KR20190126777A - 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 - Google Patents
고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190126777A KR20190126777A KR1020197024061A KR20197024061A KR20190126777A KR 20190126777 A KR20190126777 A KR 20190126777A KR 1020197024061 A KR1020197024061 A KR 1020197024061A KR 20197024061 A KR20197024061 A KR 20197024061A KR 20190126777 A KR20190126777 A KR 20190126777A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- component
- accelerator
- ion beam
- gas
- target
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 253
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 title claims abstract description 174
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 163
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 146
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 145
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 145
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 113
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 82
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 65
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 57
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 43
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 42
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 27
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 25
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 20
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 20
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 19
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 18
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 17
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims description 16
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims description 16
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 16
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 15
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 15
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 238000002601 radiography Methods 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 11
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 9
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 7
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 4
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 3
- 108010083687 Ion Pumps Proteins 0.000 claims description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims 2
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 claims 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 64
- 241000219739 Lens Species 0.000 description 51
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 18
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 12
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 10
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 9
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000036541 health Effects 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 241000894007 species Species 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 4
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 3
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000233805 Phoenix Species 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005421 electrostatic potential Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000003947 neutron activation analysis Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-AKLPVKDBSA-N Molybdenum Mo-99 Chemical compound [99Mo] ZOKXTWBITQBERF-AKLPVKDBSA-N 0.000 description 1
- 241001555133 Picrodendron baccatum Species 0.000 description 1
- 235000009984 Pterocarpus indicus Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004760 accelerator mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 235000019993 champagne Nutrition 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000010960 commercial process Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 125000004431 deuterium atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229950009740 molybdenum mo-99 Drugs 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000011225 non-oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011824 nuclear material Substances 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- INFDPOAKFNIJBF-UHFFFAOYSA-N paraquat Chemical compound C1=C[N+](C)=CC=C1C1=CC=[N+](C)C=C1 INFDPOAKFNIJBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/22—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/12—Hollow waveguides
- H01P3/123—Hollow waveguides with a complex or stepped cross-section, e.g. ridged or grooved waveguides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/12—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps
- H01J41/14—Discharge tubes for evacuating by diffusion of ions, e.g. ion pumps, getter ion pumps with ionisation by means of thermionic cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B31/00—Electric arc lamps
- H05B31/02—Details
- H05B31/26—Influencing the shape of arc discharge by gas blowing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/54—Plasma accelerators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/06—Generating neutron beams
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses
- H05H5/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H5/00—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses
- H05H5/04—Direct voltage accelerators; Accelerators using single pulses energised by electrostatic generators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H6/00—Targets for producing nuclear reactions
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H9/00—Linear accelerators
- H05H9/02—Travelling-wave linear accelerators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
- H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
- H01J41/04—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas with ionisation by means of thermionic cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
- H05H1/461—Microwave discharges
- H05H1/4622—Microwave discharges using waveguides
-
- H05H2001/4622—
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
본 명세서에는 저비용, 고성능, 강인성, 일관성, 균일성, 낮은 가스 소비, 및 고전류/중급전압의 중성자 및 양성자의 발생을 제공하는 고에너지 이온빔 발생기 시스템 및 방법이 제공된다. 이러한 시스템과 방법은 다양한 연구, 의료, 보안, 및 산업 공정을 위한 상업적 규모의 중성자와 양성자의 생성에 사용된다.
Description
본 출원은 2017년 1월 18일자로 제출된 미국 가특허출원 일련번호 제62/447,685호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 특허문헌은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합되어 있다.
기술분야
본 명세서에는 저비용, 고성능, 강인성, 일관성, 균일성, 고효율, 및 고전류/고중전압(high-moderate voltage)의 중성자 및 양성자의 생성을 제공하는 고에너지 이온빔 발생기 시스템 및 방법이 제공된다. 이러한 시스템과 방법은 다양한 연구, 의료, 보안, 및 산업 공정을 위한 상업적 규모의 중성자 및 양성자의 생성에 사용된다.
입자가속기는, 이온에 에너지를 부여하여 이온을 타겟으로 보내는 디바이스이다. 중성자 발생기는 수소 동위원소를 융합하여 중성자를 생성하는 입자 가속기의 특정 용도이다. 핵융합 반응은 중수소(deuterium), 3중수소(tritium) 또는 이들 두 동위원소의 혼합물을, 마찬가지로 중수소, 3중수소 또는 이들 동위원소의 혼합물을 포함하는 타겟으로 가속시킴으로써 발생한다. 중수소 원자의 융합에 의해 절반의 시간에는 3He 이온과 중성자의 형성이 이루어지고, 나머지 절반의 시간에는 3H (3중수소: 트리튬) 이온과 양성자의 형성이 이루어진다. 중수소와 3중수소 원자의 융합에 의해 4He 이온과 중성자가 형성된다.
입자 가속기와 중성자 발생기는 의학, 이미징, 산업 공정(예를 들면, 온라인 분석기, 금속청정도, 원자재, Al 염기 촉매, 에너지 생산), 재료 분석, 안전보장 조치(예를 들면, 핵물질 검출), 연구, 교육, 탐사, 보안(예를 들면, 폭발물의 탐지, 화학무기의 탐지, 밀수품의 탐지) 및 이온 주입에서 다양한 용례를 갖는다.
역사적으로, 중성자의 생성에는 매우 복잡하고 고가의 시스템을 필요로 하였으며, 과도한 수준의 위험물을 생성 또는 사용하거나, 상업적인 요구를 충족시키키에는 불충분한 중성자 출력을 제공하는 접근법을 채용해왔다. 높은 중성자 수준을 생성할 수 있는 방사능 소스(radioactive source)에는 많은 안전 고려사항을 필요로 하는 위험한 양의 방사선이 포함되어 있다. 중성자는, 가속기(예를 들면, 사이클로트론, Van de Graaff 가속기, LINAC)와의 핵반응에 의해서도 큰 수율로 생산될 수 있지만, 상당한 비용과 운전의 복잡성을 수반한다. 중수소-3중수소(deuterium-tritium: DT) 반응을 이용한 중성자 발생기의 사용은 안전성 문제의 일부에 대처하기는 했으나, 3중수소 함유량으로 인해 밀봉이 요구되며 또한 전형적으로 짧은 수명을 갖는다. 중수소-중수소(deuterium-deuterium: DD) 중성자 발생기를 사용하려는 시도는 DT 반응에 비해 DD 반응의 ~100배 더 낮은 융합 단면 때문에 제한적인 성공에 그쳤다.
기존 시스템의 비용, 효율성의 결여, 안전성 우려, 및 내구성 결여로 인해, 중성자 발생기의 혜택을 볼 수 있는 많은 상업적 용도에서는 사용되지 못했다. 이 기술분야에서 이러한 문제에 대처하는 것은 매우 복잡하며, 기존 시스템의 일상적인 최적화 또는 변경은 의미있는 또는 실용적인 해결책을 제공하지 못했다.
본 명세서에는 저비용, 고성능, 강인성, 일관성, 균일성, 낮은 가스 소비, 낮은 연료 소비, 및 고전류/고중전압의 중성자 및 양성자의 발생을 제공하는 고에너지 이온빔 발생기 시스템 및 방법이 제공된다. 본 시스템과 방법은 이전에는 달성하지 못했던, 처리량(throughput), 비용, 및 신뢰도의 균형을 제공한다. 이러한 시스템은 반도체 및 LED 제조 등과 같은 상업용 공정을 위한 실행 가능한 상업적 규모의 중성자 및 양성자 생성을 제공한다.
개별적으로 또는 집합적으로 고성능의 고에너지 이온빔 발생기 시스템 및 방법에 기여하는 복수의 성능 향상 기술이 본 명세서에 기술된다. 명시적으로 달리 기재되지 않는 한 또는 논리에 반하지 않는 한, 본 명세서에 기재된 기술 각각은 바람직한 성능 특징 및 특성을 갖는 발생기를 제공하기 위해 서로 조합하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이들 기술은 편의상 다음의 카테고리로 그룹화되어 있다: I) 이온 소스(ion source) 기술; II) 인프라(infrastructure) 기술: III) 고전압 시스템 기술; IV) 중성자 생성 타겟 기술; V) 자동 제어 시스템 기술; VI) 예시적인 적용 및 지시(indication). 각 그룹 내 및 그룹들 사이의 특정 기술은 조합하여 사용될 수 있다.
이들 기술은, 개별적으로 또는 집합적으로, 관련 컴포넌트를 갖는 임의의 고에너지 이온빔 발생기 시스템에 적용될 수 있다. 이 기술의 실시예를 설명하기 위해, 특징 중 다수는 Phoenix Nuclear Labs, LLC(미국, 위스콘신주, 모노나)에 의해서 사용되고 있는 고에너지 이온빔 발생기의 맥락에서 기재되며, 예를 들면 미국 공개특허공보 제2011/0096887호, 제2012/0300890호, 및 제2016/0163495호, 및 미국특허 제8,837,662호 및 제9,024,261호를 참조하면 되며, 이들 특허문헌은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합되어 있다. 하지만, 이들 기술은 Pantechnik(프랑스, 바이유), D-Pace(캐나다, 브리티시컬럼비아), Adeiphi Tech Inc.(캘리포니아주, 로즈우드 시티)(예를 들면, 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합된 미국 공개특허공보 제2014/0179978호 참조), Starfire Industries, LLC(일리노이주, 샴페인)(예를 들면, 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제9,008,256호 참조), Thermo Fisher Scientific(예를 들면, 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제8,384,018호 참조), 및 Sodern(프랑스, 리메이유-부레반누)에 의해 사용되는 것을 포함하는 광범위한 고에너지 이온빔 발생기 및 그 컴포넌트 부품에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
이러한 시스템의 용도에는 반도체 제조(예를 들면, 광전지 반도체 용도의 실리콘 클리빙(silicon cleaving)), 동위원소의 생성과 분리, 사이클로트론 주입 시스템, 가속기 질량 분석, 보안(예를 들면, 폭발물 탐지), 산업 진단 및 품질 관리, 및 이미징이 포함되나, 이에 국한되지 않는다. 사이클로트론은 의료 및 산업 분야에 걸쳐서 널리 사용된다. 이온빔은 반도체 산업에서 광범위한 환경에서 사용된다. 보다 우수한 이온 소스는 모든 현대의 IC 기반 기술의 기본 구성요소인 회로 컴포넌트를 위한 보다 저렴하고, 보다 효율적이며, 보다 효과적인 생산 기술로 연결된다. 다른 예로서, 음이온 소스는 자기 밀폐(magnetic confinement) 융합 에너지 분야에 사용된다.
수십 년 동안 과학자들은 핵융합 반응을 기초로 에너지원 개발을 모색해왔는데, 이는 잠재적으로 유해한 부산물을 거의 포함하지 않으면서 본질적으로 무제한의 청정 에너지를 제공할 수 있기 때문이다. 핵융합 에너지 기술은 지난 수십 년간 괄목할 만하게 진보해왔지만, 청정의 핵융합 에너지 원자로(리액터)의 개발을 방해하는 다수의 기술적 과제가 여전히 남아있다. 핵융합 에너지가 직면하고 있는 하나의 과제는 신뢰성이 낮은 고전류 음이온 소스이다. 기존의 음이온 핵융합 인젝터는 본 명세서에서 논의되는 많은 결함을 겪는 필라멘트 및/또는 자기 결합 플라즈마(magnetically coupled plasma)를 사용한다. 신뢰성이 높고 장수명의 음이온 소스는 이온 소스의 변환 효율, 수명, 신뢰성, 및 전류 출력을 크게 향상시킨다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 디바이스는: i) 전자파 유입점을 포함하는 근접 단부; ii) 전자파 출구점을 포함하는 말단 단부; 및 iii) 상기 근접 단부와 상기 말단 단부 사이에서 연장되며 전자파를 전파하도록 구성된 외벽:을 포함하는, a) 도파관; 및 b) 상기 도파관의 컴포넌트의 내부에 배치된 반전 임피던스 매칭 컴포넌트:를 포함하며, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 말단 단부로부터 상기 도파관의 근접 단부 쪽으로 적어도 부분적으로 연장되고, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 말단 단부와 근접 단부를 포함하며, 상기 임피던스 매칭 컴포넌트의 말단 단부는 상기 도파관의 말단 단부에 위치되거나 또는 말단 단부에 근접하게 위치되고, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 근접 단부보다 더 큰 횡단면 면적을 갖는다.
소정 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 금속을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 수냉되도록(cooled by water) 구성된다. 다른 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 정중선(midline)을 따라 배치된다. 추가적인 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 외벽에 부착된 하나 이상의 지지 레그(support leg)에 의해 지지된다. 소정 실시예에서, 상기 전자파는 마이크로파이다. 다른 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 말단 단부에서의 횡단면 면적은 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부에서의 횡단면 면적의 적어도 2배, 또는 3배, 또는 4배이다. 몇몇 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부로부터 상기 말단 단부까지 상기 횡단면 면적이 변화하게 하는 하나 이상의 스텝(step)(예를 들면, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ... 10 ... 또는 20개)을 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부로부터 상기 말단 단부까지 테이퍼(taper)를 포함하여, 상기 횡단면 면적을 변화시킨다. 소정 실시예에서, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 말단 단부에서의 횡단면 면적은, 상기 디바이스가 가속기 시스템의 일부일 때 모든 또는 거의 모든 역류 전자를 차단하기에 충분할 만큼 크다.
특정 실시예에서, 본 명세서에는 a) 전자파 소스; b) 플라즈마 챔버; 및 c) 도파관과 반전 임피던스 매칭 컴포넌트로 구성된 상기(및 본 명세서)의 디바이스:를 포함하는 시스템이 제공된다. 몇몇 실시예에서, 상기 도파관의 상기 근접 단부는 상기 전자파 소스에 동작 가능하게 부착되고, 상기 도파관의 상기 말단 단부는 상기 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 부착된다. 다른 실시예에서, 상기 전자파 소스는 마이크로파 소스를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 컴퓨터 프로세서, b) 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 - 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어를 포함함 - 및 데이터베이스를 포함하는 비일시적 컴퓨터 메모리, 및 c) 고에너지 이온빔을 발생시키는(예를 들면, 중성자 또는 양성자를 발생시키는) 가속기 시스템으로서, 상기 비일시적 컴퓨터 메모리와 통신하도록 동작 가능하고 상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어에 의해 자동으로 조정될 수 있는 다음의 서브시스템들: i) 이온 소스 및 이온 소스 모니터링 컴포넌트; ii) 포커스 솔레노이드 자석 및 포커스 솔레노이드 자석 모니터링 컴포넌트; iii) 튜브 개구 및 튜브 개구 모니터링 컴포넌트; iv) 고체 또는 가스 타겟 및 고체 또는 기체 타겟 모니터링 컴포넌트; v) 이온 빔 추출 및 2차 전자 억제 컴포넌트 및 추출 및 억제 모니터링 컴포넌트; vi) 빔 발생 서브시스템 및 빔 발생 서브시스템 모니터링 컴포넌트; vii) 빔 포커싱 및 조종 서브 시스템 및 빔 포커싱 및 조종 서브 시스템 모니터링 컴포넌트; viii) 가속기/저항기 서브시스템 및 가속기/저항기 서브시스템 모니터링 컴포넌트; ix) 빔 조종 서브시스템 및 빔 조종 서브시스템 모니터링 컴포넌트; 및, x) 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 및 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 모니터링 컴포넌트: 중 하나 이상을 포함하는, 가속기 시스템을 포함한다.
소정 실시예에서, 1) 상기 이온 소스 모니터링 컴포넌트는 질량 유량계, 서모커플(thermocouple), 냉각재 유량계, 및/또는 압력계를 포함하고; 2) 상기 포커스 솔레노이드 모니터링 컴포넌트는 서모커플, 냉각재 유량계, 전압 모니터, 및/또는 전류 모니터를 포함하며; 3) 상기 튜브 개구 모니터링 컴포넌트는 카메라, 서모커플, 및/또는 냉각재 유량계를 포함하고; 4) 상기 고체 또는 가스 타겟 모니터링 컴포넌트는 카메라, 서모커플, 냉각재 유량계 및/또는 방사선 검출기를 포함하며; 5) 상기 추출 및 억제 모니터링 컴포넌트는 압력계, 서모커플, 전류 모니터 및/또는 전압 모니터를 포함하고; 6) 상기 빔 발생 서브 시스템 모니터링 컴포넌트는 전류 모니터 및/또는 이미턴스 스캐너를 포함하며; 7) 상기 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 모니터링 컴포넌트는 압력계 및/또는 가스 분석기를 포함한다.
특정 실시예에서, 상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어는 상기 서브시스템의 복수의 상이한 설정값들을 수집 및 분석하고 상기 서브시스템의 최적화된 세팅을 계산하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어는 상기 가속기 시스템의 성능을 적어도 부분적으로 최적화하도록 상기 서브시스템들 중 하나 이상의 설정값을 변경하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 이온 소스 플라즈마 챔버 - 상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버를 나가는 빔의 방향을 따르는 소스 축을 가짐; b) 적어도 하나의 이온 소스 자석(예를 들면, 솔레노이드 또는 영구 자석) - 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 개구 및 적어도 하나의 외벽을 포함하고, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버는 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석의 상기 개구를 통하여 연장됨; c) 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석의 상기 적어도 하나의 외벽에 부착되거나 또는 이와 일체화된 적어도 하나의 수용 컴포넌트; d) 강자성 인클로저 - 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석 및 상기 이온 소스 플라즈마 챔버는 상기 강자성 인클로저의 내부에 있고, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 상기 플라즈마 챔버의 상기 소스 축을 따라 상기 강자성 인클로저 내부의 복수의 상이한 위치로 이동할 수 있고, 상기 강자성 인클로저는 상기 소스 축의 방향을 따라 연장되고 상기 수용 컴포넌트와 정렬되는 적어도 하나의 종방향 개구를 포함함; e) 상기 종방향 개구를 통하여 연장되며 상기 수용 컴포넌트에 부착되도록 구성된 적어도 하나의 조정 컴포넌트 - 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트는 상기 강자성 엔클로저 내부의 상기 복수의 상이한 위치에서 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석을 고정할 수 있음:을 포함한다.
소정 실시예에서, 상기 수용 컴포넌트는 나사산을 갖는 금속 커넥터(threaded metal connector), 또는 스냅 리시버(snap receiver) 또는 핀홀(pin hole)을 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 조정 컴포넌트는 나사산을 갖는 볼트를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 수용 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석(예를 들면, 솔레노이드 자석 또는 영구자석)에 접착된다. 몇몇 실시예에서, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 적어도 부분적으로 에폭시로 둘러싸인다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 이온 소스 자석은 2개 또는 3개 또는 4개의 이온 소스 자석을 포함한다. 추가적인 실시예에서, 상기 적어도 하나의 종방향 개구는 적어도 2개, 3개, 또는 4개의 종방향 개구를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 바로 위에 또는 본 명세서의 다른 부분에 기재된 시스템을 제공하는 단계; b) 상기 복수의 위치 중 제1 위치로부터 상기 복수의 위치 중 제2 위치로 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석(예를 들면, 솔레노이드 자석 또는 영구자석)을 이동시키는 단계; c) 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트를 상기 적어도 하나의 종방향 개구를 통해 상기 적어도 하나의 수용 컴포넌트에 삽입하는 단계; 및 d) 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트를 상기 적어도 하나의 수용 컴포넌트에 고정시켜서, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석을 상기 제2 위치에 고정하는 단계:를 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 제1 및 제2 이온 소스 자석을 포함하고, 상기 제1 및 제2 이온 소스 자석 양자(兩者) 모두는 제1 위치로부터 제2 위치로 이동되고는, 상기 제2 위치에 고정된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 제조 물품은: 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템의 금속 어셈블리를 포함하며, 상기 금속 어셈블리는, 상기 가속기 시스템 내에 위치될 때, 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 상기 금속 어셈블리는: 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착한다.
소정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 제조 물품은: 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템의 금속 어셈블리를 포함하며, 상기 금속 어셈블리는, 상기 가속기 시스템 내에 위치될 때, i) 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 및 ii) 진공 환경에 있으며, 상기 금속 어셈블리는: i) 적어도 하나의 수냉 채널, 및 ii) 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착한다.
특정 실시예에서, 상기 제1 금속 컴포넌트와 제2 금속 컴포넌트는 높은 열전도성 금속(예를 들면, 구리, 알루미늄 등)을 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 충전재 금속은 상기 제1 및 제2 금속 컴포넌트보다 낮은 융점을 갖는다. 특정 실시예에서, 상기 제1 금속 컴포넌트는 튜브 플레이트를 포함하고, 상기 제2 금속 컴포넌트는 플레이트 플러그를 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 충전재 금속은 BNi-7 합금, BNi-6 합급, Pd100, Pt100, Ni100, 또는 상기 제1 및 제2 금속 컴포넌트를 함께 브레이징하는데 적합한 다른 금속 또는 합금을 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 제1 금속 컴포넌트는 제1 튜브, 튜브 캡, 다른 튜브 플레이트, 및 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1 아이템을 포함하고, 상기 제2 금속 컴포넌트는 제2 튜브, 튜브 캡, 다른 튜브 플레이트, 및 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제2 아이템을 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 적어도 하나의 수냉 채널은 적어도 2개의 수냉 채널(예를 들면, 2, 3, 4, 5, 6 ... 10 ... 또는 25개의 수냉 채널)을 포함한다.
추가적인 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 이온빔(예를 들면, 고에너지 이온빔)을 발생시키는 가속기 시스템; 및 b) 금속 어셈블리:를 포함하며, 상기 금속 어셈블리는 i) 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 및 ii) 진공 환경에 있도록, 상기 가속기 시스템 내에 위치되고, 상기 금속 어셈블리는: 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트(예를 들면, 브레이즈 접합 조인트)에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 이온빔(예를 들면, 고에너지 이온빔)을 발생시키는 가속기 시스템; 및 b) 금속 어셈블리:를 포함하며, 상기 금속 어셈블리는 i) 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 및 ii) 진공 환경에 있도록, 상기 가속기 시스템 내에 위치되고, 상기 금속 어셈블리는: i) 적어도 하나의 수냉 채널, 및 ii) 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트(예를 들면, 브레이즈 접합 조인트)에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착한다.
소정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 금속 어셈블리를 생성하기 위해 브레이징 기술을 사용하여, 충전재 금속으로 제1 금속 컴포넌트를 제2 금속 컴포넌트에 부착하는 단계; 및 b) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템 내에 상기 금속 어셈블리 - 상기 금속 어셈블리는 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하도록 위치 설정됨 - 를 삽입하는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 금속 어셈블리는 적어도 하나의 수냉 채널을 더 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 금속 어셈블리는 진공 환경에 있도록 또한 위치된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 고전압 돔, b) 상기 고전압 돔의 내부에 위치된 이온 소스 플라즈마 챔버; c) 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 추출 컴포넌트; 및, i) 상기 고전압 돔의 내부에 위치된 배기 컴포넌트; ii) 절연 호소 - 상기 절연 호스의 제1 부분은 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 절연 호스의 제2 부분은 저전압 영역에서 상기 고전압 돔의 외부에 위치됨; ⅲ) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 배기 컴포넌트 및 상기 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 제1 진공 펌프 - 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출 컴포넌트로부터 가스를 제거하고는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성됨; 및, ⅳ) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 제2 진공 펌프 - 상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높음:를 포함하는, d) 가스 제거 서브시스템:을 포함한다.
소정 실시예에서, 상기 시스템은 e) 외부 압력 용기를 더 포함하고, 상기 고전압 돔, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버, 상기 추출 컴포넌트, 상기 배기 컴포넌트, 상기 제1 진공 펌프, 상기 제2 펌프, 및 상기 상기 절연 호스의 적어도 일부는 상기 압력 용기 내에 위치된다. 다른 실시예에서, 상기 절연 호스는 상기 가스를 대기로 배출하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 상기 가스는 비이온화 가스이다. 다른 실시예에서, 상기 비이온화 가스는 중수소 가스이다. 소정 실시예에서, 상기 시스템은 상기 가스를 더 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 가스는 비이온화 가스이다. 추가적인 실시예에서, 상기 절연 호스는 나선(helix) 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 절연 호스는 약 20 내지 30 개의 나선 형상 턴(turn)을 가지며, 길이는 약 5 내지 15 피트(1.524 내지 4.572m)이다. 다른 실시예에서, 상기 제1 진공 펌프는 터보분자 펌프(turbomolecular pump), 크라이오펌프(cryopump), 이온 펌프, 및 고진공 펌프로 구성되는 그룹으로부터 선택된 펌프를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 제2 진공 펌프는 러핑(roughing) 펌프를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템은 e) 상기 고압 돔의 내부에 위치된 내부 압력 용기를 더 포함하고, 상기 제2 진공 펌프는 상기 내부 압력 용기 내에 위치되고, 다음의 컴포넌트: 상기 고전압 돔, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버, 상기 추출 컴포넌트, 및 상기 제1 진공 펌프:는 상기 펌프 압력 용기 내에 위치되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 고전압 돔과 추출 컴포넌트를 갖는 고에너지 이온빔 발생 시스템 내에 도입되도록 구성된 가스 제거 서브시스템은: a) 상기 고전압 돔의 내부에 배치되도록 구성된 배기 컴포넌트; b) 상기 절연 호스 - 상기 절연 호스의 제1 부분은 상기 고전압 돔의 개구를 통해 연장되도록 구성됨; c) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되도록 구성되고 상기 배기 컴포넌트 및 상기 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성된 제1 진공 펌프 - 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출 컴포넌트로부터 가스를 제거하고는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성됨; 및, d) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되도록 구성되고 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성된 제2 진공 펌프 - 상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높음:을 포함한다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 상기 또는 본 명세서의 다른 부분에 기재된 시스템을 제공하는 단계; 및 b) 상기 추출 컴포넌트에 존재하는 가스가: i) 상기 제1 진공 펌프에 의해 상기 배기 컴포넌트로 제거되고, ii) 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 제2 진공 펌프에 의해 받아들여져서는, 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력에서 상기 절연 호스로 전달되며, 및 iii) 상기 절연 호스에 의해 대기로 전달되되록: 상기 가스 제거 서브 시스템을 활성화시키는 단계:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 추출 컴포넌트 내의 상기 가스는 상기 이온 소스 플라즈마 챕버로부터 상기 추출 컴포넌트로 이동한 비이온화 가스이다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 외부 압력 용기; b) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치된 내부 압력 용기; c) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되는 배기 컴포넌트 - 상기 배기 컴포넌트의 일부는 또한 상기 내부 압력 용기 내에 위치됨; d) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되는 절연 호스 - 상기 절연 호스의 일부는 또한 상기 내부 압력 용기 내에 위치됨; e) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되며 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 제1 진공 펌프; 및, f) 상기 내부 압력 용기의 내부에 위치되며 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 제2 진공 펌프:를 포함한다.
소정 실시예에서, 상기 외부 압력 용기는 상기 내부 압력 용기 내의 가스보다 높은 압력의 가스를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 내부 압력 용기 내의 상기 가스는 대략 대기압에 있다. 다른 실시예에서, 상기 제1 진공 펌프는 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템의 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출 컴포넌트로부터 가스를 제거해서는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성된다. 추가적인 실시예에서, 상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서는 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높다. 소정 실시예에서, 상기 시스템은 추출 컴포넌트를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템은 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치된 이온 소스 플라즈마 챔버를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 추출 컴포넌트는 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템에서 고전압으로 유지되는 적어도 하나의 고전압 컴포넌트; 및, b) 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전기적으로 연결되며(및/또는 기계적으로 연결되고), (예를 들면, 그라운드로부터 전기적으로 절연되는 방식으로) 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전력을 공급하는, 전력 컴포넌트:를 포함하며, 상기 전력 컴포넌트는 V 벨트를 포함하고, 상기 V 벨트는 복수의 세그먼트(예를 들면, 3 .. 25 ... 100 ... 400개의 세그먼트)를 포함하며, i) 열악한 전기 전도체이거나, 또는 ii) 전기 비전도체이다.
다른 실시예에서, 상기 V 벨트는 폴리에스테르-폴리우레탄 복합재(composite)를 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 전력 컴포넌트는 모터와 발전기를 더 포함한다. 추가적인 실시예에서, 상기 전력 컴포넌트는 상기 모터에 동작 가능하게 부착된 제1의 V 벨트 풀리 및 상기 발전기에 동작동 가능하게 부착된 제2의 V 벨트 풀리를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트는 이온 소스 플라즈마 챔버를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템으로서, i) 이온 소스 플라즈마 챔버; ii) 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 컴포넌트; ⅲ) 마이크로파 발생 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 전원; iV) 상기 마이크로파를 수신하여 상기 이온 소스 플라즈마 챔버로 상기 마이크로파를 전달하도록 위치된 도파관 - 상기 마이크로파는 이온의 소스를 발생시키기 위해 상기 이온 플라즈마 챔버 내의 가스와 접촉함; v) 상기 이온 플라즈마 챔버로부터 저에너지 이온빔을 추출하기 위해 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 이온빔 추출 컴포넌트; 및, ⅳ) 가속기 컬럼, 저에너지 이온빔을 수신하기 위한 가속기 입구 개구, 및 고에너지 이온빔을 전달하기 위한 가속기 출구 개구를 포함하는 가속기 컴포넌트;를 포함하는, 가속기 서브 시스템; 및, b) 상기 전원에 동작 가능하게 연결된 전력 변조 컴포넌트로서, 상기 도파관에 진입하는 마이크로파가 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생되도록 하여, 상기 고에너지 이온빔을 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생시키도록, 상기 전원으로부터 상기 마이크로파 발생 컴포넌트로 흐르는 전력을 변조하도록 구성되는 상기 전력 변조 컴포넌트:를 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 가속기 시스템은 직접 주입 가속기 시스템이다. 다른 실시예에서, 상기 마이크로파 발생 컴포넌트는 마그네트론(magnetron)을 포함한다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 상기(및 본 명세서)의 시스템을 제공하는 단계; 및, b) 상기 고에너지 이온빔이 발생되고 상기 고에너지 이온빔이 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생되도록 상기 가속기 서브시스템과 상기 전력 변조 컴포넌트를 활성화시키는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 직접 주입 가속기 시스템에, 가속기 컬럼의 가속기 입구로부터 제1 거리에 이온빔 발생 컴포넌트를 위치시키는 단계; 및, b) 가속기 컬럼의 가속기 입구로부터 제2 거리에 이온빔 발생 컴포넌트를 위치시키는 단계 - 상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 상이하고, 상기 제2 거리는 상기 직접 주입 가속기 시스템의 성능을 향상시킴:를 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 제1 거리와 제2 거리는 20 내지 500mm의 범위 내에 있다.
