KR20150023635A - 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 제1 쉘 및 제1 쉘 둘레에 동심으로 배치된 제2 쉘을 포함하는, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 쉘들의 각각은 제1 하프-쉘과 제2 하프-쉘로 각각 나누어진다. 제1 스위치가 제1 쉘의 제1 하프-쉘과 제1 쉘의 제2 하프-쉘 사이에 배치된다. 제2 스위치가 제1 쉘의 제2 하프-쉘과 제2 쉘의 제1 하프-쉘 사이에 배치된다. 제2 쉘의 제1 하프-쉘은 스루 오프닝(through opening)을 갖는다.

Description

전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR COLLECTING ELECTRICALLY CHARGED PARTICLES}
본 발명은 특허 청구항 제1항에 따라 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅(collecting)하기 위한 디바이스(device), 특허 청구항 제6항에 따라 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 방법, 특허 청구항 제8항에 따라 입자 빔(particle beam)을 타겟(target)에 조사하기 위한 디바이스, 및 특허 청구항 제10항에 따라 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
방사성 동위 원소들 또는 중성자들의 제조와 같은 애플리케이션(application)들에 대해, 상대적으로 두꺼운 타겟에서 원하는 핵 반응들을 유발하기 위하여, 상기 타겟에 입자 가속기로부터의 하전 입자들의 빔을 범버딩(bombarding)하는 것은 흔한 일이다. 여기서, 입자 가속기는 예컨대 무선주파수 선형 가속기일 수 있다. 예로서, 하전 입자들은 양성자들일 수 있다.
가속된 입자 빔의 생성은 상당한 에너지(energy) 입력과 연결된다. 두꺼운 타겟이 사용되는 경우, 입자 가속기에 의해 운동 에너지로서 하전 입자들에 전달되는 에너지는 입자들이 타겟에 충격을 준 이후 상기 타겟에서 대체로 유지된다. 에너지의 일부는 성가신 x-레이 제동 복사(x-ray bremsstrahlung)로서 방출된다. 타겟에 남아 있는 에너지는 타겟의 가열을 유도하고, 이는 타겟의 냉각이 필요하게 만든다. 최대의 가능한 냉각 전력은 타겟에 입자들 슛(shot)의 최대의 사용할 수 있는 플럭스(flux)를 제한한다.
두꺼운 타겟이 사용될 때, 원하는 핵 반응들을 위해 사용되는 에너지의 몫(portion)은 작은데, 그 이유는 원하는 핵 반응들이 일반적으로 충격 입자들의 에너지 중 조밀한 범위의 에너지 간격에서만 가능하기 때문이다.
본 발명의 목적은, 그러한 어레인지먼트(arrangement)들에서의 에너지 효율이 증가될 수 있도록 하는 디바이스를 제공하는데 있다. 이러한 목적은 청구항 제1항의 피처(feature)들을 포함하는 디바이스에 의해 달성된다. 본 발명의 추가적인 목적은, 그러한 어레인지먼트들을 동작시킬 때 에너지 효율이 증가될 수 있도록 하는 방법을 특정하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제6항의 피처들을 포함하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 추가적인 목적은, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스를 특정하는 것이고, 상기 디바이스는 증가된 에너지 효율을 갖는다. 이러한 목적은 청구항 제8항의 피처들을 포함하는 디바이스에 의해 달성된다. 또한, 본 발명의 목적은, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 방법을 특정하는 것이고, 상기 방법은 개선된 에너지 효율을 갖는다. 이러한 목적은 청구항 제10항의 피처들을 포함하는 방법에 의해 달성된다. 바람직한 발전들은 종속 청구항들에서 특정된다.
전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는, 제1 쉘(shell) 및 상기 제1 쉘 둘레에 동심으로 배열된 제2 쉘을 포함한다. 여기서, 쉘들 중 개개의 쉘은 제1 하프 쉘(half shell) 및 제2 하프 쉘로 각각 세분된다. 제1 스위치(switch)가 제1 쉘의 제1 하프 쉘과 제1 쉘의 제2 하프 쉘 사이에 배열된다. 제2 스위치가 제1 쉘의 제2 하프 쉘과 제2 쉘의 제1 하프 쉘 사이에 배열된다. 또한, 제2 쉘의 제1 하프 쉘은 오프닝(opening)을 포함한다. 유리하게, 이러한 디바이스에서, 운동 에너지를 갖는 하전 입자들이 제2 쉘에 있는 오프닝을 통과해 제1 쉘의 제1 하프 쉘에 충격을 줄 수 있고, 상기 제1 하프 쉘을 충전시킬 수 있다. 그 결과, 입자들의 운동 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있다.
