KR20160149339A - 광대역 주파수 튜닝이 가능한 선형 가속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역의 주파수 튜닝이 가능한 선형 가속기에 관한 것으로, 하전입자를 선형 가속하기 위한 선형의 가속관 조립체를 포함하는 선형 가속기에 있어서, 상기 가속관 조립체(100)는, 가속 동공이 형성된 가속관(110)과; 상기 가속관(110)의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브(120)와; 상기 아웃터 튜브(120)에 관통 조립되어 선단이 상기 가속관(110)의 외주면과 접합되는 튜닝부재(130);를 포함한다.

Description

광대역 주파수 튜닝이 가능한 선형 가속기{Linear accelerator having a broadband frequency tunable tuner}

본 발명은 광대역의 주파수 튜닝이 가능한 선형 가속기에 관한 것이다.

선형 가속기(Linear Accelerator; LINAC)는 다수의 원통형 전극을 직선으로 배치하고 고주파 전압을 인가하여 전자나 이온을 가속하기 위한 장치로서, 방사선 암 치료기기, 비파괴 검사장비 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다.

선형 가속기는 가속 입자 발생 장치인 이온 소스 및 가속관 조립체와 함께 공진기, 고주파 생성 및 증폭기, 진공 시스템 및 냉각 시스템 등의 설비들로 구성된다.

구체적으로, 도 1에 예시된 것과 같이, 선형 가속기는 이온 소스(10)를 통해 이온(또는 전자)이 방출되며, 방출된 이온은 고주파 소스(20)에서 인가되는 고주파에 의해 형성된 전기장에 의해 가속관(30) 내에서 가속이 이루어진다.

가속관(30)은 이온 빔의 진행이 이루어지는 빔축을 따라서 공동이 형성되는 원통형 구조물로써, 직렬로 연결된 복수 개의 가속관 셀로 구성된 복수 개의 공진기로 작용하여 각 공진기로 진입된 이온은 순차적으로 공진기에서 가속이 이루어져 최종적으로 원하는 수준까지 이온의 가속이 이루어진다.

한편 가속관은 제작 후에 네트워크 분석기(network analyzer)를 이용하여 공진주파수를 측정한 후에 가속관의 전기장 튜닝(tuning) 작업을 수행하며, 이때 가속관의 공진주파수 튜닝은 가속관 셀 내에 부피를 줄이는 방법(공진 주파수의 증가)에 의해 이루어지며 따라서, 튜닝 주파수 범위가 상당히 제한되어 튜닝 작업에 많은 어려움이 있다.

공개특허공보 제10-2015-0045103호(공개일자: 2015.04.28)

미국 특허번호 제6,407,505호(특허일: 2002.06.18)

미국 특허번호 제5,412,283호(특허일: 1995.05.02)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 종래기술과 비교하여 선형 가속기의 가속관 셀의 튜닝 공진주파수 조정 범위를 크게 할 수 있는 선형 가속기를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 가속관 조립체에 부속되어 가속관 조립체의 공진주파수 튜닝을 수행할 수 있는 튜닝 툴을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가속기의 가속관 조립체는, 가속 동공이 형성된 가속관과; 상기 가속관의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브와; 상기 아웃터 튜브에 관통 조립되어 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합되는 튜닝부재;를 포함한다.

다음으로 본 발명에 따른 선형 가속기는, 하전입자를 선형 가속하기 위한 선형의 가속관 조립체를 포함하는 선형 가속기에 있어서, 상기 가속관 조립체는, 가속 동공이 형성된 가속관과; 상기 가속관의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브와; 상기 아웃터 튜브에 관통 조립되어 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합되는 튜닝부재;를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 가속기용 가속관 주파수 튜닝 툴은, 가속관 조립체의 외주면을 감싸도록 마련된 지그몸체와; 상기 가속관 조립체에 구비된 튜닝부재와 각각 대응되어 나사 체결이 가능하도록 상기 지그몸체에 회동 가능하게 구비되는 조작플러그;를 포함한다.

본 발명에 따른 선형 가속기는, 가속관 셀에 가속 동공의 부피 변화를 증감할 수 있는 튜닝수단이 마련됨으로써 광대역의 공진주파수 튜닝이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 선형 가속기는, 가속관 셀의 조립면 편측에 위치하여 튜닝수단이 마련됨으로써 제작 공수를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 튜닝 툴은 선형 가속기에 탈부착이 가능하게 마련되어 가속관 셀의 공진주파수를 조정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 선형 가속기의 개략적인 구조를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 조립체의 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 주파수 튜닝 툴을 보여주는 사진,
도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 조립체의 요부 확대도.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 조립체의 단면 구성도로써, 본 실시예에서는 4개의 가속관 셀만을 도시하고 있다.

도 2에 예시된 것과 같이, 본 발명에서 가속관 조립체(100)는, 가속 동공(111b)이 형성된 가속관과, 가속관의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브(120)와, 아웃터 튜브(120)에 관통 조립되어 선단이 가속관(110)의 외주면과 접합되는 튜닝부재(130)를 포함한다.

