KR20210101202A - 가속기용 단위 셀 - Google Patents

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KR20210101202A
KR20210101202A KR1020210105878A KR20210105878A KR20210101202A KR 20210101202 A KR20210101202 A KR 20210101202A KR 1020210105878 A KR1020210105878 A KR 1020210105878A KR 20210105878 A KR20210105878 A KR 20210105878A KR 20210101202 A KR20210101202 A KR 20210101202A
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(주)뉴젠텍
강동원
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Abstract

본 발명은 가속기용 단위 셀에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개가 서로 결합되어 전자 또는 이와 유사한 입자를 가속시켜 정해진 주파수 대역의 전자기파가 발생되도록 하는 가속기용 단위 셀에 관한 것이다. 가속기용 단위 셀은 두께 면을 가지는 베이스 몸체(11); 및 베이스 몸체(11)의 두께 면을 관통하도록 형성된 도파 홀(125)을 중심을 중심으로 형성된 가속 도파 공동(12)을 포함하고, 가속 도파 공동(12)은 도파 홀(125)을 중심으로 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 적어도 두 개의 곡면 부분을 포함하고, 서로 인접하는 곡면 부분은 곡선 형상으로 연결된다.

Description

가속기용 단위 셀{A Cell Unit for an Accelerator}
본 발명은 가속기용 단위 셀에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개가 서로 결합되어 전자 또는 이와 유사한 입자를 가속시켜 정해진 주파수 대역의 전자기파가 발생되도록 하는 가속기용 단위 셀에 관한 것이다.
컨테이너의 보안 검색기, 방사선 의료 장비 또는 비파괴 검사 장비에 적용되는 고주파 전자가속기는 전자 빔의 발생을 위한 전자 총, 전자 빔의 가속을 위한 고주파 가속 관, 고주파 가속 관에 고주파를 공급하는 고주파 발생 장치, 펄스 전원 장치 및 전자 빔의 충돌에 의하여 엑스선을 발생시키는 표적으로 이루어질 수 있다. 전자 가속기를 이루는 각각의 장치는 정밀한 제어가 요구되고, 다수 개의 단위 셀이 서로 결합되어 형성되는 고주파 가속 관은 전자 빔의 가속을 위하여 정밀한 기하학적 구조를 가질 필요가 있다.
특허공개번호 제10-2013-0129815호는 CNT 실을 전자빔 방출 소스로 사용하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부, 전자빔이 입사되어 가속되는 가속관 및 고주파를 발생시키고, 전자빔 발생부와 가속관에 고주파를 인가하고, 전자빔 발생부와 가속관에 서로 다른 파워를 갖는 고주파를 인가하는 고주파 발생부를 포함하는 전자빔 발생 장치에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2014-0086859호는 전자빔을 생성하도록 배치된 직류 고압 전자 총; 메인 펄스 전력 신호를 제공하도록 배치된 펄스 전력원; 펄스 전력원이 출력하는 메인 펄스 전력 신호를 제1 펄스 전력 신호와 제2 펄스 전력 신호로 분할하는 전력 분배기; 제1 펄스 전력 신호를 이용하여 전자빔을 가속하는 제1 가속관; 제2 펄스 전력 신호를 이용하여 전자 빔을 가속하는 제2 가속관; 제2 가속관의 출력이 에너지가 연속적으로 조절되는 가속 전자빔을 생성하도록 제1 펄스 전력 신호와 제2 펄스 전력 신호 사이의 위상차를 연속적으로 조절하는 위상 천이기를 포함하는 정상파 전자 선형 가속기 장치에 대하여 개시한다.