몇몇 실시예에서, 본 발명에 제공된 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 직접 주입 가속기 서브시스템으로서, i) 이온 소스 플라즈마 챔버; ii) 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 컴포넌트; iii) 상기 마이크로파 발생 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 전원; iv) 상기 마이크로파를 수신하여 상기 이온 소스 플라즈마 챔버로 상기 마이크로파를 전달하도록 위치된 도파관 - 상기 마이크로파가 상기 이온 플라즈마 챔버 내의 가스와 접촉할 때 이온 빔이 발생됨; v) 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 추출 컴포넌트; 및 ⅳ) 가속기 컬럼, 및 상기 이온빔을 수신하기 위한 가속기 입구 개구를 포함하는 가속기 컴포넌트;를 포함하는, 상기 가속기 시스템; 및 b) 진공 컴포넌트로서, 상기 추출 컴포넌트 및/또는 상기 가속기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되며, 상기 추출 컴포넌트 및/또는 상기 가속기 컴포넌트 내의 압력을 감소시키도록 구성되는, 상기 진공 컴포넌트:를 포함한다. 특정 실시예에서, 상기 압력의 감소는 상기 고에너지 이온 빔의 직경을 감소시키는 수준이다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 상기(및 본 명세서)의 시스템을 제공하는 단계; 및, b) 상기 고에너지 이온빔이 상기 압력의 감소의 부재시보다 더 작은 직경을 갖도록 상기 고에너지 이온빔이 발생되도록, 상기 직접 주입 가속기 서브시스템과 상기 진공 컴포넌트를 활성화시키는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템으로서, i) 고전압 돔; ii) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되는 이온빔 발생 컴포넌트; 및, iii) 가속기 컬럼을 포함하는 가속기 컴포넌트:를 포함하는, 상기 가속기 시스템; 및, b) 물 저항기(water resistor) 서브시스템으로서, i) 물 배관과 물 저수조를 포함하는 물 순환 컴포넌트; 및 ii) 상기 가속기 컬럼을 따라 이어진 물 저항기 요소로서, 상기 물 순환 컴포넌트 내에서 순환하는 제어된 도전성 물이 상기 물 저항기 요소를 통과하도록 상기 물 배관에 유체 연결되거나, 또는 이와 일체화된 비도전성 및/또는 절연 튜빙을 포함하는, 상기 물 저항기:를 포함한다.
소정 실시예에서, 상기 시스템은 상기 제어된 도전성 물을 더 포함하며, 상기 제어된 도전성 물은: i) 탈이온수(deionized water), 2) 탈이온(DI) 수지(resin), 및 금속염을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 가속기 컴포넌트는 상기 가속기 컬럼을 따라 이어진 복수의 그레이딩 링(grading ring)을 더 포함한다. 추가적인 실시예에서, 상기 절연 튜빙은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 물 순환 컴포넌트는 물 펌프, 열교환기, 및/또는 DI 수지 소스 컴포넌트를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 제어된 도전성 물은 상기 탈이온수가 15 MΩ-cm 이상의 저항율을 갖도록 충분한 양의 상기 DI 수지를 함유한다. 다른 실시예에서, 상기 금속염은 황산구리, 염화나트륨, 염화 암모늄, 황산 마그네슘, 및 티오 황산나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 다른 실시예에서, 상기 물 저항기 요소는 최대 약 300 kV DC의 전압을 견딜 수 있고, 최대 약 30 kW, 또는 최대 약 3 kW, 또는 최대 약 5 kW의 열을 배격할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 상기(및 본 명세서에 기재된 바와 같은) 시스템을 제공하는 단계; 및 b) 상기 고에너지 이온빔이 발생되는 동안, 상기 제어된 도전성 물이 상기 물 순환 컴포넌트를 통해서 순환하고, 상기 물 저항기 요소가 상기 가속기 컬럼을 따라 전기 저항기로서 기능하도록, 상기 가속기 서브시스템과 상기 물 저항기 서브시스템을 활성화하는 단계:를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템의 컴포넌트에 전력을 전달하도록 구성된 적어도 하나의 고전압 전원 공급장치(high-voltage power supply: HVPS); 및, b) 물 저항기 서브시스템으로서, i) 물 배관과 물 저수조를 포함하는 물 순환 컴포넌트; 및, ii) 상기 물 순환 컴포넌트에서 순환하는 제어된 도전성 물이 물 저항기 요소를 통과하도록 상기 물 배관에 유체 연결되거나 또는 이와 일체화된 절연 튜빙을 포함하는 물 저항기 요소:를 포함하는 상기 물 저항기 서브시스템:을 포함한다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 제공된 방법은: a) 상기(및 본 명세서에 기재된 바와 같은) 시스템을 제공하는 단계; 및, b) 상기 물 저항기 서브시스템을 테스트 부하(test load)로 사용하여 상기 적어도 하나의 HVPS를 테스트하는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 렌즈 설계 방법은: a) 가속기 시스템의 플라즈마 렌즈 개구에서 다음의 파라미터: 빔 전류, 추출 전압, 이온 종 분율(ion species fractions), 최대 전기장, 및 이온 전류 밀도:를 소프트웨어 애플리케이션에 입력하는 단계; b) 정전 렌즈 스택 - 상기 정전 렌즈 스택은: 플라즈마 렌즈, 추출 렌즈, 억제 렌즈, 및 출구 렌즈를 포함함 - 내의 적어도 하나의 렌즈의 설계를 위해 상기 소프트웨어로부터 출력을 수신하는 단계; 및, c) 상기 출력에 기초하여 상기 적어도 하나의 렌즈를 가공하는 단계:를 포함한다. 소정 실시예에서, 상기 소프트웨어 애플리케이션은 PBGUNS 소프트웨어 애플리케이션을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 정전 렌즈 스택의 상기 렌즈들 중 적어도 2개, 적어도 3개, 또는 4개 모두를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 방법은 그리드 정밀도, 경험적으로 결정된 빔 중화 계수, 및 소스 플라즈마 내의 전자 및 이온 온도 중 적어도 하나를 상기 소프트웨어 어플리케이션에 입력하는 단계:를 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 고에너지 이온빔 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 고에너지 이온빔 발생기 시스템의 일부인) 시스템은 추출 렌즈 스택의 렌즈 갭들 사이에 위치된 복수의 절연 볼(예를 들면, 알루미나 세라믹, 질화 알루미늄, 사파이어, 다이아몬드, 또는 다른 산화물 또는 비산화물 세라믹 볼)을 갖는 상기 추출 렌즈 스택을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 최소 3개의 절연 볼이 각각의 렌즈 갭 사이에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 상기 3개의 절연 볼은 방위각 좌표로 균등하게 이격된다. 몇몇 실시예에서, 상기 렌즈 스택은 금속 볼트에 의해 함께 유지된다. 본 명세서에는 예를 들면, 관심 타겟에 신뢰적으로 전달될 수 있는 총 전류는 증가시키면서, 향상된 기계적 안정성, 빔 품질, 및 소스와 빔라인 컴포넌트의 보호를 제공하기 위해, 이러한 시스템을 사용한 중성자 및 양성자 발생 방법이 또한 제공된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 중성자 발생기 시스템의 일부인) 시스템은: a) 고체 매트릭스 내에 매립된 반응성 종(reactive species)(예를 들면, 중수소 또는 3중수소와 같은 반응성 수소 종)을 포함하는 고 출력 밀도 고체 타겟; 및, b) 냉각 컴포넌트:를 포함한다. 상기 고체 매트릭스는 티타늄을 포함하나 이에 국한되지 않는, 임의의 바람직한 재료로 제작될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 냉각 컴포넌트는 폐루프(closed-loop) 컴포넌트이다. 몇몇 실시예에서, 냉각재 유동 경로는 고체 타겟 내에 통합된다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 냉각재의 소스를 더 포함하며, 그래서 냉각 컴포넌트를 통해서 흐르는 냉각재를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 냉각재는 물, 글리콜(예를 들면, (폴리)에틸렌 글리콜), 오일, 헬륨 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 몇몇 실시예에서, 상기 폐루프 컴포넌트는 흐르는 냉각재를 탈이온화하기 위한 탈이온화 서브컴포넌트를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 폐루프 컴포넌트는 흐르는 냉각재를 필터링하기 위한 필터링 서브컴포넌트를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 냉각재 컴포넌트는 상기 타겟과의 접촉 이전에 냉각제를 예냉하도록 위치된 냉각기(chiller)를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 타겟은 냉각재의 충격을 최대화하기 위해 박벽으로 제조된다. 몇몇 실시예에서, 상기 벽은 0.02 인치(0.508mm) 이하(예를 들면, 0.01 인치(0.254mm))의 두께를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 벽은 구리, 은, 금, 다이아몬드, 다이아몬드 유사 탄소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된다.
몇몇 실시예에서, 상기 타겟은 컨벌루션(convultion)이 결여된 타겟에 비해 표면적을 증가시키는 상기 컨볼루션을 갖는 경로를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 컨벌루션은 핀(fin) 또는 리브(rib) 또는 이들의 조합이다.
몇몇 실시예에서, 상기 냉각 컴포넌트는 냉각재의 층류를 위하여 구성된다. 몇몇 실시예에서, 상기 냉각 컴포넌트는 불규칙한 표면 형상부(예를 들면, 딤플, 나선형 오목부, 또는 이들의 조합)를 갖는 채널을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 냉각 컴포넌트는 불규칙한 표면 형상부(예를 들면, 딤플, 나선형 오목부, 또는 이들의 조합)를 갖는 채널에 의해, 냉각재의 난류을 위해 구성된다.
이러한 시스템을 이용하는 방법이 또한 제공된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 상기 시스템 중 임의의 것을 사용하여, 고 출력 밀도 고체 타겟으로 중성자를 발생시키는 방법이 제공된다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 이온빔의 에너지를 작은 체적으로 퇴적하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 중성자 발생기 시스템의 일부인) 시스템은: a) 고체 타겟; b) 진공 시스템; 및, c) 상기 진공 시스템과 유체 연통되며 상기 고체 타겟의 근처에 불활성 가스를 방출하도록 구성된 불활성 가스의 소스:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 불활성 가스는 아르곤이다. 본 명세서에는 (예를 들면, 고체 타겟이 이온빔에 노출되는 동안) 상기 고체 타겟을 불활성 가스에 노출시키는 단계를 포함하는 중성자 발생기 고체 타겟을 클리닝하는 방법이 또한 제공된다. 몇몇 실시예에서, 상기 불활성 가스는 분당 1 내지 10 표준 입방센티미터로 흐른다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 중성자 발생기 시스템의 일부인) 시스템은: a) 이온빔을 생성하는 가속기; b) 상기 이온빔에 의해 접촉되도록 배치된 타겟(예를 들면, 가스 타겟); c) 상기 가속기와 상기 타겟을 분리하는 타겟 개구; d) 상기 개구에 상기 이온빔을 포커싱하는 조종(steering) 요소, 및 e) 상기 타겟 개구의 상류를 향하는 면의 근처에 위치된 복수의 열 센서:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 복수의 열 센서는 상기 개구의 축을 중심으로 90도 간격으로 균등하게 이격된 4개의 열 센서를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 열 센서는 서모커플(예를 들면, 구리-콘스탄탄 서모커플)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 열 센서는 백금 저항 온도 검출기(resistance temperature detector: RTD), 서미스터(thermistor), 또는 반도체 온도 센서이다.
몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 상기 센서로부터 온도 신호를 수신하는 프로세서를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 센서로부터의 온도 신호를 합산하여 평균 타겟 개구 온도를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 상기 프로세서는 상기 타겟 개구의 온도를 최소화하기 위해 상기 평균 타겟 개구 온도에 기초하여 상기 이온빔의 위치를 조절한다.
본 명세서에 또한 제공된 중성자 발생기 시스템에서 이온빔을 타겟 개구로 조종하는 방법은: a) 상기 타겟 개구 주위의 복수의 위치에서 온도를 측정하는 단계; 및, b) (예를 들면, 상기 시스템을 사용하여) 상기 타겟 개구에서 온도를 최소화하도록 상기 이온빔을 조종하는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 중성자 발생기 시스템의 일부인) 시스템은: a) 이온빔을 발생시키는 가속기; b) 상기 이온빔에 의해 접촉되도록 배치된 타겟(예를 들면, 가스 타겟); c) 상기 가속기와 상기 타겟을 분리하는 타겟 개구; 및, d) 상기 개구를 가로질러 압력차를 증가시키는 리버스 가스 제트:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 리버스 가스 제트는 스로트 갭, 노즐 각도와 노즐 길이를 갖는 노즐, 및 플리넘(plenum)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 리버스 가스 제트는 수렴한 후에 발산하는 노즐을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 리버스 가스 제트는 약 3/8 인치(9.525mmm)의 노즐 개구를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 리버스 가스 제트는 0.01 인치(0.254mm) 미만의 스로트 갭(throat gap)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 리버스 가스 제트는 12.5도의 노즐 각도를 포함한다. 본 명세서에는 타겟 개구에서 리버스 가스 제트를 이용하는 단계를 포함하는, 중성자 발생기의 타겟 개구를 가로질러 압력차를 증가시키는 방법이 제공된다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 또는 중성자 발생기 시스템의 일부인) 시스템은 빔 스크레이퍼를 포함하며, 상기 빔 스크레이퍼는 모터를 사용하여 이온빔의 경로 내로 이동 가능하며, 상기 모터는 상기 타겟을 포함하는 진공 용기 외부의 상기 발생기 시스템에 장착된다. 몇몇 실시예에서, 상기 모터는 자기 결합된 진공 피드스루(예를 들면, 선형 운동 피드스루)를 통해 상기 빔 스크레이퍼에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 상기 모터, 상기 빔 스크레이퍼, 및 이들 사이의 연결부는 브레이징 제조에 의해 전체가 금속이다. 또한 본 명세서에 제공된 중성자 발생기에서 타겟을 타격하는 이온빔의 일부를 차단하는 방법은: 상기 타겟을 포함하는 진공 용기 외부의 상기 발생기에 장착되는 모터를 사용하여 상기 이온빔에 의해 접촉되는 위치로 빔 스크레이퍼를 이동시키는 단계:를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 시스템은: a) 제1의 인터록을 갖는 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및, b) 제2의 인터록을 갖는 사용자 제어 스테이션:을 포함하며, 상기 고에너지 이온빔 발생기와 상기 사용자 제어 스테이션은 광섬유 인터록을 통해 연결되고, 상기 광섬유 인터록은 상기 발생기가 동작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 폐쇄 상태로 유지되어야 하는 직렬 루프의 복수의 NC(normally-closed) 스위치, 또는 상기 발생기가 동작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 개방 상태로 유지되어야 하는 병렬 루프의 다수의 NO(normally-open) 스위치, 또는 상기 직렬 루프와 병렬 루프 양자 모두를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 고에너지 이온빔 발생기와 상기 사용자 제어 스테이션은 서로 전기적으로 격리된다. 몇몇 실시예에서, 상기 광섬유 인터록은 주파수 발생기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 주파수 발생기는 광(빛)을 설정 주파수로 펄스화시키는 광섬유 송신기를 트리거한다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 예를 들면, 잘못된 교차 연결을 방지하기 위해 채널들간에 상호 비동작성의 복수의 채널을 갖기 위한 목적으로 복수의 별개의 주파수 중에서 구성 가능하다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 상기 광섬유 인터록을 관리하는 제어 소프트웨어를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 제어 소프트웨어는 상기 광섬유 인터록의 다중 신호 검증 절차를 구동한다. 이러한 시스템의 사용 방법이 또한 제공된다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 광섬유 인터록을 통하여 고에너지 이온빔 발생기로부터 사용자 제어 스테이션으로 또는 상기 사용자 제어 스테이션으로부터 상기 고에너지 이온빔 발생기로 정보를 전송하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 고에너지 이온빔 시스템에 사용하기 위한 또는 고에너지 이온빔 시스템의 일부인) 시스템은: a) 빔을 발생시키는 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및, i) 상기 디바이스 상에 위치되고, 상기 빔과 상호 작용할 수 있는 상기 디바이스의 복수의 영역을 모니터링하도록 구성된 복수의 센서; 및, ii) 상기 복수의 센서와 통신하며, 주의 또는 알람을 발생시키고 상기 주의 또는 알람에 응답하여 상기 디바이스를 조정하도록 구성된 제어 소프트웨어:를 포함하는, b) 손상 완화 컴포넌트:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 센서들 중 하나 이상은 상기 디바이스의 영역의 온도를 측정한다. 몇몇 실시예에서, 상기 센서들 중 하나 이상은 냉각재(예를 들면, 물) 유량을 측정한다. 몇몇 실시예에서, 상기 센서들 중 하나 이상은 연속 감지 모드이다. 몇몇 실시예에서, 상기 센서들 중 하나 이상 또는 모두는 초과되면 상기 주의 또는 알람을 발생시키는 관련 문턱값을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 상기 주의는 사용자 경고(waring)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 알람은 디바이스의 셧다운 또는 리셋을 트리거한다. 몇몇 실시예에서, 상기 알람은 사용자가 더 이상의 동작 전에 상기 디바이스를 리셋할 것을 필요로 하는 래칭 알람(latching alarm)이다. 몇몇 실시예에서, 상기 제어 소프트웨어는 백그라운드 EMI를 필터링한다. 몇몇 실시예에서, 상기 필터링된 백그라운드 EMI는 잠재적으로 유해한 이벤트와 구별하기 위해 미리 설정된 문턱값 지속기간 또는 주파수 하에 있다. 상기 시스템을 사용하는 방법이 또한 제공된다. 몇몇 실시예에서, 방법은 상기 시스템을 사용하여, 잠재적 손상 이벤트를 검출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 주의 또는 알람 및 바람직한 관련 대응(예를 들면, 경고, 자동 시스템 셧다운 등)을 발생시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 (예를 들면, 고에너지 이온빔 발생 시스템에 사용하기 위한 또는 고에너지 이온빔 발생 시스템의 일부인) 시스템은: a) 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및, i) 상기 디바이스 상에 위치되고, 아크 다운 이벤트와 일치하는 조건들을 모니터링하도록 구성된 복수의 센서; 및, ii) 상기 복수의 센서와 통신하며, 주의 또는 알람을 발생시키고 상기 주의 또는 알람에 응답하여 상기 디바이스를 조정하도록 구성된 제어 소프트웨어:를 포함하는, b) 아크 다운 완화 컴포넌트:를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 알람은 사용자의 개입없이 상기 디바이스를 정상 동작으로 복귀시키는 자동 복구 시퀀스를 트리거한다. 상기 시스템의 사용 방법이 또한 제공된다. 몇몇 실시예에서, 방법은 상기 시스템을 사용하여, 아크 다운 이벤트에 대응하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에는 고전압 전원 공급장치(HVPS) 설정값을 관리하는 폐루프 제어 컴포넌트를 포함하는 고에너지 이온빔 발생기 시스템이 제공된다. 몇몇 실시예에서, 컴포넌트는 마이크로파 파워, 포커스, 및 조종을 포함하지만 이에 국한되지 않는 하나 이상의 다른 시스템 기능들을 또한 제어한다. 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 고에너지 이온빔 발생기에서 고에너지 이온 플럭스 출력 변동성을 제어하기 위한 방법은: 폐루프 제어 컴포넌트로 고전압 전원 공급장치(HVPS) 설정값을 관리하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 중성자 라디오그래피(radiography)에 사용하기 위한 중성자 유도 시스템은: 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 층, 붕산화 폴리에틸렌 층, 금속층(예를 들면, 알루미늄 및/또는 납 층을 포함), 및 카드뮴 층을 포함하는 콜리메이터를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에 제공된 중성자 라디오그래피 시스템은: a) 중성자 소스(예를 들면, 2.45 MeV의 중성자의 소스); b) 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 층, 붕산화 폴리에틸렌 층, 금속층(예를 들면, 알루미늄 및/또는 납 층을 포함), 및 카드뮴 층; c) 검출기; d) 감속재(예를 들면, 흑연 감속재 및/또는 D2O 감속재); 및, e) 지하 차폐(예를 들어, 토양, 콘크리트, 또는 다른 보호층을 포함): 중 하나 이상 또는 모두를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 고속 중성자 소스와 직접 정렬되지 않는 오프셋 콜리메이터를 포함한다.
본 명세서에 제공된 샘플 이미징 방법은: 상기 시스템에 의해 발생된 중성자에 샘플을 노출시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 본 명세서에는 반도체 제조를 위한 시스템 및 방법이 제공된. 몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 반도체 재료를 유지하는 컴포넌트에 빔이 지향되는, 본 명세서에 기재된 바와 같은 고에너지 이온빔(예를 들면, 수소 이온빔)을 발생시키는 가속기 시스템을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 본 명세서에 기재된 고에너지 이온빔 발생기 시스템으로부터 생성된 양성자와 반도체 재료를 접촉하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 (예를 들면, 주입된 수소 이온에 의해 형성된 클리빙 부위에서) 상기 반도체 재료를 클리빙하여 박막 웨이퍼를 생성하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 박막 웨이퍼로부터 광전지(PV) 웨이퍼를 가공하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 광전지 웨이퍼를 포함하는 솔라 패널을 가공하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 광전지 웨이퍼를 포함하는 발광다이오드(LED)를 가공하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 박막 웨이퍼로부터 발광다이오드(LED)를 가공하는 단계를 포함한다.
도 1은 타겟이 가스 타겟인 가속기 시스템의 예시적인 개략도를 도시하는 도면.
도 2는 타겟이 고체 타겟인 가속기 시스템의 예시적인 개략도를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3b는, 각각 도파관의 광폭면(broader face)으로부터 그 더 좁은 치수의 방향으로 내측으로 연장되는 금속 임피던스 매칭 컴포넌트(2개의 스텝 리지(step ridge)가 도시됨)를 갖는 알려진 도파관의 디자인을 도시하는 도면. 도 3a는 상부 단면도를 도시하고, 도 3b는 각 스텝에서의 전기장을 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4b는, 도파관의 중앙면으로부터 도파관의 광폭벽(broader wall) 쪽으로 점진적으로 외측으로 연장되는 반전 임피던스 매칭 컴포넌트를 갖는 본 발명의 예시적인 도파관 설계를 도시하는 도면. 도 4a는 상부 단면도를 도시하고, 도 4b는 각 스텝에서의 전기장을 도시하는 도면.
도 5는 가속기 시스템에서의 원격측정기(telemetry) 및 진단(diagnostics)의 예시적인 레이아웃을 도시하는 도면.
도 6은 자동 매핑(좌측)과 폐루프(closed-loop) 피드백(우측)에 대한 예시적인 흐름도를 도시하는 도면.
도 7은 자동 알고리즘에 의해 매핑된 이온 소스 동작 단계 공간의 2D 슬라이스의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 이온 소스 플라즈마 챔버를 둘러싸는 솔레노이드 자석을 조정 및 고정하기 위한 조정 시스템의 예시적인 실시예를 제공하는 도면.
도 9a는 서로 브레이즈 접합되는 부품을 갖는 예시적인 디퍼렌셜 튜브 어셈블리를 도시하는 도면. 도 9b는 내부에 위치된 수로(water channel)을 보여주는, 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 투시도를 도시하는 도면. 도 9c는 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 사시도를 도시하는 도면.
도 10은 러핑 펌프가 외측(보다 큰) 압력 용기 내부의 내측(보다 작은) 압력 용기 내부에 위치되어, 상이한 압력(예를 들면, 대기압)으로 동작할 수 있는, 네스트식(nested) 압력 용기 구성에서 가스 펌핑 흐름의 예시적인 개략도를 제공하는 도면.
도 11은 플라즈마 챔버로 들어가는 마이크로파를 변조하는 변조 마그네트론으로부터의 펄스화 빔의 일례(패러데이 컵으로 측정)를 도시하는 도면.
도 12는 직접 주입, 고경사(high-gradient) 가속기 0.70 mA 중수소, 300 keV 가속기, 39 kV 추출에서의 빔 궤도의 시뮬레이션의 일례를 도시하는 도면. 결과적인 빔은 전체적으로 이미턴스(emittance)는 더 낮지만 발산은 더 크다. 도 12b는 저경사(low-gradient) 가속기 0.70 mA 중수소, 300 keV 가속기, 39 kV 추출 전에 드리프트 길이 및 정전(electrostatic) 억제 및 드리프트 영역을 갖는 동일한 빔의 시뮬레이션의 일례를 도시하는 도면. 결과적인 빔은 이미턴스는 더 크지만 발산은 더 낮다.
도 13은 예시적인 능동 냉각식(actively cooled) 물 저항기 시스템을 도시하는 도면.
도 14는 렌즈 설계 소프트웨어 애플리케이션을 위한 예시적인 사용자 인터페이스를 도시하는 도면.
도 15는 PBGUNS로부터의 샘플 빔 궤도 플롯을 도시하는 도면.
도 16은 전자 억제 요소의 전기적 격리 및 정렬을 위한 정밀 세라믹 볼의 예시적인 사용을 도시하는 도면.
도 17은 매끄러운 표면을 중단하기 위한 딤플 구멍(dimpled holes)을 갖는 복수의 평행 핀(fin)을 포함하는 난류 유발 구조를 특징으로 하는 액체 냉각 고체 타겟의 일 실시예를 도시하는 도면. 좌측 패널은 평면도를 도시. 우측 패널은 횡단면 평면이 식별된 횡단면도를 도시.
도 18은 고체 타겟의 유체 냉각 채널 내의 난류 유발성 불규칙 형상부의 일례를 도시하는 도면.
도 19는 시간의 함수로서, 티타늄 도금 타겟으로부터의 중성자 수율(neutron yield)의 그래프를 보여주는 도면.
도 20은 타겟 개구를 통해서 이온빔의 포커싱 및/또는 조종을 위한 시스템의 예시적인 구성을 도시하는 도면.
도 21은 리버스 가스 유동 제트를 도시하는 도면.
도 22는 예시적인 빔 스크레이퍼 구성을 도시하는 도면.
도 23은 전기 절연된 고에너지 이온빔 발생기와 사용자 제어 스테이션 사이의 통신을 위한 예시적인 광섬유 인터록 장치를 도시하는 도면.
도 24는 열 중성자 라디오그래피(radiography) 용도의 감속재(moderator), 콜리메이터(collimator), 및 이미징 인클로저의 개략도를 도시하는 도면.
도 2는 타겟이 고체 타겟인 가속기 시스템의 예시적인 개략도를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3b는, 각각 도파관의 광폭면(broader face)으로부터 그 더 좁은 치수의 방향으로 내측으로 연장되는 금속 임피던스 매칭 컴포넌트(2개의 스텝 리지(step ridge)가 도시됨)를 갖는 알려진 도파관의 디자인을 도시하는 도면. 도 3a는 상부 단면도를 도시하고, 도 3b는 각 스텝에서의 전기장을 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4b는, 도파관의 중앙면으로부터 도파관의 광폭벽(broader wall) 쪽으로 점진적으로 외측으로 연장되는 반전 임피던스 매칭 컴포넌트를 갖는 본 발명의 예시적인 도파관 설계를 도시하는 도면. 도 4a는 상부 단면도를 도시하고, 도 4b는 각 스텝에서의 전기장을 도시하는 도면.
도 5는 가속기 시스템에서의 원격측정기(telemetry) 및 진단(diagnostics)의 예시적인 레이아웃을 도시하는 도면.
도 6은 자동 매핑(좌측)과 폐루프(closed-loop) 피드백(우측)에 대한 예시적인 흐름도를 도시하는 도면.
도 7은 자동 알고리즘에 의해 매핑된 이온 소스 동작 단계 공간의 2D 슬라이스의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 이온 소스 플라즈마 챔버를 둘러싸는 솔레노이드 자석을 조정 및 고정하기 위한 조정 시스템의 예시적인 실시예를 제공하는 도면.
도 9a는 서로 브레이즈 접합되는 부품을 갖는 예시적인 디퍼렌셜 튜브 어셈블리를 도시하는 도면. 도 9b는 내부에 위치된 수로(water channel)을 보여주는, 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 투시도를 도시하는 도면. 도 9c는 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 사시도를 도시하는 도면.
도 10은 러핑 펌프가 외측(보다 큰) 압력 용기 내부의 내측(보다 작은) 압력 용기 내부에 위치되어, 상이한 압력(예를 들면, 대기압)으로 동작할 수 있는, 네스트식(nested) 압력 용기 구성에서 가스 펌핑 흐름의 예시적인 개략도를 제공하는 도면.
도 11은 플라즈마 챔버로 들어가는 마이크로파를 변조하는 변조 마그네트론으로부터의 펄스화 빔의 일례(패러데이 컵으로 측정)를 도시하는 도면.
도 12는 직접 주입, 고경사(high-gradient) 가속기 0.70 mA 중수소, 300 keV 가속기, 39 kV 추출에서의 빔 궤도의 시뮬레이션의 일례를 도시하는 도면. 결과적인 빔은 전체적으로 이미턴스(emittance)는 더 낮지만 발산은 더 크다. 도 12b는 저경사(low-gradient) 가속기 0.70 mA 중수소, 300 keV 가속기, 39 kV 추출 전에 드리프트 길이 및 정전(electrostatic) 억제 및 드리프트 영역을 갖는 동일한 빔의 시뮬레이션의 일례를 도시하는 도면. 결과적인 빔은 이미턴스는 더 크지만 발산은 더 낮다.
도 13은 예시적인 능동 냉각식(actively cooled) 물 저항기 시스템을 도시하는 도면.
도 14는 렌즈 설계 소프트웨어 애플리케이션을 위한 예시적인 사용자 인터페이스를 도시하는 도면.
도 15는 PBGUNS로부터의 샘플 빔 궤도 플롯을 도시하는 도면.
도 16은 전자 억제 요소의 전기적 격리 및 정렬을 위한 정밀 세라믹 볼의 예시적인 사용을 도시하는 도면.
도 17은 매끄러운 표면을 중단하기 위한 딤플 구멍(dimpled holes)을 갖는 복수의 평행 핀(fin)을 포함하는 난류 유발 구조를 특징으로 하는 액체 냉각 고체 타겟의 일 실시예를 도시하는 도면. 좌측 패널은 평면도를 도시. 우측 패널은 횡단면 평면이 식별된 횡단면도를 도시.
