KR102026129B1 - 빔 정합용 4극 전자석 조립체 - Google Patents

빔 정합용 4극 전자석 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR102026129B1
KR102026129B1 KR1020170177698A KR20170177698A KR102026129B1 KR 102026129 B1 KR102026129 B1 KR 102026129B1 KR 1020170177698 A KR1020170177698 A KR 1020170177698A KR 20170177698 A KR20170177698 A KR 20170177698A KR 102026129 B1 KR102026129 B1 KR 102026129B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pole electromagnet
collar
dtl
rfq
circumferential surface
Prior art date
Application number
KR1020170177698A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190076139A (ko
Inventor
김동수
김민창
최병호
박선순
Original Assignee
주식회사 다원시스
주식회사 다원메닥스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 다원시스, 주식회사 다원메닥스 filed Critical 주식회사 다원시스
Priority to KR1020170177698A priority Critical patent/KR102026129B1/ko
Publication of KR20190076139A publication Critical patent/KR20190076139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102026129B1 publication Critical patent/KR102026129B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/032—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials
    • H01F1/04—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of hard-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/047—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/053—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals
    • H01F1/055—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5
    • H01F1/057—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

본 발명은 4극 전자석 모듈이 내장된 빔 정합용 4극 전자석 조립체를 이용하여 RFQ와 DTL을 연결함으로써 빔 전송 효율을 높이고, 조립 분해가 용이한 구조를 가져 정비 시간이 매우 단축되는 빔 정합용 4극 전자석 조립체에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 따른 4극 전자석 조립체의 고정구는 빔 정합용 4극 전자석의 자기장을 적절히 차폐하는 구조와 강자성체 소재로 고안되어 RFQ 종단의 ACCT 측정에 미치는 영향을 최소화하는 특징이 있다.

Description

빔 정합용 4극 전자석 조립체{Quadrupole Magnet Assembly for Beam Alignment}
본 발명은 붕소 중성자 포획 치료(BNCT: Boron Neutron Capture Therapy)에 사용되는 가속장치의 RFQ(Radio Frequency Quadruple)와 DTL(Drift Tube Linac) 사이에 빔 정합을 위해 배치되는 4극 전자석 조립체의 구성과 그 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
붕소 중성자 포획 치료에 사용되는 양성자 가속장치는 연구용 시설에 비해 제한된 공간에 설치되기 위해 전체 크기가 작은 것이 바람직하며, 상업적으로 운영되기 때문에 유지 보유가 용이해야 한다. 치료 효율을 높이기 위해서는 높은 에너지의 빔 출사가 필요한데, 빔을 더 높은 에너지를 가지도록 가속하기 위해서는 빔 가속 구간이 길어지는 것이 일반적이다.
빔 가속을 위한 구성 요소로는 RFQ와 DTL가 있으며, 빔 가속을 위해 상당히 긴 길이를 가진다. RFQ는 낮은 에너지의 하전 입자를 번칭(bunching)하고, 집속 및 가속하는 역할을 한다. DTL은 RFQ로부터 가속된 양성자 빔을 더욱 가속하는 역할을 한다. 양성자 빔은 DTL에서 RF캐비티(cavity)의 외부로부터 큰 RF에너지를 공급받아 빔 경로를 따라 배열된 복수의 DT(Drift Tube) 사이에 형성되는 RF전기장에 의해 더 큰 에너지를 가지도록 가속된다. 대형 양성자 가속기의 경우에는, 예컨대 DTL은 RFQ로부터 3 MeV의 양성자 빔을 10 MeV로 가속한다.
