KR101249477B1 - 제동복사 파장을 측정가능한 폴리크로메이터 - Google Patents

제동복사 파장을 측정가능한 폴리크로메이터 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 동일시간 및 동일위치에서 하나의 장치로 측정하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본원 발명의 일 실시예는 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하도록 하기 위한 폴리크로메이터를 개시할 수 있다. 상기 폴리크로메이터는 입력되는 빛을 원하는 파장 대역들로 분해하기 위한 복수의 대역통과 필터들; 및 상기 복수의 대역통과 필터들로부터 수신된 빛이 통과되는 콜리메이션 렌즈부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 하나는 제동복사 파장을 분해하고, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 분해할 수 있다.

Description

제동복사 파장을 측정가능한 폴리크로메이터 {Polychromator capable of measuring Bremsstrahlung wavelength}
본 발명은 폴리크로메이터(polychromator)에 관한 것이고, 더 구체적으로 동일 위치 및 동일 시간에 톰슨산란 파장뿐만 아니라 제동복사 파장도 측정가능한 폴리크로메이터에 관한 것이다.
플라즈마란, 물질을 수억 도까지 가열하게 되면 분자 상태의 기체에서 전자가 하나 둘씩 떨어져 나가 음전하를 띠는 전자와, 양전하를 띠는 이온으로 분리되며 이러한 상태를 말한다. 이처럼 플라스마가 전하를 띠는 입자들로 이루어졌다는 점에 착안하여 강력한 자기장을 가하여 하전입자들이 그 주위를 맴돌게 함으로써 플라즈마를 공중에 띄워놓고 가열하는 것이 토카막에 적용되는 자기 구속 핵융합 방식이다.
한국형 토카막 장치로는 KSTAR(KOREA SUPERCONDUCTING TOKAMAK ADVANCED RESEARCH) 장치가 있다. 여느 토카막 장치와 마찬가지로, KSTAR 장치 역시 플라즈마 진단이 중요하다.
이를 위해 다양한 플라즈마 진단 장치가 있으며, 분광 진단 장치 및 톰슨산란 진단 장치 등과 같이 KSTAR에 배치되어 광학 측정 방식으로 플라즈마를 진단하는 장치가 있을 수 있다.
분광 진단 장치는 시간의 변화에 따라 신속하게 단시간에 측정해야하고, 전 파장 영역의 데이터 측정의 효율을 높여야 하는 토카막 장치 내의 플라스마 진단을 위해서는 고가의 스펙트로메터와 카메라를 주로 사용하며, 국소적인 파장측정에서는 모노크로메이터보다는 광학 필터를 사용하여 가격대비 효율이 높은 필터스코프 또는 폴리크로메이터가 바람직하게 하다.
이 중 폴리크로메이터는 강한 펄스 레이저를 플라즈마 내에 입사시켜 이로 인해 여기된 전자가 안정 상태로 돌아가며 방출하는 전자기파를 측정하는 데 이용될 수 있고, 이러한 특성을 이용하여 폴리크로메이터를 이용하여 톰슨 산란(Thomson Scattering) 파장을 측정함으로써, 전자의 온도와 밀도에 대한 분포를 측정하고자 하는 연구가 계속되고 있다.
또한, 폴리크로메이터와는 별도로, 핵융합 진단과 관련하여, 제동복사(Bremsstrahlung) 파장을 측정하는 것이 필수적이다. 제동복사는 자유전자가 주변입자와 충돌하면서 주위 입자들의 전자기력에 의해 경로변화를 겪으면서 발생하고, 제동복사 파장을 측정하면, 전체적인 복사의 강도가 전자가 충돌하는 입자들의 평균특성, 특히 전하량에 비례한 특성을 이용하여 유효 이온전하량(Zeff)를 측정할 수 있다.
