KR20200093831A - Ion source control system for cyclotron - Google Patents

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KR20200093831A
KR20200093831A KR1020190011033A KR20190011033A KR20200093831A KR 20200093831 A KR20200093831 A KR 20200093831A KR 1020190011033 A KR1020190011033 A KR 1020190011033A KR 20190011033 A KR20190011033 A KR 20190011033A KR 20200093831 A KR20200093831 A KR 20200093831A
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KR
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output
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Application number
KR1020190011033A
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채종서
김희수
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성균관대학교산학협력단
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    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources
    • 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
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
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Abstract

The present invention relates to a penning ion gauge (PIG) ion source control system for a cyclotron based on Q-learning for optimizing beam generation by automatically controlling a PIG ion source to minimize an occurrence of a dark current. To this end, the PIG ion source control system for a cyclotron based on Q-learning comprises a PIG ion source, a gas injection unit, a gas output quantity controller, a power supply, a first Faraday cup, a second Faraday cup, and a control device.

Description

사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템{ION SOURCE CONTROL SYSTEM FOR CYCLOTRON}PION Ion Source Control System for Cyclotron{ION SOURCE CONTROL SYSTEM FOR CYCLOTRON}

본 발명은 소형 사이클로트론에 이용되는 PIG 이온원을 제어하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 PIG 이온원에서 발생하는 암전류를 최소화하면서, 출력되는 이온 빔 전류를 최적화하기 위한 PIG 이온원 제어시스템이다.The present invention relates to a method for controlling a PIG ion source used in a small cyclotron, and more particularly, a PIG ion source control system for optimizing the output ion beam current while minimizing the dark current generated in the PIG ion source.

소형 사이클로트론에 주로 이용되는 PIG 이온원은 주로 PIG(Penning Ion Gauge) 소스를 이용한다. PIG 소스는 사이클로트론 내부에 장착하여 이용되는 이원원으로, H- 이온을 생성하기 위해 진공상태에서 전기장, 자기장, 수소 가스가 필요하며, 다중입력 단일 출력구조로 제어가 이루어진다. PIG ion sources mainly used in small cyclotrons mainly use a PIG (Penning Ion Gauge) source. The PIG source is a binary source mounted inside a cyclotron, and requires electric fields, magnetic fields, and hydrogen gas in a vacuum to generate H-ions, and is controlled by a multi-input single output structure.

이러한 PIG 이온원에서 출력되는 이온 중 일부는 다시 PIG 이온원 쪽으로 되돌아오기도 한다. 이렇게 되돌아오는 이온으로 인해 암전류(dark current)가 발생하여, PIG 이온원에서 출력되는 빔 효율이 낮아지는 단점이 있었다. Some of the ions output from the PIG ion source may be returned to the PIG ion source again. There was a disadvantage in that dark current was generated due to the ions thus returned, and the beam efficiency output from the PIG ion source was lowered.

이러한 암전류 발생을 억제하기 위해 PIG 이온원의 전류 및 에너지를 제어하는 튜닝과정이 필요한데, 이러한 튜닝과정은 경험적으로 이루어지는 것으로, 많은 시행착오를 동반하고, 튜닝작업을 수행하는 작업자를 교육시키는데 많은 시간과 비용이 소요되었다. 또한, PIG 이온원에서 수시로 발생하는 암전류로 인해 PIG 이온원이 데미지를 입고 이로 인해 PIG 이온원이 오작동되는 문제가 있었다.In order to suppress the occurrence of dark current, a tuning process is needed to control the current and energy of the PIG ion source. This tuning process is empirical, and it takes a lot of time and effort to educate the workers who perform the tuning work. It was costly. In addition, there is a problem in that the PIG ion source is damaged due to the dark current generated from the PIG ion source at times, thereby causing the PIG ion source to malfunction.

대한민국특허공개공보 1020110037951 (2011.04.13 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 1020110037951 (published on April 13, 2011)

본 발명의 목적은 기존에 경험적으로 수행하던 PIG 이온원의 제어를 자동으로 수행하여 PIG 이온원 튜닝에 필요한 작업자의 교육 과정을 없애는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to eliminate the training process of an operator required for tuning a PIG ion source by automatically performing control of a PIG ion source that has been performed empirically.