전자 가속기에서 가속 관은 정상파의 형성, 항복 전압, RF 특성 또는 전기장 또는 자기장의 형성에 영향을 미치고 이에 의하여 가속되는 전자 빔의 특성을 결정하므로 그에 적합한 구조를 가질 필요가 있다. 그러나 상기 선행기술은 이에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 제10-2013-0129815호(한국원자력연구원, 2013년11월29일 공개) 전자빔 발생 장치 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2014-0086859호(칭화 유니버시티, 2014년07월08일 공개) 정상파 전자 선형 가속기 장치 및 그 방법
본 발명의 목적은 다수 개가 서로 결합되어 전자 가속기의 가속 관을 만들면서 가속되는 전자 빔이 미리 결정된 특성이 나타나도록 하는 가속 도파 공동(cavity) 구조가 형성된 가속기용 단위 셀을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 가속기용 단위 셀은 두께 면을 가지는 베이스 몸체; 및 베이스 몸체의 두께 면을 관통하도록 형성된 도파 홀을 중심을 중심으로 형성된 가속 도파 공동을 포함하고, 가속 도파 공동은 도파 홀을 중심으로 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 적어도 두 개의 곡면 부분을 포함하고, 서로 인접하는 곡면 부분은 곡선 형상으로 연결된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 베이스 몸체의 두께 면에 형성된 적어도 하나의 튜닝 홀을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 베이스 몸체의 평면도는 0.01 내지 0.006 ㎜가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가속 도파 공동의 형상 오차는 1 내지 6 ㎛가 되고, 표면 거칠기는 Ra 0.01 내지 0.05 ㎛가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가속 도파 공동이 형성되는 깊이 방향과 반대 방향으로 깊이가 형성되는 측면 커플링 공동을 포함한다.
본 발명에 따른 단위 셀은 다수 개가 서로 결합되어 가속 관이 형성되도록 하면서 미리 결정된 대역의 방사선의 발생되도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 적용 분야에서 따라 10 내지 40개의 동일 또는 유사한 구조가 서로 결합되어 X-밴드의 방사선이 발생되도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 3 내지 10 MeV의 에너지를 가지는 전자빔에 적용되어 컨테이너의 검색에 적용될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 가속 관의 집군 전극(buncher) 또는 가속 관의 형성에 적용될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 단위 셀의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 단위 셀의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 단위 셀의 가속 공동과 사이드 공동의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 단위 셀에 의하여 형성된 가속 관 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 단위 셀(10)의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 가속기용 단위 셀(10)은 두께 면을 가지는 베이스 몸체(11); 및 베이스 몸체(11)의 두께 면을 관통하도록 형성된 도파 홀(125)을 중심을 중심으로 형성된 가속 도파 공동(12)을 포함하고, 가속 도파 공동(12)은 도파 홀(125)을 중심으로 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 적어도 두 개의 곡면 부분을 포함하고, 서로 인접하는 곡면 부분은 곡선 형상으로 연결된다.
단위 셀(10)은 다수 개가 서로 연결되어 가속 관을 형성할 수 있고, 가속 관은 집중 선형 가속기(Compact Linear Colliding Device: CLIC) 또는 이와 유사한 가속기에 적용될 수 있다. 단위 셀(10)은 반(half) AC-SC(Accelerating Cavity and Side Coupling Cavity) 블록이 될 수 있고, 두 개의 단위 셀(10)은 서로 결합되어 가속 도파 공동 또는 측면 커플링 공동을 형성할 수 있다. 본 명세서에서 설명의 편의를 위하여 반-가속 도파 공동 또는 반-측면 커플링 공동과 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)이 구별되지 않는다.
단위 셀은 예를 들어 99.9 % 또는 99.99 % 이상의 순도를 가지는 무산소 구리(Oxygen Free Copper)로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
베이스 몸체(11)는 두께 면을 직육면체 구조가 될 수 있고, 예를 들어 평면 형상의 전면(111); 전면(111)과 평행하도록 형성되는 후면(112); 및 전면(111)과 후면(112)을 연결하면서 두께 면을 형성하는 4개의 두께 면(113, 114, 115, 116)으로 이루어질 수 있다. 전면(111) 및 후면(112)은 평면 구조로 이루어질 수 있고, 예를 들어 전면(111) 및 후면(112)의 평면도(flatness)는 0.0001 내지 0.1 ㎜, 바람직하게 0.006 내지 0.05 ㎜, 가장 바람직하게 0.006 내지 0.01 ㎜가 될 수 있다. 평면도(flatness)는 기준선에 대한 하나의 점을 기준으로 모든 방향의 직선과 비교하여 측정되는 경사 수준을 의미한다. 또는 하나의 평면에서 최고의 높이가 되는 점과 최소의 높이가 되는 점 사이의 높이 차를 의미한다. 대안으로 베이스 몸체(11)의 서로 다른 두 위치에서 두께 편차의 허용 범위가 위에서 제시된 범위가 될 수 있다.