도 18은 고체 타겟의 유체 냉각 채널 내의 난류 유발성 불규칙 형상부의 일례를 도시하는 도면.
도 19는 시간의 함수로서, 티타늄 도금 타겟으로부터의 중성자 수율(neutron yield)의 그래프를 보여주는 도면.
도 20은 타겟 개구를 통해서 이온빔의 포커싱 및/또는 조종을 위한 시스템의 예시적인 구성을 도시하는 도면.
도 21은 리버스 가스 유동 제트를 도시하는 도면.
도 22는 예시적인 빔 스크레이퍼 구성을 도시하는 도면.
도 23은 전기 절연된 고에너지 이온빔 발생기와 사용자 제어 스테이션 사이의 통신을 위한 예시적인 광섬유 인터록 장치를 도시하는 도면.
도 24는 열 중성자 라디오그래피(radiography) 용도의 감속재(moderator), 콜리메이터(collimator), 및 이미징 인클로저의 개략도를 도시하는 도면.
가속기 시스템의 예시적인 컴포넌트가 다음의 섹션에서 보다 상세히 기술된다: I. 이온 소스; II. 인프라스트럭처; III. 고전압 시스템; IV. 중성자 생성 타겟; V. 자동 제어 시스템; VI. 진단; 및, VII. 가속기 시스템에의 사용
I. 이온 소스
본 명세서에 제공된 이온 스스는: 플라즈마 챔버 마이크로파 도파관 피드; 동작 파라미터 최적화 기법; 소스 자석 장착 메커니즘; 및, 수냉식 빔라인 컴포넌트 제조를 위한 브레이징의 사용:을 포함하는 다수의 컴포넌트를 포함한다. 이들 개선 사항 각각에 대해 차례로 논의될 것이다.
A. "반전" 도파관("Inverted" Waveguides)
본 명세서에는 전자파 소스(예를 들면, 마이크로파 소스)와 플라즈마 챔버(예를 들면, 보다 큰 가속기 시스템의 일부로서)의 사이에 위치될 때 전자의 역류를 방지하는데 도움을 주는 반전 임피던스 매칭 컴포넌트(예를 들면, 스텝식 리지가 외부 구조체에 통합되지 않고 도파관의 중심에 장착된다는 의미에서 반전됨)를 포함하는 도파관이 제공된다. 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 일반적으로 전통적인 종래 기술의 임피던스 매칭 기법에 대해 "반전되거나" 또는 "내외부가 뒤바뀐" 것으로 간주되며, 소정 실시예에서 반전 컴포넌트가 도파관의 중앙면(midplane)으로부터 광폭벽(broader walls) 쪽으로 외측으로 점진적으로 확장되는 것과 같다(도 4). 소정 실시예에서, 반전 도파관은 디바이스를 포함하며, 상기 디바이스는: i) 전자파 유입점을 포함하는 근접 단부; ii) 전자파 출구점을 포함하는 말단 단부; 및 iii) 상기 근접 단부와 상기 말단 단부 사이에서 연장되며 전자파를 전파하도록 구성된 외벽:을 포함하는 a) 도파관; 및 b) 상기 도파관의 컴포넌트의 내부에 배치된 반전 임피던스 매칭 컴포넌트:를 포함하고, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 말단 단부로부터 상기 도파관의 근접 단부 쪽으로 적어도 부분적으로 연장되며, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 말단 단부와 근접 단부를 포함하고, 상기 임피던스 매칭 컴포넌트의 말단 단부는 상기 도파관의 말단 단부에 위치되거나 또는 말단 단부에 근접하게 위치되고, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 근접 단부보다 더 큰 횡단면 면적을 갖는다.
마이크로파 이온 소스에서, 플라즈마 챔버에는 원하는 가스(예를 들면, 수소, 중수소 등), 자기장, 및 마이크로파 파워가 공급된다. 마이크로파는 빔 출구 개구 반대편 단부에서 챔버로 들어가는 도파관을 통해 플라즈마 챔버에 전달된다. 빔 출구 개구 근처에서 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance: ECR) 조건이 충족되도록, 즉 그 위치에서의 전자 사이클로트론 주파수가 적용된 마이크로파의 주파수와 매치되도록, 자기장이 성형된다(shaped). 예를 들어, ωce=qB/m, 여기서 q는 전자의 전하, B는 자속 밀도, 및 m은 전자의 질량이다.
자기장의 기하학적 형상으로 인해, 마이크로파 파워는 플라즈마 챔버에 도달하기 전에 도파관 내의 ECR 영역에서 흡수될 수도 있다. 이는 도파관을 진공 하에서 유지하고 도파관을 플라즈마 챔버 내의 가스로부터 분리하기 위해 세라믹 디스크를 사용함으로써 방지된다. 본 기술분야에서는, 도파관이 이 도파관과 소스 챔버 내의 플라즈마 사이의 임피던스 불일치를 저감하도록 설계된, 도파관의 광폭면(broad face)으로부터 그 크기가 증가하여 세라믹 디스크에서 그 최대 크기에 이르는 한 쌍의 스텝식 리지의 형태의 임피던스 변환 메커니즘을 포함할 수 있다(도 3 참조).
배경으로서, 가속기 시스템의 추출 및 가속 영역에서 생성된 전자는 이온빔 출구 개구를 통해 이온 소스 플라즈마 챔버로 들어가서는 플라즈마 챔버의 반대편 단부에서 세라믹 절연체에 고에너지로 충돌할 수 있다. 이들 전자가 절연체를 관통하는 구멍을 태우면, 플라즈마의 작동 가스가 도파관으로 유입할 수 있으며, 여기서 마이크로파를 흡수함으로써, 이 영역에서 플라즈마를 형성할 수 있다. 이는 이온 소스 플라즈마의 구동에 이용 가능한 마이크로파 파워를 감소시키고, 이온 소스의 안정성에 영향을 미치며, 최대 추출 가능 빔 전류를 저하시키게 된다. 세라믹 내의 구멍이 충분이 커지면, 도파관의 과열이 그 컴포넌트를 또한 손상시킬 수 있어서, 전체 시스템의 신뢰성과 수명에 영향을 미칠 수 있다.
본 명세서에 기재된 반전 도파관(예를 들면, 도 4)은 세라믹 디스크를 관통할 수 있는 역류 전자(back-streaming electrons)를 포획하도록 설계되며, 그렇지 않을 경우 역류 전자는 도파관에 플라즈마 형성을 유발할 수 있으며, 그래서 소스 챔버 내의 플라즈마 밀도 및 마이크로파 파워의 손실로 인해 빔 전류를 저감시키는 한편, 과열로 인해 도파관에 손상을 줄 수도 있다. 소정 실시예에서, 전자들이 디스크를 손상함으로써 이를 관통하지 않고, 설계에 의해 임피던스 매칭 컴포넌트에 직접 충돌하지 않도록 세라믹 디스크에 구멍이 제공된다.
그래서, 몇몇 실시예에서는, 마이크로파 파워를 플라즈마 챔버에 효율적으로 결합하면서 손상 없이 역류 전자를 포획하도록 배치된 반전 임피던스 매칭 컴포넌트(예를 들면, 수냉식 금속 표면)가 본 명세서에 제공된다. 도파관의 스텝 리지(step ridges)의 알려진 설계는 도 3에 도시된 바와 같이, 외측 도파관 벽에 전기적으로 및 기계적으로 부착되고, 그 광폭면의 중심으로부터 가이드 내로 대칭적으로 연장되며, 가이드의 폭의 일부에 걸쳐서 연장된다는 점에서 종래의 것이다. 도파관 내의 필드(界)의 방향과 대칭성으로 인해, 소정 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이 리지들 사이의 중앙면(midplane)을 따라 이를 2분할하고, 중앙면을 가로질러 2개의 절반부를 전치(轉置)할 수 있다. 이러한 대칭성은 리지의 각 스텝에 적용되며, 도파관의 임피던스를 플라즈마 챔버에 매치시키기 위해 스텝식 디자인의 전기적 성능을 유지한다. 도파관 내의 임피던스 매칭 컴포넌트의 전형적인 배향을 반전시키기 위해 다른 접근법이 사용될 수도 있다.
본 명세서에 제공된 이러한 반전 유형의 디자인은 플라즈마 챔버의 축 상의 역류 전자의 경로에 상당량의 금속(substantial mass of metal)을 제공하는데(도 4b의 큰 단면적 참조, 최우측 섹션), 이는 저 필드(low field) 영역에 있어서 마이크로파의 전파(propagation)를 교란하지 않는 지지 컴포넌트에 의해 챔버의 측면으로부터 지지된다. 이러한 지지 컴포넌트(예를 들면, 레그)는 예를 들면, 저출력 용도의 고체 금속이거나 또는 임피던스 매칭 컴포넌트를 수냉시키기 위한 중공형 튜브일 수 있으며, 이 임피던스 매칭 컴포넌트는 예를 들면 도시된 바와 같이 개별 스텝의 형태이거나 또는 부드럽게 테이퍼진(smoothly tapering) 형상을 취할 수 있다.
소정 실시예에서, 하나의 지지 레그에 의해 플라즈마 챔버로부터 멀어지는 마이크로파 파워의 반사가 다른 지지 레그에 의해 반사된 파워에 의해 대부분 상쇄되도록 분리된 상태로, 도 4a에 도시된 바와 같이 2 세트의 지지 레그가 사용되며, 이 제2의 반사는 동일한 파동 크기 및 반대의 파동 위상을 갖는다. 이와 달리, 몇몇 실시예에서는, 저출력 용도에서 반사의 크기가 경미한 경우에는 단일의 지지 레그가 사용될 수도 있다.
소정 실시예에서, 역류 전자가 입사하는 임피던스 매칭 컴포넌트의 면에는 필요에 따라 고출력 용도에는 내열 금속 삽입물이 장착되거나, 저출력 용도에서는 저융점 고 열전도성 금속으로 남겨질 수 있다.
종래 기술에서는, 임피던스 매칭 컴포넌트(예를 들면, 2세트의 금속 스텝("스텝 리지")으로 구성될 수 있음) 각각이 도파관의 광폭면으로부터 그 더 좁은 치수 방향으로 내측으로 연장되며(도 3), 그 각 절반부는 도파관의 좁은 치수의 절반만큼 내측으로 이동된다.
B. 동작 파라미터 최적화
소정 실시예에서, 본 명세서에 기재된 가속기 시스템 또는 서브시스템은 성능을 개선하도록 최적화된다. 일반적으로 가속기 시스템은 다수의 결합된 비선형 서브시스템으로 구성된다. 이들은: 이온 소스 자석 위치와 전류, 이온 소스 마이크로파 파워, 이온 소스 가스 흐름, 빔 추출 전압, 가속기 전압, 포커스 솔레노이드 전류, 조종 자석 전류, 가스 타겟 압력이 포함하나, 이에 국한되지 않는다. 이 전체 시스템은 일반적으로 너무 복작해서 직접 모델링하거나 선험적으로 예측할 수 없다. 또한, 시스템의 개별 경우(instances)간의 사소한 차이, 예를 들면, 빔라인의 정렬도 시스템 성능에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 예측 모델에 통합하기가 어렵다. 그래서, 최종 시스템 최적화는 통상적으로 경험적인 결과에 의존한다. 이 프로세스는 일반적으로 시스템의 피크 성능을 얻기 위해 숙련되고 경험이 풍부한 운전자를 필요로 하며, 운전자의 실수에 의한 컴포넌트의 손상의 위험을 수반한다. 본 발명의 실시예는 최적화를 위한 자동화 및 부분 자동화된 프로세스를 제공함으로써 이러한 문제에 대처한다.
시스템의 최종적 최적화를 위한 자동화된 프로세스는 손상 위험을 최소화하고 숙련된 운전자의 필요성을 배제하면서 반복 가능한 성능을 제공한다. 소정 실시예에서, 가속기 시스템 또는 서브시스템은 서모커플(thermocouple), 카메라, 및 전압과 전류 모니터를 포함하나 이에 국한되지 않는 하나 이상의 보호/모니터링 컴포넌트를 포함할 수 있으며, 시스템의 상태를 자동으로 평가하여, 시스템이 이 최적화 프로세스 중에 컴포넌트를 손상할 수 있는 상태로 동작하는 것을 방지한다. 도 5는 다음의 것을 포함하는 예시적인 보호 및 모니터링 컴포넌트를 제공한다: 이온 소스 질량 유량계 및 압력계; 이온 소스 서모커플과 냉각재 유량계; 포커스 솔레노이드 서모커플, 냉각재 유량계, 전압 모니터, 및 전류 모니터; 개구 카메라, 서모커플, 및 냉각재 유량계; 타겟 카메라, 서모커플, 냉각재 유량계, 및 방사선 검출기; 추출 및 억제 압력계, 서모커플, 전류 모니터, 및 전압 모니터; 전류 모니터 및 에미턴스 스캐너와 같은 빔 진단 컴포넌트; 압력계; 및 가스 분석기.
소정 실시예에서, 이들 모니터링 컴포넌트는 제어 소프트웨어를 실행하는 중앙 컴퓨터와 통신하며, 제어 소프트웨어는 모니터링되는 가속기 시스템 컴포넌트에 대한 자동 조정을 가능케 한다. 예를 들면, 이 프로세스 중에, 관련 시스템 출력이 모니터링되는 동안, 하나 이상의 시스템 파라미터가 자동으로 제어 및 조정된다. 이는 개별 시스템의 동작 단계 공간이 매핑될 수 있게 한다. 이러한 맵(map)은 시스템의 전체 범위에 걸쳐서 가장 안정적인 동작 포인트를 찾을 수 있게 한다. 매핑이 완료되면, 제어 시스템은 필요에 따라 이러한 안정적인 동작 포인트로 자동으로 복귀하기 위해서 및 숙련된 운전자를 필요로 함이 없이, 폐루프(closed-loop) PID(proportional-integral-derivative) 알고리즘을 사용할 수 있다. 컴퓨터 구현 제어 로직의 일례가 도 6에 도시되어 있으며, 이는 가속기 시스템의 부품들이 다양한 컴포넌트에 손상을 줄 수 있는 조건에서 동작하는 것을 방지하도록 모니터링 컴포넌트로부터의 피드백을 중앙 컴퓨터 시스템에 제공한다.
몇몇 실시예에서, 이온 소스 서브시스템은 모니터링 컴포넌트로 모니터링된다. 초기에, 모니터링 컴포넌트를 시행하기 전에, 빔 전류와 같은 성능 메트릭(performance metrics)이 기록되는 동안에, 이온 소스 자석 위치와 전류, 이온 소스 마이크로파 파워, 이온 소스 가스 흐름, 및 추출 전압과 같은 각 파라미터가 개별적으로 수동으로 조정되었다. 그 결과, 동작 단계 공간의 제한된 매핑이 이루어졌다. 이 수동 프로세스는 시간 소모적이며, 합당한 기간 동안에 동작 공간의 작은 부분집합만이 탐색될 수 있었다. 수동 방법은 특히 자동화된 헬스 모니터링 및 인터로킹 시스템이 시행되지 않을 때 또한 컴포넌트를 손상하는 경향이 있다. 이러한 제약에 대처하기 시작하기 위해, 도 7에 도시된 예로 예시되는 바와 같이, 동작 단계 공간을 매핑하기 위해 이러한 수동 최적화 실행 동안에 수집된 데이터를 후처리(post-process) 및 마이닝(mining)하기 위해 (도 6에 도시된 것과 같은) 알고리즘이 개발되었다. 이러한 부분 자동화는 프로세스의 효률성과 반복성을 향상시키기는 했으나, 시스템이 동작하는 중에 실시간 결과는 허용하지 않는다. 소정 실시예에서, 장기간의 안정성 통계를 수집하기 위해 주어진 설정값에서 장시간의 동작을 추적하기 위해 모니터링 컴포넌트가 사용되며, 가장 안정적인 동작 포인트를 정량적으로 결정하기 위해 시스템에 또한 통합될 수 있다.
C. 자석 집중/장착
이온 소스의 정확한 자기장 프로파일은 마이크로파 파워를 플라즈마에 적절히 결합하기 위한 중요한 요소이므로, 이온 소스 자석의 미소한 물리적 움직임도 소스 성능에 있어서 큰 변화를 초래할 수 있다. 그래서, 여기서는 테스팅 및 최적화에 필요한 이러한 자석의 위치를 조정 및 고정하고, 시스템 간의 미묘한 변동을 감당하는 조정 시스템 및 컴포넌트가 제공된다. 이온 소스 플라즈마 챔버를 둘러싸는 솔레노이드 자석을 조정 및 고정하기 위한 조정 시스템의 하나의 예시적인 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 각 이온 소스 솔레노이드 자석은 에폭시로 싸여지며, 에폭시는 자석을 하나 이상의 부착 컴포넌트(예를 들면, 나사산이 형성된 금속 형상부)에 견고히 접착하는데 사용된다. 자석은 자기장을 이온 소스 영역에 집중시키며 외부 필드로부터 소스를 보호하는 강자성 인클로저 내부에 위치된다. 강자성 인클로저는 그 측면을 따라 슬롯을 구비함으로써, 인클로저의 외부로부터 각 자석 어셈블리의 나사산 형성 금속 형상부에 볼트를 부착할 수 있게 한다. 소스 축의 축을 따라서의 각 자석의 위치는 그래서 슬롯을 따라 볼트를 이동시킴으로써 조정될 수 있으며 볼트를 인클로저에 대해 조임으로써 적소에 고정될 수 있다. 그래서, 본 명세서에는 이온 소스 솔레노이드 자석을 적소에 위치시키고 또한 고정하기 위한 신뢰성 있고 비교적 저비용의 방법 및 시스템이 제공된다.
D. 브레이징 및 수냉
소정 실시예에서, 가속기 시스템에 위치될 때 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하는 금속 어셈블리(예를 들면, 저전도성(low conductance) 금속으로 구성됨)가 본 명세서에 제공되며, 상기 금속 어셈블리는: i) 적어도 하나의 수냉 채널, 및 ii) 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속(filler metal)을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트(예를 들면, 브레이즈 접합 조인트)에서 상기 제1의 금속 컴포넌트를 상기 제2의 금속 컴포넌트에 부착한다.
(예를 들면, 가스 타겟을 갖는) 구성에서, 진공 시스템에 걸친 큰 압력 차이는 타겟으로부터 빔라인으로의 가스의 흐름을 제한하는 저전도성 금속 개구에 의해 유지된다. 이온빔의 가장자리 영역의 고에너지 이온은 개구에 대량의 에너지를 축적하는데, 이는 과도한 가열과 영구적인 손상을 초래할 수 있다.
도 9a는 서로 브레이즈 접합되는 부품을 갖는, 예시적인 디퍼렌셜 튜브 어셈블리를 도시한다. 도 9a는 다음의 부품을 도시한다: 디퍼렌셜 튜브 플레이트(1); 제1 디퍼렌셜 튜브(2); 제2 디퍼렌셜 튜브(3); 터보 섀도우(4); 개구 튜브 캡(5); 한 쌍의 개구 튜브 로드(6); 및 복수의 플레이트 플러그(7). 도 9b는 내부에 위치된 수로을 보여주는, 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 투시도를 도시한다. 도 9c는 예시적인 디퍼렌셜 튜브 플레이트의 사시도를 도시한다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 개발 중에 수행된 작업은 수냉이 빔을 부분적으로 포획할 수 있는 금속 부품으로부터 열을 제거하는 효율적인 방법임을 알아냈다. 빔의 높은 출력 밀도 및 빔과 이들 컴포넌트가 위치하는 진공 환경으로 인해, 수냉을 구현할 때에는 특별히 고려해야 할 사항들이 있다.
고 열전도성의 금속(예를 들면, 구리, 알루미늄)을 사용하여 빔의 영향을 받을 수 있는 컴포넌트를 가공하고, 이들 부품에 수냉 채널을 추가하여 용융을 방지함으로써, 시스템의 신뢰성이 크게 향상되는 것으로 밝혀졌다. 이들 컴포넌트는 종종 복잡한 형상을 필요로 하고 열전도성이 높은 재료는 용접이 어렵기 때문에, 브레이징(brazing)이 물이 유입되는 공간을 남겨두면서 부품들을 결합하는 최선의 방법이라 판단되었다. 이는 수냉 채널의 형상이 복잡해도 되고 모든 중요한 영역에 도달할 수 있게 할 뿐만 아니라, 모재(base metal)의 높은 열전도성을 유지하는 강력하고 완전한 관통 조인트를 생성한다. 몇몇 다른 기술보다 고비용이긴 하지만, 진공 상태에 있는 수냉식 부품에 크게 문제가 되는 누수에 대한 높은 신뢰성을 제공한다.
최초에, 본 명세서에 기재된 실시예들의 개발 중에 수행된 작업에서, 이들 컴포넌트는 구리, 텅스텐, 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 제작되었으나 냉각되지 않았기 때문에, 빔의 가장자리만을 포획했음에도 불구하고 장기간 존속하지 못했음에 주목할 필요가 있다. 나중에 수냉 채널이 추가되었고 NPT 플러그로 밀봉이 이루어졌지만, 온도는 폴리머를 분해하기에 충분히 높았기 때문에, 스레드 밀봉재(thread sealant)는 고진공 환경으로의 누출을 방지하는데는 효과적이지 못했다. O 링도 고온에 대해서는 유사한 문제를 가지고 있다. 금속 플러그를 적소에 브레이징하는 것(예를 들면, 수로를 형성하기 위해 천공된 구멍을 메우기 위해)이 우수한 해법이다. 특정 실시예에서는, 수로 대신에 또는 수로에 부가적으로, 폐열을 제거하기 위해 히트 파이프(heat pipe)가 사용된다. 특정 실시예에서는, 수냉 채널과 함께 브레이즈 접합 어셈블리를 사용함으로써 전체 가속기 시스템의 신뢰성이 향상되는데, 이는 진공 펌프와 같은 다른 고가의 장비를 손상할 수 있는 누출이 더 적을 수 있기 때문이다.
II. 이온 소스 인프라스트럭처
소정 실시예에서, 이온 소스 인프라스트럭처는 그 개선된 거동(improved behavior)에 기여하는 다수의 개선점을 갖는다. 이들은, 예를 들면: 고전압에서의 진공 펌핑의 구현; 고전압에서의 소정 컴포넌트의 동작을 위한 네스트식(nested) 압력 용기; 및, 고전압의 컴포넌트로의 파워 전송을 위한 V 벨트의 사용을 포함한다. 이들 개선점 각각에 대해 차례로 논의될 것이다.
A. 고전압에서의 진공 펌핑
플라즈마 챔버로 공급되는 가스 중 일부는 마이크로파에 의해 이온화되지 않고, 강한 전기장이 인가되는 추출 및 가속 영역으로 표류(드리프트)한다. 중성 가스의 존재는 보통 고전압 아크의 가능성을 증가시키는데, 이는 시스템의 동작을 중단시킬 수 있으며, 그로 인해 고전압 전원 공급장치의 장애 상태를 촉발시키고 빔라인 컴포넌트의 수명을 저하시킬 수 있다. 빔의 이온은 산란 또는 전하 교환 이벤트와 같은 백그라운드 중성 가스와의 원자 및 분자 프로세스를 겪을 수 있는데, 이는 빔의 품질을 저하시키거나 이온 전류를 감소시킨다.
이를 문제에 비추어, 본 명세서에는 추출 영역으로부터 비이온화 가스를 제거할 수 있게 하는 시스템 및 방법에 제공된다. 소정 실시예에서, 이온 소스 영역은 플라즈마 소스로부터 추출 영역으로 유입하는 가스를 제거하기 위해 고전압 돔 내부에서 이온 소스 상에 직접 제1 진공 펌프(예를 들면, 소형 터보분자 진공 펌프)를 장착할 수 있도록 설계된다. 그러나, 진공 펌프로부터의 배기는 이온 소스가 상주하는 고압의, 절연 가스로 충전된 인클로저 내로 방출될 수 없다. 이 2차 문제를 해결하기 위해, 진공 펌프 배기는 제2 진공 펌프(예를 들어, 소형 러핑 펌프)에 의해 보다 고압으로 압축된 후, 고압 단부와 그라운드 사이에 이어진 절연 호스 내로 통과된다. 소정 실시예에서, 절연 호스는 절연파괴 전압 정격(voltage breakdown rating)을 높이기 위해 나선형으로 감겨 있다. 그라운드 단부에서, 가스는 일반 진공 펌프 시스템과 같이 대기로 방출된다. 배기 가스를 고전압을 가로질러 펌핑하는 것은 일반적이지 않으며, 구현의 어려움으로 인해 이러한 해법은 반직관적이긴 하지만, 절연 가스로 충전된 인클로저를 사용할 때 추출 및 가속 영역으로부터 가스를 제거할 수 있게 한다. 이온 소스 영역에 직접 펌핑함으로써 플라즈마 소스로부터 대부분의 누설 가스가 제거되며, 그에 따라 추출 영역의 압력을 저감시킨다. 이는 사용될 수 있는 최대 전압을 증가시키고, 아크를 저감하며, 장기적인 신뢰성을 증대시키고, 보다 우수한 빔 품질을 가능케 한다. 이는 또한 가스 흐름 요건에 관계없이 이온 소스 영역을 설계할 수 있게 하여, 설계 유연성이 향상된다.
종래 기술의 디자인은 가속기의 그라운드 단부에서 진공 펌프를 사용했지만, 가스는 통상적으로 고전압으로 유지되는 이온 소스 단부에서 주입된다는 것에 주목하자. 그러한 구성에서, 이온 소스와 가속기는 가스가 가속기로부터 빠져나가도록 높은 가스 흐름을 갖도록 신중하게 설계될 필요가 있었다. 이러한 설계에 의해서도, 시스템의 기본적인 물리 원리는 이온 소스 영역에서 달성할 수 있는 진공 레벨을 제한하여, 사용될 수 있는 최대 전압을 제한하고, 아크 주파수를 증가시키는데, 이는 안정성과 장기적인 동작에 유해하다.
B. 압력 용기 내의 압력 용기
고전압으로 유지되어야 하는 장비는 일반적으로, 파괴적이고 잠재적으로는 손상을 초래하는 아크의 발생을 최소화하기 위해, 절연 가스로 충전된 압력 용기 내의 매끄러운 형상의 고전압 돔에 둘러싸여 있다. 하지만, 몇몇 보조 컴포넌트는 가압 환경에서는 올바르게 작동할 수 없다. 그래서, 본 명세서에서는, 고전압(high voltage)에서 신뢰성있는 동작을 위해 압력 용기 내에 배치될 필요가 있지만 고압(high pressure) 환경에서는 동작할 수 없는 컴포넌트(예를 들면, 러핑 펌프)가, 공칭 대기압으로 가압되며 튜브를 통해서 보다 큰(외측) 압력 용기의 외부에 연결되는 보다 작은(내측) 압력 용기 내에 배치되는 해법이 제공된다.
예를 들면, 상기 섹션에 기재된 바와 같이, 추출 영역으로부터 가스를 제거하기 위해 이온 소스에 부가된 터보분자 펌프를 지원하도록 러핑 펌프가 사용된다. 러핑 펌프는 보다 큰(외측) 압력 펌프(도 1의 SF6 압력 용기 참조)에 의해 생성된 가압 환경에서가 아니라 대기압에서 가장 잘 작동한다. 이와 같이,도 10에 도시 된 바와 같이, 네스트식(nested) 압력 용기 구성이 제공되는데, 여기서 러핑 펌프는 외측(보다 큰) 압력 용기 내부의 내측(보다 작은) 압력 용기의 내부에 배치되어, 상이한 압력(예를 들면, 대기압)으로 동작할 수 있다. 본 발명의 실시예의 개발 중에 수행된 작업에서, 가압 환경에서 러핑 펌프를 동작시키려던 시도는 가스가 펌프 내로 누출되는 결과를 가져왔고, 그래서 펌프가 더 심하게 작동해야 했었다는 것에 주목하자. 또한, 내측 압력 용기 내에 러핑 펌프를 사용하지 않으면, 터보분자 펌프를 통한 가스 역류가 발생하여 진공 시스템을 오염시킬 수 있다.
C. V 벨트
고전압에서 유지되는 컴포넌트를 위한 전력은 그라운드와 전기 절연되는 방식으로 공급되어야 한다. 이러한 에너지를 공급하는 종래 기술은 절연 샤프트 또는 벨트로 구동되는 발전기와 절연 변압기를 포함했다. 전력 전송 용도로 생산 중인 대부분의 벨트에는 강철 케이블이 내장되어 있거나, 폴리머에 대량의 탄소가 첨가되어 있거나, 양자 모두를 갖추고 있다. 이들 특징 양자(兩者) 모두는 그 벨트가 효과적인 도전체로 되기 때문에 전압 절연 요건을 유지하지 못하게 한다. 다른 벨트들은 전기를 쉽게 전도하지는 않지만, 일반적으로 송신되는 대량의 전력을 처리하기에는 너무 약하거나, 시간의 경과에 따라 점점 전도성이 높아짐이 관찰되었는데, 이로서 벨트가 고장이 나고 기능 장애에 이를 수 있다.
이 문제에 대한 해법은 시스템을 제공함으로써 본 명세서에 제공되는데, 상기 시스템은: a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템에서 고전압으로 유지되는 적어도 하나의 고전압 컴포넌트; 및, b) 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전기적으로 연결되며 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전력을 공급하는(예를 들면, 그라운드로부터 전기 절연되는 방식으로), 전력 컴포넌트:를 포함하며, 상기 전력 컴포넌트는 V 벨트를 포함하고, 상기 V 벨트는 복수의 세그먼트(예를 들면, 3 ... 25 ... 100 ... 400개의 세그먼트)를 포함하며, i) 열악한 전기 전도체이거나, ii) 전기 비전도체이다.
V 벨트는 전달되는 전력 부하를 처리할 수 있고 또한 필요한 전기 절연을 유지할 수 있음이 확인되었다. 예를 들어, Fenner POWERTWIST와 같은 세그먼트형 V 벨트는 전압 갭(voltage gap)을 통해 대량의 전력을 성공적으로 전송하는 것으로 밝혀졌다.