종전에는 톰슨산란 파장을 폴리크로메이터를 이용하여 측정하더라도 제동복사 파장은 별도의 전용장치에서 측정되어야만 했기 때문에, 동일시간 및 동일위치에서 톰슨산란 파장과 제동복사 파장을 측정할 수 없었기 때문에, 플라즈마를 정밀하게 진단하는 데 한계가 있었고, 톰슨산란 파장 진단용 및 제동복사 파장 진단용 장치가 별개로 필요했기 때문에, 비용상 및 공간상 비효율이 존재했다.
하기 설명은 본 고안의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
본원 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 동일시간 및 동일위치에서 하나의 장치로 측정하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본원 발명의 일 실시예는 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하도록 하기 위한 폴리크로메이터를 개시할 수 있다. 상기 폴리크로메이터는 입력되는 빛을 원하는 파장 대역들로 분해하기 위한 복수의 대역통과 필터들; 및 상기 복수의 대역통과 필터들로부터 수신된 빛이 통과되는 콜리메이션 렌즈부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 하나는 제동복사 파장을 분해하고, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 분해할 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리크로메이터는 상기 복수의 대역통과 필터들에 각각 대응하는 복수의 광 검출기들을 더 포함할 수 있다.
또한, 본원 발명의 일 실시예에 따라, 상기 복수의 광 검출기들 중 하나는 제동복사 파장 측정용 광 검출기이고, 상기 복수의 광 검출기들 중 나머지는 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들일 수 있다.
또한, 본원 발명의 다른 실시예는 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하기 위한 폴리크로메이터를 개시할 수 있다. 상기 폴리크로메이터는 상기 폴리크로메이터 내로 입력되는 빛을 원하는 파장 대역으로 분해하기 위한 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들; 및 각각이 상기 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들에 대응하는 복수의 광 검출기들을 포함할 수 있고, 상기 복수의 광 검출기들 중 하나는 제동복사 파장을 검출하고, 상기 복수의 광 검출기들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 검출할 수 있다.
또한, 본원 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들 각각은, 상기 폴리크로메이터 내로 입력되는 빛 중에서 원하는 파장 대역만을 분해하는 대역통과 필터; 및 상기 대역통과 필터로부터 분해된 원하는 파장 대역의 빛이 입력되는 콜리메이션 렌즈를 포함할 수 있다.
위와 같은 본원 발명의 실시예들에 따르면, 본원 발명에 개시된 폴리크로메이터를 이용하면, 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 동일시간 및 동일위치에서 하나의 장치로 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위해서, 하나 이상의 실시예들이 아래에서 설명되고, 특히 청구항에서 특정되는 특징들을 포함한다. 하기 설명 및 관련 도면은 이러한 실시예들의 예시적인 양상들을 보다 상세히 설명한다. 이러한 양상들은 단지 일 예일 뿐이며, 다양한 변형이 가능함을 당업자는 잘 이해할 수 있을 것이다. 또한, 제시된 실시예들은 이러한 실시예들 및 이러한 실시예들의 균등물 모두를 포함하는 것으로 해석된다.
관습에 따라 도면의 다양한 특징들은 실측에 따라 도시되지 않을 수 있다. 따라서, 다양한 특징들의 치수들은 간명성을 위하여 임의로 확대되거나 감소될 수 있다. 또한, 도면의 일부가 간명성을 위해 단순화될 수 있다. 따라서, 도면은 제시된 장치(예를 들어 디바이스) 또는 방법의 모든 컴포넌트들을 도시하지 않을 수도 있다. 마지막으로, 유사한 도면번호들이 상세한 설명 및 도면 전반에서 유사한 특징들을 나타내는데 사용될 수 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 폴리크로메이터의 내부를 도시한 도면이다.
도 2는 본원 발명의 다른 실시예에 따라 폴리크로메이터에서 빛의 파장을 분해하는 모습을 도시한 도면이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 고안의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 폴리크로메이터의 내부를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 폴리크로메이터(100)는 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들(101a, 101b, 101c, 101d, 101e 및 101f), 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들(102a, 102b, 102c, 102d 및 102e), 제동복사 파장 측정용 광 검출기(103) 및 광 파이버(104)를 포함할 수 있다.
