KR20210002746U - 하전 입자 가속 장치 - Google Patents

Abstract

하전 입자 가속 장치는 캐비티, 파이프 어셈블리, 파형관, 복수의 자성 링 및 전압원을 포함한다. 파이프 어셈블리는 순차적으로 직렬로 연결된 제1 진공관, 가속 진공관 및 제2 진공관을 포함한다. 여기서, 제1 진공관은 캐비티 외부에 위치하는 제1 연결단을 구비하고, 제2 진공관은 캐비티 외부에 위치하는 제2 연결단을 구비하며, 가속 진공관은 캐비티 내부에 위치한다. 파형관은 제1 진공관 외부에 씌움 설치되고, 제1 진공관의 응력을 흡수하며, 캐비티 및 파이프 어셈블리 전체 구조의 열 팽창 및 수축 변화를 제한한다. 따라서, 장치 작동의 구조 안정성을 보장하여, 하전 입자 운동의 가속과 유지에 영향을 미치는 것을 방지한다.

Description

하전 입자 가속 장치{CHARGED PARTICLE ACCELERATOR}

본 고안은 하전 입자 가속 장치에 관한 것으로, 특히 동기화 가속 시스템의 하전 입자 가속 장치에 관한 것이다.

현재 의학에서 암의 치료 방법 중 하나는 입자 가속기를 사용하여 하전 입자 빔을 가속시켜 표적 종양을 공격하는 것으로, 하전 입자를 통해 암세포의 DNA를 파괴하고 세포 재생을 막아 종양 세포를 죽이는 것이다. 암세포의 DNA는 하전 입자 빔의 공격 하에 특히 취약하고 일부 암세포는 DNA 복구에 심지어 특수한 결함이 있어 양성자 사선에 보다 더 민감하게 되기 때문에, 양성자 치료법은 일종의 종양 치료에 효과적인 수단으로 간주된다. 동기화 가속 시스템을 통해 하전 입자를 가속화하고 에너지 하전 입자 빔에 속하는 입자 사선을 방출하여 암을 치료하여, 종양을 효과적으로 축소하고 부작용 발생을 줄일 수 있는 잠재력을 가진 암증 치료 방법이다.

일반적인 동기화 가속 시스템은 고주파 가속 공진 캐비티를 구비하고, 그 주요 기능은 충족한 가속 전압을 제공하여, 동기화 가속 시스템에 주입된 양성자가 에너지를 획득하여 필요한 에너지와 속도를 달성하도록 한다. 그러나, 동기화 가속 시스템은 작동 중에 온도 변화에 직면하여 하전 입자(예를 들어, 양성자)를 가속화하기 위해 전자기장이 필요하므로, 따라서 하전 입자 가속 장치의 구조를 적절하게 설계하여, 동기화 가속 시스템의 가장 바람직한 사용 효율과 전체 실행의 신뢰도를 확보한다.

동기화 가속 시스템은 작동 중에 온도 변화에 직면하여 전자기장이 필요하므로, 재료 선택 및 구조 설계에 다소 제한된다. 이에 감안하여, 본 고안의 일부 실시예는 동기화 가속 시스템에 적용되는 하전 입자 가속 장치를 제공한다.

본 고안의 일 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치는 캐비티, 파이프 어셈블리, 파형관, 복수의 자성 링 및 전압원을 포함한다. 캐비티는 대향하는 제1면과 제2면, 및 제1면과 제2면에 연결된 측면을 포함한다. 파이프 어셈블리는 순차적으로 직렬로 연결된 제1 진공관, 가속 진공관 및 제2 진공관을 포함한다. 여기서 제1 진공관은 캐비티 외부에 위치하는 제1 연결단을 구비하고, 제2 진공관은 캐비티 외부에 위치하는 제2 연결단을 구비하며, 가속 진공관은 캐비티 내부에 위치한다. 파형관은 제1 진공관 외부에 씌움 설치된다. 파형관은 제3 연결단을 구비한다. 제3 연결단은 제1 진공관의 제1 연결단에 연결된다. 복수의 자성 링은 파이프 어셈블리 외부에 씌움 설치되고 캐비티 내부에 위치한다. 복수의 자성 링은 가속 진공관에 위치한 자기장을 생성한다. 가속 진공관은 비금속 재질이다. 전압원은 제1 진공관 및 제2 진공관에 커플링된다. 전압원은 가속 진공관에 위치한 전기장을 생성한다.