가속관은 곡면 구조의 가속 동공(111b)이 형성된 복수의 단위 가속관 셀(110)이 직렬로 조립되어 구성된다. 각 가속관 셀(110)은 가운데 내측으로 수직하게 돌출 형성되어 빔 채널(111a)이 형성된 격벽(111)이 마련되며, 격벽(111) 양측으로 가속 동공(111b)의 1/2을 형성된다.

이러한 단위 가속관 셀(110)은 서로 직렬로 조립되어 가속관을 구성하게 되며, 서로 인접한 가속관 셀(110)의 조립 면은 브레이징 용접에 의해 일체로 접합이 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

아웃터 튜브(120)는 수직하게 관통 형성된 복수 개의 튜닝홀(121)이 형성되어 가속관 외측에 브레이징 용접 등에 의해 면접합되어 조립된다.

튜닝홀(121) 내에는 튜닝부재(130)가 삽입되며, 튜닝부재(130) 선단은 가속관의 외주면과 접합되어 고정된다.

튜닝홀(121)과 튜닝부재(130) 사이는 소정 크기 이상의 유격을 가지며, 따라서 튜닝홀(121) 안쪽으로 삽입되어 튜닝부재(130)를 고정하여 회전 조작하기 위한 튜닝 툴의 삽입이 가능하다.

바람직하게는, 튜닝부재(130)는 외주면에 나사산이 형성되고 선단이 가속관 외주면과 접합된 무두볼트에 의해 제공될 수 있다.

튜닝부재(130)는 단위 가속관 셀(110) 마다 복수 개가 마련될 수 있으며, 바람직하게는, 가속관 셀(110)의 동일 횡단면 상에 배치된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 가속관 조립체(100)는 튜닝부재(130)와 나사 조립되어 튜닝홀(121) 내에 삽입 가능한 튜닝 툴(200)을 이용하여 튜닝부재(130)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 돌려줌으로써 튜닝부재(130) 끝단과 고정된 가속관의 내부 부피를 국소적으로 늘리거나 줄여줌으로써 공진주파수의 튜닝이 이루어질 수 있다.

즉 튜닝부재(130)의 조작 방향에 따라서 튜닝부재(130) 하측 선단과 접하게 되는 가속관 셀(110)은 국소적으로 상방향으로 소성변형이 이루어져 가속관 내부의 체적이 증가하는 경우에는 공진주파수가 낮아지게 되며, 한편 튜닝부재(130)의 조작에 의해 가속관 셀(110)이 안쪽으로 가압되어 하방향으로 소성변형이 발생되어 가속관 내부의 체적이 감소하는 경우에는 공진주파수가 높아지게 된다. 따라서, 본 발명은 가속관 내부의 체적 증감에 의해 공진주파수의 튜닝 주파수 조정 범위를 크게 할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 주파수 튜닝 툴을 보여주는 사진이다.

도 3에 예시된 것과 같이, 튜닝 툴(200)은 가속관 조립체(100)의 외주면을 감싸도록 마련된 지그몸체(210)(220)와, 지그몸체(210)(220)에 관통 조립되어 튜닝부재(130)와 나사 체결이 가능한 조작플러그(231);를 포함한다.

바람직하게는, 지그몸체(210)(220)는 각각 반원호 형상을 갖는 제1지그몸체(210)와 제2몸체(220)로 구성되어 가속관 조립체(100) 외주면을 감싸도록 마련되며, 제1지그몸체(210)와 제2몸체(220)는 주지의 나비너트/나비볼트 등과 같은 체결수단이 이용될 수 있다.

조작플러그(231)는 가속관 조립체(100)에 구비된 튜닝부재(130)(도 2 참고)와 각각 대응되도록 복수 개로 구성되며, 각 조작플러그(231)는 회동판(232)이 구비되어 지그몸체(210)(220)에 위치(높이)가 고정된 상태에서 회전 조작이 가능하다.

조작플러스(231) 하측 선단은 튜닝부재와 나사 조립이 이루어질 수 있도록 암나사산이 형성된다.

조작플러그(231) 상단에는 회전축 방향과 수직하게 조작용 레버(233)가 마련될 수 있으며, 작업자는 조작용 레버(233)를 조작하여 조작플러그(231)를 정방향 또는 역방향 회전 조정할 수 있다. 조작플러그(231) 상단에는 조작용 레버(233)가 삽입되어 조립되는 조립공만이 형성되어 조작용 레버(233)는 조작플러그에 탈부착이 가능하게 마련될 수 있다.

본 실시예에서는 지그몸체에 4개의 조작플러그가 구비됨을 보여주고 있으며, 가속관 조립체(100)는 동일 평면 상에 4개의 튜닝부재가 90ㅀ 마다 등각을 이루며 배치됨으로써 네 방향에서 균등한 힘이 분배되어 가속 동공의 부피 조절이 용이하고 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 선형 가속기의 가속관 조립체의 요부 확대도이다.