베이스 몸체(11)의 한쪽 부분에 또는 다른 적절한 위치에 가속 도파 공동(12)이 형성될 수 있다. 가속 도파 공동(12)은 외부에서 유입되는 RF 고주파 에너지에 의하여 전자 빔이 공진이 되면서 에너지를 흡수하여 가속이 되는 영역이 될 수 있다. 이에 따라 가속 도파 공동(12)의 기하학적 구조가 단위 셀(10)의 설계의 주요 인자가 된다. 가속 도파 공동(12)은 베이스 몸체(11)의 한쪽 면을 기준으로 오목한 형상으로 만들어질 수 있고, 중심 부분에 베이스 몸체(11)를 관통하는 형상으로 가속되는 전자 빔이 유도되는 도파 홀(125)이 형성될 수 있다. 도파 홀(125)은 원형의 단면을 가질 수 있고, 도파 홀(125)의 주위로 차례대로 3, 2 및 1 유도 부분(124, 123, 122)이 형성될 수 있다. 그리고 1 유도 부분(122)의 주위로 공동 형성 부분(121)이 형성될 수 있다.
공동 형성 부분(121)은 두 개의 단위 셀(10)이 서로 결합되어 가속 도파 공동(12)이 외부에 대하여 밀폐가 되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 공동 형성 부분(121)은 전면(111)의 표면으로부터 내부를 향하여 계단 형상이 되는 원형 띠 형상이 될 수 있다. 공동 형성 부분(121)의 안쪽 원주면을 따라 1 유도 부분(122)이 형성될 수 있다. 1 유도 부분(122)은 공동 형성 부분(121)의 안쪽 원주면으로부터 전면(111)에 대하여 수직으로 연장되는 11 유도 부분과 11 유도 부분으로부터 도파 홀(125)의 방향으로 곡면으로 연장되는 12 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 그리고 12 유도 부분의 끝 부분으로부터 2 유도 부분(123)이 형성될 수 있다.
2 유도 부분(123)은 1 유도 부분(122)의 끝 부분으로 평면 형상 또는 그에 유사한 형상으로 연장되는 21 유도 부분과 21 유도 부분으로부터 전면 방향으로 향하도록 돌출되는 형상으로 연장되는 22 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 2 유도 부분(123)은 3 유도 부분(124)과 함께 도파 홀(125)이 형성되도록 하는 기능을 한다. 도파 홀의 형성을 위하여 3 유도 부분(124)은 위쪽 방향으로 또는 전면(111) 방향으로 향하는 곡면 구조로 형성될 수 있고 예를 들어 전체적으로 원뿔 형상으로 만들어질 수 있다. 구체적으로 3 유도 부분(124)은 2 유도 부분(123)에 비하여 작은 곡률 반지름을 가지면서 전면(111) 방향으로 연장되는 31 유도 부분과 31 유도 부분으로부터 다시 후면(112)으로 경사진 형상으로 연장되는 32 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 이러한 31 유도 부분과 32 유도 부분의 구조에 의하여 31 유도 부분과 32 유도 부분의 경계 부분에 원형의 골이 형성될 수 있다. 그리고 32 유도 부분의 끝 부분으로부터 실린더 형상의 도파 홀(125)이 형성될 수 있다. 도파 홀(125)은 전체적으로 속이 빈 실린더 형상이 되면서 전면(111)으로부터 후면(112)을 관통하는 형상으로 만들어질 수 있다. 이와 같은 가속 도파 공동(12)의 구조는 전기장 또는 자기장 분포에 의하여 다양한 모드로 전파되는 전자 빔이 외부에서 공급되는 고주파 RF 에너지를 흡수하여 가속이 되도록 한다. 이를 위하여 가속 도파 공동(12)은 적절한 내부 표면 조건을 가질 필요가 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 가속 도파 공동(12)의 내부 표면은 중심으로 둘레 면을 따라 서로 다른 곡률 반지름을 가지면서 부드럽게 이어지는 하나의 곡선 형상을 가진다. 하나의 곡선 형상은 연장 방향에 대하여 수직이 되는 방향으로 경계 부분 또는 경계선을 형성하는 것을 의미한다. 하나의 곡선 형상은 예를 들어 산 또는 골과 같은 오목하거나 볼록한 부분을 포함할 수 있지만 이로 인하여 서로 다른 부분으로 구분되는 높이 차 또는 결(grain)을 형성하지 않는다. 이와 같은 가속 도파 공동(12)은 단일 곡선 형상은 절삭 공구 또는 이와 유사한 머시닝 공구(machining)에 의하여 외부로부터 중심으로 또는 공동 형성 부분(121)으로부터 도파 홀(125)의 방향으로 또는 그 반대 방향으로 한 번의 공정에 의하여 가공하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어 5축 가공 또는 이와 유사한 가공 방법에 의하여 공구 또는 단위 셀(10)을 위한 소재가 공동 형성 부분(121)과 도파 홀(125)에 이르는 거리만큼 이동되면서 형성될 수 있다. 이와 가공 과정에서 서로 다른 곡률 반지름은 가진 면의 가공을 위하여 공구가 교체되거나 또는 소재의 고정 위치가 변경되지 않는다. 그리고 이와 같은 가공 공정에 의하여 곡면의 표면 조도는 예를 들어 0.005 내지 5 ㎛, 바람직하게 0.01 내지 2 ㎛, 가장 바람직하게 0.01 내지 0.2 ㎛가 될 수 있고, 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 경계 부분은 부드럽게 이어지면서 경계 부분의 표면 조도가 0.01 내지 0.2 ㎛가 될 수 있다. 이와 같은 구조적 특성에 의하여 가속 도파 공동(12)에서 원하는 공진 조건이 얻어질 수 있다.