일 실시예에서, 파형관은 캐비티 외부에 위치하고, 파형관은 제3 연결단에 대향하는 제4 연결단을 구비하며, 제4 연결단은 캐비티의 제1면에 연결된다.

일 실시예에서, 파형관은 캐비티 내부에 위치하고, 파형관은 제3 연결단에 대향하는 제4 연결단을 구비하며, 제4 연결단은 제1 진공관 외부에 씌움 설치된다.

일 실시예에서, 파형관은 2개가 구비되어 제1 진공관의 제1 연결단 및 제2 진공관의 제2 연결단에 각각 위치한다.

일 실시예에서, 제1 진공관과 가속 진공관을 결합하기 위한 용접 구조를 더 포함한다.

일 실시예에서, 제1 진공관은 제1 연결단에 위치하는 플랜지 구조를 별도로 구비한다.

일 실시예에서, 제1 진공관의 플랜지 구조와 파형관의 제3 연결단을 결합하기 위한 적어도 하나의 연결 소자를 더 포함한다.

일 실시예에서, 연결 소자는 나사이다.

따라서, 하전 입자 가속 장치는 구조적 개선을 통해, 장치 작동의 구조 안정성을 보장하여, 하전 입자 운동의 가속과 유지에 영향을 미치는 것을 방지하는데, 주로 파형관이 캐비티의 제1면에 연결되고 제1 진공관 외부에 씌움 설치되는 것을 이용하여 제1 진공관의 온도 변화 중에 발생하는 응력을 흡수하여 가속 진공관이 응력을 받아 압착되어 파열되는 것을 방지하는 것이다.

본 고안의 목적, 기술 내용, 특징 및 달성된 효과를 보다 쉽게 이해하기 위해 아래 구체적인 실시예에 첨부된 도면을 결합하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다.
도 2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다.
도 3은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다.

본 고안의 각 실시예는 아래에 상세하게 설명될 것이며, 도면은 예시로 사용된다. 명세서의 설명에서, 독자가 본 고안에 대해 더 완벽하게 이해하도록 하기 위해, 많은 특정 세부 사항이 제공되지만, 본 고안은 일부 또는 전부 특정 세부 사항을 생략할 수 있는 전제 하에서도 여전히 실시될 수 있다. 도면에서 동일하거나 유사한 요소는 동일하거나 유사한 부호로 표시된다. 특히 유의해야 할 것은, 도면은 단지 설명을 위한 것으로, 요소의 실제 크기 또는 개수를 대표하지 않으며, 일부 세부 사항은 도면의 간결함을 위해 완전히 도시되지 않았을 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치는 캐비티(1), 파이프 어셈블리(2), 파형관(3), 복수의 자성 링(4) 및 전압원(5)을 포함한다. 캐비티(1)는 제1면(10), 제2면(12) 및 측면(14)을 포함하되, 여기서 측면(14)의 양측은 각각 제1면(10) 및 제2면(12)과 서로 연결되고, 제1면(10) 및 제2면(12)은 측면(14)의 반대되는 양측에 대향되게 구성됨으로써, 수용 공간을 가진 캐비티(1)를 구성한다. 본 실시예에서, 캐비티(1)의 형상은 원통형으로 이루어지고, 여기서 제1면(10) 및 제2면(12)은 링 형상으로 이루어지며, 그 중앙 위치에는 파이프 어셈블리(2)가 관통할 수 있는 개구부가 구비된다. 실시예에서, 캐비티(1) 및 파이프 어셈블리(2)는 원통형으로 이루어지고, 파이프 어셈블리(2)의 축 방향 중심선은 캐비티(1)의 축 방향 중심선과 정렬된다.