도 4의 (a)에 예시된 것과 같이, 아웃터 튜브(120)에 관통 형성되는 튜닝홀(121)은 제1가속관 셀(110A)과 제2가속관 셀(110B)의 조립 면에서 편측되어 형성되며, 따라서 튜닝홀(121) 내에 삽입되는 튜닝부재(130)는 제1가속관 셀(110A)과 제2가속관 셀(110B)의 조립 면(BS)에서 일정 거리(d) 이격되어 편측에 배치한다.

다른 실시예로써, 도 4의 (b)에 예시된 것과 같이, 튜닝부재(230)는 제1가속관 셀(210A)과 제2가속관 셀(210B)의 조립 면(BS)과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.

튜닝부재(230) 하측 단부는 제1가속관 셀(210A)과 제2가속관 셀(210B)의 조립 경계면에서 두 가속관 셀(210A)(210B) 모두와 접합이 이루어진다.

이와 같이, 튜닝부재(230)가 두 가속관 셀(210A)(210B)의 조립 면(BS)과 동일 평면 상에 마련되는 경우에는 튜닝부재(230) 선단과 접합되는 가속관 셀의 두께(t)가 가장 얇은 곳과 접합이 이루어짐으로써 튜닝부재(230)의 조작에 의해 가속 동공의 부피 변화를 크게 하여 튜닝 효과를 높일 수 있다.

한편, 도 4의 (a)에서와 같이 튜닝부재(130)가 두 가속관 셀(110A)(110B)의 조립 면(BS)에 편측되어 마련되는 경우에는, 제작 시에 튜닝부재(130) 선단이 하나의 가속관 셀과만 접합이 이루어지면 되어 제작 공수를 절감하여 제작이 용이한 효과가 있다.

따라서, 튜닝부재는 두 가속관 셀의 조립 면을 기준으로 하여 두 가속관 셀 중의 어느 하나에 편측되어 배치가 이루어지며, 바람직하게는, 상대적으로 두 가속관 셀의 조립 면과 인접하여 배치된다. 이와 같이 튜닝부재가 상대적으로 두께가 얇은 두 가속관 셀의 조립 면과 인접하여 배치됨으로써 튜닝부재의 조작 시에 조작관의 소성변형의 크기 변화가 크게 발생되어 가속관의 공진주파수 조정 범위를 크게 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100 : 가속관 조립체 110 : 가속관 셀
111 : 격벽 111a : 빔 채널
111b : 가속 동공 120 : 아웃터 튜브
130 : 튜닝부재 200 : 튜닝 툴
210 : 제1지그몸체 220 : 제2지그몸체
231 : 조작플러그 232 : 회동판
233 : 조작용 레버

Claims (9)

1. 가속 동공이 형성된 가속관과;
   상기 가속관의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브와;
   상기 아웃터 튜브에 관통 조립되어 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합되는 튜닝부재;를 포함하는 가속기의 가속관 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 가속관은,
   동공이 형성된 복수의 단위 가속관 셀이 직렬 조립되어 구성되며, 상기 튜닝부재는 단위 가속관 셀의 조립 면 편측에 배치됨을 특징으로 하는 가속기의 가속관 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 튜닝부재는 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합된 무두볼트인 것을 특징으로 하는 가속기의 가속관 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 튜닝부재는 상기 가속관의 횡단면의 동일 평면 상에 복수 개가 마련됨을 특징으로 하는 가속기의 가속관 조립체.
5. 제4항에 있어서, 복수의 튜닝부재는 서로 등각도로 배치됨을 특징으로 하는 가속기의 가속관 조립체.
6. 하전입자를 선형 가속하기 위한 선형의 가속관 조립체를 포함하는 선형 가속기에 있어서,
   상기 가속관 조립체는,
   가속 동공이 형성된 가속관과;
   상기 가속관의 외면에 면접합되어 조립되는 아웃터 튜브와;
   상기 아웃터 튜브에 관통 조립되어 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합되는 튜닝부재;를 포함하는 선형 가속기.
7. 제6항에 있어서, 상기 가속관은,
   동공이 형성된 복수의 단위 가속관 셀이 직렬 조립되어 구성되며, 상기 튜닝부재는 단위 가속관 셀의 조립 면 편측에 배치됨을 특징으로 하는 선형 가속기.
8. 제6항에 있어서, 상기 튜닝부재는 선단이 상기 가속관의 외주면과 접합된 무두볼트인 것을 특징으로 하는 선형 가속기.
9. 가속관 조립체의 외주면을 감싸도록 마련된 지그몸체와;
   상기 가속관 조립체에 구비된 튜닝부재와 각각 대응되어 나사 체결이 가능하도록 상기 지그몸체에 회동 가능하게 구비되는 조작플러그;를 포함하는 가속기의 가속관 주파수 튜닝 툴.

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