가속 도파 공동(12)은 전체적으로 반-구형이 되면서 측면에 형성된 연결 홀(14)을 포함할 수 있다. 연결 홀(14)은 1 유도 부분(122)에 형성될 수 있고, 타원 또는 이와 유사한 형상으로 만들어질 수 있다. 연결 홀(14)은 가속 도파 공동(12)의 내부를 진공 상태로 만드는 기능을 가질 수 있고, 가속 도파 공동(12)의 측면에 측면 커플링 공동(13)이 형성되는 경우 두 개의 공동(12, 13)을 연결하는 기능을 가질 수 있다.
베이스 몸체(11)에 적어도 하나의 유동 홀(15)이 형성될 수 있고, 유동 홀(15)은 베이스 몸체(11)를 관통하는 형태로 만들어질 수 있고, 가속 도파 공동(12)의 주위에 사각 형상 이 되도록 배치될 수 있다. 또한 유도 홀(15)은 측면 커플링 공동(13)은 둘레에 형성될 수 있다. 예를 들어 유도 홀(15)은 베이스 몸체(11)의 둘레를 따라 여섯 개가 형성될 수 있다. 유동 홀(15)은 작동 과정에서 가속 관을 냉각시키는 기능을 할 수 있고, 물과 같은 냉각 유체의 유동 경로가 될 수 있다.
베이스 몸체(11)의 전면(111)과 후면(112)에 각각 적어도 하나의 체결 홀(16a, 16b)이 형성될 수 있고, 각각의 체결 홀(16a, 16b)은 전면(111)과 후면(112)의 표면으로부터 두께 방향으로 수직이 되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 체결 홀(16a, 16b)은 베이스 몸체(11)의 두께의 1/3 내지 2/3의 깊이를 가지는 홈 형상으로 만들어질 수 있다. 서로 다른 두 개의 단위 셀(10)이 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법에 의하여 서로 결합시키기 위하여 체결 홀(16a, 16b)에 체결 핀이 결합될 수 있다.
유동 홀(15) 또는 체결 홀(16a, 16b)은 다양한 구조로 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 에에 제한되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 단위 셀(10)은 가속 도파 공동(12)이 형성되는 깊이 방향과 반대 방향으로 깊이가 형성되는 측면 커플링 공동(13)을 포함할 수 있다. 측면 커플링 공동(13)은 가속 도파 공동(12)을 따라 유도되는 전자 빔의 전기장 또는 자기장의 모드에 따라 활성화가 될 수 있고, 전체적으로 가속 도파 공동(12)과 유사한 구조로 만들어질 수 있다. 측면 커플링 공동(13)은 가속 도파 공동(12)의 측면에 위치할 수 있고, 베이스 몸체(11)의 평면을 기준으로 서로 반대되는 방향으로 전체적으로 반-구형으로 형성될 수 있다. 예를 들어 가속 도파 공동(12)은 전면(111)으로부터 후면(112)을 향하여 반-구형으로 형성될 수 있고, 측면 커플링 공동(13)은 후면(112)으로부터 전면(111)을 향하여 반-구형으로 형성될 수 있다.