III. 고전압 시스템
다양한 실시예에서, 고전압 시스템은 그 개선된 거동에 기여하는 다수의 개선점들을 갖는다. 이들은: 직접 이온 주입; 능동 냉각 물 저항기; 이상적인 정전 렌즈 설계 프로세스; 전자 억제 소자의 전기 절연 및 정렬을 위한 정밀한 절연 볼의 사용:을 포함한다. 이들 개선점 각각이 차례로 논의될 것이다.
A. 직접 이온 주입
많은 빔라인은 이온 소스와 가속기의 사이에 배치된 컴포넌트를 필요로 한다. 이 LEBT(low energy beam transport: 저에너지 빔 전달) 섹셕은 빔이 플라즈마 소스를 빠져나갈 때 빔을 받아서는, 요구되는 빔 파라미터로 가속기에 전달한다. 전형적으로, LEBT는 분석 자석, 포커싱 요소, 전자 억제 요소, 및 빔 초퍼(chopper)를 포함하나, 이에 국한되지 않는다. 이러한 컴포넌트는, 플라즈마 소스로부터 추출된 빔이 가속기에 의해 받아들여질 만큼 품질이 충분히 높지 않은 경우에 필요하다. 이러한 LEBT 컴포넌트는 시스템의 크기, 비용, 및 복잡도를 증가시킨다. 복잡도의 증가는 일반적으로 신뢰성의 저하 및 덜 강인한 시스템을 초래한다. 또한, 빔의 공간 전하의 증가로 인해, 이들 문제는 일반적으로 고전류 DC 빔라인에서 더욱 현저하게 된다.
LEBT 컴포넌트와 관련된 이들 가능한 문제에 비추어, 몇몇 실시예에서는, 어떠한 LEBT 컴포넌트도 사용하지 않는 직접 이온 주입 시스템이 본 명세서에 제공된다. 직접 이온 주입만을 제공하기 위해, 마이크로파 파워를 신속하게 변조하는 것, 드리프트 길이(이온 소스와 가속기 컬럼의 입구 사이의 거리)를 변경하는 것, 가속기 컬럼의 압력을 저감하는 것, (예를 들어, 상기 및 본 명세서에 기재된 제1 및 제2 진공 펌프를 사용하여) 고전압 영역의 압력을 저감하는 것을 포함하는 다양한 해법이 이용된다.
마이크로파 이온 소스의 높은 원자 분율 특성(atomic fraction characteristic)은 이온 소스와 가속기 사이에 종 분석(species-analyzing) 자석의 필요성을 없애줄 수 있다. 빔라인에서의 충분한 진공 펌핑은 백그라운드 이온화 및 이온 소스와 가속기 사이의 정전 전하 억제의 필요성을 감소시킨다. 이는 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 가속기의 고전압 단부에 펌핑을 추가함으로써 한층 더 촉진된다.
필라멘트에 기초한 기술과 같은 많은 이온 소스 기술은 열 공정(thermal process)에 의존하며, 온오프하는데 비교적 느리다. 이러한 소스에서는, 빔을 신속하게 변조하기 위해 추출 또는 가속 고전압 전원 공급장치가 션트(shunt)되거나 스위칭되어야 한다. 이는 일반적으로 신뢰성을 저하시키면서, 복잡성과 비용을 증가시킨다.
소정 실시예에서, 마이크로파 이온 소스는 구동 마이크로파 파워를 제어함으로써 신속하게 직접 변조된다. 이는 추출 및 가속 고전압 전원 공급장치가 안정적으로 유지되는 동안에, 빔이 신속하게 펄스화되거나 소멸되게 한다. 이러한 기능은 빔 초퍼, 키커(kicker), 또는 고전압 스위칭 회로를 필요로 함이 없이, 시스템 시운전 및 기계의 보호를 가능케 한다. 도 11은 플라즈마 챔버로 들어가는 마이크로파를 변조하는 변조 마그네트론으로부터의 펄스화 빔의 일례(페러데이 컵으로 측정)를 도시한다.
직접 주입 아키텍처에서는, 도 12a에 도시된 바와 같이 이온 소스로부터 추출된 빔이 가속기로 바로 들어간다. 이러한 기하학적 구조는 드리프트 길이를 최소화하며 그 결과 공간 전하로 인한 빔 직경의 증가를 저감한다. 이온빔 직경은 솔레노이드 포커싱소자에 있어서 중요한 요소이다. 그래서, 이온 소스와 가속가 사이의 드리프트 길이를 변경함으로써 빔 직경과 발산을 제어하는 능력은 이온 소스, 가속기, 포커싱 소자, 및 타겟을 매칭시켜서 전체 빔라인을 설계할 때 보다 우수한 성능을 가능케 한다. 그래서, 소정 실시예에서는, 직접 주입 아키텍처를 최적화하기 위해 드리프트 길이가 변경된다(연장되거나 단축된다).
"드리프트 길이"는 어떠한 외부 전자기장도 없는 영역에서 빔이 이동하는 물리적인 거리이다. 이는 메인 시스템 도면에서 추출/억제/출구 렌즈 그룹과 가속기 컬럼의 입구 사이의 물리적인 거리에 대응한다. 이는 비직접 주입 시스템에서 LEBT가 사용되게 되는 위치와 동일하다.
가속기 전의 드리프트 길이가 도 12b에 20 내지 500mm로 도시되어 있다. 필드(界)가 없는 드리프트 영역에서는, 빔이 백그라운드 자유 전자에 의해 대부분 중화되며, 공간 전하 효과는 크게 감소된다. 이러한 조건 하에서는, 이온 소스로부터 추출된 빔의 포락선(envelope)은 일정한 정각(apex angle)을 갖는 원뿔로 근사화될 수 있다. 이와 같이, 드리프트 영역의 종단(end)에서 가속기로 들어가는 빔의 직경은 이 팽창 각도(angle of expansion)와 연계된 드리프트 영역의 길이에 의해 결정될 수 있다. 가속기의 구면 수차와 공간 전하 효과는 빔의 직경에 의존하며, 그래서 이온 소스와 가속기 사이의 드리프트 영역의 길이는 시스템의 성능에 중요한 요인이 된다.
신뢰성 있게 동작하기 위해, 직접 주입 시스템은 일반적으로 보다 미세하게 튜닝되는 이온 소스를 필요로 하며, 이는 통상적으로 숙련된 운전자에 의한 장시간의 시운전 프로세스를 요한다는 것에 주목하자. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 자동화된 시스템 튜닝 알고리즘은 이러한 프로세스의 속도와 신뢰성을 증대시킨다. 어떠한 장애도 또한 일반적으로, 본 명세서에 설명되는 자동화된 복구 시스템에 의해 운전자의 개입 없이 자동으로 처리될 수 있다. 이는 그러한 일시적인 이벤트에 의해 초래되는 어떠한 손상이나 다운타임도 효과적으로 최소화하거나 없앨 수 있다.
이온 소스와 가속기 컬럼 사이의 전자 억제 컴포넌트의 배제는 일반적으로 백그라운드의 중성물질 또는 가속기의 벽과의 상호작용으로 인해 가속기 내에 생성된 임의의 전자가 고에너지로 이온 소스로 되이송될 수 있게 한다. 이는 이온 소스 컴포넌트에 손상을 초래할 수 있고, 그 수명을 저하시키며, 고전압 전원 공급장치에 불필요한 부하를 걸어서, 그 비용을 증대시킨다.
잘 최적화된 시스템에서는, 임의의 가속기 표면에 충돌하는 빔 전류는 무시할 만한 레벨로 존재한다. 유해한 역류 전자의 대부분은 그래서 백그라운드 중성물질과의 상호작용에 의해 생성되므로, (위에서 논의된 바와 같이) 가속기 내의 압력을 낮추면 이들 문제를 최소화하게 된다. 본 명세서에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이온 소스와 가속기의 사이에 정전 억제 렌즈(아래에서 더 설명됨)를 갖는 시스템의 고전압 영역에서의 진공 펌핑 능력의 증대는 백그라운드 압력을 저감시키며 그에 따라 역류 전자 전류를 저감시키는 효과적인 방법이면서, 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시킴이 밝혀졌다. 소정 실시예에서, 직접 주입 시스템의 고전압 단부에 유사한 펌핑을 부가하는 것은 전체적인 안정성을 더 향상시키고 가속키 컴포넌트의 수명을 더 연장시키게 된다. 이온 소스에 도달하는 역류 전자의 유해한 영향은 본 명세서에서 상세히 논의되는 소위 반전 도파관(inverted waveguide)에 의해 더욱 완화될 수 있다.
위에서 논의된 기술을 사용하는 것과 같은 방향 주입을 구현하면, 빔 직경을 축소할 수 있고 고전류 이온빔의 빔 전송을 향상시킬 수 있다. 빔 특성을 튜닝하면, 디퍼렌셜 펌핑 시스템 상에 있는 개구를 더 작게하고, 빔 전송 거리를 더 길게 하며, 및 하류의 고에너지 가속기 내로 더 잘 받아들여지게 할 수 있다. 일반적으로, 가스 타겟에는 더 작은 빔 직경과 개구가 중요하다. 또한, 가속기 구동 미임계 어셈블리(subcritical assembly)를 포함하나 이에 국한되지 않는 이온 소스로부터 먼 거리에 배치될 필요가 있는 타겟에는 보다 긴 전송이 중요하다. 고에너지 물리학 연구실에서는 하류의 가속기 내로 받아들여지는 것이 중요하다.
B. 능동 냉각식 물 저항기
HVPS(high-volatage power supplies: 고전압 전원 공급장치)는 가속기 시스템의 컴포넌트를 실행하는데 사용된다. 이러한 HVPS를 테스트할 때는, HVPS가 사양을 충족함을 명확히 하기 위해 출력을 테스트 부하에 접속할 필요가 있다. 테스트 부하는 최대 300 kV DC에 견뎌야 하며, 최대 30 kW, 또는 약 3 kW, 또는 약 5 kW의 열을 배격해야 한다. 이러한 테스트 부하를 구축하는 것은 상이한 부하 하에서 동작할 수 있도록 복수의 고비용의 특수 저항기를 구매하는 것을 요한다.
또한, 특정 가속기는, 아크를 방지하기 위해 가속기를 따라 전압을 균등하게 분배하고 이온빔을 적절히 가속하기 위해 균일한 전기장을 부여하기 위해 일련의 저항기로 구성된 저항 분할기(resistor divider)를 사용한다. 기존의 저항기는 고전압의 정격이 필요하고, 부피가 크며, 제한된 전력 손실을 갖고 있는데, 이는 가속기의 성능을 제한하게 된다.
소정 실시예에서, 최대 300 kV의 전압 및 최대 30 kW의 전력 레벨에서 HVPS를 테스트하는데 사용되는 재순환, 고전력, 고전압 물 저항기, 또는 테스트 부하가 본 명세서에 제공된다. 동일한 개념이 정전 가속기용의 유연한 고전압 그레이딩 저항기(grading resistor)로 또한 사용되고 있다(도 13 참조).
이들 시스템과 방법은 재순환하는 제어된 도전성 물을 저항 요소로 사용한다. 절연 튜빙(예를 들면, 플라스틱 튜빙)이 그라운드 전극과 고전압 전극 사이에 접속된다. 물 펌프는 저수조로부터 물을 받아서는 이를 전극을 통해서, 방산 열을 제거하기 위해 열교환기를 통해 순환시키고는, 저수조로 다시 되보낸다.
물의 도전율을 낮추기 위해 탈이온화(deionizing: DI) 수지가 사용되고, 필요에 따라 도전율을 높이기 위해 희석 금속염 용액이 사용된다. 물의 도전율을 능동적으로 제어함으로써, 넓은 범위에 걸쳐서 저항이 변경될 수 있다. 사용되는 DI 수지는 일반적으로 15MΩ-cm 이상의 저항률의 탈이온수를 생성할 수 있다. 이 수지는 종종 "혼상식(mixed-bed)" 수지로서 상업적으로 제공되는데, 이는 수소 형태 강산 양이온 수지와 수산화물 형태 강염기 음이온 수지의 등량으로 구성된다.
원하는 바에 따라, 절연파괴 전압을 증가 또는 감소시키기 위해 절연 튜브의 길이를 조절함으로써, 물 저항기의 전압 정격이 변경될 수 있다. 저항기의 전력 용량은 물이 설계 전력 정격에서 비등점을 초과하지 않도록 물의 유량과 튜빙의 직경을 선택함으로써 조정될 수 있다.
본 발명의 실시예의 개발 중에, 연질의 비닐 튜빙은 고전압 아크로 인해 핀홀 누설(pinhole leaks)을 발생시키는 것이 발견되었다. 전기 비전도성 튜빙에 적합한 재료로는 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌이 포함되나, 이에 국한되지 않는다. 사용될 수 있는 금속염은 황산구리, 염화나트륨, 염화 암모늄, 황산 마그네슘, 티오 황산나트륨을 포함하나 이에 국한되지는 않는다.
이들 시스템의 예시적인 실시예는 다음과 같다. 물 저항기는 초기에 탈이온수로 충전된다. 이러한 이유로 인해, 물 저항기의 제작에 사용되는 재료는 DI 물 시스템에 적합해야 한다. 일반적으로 최상의 성능을 위해, 시스템 내의 모든 금속은 동일해야 하며, 이는 예를 들면, 구리, 알루미늄, 또는 스테인리스 스틸 중 하나일 수 있다. 일반적으로 금속 유형을 혼합하면 부식을 촉진시켜서 컴포넌트의 수명이 단축된다. 저항을 낮추는데 사용되는 금속염은 선택된 금속에 적합해야 하는데, 예를 들면 구리와는 황산 구리가 사용되고, 스테인리스와는 염화 암모늄이 사용되는 등이어야 한다. 용액으로부터 여분의 이온을 제거하고 저항을 증가시키기 위해 15 또는 18ΜΩ-cm의 혼상식 DI 수지가 사용된다. 소정 실시예에서는, 다음의 것이 사용된다: 스테인리스 전극, 스테인리스 열교환기, 황산 마그네슘 염, 및 15ΜΩ-cm의 변색 DI 수지.
고전력, 고전압 부하에 대한 실제 예시적인 적용에서, 시스템은 다음과 같다. 절연 튜빙은 2부품의 폴리카보네이트 튜빙으로, 0.95cm의 내경(ID)과 90.0cm의 길이였다. DI 수지는 ResinTech MBD-30 표시의 수지였다. 희석 염 용액에 대한 전기적인 연결에는 구리 튜브가 사용되었다. 전해질은 황산구리였다. 테스트 부하의 저항은 R = rho*L/A와 같이 계산되는데, 여기서 rho는 저항률, L은 튜브의 길이, 및 A는 튜브의 면적이다. 18ΜΩ-cm의 저항률의 DI 순수(pure water)에서는, 테스트 부하 저항이 R = 18e6 Ω-cm*2*90cm/0.71cm2 = 4.6e9 Ω이었다. 이 고저항은 본질적으로 무부하(zero load)이며, 전체 전압, 무부하 테스트가 행해질 수 있게 하였다. 다음에 저항률을 2960 Ω-cm로 낮추기 위해 황산구리가 첨가되었는데, 이는 750 kΩ의 저항을 주었다. 이는 테스트 부하가 150 kV, 200 mA로 동작하게 하였다. 30 kW의 손실 전력이 열교환기를 통하여 냉각수로 배격되었다.
소정 실시예에서, PLC/소프트웨어 제어는 시스템을 완전 자동화하여, 운전자가 저항을 선택할 수 있게 하고, 시스템은 온도 또는 전도율에 있어서의 작은 드피프트도 자동으로 보상하게 된다. 또한, 대기 중의 산소 또는 CO2가 물과 접촉하는 것을 방지하는 밀폐 시스템 또는 다른 방법은 더 적은 소모품을 필요로 하고 서비스 간격 사이의 시간을 늘림으로써, 화학적 안정성을 높이고 시스템의 수명을 연장시키게 된다.
C. 렌즈 설계
마이크로파 플라즈마 소스로부터 이온을 추출하고 이들 빔으로 형성하기 위해 정전 렌즈 스택이 사용된다. 정전 렌즈 스택은 i) 플라즈마 렌즈, ii) 추출 렌즈, iii) 억제 렌즈, 및 iv) 출구 렌즈로 구성된다. 렌즈의 정확한 형상은 전류 밀도, 스폿 크기, 발산, 및 이미턴스의 측면에서 주어진 소스 파라미터와 인가된 전압에서의 빔 특성에 영향을 미친다. 이들은 시스템의 강인성, 총 추출 전류, 및 고전압 요건에 영향을 미친다. 최대 인가 전압 및 전기장과 같은 동작 제약 조건의 영향을 받는 하류의 컴포넌트(예를 들면, 가속기 컬럼, 포커스 솔레노이드, 또는 저 컨덕턴스 개구)를 통해서 전파될 때 원하는 특성의 빔을 얻기 위해 적절한 렌즈 형상을 결정하기 위한 프로세스가 요구된다.
소정 실시예에서, 본 명세서에 제공되는 렌즈 설계 프로세스는 원하는 빔 특성이 주어지면, 플라즈마 및 추출 렌즈의 명목상 이상적인 프로파일을 결정하는 내부 컴퓨터 코드로 시작한다. 이는 추출 시스템과 하류의 컴포넌트를 통한 이온빔 전송을 시뮬레이션하는데 사용되는 상업적으로 이용 가능한 프로그램인 PBGUNS (Particle Beam GUN Simulations)에 계산된 렌즈 형상을 입력하기 위한 파일을 또한 생성한다. 도 14는 렌즈 디자인 소프트웨어 애플리케이션을 위한 예시적인 사용자 인터페이스를 도시한다.
PBGUNS는 빔 궤적과 결과를 출력하고, 설계된 렌즈 스택의 적합성을 확인하거나 빔 품질 및 그에 따라 전체 시스템의 성능을 최적화하기 위해 그 형상에 이루어질 수 있는 변경을 제안하는데 사용될 수 있다. 도 15는 PBGUNS의 샘플 빔 궤도 플롯을 도시한다.
렌즈 형상 결정 코드에 대한 입력은 다음과 같다: 빔 전류, 추출 전압, 이온 종 분율(ion species fraction), 최대 전기장, 및 플라즈마 렌즈 개구에서의 이온 전류 밀도이다. 이 코드는 플라즈마와 추출 렌즈 사이에 구형으로 수렴하는(spherically convergent), 공간 전하 제한 이온 흐름을 발생시키는 렌즈를 출력하는 한편, 빔의 외부에서 제로 전하의 방정식(라플라스 방정식)을 충족하고 빔의 가장자리에서 두 영역 사이의 매칭 솔루션을 생성한다.
PBGUNS는 시스템의 기하학적 구조 외에 많은 입력을 갖는다. 이는 그리드 정밀도, 경험적으로 결정된 빔 중화 계수, 및 소스 플라즈마 내의 전자 및 이온의 온도를 포함한다. 프로그램은 특정의 축방향의 위치에서 빔 궤도 플롯뿐만 아니라 단계 공간(phase space) 플롯 및 이미턴스 계산을 출력한다. 각 실행당 단일의 축방향의 위치에 대해 일부 제한된 빔렛(beamlet) 데이터가 또한 출력되는데, 이는 결과를 보다 상세하게 후처리하는데 사용될 수 있다.
소정 실시예에서, 3D 구성의 시뮬레이션을 가능케 하는 렌즈를 설계하기 위해 다른 프로그램이 사용된다(예를 들어, 플라즈마 소스로부터 추출될 수 있는 총 전류를 증가시키기 위해 다중 개구 추출 시스템을 고려하는 경우, 일부 적용에 있어서는 중요할 수 있음). IBSIMU와 같은 다른 소프트웨어 패키지는 3D 구성을 가능케 하는 한편, PBGUNS보다 더 빠르게 2D 지오메트리(geometry)를 실행하지만, 전체 계산은 그다지 정확하지 않을 수 있다.
D. 억제 요소의 구현
고에너지 이온빔 발생기는 추출 렌즈 스택을 사용할 수 있으며, 억제 전극이 추출 렌즈에 대해 음(-)으로 바이어스되고 그로부터 바로 하류에 배치되며, 추출 렌즈에 전기 접촉하는 출구 전극이 이어진다. 결과로서 생기는 정전기 포텐셜의 딥(dip)은 하류에서 (예를 들면, 이온화 또는 고체 표면으로부터의 2차 방출에 의해) 생성된 전자가 고에너지로 가속화되어 소스 컴포넌트를 손상하는 것을 방지한다. 갇힌 전자는 또한 이온빔의 공간 전하 보상에 보다 효과적으로 기여할 수 있으며, 그래서 빔 크기, 발산, 및 이미턴스를 감소시킬 수 있다. 이러한 렌즈 스택은 그래서 시스템의 신뢰성을 높이고, 빔 품질을 향상시키며, 타겟으로 전송될 수 있는 총 전류를 증가시킴으로써, 가동 시간과 처리량을 향상시킨다.
본 명세서에는 전극들 사이의 고전압에 견디면서, 렌즈 스택 내의 전극들을 서로 정렬 및 유지하는데 사용되는 컴포넌트가 제공된다. 이 메커니즘은 기계적으로 견고하고, 전기 절연을 제공하며, 초고진공(ultra-high vacuum)에 적합하고, 고온에서의 동작, 밸런스를 잡기 위한 복잡한 일련의 기준에 적합하다.
몇몇 실시예에서, 예를 들면 도 16에 도시된 바와 같이 절연 볼(예를 들면, 세라믹 볼)이 서로 적층된 각 쌍의 전극 상의 원뿔형 오목부의 사이에 눌려있다. 몇몇 실시예에서, 각 렌즈 갭에 대해, 3개의 절연 볼(예를 들면, 세라믹 볼)이 완전히 정의된 평면에 기계적 접촉을 달성하기 위해 방위각 좌표에서 균등하게 이격된다. 높은 수준의 구면 대칭 및 직경 공차를 감안하면, 세라믹 볼은 렌즈들의 자체 정렬을 가능케 하는데, 이는 3개의 세라믹 볼의 대향 측면에 대해 견고히 눌려진 2개의 전극은 다른 기하학적 형상에 비해, 남아있는 자유도가 없기 때문이다.
세라믹 볼은 초고진공, 매우 고온에 적합하고, 매우 견고하며 강성이고, 높은 절연 강도를 가짐으로써, 고전압에서의 사용을 위한 절연을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 추출 전극과 출구 전극 사이의 금속제 볼트에 의해 전체 렌즈 스택이 함께 유지되는데, 이는 이들이 동일한 정전기 포텐셜에서 유지되고 이들 사이의 전기적인 접촉이 바람직하기 때문이다. 금속제 볼트는 또한 세라믹 볼보다 훨씬 더 내구성을 갖는다.
세라믹 볼은 매우 높은 정밀도의 직경(~0.1%) 및 진구도(sphericity)(~0.1%)와 함께 비교적 저비용으로, 용이하게 제작되거나 기성품의 컴포넌트로서 구매 가능하다. 세라믹 볼은 종종 대부분 알루미나로 제작되며 정격 온도가 1000 °C를 초과하지만, 다른 재료도 사용될 수 있다.
정밀한 세라믹 볼을 사용하기 전에, 세라믹 볼트, 너트, 및 와셔가 사용되었다. 이들은 진공, 고온, 및 고전압 동작에 적합하다. 하지만, 이들은 특히 렌즈 스택의 축이 수평으로 배향될 때 전단 응력에 취약하기 때문에, 취성을 가지며 파단되기 쉽다. 또한, 전극의 관통 구멍은 볼트의 나사산의 대경(major diameter)보다 필연적으로 더 크기 때문에, 렌즈는 최소 2의 자유도를 가지며, 그래서 자체 정렬은 그러한 유형의 어셈블리에서의 특징이 아니었다.
정밀한 세라믹 볼의 사용은 억제 전극을 이용한 추출 전극 스택의 기계적으로 견고한 어셈블리에 더해, 렌즈들 사이의 고유한 자체 정렬을 가능케 하면서, 고전압, 고온, 및 초고진공에서 사용될 수 있게 한다. 이 컴포넌트는 기계적 안정성, 빔 품질, 및 소스와 빔라인 컴포넌트의 보호 측면에서 전체 시스템의 신뢰성을 향상시키는데 도움을 주면서, 관심 타겟으로 신뢰성있게 전송될 수있는 총 전류를 증가시킨다.
IV. 중성자 생성 타겟
그 예시적인 성능에 기여하는 중성자 생성 타겟 시스템에 다수의 진전이 이루어졌다. 이들은 다음의 것들을 포함한다: A) 고체 타겟을 위한 능동 냉각 메커니즘; B) 아르곤 스퍼터 클리닝 프로세스; C) 기체 타겟 시스템에서 튜브 개구에 열 부하를 분산하기 위한 메커니즘; D) 리버스 가스 제트; 및 E) 빔 스크레이퍼(beam scraper)의 구현.
A. 고 출력 밀도 고체 타겟의 냉각
가속기 구동 중성자 발생기 시스템에서, 이온빔 에너지의 대부분은 핵반응이 아닌 타겟 가열을 유발한다. 고수율 시스템은 필연적으로 고출력 이온빔 및 타겟에 발생되는 큰 열 부하의 제거를 필요로 한다.
고체 타겟은 비반응성 물질의 고체 매트릭스 내에 매립된 반응성 종(reactive species), 전형적으로 중수소 또는 3중수소로 구성된다. 이온빔과의 상호작용은 폐열만을 발생시키며 어떠한 바람직한 핵반응도 일으키기 않기 때문에, 이러한 비반응성 매트릭스는 일반적으로 발생기의 효율을 더욱 저하시키게 된다. 또한, 고체 타겟의 고밀도는 일반적으로 입사 이온빔의 정지 거리를 더 짧게 만들어서, 타겟에 높은 체적의 파워 밀도가 퇴적되게 한다.
핵융합 반응을 통해 원하는 중성자가 생성되는 체적은 빔이온이 퇴적되는 타겟 내의 체적에 의해 정의된다. 고속 중성자 라디오그래피(radiography)를 포함하지만 이에 국한되지 않는 특정 용도에서는, 보다 고품질의 이미지를 제공하기 위해 점형(point-like)의 중성자 소스가 바람직하다. 이는 타겟 상의 작은 이온빔 스폿 크기에 대응한다.
일정 기간 동안에 생성된 중성자의 개수로 측정되는 소정의 총 중성자 수율에 대해, 면적당의 시간당 중성자 수로 측정되는 중성자 플럭스는 일반적으로 타겟 내의 중성자 생성 체적이 감소함에 따라 증가된다. 중성자 활성화 분석 및 원자로 컴포넌트에 대한 재료 시험을 포함하지만 이에 국한되지 않는, 용도에는 높은 중성자 플럭스가 바람직하다.
상기 사항을 포함하나 이에 국한되지 않는 이유로 인해, 이온빔의 에너지를 작은 체적으로 퇴적하는 것이 가속기 구동 중성자 발생기의 성능에 있어서 바람직하다. 타겟 상의 스폿 크기를 공간 전하 효과에 의해 제한되는 임의의 작은 영역으로 축소하는데 빔 포커싱 소자(beam focusing element)가 사용될 수 있다. 실제, 달성 가능한 스폿 크기는 고체 타겟에 대한 이온빔의 고출력 퇴적에 의해 제한된다.
수소 동위원소의 핵간의 융합 반응에 의한 가속기 구동 중성자 생성의 적용에서는, 티타늄과 같은 높은 수소 저장 용량을 갖는 고체 타겟 물질이 높은 중성자 수율을 위해 바람직하다. 중수소 또는 3중수소는 그 자리에서 또는 오븐 베이킹 프로세스로 빔에 의해 직접 타겟에 매립된다.
용융 및 어블레이션(ablation)을 포함하는 메커니즘을 통한 고체 타겟의 물리적인 파괴를 넘어, 중수소 또는 3중수소 핵반응을 이용하는 고체 타겟 중성자 발생기는, 확산이 타겟 물질 내로부터 수소의 손실을 유발하는 온도 미만으로 유지되어야 한다. 일반적으로 금속 수소화물의 수소 증기압은 약 250°C 초과의 온도에서 과도하게 된다.
일반적으로, 이온빔 타겟에는 2가지 근본적인 냉각 요건이 있다. 첫째, 열시간 상수(thermal time constant) 정도의 시간 스케일에서 타겟 어셈블리의 벌크 과열을 방지하기 위해, 빔에 의해 퇴적되는 총 평균 파워가 배격되어야 한다. 둘째, 타겟 물질에 입사하는 빔의 순간 파워 밀도는 즉각적인 국소 물질 손상을 방지하기에 충분할 만큼 낮아야 한다.
평균 이온빔 파워는 빔 전류, 빔 에너지, 및 듀티 사이클의 곱에 의해 결정된다. 이 값은 전형적으로, 본 명세서에 기재된 몇몇 예시적인 시스템에서는 수천 내지 수만 와트 정도지만, 더 높은 파워 레벨에도 동일한 원리가 적용된다. 결과적으로 생기는 정상 상태의 벌크 온도 상승은 냉각재의 질량 유량과 비열(specific heat)로 결정된다. 이 첫번째 요건은 물, 글리콜, 또는 오일을 포함하나 이에 국한되지 않는 냉각재의 적당한 질량 유량(예를 들면, 분당 10 내지 100 갤런(37.8 내지 378 리터)의 냉각재)으로 용이하게 충족된다.
체적 파워 밀도와 관련된 두번째 요건은 고성능 시스템의 경우에 일반적으로 달성하기가 더 어렵다. 입사 빔 파워는 빔 스폿 크기와 타겟 내의 빔의 저지능(stopping power)에 의해 정의되는 얇은 표면 체적에 퇴적된다. 이 파워는 제거되기 전에 타겟 물질을 통해서 냉각재로 전달되어야 한다. 계면에서의 열 전달은 부분적으로는, 재료, 기하학적 형상, 표면 상태, 냉각재 유체역학에 의해 정의된다.
핵융합 반응에 필요한 내장 수소와 수소화물의 손실을 방지하기 위해 타겟의 온도는 약 250°C 미만으로 유지되어야 한다. 이는 타겟 벽 두께의 최소화, 열전도율이 높은 재료, 냉각수 표면적의 증가, 냉각재의 난류성 흐름, 및 깨끗한 냉각재 채널 표면에 의해 달성된다.
