WO2023033293A1 - 정밀 봉인형 고주파가속관 - Google Patents

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WO2023033293A1
WO2023033293A1 PCT/KR2022/005300 KR2022005300W WO2023033293A1 WO 2023033293 A1 WO2023033293 A1 WO 2023033293A1 KR 2022005300 W KR2022005300 W KR 2022005300W WO 2023033293 A1 WO2023033293 A1 WO 2023033293A1
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WO
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accelerator
acceleration
support plate
frequency
support
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/005300
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English (en)
French (fr)
Inventor
이승현
예권해
신상인
이동원
Original Assignee
한국원자력연구원
(주)비엠아이
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Filing date
Publication date
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    • 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
    • H05H7/14—Vacuum chambers
    • 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
    • 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

Definitions

  • a precision sealed high frequency accelerator tube is provided.
  • High-frequency accelerator tube-based linear accelerators are used not only for basic scientific research, but also for non-destructive testing and security screening, cancer treatment and diagnosis equipment, ion implantation, food investigation, radioisotope (RI) production, semiconductor development, protein and nanomaterial structure analysis, etc. It is widely used in various applied research and industrial fields.
  • radiation cancer treatment devices based on high-frequency accelerator tubes account for more than 81% of the radiation treatment equipment market, and their importance is increasing with a market growth rate (CAGR) of more than 6%.
  • CAGR market growth rate
  • An electron linear accelerator is a device capable of generating high-energy electron beams and X-rays, and accelerates an electron beam to a speed close to the speed of light through a high-frequency accelerator tube using a high-frequency output.
  • MV-class high-energy accelerators used in radiation therapy devices mainly use IEEE standard 3 GHz band S-band class high-frequency systems.
  • interest in 5 GHz band C-band class and 10 GHz band X-band class high-frequency accelerator tubes, which can configure a smaller system while maintaining the same high energy-high dose output is increasing.
  • a very high level of processing accuracy is also required, but with the development of precision processing technology, mechanical and electronic component control technology, and the like, technical challenges regarding processing accuracy are also being solved considerably.
  • the high-frequency accelerator tube uses oxygen-free high-purity copper (OFHC) as its main material, which has high electrical conductivity and can be processed with high precision, and uses metal brazing to maintain electron beam acceleration and current in a high vacuum state. Individual cells are joined together to form a single set.
  • OFHC oxygen-free high-purity copper
  • Individual cells are joined together to form a single set.
  • the metal bonding process temperature of the high-frequency accelerator tube is about 900 ⁇ 950 °C, which is lower than the melting point of copper (1,085 °C).
  • Korean Patent Registration No. 1,725,849 discloses "a linear accelerator capable of wideband frequency tuning".
  • One embodiment of the present invention is to provide a precision sealed high-frequency accelerator tube capable of connecting parts constituting the accelerator tube in a precision sealed state in order to maintain an electrical connection and a vacuum state between the parts constituting the accelerator tube.
  • a precision sealed high-frequency accelerator tube includes an accelerator unit having a plurality of cells having a split junction structure forming an accelerator cavity along a longitudinal direction, a first support plate provided on one side of the accelerator unit to support the accelerator unit, and an accelerator unit.
  • a second support plate provided at a position corresponding to the first support plate on the other side of the unit to support the accelerator, and one end connected to the first support plate and the other end connected to the second support plate to provide joint support of the accelerator
  • a sealing material is pressurized and spread-bonded to a bonding pattern provided at a predetermined bonding position on the bonding surface of the accelerator unit, so that the connection of the bonding surface of the accelerator unit is maintained in a precise sealed state.
  • the accelerator tube may be assembled in a sealed state.
  • FIG. 1 is a view showing a precision sealed high frequency accelerator tube according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view of a coupling relationship of a precision-sealed high-frequency accelerator tube according to an embodiment viewed from another angle.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a bonding pattern according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a view showing a precision-sealed high-frequency acceleration tube according to an embodiment
  • Figure 2 is a view of a coupling relationship of a precision-sealed high-frequency acceleration tube according to an embodiment viewed from another angle
  • FIG. It is a drawing showing a bonding pattern according to an example.