또한, 본 발명은 PIG 이온원에서 출력되는 암전류를 최소화하여 빔 발생을 최적화하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to optimize the beam generation by minimizing the dark current output from the PIG ion source.

또한, 본 발명은 PIG 이온원 모델과 무관하게 PIG 이온원에서 발생하는 암전류를 최소화하는 데 그 목적이 있다. In addition, the present invention has an object to minimize the dark current generated in the PIG ion source regardless of the PIG ion source model.

본 발명의 일 실시예에 따른 Q-학습(Q-learning)기반의 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템은 소정의 가스를 입력받아 이온빔을 출력하는 상기 PIG(Penning Ion Gauge) 이온원; 소정의 가스를 상기 PIG 이온원쪽으로 출력하는 가스 주입부; 상기 가스 주입부로부터 출력된 가스를 입력받고, 상기 PIG 이온원으로 유입되는 가스량을 제어하여, 상기 PIG 이온원에 출력하는 가스 출력량 컨트롤러; 상기 PIG 이온원에 전류를 공급하는 파워 서플라이; 상기 PIG 이온원에서 출력된 이온빔 전류를 측정하는 제1 패러데이 컵; 상기 PIG 이온원으로 되돌아오는 암전류를 측정하는 제2 패러데이 컵; 상기 암전류, 상기 이온빔 전류, 상기 파워 서플라이 출력전류, 상기 가스 출력량을 기반으로 상기 Q-학습(Q-learning)을 통해, 상기 PIG 이온원에서 출력되는 이온빔 전류와 암전류를 제어하기 위해 상기 파워 서플라이 전류와 상기 가스 출력량을 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다.A Q-learning-based PIG ion source control system for Q-learning according to an embodiment of the present invention includes the PIG (Penning Ion Gauge) ion source that receives a predetermined gas and outputs an ion beam; A gas injection unit for outputting a predetermined gas toward the PIG ion source; A gas output controller that receives the gas output from the gas injection unit, controls the amount of gas flowing into the PIG ion source, and outputs it to the PIG ion source; A power supply that supplies current to the PIG ion source; A first Faraday cup for measuring the ion beam current output from the PIG ion source; A second Faraday cup for measuring dark current returning to the PIG ion source; The power supply current to control the ion beam current and dark current output from the PIG ion source through the Q-learning based on the dark current, the ion beam current, the power supply output current, and the gas output amount And it may include a control device for controlling the gas output.

또한, 상기 제어장치는 상기 제1 패러데이 컵으로부터 측청된 이온빔 전류를 입력받고, 상기 제2 패러데이 컵으로부터 측정된 암전류를 입력받고, 상기 파워 서플라이로부터 출력된 전류를 입력받고, 상기 가스 출력량 컨트롤러로부터 가스 출력량을 입력받는 입력부; 상기 입력부로부터, 상기 이온빔 전류, 암전류, 파워 서플라이 전류, 가스 출력량을 전달받고, 상기 Q-학습의 상태, 액션 및 보상에 대해 선택된 암전류, 이온빔 전류를 상태로, 상기 파워 서플라이 출력 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 액션(action)으로, 하기식을 보상으로 설정하는 설정부;In addition, the control device receives the ion beam current measured from the first Faraday cup, receives the dark current measured from the second Faraday cup, receives the current output from the power supply, and receives gas from the gas output controller. An input unit that receives an output amount; The ion beam current, the dark current, the power supply current, and the gas output amount are received from the input unit, and the dark current and the ion beam current selected for the Q-learning state, action and compensation state, and the increment and gas of the power supply output current A setting unit that sets the output increment as an action and the following equation as a compensation;

보상={a(|Ibeamoutput-Isetting|t-|Ibeamoutput-Isetting|t+1)-bH(|Idark|)} Reward={a(|I beamoutput -I setting | t -|I beamoutput -I setting | t+1 )-bH(|I dark |)}

