이며 이는 사이클로트론의 출구를 통과할 수 없기 때문이다.
이전에 언급된 것과 같이, 종래의 스트립핑 호일은 깨지기 쉽고 마모 때문에 규칙적으로 교체될 필요가 있다. 스트립퍼 호일의 교체는 번거롭고 시간이 걸리며 : 사이클로트론 내측의 진공이 파손되고, 사이클로트론은 개방되며, 유지 보수시 사람 투입 (human dose) 이 반드시 취해져야 하고, 스트립퍼 호일은 교체되고, 사이클로트론은 폐쇄되고, 사이클로트론은 양호한 진공이 얻어질 때까지 펌프 다운 (pump down) 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해, Heikkinen 등 (Jyvaskyla 에서의 사이클로트론 개발 프로그램, Cyclotron and their applications 2001, 제 16 차 International Conference) 은 30 MeV 사이클로트론의 진공 탱크에, 4 개의 스트립퍼 호일을 갖는 회전하는 호일 홀더를 갖는 스트립퍼 메카니즘을 설치하였다. 스트립퍼 호일이 손상되는 경우, 스트립퍼 메카니즘은 새로운 스트립퍼 호일을 빔의 정면에 위치시키기 위해 회전된다. 하지만, 이러한 메카니즘은 18 MeV 사이클로트론과 같은 더 작은 사이클로트론에 대하여 너무 번거롭다. 또한, 스트립핑 호일의 파손의 경우, 빔이 정지되지 않는다면, 빔은 충돌하고 진공 챔버 또는 사이클로트론 내측의 다른 구조물을 손상시킨다. 이를 피하기 위해, 탐침부가 파손을 검출하고 빔을 정지시키기 위한 정보를 제공하기 위해 사이클로트론 내측에 위치된다. 그 후 휠이 빔의 궤적으로 새로운 스트립핑 호일을 위치시키기 위해 회전되고 빔 가속이 재시작된다. 게다가, 파손의 검출을 위한 탐침부의 이행은 장치를 복잡하게 하고 사이클로트론 내측의 추가적인 거대화를 야기한다. 이러한 회전 호일 홀더와 조합하는 이러한 탐침부는 더 작은 사이클로트론 내측에서 이용 가능한 줄어든 용적에서 이행될 수 없다. 이 발명자에 의해 야기되는 이러한 해결책의 다른 단점은 사이클로트론이 개방되지 않더라도, 짧은 반감기 방사성 동위원소의 발생의 경우, 스트립퍼 호일의 교체 시간을 최소화하고 빔의 정지를 피하는 것이 중요하다는 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하는 새로운 종류의 스트립핑 조립체 및 스트립핑 부재, 뿐만아니라 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반복되는 이온 충돌 동안 및 사이클로트론의 진공 상태가 손실될 때이더라도 종래의 스트립퍼 호일에 대하여 높은 내구성과 높은 추출 효율을 제공하는 스트립핑 조립체 및 스트립핑 부재, 뿐만아니라 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 한편 사이클로트론의 처리량을 개선하고 다른 한편 유지 보수 과정 시간을 최소화하는 스트립핑 조립체 및 스트립핑 부재, 뿐만아니라 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 첨부된 청구항에 설명된 것과 같은 방법 및 스트립핑 부재에 관한 것이다. 구체적인 실시형태는 독립 청구항과 하나 이상의 종속 청구항의 조합으로 설명된다. 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 사이클로트론의 주변에서 음전하 입자 빔으로부터 전자를 스트립핑하기 위한, 그리고 상기 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위한 스트립핑 부재가 제공된다. 상기 스트립핑 부재는 제 1 스트립퍼 호일 및 또한 제 2 스트립퍼 호일을 포함하고, 제 1 스트립퍼 호일은 상기 사이클로트론의 주변에 위치되어 상기 입자 빔이 상기 제 1 스트립퍼 호일을 통과하게 되고, 제 2 스트립퍼 호일은 상기 제 1 스트립퍼 호일보다 더 주변 반경으로 상기 사이클로트론의 주변에 위치되고 공통 평면에 제 1 스트립퍼 호일과 나란한 관계로 배치되어서, 상기 제 1 스트립퍼 호일이 손상될 때, 상기 음전하 입자 빔은 상기 제 2 스트립퍼 호일을 통과한다. 스트립퍼 호일은 제 1 호일에 대한 손상의 경우 제 1 호일에서 제 2 호일로의 전환이 빔을 정지시킬 필요 없이 그리고 스트립핑 부재를 이동시킬 필요 없이 발생하도록 구성된다.