  • a precision sealed high frequency accelerator tube 100 includes an accelerator 140, a first support plate 110, a second support plate 120, and a press support ( 130).
  • the sealing material is pressure-diffusion-bonded to the bonding pattern provided at the bonding position set in advance on the bonding surface of the accelerator 140, so that the connection of the bonding surface of the accelerator 140 can be maintained in a precise sealed state.
  • the sealing material may include solid indium.
  • the bonding patterns may have a symmetrical structure and maintain a predetermined size and spacing, thereby guiding the sealing material to spread evenly with a constant pressure.
  • the bonding pattern may be provided as a partial dummy-pattern to ensure a more uniform pressure range.
  • the bonding pattern may be provided as a concave bonding groove having a preset depth in the outer circumferential direction of the bonding position.
  • the bonding pattern may include a circular concave groove shape.
  • the sealing material may be formed in an O-ring shape.
  • the accelerating unit 140 may include a plurality of cells having a split junction structure forming an accelerating cavity along the longitudinal direction.
  • the accelerator 140 includes an anode for initial acceleration and focusing of the electron beam, a buncher cell (160) for beam focusing and initial acceleration, an accelerating cell (150) for accelerating the electron beam to the speed of light, It may include a coupling cell 170 receiving RF output from the high frequency generator, and a vacuum port for maintaining a vacuum state.
  • the accelerator 140 may further include a water pipe for maintaining the temperature of the accelerator 140 and an RF antenna as needed.
  • the first support plate 110 may be provided on one side of the accelerator 140 to support the accelerator 140 .
  • the first support plate 110 may have a hollow rectangular plate shape.
  • One end of the pressing support 130 may be connected to a corner portion of the first plate.
  • the second support plate 120 may be provided at a position corresponding to the first support plate 110 on the other side of the accelerator 140 to support the accelerator 140 .
  • the second support plate 120 may have a hollow rectangular plate shape.
  • the other end of the pressing support 130 may be connected to the corner of the second plate.
  • the pressure support part 130 may have one end connected to the first support plate 110 and the other end connected to the second support plate 120 to provide joint support force of the accelerator part 140 .
  • the pressure support unit 130 is provided in a rod shape and may be made of a material capable of maintaining ultra-precision straightness.
  • solid indium is used to maintain the connection between parts in a precision sealed state, thereby improving processing precision.
  • mass production efficiency can be increased. Accordingly, according to one embodiment, it is possible to improve processing precision and increase mass production efficiency compared to the high frequency accelerator tube using the conventional metal joining technology. Through this, acceleration efficiency and mass production efficiency can be increased compared to conventional radiation therapy devices, and one embodiment can be utilized in future high-dose radiation therapy device development and performance improvement technology of conventional therapy devices.
  • a micro-miniature high-frequency accelerator tube for high-dose radiation therapy may be formed by proceeding with connection between parts forming the accelerator unit 140 by having a bonding pattern for using solid indium.
  • solid indium is used as a sealing material so that the parts can be connected in a precision sealed state.
  • solid indium may be mainly provided in the vicinity of a cell maintaining a vacuum state.
  • the bonding pattern may be arranged using an edge having a uniform depth and size.
  • the solid indium positioned on the sealed rim may have a symmetrical structure so as to spread evenly with a constant pressure.
  • the solid indium may be provided to maintain a constant size and spacing.
  • the standard of the frame may vary depending on the size of the accelerator tube, but the degree of compression may be finely adjusted in order to equally manage the vacuum maintenance and electrical characteristics between parts.
  • the accelerator cell 150 may be formed of a junction structure of a first junction plate 1500 and a second junction plate 1510 .
  • Each bonding pattern may be provided on the bonding surfaces of the first bonding plate 1500 and the second bonding plate 1510 .
