KR20230123360A - 하전입자 제어용 가변형 4극 자석 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 4극 자석 시스템은, 지지구조물; 상기 지지구조물에 의해 지지되는 무빙레일; 상기 무빙레일에 이동 가능하게 결합되는 고정용 프레임; 및 상기 고정용 프레임의 내측에 위치하는 가속관을 둘러싸도록 상기 고정용 프레임의 내측에 소정의 각도마다 배치 및 고정되는 4개의 영구자석을 포함한다.

Description

하전입자 제어용 가변형 4극 자석 시스템{VARIABLE QUADRUPOLE MAGNET SYSTEM FOR CONTROLLING CHARGED PARTICLES}

본 발명은 하전입자 제어를 위한 장치에 대한 것이다.

도 1은 종래의 4극 전자석을 나타낸 개념도이다. 도 2는 잔류자화현상이 일어날 때의 자기이력을 나타낸 것이다.

전기장에 의해 가속되는 하전입자의 모양 및 사이즈를 조절하기 위해 자기장을 이용한다. 이 때 자기장은 영구자석 또는 전자석에 의해 발생된다.

영구자석의 경우, 전자석에 비해 강한 자기장을 제공하고 전류를 제공하기 위한 전원공급장치가 필요하지 않기 때문에 전원공급장치에서 공급되는 전류의 불안정성으로 인한 자기장의 불안정성이 없으며 전체 시스템의 사이즈가 작은 장점이 있다. 그러나 고정된 위치와 자기장의 세기로 하전입자의 제어가 어렵다.

전자석의 경우, 영구자석과 달리 철과 같은 강자성 물질에 코일을 감아서 사용하는 방식으로 코일에 흐르는 전류의 양으로 자기장의 세기가 조절이 가능하다. 그러나 강한 자기장을 발생하기 위해서는 코일을 많이 감아야 하고 이로 인해 사이즈가 급격히 커지며, 전류가 흐르는 코일에 열이 발생하기 때문에 냉각시스템도 갖추어야 한다. 결과적으로 전자석을 사용하면 영구자석에 비해 전원공급장치, 냉각장치 등으로 인해 전체 시스템의 사이즈가 상당히 커진다. 추가적으로 코일에 흐르는 전류에 의해 자화된 강자성 물질은 전류가 ‘0’이 되어도 자화된 강자성 물질이 완전히 자화를 잃지 않고 일부 자화가 남는 잔류자화가 생긴다. 이를 해결하기 위해서는 가해준 전류의 반대방향으로 전류를 흐르게 한 뒤 전류를 ‘0’으로 해야 하는 번거로움이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 전자석 시스템의 구성을 간소화하고 잔류자화 현상이 없는 하전입자 제어 기술을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 따른 4극 자석 시스템은, 지지구조물; 상기 지지구조물에 의해 지지되는 무빙레일; 상기 무빙레일에 이동 가능하게 결합되는 고정용 프레임; 및 상기 고정용 프레임의 내측에 위치하는 가속관을 둘러싸도록 상기 고정용 프레임의 내측에 소정의 각도마다 배치 및 고정되는 4개의 영구자석을 포함한다.

본 발명은 종래 하전입자 제어 장치인 전자석의 문제점인 사이즈가 큰 부대장치와 잔류자화 현상을 제거하기 위해 무빙레일과 영구자석을 이용하는 방식으로 개선함으로써 영구자석을 하전입자가 진행하는 축을 기준으로 거리가 가까워지거나 멀어짐으로써 자기장의 세기를 조절하고, 45도까지 회전이 가능하여 하전입자의 모양을 더 다양하게 제어가 가능하다는 것을 요지로하며, 이에 따라 하전입자를 더 정밀하게 제어가 가능하게 된다.

도 1은 종래의 4극 전자석을 나타낸 개념도이다.
도 2는 잔류자화현상이 일어날 때의 자기이력을 나타낸 것이다.
도 3은 예시적인 하전입자 제어를 위한 전자석 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템이 회전하는 경우를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템의 자석이 가속관에 인접한 일 위치 또는 일 위치보다 가속관으로부터 멀리 떨어진 다른 위치에 배치되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템의 회전용 무빙레일, 거리조절용 무빙레일, 고정용 프레임 및 지지구조물을 나타낸 개념도이다.

도 3은 예시적인 하전입자 제어를 위한 전자석 장치를 나타낸 사시도이다.

기존의 전자석을 이용한 하전입자 제어 기술은 제어를 위한 자기장을 제공하기 위해 강자성 물질에 코일을 감아 그 코일에 전류를 흐르게 하는 방식을 사용한다. 강자성 물질과 코일 외에 코일에 전류를 제공하기 위한 전원공급장치, 전류가 흐르는 코일의 냉각하기 위한 냉각장치 등으로 구성된다.

기존의 전자석은 강한 자기장을 제공하기 위해 감는 코일의 수가 많고 전원공급장치, 냉각장치 등으로 인해 전체 시스템의 사이즈가 크며, 잔류자화 현상이 발생하는 문제점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템이 회전하는 경우를 나타낸 개념도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템의 자석이 가속관에 인접한 일 위치 또는 일 위치보다 가속관으로부터 멀리 떨어진 다른 위치에 배치되는 모습을 나타낸 개념도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 자석 시스템의 회전용 무빙레일, 거리조절용 무빙레일, 고정용 프레임 및 지지구조물을 나타낸 개념도이다.

본 발명의 예에 따른 하전입자 제어용 가변형 4극 자석 시스템은 영구자석, 지지구조물, 무빙레일, 회전을 위한 고정용 프레임, 거리 조절을 위한 고정용 프레임, 회전와 위치 제어를 위한 고정밀 모터와 지지구조물로 구성된다.

본 발명에 따른 4극 자석 시스템은, 지지구조물; 상기 지지구조물에 의해 지지되는 무빙레일; 상기 무빙레일에 이동 가능하게 결합되는 고정용 프레임; 및 상기 고정용 프레임의 내측에 위치하는 가속관을 둘러싸도록 상기 고정용 프레임의 내측에 소정의 각도마다 배치 및 고정되는 4개의 영구자석을 포함할 수 있다.

4극 자석은 하전입자가 진행하는 축을 기준으로 무빙레일을 따라 최대 45도까지 회전할 수 있으며 이로 인해 하전입자를 상·하, 좌·우뿐만 아니라 다양한 각도로 하전입자의 모양 제어가 가능하다.

4극 자석은 하전입자가 진행하는 축 방향의 무빙레일을 따라 움직임으로서 자기장의 세기의 조절이 가능하다.

4극 자석은 거리조절용 무빙레일을 따라 이동하여 가속관과 인접한 일 위치 또는 일 위치보다 가속관으로부터 멀리 떨어진 다른 위치에 배치될 수 있다.

영구자석을 사용하기 때문에 전원공급장치, 냉각장치와 같은 부대장치가 필요하지 않아 전체 시스템의 사이즈가 작으며 전자석의 잔류자화 현상이 없어 안정적이고 균일한 자기장으로 하전입자 제어가 가능하다.

1 : 4극 자석 시스템

Claims (1)

1. 지지구조물;
   상기 지지구조물에 의해 지지되는 무빙레일;
   상기 무빙레일에 이동 가능하게 결합되는 고정용 프레임; 및
   상기 고정용 프레임의 내측에 위치하는 가속관을 둘러싸도록 상기 고정용 프레임의 내측에 소정의 각도마다 배치 및 고정되는 4개의 영구자석을 포함하는, 4극 자석 시스템.