유리하게는, 상기 제 2 스트립퍼 호일의 두께는 상기 제 1 스트립퍼 호일의 두께보다 더 크다.
바람직하게는, 상기 제 1 스트립퍼 호일 및 상기 제 2 스트립퍼 호일은 모두 열분해 탄소로 만들어진다.
더 유리하게는, 상기 제 1 스트립퍼 호일은 2 ㎍/㎠ ~ 10 ㎍/㎠ 의 평량 (grammage) 을 갖고 상기 제 2 스트립퍼 호일은 12 ㎍/㎠ ~ 35 ㎍/㎠ 의 평량을 갖는다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해 상기 사이클로트론의 주변에서 음전하 입자 빔으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 스트립핑 조립체가 제공된다. 상기 스트립핑 조립체는 본 발명의 제 1 양태에 따른 스트립핑 부재 뿐만아니라 상기 스트립핑 부재를 상기 사이클로트론의 주변에 유지하는 지지 수단을 포함한다.
유리하게는, 스트립핑 조립체는 사이클로트론 내에 상기 스트립핑 부재의 위치를 조정할 수 있는 조정 수단을 또한 포함하고 이에 의해 상기 음전하 입자 빔이 상기 제 2 스트립퍼 호일에 의해 스트립될 때 상기 스트립핑 부재의 추출 효율을 증가시킨다.
바람직하게는, 상기 제 2 양태에 따르면, 상기 지지 수단은 제 3 스트립퍼 호일 및 제 4 스트립퍼 호일을 갖는 동일한 종류의 제 2 스트립핑 부재를 지지한다.
더 바람직하게는, 상기 스트립핑 조립체는 상기 음전하 입자 빔이 스트립핑 부재의 제 1 스트립퍼 호일 또는 제 2 제 1 호일 중 하나에 의해 스트립되는 제 1 위치로부터, 상기 음전하 입자 빔이 상기 제 2 스트립퍼 부재의 상기 제 3 스트립퍼 호일 또는 상기 제 4 스트립퍼 호일 중 하나에 의해 스트립되는 그 후의 제 2 위치로 상기 지지 수단을 이동시키는 구동 수단을 또한 포함한다. 실시형태에 따르면, 상기 지지 수단은 회전 가능한 스트립퍼 헤드이며, 수직 축선을 중심으로 회전 가능하고, 입자 빔 경로에 수직이다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해 상기 사이클로트론의 주변에서 음전하 입자 빔으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 이하의 단계 :
- 본 발명의 제 1 양태에 따른 스트립핑 부재를 제공하는 단계,
- 제 1 스트립핑 호일에 의해 상기 입자 빔을 추출하는 단계,
- 상기 전하 입자 가속기를 정지시키지 않으면서, 상기 제 1 스트립핑 호일이 손상된 경우, 상기 제 2 스트립핑 호일에 의해 상기 입자 빔을 추출하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 제 2 스트립핑 호일에 의해 상기 전하 입자 빔을 추출하는 상기 단계는,
- 조정 수단에 의해 상기 전하 입자 가속기 내측의 상기 스트립핑 부재의 위치를 상기 제 2 스트립퍼 호일의 추출 효율을 증가시키기 위해 조정하는 단계를 또한 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 방법은 :
- 제 3 스트립퍼 호일 및 제 4 스트립퍼 호일을 갖는 동일한 종류의 제 2 스트립핑 부재를 제공하는 단계,
- 상기 스트립핑 부재 및 상기 제 2 스트립핑 부재를 지지하기 위한 지지 수단을 제공하는 단계,
- 상기 스트립핑 부재의 상기 제 1 스트립퍼 호일 또는 상기 제 2 스트립퍼 호일이 손상되었는지를 체크하는 단계,
- 상기 체크가 손상된 것으로 드러날 때, 상기 지지 수단을 상기 전하 입자 빔이 상기 제 2 지지 수단의 상기 제 3 스트립퍼 호일 또는 상기 제 4 스트립퍼 호일 중 하나에 의해 스트립되도록 이동시키는 단계를 포함한다.
도 1 은 음이온과 스트립퍼 호일 사이의 상호 작용을 나타내는 도면이다. 이 상호 작용 이후, 음이온은 양이온이 되고 결과적으로 궤도는 변경된다.