기존의 10 MeV급 선형가속기는 보통 20 mA 이내의 낮은 빔 전류를 가속하는 경우가 대부분이다. 또한, 공간이 충분한 경우에는 RFQ와 DTL 사이에 LEBT(Low Energy Beam Transport)를 두는 경우도 있으나, 그렇지 않은 경우에는 RFQ와 DTL은 직결되는 경우가 많고, 경우에 따라 빔 전류를 계측하기 위한 ACCT(AC Current Transformer) 정도만 배치되는 경우가 있다. 즉, 제한된 공간에 설치되는 양성자 가속장치의 경우 RFQ와 DTL의 연결구조는 빔 전송 효율이 낮아지기 쉽고, 빔 특성 변화 등에 의해 DTL의 첫번째 DT에 빔 충돌 가능성이 상존하며, 이에 따른 오염 등으로 운영 수명이 짧아질 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 RFQ로부터 DTL로의 빔 전송 효율 저하 문제를 해결하기 위해 본 발명은 빔 정합용 4극 전자석 조립체를 이용하여 RFQ와 DTL을 연결하여 빔을 정합 함으로써 빔 전송 효율을 높이고자 한다. 또한, 양성자 가속장치 정비가 신속히 이루어질 수 있도록 이와 같은 연결 구조를 조립, 분해가 매우 용이한 구조로 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 양성자 가속장치의 RFQ와 DTL을 연결하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체는, DTL의 입구에 배치되는 4극 전자석 모듈; 4극 전자석 모듈과 RFQ의 출구 사이에 배치되는 고정자; 고정자의 내주면에 배치되는 제1빔수송관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 4극 전자석 모듈은 제2빔수송관; 제2빔수송관을 감싸고 배치되는 4극 전자석; 4극 전자석을 수용하는 하우징; 및 하우징의 내부를 밀봉하도록 형성된 하우징 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 하우징은 제2빔수송관의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제1단턱부; 및 하우징 커버의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제2단턱부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 하우징 커버는 제2빔수송관의 일측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제3단턱부; 및 제1빔수송관의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제4단턱부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 고정자는 하부 칼라(collar)와 하부 칼라에 조립되는 상부 칼라를 포함하는 칼라; 및 칼라의 내주면, RFQ의 출구 및 제1빔수송관의 외주면 사이에 배치되는 칼라 부시(collar bush)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 칼라의 내주면은 적어도 일부가 콘(cone) 형상이고, 칼라 부시는 콘 형상에 대응하여 일단으로 갈수록 직경이 감소하는 테이퍼 생크(taper shank)이며, 상부 칼라와 하부 칼라가 서로 근접함에 따라 칼라 부시가 칼라로부터 멀어지도록 칼라 부시의 회전축 방향을 따라 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 칼라 부시는 내주면에 오링(O-ring)을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 내경 그루브를 포함하고, 타단의 측면에 오링을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 환형 그루브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 고정자의 길이는 제1빔수송관의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한, RFQ는 RFQ의 출구측 플랜지(flange) 내부에 ACCT(AC Current Transformer)가 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 칼라 및 칼라 부시는 강자성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 강자성체는 철 또는 뮤메탈(Mumetal)인 것을 특징으로 한다.