본원 발명의 일 실시예에 따라, 광 파이버(104)는 외부에서 빛을 수신할 수 있다. 광파이버(104)를 통해 입력된 빛은 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들(101a, 101b, 101c, 101d, 101e 및 101f)을 통과할 수 있다.
본원 발명의 일 실시예에 따라, 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들(101a, 101b, 101c, 101d, 101e 및 101f) 각각은 대역통과 필터 및 콜리메이션 렌즈를 포함할 수 있다. 대역통과 필터는 빛 또는 레이저에서 원하는 파장의 대역만을 분해하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 대역통과 필터는 특정 파장 대역만을 반사시키고 나머지 파장 대역을 통과시킬 수 있거나, 특정 파장 대역만을 통과시키고 나머지 파장 대역은 반사시킬 수 있다. 또한, 콜리메이션 렌즈는 광원으로부터의 빛을 집광하거나 또는 평행광으로 만들 수 있고, 예를 들어, 볼록렌즈와 오목렌즈 또는 슬릿의 조합으로 이뤄진 콜리메이션 렌즈부를 생각할 수 있을 것이며, 이 방식에는 제한되지 아니함은 당업자는 쉽게 인식할 것이다.
본원 발명의 일 실시예에 따라, 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들(102a, 102b, 102c, 102d 및 102e) 각각은 대응하는 콜리메이션 렌즈 세트들(101a, 101b, 101c, 101d 및 101e)을 통과한 특정 파장 대역의 빛이 입력되도록 위치할 수 있다. 콜리메이션 렌즈 세트(101a)를 통과한 빛은 원하는 파장의 빛만이 통과되어 광 검출기(102a)에서 검출되고, 나머지 파장의 빛은 반사되어 콜리메이션 렌즈 세트(101b)로 수신되고, 원하는 파장의 빛만이 콜리메이션 렌즈 세트(101b)를 통과하여 광 검출기(102b)에서 검출되고, 나머지 파장의 빛은 반사되어 콜리메이션 렌즈 세트(101c)로 수신되고, 원하는 파장의 빛만이 콜리메이션 렌즈 세트(101c)를 통과하여 광 검출기(102c)에서 검출되고, 나머지 파장의 빛은 반사되어 콜리메이션 렌즈 세트(101d)로 수신되고, 원하는 파장의 빛만이 콜리메이션 렌즈 세트(101d)를 통과하여 광 검출기(102d)에서 검출되고, 나머지 파장의 빛은 반사되어 콜리메이션 렌즈 세트(101e)로 수신되고, 원하는 파장의 빛만이 콜리메이션 렌즈 세트(101e)를 통과하여 광 검출기(102e)에서 검출될 수 있다.
본원 발명의 일 실시예에 따라, 제동복사 파장 측정용 광 검출기(103)는 대응하는 콜리메이션 렌즈 세트(102f)를 통과한 특정 파장 대역의 빛이 입력되도록 위치할 수 있다. 콜리메이션 렌즈 세트(101e)에서 반사된 빛 중에서 원하는 파장 대역의 빛이 콜리메이션 렌즈 세트(102f)를 통과하여 제동복사 파장 측정용 광 검출기(103)에서 검출될 수 있다.
상기 설명에서 콜리메이션 렌즈 세트들, 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들 및 제동복사 파장 측정용 광 검출기의 배치는 실시예에 따라 다양하게 변화될 수 있음이 당업자에게 용이하게 인식될 것이다. 예를 들어, 콜리메이션 렌즈 세트들에서 통과되는 파장 대역을 변경함으로써, 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들 및 제동복사 파장 측정용 광 검출기의 위치를 변경할 수 있다.
위와 같은 구성에 따라 폴리크로메이터 내에 제동복사 파장 대역의 빛을 분해할 수 있는 콜리메이션 렌즈 세트를 마련하고, 제동복사 파장 측정용 광 검출기를 설치함으로써, 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 동일시간 및 동일위치에서 측정할 수 있다.
도 2는 본원 발명의 다른 실시예에 따라 폴리크로메이터에서 빛의 파장을 분해하는 모습을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마로부터 발산되는 빛 또는 레이저(201)는 복수의 대역통과 필터들(202a, 202b, 202c 및 202d)을 통과하여 파장별로 분해될 수 있다.