(여기서, a와 b는 가중치로 양수값이며, δ는 미리 설정한 암전류 임계치이며, Ibeamoutput은 상기 제1 패러데이 컵에서 측정된 이온빔 출력값이며, Isetting 은 이온빔 설정값이며, H(|Idark|)는 상기 제2 패러데이 컵에서 측정된 암전류값이 상기 δ보다 작은 경우에, 0이며, 상기 δ보다 큰 경우에 1임)(Where a and b are positive values as weights, δ is a preset dark current threshold, Ibeamoutput is the ion beam output value measured at the first Faraday cup, I setting is the ion beam setting value, and H(|I dark | ) Is 0 when the dark current value measured in the second Faraday cup is less than δ, and 1 when greater than δ)

상기 Q-학습의 상태에서 임의의 상태값 및 상기 선택된 상태값에서 적어도 하나 이상의 액션값을 선택하는 선택부; 상기 선택된 상태값 및 액션값을 기초로 이에 대응하는 하나 이상의 보상값을 연산하는 연산부; 및 상기 보상값 중에서 최고의 보상값을 가지는 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 최적의 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분으로 판단하는 판단부; 상기 판단부에서 판단된 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분에 기초하여 상기 파워 서플라이 전류를 제어하는 제1 제어신호를 생성하고, 상기 가스 출력량을 제어하는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 제1 제어신호를 상기 파워 서플라이로 전달하고, 상기 제2 제어신호를 상기 가스 출력량 컨트롤러로 전달하는 제어신호 생성부를 포함할 수 있다. A selection unit for selecting an arbitrary state value from the Q-learning state and at least one action value from the selected state value; A calculating unit calculating one or more compensation values corresponding to the selected state value and action value; And a determination unit that determines the increment of the power supply current and the gas output amount having the highest compensation value as the optimum power supply current increment and the gas output amount increment. A first control signal for controlling the power supply current is generated based on an increase in the power supply current and an increase in the gas output amount determined by the determination unit, a second control signal for controlling the gas output amount is generated, and the first It may include a control signal generator for transmitting a control signal to the power supply, and the second control signal to the gas output controller.

또한, 상기 제2 제어신호는 상기 가스 출력량 컨트롤러의 전압을 제어하여, PIG 이온원으로 주입되는 가스량을 제어하고, 상기 가스 주입량 증분은 상기 가스 출력량 컨트롤러에 인가되는 전압을 기초로 연산될 수 있다.In addition, the second control signal controls the voltage of the gas output amount controller to control the amount of gas injected into the PIG ion source, and the increment of the gas injection amount can be calculated based on the voltage applied to the gas output amount controller.

또한, 상기 보상은 상기 이온빔 출력값과 상기 이온빔 설정값의 차이가 작아지는 경우에, 양의 보상값을 획득하며, 상기 설정값의 차이가 커지는 경우에, 음의 보상값을 획득할 수 있다.In addition, the compensation may obtain a positive compensation value when the difference between the ion beam output value and the ion beam set value is small, and obtain a negative compensation value when the difference between the set values is large.

본 발명은 자동으로 암전류 발생이 최소가 되도록 PIG 이온원을 제어하여 빔 발생을 최적화하는 장점이 있다.The present invention has the advantage of automatically optimizing the generation of the beam by controlling the PIG ion source to minimize the generation of dark current.

또한, 본 발명은 이원원의 모델이 바뀌더라도 별도의 튜닝과정 교육 없이도 PIG 이온원을 제어하여 암전류 발생을 최소화하여 이온빔을 최적화하는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of optimizing the ion beam by minimizing the generation of dark current by controlling the PIG ion source without training in a separate tuning process even if the model of the binary source is changed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Q-학습(Q-learning)기반의 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템의 블록도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a PIG ion source control system for a cyclotron based on Q-learning according to an embodiment of the present invention
2 is a block diagram of a control device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고,유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and/or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the overall understanding in describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 Q-학습(Q-learning)기반의 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템은 가스 주입부(10), 가스 출력량 컨트롤러(20), PIG 이온원(30), 파워 서플라이(60), 제1 패러데이 컵(40), 제2 패러데이 컵(50), 제어장치(70)를 포함할 수 있다.The Q-learning-based PIG ion source control system for Q-learning according to an embodiment of the present invention includes a gas injection unit 10, a gas output controller 20, a PIG ion source 30, and a power supply ( 60), a first Faraday cup 40, a second Faraday cup 50, and a control device 70.

