초록 ▼

강렬한 상대론적 전자빔(IREB)의 발생 및 전파특성 그리고 응용에 관한 연구는 순수 과학적 측면이외에도 고출력 마이크로파의 발생, 자유전자 레이저, 열핵융합 플라즈마의 가열 등과 같이 차세대 통신 및 에너지 분야 혹은 국가 방위산업 분야등에 응용이 가능하여 외국의 여러 실험실에서 활발히 수행되고 있다. 이와같은 상대론적전자빔 가속기를 이용한 응용연구(본 연구실에서는 가상음극 발진기 발진 및 자유전자레이저 개발을 목표로 하고 있다)를 하기 위해서는 전자빔 자체에 대한 기초연구가 반드시 선행될 필요가 있다. 즉 다양한 환

강렬한 상대론적 전자빔(IREB)의 발생 및 전파특성 그리고 응용에 관한 연구는 순수 과학적 측면이외에도 고출력 마이크로파의 발생, 자유전자 레이저, 열핵융합 플라즈마의 가열 등과 같이 차세대 통신 및 에너지 분야 혹은 국가 방위산업 분야등에 응용이 가능하여 외국의 여러 실험실에서 활발히 수행되고 있다. 이와같은 상대론적전자빔 가속기를 이용한 응용연구(본 연구실에서는 가상음극 발진기 발진 및 자유전자레이저 개발을 목표로 하고 있다)를 하기 위해서는 전자빔 자체에 대한 기초연구가 반드시 선행될 필요가 있다. 즉 다양한 환경에서 상대론적 전자빔의 전파특성을 측정하여 이를 응용연구의 기초자료로 활용하고자 하였다.연구의 주목표는 다음과 같았다. 1) 이온집속영역(Ion Focused Regime) 및 진공영역에서 강렬한 상대론적 전자빔의 수송효율(Efficiency of e-beam transport)의 측정 2) 강렬한 상대론적 전자빔 전파에 관련된 인자들과 수송효율간의 관계를 규명 3) 진공중에서공간전하한계전류(space charge limiting current)를 초과하는 상대론적 전자빔을 전파시키기 위한 방법을 모색 4) 플라즈마 채널의 진단기술을 개발 등이다.Sub-Torr 영역, 주로 10mTorr~1Torr 압력의 범위에서 전자빔의 propagation window가 170mTorr 부근임을 확인하였고 이때 최대 55%의 수송효율을 나타내었다. 또한sub-Torr 다이오드에서 전자빔 발생은 다이오드 압력에 따라 빔의 펄스너비와 전류상승시간이 tw = P-0.807±0.054와 tr = P-0.770±0.056의 관계식에 의해 각각 변화함을 확인하였다. 그리고 빔유도 플라즈마채널의 특성을 진단하는 새로운 실험적 진단법을 고안하였다.진공영역에서는 일반적으로 잘 알려진 공간전하 한계전류에 의한 도파관내 전류제한정도를 일차적으로 측정하고 이를 증대시킬 방안으로 지역화된 중성기체를 전자빔 선두에분포시키는 방안을 채택하여 진공에서 보다 4배 이상의 전류를 전파시키는데 성공하였다.또한 이들 두 영역에서 각각 전자빔의 수송효율 및 에미턴스, 전자빔 에너지, 전하중성화율등을 측정하여 비교 연구하였다.이러한 연구로부터 학문적으로 전자빔 전파에 관련된 물리적 현상들에 대한 이해를 깊게 할 수 있었다. 응용면에서는 본 연구결과가 고출력 마이크로파 발생장치 설계자료로활용되어 현재 가상음극 발진기의 기초 설계 및 제작완료, 시험 동작이 이루어지고 있다.최근에 국내 최초로 약 20MW, 3GHz의 마이크로파 발생에 성공하였다. 국내의 펄스 전자빔 기술 및 응용수준을 한걸음 선진국 수준으로 접근시키는 계기가 될 수 있기를 기대한다.

Abstract ▼

Generation and propagation characteristics of intense relativisticelectron beam(IREB) have been already at several laboratories of foreign countries.These capabilities have found applications in such diverse fields as the high powermicrowave generation, the free electron laser and th

Generation and propagation characteristics of intense relativisticelectron beam(IREB) have been already at several laboratories of foreign countries.These capabilities have found applications in such diverse fields as the high powermicrowave generation, the free electron laser and the thermonuclear fusion plasmaheating, as well as national defense projects. In korea, recently low cost andeconomical pulsed power system which can maintain in university laboratory have beenmoved and reconstructed in 1995. 1. at our university, which had been built at 1978 inSeoul national University.The purposes of this research are to investigate 1) the transport efficiency andpropagation characteristics of IREB in Ion focused regime(sub-Torr regime, plasmachannel) and vacuum, 2) the relationship propagation parameters with transportefficiency 3) developing technics of diagnostics for plasma channel.At the sub-Torr regime the neutral gases of 10mTorr~1Torr are employed, it wasfound that the propagation window for electron beam existed at 170mTorr sub-Torr airand maximum beam transport efficiency was 55%. From the sub-Torr diode study, itwas found that the generation of IREB in Sub-Torr diode was strongly affected bydiode pressures. The pulsewidth and rising time of IREB are experimentally found toscale as tw = P-0.807±0.054 tr = P-0.770±0.056, respectively. Also the characteristicsof beam induced plasma channel was experimentally investigated under various gaspressure. Maximum conductivity and peak ion density of a plasma channel were 3.5mho/cm and 3.3*1011/cm-3, respectively.At vacuum region, first we measured propagation currents under vacuum forreference data, next, by using the localized current as much as 4 times. Also thetransport efficiency, emittance, electron beam energy and charge neutralization factorshave been investigated at above two physical regime, respectively.These studies make the deep understanding of propagation of electron beam andcan be applied to the basic design of high efficiency-high power microwave generationand neutral beam generation device. It can be expected that pulsed electron beamtechnologies and its application areas in Korea could be stepped up to the advancedthroughout this research activities.

목차 Contents

• 목 차...6
• I. 서론...7
• II. 연구방법 및 이론...11
• III. 결과 및 고찰...17
• IV. 결론...29
• V. 인용문헌...31
• VI. 발표논문...32
• VII. 연구수행관련 논문발표 목록서...45
• VIII.자체평가서...47