파이프 어셈블리(2)는 순차적으로 직렬로 연결된 제1 진공관(20), 가속 진공관(22) 및 제2 진공관(24)을 포함한다. 제1 진공관(20), 가속 진공관(22) 및 제2 진공관(24)은 모두 중공되어 있고 서로 연결된 채널을 구비하므로, 따라서 파이프 어셈블리(2) 내부에는 하전 입자가 통과할 수 있는 경로가 구비된다. 본 실시예에서, 외접한 진공 펌프의 작용을 통해, 파이프 어셈블리(2)가 진공 상태로 전환되도록 하며, 이를 통해, 파이프 어셈블리(2) 내부는 진공의 채널을 구비한다. 여기서, 제1 진공관(20)은 캐비티(1) 외부에 위치하고 외부 파이프라인에 연결되는 제1 연결단(200)을 구비하고, 제1 진공관(20)의 타단(제1 연결단(200)에 대향함)은 가속 진공관(22)의 일단에 연결된다. 제2 진공관(24)은 캐비티(1) 외부에 위치하고 외부 파이프라인에 연결되는 제2 연결단(240)을 구비하고, 제2 진공관(24)의 타단(제2 연결단(240)제2 연결단(240))은 가속 진공관(22)의 타단에 연결된다. 다시 말해서, 파이프 어셈블리(2)는 외부 파이프라인과 연결되어 링 형상의 하나의 진공 파이프라인을 형성하여 하전 입자가 그중에서 운동하고 가속화하도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24) 적어도 일부분은 캐비티(1) 내부에 위치하고, 가속 진공관(22)은 캐비티(1) 내부에 위치하며, 캐비티(1)는 파이프 어셈블리(2) 외부에 씌움 설치된다.

파형관(3)은 캐비티(1) 외부 또는 내부에 구성될 수 있고, 파형관(3)은 대향하는 제3 연결단(30) 및 제4 연결단(32)을 구비한다. 본 실시예에서, 파형관(3)은 캐비티(1) 외부에 위치하고 제1 진공관(20) 외부에 씌움 설치된다. 구체적으로, 제3 연결단(30)은 제1 진공관(20)의 제1 연결단(200)에 연결되고, 제4 연결단(32)은 캐비티(1)의 제1면(10)에 연결된다.

복수의 자성 링(4)은 파이프 어셈블리(2) 외부에 씌움 설치되고 캐비티(1) 내부에 위치한다. 복수의 자성 링(4)은 자기장(미도시)을 생성하고, 자기장의 적어도 일부는 가속 진공관(22)에 분포되어 가속 진공관(22)을 통과하는 하전 입자가 가속 작용을 획득하도록 한다. 본 실시예에서, 복수의 자성 링(4)은 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24)의 외주에 씌움 설치되고, 상호 사이에 특정 거리로 이격된다. 일 실시예에서, 복수의 자성 링(4)은 링 형상으로 이루어지고, 복수의 자성 링(4)의 축 방향 중심선은 파이프 어셈블리(2)의 축 방향 중심선과 정렬된다. 일 실시예에서, 제1 진공관(20) 외부에 위치한 복수의 자성 링(4) 수는 제2 진공관(24) 외부에 위치한 복수의 자성 링(4) 수와 같고, 복수의 자성 링(4)은 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24)과 접촉하지 않는다. 다른 실시예에서, 복수의 자성 링(4)은 자기장을 생성하기 위해 페라이트 자성 재료 또는 철 기반의 나노 결정 연 자성 재료일 수 있다. 하전 입자 가속 메커니즘이 전자기장 작용을 통한 것이므로, 입자 가속에 사용되는 가속 진공관(22)은 반드시 비금속 재질을 사용해야 외부에 추가된 자기장을 차폐하지 않을 수 있고, 예를 들어, 가속 진공관(22)은 세라믹 진공관이지만 이에 한정되지 않는다.

전압원(5)은 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24)에 커플링된다. 본 실시예에서, 전압원(5)은 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24)에 인접한 양단에 전기적으로 연결됨으로써 가속 진공관(22)의 대향하는 양측에 각각 위치하는 2개의 전극 링을 구성한다. 제1 진공관(20)과 제2 진공관(24) 사이는 부도체 재질의 가속 진공관(22)이므로, 제1 진공관(20)과 제2 진공관(24) 사이에는 가속 진공관(22)에 위치하는 전기장(미도시)이 생성될 것이며, 고정 주파수로 전기장의 방향을 변환한다. 전체적으로 보아, 양성자 빔과 같은 하전 입자 발생 장치에 의해 생성된 하전 입자를 경유하여, 제1 진공관(20), 가속 진공관(22) 및 제2 진공관(24)을 순차적으로 통과할 경우, 전기장 및 자기장 작용을 받아 가속도를 얻으며, 최종 예상한 타깃 속도와 에너지를 달성한다.