  • the first junction plate 1500 may include an 11th dummy pattern 1502 , a 12th dummy pattern 1504 , and a 13th dummy pattern 1506 .
  • the eleventh dummy pattern 1502 includes a pattern ensuring a uniform pressure range.
  • the eleventh dummy pattern 1502 may be provided at a position symmetrical to the vacuum edge provided on the first bonding plate 1500 .
  • the 11th dummy pattern 1502 may be provided on the upper part of the first bonding plate 1500 corresponding to the vacuum rim.
  • the eleventh dummy pattern 1502 may be provided in the form of a circular concave joint groove to correspond to an edge portion of the vacuum holding hole.
  • the twelfth dummy pattern 1504 includes a pattern for connecting cooling water and a vacuum line.
  • the twelfth dummy pattern 1504 may be provided in the form of a circular concave joint groove at an edge portion of a plurality of cooling water and vacuum line connection holes.
  • the thirteenth dummy pattern 1506 may be provided in the form of a circular concave joint groove at an edge portion of the hole for maintaining vacuum.
  • the second junction plate 1510 corresponding to the first junction plate 1500 may include a 22nd dummy pattern 1512 and a 23rd dummy pattern 1514 .
  • the 22nd dummy pattern 1512 may be provided in the form of a circular concave joint groove at an edge portion of a plurality of cooling water and vacuum line connection holes.
  • the 23rd dummy pattern 1514 may be provided in the form of a circular concave joint groove at an edge portion of the hole for maintaining vacuum.
  • the work is performed through the following process.
  • ultra-precision processing to minimize processing errors is performed based on the design drawing of the accelerator tube.
  • cleaning and surface treatment are performed using high-purity alcohol, high-resistance deionized water, chromic acid, and the like.
  • the resonance frequency and machining error of the high-frequency accelerator tube based on the precision measuring device are measured.
  • a primary resonant frequency tuning operation is performed by comparing the measured values.
  • perturbation-based electric field distribution and resonance mode precision measurements are performed.
  • room-temperature atmospheric pressure indium sealing using solid indium is performed.
  • a plurality of cells forming the accelerator 140 are stacked along the longitudinal direction by the number required to form the accelerator tube.
  • a sealing material of solid indium is interposed in a bonding pattern provided at a predetermined bonding position on the bonding surface of the accelerator 140 . Then, the accelerator 140 is pressed by using the press support 130 connected to the first support plate 110 and the second support plate 120 . The bonding surface may be in close contact with the pressure of the pressure support unit 130 . Also, according to the pressurization of the accelerator 140 , solid indium is diffusion-bonded at the bonding surface of the accelerator 140 , and the connection of the bonding surface of the accelerator 140 can be maintained in a sealed state. As solid indium is used as a sealing material, since bonding is possible at a lower temperature than conventional metal bonding, thermal strain at the bonding surface can be reduced. And as the deformation of the accelerator 140 decreases, the accelerator tube can be assembled in a more precise sealed state. Finally, after assembling the accelerator tube, the vacuum state maintenance performance is confirmed.
  • a high frequency accelerator tube is conventionally manufactured using a metal bonding process in an ultra-high temperature of about 950 ° C. or higher and an ultra-high vacuum environment.
  • a solid indium sealing process at room temperature and atmospheric pressure around 35° C., copper deformation does not occur after solid indium sealing and bonding, so secondary resonant frequency tuning work and process steps such as straightness measurement may be omitted.
  • the precision sealed high frequency accelerator tube 100 using solid indium can be replaced with a reprocessed product after removing solid indium even if a defective product is generated in a precise measurement operation.
  • all existing products forming the accelerator tube can be reused, permanent use of the accelerator tube is possible, and maintenance of acceleration stability and convenience of maintenance can be secured.
  • the high-dose radiation therapy device can have a very high acceleration efficiency, and thus, operation stability can be improved.
  • one embodiment can achieve an efficient equipment operating cost and a small space occupancy by enabling a smaller size than a conventional accelerator tube. Accordingly, by expanding the market area from the treatment device market concentrated in existing large hospitals to small and medium-sized hospitals, not only new market development but also national health promotion can be achieved.