또한, DTL은 4극 전자석 모듈에서 발생되는 열이 DTL로 전달되는 것을 차단하도록 DTL의 입구측 플랜지 내부에 형성된 냉각 유로(流路)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 4극 전자석 모듈이 내장된 빔 정합용 4극 전자석 조립체를 이용하여 RFQ와 DTL을 연결함으로써 빔 전송 효율을 높이고, 조립 분해가 용이한 구조를 가져 정비 시간이 매우 단축되는 효과가 있다. 또한, 빔 정합용 4극 전자석의 자기장을 적절히 차폐하도록 고안되어 RFQ 종단의 ACCT 측정에 미치는 영향을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는, 도1의 3/4 절개 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는, 도 1의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 4극 전자석에 전력을 공급하는 전력라인을 기준으로 절개한, 도 3의 수평 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 설치된 DTL의 첫번째 DT의 전자석에 전력을 공급하는 전력라인을 기준으로 절개한, 도 3의 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체를 설명하는, 도 5의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 고정자를 설명하는, 도 6의 부분 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 고정자를 설명하는, 도 7의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체로부터의 열전달을 차단하기 위해 DTL의 입구측 플랜지에 구비되는 냉각 유로를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체는 의료용 양성자 가속장치에 적합하도록 고안되었다. 보다 구체적으로는 붕소 중성자 포획 치료(BNCT)에 사용되는 가속장치의 용도로 고안되었다. 붕소 중성자 포획 치료에 사용되는 양성자 가속장치는 병원내에 설치되기 위해 연구용 양성자 가속장치에 비해 상대적으로 작은 크기를 갖도록 설계되며, 이로 인해 큰 에너지의 빔을 얻기 어렵다. 따라서, RFQ 또는 DTL에서의 가속 성능을 높이는 것도 중요한 만큼, 각각의 구성 요소 사이에서 빔이 전달되는 과정에서의 손실을 최소화하는 것도 중요하다. 또한, 상업적인 운영을 고려하면, 안정적이며 높은 신뢰도로 대(大)전류를 고(高)에너지를 갖도록 가속시켜야 활용도가 높다. 즉, 장시간 운전에 따른 빔 계통의 특성 변화를 모니터링하고 이에 맞춰 빔을 제어하는 것이 중요하다. 빔 에너지의 경우 보다 구체적으로는 RFQ 종단에 첨두전류 50 mA, 3 MeV의 에너지를 갖는 양성자 빔을 80 mm 이내의 짧은 거리에 배치되는 DTL 입구까지 빔 발산을 최소화하며 전송할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 관점에서 요구되는 특성을 최소한의 설치 공간에 구현하기 위해 고안된 것으로, RFQ에서 출사 되는 빔의 특성을 측정하기 위한 ACCT의 설치를 고려하고, 빔의 확산을 방지하고 빔 에너지를 고스란히 DTL에 입사 시키기 위한 4극 전자석을 포함하는 연결 구조를 고안한 것이 특징이다. 또한, 의료 용도에 적합하도록 유지 보수가 용이한 조립 분해 구조를 가지도록 고안되어, 정비에 소요되는 시간을 크게 단축한 것이 특징이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는, 도1의 3/4 절개 부분 사시도이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체 및 DTL의 입구측 플랜지(30)가 도시되었으며, RFQ는 편의상 생략되었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체(1)는 RFQ와 DTL을 연결하는 구조이며, DTL의 입구에 배치되는 4극 전자석 모듈(10); 4극 전자석 모듈(10)과 RFQ의 출구 사이에 배치되는 고정자(20); 고정자(20)의 내주면에 배치되는 제1빔수송관(40)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 4극 전자석 모듈(10)은 제2빔수송관(110); 제2빔수송관(110)을 감싸고 배치되는 4극 전자석(120); 4극 전자석(120)을 수용하는 하우징(130); 및 하우징(130)의 내부를 밀봉하도록 형성된 하우징 커버(140)를 포함한다.
또한, 하우징(130)은 제2빔수송관(110)의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제1단턱부(132); 및 하우징 커버(140)의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제2단턱부(134)를 포함한다.
RFQ(미도시)의 출구측 플랜지(flange) 내부에는 RFQ에서 출사 되는 빔 특성을 모니터링하기 위한 ACCT(미도시)가 내장될 수 있다.
RFQ에서 출사되는 빔은 빔 진행에 따라 발산된다. 빔을 구성하는 입자 사이의 쿨롱 상호작용(Coulomb interaction)에 의한 공간 전하(space-charge) 효과에 의해 발산된다. 빔 내 입자간 충돌에 의한 영향도 있으나 빔 번칭(bunching)에 의해 입자 수가 108개를 넘는 경우 이 영향은 무시할 만 하다. 이에 따라 RFQ로부터 출사 되는 빔이 더 발산되기 전에 DTL에 전달되도록 RFQ의 출구와 DTL의 입구는 통상 직결되거나, 추가적인 LEBT(Low Energy Beam Transport)를 두어 빔을 집속하여 DTL에 전달한다. 후자의 경우, 설치 공간 최소화를 주요 설계 인자로 고려해야 하는 병원내 치료용 양성자 가속기의 경우 추가적인 LEBT의 설치에 따른 길이 증가를 수용하기는 곤란하다.