도 2 는 사이클로트론의 추출 영역의 단면의 평면도 (top view) 이다.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 제 1 양태에 따라, 음이온 빔을 스트립핑할 때 도 3 의 스트립핑 부재를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 양태의 제 1 실시형태에 따른 스트립핑 조립체를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 양태의 제 2 실시형태에 따른 스트립핑 조립체의 사시 측면도이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 도 3 에 개략적으로 나타낸 것과 같이, 스트립퍼 부재 (2) 가 제공된다. 상기 스트립퍼 부재 (2) 는 제 1 스트립퍼 호일 (10) 과 제 2 스트립퍼 호일 (20) 을 포함하며 이들은 나사 (4) 에 의해 서로 조여지는 2 개의 금속 프레임을 포함하는 금속 포크 (30) 에 의해 양 측에서 끼워진다. 상기 금속 포크 (30) 는 공통 평면에 평행하게 나란한 관계로 배치된 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10) 과 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20) 을 유지한다. 상기 금속 포크는 서로 접촉하는 에지를 갖는 인접한 호일, 겹침 에지를 갖는 호일 및 사이에 개방 공간을 갖는 호일을 포함한다. 하지만 금속과 같은 고형 재료는 인접한 호일 사이에 존재하지 않는다.
상기 제 1 스트립퍼 호일 (10) 은 스트립퍼 부재 (2) 의 말단 영역에 위치되고 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 스트립퍼 부재 (2) 의 기단 영역에 위치되며, 이들은 스트립퍼 부재 (2) 가 사이클로트론 내측에 삽입될 때, 제 1 스트립퍼 호일 (10) 및 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 사이클로트론의 내부 영역 내에서 각각 더 내방 위치 및 더 외방 위치에 위치된다 (말단/기단 및 내방/외방은 사이클로트론의 중앙 축선에 대한 용어). 따라서, 음이온 빔 (1000) 은, 그의 나선 경로 동안, 이하에 설명된 것과 같이 먼저 제 1 스트립퍼 호일 (10) 에 도달할 것이다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 2 개의 스트립퍼 호일 (10, 20) 은 상이한 포크에 의해 지지될 수 있고 사이클로트론 내의 상이한 반경에 위치되고, 그러는 동안 여전히 공통 평면에 나란하게 위치된다. 예컨대, 도 3 에 나타낸 것과 같은 2 개의 포크는 포크 개구부가 서로 마주하게 위치될 수 있고, 각각의 포크는 하나의 호일을 갖는다.
스트립핑 호일 (10, 20) 모두는 1000 ~ 2500 K 의 온도에서 적절한 근본적인 기재 (탄소 재료, 금속, 세라믹) 상에 가스 상태의 탄화수소 화합물을 증착함으로써 (화학 기상 증착) 통상적으로 얻어지는 흑연과 유사한 탄소 재료인 열분해 탄소 재료로 만들어진다. 열분해 탄소는 스트립퍼 호일을 제조하는데 사용되는 종래의 탄소에 대하여 더 양호한 내구성 및 저항을 갖는다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 스트립퍼 호일 (10, 20) 은 상이한 두께를 갖는다. 호일이 ㎛ 로 표현되는 그의 두께에 의해 특징지어지거나 또는, 제지 산업에서와 같이, 여기서 ㎍/㎠ 로 표현되는 호일의 면적 당 질량인, 그의 평량에 의해 특징지어질 수 있다. ㎛ 로 나타내는 호일의 두께는 평량을 호일 재료의 밀도로 나눔으로써 얻어진다. 예컨대, 출원인에 의해 통지된 것과 같이, 제 1 스트립퍼 호일 (10) 이 5 ㎛ 의 두께를 갖고 약 90 % 의 추출 효율을 갖고, 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 25 ㎛ 의 두께를 갖고 약 75 % 의 추출 효율을 가진다. 따라서, 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 제 1 스트립퍼 호일 (10) 에 대하여 손상에 대하여 더 내성을 갖지만 더 낮은 추출 효율을 갖는다.