하전 입자 가속 운동 과정에서, 복수의 자성 링(4) 및 전압원(5)을 통해 가속 진공관(22) 내부에 위치한 가속 전기장을 생성하지만, 전압원(5)으로부터의 전기에너지 입력은 동기화 가속 시스템이 작동 중에 온도 변화를 일으키도록 함으로써, 금속 재질의 제1 진공관(20)이 구조적 응력을 생성하고 비금속 재질의 가속 진공관(22)을 압착하여 가속 진공관(22)이 제1 진공관(20)의 응력을 받아 압착되어 쉽게 파열되도록 한다. 파형관(3)은 제1 진공관(20) 외부에 씌움 설치되고, 제1 진공관(20)의 응력을 흡수할 수 있으며, 캐비티(1) 및 파이프 어셈블리(2) 전체 구조의 열팽창 및 수축 변화를 제한한다. 이를 통해, 장치 작동의 구조 안정성을 보장하여, 하전 입자 운동의 가속과 유지에 영향을 미치는 것을 방지한다.

도 2는 본 고간의 다른 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 실시예에서, 파형관(3)은 캐비티(1) 내부에 위치하고, 제1 진공관(20) 외부에 씌움 설치된다. 구체적으로, 제3 연결단(30)은 제1 진공관(20)의 제1 연결단(200)에 연결되고, 제4 연결단(32)은 제1 진공관(20) 외부에 씌움 설치되며, 예를 들어, 제4 연결단(32)은 제1 진공관(20)에 연결되거나 캐비티(1) 내부의 리브(미도시)를 통해 측면(14)에 연결될 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 본문에서 지칭되는 “제1” 및 “제2”는 단지 간편하게 설명하기 위한 것일 뿐, 사용자 수요에 따라 수식 및 변경이 가능하며, 상이한 실시예에서, 파형관(3)은 제2 진공관(24) 외부에 씌움 설치되거나, 제1 진공관(20) 및 제2 진공관(24) 외부에 동시에 씌움 설치될 수 있다. 즉, 제1 진공관(20)의 제1 연결단(200) 및 제2 진공관(24)의 제2 연결단(240)에 각각 위치하는 2개의 파형관(3)이 설치되지만 이에 한정되지 않는다.

도 3은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 하전 입자 가속 장치의 모식도이다. 도 3을 참조하면, 실시예에서, 하전 입자 가속 장치는 용접 구조(6)를 더 포함한다. 용접 구조(6)는 제1 진공관(20) 및 가속 진공관(22)을 결합하고, 제2 진공관(24) 및 가속 진공관(22)을 결합하는데 사용된다. 종래의 기술에서, 일반적으로 플랜지(flange) 구조를 통해 세라믹 진공관과 같은 제2 진공관(24)과 금속 진공관과 같은 제1 진공관(20)을 연결한다. 그러나, 플랜지 구조의 금속 재질은 캐비티(1) 내부 자기장이 불균일해지도록 하여, 하전 입자 가속 효과에 영향을 미친다. 용접 구조(6)를 통해 파이프 어셈블리(2) 내에서 하전 입자의 가속 운동에 영향을 미치지는 것을 방지할 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 진공관(20)은 제1 연결단(200)에 위치하는 플랜지 구조(200a)를 별도로 구비한다. 플랜지 구조(200a)는 동기화 가속 시스템 중 진공 파이프라인을 연결하는데 사용된다. 실시예에서, 파형관(3)의 제3 연결단(30)은 연결 조각(7)을 통해 제1 진공관(20)의 플랜지 구조(200a)에 연결된다. 다른 실시예에서, 하전 입자 가속 장치는 연결 소자(70)를 더 포함한다. 연결 소자(70)는 연결 조각(7)에 위치하고, 연결 소자(70)는 연결 조각(7)을 통해 제1 진공관(20)의 플랜지 구조(200a) 및 파형관(3)의 제3 연결단(30)을 결합하며; 예를 들어, 연결 소자(70)는 나사이고, 연결 조각(7) 측면의 복수의 나사는 제1 진공관(20)의 플랜지 구조(200a) 및 파형관(3)의 제3 연결단(30)을 각각 잠금 고정시킨다.