개루프(open-loop) 수냉을 이용한 초기 시스템의 성능은 시간의 경과에 따라 저하되는 것으로 밝혀졌다. 냉각 채널에 축적되는 광물 퇴적물의 매우 낮은 열전도율을 감안할 때, 극도로 얇은 층조차도 열 전달 및 그 결과의 타겟 표면의 온도에 상당한 영향을 미친다. 타겟 고유의 고온은 광물 퇴적물의 침전을 증가시키는 경향이 있으며, 이는 냉각재의 흐름을 제한하고, 냉각 능력을 저하시키며, 폭주 고장 모드를 야기할 수 있다.
능동적으로 여과 및 탈이온화된 냉각재에 의한 폐루프 냉각은 타겟에 이러한 퇴적물을 방지하는 한편, 타겟의 수명을 연장하고 성능을 향상시킨다.
고체 타겟 상의 파워 밀도를 저감시키는 한 가지 접근법은 이온빔이 큰 편심도(eccentricity)와 증가된 표면적을 갖는 타원 위로 퇴적되도록 고체 타겟을 비스듬한 각도로 배치하는 것이다. 단일 경사면, 경사면의 배열, 또는 원뿔을 이용한 많은 타겟이 테스트되었다. 이러한 기하학적 형상은 중성자 생성이 주된 용도가 아닌 고출력 빔 스톱(stop)에 사용된다. 이 방법을 사용하는 타겟은 필연적으로 보다 크고, 보다 고비용이면서 복잡하며, 일반적으로 보다 많은 보조 하드웨어를 필요로 한다. 이로 인해, 점형(point-like)의 중성자 소스 또는 컴팩트하고 휴대가 용이한 시스템을 요하는 시스템에는 이러한 접근법이 바람직하지 않다.
타겟의 크기를 축소하기 위해서는, 타겟 상의 빔 스폿 크기를 축소하여 파워 밀도를 증가시켜야 한다. 이들 조건 하에서 타겟 표면 온도 요건을 유지하기 위해, 보다 효율적인 열전달이 요구된다. 몇몇 실시예에서, 타겟의 벽은 최소 두께(예를 들면, 0.005 내지 0.020 인치(0.127 내지 0.508mm); 예를 들면, 0.010 인치(0.254mm))이다. 이 치수는 냉각재 채널 압력을 억제하는데 필요한 구조적 완전성(structural integrity)에 의해 제한된다. 빔의 파워를 차단하는 타겟 표면과 냉각재 간의 온도 차는 타겟 벽의 두께와 벽 재료의 열전도율에 비례한다. 이와 같이, 타겟과 냉각 채널 벽의 재료와 물리적 구조 양자(兩者) 모두가 고체 타겟의 성능을 결정한다. 타겟의 벽 두께를 축소하는 것은 그래서 타겟 표면의 온도를 더 낮출 수 있게 한다. 이상적인 벽 재료는 높은 열전도율, 높은 인장 강도, 및 높은 기계 가공성을 갖는다. 이러한 재료는 구리,은, 금, 다이아몬드, 다이아몬드 유사 탄소, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는다.
또한, 핀(fin), 리브, 또는 다른 컨벌루션(convolution)의 추가를 통해 유효 표면적이 증가된다. 이들 형상부는 타겟의 구조 강도를 증가시켜서, 더 얇은 벽을 가능케 할 수 있다. 형상부는 밀링, 주조 또는 적층 가공(additive manufacture)을 포함하나 이에 국한되지 않는 다양한 기법으로 제조될 수 있다. 난류 유발 구조의 예는 매끄러운 표면을 중단하기 위한 딤플 구멍(dimple holes)을 갖는 복수의 평행 핀을 포함한다. 예시적인 구조가 도 17에 도시되어 있다.
몇몇 실시예에서는, 물이 냉각재로 사용된다. 이는 냉각 시스템을 지원할 수 있도록, 광범위한 저비용의 신뢰성있는 상용 펌프, 필터, 및 기타 보조 장비의 사용을 가능케 한다.
다른 실시예는 오일, 가스, 또는 액체 금속을 포함하나 이에 국한되지 않는 다른 냉각재를 사용할 수도 있다. 냉각재의 특성을 변경하기 위해 첨가제가 사용될 수도 있다.
고품질의 폐루프 냉각재 시스템은 깨끗한 냉각재 채널 표면을 유지한다. 이 밀폐 시스템은 대기 중의 산소 또는 다른 물질이 냉각재 채널의 표면과 반응 가능하게 되는 것을 방지한다. 냉각재 루프는 또한 탈이온화 및 필터링을 포함하나 이에 국한되지 않는 기법으로 추가 처리된다.
층류(laminar flow)는 냉각 채널의 유체-고체 계면에서 단열층을 생성하여 열전달을 제한한다. 도 18에 도시된 바와 같은 단속적인 딤플 및 나선형 오목부와 같은 불규칙한 형상부는 난류를 유발하는 경향이 있으며, 그래서 시스템의 열전달을 개선한다. 유체 냉각재 채널은 고체 타겟 어셈블리의 사실 내에 배치된다. 이 어셈블리는 빔라인의 종단(end)에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 고체 타겟은 그라운드 전위에 위치되며, 전체 시스템에 대한 특별한 접속을 필요로 하지 않는다. 몇몇 실시예에서, 고체 타겟은 시스템의 나머지 부분으로부터 열적으로 격리된다. 이는 타겟을 통과하는 냉각재의 온도와 유량을 모니터링함으로써 이온빔에 의해 타겟에 퇴적되는 파워의 열량 측정을 가능케 한다. 이온빔의 에너지는 알려져 있으므로, 퇴적된 파워는 이온빔에 의해 타겟으로 이송되는 전류를 결정하는데 사용될 수 있다.
고체 타겟 어셈블리의 다른 실시예는 전체 시스템으로부터 전기적으로 격리됨으로써, 유효 이온빔 에너지 및 중성자 수율을 증가시키도록 고전압으로 바이어스될 수 있게 한다. 이러한 실시예는 냉각재가 그라운드 전위에 위치된 펌프로부터 고전압의 고체 타겟으로 이송되는 것 또는 고전압에서 격리된 완전 폐루프 냉각 시스템의 사용을 수반한다. 이러한 방법은, 접지에 대해 고전압으로 전기적으로 바이어스되는 이온 소스에 냉각 또는 전력을 제공하기 위한 본 명세서에 기재된 방법과 유사하다.
난류는 일반적으로 보다 큰 압력 손실을 갖는다. 난류 유발 형상부의 설계에서는 냉각제 유량과 압력 강하가 고려되어야 한다. 이들 값들을 결정하고 냉각재 펌핑 시스템의 성능에 이를 매치시키기 위해 전산 유체역학 시뮬레이션이 이용된다. 요소의 수를 병렬로 또는 직렬로 조정함으로써, 타겟의 동작 유량과 압력 강하가 조정된다.
타겟의 열전달 성능은 냉각재와 타겟 표면 사이의 온도차에 의해 특징지어진다. 그래서 입구의 냉각재 온도를 낮춤으로써 주어진 시스템의 경우에 표면의 절대 온도가 저하된다. 냉각기 또는 다른 방법에 의해 폐루프 냉각재의 예냉(pre-cooling)이 달성된다. 달성 가능한 최저의 냉각재 온도는 냉각재의 융점에 의해 제한된다.
수계(water-based) 냉각재의 예냉은 그 비교적 높은 융점에 의해 제한된다. 헬륨과 같은 다른 냉각재의 사용은 냉각재가 타겟에 진입할 때 그 온도를 훨씬 더 낮출 수 있게 한다. 이는 주어진 이온빔 파워 밀도에 대해 타겟 표면 온도를 더 낮추게 된다. 마찬가지로, 필요한 낮은 타겟 표면 온도를 유지하면서, 보다 점형(point-like)의 중성자 소스 및 더 높은 플럭스를 유발하는, 보다 높은 이온빔 파워 밀도가 달성될 수 있다.
수소 종(hydrogen species)의 낮은 질량에 의해 금속 타겟의 경우에 스퍼터링 속도가 낮아지게 된다. 타겟의 전의 빔라인 내의 분석용 자석 또는 다른 질량 필터링 컴포넌트로 제거될 수 있는 무거운 이온 오염물질이 빔에 함유되어 있으면, 타겟 표면의 수명이 단축된다.
고 출력 밀도의 이온빔 타겟은 물리적으로 보다 컴팩트하고 휴대 가능한 시스템, 보다 점형의 중성자 소스, 및 보다 높은 중성자 플럭스를 가능케 한다.
B. 중성자 수율을 유지하기 위한 고체 타겟의 클리닝
중성자 소스는 티타늄 금속으로 도금된 빔 타겟을 사용하는 경우가 있다. 티타늄은 들어오는 중수소가 핵융합 반응을 일으켜서 중성자를 방출하도록, 중수소의 상당량을 흡착할 수 있다. 하지만, 티타늄은 상당히 활성 금속으로, 산소 및 질소와 반응하여, 중수소 빔에 대한 장벽을 형성하여 중성자 출력을 떨어뜨릴 수 있다. 진공 시스템 내의 미량의 오염물질조차도 이러한 문제를 발생시키기에 충분히 높을 수 있다.
몇몇 실시예에서는, 빔이 동작하는 동안에, 소량의 아르곤 가스(예를 들면, 분당 1 내지 10 표준 입방센티미터)가 진공 시스템 내로 유입된다. 이온빔은 일부 운동 에너지를 아르곤 가스에 전달한다. 에너지를 갖는 아르곤 원자는 그리고 나서 타겟 표면에 충돌하여, 스퍼터링에 의해 오염 산화물/질화물 층을 제거한다. 아르곤은 1차 빔종(beam species)보다 훨씬 더 무거우며, 그래서 스퍼터링을 유도하는데 효율적인 한편, 그 화학적 불활성은 타겟 표면 상의 티타늄과 함께 다른 화합물을 형성하는 것을 방지한다. 도 19는 중성자 수율에 대한 티타늄 화합물의 형성과 아르곤 클리닝 프로세스의 효과를 보여준다. 타겟은 초기에는 10,000초까지 중수소를 로드(load)하지만, 그 후 티타늄 산화물/질화물이 서서히 축적됨으로 인해 중성자 출력이 저하된다. 125,000초에서 짧은 아르곤 클리닝이 이루어지고는, 150,000 내지 175,000초 사이에서 장시간 클리닝이 이루어짐으로써, 중성자 출력이 초기 수준으로 복귀된다.
아르곤은 전체 진공 시스템의 압력을 과도하게 증가시키지 않으면서 타겟 근처의 국소 아르곤 압력을 가능한 한 높게 하기 위해 고체 타겟에 가능한 한 가깝게 진공 시스템에 공급되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 아르곤 가스의 소스는 진공 내부에 상주하며 아르곤을 직접 고체 타겟 위치에 전달하는 금속 튜브에 의해 진공 시스템에 연결된다.
크립톤 및 크세논과 같은 다른 중량(重量)의, 불활성 가스도 또한 사용될 수 있으나, 이들은 보다 고가이다.
이전의 유일한 방법은 시스템으로부터 타겟을 분리하고는 타겟을 기계적으로 클리닝하여 티타늄 산화물/질화물 층을 제거하는 것이었다. 이는 시간 소모성의 프로세스이며, 타겟의 도금을 필요 이상으로 훨씬 더 많이 제거함으로써, 타겟의 수명을 크게 단축했다. 또한 주기적인 타겟의 교체는 시스템의 가동 시간 및 그에 따라 시간 경과에 따른 사용자의 총 처리량도 저감시킨다.
C. 튜브 개구
가스 타겟 중성자 발생기에서, 총 중성자 수량을 최대화하기 위해서는 타겟과 가속기의 사이에 큰 압력 구배(pressure gradient)가 유지되어야 한다. 그래서, 이온빔 가속기로부터 타겟 가스를 분리하는 개구는 필연적으로 작다(예를 들면, 수 밀리미터의 직경). 개구를 통과할 때 이온빔의 파워 밀도는 그에 상응하여 커지며(수백 MW/m2) 정상 상태의 동작에서는 어떠한 고체 표면에 의해서도 허용되지 않는다. 가속기 시스템에서의 열적/기계적 또는 전기적인 편차로 인한 빔 포커스 및 조종에 있어서의 약간의 편차도 타겟 입구 개구에는 심각한 손상을 줄 수 있다. 이는 압력 구배가 유지될 수 없으면 시스템 성능의 저하로 이어지거나, 또는 심지어는 진공 및/또는 진공 시스템으로 들어가는 냉각수의 손실로 인해 심각한 시스템 손상이 있을 수 있다.
이온빔은 가속 스테이지를 빠져나올 때 직경이 수 센티미터(cm)이며 입구 개구를 통과하여 가스 타겟에 도달하기 위해서는 수 밀리미터로 집속되어야 한다. 빔이 그 최소 직경으로 집속되는 축방향의 거리는 포커싱 솔레노이드의 전류에 의존한다. 정전 또는 자성의 4중극 멀티플릿(quadrupole multiplets) 또는 영구자석/전자석 하이브리드를 포함하는 다양한 조절 가능 포커싱 메커니즘이 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이온빔은 교차 쌍의 쌍극자 전자석("조종" 자석)의 전류를 변화시킴으로써 두 직교 방향으로 측방향으로 편향됨으로써, 빔의 중심 축이 가스 타겟 개구에 중심이 맞춰지며, 플라즈마 소스와 가스 타겟 사이의 긴 빔 전송 거리에 걸쳐서 빔라인 컴포넌트의 정렬에 있어서의 기계적 공차로 인한 각도 편차(angular deviation)의 축적을 보상하게 된다.
본 명세서에는 타겟 개구 상의 이온빔 파워의 분포를 감지하며 이 정보를 이용하여 개구를 통과하는 이온빔의 포커스 및 조종을 능동적으로 제어하는 시스템이 제공된다. 몇몇 실시예에서, 이는 개구의 축을 중심으로 90도 간격으로 균등하게 이격된, 가스 타겟 개구의 상류로 향하는 면 근처에 내장된 4 사분면의 열 기기(thermal instrumentation)에 의해 달성된다. 예시적인 구현예는 구리 타겟 개구에 구리-콘스탄탄 서모커플을 사용하는데, 이는 각 서모커플의 구리 레그(copper leg)로서 기능할 수도 있거나 또는 구리 와이어가 개별적으로 인출될 수도 있다. 다른 실시예는 백금 저항 온도 검출기(resistance temperature detector: RTS), 서미스터(thermistor), 또는 반도체 온도 센서를 사용한다.
4 사분면의 온도 신호는, 이온빔 포커스를 유지하는데 사용되는 평균 타겟 개구 온도를 제공하기 위해 합산된다. 타겟 개구의 온도를 최소화하기 위해 포커싱 솔레노이드의 전류를 조절함으로써, 빔 전압 또는 전류의 변동, 또는 열팽창 또는 기계적 응력으로 인한 빔라인 전체의 편향 또는 왜곡에 기인한 작은 섭동에 대해 최적의 포커스를 유지한다.
본 실시예에서, 센서는 조종 쌍극자 자석이 빔을 측방향으로 편향시키는 위치에서 타겟 개구를 통과하는 빔의 축을 중심으로 배열된다. 제1 쌍의 정반대편의 온도 센서들 사이의 온도차는 이 한 쌍의 온도 센서들 사이에서 빔의 중심을 유지하는데 사용되는데, 이는 가스 타겟의 개구의 중심이기도 하다. 그래서 제1 자석의 전류는 자석이 이온빔을 편향시키는 방향에 대응하는 제1 쌍의 센서들 사이에 온도차를 최소화하도록 변경될 수 있다. 제2 쌍의 정반대편의 센서들 사이의 차이 및 제2의 조종 쌍극자 자석의 대응하는 전류 변동은 제1 쌍의 선세들에 직교하는 방향으로 빔의 중심을 맞추는데 사용될 수 있다. 도 20은 이 시스템의 예시적인 실시예를 보여준다. 상부 패널은 타겟 개구 상의 서모커플 측정 포인트의 위치를 보여준다. 하부 패널은 이 컴포넌트를 빔과 쌍극자 조종 자석의 맥락에서 도시한다.
D. 리버스 가스 제트
가스 타겟 중성자 발생기에서, 타겟의 압력은 빔이 가능한 한 짧은 거리에서 완전히 정지하도록 가능한 한 높아야 하고, 타겟 직전의 압력은 에너지가 낭비되어 중성자가 효과적으로 사용될 수 없는 영역에 중성자를 생성하지 않도록 가능한 한 낮아야 한다.
본 명세서에는 최종 개구에 걸쳐서 압력차를 증가시키기 위한 컴포넌트가 제공된다. 특히, 본 명세서에는 최종 개구에 걸쳐 압력차의 증가를 이행하기 위한 리버스 가스 제트가 제공된다. 리버스 가스 제트의 예시적인 구성이 도 21에 도시되어 있다.
타겟 개구에 걸쳐서 압력차를 증가시킬 수 있는 노즐의 기하학적 형상을 생성하기 위해 전산유체역학(computational fluid dynamics: CFD) 프로그램에 의해 모델링이 이루어졌다. 초기 시도는 수렴 후에 발산하지 않는 노즐을 사용했는데, 관심 압력에서는 전혀 기능하지 않았다. 스로트 갭, 노즐 각도, 노즐 길이, 및 플리넘 내의 압력과 같은 측면이 변경되었다. 플리넘 압력은 가스 누출과 가스 재고가 최소한으로 유지되는 것을 보장하기 위해, 항상 대기압 미만으로 유지되었다. 상당한 노력 후에, 도 21에 도시된 바와 같은 구성이 개발되었으며, 원하는 압력차를 제공하게 되었다.
가스 제트 노즐이 안착되는 개구는, 빔이 개구를 통과할 때의 빔의 크기와 같은 다른 요건을 기초로 3/8"(9.525mm)로 선택되었다(하나 다른 치수도 사용될 수 있다). 이 구멍 직경에서 및 가스 제트를 구동하는데 사용하기에 바람직한 펌프 유형에 의해, 초음속 흐름을 유발하기에 충분히 높게 압력 강하를 유지하기 위해서는 0.01"(0.254mm) 미만의 스로트 갭이 중요했다. 12.5도의 평균 노즐 각도가 파라미터 연구에서 최적으로 밝혀졌다.
E. 빔 스크레이퍼
몇몇 시스템에서는, 빔의 임의의 일부를 차단할 수 있는 고체 타겟을 빔의 경로에 삽입하는 메커니즘이 타겟에 전달되는 총 전류를 정확하게 제어하기 위해 바람직한 경우가 있다. 이러한 빔 스크레이퍼는 빔 프로파일을 결정하는데도 또한 사용될 수 있는데, 빔 프로파일은 전체 시스템의 최적화 중에 유용한 정보이다.
몇몇 실시예에서, 고체 타겟은 레일 형상부에 부착되어, 모터에 의해 구동되는 긴 스크류로 구성된 리니어 액추에이터에 의해 그 레일을 따라 이동된다. 소프트웨어는 실시간으로 "홈"과 "리미트" 스위치로 레일을 따라서 타겟의 위치를 측정하며, 시스템으로부터의 피드백을 기초로 위치를 조정한다.
초기의 접근법은 진공 내부에 스크류를 갖는 회전 운동 피드스루(feedthrough)를 사용하였다. 하지만, 이는 윤활제의 선택이 곤란한 진공 내에서 골링(galling)을 방지하는 것과 타이트한 장소에서 복수의 샤프트를 서로 결합하는 것을 필요로 하였다. 또한, 진공 챔버는 훨씬 더 크고 고가였다.
다른 접근법이 시도되었는데 성공적이었다. 리니어 액추에이터용 모터는 열을 발생시키며, 그래서 진공 용기의 외부에 장착되었고, 그래서 냉각을 위해 공기를 사용한다. 이는 선형 진공 피드스루의 사용을 필요로 했다. 대부분의 직선 운동 진공 피드스루는 벨로우즈 밀폐되므로(bellows-sealed), 벨로우즈에 가해지는 진공력을 균형잡기 위한 힘이 필요하며, 그래서 이들 힘을 극복하기 위해 모터에는 더 큰 스트레인이 가해진다. 벨로우즈 밀폐된 피드스루는 또한 이들이 고장나기 전에 견딜 수 있는 압축 사이클의 횟수가 제한된다. 이러한 이유로 인해, 자기 결합된 피드스루는 이들 문제점 어느 것도 갖지 않기 때문에 보다 바람직하다.
또한, 진공 시스템 내의 누수의 부정적인 결과로 인해, 몇몇 실시예에서는 모두 금속의 호스와 피팅이 사용되며, 전체 타겟을 제조하기 위해 브레이징이 사용된다. 이는 금속 자체가 고장나지 않고는 어떠한 누출도 가능하지 않도록 보장한다. 타겟은 또한 이 타겟이 완전히 후퇴되었을 때 레일, 지지 구조체, 또는 튜빙을 포함하여 타겟의 어느 부분도 빔의 경로에 있지 않도록 설계되어야 한다.
도 22는 빔 스크레이퍼의 예시적인 구성을 제공한다. 모터와 자기 결합은 진공 경계의 외부에 도시되어 있다. 타겟 및 관련된 물 호스는 진공 경계 내에 도시되어 있다. 직경이 6"(152.4mm)보다 작은 빔에는 고체 타겟이 사용된다. 완전히 후퇴되었을 때, 빔에 가장 가까운 부분은 연장되었을 때 보통 빔에 의해 충돌되는 타겟의 면이며, 그 가장자리는 빔의 중심선으로부터 3"(76.2mm) 이상 떨어져 있다.
다른 실시예는 타겟을 직선으로 병진운동시키는 대신에, 빔 경로로 회전되도록 힌지 상에 고체 타겟을 장착하는 것을 포함한다. 이 접근법은 완전히 닫힐 때까지는 타겟 상의 파워 밀도를 감소시키며, 공간 요건을 저감하며, 보다 간단하면서 보다 저가의 피드스루 설계를 가능케 한다. 그 단점으로서, 이러한 구성에서는 튜빙은 구현하기가 더 어려울 수 있다. 이 접근법은 NC(normally closed)/NO(normally open) 구성을 가능케 하며, 더 빠른 개폐 시간을 갖는 것으로 구상된다.
주 타겟에 도달하는 축대칭 빔을 필요로 하는 시스템의 대체에는, 아이리스(iris)형 빔 스크레이퍼가 포함된다.
V. 자동 제어 시스템
몇몇 실시예에서, 시스템과 장치는 하나 이상의 자동 제어 컴포넌트를 사용한다. 이러한 자동 제어 컴포넌트는 광섬유 인터록, 헬스 모니터링 시스템, 아크 발생 후의 자동 복구 시스템, 및 빔 안정성을 관리하기 위한 폐루프 제어를 포함하나 이에 국한되지 않는다.
A. 광섬유 인터록
고에너지 이온빔 발생기는 하나 이상의, 전형적으로는 수 개의 고전압 소스를 포함한다. 안전상의 이유로, 사용자/컨트롤러 스테이션은 디바이스/시스템의 나머지 부분으로부터 전기적으로 격리되어야 하지만, 사용자 스테이션을 디바이스/시스템의 나머지 부분의 인터록 시스템에 접속하는 컴포넌트가 존재해야 한다. 이는 안전성과 조작성 사이에 중대한 상충을 야기한다. 2개의 서브시스템 사이에 전기적인 격리를 제공하는 절연 변압기는, 최대 수십 만 볼트의 전압의 존재로 인해 기술적으로 또는 경제적으로 실용적이지 못하다.
인터록은 장비가 조작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 폐쇄 상태로 유지되어야 하는 직렬의 다수의 NC(normally-closed) 스위치, 또는 장비가 조작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 개방 상태로 유지되어야 하는 병렬의 다수의 NO(normally-open) 스위치이거나, 또는 직렬 루프와 병렬 루프 양자 모두이다.
몇몇 실시예에서, 안전성과 조작성 사이의 상충은 디바이스의 인터록 시스템과 사용자 스테이션의 인터록 사이에 광섬유 접속을 사용함으로써 해소된다. 이는 요구되는 전기 절연을 제공한다. 우발적인 우회에 영향을 받지 않는 강인한 접속을 제공하기 위해, 몇몇 실시예에서는 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 주파수 발생기가 광섬유 인터록에 포함된다. 몇몇 실시예에서는, 시스템이 단일점 고장으로 허위 폐쇄 결과(false-closed result)를 생성하는 것을 막기 위해 다중 신호 검증 절차가 또한 구현된다.
이러한 과제에 대처하기 위한 첫번째 시도는 사용자 스테이션의 인터록이 닫혔을 때 광(빛)을 발하는 광섬유 송신기를 포함하였다. 이 방법은 사용자 스테이션의 인터록 폐쇄 신호가 인터록 스트링의 초기의 어느 컴포넌트에도 의존하지 않기 때문에, 사용자 스테이션을 적절히 포함하지 않아서 만족스럽지 못했다.
첫 번째 구현과 관련된 문제를 해결하기 위해, 양방향 링크가 설치되었다. 업스트림 인터록 스위치가 닫히면, 광(光)이 광섬유 케이블을 통해 사용자 스테이션에 전송된다. 이 광은 전압 신호로 변환되어서는 사용자 스테이션의 인터록 스위치들을 통과한다. 디바이스로부터의 광 신호가 존재하고, 사용자 스테이션의 스위치가 모두 "안전" 위치에 있으면, 광은 다시 디바이스로 전송되며 그에 따라 인터록 루프를 닫는다. 이러한 해법에 의해 야기된 문제는 단지 디바이스 상의 송신기와 수신기를 접속하는 것에 의해 사용자 스테이션의 인터록 디바이스를 우회하기가 쉽고, 그래서 사용자 스테이션의 인터록 스위치의 상태에 관계없이 루프를 닫는다는 것이다.
인터록 시스템의 우회를 더욱 어렵게 하기 위해, 광섬유 인터록 신호는 주파수에 종속되게 만들어졌다. 소형 주파수 발생기가 광섬유 송신기를 트리거하여, 광을 설정된 주파수로 펄스화한다. 수신기는 그 감지하는 광 펄스의 주파수에 민감하도록 구성되며, 적절한 주파수가 존재하지 않으면, 수신기는 인터록이 안전하다고 표시하지 않는다.
또한, 단일 디바이스가 복수의 광섬유 인터록을 이용할 수 있도록 하기 위해, 적절한 툴을 사용하여 4개의 상이한 주파수 중 임의의 하나가 선택될 수 있도록 PCB(printed circuit board)가 구성되었다. 이는 또한 단일의 양방향 링크가 수신용과는 다른 송신용의 주파수를 사용할 수 있게 하며, 그래서 인터록 신호의 무결성을 우회하는 방법에 장애를 갖게된다.
도 23은 본 시스템과 사용될 수 있는 광섬유 인터록 시스템의 예시적인 블록도를 도시한다. 인터록 회로의 전기 절연 부분을 통해 송신기와 수신기의 사이에서 광섬유 전송이 이루어진다. 송신기는 표준 구리 인터록으로부터의 입력을 이용할 수 있다. 이는 N/O(normally open) 또는 N/C(normally closed) 스위치를 갖는 단일 루프, 또는 하나 또는 각 타입을 갖는 이중 루프를 수용할 수 있다. 모든 인터록 스위치가 올바른 위치에 있으면, 전압 기준값이 나타난다. 전압 기준값이 존재하면, 전압은 선택 가능한 레벨로 스케일링된다. 주파수 변환기는 스케일링된 전압에 비례하는 주파수를 발생시킨다. 광섬유 구동 회로는 선택된 주파수로 사용자 스테이션에 광섬유 출력을 펄스한다.
수신측에서는, 광섬유 수신기가 광섬유 펄스를 동일 주파수의 전압 구형파(square wave)로 변환한다. 몇몇 실시예에서, 주파수-전압 변환기는 광섬유 전송을 통해 수신한 주파수를 취해서는 원래의 기준 전압으로 되변환한다. 창 비교기(window comparator)는 적절한 주파수가 수신되고 있는지를 확인한다. 비교기가 수신된 주파수가 정확함을 확인하면, 드라이버 회로는 한 쌍의 N/O 접점을 닫고는 한 쌍의 N/C 접점을 열어서 로컬 하드와이어 인터록 루프(들)에 통합되게 한다. N/C 루프, N/O 루프, 또는 양자 모두를 수용할 수 있는 로컬 인터록 스트링에 출력이 이루어진다. 몇몇 실시예에서, 광섬유 신호에 펄스 열(pulse train)이 누락된 경우 누락 펄스 검출기 회로는 2차 검출 소스를 제공한다. 상승 및 하강 에지가 예상되는 간격으로 존재하는 것으로 독립적으로 확인되면, 드라이버 회로는 한 쌍의 N/O 접점을 닫고는 한 쌍의 N/C 접점을 열어서 로컬 하드와이어 인터록 회로에 통합되게 한다. N/C 루프, N/O 루프, 또는 양자 모두를 수용할 수 있는 로컬 인터록 스트링에 출력이 이루어진다. 몇몇 실시예에서, 제2의 주파수-전압 변환기는 광섬유 전송을 통해 수신한 주파수를 취해서는 원래의 기준 전압으로 되변환한다. 그리고 나서, 버퍼 스테이지(buffer stage)는 정확한 주파수의 송신이 수신되고 있다는 소프트웨어 검증으로 사용될 수 있도록, 컨트롤러에 아날로그 신호를 송신한다. 이 컴포넌트는 시스템 안전성을 원하는 레벨로 향상시키는 한편, 기술적으로 및 경제적으로 실용적인 상태로 유지된다.
B. 헬스 모니터링
빔에 의해 운반되는 고출력을 고려하면, 시스템의 컴포넌트에 열 손상을 유발하지 않도록 하는 것이 중요하다. 손상은 통상과는 다른 상황에서 시스템 컴포넌트와 상호작용하는 빔에 의해 초래될 수 있다. 각 컴포넌트에 퇴적될 수 있는 에너지 밀도에 따라 상이한 보호 스킴(protection scheme)이 구현되도록, 빔과 상호 작용할 수있는 컴포넌트에 대해 특정 재료의 선택과 냉각 메커니즘이 구현되었다.
몇몇 실시예에서는, 온도와 냉각수 유량을 측정하기 위해 계기 및 복수의 센서가 시스템에 통합된다. 이들 측정은 다양한 냉각된 시스템 컴포넌트에 퇴적되는 파워의 양을 모니터링할 수 있게 한다. 최소 유량, 최대 온도, 및 최대 파워에 대한 문턱값의 조합은 시스템 하드웨어의 보호를 가능케 한다. 이들 값은 빔과의 상호작용에 의해 손상받을 수 있는 모든 컴포넌트를 커버하는 센서들에 의해 지속적으로 모니터링된다. 몇몇 실시예에서, 각 센서는 설정 가능한 레벨을 갖는데, 이 레벨의 초과 또는 미만에서는 알람이 작동하게 되며, 그래서 자동 제어 시스템의 동작을 개입시켜 안전한 동작을 보장하고 손상을 최소화 또는 방지하게 한다.