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Abstract

일 실시예에 따르면, 가속관을 구성하는 부품들 간 전기적 연결 및 진공상태를 유지시키기 위하여, 고체인듐을 사용하여 부품간 연결을 정밀 봉인상태로 결합할 수 있는 정밀 봉인형 고주파가속관이 제공된다. 정밀 봉인형 고주파가속관은 가속 공동을 형성하는 분할 접합구조의 셀들이 길이방향을 따라 복수로 구비되는 가속부, 가속부의 일측에 구비되어 가속부를 지지하는 제1 지지 플레이트, 가속부의 타측에서 제1 지지 플레이트와 대응하는 위치에 구비되어 가속부를 지지하는 제2 지지 플레이트, 그리고 제1 지지 플레이트에 일단이 연결되고, 타단이 제2 지지 플레이트에 연결되어 가속부의 접합 지지력을 제공하는 가압 지지부를 포함하며, 가속부의 접합면에서 미리 설정된 접합위치에 구비되는 접합패턴에 실링재가 가압 확산 접합되어, 가속부의 접합면 연결이 정밀 봉인상태로 유지된다.

Description

정밀 봉인형 고주파가속관
정밀 봉인형 고주파가속관이 제공된다.
고주파가속관 기반 선형가속기는 기초과학연구뿐만 아니라 비파괴검사 및 보안검색, 암 치료 및 진단 장비, 이온주입, 식품조사, 방사성동위원소(radioisotope, RI) 생산, 반도체개발, 단백질 및 나노물질 구조분석 등 다양한 응용연구 및 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 고주파가속관에 기반한 방사선 암 치료기는 방사선 치료장비 시장의 81 % 이상을 차지하고 있으며, 시장증가율(CAGR)이 6% 이상으로 그 중요성이 높아지고 있다.
전자빔 선형가속기(Electron Linear Accelerator, LINAC)는 고에너지 전자빔 및 엑스선을 발생시킬 수 있는 장치로서, 고주파 출력을 이용한 고주파가속관을 통해 전자빔을 빛의 속도에 근접한 속도까지 가속시킨다. 현재 방사선치료기에 사용하는 MV급 고에너지 가속기는 주로 IEEE 기준 3 GHz 대역 S-band급 고주파 시스템을 사용한다. 하지만, 동일한 고에너지-고선량 출력을 유지하면서 보다 작은 시스템 구성이 가능한 5 GHz 대역 C-band급, 10 GHz 대역 X-band급 고주파가속관에 대한 관심이 높아지고 있다. 물론, 주파수가 높아지면서 가공 정밀도 역시 매우 높은 수준을 요구하지만, 정밀가공 기술, 기계 및 전자부품 제어기술 등이 발전하여, 가공 정밀도에 대한 기술적인 과제도 상당히 해결되고 있다.
고주파가속관은 높은 전기전도도 및 고정밀 가공이 가능한 무산소-고순도 구리(Oxygen Free High-purity Copper, OFHC)를 주재료로 사용하며, 고진공 상태에서 전자빔 가속 및 전류량을 유지하기 위해 금속접합(Metal Brazing)을 이용하여 개별 셀들을 접합시켜 단일 세트 형태로 사용한다. 보다 높은 주파수를 사용하는 고주파가속관은 많은 장점에도 불구하고 금속접합 기술의 한계로 고주파가속관을 양산하는 것은 쉽지 않다. 고주파가속관의 금속 접합 공정 온도는 약 900~950℃이며, 이는 구리의 녹는점(1,085℃)보다는 낮은 온도이다. 하지만 구리 소재 자체의 연성으로 인해 금속 접합 시 가속관 내부의 뒤틀림 및 변형이 발생하고, 이로 인해 성능 저하 및 연속적인 양품 생산이 어려워지므로, 고주파가속관의 양산 기술의 난이도는 매우 높다. 하지만, 동일 치료기 대비 보다 높은 고선량 방사선량의 발생, 그리고 미래 다목적 다중 소스에 기반한 초고선량 방사선 치료를 수행하기 위해서는 보다 높은 주파수를 이용한 고주파가속관의 개발이 필요하다.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,725,849는 "광대역 주파수 튜닝이 가능한 선형 가속기"을 개시한다.