디바이스의 발전에서, 적어도 하나의 추가적인 쉘이 제2 쉘 둘레에 동심으로 배열된다. 여기서, 개개의 추가적인 쉘은 제1 하프 쉘 및 제2 하프 쉘로 각각 세분된다. 개개의 추가적인 쉘의 제1 하프 쉘은 오프닝을 각각 포함한다. 또한, 최외곽 쉘을 제외한 개개의 쉘에서, 제1 스위치가 각각의 제1 하프 쉘과 각각의 제2 하프 쉘 사이에 각각 배열되고, 제2 스위치가 각각의 제2 하프 쉘과 각각의 다음 차례의 추가적인 아웃(out) 쉘의 제1 하프 쉘 사이에 각각 배열된다. 유리하게, 디바이스는 그런 다음 비교적 많은 개수의 단계들을 갖고, 그 결과, 디바이스에 의해 생성된 전기 에너지가 고전압 레벨(level)을 갖는 디바이스에서 픽업(pick up)될 필요 없이, 높은 운동 에너지를 갖는 입자들로부터 다량의 에너지를 회복시키는 것이 가능해진다.
디바이스의 바람직한 실시예에서, 쉘들은 구체 실시예를 갖는다. 유리하게, 이것은 그런 다음 균일한 필드 분포를 야기하고, 균일한 필드 분포는 디바이스의 쉘들을 절연시키는 것을 단순화한다.
디바이스의 일 실시예에서, 정류기가 최외곽 쉘의 제1 하프 쉘과 최외곽 쉘의 제2 하프 쉘 사이에 배열된다. 유리하게, 정류기는 그런 다음, 디바이스에 의해 생성된 AC 전압을 정류시키는데 사용될 수 있다.
디바이스의 발전에서, 디바이스는 AC 소스(source)를 포함하고, AC 소스는 최외곽 쉘의 제1 하프 쉘 및 최외곽 쉘의 제2 하프 쉘에 연결 가능하다. 유리하게, AC 소스는 그런 다음, 디바이스의 동작 시작시 디바이스의 쉘들을 충전시키는데 사용될 수 있고, 그 결과, 디바이스의 동작 시작부터 이미 디바이스의 효율적인 동작이 가능해진다.
위에서 전개된 타입(type)에 따라 디바이스가 구현되는, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 제1 스위치들 전부와 제2 스위치들 전부는 교대로 열리고 닫힌다. 유리하게, 방법은 그런 다음, 디바이스의 최내곽 쉘의 제1 하프 쉘과 디바이스의 최외곽 쉘의 제1 하프 쉘 사이에 존재하는 고전압을, 상기 고전압과 비교할 때 감소된 피크(peak) 값을 갖는 AC 전압으로 분압시키고, 상기 AC 전압은 디바이스의 최외곽 쉘의 하프 쉘들 사이에서 픽업될 수 있다.
방법의 발전에서, 위에서 설명된 바와 같은 디바이스는 AC 소스를 이용하여 구현된다. 여기서, AC 소스는 방법의 시작시 최외곽 쉘의 제1 하프 쉘 및 최외곽 쉘의 제2 하프 쉘에 연결된다. 후속하여, 제1 스위치들 전부와 제2 스위치들 전부는, AC 소스에 의해 생성된 AC 전압의 클록(clock)과 동기적으로, 교대로 열리고 닫힌다. 유리하게, 방법은 그런 다음, 디바이스의 동작 시작시 디바이스의 쉘들을 내부로 증가하는 전위 레벨들까지 충전시키는 것을 가능하게 하고, 그 결과, 디바이스의 동작 시작부터 이미 디바이스의 효율적인 동작이 가능해진다.