본원 발명의 다른 실시예에 따라, 복수의 대역통과 필터들(202a, 202b, 202c 및 202d)은 통과하는 빛 중에서 원하는 파장 대역의 빛만을 반사하여 콜리메이션 렌즈부(203)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 하나는 제동복사 파장을 분해하고, 상기 복수의 대역통과 필터들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 분해할 수 있다.
본원 발명의 다른 실시예에 따라, 콜리메이션 렌즈부(203)를 통과한 파장 대역에 따라 분해된 빛은 각 파장 대역에 대응하는 광 검출기들(도시 안됨)에서 검출될 수 있다. 광 검출기들은 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들 및 제동복사 파장 측정용 광 검출기를 포함할 수 있다. 또한, 광 검출기들은 폴리크로메이터 내에 위치할 수도 있고, 폴리크로메이터 외부에 위치할 수도 있다. 폴리크로메이터 외부에 위치하는 경우에는 콜리메이션 렌즈부(203)를 통과한 파장 대역에 따라 분해된 빛이 광 파이버(도시 안됨)에 수신되고, 광 파이버를 통해 폴리크로메이터 외부로 방출되어 광 검출기들에 수신될 수 있다. 또한, 예를 들어, 광 검출기들은 복수의 대역통과 필터들(202a, 202b, 202c 및 202d)에 대응할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제동복사 파장 측정용 광 검출기는 제동복사 파장 대역의 빛만을 필터링하는 하나의 대역통과 필터와 대응할 수 있지만, 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기는 하나의 광 검출기가 복수의 대역통과 필터들로부터의 빛을 모두 파장별로 검출할 수도 있고, 그 갯수가 대응하지 않을 수 있다. 이러한 다양한 실시예들이 가능함은 당업자들이 용이하게 파악할 수 있을 것이다.
당업자는 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기, 제동복사 파장 측정용 광 검출기, 콜리메이션 렌즈 세트, 및 대역통과 필터가 다양한 갯수 및 다양한 배치로 마련될 수 있음을 용이하게 인식할 수 있을 것이다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 고안의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 고안의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 고안의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 고안은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하도록 하기 위한 폴리크로메이터로서,
    입력되는 빛을 원하는 파장 대역들로 분해하기 위한 복수의 대역통과 필터들;
    상기 복수의 대역통과 필터들로부터 수신된 빛이 각각 통과되는 복수의 콜리메이션 렌즈세트들; 및
    상기 복수의 대역통과 필터들에 각각 대응하는 복수의 광 검출기들
    을 포함하고,
    상기 복수의 대역통과 필터들 중 하나는 제동복사 파장을 분해하고,
    상기 복수의 대역통과 필터들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 분해하고,
    상기 복수의 광 검출기들 중 하나는 제동복사 파장 측정용 광 검출기이고,
    상기 복수의 광 검출기들 중 나머지는 톰슨산란 파장 측정용 광 검출기들인, 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하도록 하기 위한 폴리크로메이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하기 위한 폴리크로메이터로서,
    상기 폴리크로메이터 내로 입력되는 빛을 원하는 파장 대역으로 분해하기 위한 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들; 및
    각각이 상기 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들에 대응하는 복수의 광 검출기들을 포함하고,
    상기 복수의 광 검출기들 중 하나는 제동복사 파장을 검출하고,
    상기 복수의 광 검출기들 중 나머지는 톰슨산란 파장을 검출하고,
    상기 복수의 콜리메이션 렌즈 세트들 각각은,
    상기 폴리크로메이터 내로 입력되는 빛 중에서 원하는 파장 대역만을 분해하는 대역통과 필터; 및
    상기 대역통과 필터로부터 분해된 원하는 파장 대역의 빛이 입력되는 콜리메이션 렌즈를 포함하는, 톰슨산란 파장 및 제동복사 파장을 측정하기 위한 폴리크로메이터.
  5. 삭제
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