본 발명의 한 실시예는 가속관을 구성하는 부품들 간 전기적 연결 및 진공상태를 유지시키기 위하여 부품간 연결을 정밀 봉인상태로 결합할 수 있는 정밀 봉인형 고주파가속관을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관은 가속 공동을 형성하는 분할 접합구조의 셀들이 길이방향을 따라 복수로 구비되는 가속부, 가속부의 일측에 구비되어 가속부를 지지하는 제1 지지 플레이트, 가속부의 타측에서 제1 지지 플레이트와 대응하는 위치에 구비되어 가속부를 지지하는 제2 지지 플레이트, 그리고 제1 지지 플레이트에 일단이 연결되고, 타단이 제2 지지 플레이트에 연결되어 가속부의 접합 지지력을 제공하는 가압 지지부를 포함하며, 가속부의 접합면에서 미리 설정된 접합위치에 구비되는 접합패턴에 실링재가 가압 확산 접합되어, 가속부의 접합면 연결이 정밀 봉인상태로 유지된다.
일 실시예에 따르면, 고체인듐을 실링재로 사용함에 따라 종래의 금속접합에 비해 낮은 온도에서의 접합이 가능하므로, 접합면에서의 열변형이 감소될 수 있으며, 가속부의 변형도 감소되므로, 보다 정밀한 봉인상태로 가속관이 조립될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관의 결합관계를 다른 각도로 바라본 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 접합패턴을 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 정밀 봉인형 고주파가속관을 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관을 도시한 도면이며, 도 2는 일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관의 결합관계를 다른 각도로 바라본 도면이며, 도 3은 일 실시예에 따른 접합패턴을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관(100)은 가속부(140), 제1 지지 플레이트(110), 제2 지지 플레이트(120), 그리고 가압 지지부(130)를 포함한다. 가속부(140)의 접합면에서 미리 설정된 접합위치에 구비되는 접합패턴에 실링재가 가압 확산 접합되어, 가속부(140)의 접합면 연결이 정밀 봉인상태로 유지될 수 있다. 여기서, 실링재는 고체인듐을 포함할 수 있다. 그리고 접합패턴은 서로 대칭적 구조를 갖고 미리 설정된 크기와 간격을 유지하여, 실링재가 일정한 압력으로 고르게 퍼지도록 안내할 수 있다. 접합패턴은 보다 균일한 압력 범위 보장을 위해 일부 더미 패턴(Dummy-pattern)으로 구비될 수 있다. 접합패턴은 접합위치의 외주방향으로 미리 설정된 깊이를 갖는 오목한 접합홈으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 접합패턴은 원형의 오목한 홈 형상을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 실링재는 오링 형상으로 형성될 수 있다.
가속부(140)는 가속 공동을 형성하는 분할 접합구조의 셀들이 길이방향을 따라 복수로 구비될 수 있다. 가속부(140)는 전자빔 초기 가속 및 집속 기능을 하는 양극, 빔 집속 및 초반 가속 기능을 하는 번칭 셀(160, buncher cell), 전자빔을 빛의 속도까지 가속시키는 가속 셀(150, accelerating cell), 고주파발생부로부터 RF 출력을 공급받는 커플링 셀(170, coupling cell), 그리고 진공 상태 유지용 진공포트를 포함할 수 있다. 가속부(140)는 필요에 따라 가속부(140)의 온도 유지용 물관 및 RF 안테나 등을 더 구비할 수 있다.
제1 지지 플레이트(110)는 가속부(140)의 일측에 구비되어 가속부(140)를 지지할 수 있다. 제1 지지 플레이트(110)는 중공의 사각 플레이트 형상으로 구비될 수 있다. 제1 플레이트의 모서리 부분에 가압 지지부(130)의 일단이 연결될 수 있다.
제2 지지 플레이트(120)는 가속부(140)의 타측에서 제1 지지 플레이트(110)와 대응하는 위치에 구비되어 가속부(140)를 지지할 수 있다. 제2 지지 플레이트(120)는 중공의 사각 플레이트 형상으로 구비될 수 있다. 제2 플레이트의 모서리 부분에 가압 지지부(130)의 타단이 연결될 수 있다.
가압 지지부(130)는 제1 지지 플레이트(110)에 일단이 연결되고, 타단이 제2 지지 플레이트(120)에 연결되어 가속부(140)의 접합 지지력을 제공할 수 있다. 가압 지지부(130)는 봉 형상으로 구비되며, 초정밀 직진도 유지를 구현할 수 있는 재질로 구비될 수 있다.
정밀 봉인형 고주파가속관(100)에서 가속부(140)를 형성하는 부품들 간 전기적 연결 및 진공상태를 유지시키기 위하여, 고체인듐을 사용하여 부품간 연결을 정밀 봉인상태로 유지함으로써, 가공정밀도 향상 및 양산화 효율 상승이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따르면, 종래의 금속접합 기술을 이용한 고주파가속관 보다 가공정밀도 향상 및 양산화 효율 상승이 이루어질 수 있다. 이를 통해 종래의 방사선 치료기 대비 가속 효율 및 양산 효율이 증대될 수 있고, 일 실시예는 미래의 고선량 방사선 치료기기 개발 및 종래의 치료기의 성능향상 기술에 활용될 수 있다. 예를 들어, 고체인듐 사용을 위한 접합패턴을 구비하여 가속부(140)를 형성하는 부품간 연결을 진행함으로써, 고선량 방사선치료를 위한 초소형 고주파가속관이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 정밀 봉인형 고주파가속관(100)을 구성하는 부품들 간 전기적 연결 및 진공상태를 유지시키기 위하여, 실링재로 고체인듐을 사용하여, 부품간 연결이 정밀 봉인상태로 결합될 수 있다. 이때 고체인듐은 진공상태를 유지하는 셀 부근에 주로 구비될 수 있다. 이를 위해 접합패턴은 균일한 깊이 및 크기의 테두리를 이용하여 배치될 수 있다. 봉인형 테두리에 위치하는 고체인듐은 일정한 압력으로 고르게 퍼지도록 서로 대칭적 구조를 가질 수 있다. 그리고 고체인듐은 일정한 크기 및 간격이 유지되도록 구비될 수 있다. 여기서, 테두리의 규격은 가속관의 크기에 따라 다를 수 있지만, 부품간 진공유지 및 전기적 특성을 동일하게 관리하기 위해서 눌림의 정도가 세밀하게 조정될 수 있다.
예를 들어, 가속 셀(150)은 제1 접합 플레이트(1500)와 제2 접합 플레이트(1510)의 접합 구조로 형성될 수 있다. 제1 접합 플레이트(1500)와 제2 접합 플레이트(1510)의 접합면에 각각의 접합패턴이 구비될 수 있다.
먼저, 제1 접합 플레이트(1500)는 제11 더미패턴(1502), 제12 더미패턴(1504), 그리고 제13 더미패턴(1506)을 포함할 수 있다. 제11 더미패턴(1502)은 균일한 압력 범위를 보장하는 패턴을 포함한다. 제11 더미패턴(1502)은 제1 접합 플레이트(1500)에 구비되는 진공 테두리와 대칭되는 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 진공 테두리가 제1 접합 플레이트(1500)의 하부에 위치하는 경우, 제11 더미패턴(1502)은 진공 테두리와 대응되는 위치인 제1 접합 플레이트(1500)의 상부에 구비될 수 있다. 제11 더미패턴(1502)은 진공 유지용 구멍의 테두리 부분에 대응되도록 원형의 오목한 접합홈 형태로 구비될 수 있다.