본 발명에 따르면, 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 제 1 스트립퍼 호일 (10) 이 손상될 때에만 사용되고, 따라서 백업 스트립퍼 호일로서 작용한다. 사용 시에, 스트립퍼 부재 (2) 는 당업계에 공지된 것과 같이, 사이클로트론 (도시되지 않음) 의 외부 내부 영역으로 미세하게 내방인 공칭 위치에 위치된다. 높은 강도의 음이온 빔 (1000) 이 에너지를 얻음으로써 그의 나선 경로를 이동한 후에, 이는 스트립퍼 부재 (2) 의 제 1 스트립핑 호일 (10) 을 차단하고 이는 최종적으로 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10) 에 의해 추출된다. 도 4 에 나타낸 것과 같이 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10) 이 손상될 때 (예컨대, 이전에 설명된 것과 같은, 반복되는 충돌, 표준 기계 개구, 또는 진공 손실 또는 가열에 의해), 제 2 스트립퍼 호일 (20) 에 의해 음이온 빔 (1000) 을 스트립하는 것이 여전히 가능하다. 실제로, 제 1 스트립퍼 호일 (10) 이 파손될 때, 음이온 빔 (1000) 은 더이상 추출되지 않고, 스트립핑 부재 (1) 의 제 2 스트립퍼 호일 (20) 에 도달할 때까지 (특정한 수의 추가적인 회전 이후) 사이클로트론 내측에서 계속 회전하고, 제 2 스트립퍼 호일은 백업 스트립퍼 호일로서 작용한다. 제 1 호일에서 제 2 호일로의 변경은 자동적으로, 즉 어떠한 외측 차단 없이, 빔을 정지시킬 필요 없이 그리고 빔에 대한 스트립핑 부재의 이동 없이 발생한다. 따라서, 이러한 방식에서, 손상된 스트립퍼 호일을 새로운 것으로 교체하기 위해 사이클로트론을 정지시키고 개방할 필요가 더이상 없다. 따라서, 사이클로트론의 처리량은 종래 기술에 대하여 크게 개선될 수 있다. 얇은 제 1 스트립퍼 호일 (10) 의 사용은 사이클로트론이 매우 높은 추출 효율을 갖게 하지만, 호일은 또한 더 깨지기 쉽고 더 쉽게 파손될 것이다. 이러한 경우 더 두꺼운 제 2 스트립퍼 호일을 갖는 것이 유리하다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 도 5 에 개략적으로 나타낸 것과 같이, 스트립퍼 조립체 (1) 가 제공된다. 제 1 실시형태에 따른, 스트립퍼 조립체 (1) 는 사이클로트론 내에, 그의 외부 내부 영역에 상기 스트립핑 부재 (2) 를 유지하기 위해, 스트립퍼 아암 (40) 과 같은 지지 수단을 포함한다.
스트립핑 조립체 (1) 의 위치 및 따라서 사이클로트론 내에 유입하는 음이온 빔 (1000) 에 대하여 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20) 의 위치를 조정하기 위한 조정 수단 (도시되지 않음) 이 사이클로트론의 출구에 걸친 스트립된 입자 빔의 분산을 줄이고 따라서 제 2 스트립퍼 호일 (20) 의 추출 효율을 증가시키기 위해 또한 제공될 수 있다. 조정된 위치는 어떠한 위치일 수 있으며, 선형 또는 각이진, 예컨대 중앙 축선에 대하여 방사상의 방향을 따르는 선형, 또는 상기 중앙 축선을 중심으로 또는 수평 축선을 중심으로 각이 질 수 있다.
본 발명의 제 2 양태의 제 2 실시형태에 따르면, 도 6 에 나타낸 것과 같이, 상기 스트립핑 조립체 (1) 는, 스트립핑 아암 (40) 대신에, 추가적인 제 2 스트립핑 부재 (3) 를 지지할 수 있는 스트립퍼 헤드 (41) 를 포함하고, 제 2 스트립핑 부재 (3) 는 제 3 스트립퍼 호일 (11) 및 제 4 스트립퍼 호일 (21) 을 포함하고, 제 2 포크 (31) 에 의해 유지된다. 상기 스트립퍼 헤드 (41) 는 음이온 빔 (1000) 에 수직인 수직 축선 (A) 을 중심으로 구동 수단 (도시되지 않음) 에 의해 회전할 수 있다.