측면 커플링 공동(13)은 중앙 부분에 속이 빈 실린더 구조로 만들어진 커플링 홀(135)을 포함할 수 있고, 커플링 홀(135)로부터 차례대로 3, 2 및 1 커플링 유도 부분(134, 133, 132)이 형성될 수 있다. 그리고 1 커플링 유도 부분(132)의 둘레 면을 따라 실린더 형상의 커플링 공동 유도 부분(131)이 형성될 수 있다.
커플링 공동 유도 부분(131)은 후면(112)으로부터 수직이 되는 방향으로 실린더 형상으로 연장될 수 있다. 1 커플링 유도 부분(132)은 커플링 공동 유도 부분(131)으로부터 안쪽 방향으로 곡면의 환형 고리 구조로 만들어질 수 있다. 2 커플링 유도 부분(133)은 1 커플링 유도 부분(132)의 끝 부분으로부터 후면(112)에 평행한 평면 형상으로 연장되는 21 커플링 유도 부분과 21 커플링 유도 부분으로부터 위쪽 방향으로 곡면 형상으로 연장되는 22 커플링 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 2 커플링 유도 부분(133)으로부터 3 커플링 유도 부분(134)이 형성될 수 있다.
3 커플링 유도 부분(134)은 전체적으로 돔 형상으로 만들어지면서 중앙 부분에 실린더 형상의 커플링 홀(135)이 관통되는 형상으로 배치되는 구조로 만들어질 수 있다. 구체적으로 3 커플링 유도 부분(134)은 2 커플링 유도 부분(133)으로 전체적으로 위쪽 방향으로 곡면 형상으로 연장되는 31 커플링 유도 부분과 31 커플링 유도 부분으로부터 후면(112)과 평행한 평면으로 연장되는 32 커플링 유도 부분으로 이루어질 수 있다. 그리고 32 커플링 유도 부분의 중앙 부분에 베이스 몸체(11)를 관통하는 속이 빈 실린더 형상으로 만들어질 수 있다.
측면 커플링 공동(13)은 가속 도파 공동(12)과 임피던스 정합이 가능한 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)은 단위 셀(10)이 서로 결합되어 가속 관으로 만들어지면서 서로 정합이 될 필요가 있다. 이를 위하여 각각의 단위 셀이 튜닝(tuning)이 될 필요가 있다.
본 발명의 하나의 실시 형태에 따르면, 단위 셀(10)은 베이스 몸체(11)의 두께 면에 형성된 적어도 하나의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)을 포함할 수 있다. 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)은 가속 도파 공동(12)의 양쪽 측면에 형성될 수 있고, 예를 들어 베이스 몸체(11)의 긴 둘레 벽을 형성하는 1 두께 면(113) 및 1 두께 면(113)과 마주보는 2 두께 면(114)에 각각 형성될 수 있다. 또한 튜닝 홀(17e)은 짧은 둘레 벽을 형성하는 3 두께 면(115) 및 4 두께 면에 형성될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)은 두께 면(113, 114, 115)을 형성하는 평면에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 홀 형상이 될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)은 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)을 중심으로 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 각각의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)은 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)의 깊이 및 폭의 중심 부분에 대응되도록 1, 2, 3 두께 면(113, 114, 115)에 형성될 수 있다. 그리고 각각의 두께 면(113, 114, 115)으로부터 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)에 이르는 거리의 1/4 내지 4/5에 이르는 깊이, 바람직하게 1/2이 되는 깊이의 실린더 형상으로 만들어질 수 있다.
각각의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)은 단위 셀(10)에서 전자 빔이 흡수하는 주파수 대역의 튜닝을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 짧은 주파수 대역으로 튜닝을 위하여 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)에 주입 압력을 가할 수 있고, 긴 주파수 대역으로 튜닝을 위하여 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)로부터 흡입 압력이 가해질 수 있다. 각각의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)에 대한 튜닝은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
단위 셀(10)은 다수 개가 서로 결합되어 가속 관을 형성할 수 있고, 예를 들어 1 내지 50 GHz의 주파수를 가지는 에너지가 흡수되거나 해당 주파수 대역의 전자기파에 대하여 공진되는 구조로 만들어질 수 있다. 그리고 X-밴드 또는 S-밴드의 전자기파가 발생되도록 할 수 있다. 그리고 이에 적합한 규격을 가질 필요가 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 단위 셀의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 베이스 몸체(11)는 전체적으로 육면체 형상이 될 수 있고, 아래와 같은 규격으로 만들어질 수 있다.