제12 더미패턴(1504)은 냉각수 및 진공라인 연결용 패턴을 포함한다. 제12 더미패턴(1504)은 복수로 구비되는 냉각수 및 진공라인 연결용 구멍의 테두리 부분에 원형의 오목한 접합홈 형태로 각각 구비될 수 있다. 그리고 제13 더미패턴(1506)은 진공 유지용 구멍의 테두리 부분에 원형의 오목한 접합홈 형태로 구비될 수 있다.
제1 접합 플레이트(1500)와 대응되는 제2 접합 플레이트(1510)는 제22 더미패턴(1512)과 제23 더미패턴(1514)을 포함할 수 있다. 제22 더미패턴(1512)은 복수로 구비되는 냉각수 및 진공라인 연결용 구멍의 테두리 부분에 원형의 오목한 접합홈 형태로 각각 구비될 수 있다. 그리고 제23 더미패턴(1514)은 진공 유지용 구멍의 테두리 부분에 원형의 오목한 접합홈 형태로 구비될 수 있다.
일 실시예에 따른 정밀 봉인형 고주파가속관(100)을 제작하기 위해서는 다음의 공정을 통해 작업이 수행된다.
먼저, 가속관의 설계도면에 의거, 가공 오차를 최소화하는 초정밀 가공이 수행될다. 이어서, 고순도 알코올, 고저항 탈이온수, 크롬산 등을 이용하여 세정 및 표면 처리가 수행된다. 그리고 정밀 측정장치 기반 고주파가속관의 공진주파수 및 가공오차가 측정된다. 이어서, 측정값 비교로 1차 공진주파수 튜닝작업이 수행된다. 그리고 섭동(Perturbation) 기반 전기장 분포 및 공진모드 정밀 측정이 수행된다. 이어서, 고체인듐을 이용한 상온 대기압 인듐 봉인 작업이 수행된다. 여기서, 가속부(140)를 형성하는 복수의 셀들은 가속관을 형성하는데 필요한 수만큼 길이방향을 따라 적재된다. 여기서, 가속부(140)의 접합면에서 미리 설정된 접합위치에 구비되는 접합패턴에 고체인듐의 실링재가 개재된다. 그리고, 제1 지지 플레이트(110)와 제2 지지 플레이트(120)에 연결되는 가압 지지부(130)를 이용하여 가속부(140)가 가압된다. 가압 지지부(130)의 가압으로 접합면이 밀착될 수 있다. 그리고 가속부(140)의 가압에 따라 가속부(140)의 접합면에서 고체인듐이 확산 접합을 하며, 가속부(140)의 접합면 연결이 봉인상태로 유지될 수 있다. 고체인듐을 실링재로 사용함에 따라, 종래의 금속접합에 비해 낮은 온도에서의 접합이 가능하므로, 접합면에서의 열변형이 감소될 수 있다. 그리고 가속부(140)의 변형이 감소함에 따라, 좀 더 정밀한 봉인상태로 가속관이 조립될 수 있다. 최종적으로, 가속관 조립 후 진공 상태 유지성능이 확인된다.
전술한 작업 단계는 가속관 제작 종류 및 형태에 따라 일부 내용이 추가 및 수정될 수 있다. 그리고 종래의 금속접합 기술을 이용한 가속관 제작 공정과 비교하는 경우, 종래에는 약 950℃ 이상의 초고온 및 초고진공 환경에서 금속 접합 공정을 이용하여 고주파가속관이 제작된다. 이와는 달리, 일 실시예에 따르면, 약 35℃ 내외의 상온 및 대기압 환경에서 고체인듐 봉인 공정으로 고주파가속관을 제작함으로써, 고체인듐 봉인 접합 후 구리의 변형이 발생하지 않으므로, 2차 공진주파수 튜닝작업 및 직진도 측정 등의 공정단계가 생략될 수 있다.
종래에 사용하는 금속접합 고주파가속관은, 금속접합 공정 작업 시 고온 고진공 상태에서 필연적으로 발생하는 공정 오차, 구리 직진도 변형 등의 문제로 인하여, 목표하고자 하는 공진주파수 범위보다 크게 변화되는 경우(약 10 MHz 이상) 튜닝 작업만으로 해당 주파수를 조정하는 것은 매우 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위해서, 가속관을 새로 제작하거나 복잡한 추가 부품, 예를 들어 위상변환장치(Phase Shifter), 전송선로(Stub-line) 등을 이용해야 하며, 이로 인해 일정한 제작 수율을 확보하기가 매우 어렵다.
하지만, 고체인듐을 이용한 정밀 봉인형 고주파가속관(100)은 정밀 측정 작업에서 불량품이 발생하더라도, 고체인듐을 제거한 후 재가공품으로 대체될 수 있다. 이로 인해 가속관을 형성하는 기존 제품들이 모두 재사용될 수 있으므로, 영구적인 가속관 사용이 가능하며, 가속안정성 유지 및 유지보수의 편리성 등이 확보될 수 있다.
전술한 것처럼, 고체인듐을 이용한 정밀 봉인형 고주파가속관(100)을 사용함으로써, 고선량 방사선치료기는 매우 높은 가속효율을 가질 수 있으며, 이에 따라 동작안정성이 향상될 수 있다. 그리고 공정효율 및 생산성 향상으로 인하여, 효율적 생산에 따른 원가절감을 바탕으로, 성능과 가격경쟁력을 모두 만족하는 초소형-초고선량 가속기 개발이 가능하다.
무엇보다도 일 실시예는, 종래의 가속관보다 소형화가 가능함으로써, 효율적인 장비 운용 가격 및 작은 공간점유율을 달성할 수 있다. 이에 따라, 기존 대형병원에 집중된 치료기 시장에서 중소형병원까지 시장 영역을 확장함으로써, 신시장 개척뿐만 아니라 국민건강성 증진도 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

  1. 가속 공동을 형성하는 분할 접합구조의 셀들이 길이방향을 따라 복수로 구비되는 가속부,
    상기 가속부의 일측에 구비되어 상기 가속부를 지지하는 제1 지지 플레이트,
    상기 가속부의 타측에서 상기 제1 지지 플레이트와 대응하는 위치에 구비되어 상기 가속부를 지지하는 제2 지지 플레이트, 그리고
    상기 제1 지지 플레이트에 일단이 연결되고, 타단이 상기 제2 지지 플레이트에 연결되어 상기 가속부의 접합 지지력을 제공하는 가압 지지부
    를 포함하며,
    상기 가속부의 접합면에서 미리 설정된 접합위치에 구비되는 접합패턴에 실링재가 가압 확산 접합되어, 상기 가속부의 접합면 연결이 정밀 봉인상태로 유지되는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  2. 제1항에서,
    상기 실링재는 고체인듐을 포함하는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  3. 제2항에서,
    상기 접합패턴은 서로 대칭적 구조를 갖고 미리 설정된 크기와 간격을 유지하며, 상기 실링재가 일정한 압력으로 고르게 퍼지도록 안내하는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  4. 제3항에서,
    상기 접합패턴은 접합위치의 외주방향으로 미리 설정된 깊이를 갖는 오목한 접합홈을 포함하는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  5. 제4항에서,
    상기 접합패턴은 원형을 포함하는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  6. 제5항에서,
    상기 실링재는 오링 형상으로 형성되는 정밀 봉인형 고주파가속관.
  7. 제1항에서,
    상기 가속부는
    전자빔 초기 가속 및 집속 기능을 하는 양극,
    빔 집속 및 초반 가속 기능을 하는 번칭 셀,
    전자빔을 빛의 속도까지 가속시키는 가속 셀,
    고주파발생부로부터 RF 출력을 공급받는 커플링 셀, 그리고
    진공 상태 유지용 진공포트
    를 포함하는 정밀 봉인형 고주파가속관.
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