하나의 실시예로 상기 PIG 이온원은 수소 가스를 입력받고 수소 이온빔을 출력할 수 있다. 이때 암전류를 되돌아온 H-에 의해 발생된다. 다만, 이것은 하나의 실시예이며 PIG 이온원에서 입력받는 가스의 종류는 이에 한정되지 않는다.In one embodiment, the PIG ion source may receive hydrogen gas and output a hydrogen ion beam. At this time, it is generated by H- returning the dark current. However, this is one embodiment and the type of gas input from the PIG ion source is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 PIG 이온원(30)은 가스 주입부(10)에서 출력된 가스를 입력받고 파워 서플라이(60)에서 전압과 전류를 입력받아 이온빔을 생성하여 출력한다. 또한, 상기 PIG 이온원(30)에서 출력되는 이온빔 전류와 PIG 이온원으로 돌아오는 암전류는 PIG 이온원에 입력되는 가스량와 전류값에 따라 달라진다.The PIG ion source 30 according to an embodiment of the present invention receives the gas output from the gas injection unit 10 and receives voltage and current from the power supply 60 to generate and output an ion beam. In addition, the ion beam current output from the PIG ion source 30 and the dark current returning to the PIG ion source depend on the gas amount and current value input to the PIG ion source.

상기 파워 서플라이(60)에서 상기 PIG 이온원(30)의 캐소드(미도시)로 고전압을 인가하면, 이온빔이 생성된다. 이렇게 이온빔이 생성되는 경우에 PIG 이온원(30) 내부의 저항이 줄어들어 파워 서플라이(60)의 전류량이 급격히 증가한다. 예컨대, 빔 발생 전에 캐소드에 인가되는 전압이 4kv일때, 인가되는 전류가 0.1 mA라면, 빔 발생 이후에는 캐소드에 인가되는 전압이 1kV일때, 인가되는 전류가 1000 mA가 될 수 있다.When a high voltage is applied from the power supply 60 to the cathode (not shown) of the PIG ion source 30, an ion beam is generated. When the ion beam is generated in this way, the resistance inside the PIG ion source 30 decreases, and the amount of current in the power supply 60 increases rapidly. For example, when the voltage applied to the cathode before the beam generation is 4 kv, and the applied current is 0.1 mA, when the voltage applied to the cathode after the beam generation is 1 kV, the applied current may be 1000 mA.

따라서, 일단 이온빔이 생성되어 출력되는 경우에 암전류를 최소화하고 이온빔 전류의 최적화를 위해서는 파워 서플라이(60)에서 인가되는 전류값을 제어해야 한다.Therefore, once the ion beam is generated and output, it is necessary to control the current value applied from the power supply 60 to minimize the dark current and optimize the ion beam current.

가스 출력량 컨트롤러(20)는 가스 주입부(10) 및 PIG 이온원(30)이 연결된다. 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)는 가스 주입부(10)로부터 출력된 가스를 입력받아, 상기 PIG 이온원(30)으로 유입되는 가스량을 제어하여 PIG 이온원(30)으로 출력할 수 있다. 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)는 전압-가스 출력량과의 관계를 미리 설정할 수 있다. 예컨대, 가스 출력량 컨트롤러(20)에서 5V를 인가하면 2.5 cm3/min 의 가스가 PIG 이온원(30)으로 출력되며, 10V를 인가하면 5 cm3/min의 가스가 PIG 이온원(30)으로 출력되는 것으로 미리 세팅할 수 있다. 따라서, 가스 출력량 컨트롤러(20)의 전압을 알면, PIG 이온원으로 출력된 가스량을 알 수 있다. The gas output controller 20 is connected to the gas injection unit 10 and the PIG ion source 30. The gas output controller 20 may receive the gas output from the gas injection unit 10, control the amount of gas flowing into the PIG ion source 30, and output it to the PIG ion source 30. The gas output amount controller 20 may set a relationship between a voltage and a gas output amount in advance. For example, when 5V is applied from the gas output amount controller 20, 2.5 cm 3 /min of gas is output to the PIG ion source 30, and when 10V is applied, 5 cm 3 /min of gas is supplied to the PIG ion source 30. It can be set in advance as it is output. Therefore, when the voltage of the gas output amount controller 20 is known, it is possible to know the amount of gas output to the PIG ion source.