몇몇 실시예에서는, 안전한 동작에 요구되는 중성자 감속재(neutron moderator)의 존재를 측정하기 위해, 액체 레벨용 센서가 시스템에 통합된다. 몇몇 실시예에서는, 안전한 파라미터 내에서, 예를 들면 자기 코일의 저항을 결정하기 위한 전압 인출과 전류 내에서의 동작을 결정하기 위해, 복수의 센서로부터의 신호 조합이 함께 사용된다.
몇몇 실시예에서, 원하는 안전 범위 내에서의 동작, 예를 들면 터보분자 펌프와 강제 공랭 팬의 전력 소비를 보장하기 위해, 컴포넌트로부터의 피드백 신호가 모니터링된다.
몇몇 실시예에서, 고전압 전원 공급장치, 가스 유동 컨트롤러, 및 마그네트론 전원 공급장치와 같은 통합 컴포넌트로부터의 피드백 신호가 모니터링되며, 안전한 동작을 결정하기 위해 그 출력이 예상 설정치와 비교된다.
몇몇 실시예에서, 통합 컴포넌트는 제어 알고리즘에 의해 안전하지 않은 설정값으로 설정되는 것이 방지되는데, 예를 들면 시스템이 마이크로파가 안전하게 동작될 수 있는 상태에 있지 않을 때 사용자가 마이크로파 발생기에 명령하는 것을 방지한다. 다른 예는 시스템의 어느 부분이라도 빔을 안전하게 운반하거나 수용할 수 있는 상태가 아닐 때 빔 동작을 방지하는 것이다.
몇몇 실시예에서, 헬스 모니터링 시스템은 "주의(alert)"와 "알람(Alarm)" 양자 모두를 갖는다. 센서는 신호가 정상 동작 값으로부터 벗어나면 "주의" 상태를 통지하도록 구성될 수 있으며, 사용자에게 경고 표시자를 디스플레이한다. 크기가 더 크게 벗어나면 "알람"을 트리거하여, 상태에 대한 자동 제어 시스템의 응답을 발생시킨다. 몇몇 실시예에서, "알람"은 래칭 방식으로 작용하며, 알람 상태를 제거하기 위해 사용자가 제어 시스템에서 상태를 리셋하는 것이 요구된다.
입자 가속기에서 헬스 모니터링과 직면한 과제 중 하나는 성가신 알람 트립을 유발하는 단명의 트랜션트(transient)로 인한 위정(false positive)을 걸러내는 것이다. 고전압 시스템은 본질적으로 전자기 펄스(EMP) 및 그에 따라 전자기 간섭(EMI)를 발생시킨다. 아날로그 전압 신호를 사용하여 제어 시스템에 전송되는 센서 및 컴포넌트 데이터는 EMI 픽업의 영향을 받기 쉬울 수 있다. 몇몇 실시예에서, 미가공 신호 데이터는 성가신 트립을 방지하기 위해 EMI를 필터링하도록 처리된다. 몇몇 실시예에서는, 개별 신호의 지속 시간이 EMI 픽업의 특성보다 더 길어질 때까지는 알람이 트리거되지 않는다. 일례로서, 단일 트랜션트는 알람을 트립하기 전에 75ms(밀리초)를 초과해야 한다. 또한 몇몇 실시예에서, 특정 기간 내에 복수의 EMI 픽업 이벤트가 발생하면 시스템은 트립되도록 구성된다. 일례에서, 3초의 시간 범위 내에 5개의 트랜션트 이벤트는 유효한 알람 트립으로 간주된다. 몇몇 실시예에서, 특징적인 EMI 픽업보다 더 길게 지속되는 단일 이벤트와 특정 기간 내에 발생하는 복수의 이벤트 양자 모두는 함께 분석되어, 어느 하나의 이벤트가 발생할 때 알람이 트립된다. EMI 이벤트의 계수(計數) 및 이들의 경시적인 추적, 하지만 개별 EMI 이벤트에 대해서는 알람을 트립하지 않는 이 조합은 신뢰성 있는 연속 동작을 가능케 한다.
"알람"에 대한 제어 시스템으로부터의 자동 응답은 안전한 셧다운 또는 자동 복구일 수 있다. 안전한 셧다운은 예를 들면, 제어 시스템이 가속기를 자동으로 끄고 컴포넌트를 안전한 상태로 두는 경우이다. 자동 복구는 예를 들면, 제어 시스템이 시스템을 정상 동작으로 복귀하기 위해 규정된 시퀀스를 실행하는 경우이다.
C. 자동 복구
전류가 바람직하지 않은 경로를 통해 고전압 포인트로부터 그라운드로 경로를 찾아가는, 종종 발생하는 "아크 다운" 이벤트는 고전압 가속기에서는 완전히 방지할 수 있는 것은 아니다. 아크 다운 이후에 시스템이 바람직하지 않은 상태로 유지되는 것을 방지하기 위해 초기에는 훈련을 받은 사용자가 제어 시스템의 사용자 인터페이스에 있어서 항상 조치를 취할 준비가 되어 있어야 했다. 이것은 자원 집약적이다. 아크 다운으로부터의 복구는 복구 시퀀스의 일부로서 특정 컴포넌트의 장애를 클리어하고 특정 시퀀스로 수 개의 컴포넌트를 오프하고 나서 다시 온할 필요가 있었다.
상기 섹션 V(B)에 기술된 헬스 모니터링 시스템의 연장으로서, 아크 다운 이벤트가 발생했음을 나타내기 위해 특정 "알람" 조건이 사용된다. 그리고 나서, 자동 복구 시퀀스가 실행되어 사용자의 개입 없이 및 인간 사용자보다 훨씬 신속히 시스템을 동작 상태로 복귀시킨다. 장시간의 연속 실행 동안에, 이 기능은 시스템의 유효 가동시간(uptime)을 약 95%에서 98%를 이상으로 증가시켰다.
몇몇 실시예에서, 시스템 내에서 특정 조건들에는 자동 복구를 위한 플래그로 표시되는 한편, 다른 조건에는 인간의 개입을 위한 플래그가 표시된다. 고전압 전원 공급장치(hvps)에서의 아크 다운 이벤트로부터의 자동 복구의 일례가 제시된다. hvps 아크 다운 이벤트는 hvps 및/또는 추출 전원 공급장치 상의 부족 전압(under-voltage) 알람에 의해 식별된다. 장애 상태의 검출 후에, 다음의 스텝을 포함하는 자동 복구 시퀀스가 실행된다: 폐루프 피드백 디스에이블, 마그네트론 전원 공급장치 디스에이블, 추출 전원 공급장치 디스에이블, 시스템 장애 해소, hvps 리셋, 추출 전원 공급장치 인에이블, 마그네트론 전원 공급장치 인에이블, 및 마지막으로 폐루프 제어 재-인에이블. 자동 복구 시퀀스를 갖는 것으로 식별되지 않은 모든 장애는 자동 셧다운 시퀀스를 트리거한다. 자동 셧다운 시퀀스는 안전 시퀀스로 각 컴포넌트를 디스에이블하는 스텝을 포함한다. 안전 셧다운 시퀀스의 일례는 다음의 스텝을 포함한다: 폐루프 제어 디스에이블, 마그네트론 전원 공급장치 디스에이블, 모든 가스 유동 컨트롤러 및 전원 공급장치 디스에이블.
몇몇 실시예에서, 복구 시퀀스가 소정 시간 범위 내에 설정 가능 횟수를 초과하여 실행되는 경우(예를 들면, 10초의 시간 내에 3회 복구 시도), 제어 시스템은 복구 시퀀스 대신에 안전 셧다운을 실행한다.
가속기의 제어 시스템은 고전압의 컴포넌트, 그라운드 전압의 컴포넌트를 모니터링하고, 및 인간과의 상호작용을 위해 사용자 인터페이스에 접속하는 것을 감당한다. 몇몇 실시예에서, 상이한 위치들간의 통신은 전기적 절연을 유지하기 위해 광섬유 접속을 통해서 수행된다. 몇몇 실시예에서, 메인 시스템 컨트롤러는 고전압 및 이온 소스 마이크로파 전원 공급장치에 직접 접속되며, 이들 컴포넌트를 결정적으로 안전한 상태로 설정할 수 있다. 컴포넌트들의 복수의 위치 및 위치들 사이의 비결정적(non-deterministic) 통신 프로토콜(이더넷, TCP/IP)이 있기 때문에, 접속을 모니터링하기 위해 워치도그 아키텍처(watchdog architecture)가 사용된다. 접속이 상실되는 경우에, 시스템은 자동으로 및 결정적으로 안전한 상태로 전이된다.
통신 프로토콜의 비결정적 성질로 인해, 어느 정도의 통신 누락(missed communication)이 예상된다. 경우에 따라서는, 워치도그의 리세팅이 늦을 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 접속에 대한 워치도그의 체크 빈도수 및 워치도그의 리세팅이 얼마나 늦어질 수 있는지에 기초하여 규칙이 구성된다. 이러한 구성 가능성(configurability)은 워치도그가 시스템을 안전한 상태로 보내는 위정(false positive)을 줄일 수 있다.
D. 빔 안정성을 위한 폐루프 제어
중성자 발생기의 특정 용도에서는 중성자 플럭스 출력이 플럭스의 설정값의 1%의 피크 투 피크(peak to peak) 내에서 유지되어야 하며, 플럭스 설정값은 5 이상의 크기 정도(orders of magnitude)의 변수이다. 숙력된 운전자에 의한 개루프 제어는, 시스템 역학에 영향을 미치는 복수의 변수로 인해, 플럭스 출력이 요구되는 정확도 이내로 유지되도록 하기에는 충분하지 않다.
고전압 전원 공급장치(HVPS)의 설정값 또는 빔 스크레이퍼의 위치 중 어느 하나의 폐루프 제어는 플럭스 출력의 정확도의 향상, 및 열 변동 또는 타겟 로딩과 같은 물리적인 변동 및 신호 노이즈를 보상하는 능력의 향상을 보여주었다. HVPS 설정값의 제어는 측정된 플럭스 출력에 더 빠른 동적 응답을 제공한다. 폐루프 제어는 경시적인 중성자 플럭스 출력의 안정성에 있어서 가시적이며 측정 가능한 향상을 가져다 주었다. 이는 또한 고에너지 이온빔 발생기 제어 시스템과 운전자의 상호작용을 줄여주는데, 이는 다시 잠재적인 운전자 에러를 줄여준다.
개루프 제어는 초기의 중성자 플럭스 설정값까지 이르게 하는데 사용되며, 그 후에는 폐루프 제어가 활성화된다. 제어 게인(control gain)은 선택된 중성자 플럭스 설정값을 기초로 결정되며, 그래서 보다 작은 동작 범위에서 폐루프 제어를 보장한다. 폐루프 제어가 활성화되어 있는 동안, 특정 중성자 플럭스 설정값에 대한 최대 및 최소 HVPS 설정값의 형태로 추가적인 제한이 제어 기관에 부과된다.
중성자 발생기의 물리적 성질은 전체 기계 동작 체제에서 고려할 때 비선형이며, 중성자 출력의 5의 크기 정도를 포함한다. 원형 빔의 일부가 통과될 수 있게 하는 직선 에지를 갖는 평판에 원형 빔이 충돌하는 빔 스크레이퍼의 역학은 제어 문제의 비선형성에 더욱 기여한다.
시스템 동작 범위의 작은 선형 부분에서 동작을 시행함으로써, 이 시스템에 선형 제어 전략이 적용되었다. 그래서, 각 동작점에 고유한 게인을 개발하기 위해, 종래의 제어 루프 튜닝 방법이 적용될 수 있다. HVPS 설정값 제어가 활성화되어 있는 동안, 스크레이퍼 위치는 일정하게 유지되었고, 그 반대도 마찬가지였다. 이는 제어 문제로부터 스크레이퍼의 움직임에 고유한 비선형성을 제거하였다.
빔 스크레이퍼의 위치 제어를 통한 중성자 플럭스 출력의 폐루프 제어는 성공적이었으나, HVPS 설정값의 제어와 같이 우수하게 기능하지는 않았다. 플럭스 출력을 제어하는 빔 스크레이퍼의 위치의 능력은 스크레이퍼의 초기 위치에 의존했다. 플럭스 출력에 비션형 효과를 갖는 위치를 설정하기 위한 선형 제어 알고리즘의 사용은, 제어 변수로서 HVPS 전압을 사용하여 선형 제어 루프를 적용하는 것이 선호되어 최적으로 선택되지 않았다.
제어 시스템의 다른 특징은 다음의 것들을 포함하나 이에 국한되지 않는다: 제어 게인의 개발을 가속화하기 위한 자동튜닝 알고리즘, 개루프 또는 폐루프 형태의 물리적 시스템의 동적 신호 분석, 제1 원리를 기초로 한 개루프 중성자 발생기 시스템의 모델링, 상태 공간 또는 극배치 제어 알고리즘의 인에이블링, 제어 스킴을 선택하기 위한 HIL(Hardware in the Loop) 방법을 인에이블하기 위한 전체 시스템 시뮬레이션, 동작 체제간의 완벽한 전송을 가능케 하는 퍼지 논리 제어 알고리즘, 및 자동 기동, 끄기, 및 에러 처리를 포함하는 중성자 발생기 시스템의 완전 자동화된 동작을 인에이블하기 위한 프로토콜의 생성.
빔 전류를 위한 폐루프 제어
이온 주입용 입자 가속기의 특정 용도에서는 빔 전류가 전류 설정값의 ±1% 이내로 유지될 필요가 있다. 고전압 전원 공급장치의 소스 전류, 추출 전원 공급장치의 저항 분할기의 드레인 전류, 및 냉각수의 누수로 인한 전류 손실을 포함하는 빔 전류를 계산하기 위해 복수의 신호가 요구된다. 이들 신호로부터의 빔 전류의 실시간 계산이 제어 시스템에 의해 수행된다. 숙력된 운전자에 의한 개루프 제어는, 시스템 역학에 영향을 미치는 복수의 변수로 인해, 빔 전류 출력이 요구되는 정확도 이내로 유지되도록 하기에는 충분하지 않다.
VI. 예시적인 적용
A. 열 중성자 라디오그래피(Thermal Neutron Radiography)
중성자 라디오그래피 및 토모그래피(tomography)는 항공우주, 에너지, 및 방산 분야에서 제조된 컴포넌트의 비파괴 검사를 위한 입증된 기술이다. 현재 이용 가능한 고 플럭스 중성자 소스의 결여로 인해 활용도가 낮다. X선과 마찬가지로, 중성자가 물체를 통과할 때, 중성자는 그 물체의 내부 구조에 관한 정보를 제공한다. X선은 저원자 번호의 원소(예를 들면, 수소)와는 약하게 상호 작용하고, 고원자 번호의 원소(예를 들면, 금속)와는 강하게 상호 작용한다. 그 결과, 특히 고밀도의 재료의 존재시에, 저밀도의 재료에 관한 정보를 제공하는 능력은 매우 얄악하다. 중성자는 이러한 제약을 받지 않는다. 중성자는 고밀도 금속을 쉽게 통과할 수 있으며, 내부의 저밀도 재료에 관한 상세한 정보를 제공한다. 이 특성은, 엔진 터빈 블레이드, 군수품, 우주선 컴퍼넌트, 윈드터빈 블레이드와 같은 복합 재료를 포함하는 비파괴 평가를 필요로 하는 많은 컴포넌트에 매우 중요하다. 이러한 모든 용도에서, 중성자 라디오그래피는 X선은 제공하지 못하는 결정적인 정보를 제공한다. 중성자 라디오 그래피는, 누락된 정보를 제공할 수 있는 보완적인 비파괴 평가 기법이다.
PNL(Phoenix Nuclear Labs)은 SHINE Medical Technologies에서 개발한 아임계(subcritical) 어셈블리를 구동하는 고수율 중성자 발생기를 설계 및 제작하여, 의료용 방사성동위원소 몰리브덴-99 (줄여서, "몰리"라 한다)를 생산하고 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 시스템은 중성자 라디오그래피의 표시에 적합하게 개조된다. 몇몇 실시예에서, 이 시스템은 효율적이고, 비용 효율적이며, 강인하고, 안전하며, 사용자 친화적인 중성자 생성을 제공하기 위해 상기 섹션 I 내지 V에 기술된 하나 이상의 특징을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이 시스템은 아래에 기재되는 바와 같이 추가로 변형된다.
이 예에서 사용되는 중성자 발생기는, 원래 의료용 동위원소의 생산용으로 설계되었기 때문에, 비교적 높은 중성자 수율이 요구된다. 발생되는 중성자 방사선의 양은 근처의 직원에게 허용 가능한 레벨을 초과하며, 그래서 디바이스의 방사선 발생부는 지하에 배치되어야 한다. 디바이스의 일부가 지하에 있기 때문에, 라디어그래피 시스템을 구성하기 위한 공간은 매우 제한적이다.
PNL 발생기의 중성자 수율은 그 크기와 비용 관점에서는 매우 높지만, 전형적인 라디오그래피 시설, 예를 들면 원자로보다는 수 배정도(several orders of magnitude) 더 낮다. 그래서, 중성자 검출 매체는 중성자 소스에 근접하게 있어야 한다. 역으로, 원자로에서는, 검출 매체가 중성자 소스로부터 수 미터 떨어져 있는 것이 일반적이며, 그래서 취득 중에 이미지를 부분적으로 흐리는 바람직하지 않은 종류의 방사선, 주로 스트레이 감마선을 경감하는 필터를 배치할 수 있는 공간을 허용한다.
PNL 시스템의 경우, 중성자 검출기의 근접성은 다량의 플럭스의 감마 방사선을 야기하는데, 이는 플럭스가 소소로부터의 거리의 역 제곱에 비례하여 대략적으로 감소하기 때문이며, 납 또는 비스무트(bismuth)와 같은 충분한 감마 필터링 물질의 사용을 배제하는데, 이는 PNL 시스템에서 지하에서 이용 가능한 제한된 공간에 의해 더욱 악화된다.
PNL 시스템은 중성자를 생성하기 위해 중수소-중수소 핵융합을 이용하며, 초기 반응에서는 감마선을 생성하지 않는다. 관심의 대상은 후속의 중성자와 주위의 물질 사이의 반응이다. 라디오그래피의 셋업에는, 고도의 중성자 흡수 물질인 카드뮴 쉬팅(sheeting)으로 내부에 층을 이루는 중성자 가이드(예를 들면, 콜리메이터)가 있다. 이는 검출기로 똑바로 향하지 않는 중성자들이 본질적으로 빔으로부터 제외되는 것을 보장한다. 2개의 금박(gold foil)이 사용된 몇몇 실시예에서, 하나는 빔 내의 고속 중성자와 열의 조성을 결정하기 위해 표준 중성자 활성화 분석 기법을 시뮬레이션하기 위해 카드뮴으로 덮여진다. 하지만, 카드뮴은 중성자 흡수 프로세스에 이어서 550 keV의 감마선을 방출한다. 이 감마선은 검출기에 충돌하여 이미지의 약간의 흐림을 유발할 수 있다. 이는 피할 수 없는 프로세스로서, 가능한 한 축소되어야 한다.
중성자 가이드(예를 들면, 콜리메이터)의 외부에는, 0 내지 2.45 MeV 사이의 에너지 스펙트럼으로 구성되는 매우 큰 중성자 무리가 있다. 이미징 프로세스에서 사용되는 것은 일반적으로 저에너지 중성자이며, 그래서 이들 중성자의 에너지를 가능한 한 많이 감소시키는 것이 바람직하다. 하지만, 이들 저에너지 중성자는 카드뮴의 경우에서와 같이, 주위의 물질에 흡수되면 후속의 감마선을 생성할 가능성이 더 높다. 저에너지 중성자는 중성자 가이드(r)의 내부에 있던지 외부에 있던지에 관계없이 이들 감마 생성 이벤트를 유발한다. 이미지 취득에 유용한 것은 가이드 내부의 중성자뿐이므로, 가이드 외부의 중성자도 마찬가지로 흡수되어야 한다. 이는 본 명세서에서는 카드뮴에서 감마 생성 이벤트를 유발하기 전에 중성자를 흡수하는 BPE(borated polyethylene: 붕산화 폴리에틸렌)의 층에 의해 달성된다. 하지만, 붕소는 478 keV의 감마선을 방출하는데, 이는 BPE와 중성자 가이드 벽 사이의 납 층에 의해 쉽게 흡수될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 콜리메이터 상의 BPE는 원뿔 형상이며, 콜리메이터의 길이(예를 들면, 약 40인치(101.6cm))만큼 연장되며, 두께는 약 1인치(25.4mm)이다. 이미지가 수집되는 이미징 박스 상의 BPE는 직사각형 형상이며, 콜리메이터의 단부가 있는 개구부를 제외한 모든 면에서 박스를 둘러싸며, 마찬가지로 두께는 약 1인치(25.4mm)이다.
일부 중성자는 BPE를 통과하여 여전히 카드뮴에서 감마 이벤트를 발생시킬 수 있다. 이들은 에피서멀 중성자(epithermal neutrons)로 알려져 있으며 역시 완화될 필요가 있다. 이들 중성자를 흡수가 가능한 에너지로 둔화시키기 위해서, 고밀도 폴리에틸린(HDPE)의 6인치(15.24cm) 층이 추가되어, BPE 층을 둘러싼다. 몇몇 실시예에서, HDPE 층은 4 내지 8인치( 10.16 내지 20.32cm)의 두께이다. HDPE 층은 에피서멀 중성자들이 카드뮴 층에 결코 도달하는 일 없이 BPE 내의 붕소에 의해 흡수되도록, 에피서멀 중성자의 열 에너지로의 완화에 도움을 준다. 또한, 열 중성자가 콜리메이터의 개구로 들어가는 비교적 동일한 광 경로 길이를 가능케 하면서, 고속 중성자가 들어가기 전에 이동해야 하는 거리는 길게 하는, 공기로 구성되는 확산 영역이 도입되었다. 몇몇 실시예에서, 공기 확산 영역은 6cm 길이와 2.5cm 직경을 갖는다. 고속 중성자를 위한 이 보다 긴 경로 길이는 고속 중성자가 감속 매체 내에서 산란할 기회를 더 많이 갖게 하여, 보다 많은 열 에너지로 감속된다. 물과 흑연과 같은 다른 재료가 HDPE 대신에 사용될 수도 있으나, HDPE는 보다 용이하게 기계 가공될 수 있는 보다 비용 효과적인 재료를 제공한다.
마지막으로, 콜리메이터는 고속의 중성자 소스를 직접 "보지" 않도록 오프셋되어 있다. 이는 콜리메이터가 "보는" 것이 주로 열 중성자 무리이며, 개구를 통한 고속 중성자 함량을 저감하는 것을 보장한다. 몇몇 실시예에서, 콜리메이터는 중성자 소스에 직접적인 시선(line of sight)을 갖지 않도록 하고 콜리메이터 개구와 중성자 소스 사이에 감속재를 또한 배치하기 위해 중성자 소스로부터 반경방향 및 접선방향 모두에서 오프셋되어 있다. 몇몇 실시예에서는, 반경방향으로 17cm 및 접선방향으로 14cm 오프셋된다. 가장 많은 무리의 열 중성자가 존재하는 곳을 관찰하고는 콜리메이터 개구를 그 영역에 배치함으로써 위치를 설정할 수 있다. 그러면 콜리메이터의 배치는 무리를 흐트러뜨린다. 콜리메이터의 반대편 단부에서 가장 많은 열 중성자 무리를 생성하는 위치를 찾기 위해 추가적인 쉬프팅이 행해진다.
다양한 재료에서 중성자 포획으로부터 중성자 수송 및 감마선 발생을 시뮬레이션하기 위해 MCNP(Monte Carlo N-Particle) 수송 코드가 사용되었다. 시뮬레이션은 산란 및 흡수된 방사선에 대한 계산 데이터 및 경험적 데이터로부터의 핵 데이터 라이브러리(libraries of nuclear data)를 이용한다. 이 시뮬레이션 제품군은 수십 년간 사용되고 있고, 계속적으로 업데이트 및 보강되고 있다.
금박 상에서 이용 가능한 열 중성자 플럭스를 증가시키고, 금박 상에 고속의 에피서멀 플럭스를 저감시키며, 콜리메이터의 단부에서 감마선을 감소시키기 위한 시도로서, 경수, 중수, 및 흑연을 포함하는 다양한 감속재가 테스트되었다. 모델 자체가 정확한 예측으로 수렴됨을 입증하기 위해 박(포일) 측정이 시도되었다.
HDPE, BPE, 납, 감속재의 재료와 기하학적 구조, 및 확산 영역의 최적 두께를 결정하기 위해 MCNP 모델의 최적화가 수행되었다. 이러한 최적화는 크기와 무게 측면에서 실용적인 기하학적 구조를 보여주었다. 이와 같이 고도로 차폐된 기하학적 구조와 관련된 한 가지 큰 어려움은 콜리메이터 개구를 통한 중성자 수송이 매우 낮다는 것, 중성자 소스의 생산보다 약 7의 크기 정도 더 낮다는 것이다. 정확한 예측을 위한 충분히 높은 계수(count) 통계를 얻기 위해서는, 매우 긴 시뮬레이션을 실행하거나 매우 기발한 입자 가중치가 수행되어야 한다.
최초의 테스트는 콜리메이터의 외부 층에 BPE 또는 HDPE 없이 감속재로서의 흑연 블록으로만 수행되었다. 그래서, 많은 고속 중성자가 흑연 블록들 사이의 틈새를 통해 흘러서 이미지 평면에서 고속 중성자의 수를 증가시킬 수 있음이 밝혀졌다. 또한 콜리메이터 외부의 차폐 결여로 인해, 콜리메이터 외부의 열 중성자가 카드뮴의 내부 층에서 대량의 감마선을 생성하고 있음을 알게 되었다.
다음에, 흑연의 모든 균열을 메우고 100%의 완전한 감속재를 제공하기 위해 시스템에 물이 추가되었다. 하지만, 물은 열 중성자를 비교적 잘 흡수하는 물질이며, 그래서 고속 중성자 플럭스는 저속으로 되는 동안, 열 중성자의 수도 감소했다. 다소 중수의(partially heavy water) 감속재가 흑연 스택에 삽입되었다. 중수는 중성자를 고도로 산란시키며 고도로 흡수하므로, 우수한 감속재가 된다. 열 중성자의 수가 증가함이 밝혀진 반면에, 고속 중성자의 수는 비교적 일정하게 유지되었다. 하지만, 중수는 매우 고가이며, 감속재로서의 이 재료의 이상적인 구성은 실용적이지 않으며, 특히 경수에 잠기지 않는다.
전술한 바와 같이, 고속 중성자와 열 중성자는 그 수가 매우 높으며, 특히 지하실에서 작업해야 하는 매우 근접한 배치에서는 더욱 그러하다. 이러한 제약으로 인해, 열 중성자는 차단하고 고속 중성자 무리는 열화하기(thermalize) 위해 매우 신중하게 선택된 쉴딩(shielding)이 사용되어야 한다. 본 명세서에 기재된 실시예는 이 결과를 달성한다.
예시적인 구성이 도 24에 도시되는데, 높은 열 중성자/낮은 고속 중성자 플럭스를 위한 우수한 해법을 제공하면서, 이미지 평면에서 감마 수를 저감한다. HDPE, BPE, 납, 감속재의 재료와 기하학적 구조, 및 확산 영역의 최적 두께를 달성하기 위해 모든 기하학적 구조의 최적화가 수행되어야 한다. 일례의 설계된 시스템의 경우, 감속재를 최적화하고 환경을 불필요한 방사선으로부터 차폐하기 위해 HDPE와 BPE에 둘러싸인 대형 중수 용기가 사용돼야 한다고 결정났다. 이것은 지상 시스템으로 구성되지만, 이미지 평면은 여전히 중성자 소스의 근처에 있다. 이러한 구성으로 인해, 감마선 및 고속 중성자와 같은 원치 않는 방사선은 억제하면서 원하는 방사선 특징을 향상시키기 위해 본 명세서에 기재된 신중한 설계가 요구된다.
B. 반도체 제조
(예를 들면, 수소 이온 입자 가속기를 사용하는) 본 명세서에 기재된 시스템과 방법은 반도체 제조에 사용된다. 이러한 시스템은, 예를 들면 벌크 기판으로부터 재료의 박막 형성에 사용된다. 재료의 박막은, 수소 이온 입자 빔으로부터 주입된 입자에 의해 형성된 클리브 영역을 생성하고 다음에 클리브 영역에서 클리빙함으로써, 벌크 기판으로부터 분리된다. 몇몇 실시예에서, 박막은 솔라 패널(예를 들면, 태양 등급 광전지(PV) 웨이퍼) 또는 발광다이오드 (LED)의 제조에 사용되는 웨이퍼이다. 웨이퍼는 임의의 원하는 형상(예를 들면, 원형, 정사각형, 또는 직사각형)일 수 있다. 웨이퍼는 100 마이크로미터 미만의 두께일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼는 2-70 미크론의 두께를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼는 4-20 미크론의 두께를 갖는다.