입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는 하전 입자들의 빔을 생성하기 위한 입자 가속기, 타겟, 및 위에서 전개된 타입에 따라 구현된, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스를 포함한다. 유리하게, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스는 그런 다음, 타겟을 통과한 입자들의 콜렉션 및 그로부터 에너지의 회복을 가능케 한다. 이것의 결과로서, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스의 에너지 효율이 유리하게 증가한다.
디바이스의 발전에서, 입자 가속기는 선형 가속기로서 구현된다. 유리하게, 선형 가속기들은 방사성 동위 원소들 및 중성자들의 생성에 관련된 입자 에너지들을 갖는 하전 입자들의 빔들을 생성하기에 적절하다.
입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스는 위에서 전개된 타입에 따라 구현된다. 또한, 하전 입자들의 빔은, 이러한 경우, 적어도 몇몇의 입자들이 타겟을 관통하도록 타겟 상으로 지향된다. 여기서, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스는, 타겟을 관통하는 입자들 중 적어도 몇몇이 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스에 들어가도록 배열된다. 그렇게 할 때, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스는 위에서 설명된 방법에 따라 동작된다. 유리하게, 이러한 방법에서, 타겟을 완전히 관통하는 입자들이 콜렉팅되고, 그 에너지가 회복된다. 그 결과, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스를 동작시키기 위한 전체 방법이 유리하게, 적절한 에너지 효율을 갖는다.
본 발명의 위에서-설명된 특성들, 피처들 및 장점들, 그리고 이들이 달성되는 방식은, 예시적 실시예들의 아래의 설명과 함께 더욱 명백해질 것이고 더욱 쉽게 이해가능할 것이며, 상기 예시적 실시예들은 도면들과 함께 더욱 상세히 설명된다. 상세하게는:
도 1은 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스의 개략적인 예시를 도시한다.
도 2는 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스의 등가 회로도(equivalent circuit diagram)를 도시한다.
도 3은 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스의 발전의 등가 회로도의 섹션(section)을 도시한다.
매우 개략적인 예시에서, 도 1은 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10)를 도시한다. 예로서, 디바이스(10)는 방사성 동위 원소들 또는 중성자들을 제조하기 위해 제공될 수 있다. 예로서, 제조된 방사성 동위 원소들 및/또는 중성자들은 기술, 과학 또는 의료 목적들을 위해 사용될 수 있다.
디바이스(10)는 하전 입자들의 제1 입자 빔(12)을 생성하기 위한 입자 가속기(11)를 포함한다. 예로서, 입자 가속기(11)는 선형 가속기로서 구현될 수 있다. 특히, 입자 가속기(11)는, 예컨대, 무선주파수 선형 가속기로서 구현될 수 있다. 예로서, 제1 입자 빔(12)은 가속된 양성자들의 빔일 수 있다. 제1 입자 빔(12)은 빔 방향(15)으로 움직인다.
디바이스(10)는 또한 타겟(13)을 포함한다. 빔 방향(15)으로, 타겟(13)이 입자 가속기(11)의 다운스트림(downstream)에 배치되고, 그래서 제1 입자 빔(12)은 타겟(13)에 충격을 준다. 예컨대 방사성 동위 원소들 또는 중성자들을 생성하기 위하여, 타겟(13)에 충격을 주는 제1 입자 빔(12)의 입자들은 타겟(13)에서 원하는 핵 반응들을 유발할 수 있다. 빔 방향(15)으로, 타겟(13)은 입자 빔들을 타겟들에 조사하기 위한 통상적인 디바이스들의 경우에서보다 더 얇은 실시예를 가질 수 있다. 이것의 장점은, 타겟(13)에서 에너지가 덜 증착된다는 것이다. 이것 때문에 타겟(13)은 덜 강하게 가열되고, 그래서 제1 입자 빔(12)은 그러므로, 입자 빔들을 타겟들에 조사하기 위한 통상적인 디바이스들의 경우에서보다 더 높은 입자 밀도를 가질 수 있다. 빔 방향(15)으로 얇은 타겟(13)은 또한 타겟(13)에서 생성되는 x-레이 제동 복사를 최소화시킨다.
타겟(13)에 충격을 주는 제1 입자 빔(12)의 입자들은 에너지(Ein)를 가질 수 있다. 타겟(13)에서, 제1 입자 빔(12)의 입자들은 에너지(dE)를 잃는다. 제1 입자 빔(12)의 적어도 몇몇의 입자들은 타겟(13)을 완전히 통과하고, 제2 입자 빔(14)으로서 타겟(13)을 떠난다. 그런 다음, 제2 입자 빔(14)의 입자들은 에너지(Eout = Ein - dE)를 갖는다. 제2 입자 빔(14)은 마찬가지로 빔 방향(15)으로 연장되는데, 즉 제2 입자 빔(14)은 제1 입자 빔(12)과 동일한 방향으로 자신의 경로를 계속한다.
제2 입자 빔(14)의 개개의 입자는 에너지(Eout)를 갖는다. 이러한 에너지를 회복시키기 위하여, 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10)는 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)를 포함한다. 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는, 제2 입자 빔(14)의 입자들을 콜렉팅하기 위해 그리고 제2 입자 빔(14)의 상기 입자들의 운동 에너지(Eout)를 전기 에너지로 변환시키기 위해 제공된다. 이를 위해, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는 빔 방향(15)으로 타겟(13)의 다운스트림에 배치된다. 도 1은 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 개략적인 단면을 도시한다. 도 2는 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 등가 회로도(200)를 도시한다.
전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는 제1 쉘(110), 제1 쉘(100) 둘레에 동심으로 배열된 제2 쉘(120), 제2 쉘(120) 둘레에 동심으로 배열된 제3 쉘(130), 및 제3 쉘(130) 둘레에 동심으로 배열된 제4 쉘(140)을 포함한다. 그러나, 도 1 및 도 2에 묘사된 바와 같이, 네 개의 쉘들(110, 120, 130, 140)을 포함하는, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 실시예는 단지 예시적이다. 다른 실시예들에서, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는 단지 두 개의 쉘들, 세 개의 쉘들, 또는 네 개보다 더 많은 개수의 쉘들을 포함할 수 있다. 쉘들(110, 120, 130, 140)은 바람직하게 구체 실시예를 갖는데, 즉 그들은 구체 쉘들로서 구현된다. 쉘들(110, 120, 130, 140)은 서로에 대하여 동심으로 배열되고, 서로 이격되고, 서로 전기적으로 절연된다. 이를 위해, 예컨대 유전체 또는 진공이 개별 쉘들(110, 120, 130, 140) 사이에 배열될 수 있다.
개개의 쉘(110, 120, 130, 140)은 절연 갭(gap)(101)에 의하여 제1 하프 쉘과 제2 하프 쉘로 각각 세분된다. 제1 쉘(110)은 제1 하프 쉘(111)과 제2 하프 쉘(112)로 세분된다. 제2 쉘(120)은 제1 하프 쉘(121)과 제2 하프 쉘(122)로 세분된다. 제3 쉘(130)은 제1 하프 쉘(131)과 제2 하프 쉘(132)로 세분된다. 제4 쉘(140)은 제1 하프 쉘(141)과 제2 하프 쉘(142)로 세분된다. 하프 쉘들(111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142)은 각각 절연 갭(101)에 의해 서로 전기적으로 절연된다. 예로서, 절연 재료 또는 진공이 절연 갭(101)에 배열될 수 있다. 제1 하프 쉘들(111, 121, 131, 141)은 타겟(13)과 면한다. 제2 하프 쉘들(112, 122, 132, 142)은 타겟(13)을 등진다.
제2 쉘(120)의 제1 하프 쉘(121)은 오프닝(123)을 갖는다. 제3 쉘(130)의 제1 하프 쉘(131)은 오프닝(133)을 갖는다. 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)은 오프닝(143)을 갖는다. 오프닝들(123, 133, 143)은 서로에 대하여 동축으로 그리고 타겟(13)의 방향으로 빔 방향(15)에 맞서 배열된다. 그러므로, 제2 입자 빔(14)의 입자들은, 빔 방향(15)으로, 오프닝들(143, 133, 123)을 통과해 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)에 들어갈 수 있고, 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)까지 전진할 수 있다. 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)은 오프닝을 갖지 않는다. 그러므로, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)에 들어가는 제2 입자 빔(14)의 입자들은 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)에 충격을 준다.
제1 스위치(151)가 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)과 제2 하프 쉘(112) 사이에 배열된다. 제2 스위치(152)가 제2 쉘(120)의 제1 하프 쉘(121)과 제2 하프 쉘(122) 사이에 배열된다. 제3 스위치(153)가 제3 쉘(130)의 제1 하프 쉘(131)과 제2 하프 쉘(132) 사이에 배열된다. 제1 스위치(151), 제2 스위치(152) 및 제3 스위치(153)는 제1 스위치들 그룹(150)을 함께 형성한다. 제1 스위치들 그룹(150)의 스위치들(151, 152, 153)은 함께 스위칭되도록 제공된다.
제5 스위치(161)가 제1 쉘(110)의 제2 하프 쉘(112)과 제2 쉘(120)의 제1 하프 쉘(121) 사이에 배열된다. 제6 스위치(162)가 제2 쉘(120)의 제2 하프 쉘(122)과 제3 쉘(130)의 제1 하프 쉘(131) 사이에 배열된다. 제7 스위치(163)가 제3 쉘(130)의 제2 하프 쉘(132)과 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 사이에 배열된다. 제5 스위치(161), 제6 스위치(162) 및 제7 스위치(163)는 제2 스위치들 그룹(160)을 함께 형성한다. 제2 스위치들 그룹(160)의 스위치들(161, 162, 163)은 함께 열리고 닫히도록 제공된다.
전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 설계는 자신의 설계 면에서 고-전압 케스케이드(cascade)를 연상시킨다. 그러나, 이러한 경우, 고-전압 케스케이드의 다이오드(diode)들은 스위치들 그룹들(150, 160)의 스위치들에 의해 교체되었다.
도 2의 등가 회로도(200)로부터, 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)과 제2 쉘(120)의 제1 하프 쉘(121)이 제1 커패시터(capacitor)(210)를 함께 형성함이 명백하다. 제2 쉘(120)의 제1 하프 쉘(121)과 제3 쉘(130)의 제1 하프 쉘(131)이 제2 커패시터(220)를 함께 형성한다. 제3 쉘(130)의 제1 하프 쉘(131)과 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)이 제3 커패시터(230)를 함께 형성한다. 제1 쉘(110)의 제2 하프 쉘(112)과 제2 쉘(120)의 제2 하프 쉘(122)이 제4 커패시터(240)를 함께 형성한다. 제2 쉘(120)의 제2 하프 쉘(122)과 제3 쉘(130)의 제2 하프 쉘(132)이 제5 커패시터(250)를 함께 형성한다. 제3 쉘(130)의 제2 하프 쉘(132)과 제4 쉘(140)의 제2 하프 쉘(142)이 제6 커패시터(260)를 함께 형성한다.
입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10) 및 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 동작 동안, 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)이 접지 전위에 연결될 수 있다. 오프닝들(143, 133, 123)을 통과해 디바이스(100)에 들어가는 제2 입자 빔(14)의 하전 입자들은 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)에 충격을 주고, 제1 쉘(110)을 충전시킨다. 예로서, 제2 입자 빔(14)의 입자들이 양성자들이면, 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)은 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)에 관련하여 높은 포지티브 전위(positive potential)로 충전된다. 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)과 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 사이의 전위차로부터 나오는 전기 고전압의 삼 분의 일이 개개의 커패시터(210, 220, 230, 240, 250, 260)에 걸쳐 강하한다.
제1 스위치들 그룹(150)의 스위치들(151, 152, 153)이 이제 닫히고 동시에 제2 스위치들 그룹(160)의 스위치들(161, 162, 163)이 열리면, 커패시터들(210, 220, 230, 240, 250, 260) 사이에 이동이 존재하여, 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)과 제2 하프 쉘(142) 사이에서 고전압의 육 분의 일의 전압 강하가 야기된다.
후속하여, 제1 스위치들 그룹(150)의 스위치들(151, 152, 153)이 열리고 제2 스위치들 그룹(160)의 스위치들(161, 162, 163)이 닫히면, 커패시터들(210, 220, 230, 240, 250, 260) 사이에 이동이 존재하고, 이는 제4 쉘(140)의 제2 하프 쉘(142)과 제1 하프 쉘(141) 사이에서 고전압의 육 분의 일의 전압 강하를 유도한다. 따라서, 하프 쉘들(141, 142) 사이의 출력 전압은 앞서와 동일한 크기를 갖지만, 역 극성을 갖는다.
그러므로, 제1 스위치들 그룹(150) 및 제2 스위치들 그룹(160)의 스위치들의 연속적인 교대의 열림 및 닫힘에 의해, 제4 쉘(140)의 하프 쉘들(141, 142) 사이에 AC 전압을 생성하는 것이 가능하고, 상기 AC 전압의 피크 값은 제1 쉘의 제1 하프 쉘(111)과 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 사이의 고전압의 크기의 육 분의 일이다. 이러한 경우, 육 분의 일의 값은 네 개의 쉘들(110, 120, 130, 140)의 존재로부터 나온다. 디바이스(100)가 단지 세 개의 쉘들을 포함하는 것이라면, 이것은 4의 분할율(division ratio)을 야기할 것이다. 단지 두 개의 쉘들의 경우, 이것은 2의 분할율을 야기할 것이다. 다섯 개의 쉘들의 경우, 이것은 8의 분할율을 야기할 것이다. 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)과 제2 하프 쉘(142) 사이에서 픽업될 수 있는 AC 전압의 주파수는, 스위치들 그룹들(150, 160)이 스위칭되도록 하는 주파수에 대응한다.
전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 동작 동안 제1 하프 쉘들(141, 131, 121, 111)이 디바이스(100)의 중심 쪽으로 증가하는 전위 레벨들에 있기 때문에, 제2 입자 빔(14)의 입자들은 빔 방향(15)으로 디바이스(100)로의 자신들의 진입 동안 점점 더 감속된다. 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)과 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 사이의 전압은, 디바이스(100)에 들어가는 입자들이 제1 쉘(110)의 제1 하프 쉘(111)로의 자신들의 경로 상에서 자신들의 운동 에너지 전부를 잃도록 적응된다. 이것의 결과로서, 디바이스(100)는 제2 입자 빔(14)의 입자들의 운동 에너지를 완전히 사용한다.
제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 및 제2 하프 쉘(142)에 의해 형성된, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 출력 연결기들은, 출력 연결기들 상에서 픽업될 수 있는 AC 전압을 정류시키기 위하여 정류기(170)에 연결될 수 있다. 예로서, 정류된 AC 전압은 에너지 스토리지, 예컨대 커패시터를 충전시키기 위해 사용될 수 있다.
제2의 등가 회로도(300)에서, 도 3은 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 발전의 섹션을 도시한다. 도 3에서 묘사되는 전부는 디바이스(100)의 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 및 제2 하프 쉘(142)에 의해 형성된 출력 연결기들이다. 도 3은 출력 연결기들이 AC 전압 생성기(180)에 연결될 수 있음을 도시한다. 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 동작 시작시, AC 전압 생성기(180)는 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 쉘들(110, 120, 130, 140)을, 디바이스(100)의 중심 쪽으로 증가하는 전위들로 충전시키기 위해 제공된다. 이것은, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 동작 시작부터 이미, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)의 더욱 효율적인 동작을 가능케 한다. 사전-충전 목적들을 위해 AC 전압 생성기(180)에 의해 제4 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)과 제2 하프 쉘(142) 사이에 AC 전압이 인가된다. 동시에, 제1 스위치들 그룹(150) 및 제2 스위치들 그룹(160)의 스위치들은, AC 전압 생성기(180)에 의해 생성되는 AC 전압과 동기적으로, 교대로 열고 닫힌다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예에 의해 더욱 밀접하게 예시되었고 더욱 상세히 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예들에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 보호 범위로부터 벗어남 없이, 다른 변형들이 그로부터 기술분야의 당업자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (10)

  1. 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅(collecting)하기 위한 디바이스(device)(100)로서,
    제1 쉘(shell)(110) 및 상기 제1 쉘(110) 둘레에 동심으로 배열된 제2 쉘(120)을 포함하고,
    여기서, 상기 쉘들(110, 120) 중 개개의 쉘은 제1 하프 쉘(half shell)(111, 121) 및 제2 하프 쉘(112, 122)로 각각 세분되고,
    제1 스위치(switch)(150, 151)가 상기 제1 쉘(110)의 상기 제1 하프 쉘(111)과 상기 제1 쉘(110)의 상기 제2 하프 쉘(112) 사이에 배열되고,
    제2 스위치(160, 161)가 상기 제1 쉘(110)의 상기 제2 하프 쉘(112)과 상기 제2 쉘(120)의 상기 제1 하프 쉘(121) 사이에 배열되고,
    상기 제2 쉘(120)의 상기 제1 하프 쉘(121)은 오프닝(opening)(123)을 포함하는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가적인 쉘(130, 140)이 상기 제2 쉘(120) 둘레에 동심으로 배열되고,
    개개의 추가적인 쉘(130, 140)은 제1 하프 쉘(131, 141) 및 제2 하프 쉘(132, 142)로 각각 세분되고,
    개개의 추가적인 쉘(130, 140)의 상기 제1 하프 쉘(131, 141)은 오프닝(133, 143)을 각각 포함하고,
    최외곽 쉘(140)을 제외한 개개의 쉘(110, 120, 130)에서,
    제1 스위치(150)가 각각의 제1 하프 쉘(111, 121, 131)과 각각의 제2 하프 쉘(112, 122, 132) 사이에 각각 배열되고,
    제2 스위치(160)가 각각의 제2 하프 쉘(112, 122, 132)과 각각의 다음 차례의 추가적인 아웃(out) 쉘(120, 130, 140)의 제1 하프 쉘(121, 131, 141) 사이에 각각 배열되는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 쉘들(110, 120, 130, 140)은 구체 실시예를 갖는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    정류기(170)가 최외곽 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141)과 상기 최외곽 쉘(140)의 제2 하프 쉘(142) 사이에 배열되는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스(100)는 AC 소스(source)(180)를 포함하고, 상기 AC 소스(180)는 최외곽 쉘(140)의 제1 하프 쉘(141) 및 상기 최외곽 쉘(140)의 제2 하프 쉘(142)에 연결 가능한,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100).
  6. 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 디바이스(100)는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따라 구현되고,
    제1 스위치들(150) 전부와 제2 스위치들(160) 전부는 교대로 열리고 닫히는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 디바이스(100)는 제 5 항에 따라 구현되고,
    상기 AC 소스(180)는 상기 방법의 시작시 상기 최외곽 쉘(140)의 상기 제1 하프 쉘(141) 및 상기 최외곽 쉘(140)의 상기 제2 하프 쉘(142)에 연결되고,
    제1 스위치들(150) 전부와 제2 스위치들(160) 전부는, 상기 AC 소스(180)에 의해 생성된 AC 전압의 클록(clock)과 동기적으로, 교대로 열리고 닫히는,
    전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)를 동작시키기 위한 방법.
  8. 입자 빔(particle beam)을 타겟(target)에 조사하기 위한 디바이스(10)로서,
    하전 입자들의 빔(12)을 생성하기 위한 입자 가속기(11),
    타겟(13), 및
    제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른, 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)
    를 포함하는,
    입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 입자 가속기(11)는 선형 가속기로서 구현되는,
    입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10).
  10. 입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10)를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 디바이스(10)는 제 8 항 또는 제 9 항에 따라 구현되고,
    하전 입자들의 상기 빔(12)은, 적어도 몇몇의 입자들(14)이 상기 타겟(13)을 관통하도록 상기 타겟(13) 상으로 지향되고,
    상기 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는, 상기 타겟(13)을 관통하는 상기 입자들(14) 중 적어도 몇몇이 상기 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)에 들어가도록 배열되고,
    상기 전기적으로 하전된 입자들을 콜렉팅하기 위한 디바이스(100)는 제 6 항 또는 제 7 항에 따라 동작되는,
    입자 빔을 타겟에 조사하기 위한 디바이스(10)를 동작시키기 위한 방법.
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