상기 제1 패러데이 컵(40)은 PIG 이온원(30)에서 출력된 이온빔 전류를 측정한다. 상기 제2 패러데이 컵(50)은 PIG 이온원(30)으로 되돌아오는 이온에 의해 발생한 암전류를 측정한다.The first Faraday cup 40 measures the ion beam current output from the PIG ion source 30. The second Faraday cup 50 measures the dark current generated by ions returning to the PIG ion source 30.

상기 제어장치(70)는 제1 패러데이 컵(40)에서 측정된 이온빔 전류, 제2 패러데이 컵(50)에서 측정된 암전류, 파워 서플라이(60) 출력전류, 가스 출력량 컨트롤러(20)에서 PIG 이온원(30)으로 출력한 가스 출력량을 기반으로 Q-학습(Q-learning)을 통해, PIG 이온원(30)에서 최적의 이온빔 전류를 출력하고, PIG 이온원(30)으로 돌아오는 암전류가 최소가 되도록 파워 서플라이(60)에서 출력되는 파워 서플라이(60) 전류와 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)에서 출력되는 가스 출력량을 제어할 수 있다. The control device 70 is the ion beam current measured in the first Faraday cup 40, the dark current measured in the second Faraday cup 50, the output current of the power supply 60, the PIG ion source in the gas output controller 20 Based on the gas output amount output to (30), through Q-learning, the optimal ion beam current is output from the PIG ion source 30, and the dark current returning to the PIG ion source 30 is minimal. It is possible to control the power supply 60 output from the power supply 60 and the gas output output from the gas output controller 20.

상기 제어장치(70)는 입력부, 설정부, 선택부, 연산부, 제어신호 생성부(75)를 포함할 수 있다.The control device 70 may include an input unit, a setting unit, a selection unit, a calculation unit, and a control signal generation unit 75.

상기 입력부는 상기 제1 패러데이 컵(40)으로부터 측청된 이온빔 전류를 입력받고, 상기 제2 패러데이 컵(50)으로부터 측정된 암전류를 입력받고, 상기 파워 서플라이(60)로부터 출력된 파워 서플라이(60) 전류를 입력받고, 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)로부터 가스 출력량을 입력받을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 가스 출력량은 미리 설정한 전압-가스 출력량과의 관계에 의해 가스 출력량 컨트롤러(20)의 전압을 알면 가스 출력량 컨트롤러(20)에서 출력된 가스 출력량을 알 수 있다. 이 경우, 상기 입력부는 가스 출력량 컨트롤러(20)의 전압값을 입력받을 수 있다. 또는, 가스 출력량 컨트롤러(20)에서 가스 검출기가 설치되고, 이 가스 검출기를 통해 출력된 가스 출력량이 얼마인가를 알 수 있고, 가스 검출기에서 입력부로 가스 출력량을 전달할 수 있다. The input unit receives the ion beam current measured from the first Faraday cup 40, receives the dark current measured from the second Faraday cup 50, and the power supply 60 output from the power supply 60. A current can be input, and a gas output can be input from the gas output controller 20. As described above, when the voltage of the gas output amount controller 20 is known by the relationship between the preset voltage and the gas output amount, the gas output amount can be known. In this case, the input unit may receive the voltage value of the gas output amount controller 20. Alternatively, a gas detector is installed in the gas output controller 20, it is possible to know how much the gas output is output through the gas detector, and the gas output can be transferred from the gas detector to the input unit.