빔 특성을 평가하기 위한 대표적인 특성으로 빔 이미턴스(emittance)에 있어서, RFQ에서 출사 되는 이러한 입자 빔의 위상 공간(phase space)에서의 이미턴스 특성 공식에서 Twiss Parameter alpha, beta, gamma 값 중, 빔의 수렴 또는 발산의 정도를 반영하는 alpha 값이 존재함에 따른 빔 발산으로 설명되기도 한다. 따라서, 발산되는 빔을 집속하기 위한 자기장 렌즈의 구성이 반드시 필요하게 된다. 그러나 추가적인 LEBT를 RFQ와 DTL 사이에 배치하는 경우를 배제하면, 직결되는 경우에도 그 사이 구간의 거리에 따라 빔이 부분적으로 발산되며, 따라서 DTL에 입사되는 빔 에너지에 손실이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체(1)는 80 mm 간격을 가지도록 이격된 RFQ와 DTL 사이에 배치되며, 빔 수송관을 따라 전달 및 발산 중인 빔을 수렴하도록 형성된 4극 전자석(120) 렌즈를 포함한다. 일 실시예에 따른 4극 전자석(120) 렌즈는 전자석 폴(pole) 형상은 33 mm로 형성되고, 이에 따른 유효 자기장의 폭은 40 mm이고, 최대 자기장 기울기가 50 T/m인 전자석으로 구성한다.
일 실시예에 따른 4극 전자석(120) 렌즈는 RFQ의 출구 내부에 배치되는 ACCT에 4극 전자석(120) 렌즈에 의한 자기장의 영향이 미치지 않도록, 또한 DTL의 입구 첫번째 DT 내부에 배치되는 전자석 렌즈와의 정합을 고려하여 RFQ와 DTL의 조립 간격 80 mm의 중간에 배치되는 것이 바람직하다.
ACCT는 빔 전류를 측정하는 매우 민감한 계측기이며 설치 공간의 주변부 자기장의 크기가 노이즈 수준(noise floor)을 결정한다고 할 수 있다. 측정 대상인 빔의 절대 크기에 따라 일률적으로 정의할 수는 없지만, 통상 ACCT 주변의 자기장 크기는 8~30 mT 수준이다. ACCT의 측정에 영향을 주는 자기장은 DC인 경우에는 ACCT 내부 코어가 자기포화(magnetic saturation)되기 전에는 영향이 적고, AC인 경우에는 적절한 차폐가 이루어지지 않으면 매우 작은 자기장에 의한 영향도 ACCT에 그대로 보이게 된다. AC 자기장 노이즈는 진공 펌프 등에 의한 전원 주파수 노이즈가 대표적이다.
다만, 본 발명의 일 실시예의 경우 4극 전자석(120) 렌즈에 의한 영향은 DC성분의 자기장을 차단하는 것에 주의하면 되며, 이를 위해 약 20 mm의 거리를 확보하고, 이 공간에 빔 수송관 외측으로 4극 전자석(120) 렌즈의 자기장에 의한 영향을 차폐하는 역할을 겸비하는 고정자(20)를 배치하는 것이 특징이다.
본 발명을 기술함에 있어 4극 전자석(120) 렌즈, 4극 전자석(120)은 동일한 대상을 지칭하는 것이며, 이들 명칭의 차이는 서술의 편의를 위한 것을 뿐이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 4극 전자석(120) 렌즈는 RFQ에서 출사된 빔을 집속하는 역할을 수행하며, 또한 DTL 내부의 빔 특성과의 정합을 조정하는 역할을 수행한다. 예컨대 4극 전자석(120) 렌즈와 DTL 내부의 초반 10개의 DT 내부전자석의 세기를 조정하여 빔 진행 방향의 매칭 조건을 만족시키기 위한 조정이 수행된다. 일 실시예에서는 4극 전자석(120) 렌즈부터 DTL 초단의 전자석의 렌즈 배열은 FFDD(Focus-Focus-Defocus-Defocus) 형식으로 구성된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 전자석(120) 렌즈는 RFQ에서 출사된 빔을 집속하며, DTL과의 매칭 조건을 만족시키도록 빔을 정합하여 DTL에 입사 시킴으로써 빔 전송 효율을 높이고, 고 임무율(duty factor)을 확보함으로써 실질적으로 시스템의 길이 증가 없이 양성자 가속기의 성능을 향상시키는 것이 특징이다.
4극 전자석(120)의 설계는 전체 전류 2,200 A-turn에서 자기장 구배(field gradient)가 50 T/m이하가 되고 광학적 정합을 위하여 간편하게 자기장 조종이 가능하도록 구성하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 DTL의 입구측 플랜지에 설치된 상태를 나타내는, 도 1의 정면도이다.
도 3을 참조하면, DTL의 입구측 플랜지(30)와 DTL의 입구측 플랜지(30) 외주면에 배치된 냉각수 입구(312)와 출구(314), 빔 정합용 4극 전자석 조립체(1), DTL의 첫번째 DT(32)에 전력을 공급하는 제1전력라인(322) 및 4극 전자석 조립체(1)에 전력을 공급하는 제2전력라인(122)이 도시된다. 편의상 RFQ는 도시하지 않았다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 4극 전자석에 전력을 공급하는 전력라인을 기준으로 절개한, 도 3의 수평 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체가 설치된 DTL의 첫번째 DT(32)의 전자석에 전력을 공급하는 전력라인을 기준으로 절개한, 도 3의 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체를 설명하는, 도 5의 부분 확대 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체(1)의 4극 전자석 모듈(10) 및 그 안에 배치되는 4극 전자석(120)이 도시되며, 도 4의 중앙 상단의 전자석(324)은 DTL의 첫번째 DT(32)내부에 위치하는 전자석(324)이다. DTL의 입구측 플랜지(30) 내부에 형성된 냉각 유로(310)의 단면부가 도시된다.
고정자(20)는 하부 칼라(collar, 214)와 하부 칼라(214)에 조립되는 상부 칼라(212)를 포함하는 칼라(20); 및 칼라(20)의 내주면, RFQ의 출구 및 제1빔수송관(40)의 외주면 사이에 배치되는 칼라 부시(collar bush, 220)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 고정자(20)를 구성하는 상부 칼라(212)와 하부 칼라(214)의 단면도가 도시된다. 도 4는 고정자(20)의 구성 중 하부 칼라(214)만을 도시하며, 상부 칼라(212)와 하부 칼라(214)를 연결하고 상부 칼라(212)와 하부 칼라(214) 사이의 조립 틈새(213)를 줄이거나 늘리는 역할을 하는 두 개의 조립볼트(미도시)가 조립되는 나사 구멍(216)이 도시된다.
도 6을 참조하면, 하우징 커버(140)는 제2빔수송관(110)의 일측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제3단턱부(142); 및 제1빔수송관(40)의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제4단턱부(144)를 포함한다. 제1빔수송관(40)과 제4단턱부(144)는 용접 등의 방법을 이용하여 기계적, 전기적으로 고정되게 제작될 수 있다. 제1빔수송관(40)의 그 외주면 상에 오링(O-ring, 910)이 삽입되고 칼라(210) 및 칼라 부시(220)가 배치되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정렬용 4극 전자석 조립체(1)가 RFQ와 조립됨에 있어 빔 수송라인의 고진공을 유지하기 위한 충분한 기계적인 압착력이 작용하더라도 제1빔수송관(40)에 큰 힘이 전달되지는 않는 구조로 형성된다. 다만, 각각의 빔수송관의 축 정렬 상태는 높은 정밀도 수준을 유지하도록 주의하여 제작되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 칼라(210)의 내주면은 적어도 일부가 콘(cone) 형상(218)이고, 칼라 부시(220)는 콘 형상(218)에 대응하여 일단으로 갈수록 직경이 감소하는 테이퍼 생크(taper shank, 228)이며, 상부 칼라(212)와 하부 칼라(214)가 서로 근접함에 따라 칼라 부시(220)의 일단을 쐐기 방식으로 누르면서 칼라 부시(220)가 칼라(210)로부터 멀어지도록 칼라 부시(220)를 이동시킨다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 고정자를 설명하는, 도 6의 부분 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체의 고정자를 설명하는, 도 7의 정면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 칼라 부시(220)는 내주면에 오링(910)을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 내경 그루브(222)를 포함하고, 타단의 측면에 오링(920)을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 환형 그루브(224)를 포함한다. 칼라(210)의 조립 틈새(213)가 감소하도록 조립볼트를 조이면, 테이퍼 면(쐐기 면, 228)에 작용하는 힘에 의해 칼라 부시(220)가 RFQ의 출구측을 향해 도 7의 좌측으로 이동한다. 칼라 부시(220)의 타단의 측면(226)이 밀착되어 진공을 형성, 유지하도록 작용하기 위하여, 고정자(20)의 전체 길이는 제1빔수송관(40)의 길이보다 길게 형성된다.
앞서 서술한 바와 같이 칼라 부시(220)가 RFQ의 출구측에 강한 힘으로 밀착되며 조립되더라도 제1빔수송관(40)에는 큰 힘이 전달되지 않는 구조를 가짐으로써 조립 분해는 용이하면서도, 조립 과정에서 칼라(210)를 조이더라도 축 방향으로만 큰 힘으로 밀착될 뿐 빔 정렬에 영향을 줄 수 있는 반경 방향의 힘이 제1빔수송관(40)에는 작용하는 않는 구조를 가지는 것이 특징이다.
한편, 4극 전자석 모듈(10)에서 발생하는 강한 자기장이 RFQ의 종단에 내장되는 ACCT에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 고정자(20)의 칼라(210) 및 칼라 부시(220)는 강자성체로 이루어지되, 철 또는 뮤메탈(Mumetal)의 소재로 이루어질 수 있다. 4극 전자석 모듈(10)에서 발생하는 전기장은 AC는 아닐지라도 매우 강한 자기장을 형성할 수 있으며, DC 성분의 자기장에 의한 ACCT의 계측 오차는 ACCT의 내부 부품에 자기장이 포화될 때 그 영향이 크게 나타난다. 본 발명에서는 4극 전자석 모듈(10)에서 발생하는 자기장을 차단하기 위해 강자성체로 이루어진 환형의 구조물이 자기장 경로를 환형의 구조물의 몸체 내부로 유도함으로써 환형 내부의 제1빔수송관(40)에는 자기장이 영향을 미치지 않도록 구성한다. 또한, 축 방향으로는 강자성체에 의해 4극 전자석 모듈(10)과 ACCT 사이를 차폐하여 ACCT 부품이 포화되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 고정자(20)의 칼라 부시와 칼라의 외경 크기는 RFQ에 내장되도록 형성되는 ACCT가, ACCT에 대응되는 빔수송관 직경이 크지 않음에 따라 작은 크기로 형성될 수 있으며, 따라서 ACCT에 영향을 미치지 않는 수준의 외경 크기를 갖도록 선정되는 것이 바람직하다. 즉, 칼라 부시(220)의 외경 크기는 ACCT를 고려한 차폐에 적합한 크기를 갖는 것이 바람직하며, 한편으로는 본 발명에 따른 빔 정렬용 4극 전자석 모듈(10)을 조립 분해하기 위한 축 방향 외측에서 조립되는 조립볼트들을 접근하기 위한 조립 공간을 제공할 수 있는 수준의 작은 외경 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 통해 본 발명에 따른 빔 정렬용 4극 전자석 조립체(1)는 협소한 공간에 설치가 가능하고, 또한 RFQ와 DTL의 설치 상태를 변경하지 않고 4극 전자석 조립체(1)만의 조립 분해가 가능한 연결 구조가 구현된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정합용 4극 전자석 조립체(1)로부터의 열전달을 차단하기 위해 DTL의 입구측 플랜지(30)에 구비되는 냉각 유로를 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, DTL은 4극 전자석 모듈(10)에서 발생되는 열이 DTL로 전달되는 것을 차단하도록 DTL의 입구측 플랜지(30) 내부에 형성된 냉각 유로(流路, 310)를 포함한다. DTL에 과도한 열이 유입되면 열에 의한 DT의 열변형, DT배열 사이의 캐비티(cavity) 간격 등에서 오차가 발생하여 빔 가속을 위한 RF매칭 특성이 저하되고, 빔 가속 효율이 저하될 수 있다. 또한, 과도한 열 유입은 DT 내부의 전자석 코일에서 발생되는 열과 함께 DT의 내구성 문제를 야기할 수 있다.
냉각수는 입구측 플랜지(30) 측면으로부터 공급되며, 입구(312)로부터 유입된 냉각수는 내부로 공급되어 내부로부터 외부로 미로처럼 지그재그(zigzag)로 형성된 냉각 유로(310)를 돌아 나오도록 형성된다. 이와 같이 냉각 유로(310)를 형성함으로써 내부로부터의 열을 외부로 배출하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 4극 전자석(120)으로부터 발생되는 열이 DTL내부로 전달되는 것을 최소화한다.
도 9의 중앙부에서 상부로는 첫번째 DT(32)의 조립체가 배치될 수 있도록 형성된 채널(316)이 구비된다. DT는 일반적으로 환형의 몸체와 몸체로부터 일측으로 연장되는 지지대를 가지는 구조이다. 몸체 내부에는 빔의 집속을 위한 렌즈 역할을 하는 전자석이 포함될 수 있으며, 전자석에 전력 공급을 하기 위한 배전 구조는 지지대 내부에 배치될 수 있다.
냉각 유로(310)가 형성되는 플랜지(30) 내측면(318)은 플랜지(30) 측면으로부터 내측으로 단을 가지며 형성되고, 플랜지 커버(320)가 조립됨으로써 냉각 유로(310)의 측면이 밀봉되는 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 정렬용 4극 전자석 조립체(1)는 중앙부의 플랜지 커버(320)가 조립되는 내측 단턱의 안쪽(319)에 조립된다. 4극 전자석 조립체(1)의 하우징(130)은 플랜지의 내측 단턱 안쪽(319)에 조립되며, 조립 시 DTL의 빔 경로의 중앙과 정렬하는 조립 작업이 가능하도록 조립 여유 공간을 가질 수 있다. 4극 전자석 조립체(1)의 정렬은 DTL 정렬 시와 유사하게 정렬 텔레스코프(alignment telescope)와 레이저 트랙커(laser tracker)를 이용하여 정렬될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 출구측 플랜지(flange) 내부에 ACCT(AC Current Transformer)가 내장된 RFQ(Radio Frequency Quadrupole)와 DTL(Drift Tube Linac)의 연결구조에 있어서,
    상기 DTL의 입구측 플랜지 외측에 배치되는 4극 전자석 모듈;
    상기 4극 전자석 모듈과 상기 RFQ의 출구 사이에 배치되는 제1빔수송관;
    하부 칼라(collar)와 상기 하부 칼라에 조립되는 상부 칼라를 포함하고, 상기 하부 칼라 및 상기 상부 칼라가 조립된 상태에서 내주면의 적어도 일부가 콘(cone) 형상이며, 강자성체로 이루어진 칼라,
    상기 칼라의 내주면과 상기 제1빔수송관의 외주면 사이에 배치되고, 상기 콘 형상에 대응하여 외주면이 일단으로 갈수록 직경이 감소하는 테이퍼 생크(taper shank)이고, 내주면에 오링(O-ring)을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 내경 그루브(groove)를 포함하며, 타단의 측면에 오링을 수용하도록 형성된 적어도 하나의 환형 그루브를 포함하는, 강자성체로 이루어진 칼라 부시(collar bush),
    상기 칼라 부시와 상기 제1빔수송관을 진공 차폐하되, 상기 칼라 부시가 상기 제1빔수송관 상에서 이동가능하도록 상기 내경 그루브에 삽입되는 제1오링 및
    상기 환형 그루브에 삽입되는 제2오링
    을 포함하고,
    상기 칼라 부시는 상기 상부 칼라와 상기 하부 칼라의 조립 틈새를 줄이면 상기 칼라 부시의 회전축 방향을 따라 이동되어 상기 칼라 부시의 타단의 측면이 상기 RFQ의 출구에 밀착되도록 형성되며,
    상기 4극 전자석 모듈과 상기 RFQ의 출구 사이에 배치되는
    고정자; 및
    상기 4극 전자석 모듈에서 발생되는 열이 상기 DTL로 전달되는 것을 차단하도록 상기 DTL의 입구측 플랜지 내부에 형성되는 냉각 유로(流路)
    를 포함하는 양성자 가속장치의 빔(beam) 정합용 4극 전자석 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 4극 전자석 모듈은,
    제2빔수송관;
    상기 제2빔수송관을 감싸고 배치되는 4극 전자석;
    상기 4극 전자석을 수용하는 하우징; 및
    상기 하우징의 내부를 밀봉하도록 형성된 하우징 커버;
    를 포함하는 양성자 가속장치의 빔 정합용 4극 전자석 조립체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 제2빔수송관의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제1단턱부; 및
    상기 하우징 커버의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제2단턱부;
    를 포함하는 양성자 가속장치의 빔 정합용 4극 전자석 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 하우징 커버는,
    상기 제2빔수송관의 일측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제3단턱부; 및
    상기 제1빔수송관의 타측의 외주면을 밀봉하며 고정하도록 형성된 제4단턱부;
    를 포함하는 양성자 가속장치의 빔 정합용 4극 전자석 조립체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자의 길이는 상기 제1빔수송관의 길이보다 긴
    양성자 가속장치의 빔 정합용 4극 전자석 조립체.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 강자성체는 철 또는 뮤메탈(Mumetal)인
    양성자 가속장치의 빔 정합용 4극 전자석 조립체.