아래에서 제시되는 규격은 예시적인 것이며 상대적인 크기를 나타낸다. 예를 들어 하나의 규격이 0.1 내지 10배가 되는 경우 이에 비례하여 다른 규격도 그에 적합한 비율로 조절될 수 있다. 그러므로 mm로 제시된 단위는 이해의 편의를 위한 상대적인 의미를 가지는 것으로 이해되어야 한다.
단위 셀의 규격(단위: mm)
전면(111) 또는 후면(112): 45.0 내지 65.0×25.0 내지 40.0
베이스 몸체(11)의 두께: 4.0 내지 12.0
가속 도파 공동(12)의 중심 위치: 3 두께 면(115)으로부터 32.0 내지 45.0
측면 커플링 공동(13)의 중심 위치: 3 두께 면(115)으로부터 12.0 내지 25.0
가속 도파 공동(12)의 최대 깊이: 전면(111)으로부터 4.5 내지 8.0
측면 커플링 공동(13)의 최대 깊이: 3.5 내지 6.5
유동 홀(15)의 중심 위치: 1 두께 면(113) 및 2 두께 면(114)으로부터 3.0 내지 7.0; 3 두께 면(115)으로부터 1.5 내지 4.5, 25.0 내지 31.5 및 48 내지 52
유동 홀(15)의 지름 및 깊이: 2.5 내지 4.5; 4.5 내지 7.5
체결 홀(16a, 16b)의 중심 위치: 1 두께 면(113) 및 2 두께 면(114)으로부터 2.0 내지 3.0; 3 두께 면(115)으로부터 6.0 내지 9.0 및 25.0 내지 32.0
체결 홀(16a, 16b)의 지름 및 깊이: 3.2 내지 4.8; 2.8 내지 4.2
튜닝 홀(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f)의 위치: 전면(111)으로부터 2.5 내지 4.0 및 후면(112)으로부터 2.5 내지 4.0; 1 두께 면(113)으로부터 16.0 내지 21.0 및 34.0 내지 42.0
튜닝 홀(17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f)의 깊이: 4.0 내지 6.0;
가속 도파 공동(12)의 최대 반지름: 14.0 내지 18.0;
서로 다른 위치에 형성된 유동 홀(15)은 서로 다른 지름 또는 깊이를 가질 수 있고, 바람직하게 동일 또는 유사한 지름 또는 깊이를 가질 수 있다. 또한 서로 체결 홀(16a, 16b)은 동일 또는 유사한 깊이를 가질 수 있다.
튜닝 홀(17a 내지 17f)은 서로 마주보는 두께 면(113 내지 116)에 형성되고, 동일 또는 유사한 위치에 형성될 수 있다. 튜닝 홀(17a 내지 17f)은 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)을 기준으로 형성될 수 있고, 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)의 폭의 중심 또는 깊이의 중간 위치에 형성될 수 있다. 필요에 따라 베이스 몸체(11)의 모서리는 모깎기(chamfering)가 될 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다.
가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)은 가속되는 전자 빔의 공진에 의한 가속 또는 각각의 모드에 따른 정합에 적합한 위치에 형성될 수 있다. 가속 관의 특성은 단위 셀의 규격에 의하여 결정될 수 있고, 정해진 특성을 가지는 X-선의 발생은 가속 도파 공동(12) 또는 측면 커플링 공동(13)의 구조적 또는 기하학적 특성에 의하여 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 단위 셀의 가속 공동과 사이드 공동의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 가속 도파 공동(12)과 측면 커플링 공동(13)은 한쪽 측면 부분이 서로 겹치는 위치에 형성될 수 있다.
가속 도파 공동(12)의 공동 형성 부분(121) 및 커플링 공동 유도 부분(131)은 전면에 대하여 수직이 되는 방향으로 형성될 수 있다. 그리고 1, 2 및 3 유도 부분(122, 123, 124), 1, 2 및 3 커플링 유도 부분(132, 133, 134), 도파 홀(125) 및 커플링 홀(135)은 아래와 같은 구조로 형성될 수 있다.
아래에서 제시되는 규격은 예시적인 것이며 상대적인 크기를 나타낸다. 예를 들어 하나의 규격이 0.1 내지 10배가 되는 경우 이에 비례하여 다른 규격도 그에 적합한 비율로 조절될 수 있다. 그러므로 mm로 제시된 단위는 이해의 편의를 위한 상대적인 의미를 가지는 것으로 이해되어야 한다.