상기 설정부는 입력부로부터, 이온빔 전류, 암전류, 파워 서플라이(60) 전류, 가스 출력량을 전달받을 수 있다. 이때, Q-학습의 상태, 액션 및 보상에 대해 선택된 암전류, 이온빔 전류를 상태로, 상기 파워 서플라이(60) 출력 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 액션(action)으로, 하기식을 보상으로 설정할 수 있다.The setting unit may receive an ion beam current, a dark current, a power supply 60 current, and a gas output amount from the input unit. At this time, it is possible to set the state of Q-learning, the dark current selected for the action and compensation, the ion beam current, the increment of the output current of the power supply 60 and the increase of the gas output as an action, and the following equation as compensation. have.

보상={a(|Ibeamoutput-Isetting|t-|Ibeamoutput-Isetting|t+1)-bH(|Idark|)} Reward={a(|I beamoutput -I setting | t -|I beamoutput -I setting | t+1 )-bH(|I dark |)}

여기서, a와 b는 가중치로 양수값이며, δ는 미리 설정한 암전류 임계치이고, Ibeamoutput은 상기 제1 패러데이 컵(40)에서 측정된 이온빔 출력값이며, Isetting 은 이온빔 설정값이다. 또한, H(|Idark|)는 상기 제2 패러데이 컵(50)에서 측정된 암전류값이 상기 δ보다 작은 경우에, 0이며, 상기 δ보다 큰 경우에 1로, H(|Idark|)는 스텝 함수형태이다.Here, a and b are positive values by weight, δ is a preset dark current threshold, I beamoutput is an ion beam output value measured by the first Faraday cup 40, and I setting is an ion beam setting value. In addition, H(|I dark |) is 0 when the dark current value measured in the second Faraday cup 50 is less than δ, and 1 when H is greater than δ, H(|I dark |) Is a step function.

상기 보상은 상기 이온빔 출력값과 상기 이온빔 설정값의 차이가 작아지는 경우에, 양의 보상값을 획득하며, 상기 설정값의 차이가 커지는 경우에, 음의 보상값을 획득한다.The compensation obtains a positive compensation value when the difference between the ion beam output value and the ion beam set value becomes small, and obtains a negative compensation value when the difference between the set values increases.

상기 선택부는 상기 Q-학습의 상태에서 임의의 상태값 및 상기 선택된 상태값에서 적어도 하나 이상의 액션값을 선택할 수 있다. The selection unit may select an arbitrary state value from the Q-learning state and at least one action value from the selected state value.

상기 연산부는 선택된 상태값 및 액션값을 기초로 이에 대응하는 하나 이상의 보상값을 연산할 수 있다. The calculating unit may calculate one or more compensation values corresponding to the selected state value and action value.

상기 판단부는 보상값 중에서 최고의 보상값을 가지는 파워 서플라이(60) 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 최적의 파워 서플라이(60) 전류의 증분과 가스 출력량 증분으로 판단한다.The determination unit determines the increment of the current of the power supply 60 having the highest compensation value among the compensation values and the increase of the gas output amount as the optimum of the current of the power supply 60 and the increase of the gas output amount.

상기 제어신호 생성부(75)는 판단부에서 판단된 파워 서플라이(60) 전류의 증분과 가스 출력량 증분에 기초하여 상기 파워 서플라이(60) 전류를 제어하는 제1 제어신호를 생성하고, 이를 파워 서플라이(60)로 전달하여 제1 제어신호에 따라 최적의 전류값을 파워 서플라이(60)에서 출력하도록 제어할 수 있다. 여기서 최적의 전류값은 상기 보상값이 최대가 되는 값이다. The control signal generation unit 75 generates a first control signal for controlling the power supply 60 current based on the increment of the power supply 60 current and the gas output amount determined by the determination unit, and this power supply Transfer to (60) can be controlled to output the optimal current value from the power supply 60 according to the first control signal. Here, the optimum current value is a value at which the compensation value becomes the maximum.

