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제안 방법
- 가속관 1 module은 4개의 가속관과 25 m 길이의 wave guide로 구성되며, 각 구간 양단에 gate valve를 이용하여 독립적으로 배기할 수 있게 설계하였다. module별 진공도 계산은 기체방출률, 배기속도, 연결도관의 크기 등을 고려하여 작성하였다. 그림 2는 가속관 1 column에 대한 펌프 용량별 pressure profile을 나타내고 있다.
- 12 m 가속관 174개와 전체 길이가 대략 1000 m 정도의 wave guide로 구성되어 있다. 가속관 1 module은 4개의 가속관과 25 m 길이의 wave guide로 구성되며, 각 구간 양단에 gate valve를 이용하여 독립적으로 배기할 수 있게 설계하였다. module별 진공도 계산은 기체방출률, 배기속도, 연결도관의 크기 등을 고려하여 작성하였다.
- column 양단에서의 effective pumping speed는 대략 17 L/s이다. 가속관은 내경이 작고 길이가 긴 형태이기 때문에 요구 진공도를 만족시키기 위해 local massive pumping이 아닌 distributed pumping 방법을 채택하여 설계하였다. 보다 균일한 진공도 분포를 유지하기 위해 small 이온펌프를 각 column 양단에 위치시켰으며, wave guide 양단에도 이온펌프를 위치시켰다.
- 진공게이지는 진공 burst시 최단시간 내 인접 진공장치를 보호하기 위하여 interlock response time이 빠른 Cold cathode gauge로 설계하였다. 각 module은 진공 실링부의 radiation resistance 값이 높은 all metal gate valve를 사용하였고, pneumatic type으로 설계하여 운전 중 open/close 상태를 항상 확인 가능하며, remote로 작동할 수 있게 설치하였다.
- 진공시스템의 가장 중요한 목적은 전자빔 에너지의 수명을 보장하고 빔 손실을 최소화하는 것이다. 각 구간별로 도출된 요구진공도를 만족하기 위해 구간별 진공시스템의 특성을 철저히 분석하여 설계를 진행하였다. 향후 진공시스템에 대한 체계적인 예방정비와 추가 진공장치 업그레이드를 통하여 사용자들에게 보다 안정적인 빔을 제공할 계획이다.
- 또한 빔 전송관(진공용기)의 재질, 내부 형태에 따라 wakefield가 발생하고 그로인한 빔 손실이 발생된다. 구간의 특성에 따라 요구진공도가 10-11 mbar에서 10-7 mbar 수준으로 요구되어지며, 이를 만족하기 위해 진공시스템 설계를 통해 진공펌프의 종류, 용량 및 수량의 결정과 배기의 최적화 설계를 하였다. PAL-XFEL 진공시스템은 이온펌프가 주 펌프로 설계되어 설치되어 있고 크게 3가지 범주로 구분 할 수 있다: (1) 입사기 구간, (2) 가속 구간, (3) 언듈레이터 구간이다.
- 가속관은 내경이 작고 길이가 긴 형태이기 때문에 요구 진공도를 만족시키기 위해 local massive pumping이 아닌 distributed pumping 방법을 채택하여 설계하였다. 보다 균일한 진공도 분포를 유지하기 위해 small 이온펌프를 각 column 양단에 위치시켰으며, wave guide 양단에도 이온펌프를 위치시켰다. 그림3은 가속 구간 1 module에 대한 진공시스템 설계를 보여주고 있다.
- 따라서 진공용기는 낮은 AC electrical resistivity를 가지는 알루미늄 6063을 이용하여 제작하였다. 알루미늄 진공용기는 요구사양인 표면 거칠기 150 nm이하, 산하막 두께 5 nm이하를 만족시키기 위하여 특수압출, 초정밀 기계가공, 화학연마 등의 기술을 포항가속기 진공그룹에서 자체 개발하여 제작 공정에 적용하였다.
- 광음극 전자총의 수명은 진공도에 의해 강하게 영향을 받기 때문에 초고진공(10-10 mbar 이하)을 유지하여야 한다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여 광음극 배기 진공용기에는 비활성기체 및 메탄을 배기하기 위한 이온펌프와 초고진공에 영역에서 대부분을 차지하는 수소에 대한 배기성능이 탁월한 NEG펌프를 사용하였고, 진공용기는 stainless steel 표면에 VTO (Vacuum Thermal Oxidation) 처리를 통하여 기체방출률을 줄였다. 현재 빔 운전 중 진공도는 5x10-11 mbar를 유지하고 있다.
- 가속관 1 module은 7개의 이온펌프(60 L/s)와 3개의 진공게이지로 구성되어 있다. 진공게이지는 진공 burst시 최단시간 내 인접 진공장치를 보호하기 위하여 interlock response time이 빠른 Cold cathode gauge로 설계하였다. 각 module은 진공 실링부의 radiation resistance 값이 높은 all metal gate valve를 사용하였고, pneumatic type으로 설계하여 운전 중 open/close 상태를 항상 확인 가능하며, remote로 작동할 수 있게 설치하였다.
대상 데이터
- 가속 구간 전체 진공시스템은 3.12 m 가속관 174개와 전체 길이가 대략 1000 m 정도의 wave guide로 구성되어 있다. 가속관 1 module은 4개의 가속관과 25 m 길이의 wave guide로 구성되며, 각 구간 양단에 gate valve를 이용하여 독립적으로 배기할 수 있게 설계하였다.
- 언듈레이터 진공용기는 wakefield를 최소화하기 위하여 electrical conductivity가 좋고, 내부 표면이 매끄러워야하며 산화막 두께가 매우 얇아야 한다. 따라서 진공용기는 낮은 AC electrical resistivity를 가지는 알루미늄 6063을 이용하여 제작하였다. 알루미늄 진공용기는 요구사양인 표면 거칠기 150 nm이하, 산하막 두께 5 nm이하를 만족시키기 위하여 특수압출, 초정밀 기계가공, 화학연마 등의 기술을 포항가속기 진공그룹에서 자체 개발하여 제작 공정에 적용하였다.
- 선형가속기를 나온 전자빔은 50미터 길이의 빔 전송선(beam transfer line)을 지나 삽입장치에 이르게 된다. 삽입장치의 길이는 총 100미터 정도이다. 삽입장치는 N극과 S극이 교대로 바뀌는 영구자석으로, 전자빔을 선형가속기에서 가속하여 삽입장치에 입사시키면, 이 전자빔은 삽입장치에서 자기장의 영향을 받아 경로가 교대로 구부러지는 곡선운동을 하며 방사광을 방출한다.
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