종합해보면, 본 고안의 일부 실시예는 하전 입자 가속 장치를 제공하며, 주로 파형관(3)이 캐비티(1)의 제1면(10)에 연결되고 제1 진공관(20) 외부에 씌움 설치되는 것을 이용하여 제1 진공관(20)의 하전 입자 가속 과정에서 온도 변화에 따라 발생하는 응력을 흡수하여 가속 진공관(22)이 응력을 받아 압착되어 파열되는 것을 방지하는 것이다. 이를 통해, 장치 작동의 구조 안정성을 보장하여, 하전 입자 운동의 가속과 유지에 영향을 미치는 것을 방지한다. 이 밖에, 용접 구조(6)를 통해 제1 진공관(20), 가속 진공관(22) 및 제2 진공관(24)을 연결하여, 캐비티(1) 내에 금속 재질의 플랜지 구조(200a)를 구성할 필요가 없으며, 자기장 분포가 간섭을 받아 파이프 어셈블리(2) 내에서 하전 입자의 가속 운동에 영향을 미치는 것을 방지하여, 양성자 치료 사용 조건에 부합되는 양성자 빔을 생성할 수 있다.

이상 실시예는 단지 본 고안의 기술 사상 및 특성을 설명하기 위한 것일 뿐, 그 목적은 본 기술분야의 통상의 기술자가 본 고안의 내용을 이해하고 이에 따라 구현할 수 있도록 하는 것이며, 본 고안의 청구 범위가 이에 따라 한정될 수 없을 경우, 즉 본 고안에 개시된 정신에 따라 이루어진 모든 변화 또는 수식은 여전히 본 고안의 청구 범위 내에 포함되어야 한다.

1: 캐비티 2: 파이프 어셈블리 3: 파형관 4: 자성 링
5: 전압원 10: 제1면 12: 제2면 14: 측면
20: 제1 진공관 22: 가속 진공관 24: 제2 진공관
200: 제1 연결단 200a: 플랜지 구조 240: 제2 연결단
30: 제3 연결단 32: 제4 연결단 6: 용접 구조
7: 연결 조각 70: 연결 소자

Claims (8)

1. 하전 입자 가속 장치로서,
   대향하는 제1면과 제2면, 및 상기 제1면과 상기 제2면에 연결된 측면을 포함하는 캐비티;
   순차적으로 직렬로 연결된 제1 진공관, 가속 진공관 및 제2 진공관을 포함하되, 상기 제1 진공관은 상기 캐비티 외부에 위치하는 제1 연결단을 구비하고, 상기 제2 진공관은 상기 캐비티 외부에 위치하는 제2 연결단을 구비하며, 상기 가속 진공관은 상기 캐비티 내부에 위치하는 파이프 어셈블리;
   상기 제1 진공관 외부에 씌움 설치되고, 상기 제1 진공관의 상기 제1 연결단에 연결되는 제3 연결단을 구비하는 파형관;
   상기 파이프 어셈블리 외부에 씌움 설치되고 상기 캐비티 내부에 위치하되, 비금속 재질인 상기 가속 진공관에 위치한 자기장을 생성하기 위한 복수의 자성 링; 및
   상기 제1 진공관 및 상기 제2 진공관에 커플링되어, 상기 가속 진공관에 위치한 전기장을 생성하기 위한 전압원을 포함하는, 하전 입자 가속 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 파형관은 상기 캐비티 외부에 위치하고, 상기 파형관은 상기 제3 연결단에 대향하는 제4 연결단을 구비하며, 상기 제4 연결단은 상기 캐비티의 상기 제1면에 연결되는, 하전 입자 가속 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 파형관은 상기 캐비티 내부에 위치하고, 상기 파형관은 상기 제3 연결단에 대향하는 제4 연결단을 구비하며, 상기 제4 연결단은 상기 제1 진공관 외부에 씌움 설치되는, 하전 입자 가속 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 파형관은 2개가 구비되어 상기 제1 진공관의 상기 제1 연결단 및 상기 제2 진공관의 상기 제2 연결단에 각각 위치하는, 하전 입자 가속 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 진공관과 상기 가속 진공관을 결합하기 위한 용접 구조를 더 포함하는, 하전 입자 가속 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 진공관은 상기 제1 연결단에 위치하는 플랜지 구조를 별도로 구비하는, 하전 입자 가속 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 진공관의 상기 플랜지 구조와 상기 파형관의 상기 제3 연결단을 결합하기 위한 적어도 하나의 연결 소자를 더 포함하는, 하전 입자 가속 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 연결 소자는 나사인, 하전 입자 가속 장치.

Images