또한, 상기 제어신호 생성부(75)는 판단부에서 판단된 파워 서플라이(60) 전류의 증분과 가스 출력량 증분에 기초하여 상기 가스 출력량을 제어하는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 제2 제어신호를 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)로 전달할 수 있다. 제2 제어신호를 전달받은 가스 출력량 컨트롤러(20)는 역시 최적의 가스량을 PIG 이온원으로 공급할 수 있다. 여기서 최적의 가스량은 상기 보상값이 최대가 되는 값이다. In addition, the control signal generation unit 75 generates a second control signal for controlling the gas output amount based on the increment of the power supply 60 and the gas output amount determined by the determination unit, and the second control signal It can be delivered to the gas output controller 20. The gas output controller 20 receiving the second control signal may also supply the optimal gas amount to the PIG ion source. Here, the optimum gas amount is a value at which the compensation value becomes maximum.

상기 제2 제어신호는 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)의 전압을 제어하여, PIG 이온원(30)으로 주입되는 가스량을 제어하고, The second control signal controls the voltage of the gas output controller 20 to control the amount of gas injected into the PIG ion source 30,

상기 가스 주입량 증분은 상기 가스 출력량 컨트롤러(20)에 인가되는 전압을 기초로 연산될 수 있다.The gas injection amount increment may be calculated based on a voltage applied to the gas output amount controller 20.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it is apparent to those skilled in the art.

Claims (4)