제 2 스트립핑 부재 (3) 의 제 3 스트립퍼 호일 (11) 및 제 4 스트립퍼 호일 (21) 은 각각 스트립핑 부재 (2) 의 제 1 스트립퍼 호일 (10) 및 제 2 스트립퍼 호일 (20) 과 동일한 특징을 갖는다. 이러한 제 2 실시형태에 따르면, 스트립핑 조립체 (1) 를 스트립핑 부재 (2) 의 스트립핑 호일 (10, 20) 또는 제 2 스트립핑 부재 (3) 의 스트립핑 호일 (11, 21) 중 하나에 의해 음이온 빔 (1000) 을 차단하도록 회전시키는 것이 가능하다. 도 6 에 나타낸 것과 같이 음이온 빔 (1000) 은 축선 (A) 을 중심으로 미리 정해진 각도 (θ) 에 걸쳐 스트립핑 헤드 (41) 를 회전시킨 후에, 제 2 스트립핑 부재 (3) 의 스트립퍼 호일 (21) 에 의해 스트립된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 전하 입자 가속기로부터 나오는 상기 음이온 빔 (1000) 을 스트립핑하는 방법이 제공된다. 이러한 방법의 단계를 따름으로써 사이클로트론을 정지시키고 개방하지 않으면서 손상된 스트립퍼 호일을 제 2 호일로 쉽고 신속하게 교체하는 것이 가능하다. 실제로, 제 1 스트립퍼 호일 (10) 이 손상될 때, 이미 설명한 것과 같이, 음이온 빔 (1000) 은 더이상 추출되지 않고 상기 스트립퍼 부재 (2) 의 제 2 스트립퍼 호일 (20) 에 도달할 때까지 계속 회전한다. 제 2 스트립퍼 호일 (20) 은 결과적으로 백업 호일로서 작용한다.
본 발명의 상기 제 3 양태의 변형예에 따르면, 도 6 의 스트립핑 조립체 (1) 를, 음이온 빔 (1000) 이 제 2 스트립핑 부재 (3) 의 스트립퍼 호일 (11, 21) 중 하나에 의해 결과적으로 스트립되고, 손상된 스트립퍼 호일 (10, 20) 을 갖는 스트립핑 부재 (2) 는 음이온 빔 (1000) 의 궤적으로부터 쉽게 치워질 수 있도록 특정한 미리 정해진 각도 (θ) 에 걸쳐 회전시키는 것이 또한 가능하다. 하지만, 적용에 따라서 당업자는 어떠한 스트립핑 부재의 어떠한 스트립퍼 호일이 사용되어야 하는지를 결정할 수 있는 것이 명백하다. 따라서, 당업자가 스트립퍼 호일을 사용하는 순서는 본 발명을 벗어나지 않으면서 쉽게 변경될 수 있다. 도 6 의 실시형태를 사용하여, 빔이 활성 상태인 채로 있으면서 홀더를 각도 (θ) 에 걸쳐 회전하는 것이 가능하여, 호일 (11 및 21) 은 백업 호일로서 작용한다. 하지만, 작업의 바람직한 방식은 특별한 처리와 관련하여 호일 (10 및 20) 의 두께를 선택하는 것이며, 실질적으로 백업 호일 (20) 은 빔 작업 동안 파손되지 않는 것이 확실하다. 처리 이후, 호일 (11 및 21) 을 사용하여, 추가적인 처리가 주어질 수 있도록 홀더를 회전시키는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 진공은 호일 교체 동안 파손되지 않고 유지된다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명되었다. 본 발명은 단지 청구항에 의해 제한되는 것이 명백한데, 이는 설명된 도면은 단지 개략적이고 따라서 제한적이지 않기 때문이다. 도면에서, 어떠한 구성 요소의 크기는 확대되어 있을 수 있고 도시의 목적을 위해 제 크기로 그려지지 않았을 수 있다. 치수 및 상대 치수는 본 발명을 실행하기 위한 실제 축소판과 반드시 대응할 필요는 없다. 또한, 당업자는 본 발명의 범위 내에 포함되는 이러한 발명의 다양한 변형예 및 변경을 인지할 수 있다. 따라서, 바람직한 실시형태의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않아야 한다.

Claims (12)

  1. 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해 상기 사이클로트론 주변에서 음전하 입자 빔 (1000) 으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 스트립핑 부재 (2, 3) 로서, 상기 스트립핑 부재 (2, 3) 는 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 제 1 스트립퍼 호일 (10, 21) 을 통과하도록 상기 사이클로트론의 주변에 위치되는 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 을 포함하는 스트립핑 부재 (2, 3) 에 있어서, 상기 스트립핑 부재는 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 을 포함하며 이는 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 보다 더 주변 반경으로 상기 사이클로트론의 주변에 위치되고 공통 평면에 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 과 나란한 관계로 배치되며, 상기 제 1 스트립퍼 호일이 손상될 때, 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 을 통과하는 것을 특징으로 하는 스트립핑 부재 (2, 3).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 의 두께는 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 의 두께보다 더 큰 스트립핑 부재 (2, 3).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 및 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 은 모두 열분해 탄소로 만들어지는 스트립핑 부재 (2, 3).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10, 11) 은 2 ㎍/㎠ ~ 10 ㎍/㎠ 의 평량을 갖고 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 은 12 ㎍/㎠ ~ 35 ㎍/㎠ 의 평량을 갖는 스트립핑 부재 (2, 3).