측면 커플링 공동(13) 지름에 대한 가속 도파 공동(12) 지름의 비율: 1.10 내지 1.50
베이스 몸체(11)의 두께에 대한 가속 도파 공동(12)의 최대 깊이의 비율: 0.75 내지 0.85
베이스 몸체(11)의 두께에 대한 측면 커플링 공동(13)의 최대 깊이의 비율: 0.55 내지 0.68
- 최대 깊이는 각각 전면(111) 및 후면(112)으로부터 측정된 깊이
공동 형성 부분(121)의 깊이: 0.4 내지 0.8
1 유도 부분(122)의 곡률 반지름: 4.8 내지 5.6
2 유도 부분(123)의 평면 연장 부분의 길이: 1.6 내지 2.2
2 유도 부분(123)과 3 유도 부분(124)의 경계 부분의 곡률 반지름: 1.70 내지 2.10
3 유도 부분(124)의 끝 부분의 곡률 반지름: 0.52 내지 0.62
3 유도 부분(124)의 끝 부분과 도파 홀(125)의 경계 면의 곡률 반지름: 0.55 내지 0.62
커플링 공동 유도 부분(131)의 깊이: 1.80 내지 2.60
1 커플링 유도 부분(132)의 경계 부분의 곡률 반지름: 1.0 내지 1.4
2 커플링 유도 부분(133)의 평면 부분의 길이: 2.2 내지 3.0
2 커플링 유도 부분(133)의 평면 부분과 수직 부분의 경계 면의 곡률 반지름: 1.0 내지 1.4
2 커플링 유도 부분(133)의 수직 부분의 길이: 0.6 내지 1.4
2 커플링 유도 부분(133)과 3 커플링 유도 부분(134)의 경계 면의 곡률 반지름: 1.0 내지 1.4
3 커플링 유도 부분(134)의 평면 부분의 길이: 1.0 내지 1.4
측면 커플링 공동(13)을 형성하는 서로 다른 커플링 유도 부분(132 내지 134)은 서로 다른 경계 부분에서 동일 또는 유사한 곡률 반지름을 가지는 것이 유리하다.
가속 도파 공동(12)과 측면 커플링 공동(13)은 측면 부분에서 서로 겹칠 수 있지만 연결 홀에 의하여 서로 연결되지만 독립적인 공간을 형성한다. 각각 서로 전면(111) 및 후면(112)으로부터 형성되면서 1 유도 부분(122)이 곡면으로 형성되므로 실질적으로 교차되는 부분이 형성되는 것은 아니다.
도 2a, 2b 및 도 3에 제시된 실시 예의 단위 셀은 위에서 제시된 표면 조도 또는 평면도를 가질 수 있다. 대안으로 각 부분의 표면 거칠기는 예를 들어 Ra 0.01 ㎛ 내지 Ra 0.1 ㎛, 바람직하게 0.01 ㎛ 내지 0.05가 되는 범위에서 각 부분에 따라 적절하게 선택되도록 만들어질 수 있다. 또한 형상 오차는 0.01 내지 10 ㎛, 바람직하게 0.01 내지 6 ㎛가 되도록 선택될 수 있다. 형상 오차란 예를 들어 가속 도판 공동(12)의 곡면 부분에서 미리 결정된 곡률 반지름에서 벗어나는 수준 또는 미리 결정된 경계 면을 벗어나는 수준을 말한다.
다수 개의 단위 셀이 예를 들어 납땜 또는 용접(brazing)과 같은 방법으로 결합되어 가속 관을 형성할 수 있다.
도 4은 본 발명에 따른 단위 셀(10_1 내지 10_N)에 의하여 형성된 가속 관 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 전자 빔을 발생시키는 전자 총(41)이 가속 관의 한쪽 부분이 배치될 수 있고, 가속 관의 다른 쪽에 가속된 전자 빔을 표적으로 유도하는 유도 유닛(45)이 결합될 수 있다. 가속 관은 예비 집군 유닛(pre-buncher); 집군 유닛(42); 서로 연결된 가속 공동(43); 및 커플링 공동(44)을 포함할 수 있다. 가속 관에 RF 고주파 장치가 결합되어 전자 빔의 가속에 요구되는 에너지를 공급할 수 있다. 전자 빔은 도파 홀(125)을 통하여 전파될 수 있고, 각각의 가속 공동(43)에서 가속이 될 수 있다. 가속 관은 X-밴드 또는 S-밴드의 X-선 발생 장치에 적용될 수 있다.
가속 관은 10 내지 40개의 단위 셀(10_1 내지 10_N)의 결합에 의하여 만들어질 수 있고, 본 발명에 따른 단위 셀에 의하여 형성된 가속 관은 6 내지 12 MeV의 에너지가 공급되면서 8.5 내지 9.5 GHz 주파수 대역의 에너지를 흡수하거나 해당 대역에서 공진하는 가속기에 적용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 단위 셀은 다수 개의 서로 결합되어 가속 관이 형성되도록 하면서 미리 결정된 대역의 방사선의 발생되도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 적용 분야에서 따라 10 내지 40개의 동일 또는 유사한 구조가 서로 결합되어 X-밴드의 방사선이 발생되도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 3 내지 10 MeV의 에너지를 가지는 전자빔에 적용되어 컨테이너의 검색에 적용될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 단위 셀은 가속 관의 집군 전극(buncher) 또는 가속 관의 형성에 적용될 수 있도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 단위 셀 10_1 내지 10_N: 단위 셀
11: 베이스 몸체 12: 가속 도파 공동
13: 측면 커플링 공동 14: 연결 홀
15: 유동 홀 16a, 16b: 체결 홀
17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f: 튜닝
41: 전자 총 42: 집군 유닛
43: 가속 공동 44: 커플링 공동
45: 유도 유닛 111: 전면
112: 후면
113, 114, 115, 116: 1, 2, 3, 4 두께 면
121: 공동 형성 부분 122, 123, 124: 1, 2, 3 유도 부분
125: 도파 홀 131: 커플링 공동 유도 부분
132, 133, 134: 1, 2, 3 커플링 유도 부분
135: 커플링 홀

Claims (1)

  1. 전체적으로 직육면체 형상이고 두께 면을 가지는 베이스 몸체(11);
    베이스 몸체(11)의 두께 면을 관통하도록 형성된 도파 홀(125)을 중심으로 형성된 가속 도파 공동(12);
    가속 도파 공동(12)이 형성되는 깊이 방향과 반대 방향으로 깊이가 형성되고 가속 도파 공동(12)의 측면에 위치하는 측면 커플링 공동(13); 및
    가속 도파 공동(12) 및 측면 커플링 공동(13)의 깊이 및 폭의 중심에 대응되도록 베이스 몸체(11)의 두께 면의 서로 마주보도록 형성된 복수의 튜닝 홀(17a, 17b, 17e)를 포함하고,
    가속 도파 공동(12)은 직육면체 형상의 베이스 몸체(11)의 평면 구조로 이루어진 전면(111)으로부터 후면(112)을 향하여 전체적으로 반-구형으로 형성되고, 측면 커플링 공동(13)은 가속 도파 공동(12)과 연결 홀에 의해 서로 연결되고 가속 도파 공동(12)과 독립적인 공간을 형성하도록 직육면체 형상의 베이스 몸체(11)의 평면 구조로 이루어진 후면(112)으로부터 전면(111)을 향하여 전체적으로 반-구형으로 형성되며,
    베이스 몸체(11)의 평면 구조로 이루어진 전면(111) 및 후면(112)의 평면도는 0.006 내지 0.01㎜가 되고, 가속 도파 공동(12)은 도파 홀을 중심으로 서로 다른 곡률 반지름을 가지는 적어도 두 개의 곡면 부분을 포함하며 가속 도파 공동(12)의 곡면 부분에서 미리 결정된 곡률 반지름에서 벗어나는 수준인 형상 오차는 0.01 내지 6 ㎛가 되고, 표면 거칠기는 Ra 0.01 내지 0.05 ㎛가 되는 것을 특징으로 하는 가속기용 단위 셀.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130129815A (ko) 2012-05-21 2013-11-29 한국원자력연구원 전자빔 발생장치
KR20140086859A (ko) 2012-12-28 2014-07-08 칭화 유니버시티 정상파 전자 선형 가속기 장치 및 그 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130129815A (ko) 2012-05-21 2013-11-29 한국원자력연구원 전자빔 발생장치
KR20140086859A (ko) 2012-12-28 2014-07-08 칭화 유니버시티 정상파 전자 선형 가속기 장치 및 그 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023033293A1 (ko) * 2021-09-02 2023-03-09 한국원자력연구원 정밀 봉인형 고주파가속관

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