Q-학습(Q-learning)기반의 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템에 있어서,
소정의 가스를 입력받아 이온빔을 출력하는 상기 PIG(Penning Ion Gauge) 이온원;
소정의 가스를 상기 PIG 이온원쪽으로 출력하는 가스 주입부;
상기 가스 주입부로부터 출력된 가스를 입력받고, 상기 PIG 이온원으로 유입되는 가스량을 제어하여, 상기 PIG 이온원에 출력하는 가스 출력량 컨트롤러;
상기 PIG 이온원에 전류를 공급하는 파워 서플라이;
상기 PIG 이온원에서 출력된 이온빔 전류를 측정하는 제1 패러데이 컵;
상기 PIG 이온원으로 되돌아오는 암전류를 측정하는 제2 패러데이 컵;
상기 암전류, 상기 이온빔 전류, 상기 파워 서플라이 출력전류, 상기 가스 출력량을 기반으로 상기 Q-학습(Q-learning)을 통해, 상기 PIG 이온원에서 출력되는 이온빔 전류와 암전류를 제어하기 위해 상기 파워 서플라이 전류와 상기 가스 출력량을 제어하는 제어장치를 포함하는 Q-학습(Q-learning)기반의 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템.In the Q-learning-based cyclotron PIG ion source control system,
The PIG (Penning Ion Gauge) ion source that receives a predetermined gas and outputs an ion beam;
A gas injection unit for outputting a predetermined gas toward the PIG ion source;
A gas output controller that receives the gas output from the gas injection unit, controls the amount of gas flowing into the PIG ion source, and outputs it to the PIG ion source;
A power supply that supplies current to the PIG ion source;
A first Faraday cup for measuring the ion beam current output from the PIG ion source;
A second Faraday cup for measuring dark current returning to the PIG ion source;
The power supply current to control the ion beam current and dark current output from the PIG ion source through the Q-learning based on the dark current, the ion beam current, the power supply output current, and the gas output amount And a Q-learning based cyclotron PIG ion source control system including a control device for controlling the gas output. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는
상기 제1 패러데이 컵으로부터 측청된 이온빔 전류를 입력받고, 상기 제2 패러데이 컵으로부터 측정된 암전류를 입력받고, 상기 파워 서플라이로부터 출력된 전류를 입력받고, 상기 가스 출력량 컨트롤러로부터 가스 출력량을 입력받는 입력부;
상기 입력부로부터, 상기 이온빔 전류, 암전류, 파워 서플라이 전류, 가스 출력량을 전달받고, 상기 Q-학습의 상태, 액션 및 보상에 대해 선택된 암전류, 이온빔 전류를 상태로, 상기 파워 서플라이 출력 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 액션(action)으로, 하기식을 보상으로 설정하는 설정부;
보상={a(|Ibeamoutput-Isetting|t-|Ibeamoutput-Isetting|t+1)-bH(|Idark|)}
(여기서, a와 b는 가중치로 양수값이며, δ는 미리 설정한 암전류 임계치이며, Ibeamoutput은 상기 제1 패러데이 컵에서 측정된 이온빔 출력값이며, Isetting 은 이온빔 설정값이며, H(|Idark|)는 상기 제2 패러데이 컵에서 측정된 암전류값이 상기 δ보다 작은 경우에, 0이며, 상기 δ보다 큰 경우에 1임)
상기 Q-학습의 상태에서 임의의 상태값 및 상기 선택된 상태값에서 적어도 하나 이상의 액션값을 선택하는 선택부;
상기 선택된 상태값 및 액션값을 기초로 이에 대응하는 하나 이상의 보상값을 연산하는 연산부; 및
상기 보상값 중에서 최고의 보상값을 가지는 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분을 최적의 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분으로 판단하는 판단부;
상기 판단부에서 판단된 파워 서플라이 전류의 증분과 가스 출력량 증분에 기초하여 상기 파워 서플라이 전류를 제어하는 제1 제어신호를 생성하고, 상기 가스 출력량을 제어하는 제2 제어신호를 생성하고, 상기 제1 제어신호를 상기 파워 서플라이로 전달하고, 상기 제2 제어신호를 상기 가스 출력량 컨트롤러로 전달하는 제어신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 Q-학습(Q-learning)을 이용한 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템.The method of claim 1, wherein the control device
An input unit that receives an ion beam current measured from the first Faraday cup, receives a dark current measured from the second Faraday cup, receives a current output from the power supply, and receives a gas output from the gas output controller;
The ion beam current, the dark current, the power supply current, and the gas output amount are received from the input unit, and the dark current and the ion beam current selected for the Q-learning state, action and compensation state, and the increment and gas of the power supply output current A setting unit that sets the output increment as an action and the following equation as a compensation;
Reward={a(|I beamoutput -I setting | t -|I beamoutput -I setting | t+1 )-bH(|I dark |)}
(Where a and b are positive values as weights, δ is a preset dark current threshold, Ibeamoutput is the ion beam output value measured at the first Faraday cup, I setting is the ion beam setting value, and H(|I dark | ) Is 0 when the dark current value measured in the second Faraday cup is less than δ, and 1 when greater than δ)
A selection unit for selecting an arbitrary state value from the Q-learning state and at least one action value from the selected state value;
A calculating unit calculating one or more compensation values corresponding to the selected state value and action value; And
A determination unit for determining an increase in the power supply current and an increase in gas output having the highest compensation among the compensation values as an optimum increase in power supply current and an increase in gas output;
A first control signal for controlling the power supply current is generated based on an increase in the power supply current and an increase in the gas output amount determined by the determination unit, a second control signal for controlling the gas output amount is generated, and the first PIG ion source control system for cyclotron using Q-learning, characterized in that it comprises a control signal generator for transmitting a control signal to the power supply and transmitting the second control signal to the gas output controller. . 제2항에 있어서,
상기 제2 제어신호는 상기 가스 출력량 컨트롤러의 전압을 제어하여, PIG 이온원으로 주입되는 가스량을 제어하고,
상기 가스 주입량 증분은 상기 가스 출력량 컨트롤러에 인가되는 전압을 기초로 연산되는 것을 특징으로 하는 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템.According to claim 2,
The second control signal controls the voltage of the gas output amount controller to control the amount of gas injected into the PIG ion source,
The gas injection amount increment is calculated based on the voltage applied to the gas output amount controller PIG ion source control system for a cyclotron. 제3항에 있어서,
상기 보상은 상기 이온빔 출력값과 상기 이온빔 설정값의 차이가 작아지는 경우에, 양의 보상값을 획득하며, 상기 설정값의 차이가 커지는 경우에, 음의 보상값을 획득하는 것을 특징으로 하는 사이클로트론용 PIG 이온원 제어시스템.According to claim 3,
The compensation is for cyclotron, characterized in that when the difference between the output value of the ion beam and the set value of the ion beam is small, a positive compensation value is obtained, and when the difference between the set values is large, a negative compensation value is obtained. PIG ion source control system.
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