  5. 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해, 상기 사이클로트론 주변에서 음전하 입자 빔 (1000) 으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 스트립핑 조립체 (1) 에 있어서, 상기 스트립핑 조립체 (1) 가 :
    - 제 1 항 내지 제 4 항에 따른 스트립핑 부재 (2, 3),
    - 상기 사이클로트론의 주변에 상기 스트립핑 부재 (2, 3) 를 유지하는 지지 수단 (40, 41) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립핑 조립체 (1).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 사이클로트론 내에 상기 스트립핑 부재 (2, 3) 의 위치를 조정할 수 있는 조정 수단을 포함하고, 이에 의해 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20) 에 의해 스트립될 때 상기 스트립핑 부재 (2, 3) 의 추출 효율을 증가시키는 스트립핑 조립체 (1).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 지지 수단 (41) 은 제 1 스트립핑 부재 (2) 및 상기 제 1 스트립핑 부재 (2) 와 동일한 종류의 제 2 스트립핑 부재 (3) 를 지지하고, 상기 제 2 부재 (3) 는 제 3 스트립퍼 호일 (11) 및 제 4 스트립퍼 호일 (21) 을 갖는 스트립핑 조립체 (1).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 스트립핑 부재 (2) 의 제 1 스트립퍼 호일 (10) 또는 제 2 제 1 호일 (20) 중 하나에 의해 스트립되는 제 1 위치로부터, 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 상기 제 2 스트립퍼 부재 (3) 의 상기 제 3 스트립퍼 호일 (11) 또는 상기 제 4 스트립퍼 호일 (21) 중 하나에 의해 스트립되는 그 후의 제 2 위치로 상기 지지 수단 (41) 을 이동시키는 구동 수단을 포함하는 스트립핑 조립체 (1).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 지지 수단 (41) 은 회전 가능한 스트립퍼 헤드이며, 이는 수직 축선을 중심으로 회전가능하고, 입자 빔 경로에 수직인 스트립핑 조립체 (1).
  10. 사이클로트론의 외부로 입자 빔을 추출하기 위해 상기 사이클로트론의 주변에서 음전하 입자 빔 (1000) 으로부터 전자를 스트립핑하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 이하의 단계 :
    - 상기 사이클로트론의 주변에 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 스트립핑 부재 (2, 3) 를 제공하는 단계,
    - 제 1 스트립핑 호일 (10, 11) 에 의해 상기 입자 빔을 추출하는 단계,
    - 상기 전하 입자 가속기를 정지시키지 않으면서, 상기 제 1 스트립핑 호일 (10, 11) 이 손상된 경우, 상기 제 2 스트립핑 호일 (20, 21) 에 의해 상기 입자 빔을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 스트립핑 호일 (20, 21) 에 의해 상기 입자 빔을 추출하는 상기 단계는,
    - 상기 조정 수단에 의해 상기 사이클로트론 내측의 상기 스트립핑 부재 (2, 3) 의 위치를 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20, 21) 의 추출 효율을 증가시키기 위해 조정하는 단계를 또한 포함하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 :
    - 제 3 스트립퍼 호일 (11) 및 제 4 스트립퍼 호일 (21) 을 갖는, 상기 스트립퍼 부재 (2) 와 동일한 종류의 제 2 스트립핑 부재 (3) 를 제공하는 단계,
    - 상기 스트립핑 부재 (2) 및 상기 제 2 스트립핑 부재 (3) 를 지지하기 위한 지지 수단 (41) 을 제공하는 단계,
    - 상기 스트립핑 부재 (2) 의 상기 제 1 스트립퍼 호일 (10) 또는 상기 제 2 스트립퍼 호일 (20) 이 손상되었는지를 체크하는 단계,
    - 상기 체크가 손상된 것으로 드러날 때, 상기 지지 수단 (41) 을 상기 음전하 입자 빔 (1000) 이 상기 제 2 지지 수단 (3) 의 상기 제 3 스트립퍼 호일 (11) 또는 상기 제 4 스트립퍼 호일 (21) 중 하나에 의해 스트립되도록 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
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