실리콘 웨이퍼는 종래에는, 먼저 실리콘의 단결정 원통형 잉곳(ingot)을 생성함으로써 제조되었다(예를 들면, 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제9,499,921호 참조). 일 예에서, 원형 웨이퍼는 다이아몬드 코팅된 와이어에 의해 원통형 잉곳의 단부에서 슬라이스된다. 다이아몬드 코팅 와이어는 전형적으로 직경이 약 20 마이크로미터이다. 원통형 잉곳의 단부로부터 웨이퍼를 슬라이스함으로써 웨이퍼를 제조하는 이 방법은 다이아몬드 코팅된 와이어의 두께에 해당하는 양을 먼지로 깍아냄으로써 다이아몬드 코팅된 와이어의 두께, 또는 약 20 마이크로미터의 낭비를 초래한다. 다른 예에서, 결정질 원통형 잉곳은, 약 1.5 미터 길이의 기다란 직사각형 박스 형상으로 잉곳을 직각이 되게 함으로써 정사각형 또는 직사각형 형상으로 잘려진다. 잉곳을 직각화하는 과정에서, 귀중한 재료는 폐기물로러 제거된다. 재료의 비용은 특정 제품 및 기술의 적응에 크게 영향을 줄 수 있기 때문에, 이러한 낭비와 비효율성은 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 명세서에 제공되는 시스템은 그 비용 효과, 효율성, 견고성, 안전성 및 기타 바람직한 파라미터로 인해, 이전에는 달성할 수 없었던 규모 및 효율로 원하는 반도체 재료의 생성을 가능케 하여, 전체 제조 비용을 절감하고 그러한 재료의 시장 확대를 촉진한다. 본 명세서에 기재된 고에너지 이온빔 시스템은 수소 이온의 소스로서 기존의 제조 시스템 및 프로세스에 통합될 수 있다. 예를 들어 웨이퍼 제조 컴포넌트와 통합된 고에너지 이온빔 발생기를 이용하는 기존의 시스템은, 여기에 설명된 것을 그 이온빔 발생기로 대체할 수있다. 이러한 시스템의 예로는 다음의 것들을 포함하나 이에 국한되지 않으며: 미국 특허 출원번호 제2015/0340279호, 제2015/0044447호, 및 제2016/0319462호, 미국 특허 제7,939,812호, 제7,982,197호, 제7,989,784호, 제8,044,374호, 제8,058,626호, 제8,101,488호, 제8,242,468호, 제8,247,260호, 제8,257,995호, 제8,268,645호, 제8,324,592호, 제8,324,599호, 제8,338,209호, 제9,404,198호, 및 제9,499,921호, SIGEN POLYMAX systems(예를 들면, Kerf-less wafer production, Sigen, Photon's 4th PV Production Equipment Conference, 2009년 3월 4일 참조), SOITEC SMART CUT systems(예를 들면: www.soitec.com/en/products/smart-cut 참조), 및 PURION, OPTIMA, 및 PARADIGM SERIES 시스템에서의 AXCELIS 고에너지 임플란트 시스템(예를 들면: www.axcelis.com/products/high-energy, 및 Felch 외, Ion implantation for semiconductor devices: The largest use of industrial accelerators(반도체 디바이스의 이온 주입: 산업용 가속기의 최대 사용), Proceedings of PAC2013, Pasadena, CA USA 참조), 이들 문헌의 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
본 명세서에 제공되는 모든 출판물 및 특허는 그 전체가 참조로 포함되어 있다. 본 발명의 기재된 조성물 및 방법의 다양한 변형 및 변형은 본 발명의 범위와 사상에서 일탈함이 없이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명은 특정의 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 특허청구범위에 기재된 본 발명은 그러한 특정 실시예에 한정되지 않음을 이해해야 한다. 실제, 관련 분야의 통상의 기술자에게 자명한 본 발명을 수행하기 위한 설명된 모드의 다양한 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
Claims (171)
- 디바이스로서,
i) 전자파 유입점을 포함하는 근접 단부;
ii) 전자파 출구점을 포함하는 말단 단부; 및
iii) 상기 근접 단부와 상기 말단 단부 사이에서 연장되며 전자파를 전파하도록 구성된 외벽:
을 포함하는, a) 도파관; 및
b) 상기 도파관의 컴포넌트의 내부에 배치된 반전 임피던스 매칭 컴포넌트:
를 포함하며,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 말단 단부로부터 상기 도파관의 근접 단부 쪽으로 적어도 부분적으로 연장되고,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 말단 단부와 근접 단부를 포함하며, 상기 임피던스 매칭 컴포넌트의 말단 단부는 상기 도파관의 말단 단부에 위치되거나 또는 말단 단부에 근접하게 위치되고, 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 근접 단부보다 더 큰 횡단면 면적을 갖는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 금속을 포함하는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 수냉되도록(cooled by water) 구성되는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 정중선(midline)을 따라 배치되는,
디바이스. - 제4항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 도파관의 외벽에 부착된 하나 이상의 지지 레그(support leg)에 의해 지지되는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 전자파는 마이크로파인,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 말단 단부에서의 횡단면 면적은 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부에서의 횡단면 면적의 적어도 2배, 또는 3배, 또는 4배인,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부로부터 상기 말단 단부까지 상기 횡단면 면적이 변하게 하는 하나 이상의 스텝(step)을 포함하는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트는 상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 근접 단부로부터 상기 말단 단부까지 테이퍼(taper)를 포함하여, 상기 횡단면 면적을 변화시키는,
디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반전 임피던스 매칭 컴포넌트의 상기 말단 단부에서의 횡단면 면적은, 상기 디바이스가 가속기 시스템의 일부일 될 때 모든 또는 거의 모든 역류 전자를 차단하기에 충분할 만큼 큰,
디바이스. - a) 전자파 소스;
b) 플라즈마 챔버; 및
c) 제1항의 디바이스:
를 포함하는 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 도파관의 상기 근접 단부는 상기 전자파 소스에 동작 가능하게 부착되고,
상기 도파관의 상기 말단 단부는 상기 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 부착되는,
시스템. - 제11항에 있어서,
상기 전자파 소스는 마이크로파 소스를 포함하는,
시스템. - 시스템으로서,
a) 컴퓨터 프로세서,
b) 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 - 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로그램은 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어를 포함함 - 및 데이터베이스를 포함하는 비일시적 컴퓨터 메모리, 및
c) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템으로서, 상기 비일시적 컴퓨터 메모리와 통신하도록 동작 가능하고 상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어에 의해 자동으로 조정될 수 있는 다음의 서브시스템들:
i) 이온 소스 및 이온 소스 모니터링 컴포넌트;
ii) 포커스 솔레노이드 자석 및 포커스 솔레노이드 자석 모니터링 컴포넌트;
iii) 튜브 개구 및 튜브 개구 모니터링 컴포넌트;
iv) 고체 또는 가스 타겟 및 고체 또는 기체 타겟 모니터링 컴포넌트;
v) 추출 및 억제 컴포넌트 및 추출 및 억제 모니터링 컴포넌트;
vi) 빔 발생 서브시스템 및 빔 발생 서브시스템 모니터링 컴포넌트;
vii) 빔 포커싱 및 조종 서브 시스템 및 빔 포커싱 및 조종 서브 시스템 모니터링 컴포넌트;
viii) 가속기/저항기 서브시스템 및 가속기/저항기 서브시스템 모니터링 컴포넌트;
ix) 빔 조종 서브시스템 및 빔 조종 서브시스템 모니터링 컴포넌트; 및
x) 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 및 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 모니터링 컴포넌트:
중 하나 이상을 포함하는, 가속기 시스템:
을 포함하는, 시스템. - 제14항에 있어서,
1) 상기 이온 소스 모니터링 컴포넌트는 질량 유량계, 서모커플(thermocouple), 냉각재 유량계, 및/또는 압력계를 포함하고; 2) 상기 포커스 솔레노이드 모니터링 컴포넌트는 서모커플, 냉각재 유량계, 전압 모니터, 및/또는 전류 모니터를 포함하며; 3) 상기 튜브 개구 모니터링 컴포넌트는 카메라, 서모커플, 및/또는 냉각재 유량계를 포함하고; 4) 상기 고체 또는 가스 타겟 모니터링 컴포넌트는 카메라, 서모커플, 냉각재 유량계 및/또는 방사선 검출기를 포함하며; 5) 상기 추출 및 억제 모니터링 컴포넌트는 압력계, 서모커플, 전류 모니터 및/또는 전압 모니터를 포함하고; 6) 상기 빔 발생 서브 시스템 모니터링 컴포넌트는 전류 모니터 및/또는 이미턴스 스캐너를 포함하며; 7) 상기 가압 가스 서브시스템 컴포넌트 모니터링 컴포넌트는 압력계 및/또는 가스 분석기를 포함하는,
시스템. - 제14항에 있어서,
상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어는 상기 서브시스템의 복수의 상이한 설정값들(set-points)을 수집 및 분석하고 상기 서브시스템의 최적화된 세팅을 계산하도록 구성되는,
시스템. - 제16항에 있어서,
상기 가속기 시스템 모니터링 및/또는 최적화 소프트웨어는 상기 가속기 시스템의 성능을 적어도 부분적으로 최적화하도록 상기 서브시스템들 중 하나 이상의 설정값을 변경하도록 구성되는,
시스템. - 시스템으로서,
a) 이온 소스 플라즈마 챔버 - 상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 챔버를 나가는 빔의 방향을 따르는 소스 축을 가짐;
b) 적어도 하나의 이온 소스 자석 - 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 개구 및 적어도 하나의 외벽을 포함하고, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버는 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석의 상기 개구를 통하여 연장됨;
c) 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석의 상기 적어도 하나의 외벽에 부착되거나 또는 이와 일체인 적어도 하나의 수용 컴포넌트;
d) 강자성 인클로저 - 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석 및 상기 이온 소스 플라즈마 챔버는 상기 강자성 인클로저의 내부에 있고, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 상기 플라즈마 챔버의 상기 소스 축을 따라 상기 강자성 인클로저 내부의 복수의 상이한 위치로 이동할 수 있고, 상기 소스 축의 방향을 따라 연장되고 상기 수용 컴포넌트와 정렬되는 적어도 하나의 종방향 개구가 있음;
e) 상기 종방향 개구를 통하여 연장되며 상기 수용 컴포넌트에 부착되도록 구성된 적어도 하나의 조정 컴포넌트 - 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트는 상기 강자성 엔클로저 내부의 상기 복수의 상이한 위치에서 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석을 고정할 수 있음:
을 포함하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 수용 컴포넌트는 나사산을 갖는 금속 커넥터(threaded metal connector)를 포함하는,
시스템. - 제18항에 있어서,
상기 조정 컴포넌트는 나사산을 갖는 볼트를 포함하는,
시스템. - 제18항에 있어서,
상기 수용 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석과 일체형인,
시스템. - 제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 적어도 부분적으로 에폭시로 둘러싸이는,
시스템. - 제18항에 있어서,
적어도 하나의 이온 소스 자석은 2개의 이온 소스 자석을 포함하는,
시스템. - 제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 종방향 개구는 적어도 2개, 3개, 또는 4개의 종방향 개구를 포함하는,
시스템. - 방법으로서,
a) 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항의 시스템을 제공하는 단계;
b) 상기 복수의 위치 중 제1 위치로부터 상기 복수의 위치 중 제2 위치로 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석을 이동시키는 단계;
c) 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트를 상기 적어도 하나의 종방향 개구를 통해 상기 적어도 하나의 수용 컴포넌트에 삽입하는 단계; 및
d) 상기 적어도 하나의 조정 컴포넌트를 상기 적어도 하나의 수용 컴포넌트에 고정시켜서, 상기 적어도 하나의 이온 소스 자석을 상기 제2 위치에 고정하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 제25항에 있어서,
상기 적어도 하나의 이온 소스 자석은 제1 및 제2 이온 소스 자석을 포함하고, 상기 제1 및 제2 이온 소스 자석 양자(兩者) 모두는 제1 위치로부터 제2 위치로 이동되어, 상기 제2 위치에 고정되는,
방법. - 제조 물품으로서,
고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템의 금속 어셈블리를
포함하며,
상기 금속 어셈블리는, 상기 가속기 시스템 내에 위치될 때, i) 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 및 ii) 진공 환경에 있으며,
상기 금속 어셈블리는: i) 적어도 하나의 수냉 채널, 및 ii) 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착하는,
제조 물품. - 제27항에 있어서,
상기 제1 금속 컴포넌트와 제2 금속 컴포넌트는 높은 열전도성 금속을 포함하는,
제조 제품. - 제27항에 있어서,
상기 충전재 금속은 상기 제1 및 제2 금속 컴포넌트보다 낮은 융점을 갖는,
제조 제품. - 제27항에 있어서,
상기 제1 금속 컴포넌트는 튜브 플레이트를 포함하고, 상기 제2 금속 컴포넌트는 플레이트 플러그를 포함하는,
제조 제품. - 제27항에 있어서,
상기 충전재 금속은 BNi-7 합금을 포함하는,
제조 제품. - 제27항에 있어서,
상기 제1 금속 컴포넌트는 제1 튜브, 튜브 캡, 다른 튜브 플레이트, 및 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제1 아이템을 포함하고,
상기 제2 금속 컴포넌트는 제2 튜브, 튜브 캡, 다른 튜브 플레이트, 및 밸브로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제2 아이템을 포함하는,
제조 제품. - 제27항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수냉 채널은 적어도 2개의 수냉 채널을 포함하는,
제조 제품. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템; 및
b) 금속 어셈블리:
를 포함하며,
상기 금속 어셈블리는 i) 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하고, 및 ii) 진공 환경에 있도록, 상기 가속기 시스템 내에 위치되고,
상기 금속 어셈블리는: i) 적어도 하나의 수냉 채널, 및 ii) 제1 금속 컴포넌트, 제2 금속 컴포넌트, 및 충전재 금속을 포함하고, 상기 충전재 금속은 조인트에서 상기 제1 금속 컴포넌트를 상기 제2 금속 컴포넌트에 부착하는,
시스템. - a) 금속 어셈블리를 생성하기 위해 브레이징 기술을 사용하여, 충전재 금속으로 제1 금속 컴포넌트를 제2 금속 컴포넌트에 부착하는 단계; 및
b) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템 내에 상기 금속 어셈블리 - 상기 금속 어셈블리는 상기 고에너지 이온빔을 부분적으로 포획하도록 위치 설정 됨 - 를 삽입하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 제35항에 있어서,
상기 금속 어셈블리는 적어도 하나의 수냉 채널을 더 포함하는,
방법. - 제35항에 있어서,
상기 금속 어셈블리는 진공 환경에 있도록 또한 위치되는,
방법. - 시스템으로서,
a) 고전압 돔,
b) 상기 고전압 돔 내부에 위치된 이온 소스 플라즈마 챔버;
c) 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 추출 컴포넌트; 및
i) 상기 고전압 돔의 내부에 위치된 배기 컴포넌트;
ii) 절연 호소 - 상기 절연 호스의 제1 부분은 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 절연 호스의 제2 부분은 저전압 영역에서 상기 고전압 돔의 외부에 위치됨;
ⅲ) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 배기 컴포넌트 및 상기 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 제1 진공 펌프 - 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출 컴포넌트로부터 가스를 제거하고는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성됨; 및
ⅳ) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되고 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 제2 진공 펌프 - 상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높음:
를 포함하는, d) 가스 제거 서브시스템:
을 포함하는, 시스템. - 제38항에 있어서,
상기 시스템은 e) 외부 압력 용기를 더 포함하고,
상기 고전압 돔, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버, 상기 추출 컴포넌트, 상기 배기 컴포넌트, 상기 제1 진공 펌프, 상기 제2 펌프, 및 상기 상기 절연 호스의 적어도 일부는 상기 압력 용기 내에 위치되는,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 절연 호스는 상기 가스를 대기로 배출하도록 구성되는,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 가스는 비이온화 가스인,
시스템. - 제41항에 있어서,
상기 비이온화 가스는 중수소(deuterium) 가스인,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 가스를 더 포함하는,
시스템. - 제43항에 있어서,
상기 가스는 비이온화 가스인,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 절연 호스는 나선(helix) 형상을 갖는,
시스템. - 제45항에 있어서,
상기 절연 호스는 약 20 내지 30 개의 나선 형상 턴(turn)을 가지며, 길이는 약 5 내지 15 피트(1.524 내지 4.572m)인,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 제1 진공 펌프는 터보분자 펌프(turbomolecular pump), 크라이오펌프(cryopump), 이온 펌프, 및 고진공 펌프로 구성되는 그룹으로부터 선택된 펌프를 포함하는,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 제2 진공 펌프는 러핑(roughing) 펌프를 포함하는,
시스템. - 제38항에 있어서,
상기 시스템은:
e) 상기 고압 돔의 내부에 위치된 내부 압력 용기를 더 포함하고,
상기 제2 진공 펌프는 상기 펌프 압력 용기 내에 위치되고,
다음의 컴포넌트: 상기 고전압 돔, 상기 이온 소스 플라즈마 챔버, 상기 추출 컴포넌트, 및 상기 제1 진공 펌프:는 상기 내부 압력 용기 내에 위치되지 않는,
시스템. - 고전압 돔과 추출 컴포넌트를 갖는 고에너지 이온빔 발생 시스템 내에 도입되도록 구성된 가스 제거 서브시스템으로서,
a) 상기 고전압 돔의 내부에 배치되도록 구성된 배기 컴포넌트;
b) 상기 절연 호스 - 상기 절연 호스의 제1 부분은 상기 고전압 돔의 개구를 통해 연장되도록 구성됨;
c) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되도록 구성되고 상기 배기 컴포넌트 및 상기 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성된 제1 진공 펌프 - 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출 컴포넌트로부터 가스를 제거하고는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성됨; 및
d) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되도록 구성되고 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성된 제2 진공 펌프 - 상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높음:
을 포함하는, 가스 제거 서브 시스템. - 방법으로서,
a) 제50항의 시스템을 제공하는 단계; 및
b) 상기 추출 컴포넌트에 존재하는 가스가:
i) 상기 제1 진공 펌프에 의해 상기 배기 컴포넌트로 제거되고,
ii) 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 제2 진공 펌프에 의해 받아들여져서는, 상기 제1 압력보다 높은 제2 압력에서 상기 절연 호스로 전달되며, 및
iii) 상기 절연 호스에 의해 대기로 전달되되록:
상기 가스 제거 서브 시스템을 활성화시키는 단계:
를 포함하는, 방법. - 제51항에 있어서,
상기 추출 컴포넌트 내의 상기 가스는 상기 이온 소스 플라즈마 챔버로부터 상기 추출 컴포넌트로 이동한 비이온화 가스인,
방법. - 시스템으로서,
a) 외부 압력 용기;
b) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치된 내부 압력 용기;
c) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되는 배기 컴포넌트 - 상기 배기 컴포넌트의 일부는 또한 상기 내부 압력 용기 내에 위치됨;
d) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되는 절연 호스 - 상기 절연 호스의 일부는 또한 상기 내부 압력 용기 내에 위치됨;
e) 상기 외부 압력 용기의 내부에 위치되며 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 제1 진공 펌프; 및
f) 상기 내부 압력 용기의 내부에 위치되며 상기 배기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 제2 진공 펌프:
를 포함하는, 시스템. - 제53항에 있어서,
상기 외부 압력 용기는 상기 내부 압력 용기 내의 가스보다 높은 압력의 가스를 포함하는,
시스템. - 제53항에 있어서,
상기 내부 압력 용기 내의 상기 가스는 대략 대기압에 있는,
시스템. - 제53항에 있어서,
상기 제1 진공 펌프는 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템의 추출 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되도록 구성되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 추출컴포넌트로부터 가스를 제거해서는 상기 가스를 상기 배기 컴포넌트에 전달하도록 구성되는,
시스템. - 제56항에 있어서,
상기 제2 진공 펌프는 제1 압력으로 상기 배기 컴포넌트로부터 상기 가스를 받아서는 상기 가스를 상기 절연 호스에 제2 압력으로 전달하도록 구성되며, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 높은,
시스템. - 제53항에 있어서,
추출 컴포넌트를 더 포함하는, 시스템. - 제58항에 있어서,
상기 외부 압력 용기의 내부에 위치된 이온 소스 플라즈마 챔버를 더 포함하는, 시스템. - 제59항에 있어서,
상기 추출 컴포넌트는 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결되는,
시스템. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템에서 고전압으로 유지되는 적어도 하나의 고전압 컴포넌트; 및,
b) 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전기적으로 연결되며 상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트에 전력을 공급하는, 전력 컴포넌트:
를 포함하며,
상기 전력 컴포넌트는 V 벨트를 포함하고,
상기 V 벨트는 복수의 세그먼트를 포함하며, i) 열악한 전기 전도체이거나, 또는 ii) 전기 비전도체인,
시스템. - 제61항에 있어서,
상기 V 벨트는 폴리에스테르-폴리우레탄 복합재(composite)를 포함하는,
시스템. - 제61항에 있어서,
상기 전력 컴포넌트는 모터와 발전기를 더 포함하는,
시스템. - 제61항에 있어서,
상기 전력 컴포넌트는 상기 모터에 동작 가능하게 부착된 제1의 V 벨트 풀리 및 상기 발전기에 동작동 가능하게 부착된 제2의 V 벨트 풀리를 더 포함하는,
시스템. - 제61항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고전압 컴포넌트는 이온 소스 플라즈마 챔버를 포함하는,
시스템. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템으로서,
i) 이온 소스 플라즈마 챔버;
ii) 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 컴포넌트;
ⅲ) 마이크로파 발생 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되는 전원;
iV) 상기 마이크로파를 수신하여 상기 이온 소스 플라즈마 챔버로 상기 마이크로파를 전달하도록 위치된 도파관 - 상기 마이크로파는 이온의 소스를 발생시키기 위해 상기 이온 플라즈마 챔버 내의 가스와 접촉함;
v) 상기 이온 플라즈마 챔버로부터 저에너지 이온빔을 추출하기 위해 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 이온빔 추출 컴포넌트; 및,
ⅳ) 가속기 컬럼, 저에너지 이온빔을 수신하기 위한 가속기 입구 개구, 및 고에너지 이온빔을 전달하기 위한 가속기 출구 개구를 포함하는 가속기 컴포넌트;
를 포함하는, 가속기 서브 시스템; 및,
b) 상기 전원에 동작 가능하게 연결된 전력 변조 컴포넌트로서, 상기 도파관에 진입하는 마이크로파가 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생되도록 하여, 상기 고에너지 이온빔을 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생시키도록, 상기 전원으로부터 상기 마이크로파 발생 컴포넌트로 흐르는 전력을 변조하도록 구성되는 상기 전력 변조 컴포넌트:
를 포함하는, 시스템. - 제66항에 있어서,
상기 가속기 시스템은 직접 주입 가속기 시스템인,
시스템. - 제66항에 있어서,
상기 마이크로파 발생 컴포넌트는 마그네트론(magnetron)을 포함하는,
시스템. - a) 제66항의 시스템을 제공하는 단계; 및,
b) 상기 고에너지 이온빔이 발생되고 상기 고에너지 이온빔이 신속하게 펄스화 및/또는 소멸/발생되도록 상기 가속기 서브시스템과 상기 전력 변조 컴포넌트를 활성화시키는 단계:
를 포함하는, 방법. - a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 직접 주입 가속기 시스템에, 가속기 컬럼의 가속기 입구로부터 제1 거리에 이온빔 발생 컴포넌트를 위치시키는 단계; 및,
b) 가속기 컬럼의 가속기 입구로부터 제2 거리에 이온빔 발생 컴포넌트를 위치시키는 단계 - 상기 제2 거리는 상기 제1 거리와 상이하고, 상기 제2 거리는 상기 직접 주입 가속기 시스템의 성능을 향상시킴:
를 포함하는, 방법. - 제70항에 있어서,
상기 제1 거리와 제2 거리는 20 내지 500 mm의 범위 내에 있는,
방법. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 직접 주입 가속기 서브시스템으로서,
i) 이온 소스 플라즈마 챔버;
ii) 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 컴포넌트;
iii) 상기 마이크로파 발생 컴포넌트에 동작 가능하게 연결된 전원;
iv) 상기 마이크로파를 수신하여 상기 이온 소스 플라즈마 챔버로 상기 마이크로파를 전달하도록 위치된 도파관 - 상기 마이크로파가 상기 이온 플라즈마 챔버 내의 가스와 접촉할 때 이온 빔이 발생됨;
v) 상기 이온 소스 플라즈마 챔버에 동작 가능하게 연결된 추출 컴포넌트; 및
ⅳ) 가속기 컬럼, 및 상기 이온빔을 수신하기 위한 가속기 입구 개구를 포함하는 가속기 컴포넌트;
를 포함하는, 상기 가속기 시스템; 및
b) 진공 컴포넌트로서, 상기 추출 컴포넌트 및/또는 상기 가속기 컴포넌트에 동작 가능하게 연결되며, 상기 추출 컴포넌트 및/또는 상기 가속기 컴포넌트 내의 압력을 감소시키도록 구성되는, 상기 진공 컴포넌트:
를 포함하는, 시스템. - 제72항에 있어서,
상기 압력의 감소는 상기 고에너지 이온 빔의 직경을 감소시키는 수준인,
시스템. - a) 제72항의 시스템을 제공하는 단계; 및,
b) 상기 고에너지 이온빔이 상기 압력의 감소의 부재시보다 더 작은 직경을 갖도록 상기 고에너지 이온빔이 발생되도록, 상기 직접 주입 가속기 서브시스템과 상기 진공 컴포넌트를 활성화시키는 단계:
를 포함하는, 방법. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템으로서,
i) 고전압 돔;
ii) 상기 고전압 돔의 내부에 위치되는 이온빔 발생 컴포넌트; 및,
iii) 가속기 컬럼을 포함하는 가속기 컴포넌트:
를 포함하는, 상기 가속기 시스템; 및,
b) 물 저항기(water resistor) 서브시스템으로서,
i) 물 배관과 물 저수조를 포함하는 물 순환 컴포넌트; 및
ii) 상기 가속기 컬럼을 따라 이어진 물 저항기 요소로서, 상기 물 순환 컴포넌트 내에서 순환하는 제어된 도전성 물이 상기 물 저항기 요소를 통과하도록 상기 물 배관에 유체 연결되거나, 또는 이와 일체화된 비도전성 튜빙을 포함하는, 상기 물 저항기 서브시스템:
을 포함하는, 시스템. - 제75항에 있어서,
상기 시스템은:
상기 제어된 도전성 물을 더 포함하며,
상기 제어된 도전성 물은: i) 탈이온수(deionized water), 2) 탈이온(DI) 수지(resin), 및 금속염을 포함하는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 가속기 컴포넌트는 상기 가속기 컬럼을 따라 이어진 복수의 그레이딩 링(grading ring)을 더 포함하는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 절연 튜빙은 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 물 순환 컴포넌트는 물 펌프와 열교환기를 더 포함하는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 제어된 도전성 물은 상기 탈이온수가 15 MΩ-cm 이상의 저항율을 갖도록 충분한 양의 상기 DI 수지를 함유하는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 금속염은 황산구리, 염화나트륨, 염화 암모늄, 황산 마그네슘, 및 티오 황산나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
시스템. - 제75항에 있어서,
상기 물 저항기 요소는 최대 약 300 kV DC의 전압을 견딜 수 있고, 최대 약 3 kW의 열을 배격할 수 있는,
시스템. - a) 제75항의 시스템을 제공하는 단계; 및
b) 상기 고에너지 이온빔이 발생되는 동안, 상기 제어된 도전성 물이 상기 물 순환 컴포넌트를 통해서 순환하고, 상기 물 저항기 요소가 상기 가속기 컬럼을 따라 전기 저항기로서 기능하도록, 상기 가속기 서브시스템과 상기 물 저항기 서브시스템을 활성화하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 서브시스템의 컴포넌트에 전력을 전달하도록 구성된 적어도 하나의 고전압 전원 공급장치(high-voltage power supply: HVPS); 및,
b) 물 저항기 서브시스템으로서,
i) 물 배관과 물 저수조를 포함하는 물 순환 컴포넌트; 및
ii) 상기 물 순환 컴포넌트에서 순환하는 제어된 도전성 물이 물 저항기 요소를 통과하도록 상기 물 배관에 유체 연결되거나 또는 이와 일체화된 절연 튜빙을 포함하는 물 저항기 요소:
를 포함하는 상기 물 저항기 서브시스템:
을 포함하는, 시스템. - a) 제84항의 시스템을 제공하는 단계; 및
b) 상기 물 저항기 서브시스템을 테스트 부하(test load)로 사용하여 상기 적어도 하나의 HVPS를 테스트하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 렌즈 설계 방법으로서,
a) 가속기 시스템의 플라즈마 렌즈 개구에서 다음의 파라미터: 빔 전류, 추출 전압, 이온 종 분율(ion species fractions), 최대 전기장, 및 이온 전류 밀도:를 소프트웨어 애플리케이션에 입력하는 단계;
b) 정전 렌즈 스택 - 상기 정전 렌즈 스택은: 플라즈마 렌즈, 추출 렌즈, 억제 렌즈, 및 출구 렌즈를 포함함 - 내의 적어도 하나의 렌즈의 설계를 위해 상기 소프트웨어로부터 출력을 수신하는 단계; 및
c) 상기 출력에 기초하여 상기 적어도 하나의 렌즈를 가공하는 단계:
를 포함하는, 렌즈 설계 방법. - 제86항에 있어서,
상기 소프트웨어 애플리케이션은 PBGUNS 소프트웨어 애플리케이션을 포함하는,
렌즈 설계 방법. - 제86항에 있어서,
상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 정전 렌즈 스택의 상기 렌즈들 중 적어도 2개, 적어도 3개, 또는 4개 모두를 포함하는,
렌즈 설계 방법. - 제86항에 있어서,
그리드 정밀도, 경험적으로 결정된 빔 중화 계수, 및 소스 플라즈마 내의 전자 및 이온 온도 중 적어도 하나를 상기 소프트웨어 어플리케이션에 입력하는 단계:
를 더 포함하는, 렌즈 설계 방법. - 추출 렌즈 스택의 렌즈 갭들 사이에 위치된 복수의 절연 볼(insulating balls)을 갖는 상기 추출 렌즈 스택을 포함하는, 고에너지 이온빔 발생기 시스템.
- 제90항에 있어서,
3개의 절연 볼이 각각의 렌즈 갭 사이에 위치되는,
고에너지 이온빔 발생기 시스템. - 제91항에 있어서,
상기 3개의 절연 볼은 방위각 좌표로 균등하게 이격되는,
고에너지 이온빔 발생기 시스템. - 제90항에 있어서,
상기 렌즈 스택은 금속 볼트에 의해 함께 유지되는,
고에너지 이온빔 발생기 시스템. - 제90항에 있어서,
상기 절연 볼은 알루미나 세라믹 볼인,
고에너지 이온빔 발생기 시스템. - 제90항 내지 제94항 중 어느 한 항의 시스템을 사용하는 것을 포함하는, 중성자 또는 양성자 발생 방법.
- a) 고체 매트릭스 내에 매립된 반응성 수소 종(reactive hydrogen species)을 포함하는 고 출력 밀도 고체 타겟; 및
b) 냉각 컴포넌트:
를 포함하는, 중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 고체 매트릭스는 티타늄을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 반응성 수소 종은 중수소인,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 반응성 수소 종은 3중수소인,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 냉각 컴포넌트는 폐루프(closed-loop) 컴포넌트인,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 냉각 컴포넌트는 냉각재(冷却材)의 소스를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제101항에 있어서,
상기 냉각재는 물인,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 타겟은 0.02 인치(0.508mm) 이하의 벽 두께를 갖는,
중성자 발생기 시스템. - 제103항에 있어서,
상기 벽 두께는 0.01 인치(0.254mm) 이하인,
중성자 발생기 시스템. - 제103항 또는 제104항에 있어서,
상기 벽은 구리, 은, 금, 다이아몬드, 다이아몬드 유사 탄소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 구성되는.
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 타겟은 컨벌루션(convultion)이 결여된 타겟에 비해 표면적을 증가시키는 상기 컨볼루션을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제106항에 있어서,
상기 컨벌루션은 핀(fin)과 리브(rib) 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
중성자 발생기 시스템. - 제100항에 있어서,
상기 폐루프 컴포넌트는 탈이온화 서브컴포넌트를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제100항에 있어서,
상기 폐루프 컴포넌트는 필터링 서브컴포넌트를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 냉각 컴포넌트는 냉각재의 층류를 위하여 구성되는,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 냉각 컴포넌트는 불규칙한 표면 형상부(irregular surface features)를 갖는 채널을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제111항에 있어서,
상기 불규칙한 표면 형상부는 딤플 및 나선형 오목부, 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
중성자 발생기 시스템. - 제96항에 있어서,
상기 냉각재 컴포넌트는 상기 타겟과의 접촉 이전에 냉각제를 예냉하도록 위치된 냉각기(chiller)를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제96항 내지 제113항 중 어느 한 항의 시스템의 사용을 포함하는, 고 출력 밀도 고체 타겟으로 중성자를 발생시키는 방법.
- 중성자 발생기 시스템의 일부이거나 중성자 발생기 시스템에 사용하기 위한 시스템으로서,
a) 고체 타겟;
b) 진공 시스템; 및
c) 상기 진공 시스템과 유체 연통되며 상기 고체 타겟의 근처에 불활성 가스를 방출하도록 구성된 불활성 가스의 소스:
를 포함하는, 시스템. - 제115항에 있어서,
불활성 가스는 아르곤인,
시스템. - 고체 타겟이 이온빔에 노출되는 동안, 상기 고체 타겟을 불활성 가스에 노출시키는 단계를 포함하는 중성자 발생기 고체 타겟을 클리닝하는 방법.
- 제117항에 있어서,
상기 불활성 가스는 아르곤인,
방법. - 제117항에 있어서,
상기 불활성 가스는 분당 1 내지 10 표준 입방센티미터로 흐르는,
방법. - 중성자 발생기 시스템으로서,
a) 이온빔을 생성하는 가속기;
b) 상기 이온빔에 의해 접촉되도록 배치된 가스 타겟;
c) 상기 가속기와 상기 가스 타겟을 분리하는 타겟 개구;
d) 상기 개구에 상기 이온빔을 집속하는 조종(steering) 요소, 및
e) 상기 타겟 개구의 상류를 향하는 면의 근처에 위치된 복수의 열 센서:
를 포함하는, 중성자 발생기 시스템. - 제120항에 있어서,
상기 복수의 열 센서는 상기 개구의 축을 중심으로 90도 간격으로 균등하게 이격된 4개의 열 센서를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제120항에 있어서,
상기 센서는 서모커플을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제122항에 있어서,
상기 서모커플은 구리-콘스탄탄 서모커플인,
중성자 발생기 시스템. - 제120항에 있어서,
상기 센서는 백금 저항 온도 검출기(resistance temperature detector: RTD), 서미스터(thermistor), 및 반도체 온도 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
중성자 발생기 시스템. - 제120항에 있어서,
상기 센서로부터 온도 신호를 수신하는 프로세서를 더 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제125항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 센서로부터의 온도 신호를 합산하여 평균 타겟 개구 온도를 생성하는,
중성자 발생기 시스템. - 제126항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 타겟 개구의 온도를 최소화하기 위해 상기 평균 타겟 개구 온도에 기초하여 상기 이온빔의 위치를 조절하는,
중성자 발생기 시스템. - 중성자 발생기 시스템에서 이온빔을 타겟 개구로 조종하는 방법으로서,
a) 상기 타겟 개구 주위의 복수의 위치에서 온도를 측정하는 단계; 및
b) 상기 타겟 개구에서 온도를 최소화하도록 상기 이온빔을 조종하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 중성자 발생기 시스템으로서,
a) 이온빔을 발생시키는 가속기;
b) 상기 이온빔에 의해 접촉되도록 배치된 가스 타겟;
c) 상기 가속기와 상기 가스 타겟을 분리하는 타겟 개구; 및
d) 상기 개구를 가로질러 압력차를 증가시키는 리버스 가스 제트:
를 포함하는, 중성자 발생기 시스템. - 제129항에 있어서,
상기 리버스 가스 제트는 수렴한 후에 발산하는 노즐을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제129항에 있어서,
상기 리버스 가스 제트는 약 3/8 인치(9.525mmm)의 노즐 개구를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제131항에 있어서,
상기 리버스 가스 제트는 0.01 인치(0.254mm) 미만의 스로트 갭(throat gap)을 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 제132항에 있어서,
상기 리버스 가스 제트는 12.5도의 노즐 각도를 포함하는,
중성자 발생기 시스템. - 타겟 개구에서 리버스 가스 제트를 이용하는 단계:
를 포함하는, 중성자 발생기의 타겟 개구를 가로질러 압력차를 증가시키는 방법. - 중성자 발생기 시스템으로서,
빔 스크레이퍼를 포함하며,
상기 빔 스크레이퍼는 모터를 사용하여 이온빔의 경로 내로 이동 가능하며,
상기 모터는 상기 타겟을 포함하는 진공 용기 외부의 상기 발생기 시스템에 장착되는,
중성자 발생기 시스템. - 제135항에 있어서,
상기 모터는 자기 결합된 진공 피드스루(feedthrough)를 통해 상기 빔 스크레이퍼에 연결되는,
중성자 발생기 시스템. - 제135항에 있어서,
상기 모터, 상기 빔 스크레이퍼, 및 이들 사이의 연결부는 브레이징 제조에 의한 전체 금속인,
중성자 발생기 시스템. - 중성자 발생기에서 타겟을 타격하는 이온빔의 일부를 차단하는 방법으로서,
상기 타겟을 포함하는 진공 용기 외부의 상기 발생기에 장착되는 모터를 사용하여 상기 이온빔에 의해 접촉되는 위치로 빔 스크레이퍼를 이동시키는 단계:
를 포함하는, 방법. - 시스템으로서,
a) 제1의 인터록을 갖는 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및
b) 제2의 인터록을 갖는 사용자 제어 스테이션:
을 포함하며,
상기 고에너지 이온빔 발생기와 상기 사용자 제어 스테이션은 광섬유 인터록을 통해 연결되고, 상기 광섬유 인터록은 상기 발생기가 동작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 폐쇄 상태로 유지되어야 하는 직렬 루프의 복수의 NC(normally-closed) 스위치, 또는 상기 발생기가 동작하기에 안전하다는 것을 나타내기 위해 개방 상태로 유지되어야 하는 병렬 루프의 다수의 NO(normally-open) 스위치, 또는 상기 직렬 루프와 병렬 루프 양자 모두를 포함하는,
시스템. - 제139항에 있어서,
상기 고에너지 이온빔 발생기와 상기 사용자 제어 스테이션은 서로 전기적으로 격리되는,
시스템. - 제139항에 있어서,
상기 광섬유 인터록은 주파수 발생기를 포함하는,
시스템. - 제141항에 있어서,
상기 주파수 발생기는 광을 설정 주파수로 펄스화시키는 광섬유 송신기를 트리거하는,
시스템. - 제139항에 있어서,
상기 시스템은 상기 광섬유 인터록을 관리하는 제어 소프트웨어를 포함하는,
시스템. - 제143항에 있어서,
상기 제어 소프트웨어는 상기 광섬유 인터록의 다중 신호 검증 절차를 구동하는,
시스템. - 제139항 내지 제144항 중 어느 한 항의 시스템을 사용하여 고에너지 이온빔 발생기로부터 사용자 제어 스테이션으로 또는 상기 사용자 제어 스테이션으로부터 상기 고에너지 이온빔 발생기로 정보를 전송하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 시스템으로서,
a) 빔을 발생시키는 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및
i) 상기 디바이스 상에 위치되고, 상기 빔과 상호 작용할 수 있는 상기 디바이스의 복수의 영역을 모니터링하도록 구성된 복수의 센서; 및
ii) 상기 복수의 센서와 통신하며, 주의 또는 알람을 발생시키고 상기 주의 또는 알람에 응답하여 상기 디바이스를 조정하도록 구성된 제어 소프트웨어:
를 포함하는, b) 손상 완화 컴포넌트:
를 포함하는, 시스템. - 제146항에 있어서,
상기 복수의 센서 중 하나 이상은 상기 디바이스의 영역의 온도를 측정하는,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 복수의 센서 중 하나 이상은 냉각재 유량을 측정하는,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 센서들은 연속 감지 모드인,
시스템. - 제146항에 있어서,
각 센서는 초과되면 상기 주의 또는 알람을 발생시키는 관련 문턱값을 갖는,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 주의는 사용자 경고(waring)를 포함하는,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 알람은 디바이스의 셧다운을 트리거하는,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 알람은 사용자가 더 이상의 동작 전에 상기 디바이스를 리셋할 것을 요하는 래칭 알람(latching alarm)인,
시스템. - 제146항에 있어서,
상기 제어 소프트웨어는 EMI를 필터링하는,
시스템. - 제154항에 있어서,
상기 필터링된 EMI는 미리 설정된 문턱값 지속기간 또는 주파수 하에 있는,
시스템. - 제146항 내지 제155항 중 어느 한 항의 시스템을 사용하여, 고에너지 이온빔 발생기 디바이스에 대한 잠재적 손상 이벤트를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
- 시스템으로서,
a) 고에너지 이온빔 발생기 디바이스; 및
i) 상기 디바이스 상에 위치되고, 아크 다운 이벤트와 일치하는 조건들을 모니터링하도록 구성된 복수의 센서; 및
ii) 상기 복수의 센서와 통신하며, 주의 또는 알람을 발생시키고 상기 주의 또는 알람에 응답하여 상기 디바이스를 조정하도록 구성된 제어 소프트웨어:
를 포함하는, b) 아크 다운 완화 컴포넌트:
를 포함하는, 시스템. - 제157항에 있어서,
상기 알람은 사용자의 개입없이 상기 디바이스를 정상 동작으로 복귀시키는 자동 복구 시퀀스를 트리거하는, - 제157항 내지 제158항 중 어느 한 항의 시스템을 사용하여, 아크 다운 이벤트에 대응하는 단계를 포함하는 방법.
- i) 고전압 전원 공급장치(HVPS) 설정값 및/또는
ii) 이온 소스 전류 설정값:
을 관리하는 폐루프 제어 컴포넌트:
를 포함하는, 고에너지 이온빔 발생기 시스템. - 고에너지 이온빔 발생기에서 중성자 플럭스 출력 변동성을 제어하기 위한 방법으로서,
i) 폐루프 제어 컴포넌트로 고전압 전원 공급장치(HVPS) 설정값을 관리하는 단계; 및/또는,
ii) 이온 소스 전류 설정값을 관리하는 단계:
를 포함하는, 방법. - 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 층, 붕산화 폴리에틸렌 층, 금속층, 및 카드뮴 층을 포함하는, 중성자 라디오그래피(radiography)에 사용하기 위한 중성자 콜리메이터.
- 열 중성자(thermal neutron) 라디오그래피를 위한 시스템으로서,
a) 중성자 소스;
b) 제162항의 중성자 콜리메이터; 및
c) 검출기:
를 포함하는, 시스템. - 제163항에 있어서,
상기 콜리메이터는 고속 중성자 소스와 직접 정렬되지 않도록 오프셋되는,
시스템. - 제163항 또는 제164항의 시스템에 의해 발생된 중성자에 샘플을 노출시키는 단계를 포함하는 샘플 이미징 방법.
- 반도체 재료를 유지하는 컴포넌트에 빔이 지향되는, 제1항 내지 제165항 중 어느 한 항의 고에너지 이온빔을 발생시키는 가속기 시스템을 포함하는, 반도체 제조 시스템 또는 방법.
- 제1항 내지 제165항 중 어느 한 항의 고에너지 이온빔 발생기 시스템 또는 방법으로부터 생성된 양성자와 반도체 재료를 접촉하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼의 제조 방법.
- 제167항에 있어서,
상기 반도체 재료를 쪼개서 박막 웨이퍼를 생성하는 단계:
를 더 포함하는, 방법. - 제168항에 있어서,
상기 박막 웨이퍼로부터 광전지(PV) 웨이퍼를 가공하는 단계:
를 더 포함하는, 방법. - 제169항에 있어서,
상기 광전지 웨이퍼를 포함하는 솔라 패널을 가공하는 단계:
를 더 포함하는, 방법. - 제168항에 있어서,
상기 박막 웨이퍼로부터 발광다이오드(LED)를 가공하는 단계:
를 더 포함하는, 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020237044474A KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762447685P | 2017-01-18 | 2017-01-18 | |
| US62/447,685 | 2017-01-18 | ||
| PCT/US2018/014072 WO2018144225A2 (en) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | High power ion beam generator systems and methods |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237044474A Division KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190126777A true KR20190126777A (ko) | 2019-11-12 |
| KR102619426B1 KR102619426B1 (ko) | 2023-12-29 |
Family
ID=62840973
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237044474A KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
| KR1020197024061A KR102619426B1 (ko) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237044474A KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2018-01-17 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (14) | US10206273B2 (ko) |
| EP (2) | EP4277017A3 (ko) |
| JP (6) | JP7224290B2 (ko) |
| KR (2) | KR20240005985A (ko) |
| AU (2) | AU2018214488B2 (ko) |
| CA (5) | CA3229072A1 (ko) |
| WO (1) | WO2018144225A2 (ko) |
| ZA (2) | ZA201905413B (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3309815B1 (de) * | 2016-10-12 | 2019-03-20 | Meyer Burger (Germany) AG | Plasmabehandlungsvorrichtung mit zwei, miteinander gekoppelten mikrowellenplasmaquellen sowie verfahren zum betreiben einer solchen plasmabehandlungsvorrichtung |
| KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2024-01-12 | 피닉스 엘엘씨 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
| KR20210025040A (ko) | 2018-06-06 | 2021-03-08 | 피닉스 뉴트론 이미징 엘엘씨 | 중성자 생성을 위한 이온 빔 타겟 어셈블리 |
| CN109831868B (zh) * | 2019-02-14 | 2020-01-14 | 兰州大学 | 一种一体化小型氘氘中子发生器 |
| JP7145110B2 (ja) * | 2019-03-19 | 2022-09-30 | 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 | イオン注入装置 |
| CA3143975A1 (en) | 2019-07-19 | 2021-01-28 | Arne V. Kobernik | Gas jet deflection in pressurized systems |
| EP4172636A2 (en) * | 2020-08-26 | 2023-05-03 | TAE Technologies, Inc. | Systems, devices, and methods for beam misalignment detection |
| CN112004305A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-27 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种静电加速器高压端级联式真空获得装置及方法 |
| US11774375B1 (en) | 2022-04-15 | 2023-10-03 | Phoenix, Llc | Re-entrant cones for moderator chamber of a neutron imaging system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11312881A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基板の接合方法、及び高周波回路、アンテナ、導波管、線路変換器、線路分岐回路、並びに通信システム |
| US6204606B1 (en) * | 1998-10-01 | 2001-03-20 | The University Of Tennessee Research Corporation | Slotted waveguide structure for generating plasma discharges |
| JP2003110315A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Tokyo Electron Ltd | 電磁界供給装置およびプラズマ処理装置 |
| US8995838B1 (en) * | 2008-06-18 | 2015-03-31 | Hrl Laboratories, Llc | Waveguide assembly for a microwave receiver with electro-optic modulator |
Family Cites Families (71)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3963934A (en) * | 1972-05-16 | 1976-06-15 | Atomic Energy Of Canada Limited | Tritium target for neutron source |
| US3920989A (en) * | 1974-09-20 | 1975-11-18 | Minnesota Mining & Mfg | Ion scattering spectrometer utilizing charge exchange processes |
| US4008411A (en) * | 1975-07-08 | 1977-02-15 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Production of 14 MeV neutrons by heavy ions |
| JPS59200502A (ja) * | 1983-04-28 | 1984-11-13 | Toshiba Corp | 開口導波管型電磁放射器 |
| US4788473A (en) * | 1986-06-20 | 1988-11-29 | Fujitsu Limited | Plasma generating device with stepped waveguide transition |
| JPH0495394A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-03-27 | Nippon Steel Corp | 電子サイクロトロン共鳴プラズマ形成方法および処理装置 |
| HU215880B (hu) * | 1992-09-30 | 1999-03-29 | Fusion Lighting Inc. | Elektród nélküli fényforrás |
| US6132564A (en) * | 1997-11-17 | 2000-10-17 | Tokyo Electron Limited | In-situ pre-metallization clean and metallization of semiconductor wafers |
| US8779322B2 (en) * | 1997-06-26 | 2014-07-15 | Mks Instruments Inc. | Method and apparatus for processing metal bearing gases |
| US6287977B1 (en) * | 1998-07-31 | 2001-09-11 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for forming improved metal interconnects |
| JP2000306542A (ja) | 1999-04-23 | 2000-11-02 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置 |
| US6925137B1 (en) | 1999-10-04 | 2005-08-02 | Leon Forman | Small neutron generator using a high current electron bombardment ion source and methods of treating tumors therewith |
| JP2001216930A (ja) | 2000-02-04 | 2001-08-10 | Nissin Electric Co Ltd | イオン注入装置およびその運転方法 |
| US6553731B2 (en) * | 2000-04-12 | 2003-04-29 | Yi-Cheng Hsueh | Combination partition screen and hanging structure for use in a combination partition screen |
| US6806651B1 (en) * | 2003-04-22 | 2004-10-19 | Zond, Inc. | High-density plasma source |
| US20090224700A1 (en) | 2004-01-15 | 2009-09-10 | Yu-Jiuan Chen | Beam Transport System and Method for Linear Accelerators |
| CN2836255Y (zh) * | 2005-11-03 | 2006-11-08 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 宽带小驻波端射式同轴波导变换器 |
| US20090206275A1 (en) * | 2007-10-03 | 2009-08-20 | Silcon Genesis Corporation | Accelerator particle beam apparatus and method for low contaminate processing |
| US9001956B2 (en) * | 2007-11-28 | 2015-04-07 | Schlumberger Technology Corporation | Neutron generator |
| WO2009142669A2 (en) | 2007-12-28 | 2009-11-26 | Gregory Piefer | High energy proton or neutron source |
| US8481845B2 (en) | 2008-02-05 | 2013-07-09 | Gtat Corporation | Method to form a photovoltaic cell comprising a thin lamina |
| CN101990686B (zh) | 2008-02-27 | 2015-11-25 | 星火工业有限公司 | 长寿命核反应装置高效靶材的原位沉积和再生方法及系统 |
| EP2294582B1 (en) | 2008-05-02 | 2018-08-15 | Shine Medical Technologies, Inc. | Device and method for producing medical isotopes |
| US7687786B2 (en) | 2008-05-16 | 2010-03-30 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion implanter for noncircular wafers |
| US8129699B2 (en) * | 2008-05-22 | 2012-03-06 | Vladimir Balakin | Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus coordinated with patient respiration |
| US8263951B2 (en) * | 2008-06-13 | 2012-09-11 | Fablab Inc. | System and method for fabricating macroscopic objects, and nano-assembled objects obtained therewith |
| US8237129B2 (en) * | 2008-06-20 | 2012-08-07 | Arradiance, Inc. | Microchannel plate devices with tunable resistive films |
| US8338209B2 (en) | 2008-08-10 | 2012-12-25 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Photovoltaic cell comprising a thin lamina having a rear junction and method of making |
| EP2329692B1 (en) * | 2008-08-11 | 2018-03-21 | Ion Beam Applications S.A. | High-current dc proton accelerator |
| US7989784B2 (en) | 2009-06-30 | 2011-08-02 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion implantation apparatus and a method |
| US8044374B2 (en) | 2009-06-30 | 2011-10-25 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion implantation apparatus |
| US7939812B2 (en) | 2009-06-30 | 2011-05-10 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion source assembly for ion implantation apparatus and a method of generating ions therein |
| US7982197B2 (en) | 2009-06-30 | 2011-07-19 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion implantation apparatus and a method for fluid cooling |
| US8324599B2 (en) | 2009-09-29 | 2012-12-04 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion implantation apparatus |
| US8089050B2 (en) | 2009-11-19 | 2012-01-03 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Method and apparatus for modifying a ribbon-shaped ion beam |
| US8257995B2 (en) | 2009-12-11 | 2012-09-04 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Microwave anneal of a thin lamina for use in a photovoltaic cell |
| EP2513640B1 (en) | 2009-12-15 | 2020-02-05 | Phoenix, LLC | Method and apparatus for performing active neutron interrogation of containers |
| WO2012003009A2 (en) | 2010-01-28 | 2012-01-05 | Shine Medical Technologies, Inc. | Segmented reaction chamber for radioisotope production |
| US8729806B2 (en) * | 2010-02-02 | 2014-05-20 | The Regents Of The University Of California | RF-driven ion source with a back-streaming electron dump |
| US8384018B2 (en) | 2010-08-06 | 2013-02-26 | Thermo Fisher Scientific Inc. | Increase of neutron flux with gamma shielding |
| US8324592B2 (en) | 2010-11-02 | 2012-12-04 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Ion source and a method of generating an ion beam using an ion source |
| US8101488B1 (en) | 2010-12-25 | 2012-01-24 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Hydrogen implantation with reduced radiation |
| US8268645B2 (en) | 2010-12-29 | 2012-09-18 | Twin Creeks Technologies, Inc. | Method and apparatus for forming a thin lamina |
| US20120330084A1 (en) | 2011-06-27 | 2012-12-27 | Richard Harris Pantell | Neutron Source for Neutron Capture Therapy |
| JP5788774B2 (ja) * | 2011-11-21 | 2015-10-07 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 冷却装置 |
| US10332646B2 (en) * | 2011-12-05 | 2019-06-25 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Apparatus and method for generating medical isotopes |
| US9230772B2 (en) | 2011-12-28 | 2016-01-05 | Schlumberger Technology Corporation | Device and method for ion generation |
| US20140034822A1 (en) * | 2011-12-30 | 2014-02-06 | Schlumberger Technology Corporation | Well-logging apparatus including axially-spaced, noble gas-based detectors |
| US8901820B2 (en) * | 2012-01-31 | 2014-12-02 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Ribbon antenna for versatile operation and efficient RF power coupling |
| US9336989B2 (en) | 2012-02-13 | 2016-05-10 | Silicon Genesis Corporation | Method of cleaving a thin sapphire layer from a bulk material by implanting a plurality of particles and performing a controlled cleaving process |
| US20150044447A1 (en) | 2012-02-13 | 2015-02-12 | Silicon Genesis Corporation | Cleaving thin layer from bulk material and apparatus including cleaved thin layer |
| JP5982137B2 (ja) * | 2012-03-05 | 2016-08-31 | ギガフォトン株式会社 | ターゲット供給装置 |
| NL2010802C2 (en) | 2012-05-14 | 2014-08-25 | Mapper Lithography Ip Bv | Charged particle lithography system and beam generator. |
| US9499921B2 (en) | 2012-07-30 | 2016-11-22 | Rayton Solar Inc. | Float zone silicon wafer manufacturing system and related process |
| US9404198B2 (en) | 2012-07-30 | 2016-08-02 | Rayton Solar Inc. | Processes and apparatuses for manufacturing wafers |
| BR112015005305A2 (pt) * | 2012-09-18 | 2017-07-04 | Halliburton Energy Services Inc | método e sistema |
| US20140086376A1 (en) * | 2012-09-24 | 2014-03-27 | Luke Perkins | Low power sealed tube neutron generators |
| WO2014119750A1 (ja) * | 2013-01-31 | 2014-08-07 | コニカミノルタ株式会社 | ガスバリア性フィルム |
| JP6056516B2 (ja) | 2013-02-01 | 2017-01-11 | 信越半導体株式会社 | Ｓｏｉウェーハの製造方法及びｓｏｉウェーハ |
| KR101427720B1 (ko) * | 2013-03-27 | 2014-08-13 | (주)트리플코어스코리아 | 단차부 및 블록부를 이용한 플라즈마 도파관 |
| EP3020060B1 (en) | 2013-07-09 | 2019-10-30 | Phoenix, LLC | High reliability, long lifetime, negative ion source |
| US9147581B2 (en) | 2013-07-11 | 2015-09-29 | Lam Research Corporation | Dual chamber plasma etcher with ion accelerator |
| JP6150650B2 (ja) | 2013-07-26 | 2017-06-21 | 株式会社日立製作所 | 粒子線照射システムとその運転方法 |
| US20150098544A1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-04-09 | Anatoly Blanovsky | Sustainable Modular Transmutation Reactor |
| MX359737B (es) | 2013-12-31 | 2018-10-09 | Halliburton Energy Services Inc | Generador de neutrones de fuente de iones de nano emisores. |
| JP6283259B2 (ja) * | 2014-05-16 | 2018-02-21 | アクシステクノロジー インコーポレイテッド | マイクロ波イオン源 |
| EP3281246A4 (en) | 2015-04-07 | 2018-12-26 | Plasma Igniter LLC | Radio frequency directional coupler and filter |
| US9346565B1 (en) | 2015-04-21 | 2016-05-24 | Richard Hardy | Nuclear thermal propulsion rocket engine |
| DE102015207484B4 (de) * | 2015-04-23 | 2022-11-03 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Hochspannungsversorgungseinheit und Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Hochspannung für ein Teilchenstrahlgerät sowie Teilchenstrahlgerät |
| EP3329748B1 (en) * | 2015-07-31 | 2022-02-09 | Agilent Technologies, Inc. | Chambers for microwave plasma generation and related methods |
| KR20240005985A (ko) | 2017-01-18 | 2024-01-12 | 피닉스 엘엘씨 | 고출력 이온빔 발생기 시스템 및 방법 |
-
2018
- 2018-01-17 KR KR1020237044474A patent/KR20240005985A/ko active Application Filing
- 2018-01-17 US US15/873,664 patent/US10206273B2/en active Active
- 2018-01-17 CA CA3229072A patent/CA3229072A1/en active Pending
- 2018-01-17 EP EP23199192.8A patent/EP4277017A3/en active Pending
- 2018-01-17 CA CA3229046A patent/CA3229046A1/en active Pending
- 2018-01-17 CA CA3229060A patent/CA3229060A1/en active Pending
- 2018-01-17 CA CA3229043A patent/CA3229043A1/en active Pending
- 2018-01-17 WO PCT/US2018/014072 patent/WO2018144225A2/en unknown
- 2018-01-17 JP JP2019538501A patent/JP7224290B2/ja active Active
- 2018-01-17 KR KR1020197024061A patent/KR102619426B1/ko active IP Right Grant
- 2018-01-17 EP EP18748206.2A patent/EP3571900A4/en active Pending
- 2018-01-17 CA CA3050512A patent/CA3050512A1/en active Pending
- 2018-01-17 AU AU2018214488A patent/AU2018214488B2/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,720 patent/US10470287B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,697 patent/US10453654B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,752 patent/US10426002B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,733 patent/US10506701B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,710 patent/US10438773B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,740 patent/US10609808B2/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,556 patent/US10470288B1/en active Active
- 2018-11-20 US US16/196,766 patent/US10701792B2/en active Active
-
2019
- 2019-08-15 ZA ZA2019/05413A patent/ZA201905413B/en unknown
-
2020
- 2020-01-14 US US16/742,186 patent/US11582857B2/en active Active
- 2020-08-13 ZA ZA2020/05001A patent/ZA202005001B/en unknown
-
2022
- 2022-03-15 JP JP2022040297A patent/JP7440558B2/ja active Active
- 2022-08-17 AU AU2022218508A patent/AU2022218508A1/en active Pending
-
2023
- 2023-01-09 US US18/094,725 patent/US20230284369A1/en active Pending
- 2023-01-09 US US18/094,726 patent/US11937363B2/en active Active
- 2023-01-09 US US18/094,724 patent/US20230171871A1/en active Pending
- 2023-06-01 US US18/204,659 patent/US20230380048A1/en active Pending
- 2023-06-05 JP JP2023092321A patent/JP2023120231A/ja active Pending
- 2023-06-05 JP JP2023092322A patent/JP2023124873A/ja active Pending
- 2023-06-05 JP JP2023092320A patent/JP2023120230A/ja active Pending
- 2023-11-17 JP JP2023195797A patent/JP2024003252A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11312881A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 基板の接合方法、及び高周波回路、アンテナ、導波管、線路変換器、線路分岐回路、並びに通信システム |
| US6204606B1 (en) * | 1998-10-01 | 2001-03-20 | The University Of Tennessee Research Corporation | Slotted waveguide structure for generating plasma discharges |
| JP2003110315A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-11 | Tokyo Electron Ltd | 電磁界供給装置およびプラズマ処理装置 |
| US8995838B1 (en) * | 2008-06-18 | 2015-03-31 | Hrl Laboratories, Llc | Waveguide assembly for a microwave receiver with electro-optic modulator |
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7440558B2 (ja) | 高電力イオンビーム発生器システムおよび方法 | |
| JP2020506505A5 (ko) | ||
| EP1461984A1 (en) | Neutron generator apparatus | |
| Marti et al. | Development of a liquid lithium charge stripper for FRIB | |
| Schwindling et al. | Long term operation of a 30 kW Beryllium target at IPHI | |
| KR102123965B1 (ko) | 하전입자 측정 장치 | |
| Seltzman | Design of an actively cooled grid system to improve efficiency in inertial electrostatic confinement fusion reactors | |
| Assmann | 8.8 Collimators: Accelerator Technology | |
| Blake et al. | The NuMI neutrino beam | |
| Bence | MOPGW010 First Application of Online Particle Swarm Optimization at SOLEIL injection, storage-ring, operation, controls 82 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |