초록 ▼

21세기 국가 기술력 향상을 위한 양성자빔 가속장치를 설계하고 국내외 전문가의 검증을 받았다. 양성자빔 가속장치는 1GeV 20mA이며$H^+$를 $H^-$를 동시에 연속으로 가속하여 여러 이용자가 동시에 사용할 수 있도록 설계되었다. 본 연구에서는 설계된 양성자빔 가속장치중 6MeV까지를 제작하였다. 제작된 양성자빔 가속장치는 50㎸ 양성자 입사기, 저에너지 빔 수송계, 3MeV RFQ, 1MW350㎒ RFQ 고주파 시스템, 6MeV CCDTL, Beam Dump 및 2MW 냉각 시스템으로

21세기 국가 기술력 향상을 위한 양성자빔 가속장치를 설계하고 국내외 전문가의 검증을 받았다. 양성자빔 가속장치는 1GeV 20mA이며$H^+$를 $H^-$를 동시에 연속으로 가속하여 여러 이용자가 동시에 사용할 수 있도록 설계되었다. 본 연구에서는 설계된 양성자빔 가속장치중 6MeV까지를 제작하였다. 제작된 양성자빔 가속장치는 50㎸ 양성자 입사기, 저에너지 빔 수송계, 3MeV RFQ, 1MW350㎒ RFQ 고주파 시스템, 6MeV CCDTL, Beam Dump 및 2MW 냉각 시스템으로 구성된다. 가속 장치 기술 확보를 목적으로 대부분의 부품을 국내에서 가공하였으며, 부품 확보에 가장 어려움이 예상되고 있는 Klystron은 별도로 Prototype Klystron을 제작하여 시험 하였다 양성자빔의 이용 응용 기술을 개발하기 위한 기초 연구로 MeV 빔 표적 연구 및 빔 이용 기초 연구를 수행하였다. MeV 빔 표적 연구로서 중성자발생 표적을 설계 제작하고 이의 기초 실험을 완료하였다. 빔 이용 기초 연구로 전력 반도체 수명 제어 연구를 수행하여 이송자 수명 제어 데이터를 확보하였다. 이와 더불어 특정 원소 탐지 기술, 플리머 전도성 표면 처리 기술 및 입사기 장치 기술 실용화를 수행하여 기술 이전 및 실용화개발을 하였다본 연구에서 개발된 장치 및 기술은 향후 대형 가속기 및 양성자빔 이용 시설 개발에 주요한 기초가 될 것이다

Abstract ▼

A proton beam accelerator was designed and reviewed by domestic and foreign experts. The designed accelerator is supposed to be used to upgrade the level of the national science and technology. The accelerator is designed to accelerate$H^+$ and $H^-$ beam at the same time to pr

A proton beam accelerator was designed and reviewed by domestic and foreign experts. The designed accelerator is supposed to be used to upgrade the level of the national science and technology. The accelerator is designed to accelerate$H^+$ and $H^-$ beam at the same time to produce 1GeV, 20mA beam. The beam can be used by several users at the same time. In this study, the acceleration facility was constructed up to 6MeV. The whole facility consists of 50KeV injector, low energy beam transport. 3MeV RFQ, 1MW 350㎒ RFQ RFQ RF system, 6MeV CCDTL, beam dump and 2MW cooling system. Most of the components were fabricated in the country to obtain the accelerator related technology. In case of klystron, a prototype klystron was manufactured and tsted The MeV beam traget study and basic MeV beam utilization research were performed to develop technologies for proton be amapplication and utilization. A neutron production target system was designed and basic neutron production experiment was performed as the MeV target study. As MeV beam utilization study, the lifetime control of fast switching power semiconductor was performed and some data was obtained. In addition, specific elements detection technology, resistance modification of semiconductor tray material and commercialization of the injector were performed to transfer technologies to companies for commercialization The research results of this project will be used as the basics in developing a high power proton accelerator in the near future

목차 Contents

• 제 1 장. 서 론...22
• 제 1 절. 연구의 목적...22
• 제 2 절. 연구의 필요성...24
• 1. 사회적 측면...24
• 2. 경제.산업적 측면...25
• 3. 기술적 측면...27
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황...28
• 제 1 절. 국내외 기술개발 동향분석...28
• 1. 관련 기술의 국내ㆍ외 동향...28
• 2. 양성자 가속장치 기술 개발 동향...32
• 3. 국내 관련 기술 및 산업 동향...39
• 4. 국내 연구개발 현황...39
• 제 3 장. 연구개발 수행 내용 및 결과...42
• 제 1 절. 가속장치 개발...42
• 1. 가속장치 설계...42
• 가. 장치의 제원...42
• 나. 가속장치의 고유특성...43
• 다. 설계...44
• 2. 입사기 개발...49
• 3. RFQ 개발...52
• 가. 저에너지 빔전달 장치 제작 및 시험...52
• 나. 3MeV RFQ 가속관 제작 및 시험...58
• 다. 냉각계통 제작...74
• 라. 진공계통 제작...78
• 마. Tuner 제작...81
• 바. Coupler Loop 제작...82
• 사. 지지구조 제작...88
• 아. RFQ 구성 및 시험...88
• 4. CCDTL (Coupled Cavity Drirt Tube Linac) 개발...90
• 가. 가속관...90
• 나. 빔 광학...94
• 다. 고주파원...97
• 라. 진공계통...98
• 마. CCDTL 공학설계...98
• 바. Cold Model 제작...101
• 사. 공동 전기적 특성 측정...102
• 아. 6MeV 시험 공동 제작...103
• 자. 사극 전자석 시험 제작...104
• 5. 고주파 시스템...106
• 가. 개요...106
• 나. Low level RF 시스템...110
• 다. 클라이스트론 시스템...112
• 라. Circulator...120
• 마. 고주파 창...121
• 바. 도파관 부품...124
• 사. 고주파 시스템 냉각...130
• 아. 측정 및 장치 보호...132
• 6. 대출력 고주파 원 개발...135
• 가. 중출력 고주파 시스템 설계, 제작 및 특성 실험...135
• 나. 대출력 클라이스트론 개발...153
• 7. RFQ 제어 시스템 개발...172
• 가. EPICS 가소기 제어시스템 개발 및 Flatform 구축...172
• 나. 상위 Level 용 Man-Machine Interface 개발 (JAVA)...194
• 다. Web Page 구축...200
• 8. H 빔 인출장치 설계연구...202
• 가. 개요...202
• 나. 인출 자석 설계 및 특성...202
• 다. 빔 인출시스템 특성 연구...204
• 라. 추가 연구 분야...206
• 제 2 절. 빔 이용 응용...207
• 1. 산업용 Duoplasmatron 이온원 설계ㆍ제작 및 특성평가...207
• 가. 플라즈마 발생기...207
• 나. 빔 인출계통...208
• 다. Duoplasmatron 이온원 특성 시험...212
• 2. Duoplasmatron 이온원 설계ㆍ제작 및 특성시험...213
• 가. DuoPIGatron 이온원 설계...213
• 나. DuoPIGatron 이온원 특성 시험...219
• 3. 이온/양성자 빔 장치 (DEMO 장비) 설계ㆍ제작...221
• 가. 이온빔 편향 및 주사장치...221
• 나. DEMO 장비 진공함 및 이온빔 측정계통 설계 제작...223
• 다. DEMO 장치 제작...224
• 4. 이온빔조사에 의한 대전 방지용 반도체 Tray 양산기술 개발...227
• 가. 조사이온에 따른 표면의 전기적 특성변화 분석...227
• 나. 이온조사량에 따른 표면의 전기 표면의 열변형 시간과의 상관관계분석...229
• 라. 표면전기전도도에 따른 이온빔전류와 공정시간과의 상관관계 분석...230
• 5. 이온빔 조사에 의한 플라스틱 포장재 정전기 방지 기술개발...234
• 가. N2, Xe, Kr, Ar 주입에 따른 전기전도도 변화...234
• 나. H2 분위기에서 N2 , Xe 주입(분율2)...235
• 다. PP에 O2 분위기에서 N2 , Xe 주입(분율2)...237
• 라. PP에 H2O 분위기에서 N2 주입(H2O분율 1.5)...238
• 마. PP시편온도 100℃ 환경에서 N2, Ar 주입...242
• 6. SS44OA로 된 이용기날의 질소이온충돌에 의한 표면개질...244
• 가. 질소이온주입한 이용기날의 표면 질화물 형성거동...244
• 나. 질소이온주입한 이용기날의 마모시험...245
• 7. 이온주입에 의한 면도날의 내구성 향상...248
• 8. IBAD용 이온빔 장치 개발...250
• 가. 플라즈마 발생장치 설계 및 제작...250
• 9. 투명고분자막의 투명도조절 및 표면 내구성 향상...255
• 10. 빔이용/응용을 위한 빔라인 설치...258
• 가. 빔라인 개요...258
• 나. 특정물질 탐지 실험 시스템...258
• 다. 진공장치...259
• 라. 이온 주입 시스템...260
• 11. 특정물질 탐지 원리 실증 연구...261
• 가. 질소탐지 원리 실증 실험...261
• 나. 염소(C1-35) 검출 원리 실증 실험...262
• 12. 양성자 유발 핵반응 동위원소생산 기초 실험...265
• 가. 양성자 유발 핵반응...265
• 나. 신종 핵종 조사...266
• 다. 추가 연구...267
• 13. 전력반도체 이송자 수명제어 기초연구...268
• 가. 연구목적...268
• 나. 시편의 종류 및 전기적 특성 결과...268
• 다. DLTS 분석의 원리[2-3]...269
• 라. DLTS 분석 결과...272
• 마. 실험결과...274
• 바. 결 론...279
• 14. 중성자생산 및 이용...281
• 가. MeV 양성자 빔 이용 중성자 생산...281
• 나. MeV 양성자 이용 생산 중성자 이용분야...285
• 다. MeV 양성자 이용 중성자 생산 표적시스템...292
• 라. 핵파쇄 표적 개발 국제공동연구 MEGAPIE...303
• 15. 저 에너지 이온을 이용한 금속박막과 세라믹사이의 접합성 향상...317
• 16. C 및 N 이온의 연속주입으로 Cu 표면의 경화...319
• 제 4 장. 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...321
• 제 1 절. 가속장치 목표 달성도...321
• 제 2 절. 빔 이용 응용 목표 달성도 및 대외 기여도...322
• 1. DuoPIGatron 이온원 설계.제작 및 특성시험...322
• 가. 연구개발 목표 달성도...322
• 나. 대외 기여도...322
• 2. 이온/양성자 빔 장치 개발 (DEMO 장비) 설계ㆍ제작...324
• 가. 연구개발 목표 달성도...324
• 나. 대외 기여도...324
• 3. 이온빔조사에 의한 대전 방지용 반도체 Tray 양산기술 개발...325
• 가. 연구개발 목표 달성도...325
• 나. 대외 기여도...326
• 4. 이용기날 표면개질 및 면도날 내구성향상...327
• 가. 목표 달성도 및 대외기여도...327
• 5. 빔 이용/응용 연구...328
• 가. 연구개발 목표 및 달성도...328
• 나. 대외 기여도...328
• 6. 중성자 생산 및 이용...329
• 제 3 절. 연구성과 및 파급효과...329
• 가. 연구 성과...329
• 나. 파급효과...333
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획...337
• 제 1 절. 활용계획...337
• 1. 개발장치 및 이용기술 활용...337
• 2. 장치 및 이용 기술 활용 (의료)...337
• 3. 장치 기술 활용 (원자력)...337
• 4. 장치 기술 (국방)...338
• 제 2 절. : 빔 이용 응용...338
• 1. DuoPIGatron 이온원 설계ㆍ제작 및 특성시험...338
• 2. 이온/양성자 빔 장치 개발 (DEMO 장비) 설계ㆍ제작...340
• 3. 이온빔조사에 의한 대전 방지용 반도체 Tray 양산기술 개발...341
• 4. 이용기날 표면개질 및 면도날 내구성향살...341
• 5. 빔 이용/응용 연구...341
• 가. H- 빔 인출장치 설계연구...341
• 나. 빔이용/응용을 위한 빔라인 설치...342
• 다. 특정물질 탐지 원리 실증 연구...342
• 라. 양성자 유발 핵반응 동위원소생산 기초 실험...342
• 6. 중성자 생산 및 이용...343
• 제 3 절. 추가연구의 필요성...343
• 제 4 절. 타연구에의 응용...346
• 제 6 장. 참고문헌...350