  12. 삭제
KR1020170177698A 2017-12-22 2017-12-22 빔 정합용 4극 전자석 조립체 KR102026129B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177698A KR102026129B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 빔 정합용 4극 전자석 조립체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170177698A KR102026129B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 빔 정합용 4극 전자석 조립체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190076139A KR20190076139A (ko) 2019-07-02
KR102026129B1 true KR102026129B1 (ko) 2019-09-27

Family

ID=67258380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170177698A KR102026129B1 (ko) 2017-12-22 2017-12-22 빔 정합용 4극 전자석 조립체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102026129B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004523068A (ja) * 2001-02-05 2004-07-29 ジー エス アイ ゲゼルシャフト フュア シュベールイオーネンフォルシュンク エム ベー ハー 重イオンビームアプリケーションシステムにおいて使用されるイオンビームを予備加速する装置
US20060094296A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 International Business Machines Corporation Expandable standoff connector with slit collar and related method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59230455A (ja) * 1983-06-10 1984-12-25 Nippon Soken Inc 回転駆動装置
JP3168776B2 (ja) * 1993-08-10 2001-05-21 日新電機株式会社 高周波型荷電粒子加速装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004523068A (ja) * 2001-02-05 2004-07-29 ジー エス アイ ゲゼルシャフト フュア シュベールイオーネンフォルシュンク エム ベー ハー 重イオンビームアプリケーションシステムにおいて使用されるイオンビームを予備加速する装置
US20060094296A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-04 International Business Machines Corporation Expandable standoff connector with slit collar and related method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190076139A (ko) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5602855B2 (ja) ドリフトチューブ線形加速器
US7432516B2 (en) Rapid cycling medical synchrotron and beam delivery system
JP6613466B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
CN108566721B (zh) 直线加速器和同步加速器
JP2013508922A (ja) 低電圧マルチビームクライストロン
KR102026129B1 (ko) 빔 정합용 4극 전자석 조립체
EP1964146B1 (en) Multi-beam klystron apparatus
CN103345957B (zh) 一种圆孔径反对称简化六极场磁铁装置及其制造方法
KR102026127B1 (ko) Bnct 입사기용 대전류 컴팩트 저에너지 빔수송계통
JP5030893B2 (ja) 荷電粒子ビーム加速器およびその加速器を用いた粒子線照射医療システム
KR102368704B1 (ko) 폴/요크 형태의 스티어링 전자석을 이용한 의료용 선형가속기의 X-ray 선량 최적화 방법
JP7191259B1 (ja) 荷電粒子ビーム偏向装置
US20230268096A1 (en) Systems, devices, and methods for multi-directional dipole magnets and compact beam systems
WO2023181434A1 (ja) 荷電粒子ビーム偏向装置
Batrakov et al. Elliptical undulators HU256 for synchrotron SOLEIL
Oshatz et al. Mechanical Design of the SNS MEBT
KR101871914B1 (ko) 고출력 이온 빔 분율 측정 장치
JP2023148502A (ja) 荷電粒子ビーム偏向装置
Tischer et al. A permanent magnet wiggler design for the TESLA damping ring
JP2004241347A (ja) 円形加速器
Montag et al. Design of an Interaction Region for the Linac-Ring Version of the Electron-Ion Collider ERHIC
Barthes-Corlier et al. Magnet design for SOLEIL, a new synchrotron radiation source for LURE
JPH06310300A (ja) 加速器の磁石アライメント調整方法及び装置
KR20210056143A (ko) 양성자 가속기용 대전류 듀오플라즈마트론 이온원
WO2016067820A1 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant