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KR100821354B1 - An ion-beam irradiation device using a set of electromagnets and the irradiation method using the same - Google Patents

An ion-beam irradiation device using a set of electromagnets and the irradiation method using the same Download PDF

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Publication number
KR100821354B1
KR100821354B1 KR1020070018067A KR20070018067A KR100821354B1 KR 100821354 B1 KR100821354 B1 KR 100821354B1 KR 1020070018067 A KR1020070018067 A KR 1020070018067A KR 20070018067 A KR20070018067 A KR 20070018067A KR 100821354 B1 KR100821354 B1 KR 100821354B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electromagnet
ion beam
horizontal
alternating current
quadrupole
Prior art date
Application number
KR1020070018067A
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Korean (ko)
Inventor
장지호
조용섭
Original Assignee
한국원자력연구원
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 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020070018067A priority Critical patent/KR100821354B1/en
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Publication of KR100821354B1 publication Critical patent/KR100821354B1/en

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472Deflecting along given lines
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    • H01J37/1475Scanning means magnetic

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Abstract

A uniform ion-beam irradiation device using electromagnets and a method for uniformly irradiating ion-beam using the same are provided to improve uniformity of the ion-beam without using an additional control apparatus by radiating a beam at a boundary region where the ion-beam is relatively converged and focusing the beam at a central region. A tetrapolar electromagnet(310) controls the focusing and radiation of an irradiated ion beam. A pair of horizontal bipolar electromagnets(112) consists of a pair of magnetic poles facing to each other vertically, thereby forming a vertical direction magnetic field. A pair of vertical bipolar electromagnets(114) consist of a pair of magnetic poles facing to each other horizontally, thereby forming a horizontal direction magnetic field. A power unit(120) is connected to the tetrapolar electromagnet, the horizontal bipolar electromagnets, and the direction bipolar electromagnets. The power unit supplies AC power to the tetrapolar electromagnet and the horizontal bipolar electromagnets. A frequency of an alternating current supplied to the tetrapolar electromagnet is two times of a frequency of an alternating current supplied to the horizontal bipolar electromagnets.

Description

전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 장치 및 조사 방법{An ion-beam irradiation device using a set of electromagnets and the irradiation method using the same}An ion-beam irradiation device using a set of electromagnets and the irradiation method using the same}

도 1은 이극전자석만으로 구성된 종래의 이온빔 조사 장치를 이용하여 입력빔을 조사하는 경우 조사되는 빔의 형태를 보여주기 위한 도면이다.1 is a view for showing the shape of a beam to be irradiated when irradiating the input beam using a conventional ion beam irradiation apparatus composed of only a bipolar electromagnet.

도 2는 종래의 이온빔 조사 장치를 이용하여 이온빔을 표적에 조사하였을 경우 조사된 이온빔의 공간적 분포를 보여주고 있는 도면이다.2 is a view showing the spatial distribution of the irradiated ion beam when the ion beam is irradiated to the target using a conventional ion beam irradiation apparatus.

도 3은 본 발명에 따른 사극 및 이극전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 장치를 이용하여 입력빔을 조사하는 경우 조사되는 빔의 형태를 보여주기 위한 도면이다.3 is a view for showing the shape of the beam to be irradiated when irradiating the input beam using the ion beam uniform irradiation apparatus using a quadrupole and bipolar electromagnet according to the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 교류전류의 한 주기 동안 8개의 입력빔을 조사할 경우 표적 면에 조사된 빔을 조사순서에 따라 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating beams irradiated onto a target surface according to an irradiation sequence when eight input beams are irradiated during one period of an alternating current according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 3에 도시된 조사장치를 이용하여 이온빔을 표적에 조사하였을 경우 조사된 이온빔의 공간적 분포를 보여주고 있는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a spatial distribution of irradiated ion beams when an ion beam is irradiated to a target using the irradiation apparatus illustrated in FIG. 3.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

110 : 이극전자석 112 : 수평방향 이극전자석110: bipolar electromagnet 112: horizontal bipolar electromagnet

114 : 수직방향 이극전자석 120 : 전원부114: vertical two-pole electromagnet 120: power supply

310 : 사극전자석 312 : 자유공간310: quadrupole electromagnet 312: free space

본 발명은 전자석을 이용한 이온빔 균일조사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빔라인의 진행방향을 따라 사극전자석과 이극전자석을 순차적으로 설치한 후, 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수를 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배를 유지하여, 상대적으로 이온빔이 밀집되는 경계영역에서는 빔을 발산시키고, 중심영역에서는 빔을 집속시킴으로써 별도의 제어장치 없이도 이온빔이 균일하게 조사될 수 있도록 구성한 이온빔 조사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ion beam uniform irradiation apparatus using an electromagnet, and more particularly, after the quadrupole electromagnet and the dipole electromagnet are sequentially installed along the traveling direction of the beamline, the frequency of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet is supplied to the dipole electromagnet. The ion beam irradiation device is configured to maintain twice the frequency of the alternating current and diverge the beam in the boundary area where the ion beam is relatively concentrated, and focus the beam in the center area so that the ion beam can be irradiated uniformly without a separate control device. It is about.

이온원(ion source)이나 가속기에서 얻어지는 이온빔(ion beam)은 양전하 또는 음전하를 갖는 이온의 흐름으로서, 원자, 분자 또는 원자핵 등의 물질 구조에 대한 분석을 비롯하여 방사성 동위원소의 제작이나 집적회로 등의 가공에 폭넓게 이용되고 있다.An ion beam obtained from an ion source or an accelerator is a flow of ions having positive or negative charges. The ion beam is analyzed for the material structure of atoms, molecules, or atomic nuclei, and the production of radioisotopes or integrated circuits. It is widely used for processing.

특히, 입자 가속기를 이용하여 대전류 양성자로 동위 원소를 생산하는 동위 원소 생산 시스템 등에서는 대면적인 표적에 균일한 밀도 분포를 가지도록 이온빔을 조사하기 위하여 전자석 등으로 이온빔의 진행 각도를 편향시켜 조사한다.In particular, in isotope production systems that produce isotopes with large current protons using particle accelerators, the propagation angle of the ion beam is deflected with an electromagnet or the like in order to irradiate the ion beam to have a uniform density distribution over a large area target.

도 1은 이극전자석만으로 구성된 종래의 이온빔 조사 장치를 이용하여 입력빔을 조사하는 경우 조사되는 빔의 형태를 보여주기 위한 도면이고, 도 2는 종래의 이온빔 조사 장치를 이용하여 이온빔을 표적에 조사하였을 경우 조사된 이온빔의 공간적 분포를 보여주고 있는 도면이다.1 is a view showing the shape of a beam to be irradiated when irradiating an input beam using a conventional ion beam irradiation apparatus consisting of a bipolar electromagnet, Figure 2 is a conventional ion beam irradiation apparatus to irradiate an ion beam to a target The figure shows the spatial distribution of irradiated ion beams.

도 1을 참고하면, 이극전자석으로 구성된 종래의 이온빔 조사 장치는, 조사되는 빔을 좌우로 편향시켜주는 수평방향 이극전자석(112), 조사되는 빔을 상하로 편향시켜주는 수직방향 이극전자석(114), 및 상기 수평 및 수직방향 이극전자석에 전류를 공급해주는 전원부(120)로 구성되어 있다. 이러한 구성을 통해 이온빔을 표적에 조사하는 경우, 상기 전원부(120)를 통해 수평방향 이극전자석(112)에 교류전류를 공급하여 빔을 좌우로 이동시키면서, 수직방향 이극전자석(114)에 인가되는 전류를 선형적으로 변화시킴으로써 표적의 상부로부터 하부로 빔을 스캐닝하면서 조사하게 된다. Referring to FIG. 1, a conventional ion beam irradiation apparatus including a bipolar electromagnet includes a horizontal bipolar electromagnet 112 for deflecting an irradiated beam from side to side and a vertical bipolar electromagnet 114 for deflecting an irradiated beam up and down. And a power supply unit 120 supplying current to the horizontal and vertical dipoles. In this case, when the ion beam is irradiated to the target, the current is applied to the vertical dipole electromagnet 114 while supplying an alternating current to the horizontal dipole electromagnet 112 through the power supply unit 120 and moving the beam from side to side. By changing the linearly, the beam is irradiated while scanning the beam from the top to the bottom of the target.

이 경우, 수평방향 이극전자석(112)에 공급되는 교류전류가 사인파를 그리기 때문에, 상기 도 1의 하단에 표시된 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8로 구성된 입력빔(100)을 교류전류의 한 주기 동안 순차적으로 조사하면 상기 도 1의 상단에 표시된 1~8번과 같은 분포로 조사되게 된다. 다시 말해서, 교류전류를 구성하는 사인파의 특성에 따라, 조사되는 이온빔의 밀도가 도 2에 나타난 바와 같이 표적의 경계영역에서 중심영역보다 상대적으로 크게 나타나게 된다. 종래 기술에 있어서는 이를 해결하기 위해 팔극전자석과 같이 복잡한 자석을 추가하기도 하지만, 장치가 복잡할 뿐만 아니라 빔을 적절하게 제어하는 것도 어렵다. In this case, since the alternating current supplied to the horizontal dipole electromagnet 112 draws a sine wave, the input beam 100 composed of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 shown at the bottom of FIG. When sequentially irradiated for one period of the AC current is irradiated with the same distribution as 1 to 8 shown in the upper portion of FIG. In other words, according to the characteristics of the sine wave constituting the alternating current, the density of the irradiated ion beam appears relatively larger than the center region in the boundary region of the target as shown in FIG. 2. In the prior art, in order to solve this problem, a complicated magnet such as an arm pole electromagnet is added, but the device is not only complicated but also difficult to properly control the beam.

이러한 문제를 해결하기 위해 이극전자석 앞에 사극전자석을 더하는 방법이 미국 공개특허공보 제2004-0104354호에 제안되었다. 상기 제2004-0104354호에서는 이극전자석의 전방에 사극전자석을 배치하고 상기 이극전자석과 사극전자석에 인가되는 전류를 제어하는 제어기를 구비하여 상기 이극 및 사극전자석에 인가되는 전류를 정밀하게 제어함으로써 원하는 부위에 균일한 양의 이온빔을 정확하게 조사하는 방법에 대해 기술하고 있다.In order to solve this problem, a method of adding a quadrupole electromagnet in front of the bipolar electromagnet has been proposed in US Patent Application Publication No. 2004-0104354. In 2004-0104354, a desired portion is provided by arranging a quadrupole electromagnet in front of the dipole electromagnet and controlling a current applied to the bipolar electromagnet and the quadrupole electromagnet to precisely control the current applied to the bipolar electromagnet and the quadrupole electromagnet. This article describes how to accurately irradiate a uniform amount of ion beams.

그러나 이 발명은 정밀한 제어장치가 수반되어 방사선 치료와 같이 이온빔을 정밀하게 조절할 필요가 있는 경우에는 대단히 효과적이라 할 수 있으나, 그 장치 및 동작방식이 복잡하고, 비용이 많이 든다는 단점이 있어 연구용 및 산업용으로 광범위하게 사용하기에는 그리 효율적이지 못하다. However, this invention can be said to be very effective when the precise control device is required to precisely control the ion beam, such as radiation therapy, but the device and operation method is complicated and expensive, so that research and industrial use It is not very efficient for widespread use.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 빔라인의 진행방향을 따라 사극전자석과 이극전자석을 순차적으로 설치한 후, 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수를 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배를 유지하여, 상대적으로 이온빔이 밀집되는 경계영역에서는 빔을 발산시키고, 중심영역에서는 빔을 집속시킴으로써 별도의 제어장치 없이도 이온빔이 균일하게 조사될 수 있는 이온빔 조사 장치를 제공한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and after sequentially installing the quadrupole electromagnet and the dipole electromagnet along the traveling direction of the beamline, the frequency of the alternating current supplied to the bipolar electromagnet is the frequency of the alternating current supplied to the bipolar electromagnet. By maintaining two times, the ion beam irradiation apparatus can be irradiated uniformly without a separate control device by diverging the beam in the boundary region where the ion beam is relatively concentrated, and focusing the beam in the central region.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 조사되는 이온빔의 집속/발산 정도를 조절하기 위한 사극전자석과; 수직방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수직방향 자기장을 형성하는 한 쌍의 수평방향 이극전자석과; 수평방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수평방향 자기장을 형성하는 한 쌍의 수직방향 이극전자석과; 상기 사극전자석, 수평방향 이극전자석 및 수직방향 이극전자석에 연결되는 전원부;를 포함하여 구성되며, 상기 전원부는 상기 사극전자석과 상기 수평방향 이극전자석에 교류전류를 공급하되, 상기 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수를 상기 수평방향 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배로 유지시켜 공급하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, a quadrupole electromagnet for adjusting the concentration / divergence of the ion beam to be irradiated; A pair of horizontal bipolar electromagnets having a pair of magnetic poles opposed to each other in a vertical direction to form a vertical magnetic field; A pair of vertical dipole electromagnets comprising a pair of magnetic poles opposed to each other in a horizontal direction to form a horizontal magnetic field; A power supply unit connected to the quadrupole electromagnet, the horizontal dipole electromagnet and the vertical dipole electromagnet, wherein the power supply unit supplies an alternating current to the quadrupole electromagnet and the horizontal dipole electromagnet, and is supplied to the quadrupole electromagnet Characterized in that the frequency of the current is maintained at twice the frequency of the alternating current supplied to the horizontal bipolar electromagnet, characterized in that the supply.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기하였다.Hereinafter, an ion beam uniform irradiation apparatus using an electromagnet according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the following, in adding reference numerals to the elements of each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are shown in different drawings.

도 3은 본 발명에 따른 사극 및 이극전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 장치를 이용하여 입력빔을 조사하는 경우 조사되는 빔의 형태를 보여주기 위한 도면이다.3 is a view for showing the shape of the beam to be irradiated when irradiating the input beam using the ion beam uniform irradiation apparatus using a quadrupole and bipolar electromagnet according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온빔 균일 조사 장치는 이온빔의 집속/발산 정도를 조절하는 사극전자석(310)과 상기 사극전자석 후방에 직렬로 배치되어 이온빔의 방향을 변환시켜주는 이극전자석(110), 및 상기 사극전자 석(310)과 이극전자석(110)에 전류를 공급해주는 전원부(120)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the ion beam uniform irradiation device according to the present invention is a quadrupole electromagnet 310 for adjusting the concentration / dispersion of an ion beam and a dipole electromagnet disposed in series behind the quadrupole electromagnet to change the direction of the ion beam. 110, and a power supply unit 120 supplying current to the quadrupole electromagnet 310 and the bipolar electromagnet 110.

이극전자석(110)은 이온빔을 편향시키기 위해 일반적으로 사용되는 래스터 스캐너로서, 인가되는 전류를 조절하여 그 중심부를 통과하는 이온빔의 편향 각도를 제어함으로써, 외부의 수요처로 정확하게 이온빔을 인출시킨다.The bipolar electromagnet 110 is a raster scanner generally used to deflect an ion beam, and adjusts an applied current to control the deflection angle of the ion beam passing through the center thereof, thereby accurately drawing the ion beam to an external consumer.

이극전자석(110)은 수직방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수직방향 자기장을 형성하는 수평방향 이극전자석(112)과 수평방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수평방향 자기장을 형성하는 수직방향 이극전자석(114)으로 구성된다. 각각에 인가되는 전류의 변화에 따라 수평방향 이극전자석(112)은 이온빔을 좌우로 편향시키며, 수직방향 이극전자석(114)은 이온빔을 상하로 편향시킨다. The dipole electromagnet 110 consists of a pair of magnetic poles opposed to each other in the vertical direction to form a magnetic field in the vertical direction, and the bipolar electromagnet 112 and a pair of magnetic poles oppose each other in the horizontal direction to form a horizontal magnetic field. It consists of a vertical bipolar electromagnet 114. The horizontal bipolar electromagnet 112 deflects the ion beam from side to side according to the change of the current applied to each, and the vertical bipolar electromagnet 114 deflects the ion beam up and down.

다시 말해서, 전원부(120)를 통해 수평방향 이극전자석(112)에 교류전류를 공급하면, 생성되는 자장의 영향으로 빔이 표적의 좌우방향으로 이동하면서 조사되게 되고, 이에 맞추어 수직방향 이극전자석(114)에 인가되는 전류를 선형적으로 변화시킴으로써 표적의 상부로부터 하부로 스캐닝하면서 빔을 조사할 수 있게 된다.In other words, when an AC current is supplied to the horizontal dipole electromagnet 112 through the power supply unit 120, the beam is irradiated while moving in the left and right directions of the target under the influence of the generated magnetic field. By linearly changing the current applied to the beam, the beam can be irradiated while scanning from the top to the bottom of the target.

사극전자석(310)은 중심부를 통과하는 이온빔에 이온빔의 중심 방향으로 자기력을 가하여 이온빔의 집속/발산 정도를 조절한다. 여기서, 이온빔의 집속/발산 정도는 이온빔이 통과하는 사극전자석(310) 내부의 자유공간(312)에 인가되는 자기장의 세기에 따라 달라지게 된다.The quadrupole electromagnet 310 adjusts the degree of focusing / diffusion of the ion beam by applying a magnetic force in the direction of the center of the ion beam to the ion beam passing through the center portion. Here, the degree of focusing / diffusion of the ion beam depends on the strength of the magnetic field applied to the free space 312 inside the quadrupole electromagnet 310 through which the ion beam passes.

이 때, 사극전자석(310)에 공급되는 교류전류의 주파수를 수평방향 이극전자석(112)에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배가 되도록 조절함으로써, 도 3에 나타 난 바와 같이 수평방향 이극전자석(112)에 의해 빔이 표적의 경계영역을 지나갈 때에는 이온빔의 발산정도를 증가시키고, 표적의 중심영역을 지나갈 때에는 이온빔의 발산정도를 줄여줌으로써 조사되는 이온빔의 양을 조절할 수 있게 된다.At this time, by adjusting the frequency of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet 310 to be twice the frequency of the alternating current supplied to the horizontal dipole electromagnet 112, as shown in FIG. 3, the horizontal dipole electromagnet 112. By increasing the ion beam divergence when the beam crosses the target boundary area, and decreases the divergence degree of the ion beam when passing the center area of the target, the amount of irradiated ion beam can be controlled.

이를 위해 상기 전원부(120)는 수평방향 이극전자석(112)과 사극전자석(310)에 교류전류를 공급해주되, 사극전자석(310)에 공급하는 교류전류의 주파수를 수평방향 이극전자석(112)에 공급하는 교류전류의 주파수의 2배로 유지한다.To this end, the power supply unit 120 supplies an alternating current to the horizontal dipole electromagnet 112 and the quadrupole electromagnet 310, and supplies the frequency of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet 310 to the horizontal dipole electromagnet 112. It is maintained at twice the frequency of AC current.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 교류전류의 한 주기 동안 8개의 입력빔을 조사할 경우 표적 면에 조사된 빔을 조사순서에 따라 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram illustrating beams irradiated onto a target surface according to an irradiation sequence when eight input beams are irradiated during one period of an alternating current according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 교류전류의 한 주기 동안 수평방향 이극전자석에 공급되는 교류전류의 세기가 0일 경우 표적의 중심, 1일 경우 표적의 좌측, -1일 경우 표적의 우측에 이온빔이 주사되며, 사극전자석에 공급되는 교류전류의 세기가 1에 가까워질 경우 이온빔이 최대한으로 집속되게 되고, -1에 가까워질 경우 이온빔의 발산정도가 가장 커지게 된다.Referring to FIG. 4, when the intensity of the alternating current supplied to the horizontal bipolar electromagnet is zero for one period of alternating current, the ion beam is scanned at the center of the target, the left side of the target if it is 1, and the right side of the target if it is -1. When the intensity of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet is close to 1, the ion beam is focused to the maximum, and when it is close to -1, the ion beam divergence is greatest.

즉, 사극전자석에 인가되는 교류전류의 주파수를 이극전자석에 인가되는 교류전류의 주파수의 2배로 유지하면서, 이극전자석에 인가되는 교류전류의 세기가 0에 가까워질수록 사극전자석에 인가되는 전류의 크기가 최대값을 가질 수 있도록 위상차를 조절함으로써, 표적의 경계영역에서는 이온빔이 발산되고 표적의 중심영역에서는 이온빔이 집속되도록 조절할 수 있다.That is, while maintaining the frequency of the alternating current applied to the quadrupole electromagnet at twice the frequency of the alternating current applied to the bipolar electromagnet, the magnitude of the current applied to the quadrupole electromagnet as the intensity of the alternating current applied to the bipolar electromagnet approaches zero. By adjusting the phase difference to have a maximum value, the ion beam is divergent in the boundary region of the target and the ion beam is focused in the central region of the target.

이와 같은 방법으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8로 구성된 입력 빔을 교류전류 한 주기 동안 사극전자석과 이극전자석을 통과하여 표적에 주사하면 조사된 이온빔의 형태가 도 4의 하단부에 나타난 바와 같게 되고, 이에 따라 조사대상 표적에 균일한 이온빔을 조사할 수 있다.In this way, if the input beam consisting of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 is scanned through the quadrupole electromagnet and the bipolar electromagnet for one period of alternating current to the target, the shape of the irradiated ion beam is shown in FIG. As shown in the lower part, a uniform ion beam can be irradiated to the target to be irradiated.

도 5는 도 3에 도시된 조사장치를 이용하여 이온빔을 표적에 조사하였을 경우 조사된 이온빔의 공간적 분포를 보여주고 있는 도면으로서, 좌측인 y방향은 표적의 수직거리, 우측인 x방향은 표적의 수평거리, 수직의 z방향은 표적면에서 단위 면적당 이온빔 조사량 즉 이온빔 밀도를 나타낸다.5 is a view showing the spatial distribution of the irradiated ion beam when the ion beam is irradiated to the target using the irradiation apparatus shown in FIG. 3, the y direction on the left is the vertical distance of the target and the x direction on the right is the The horizontal distance and the vertical z direction indicate the ion beam irradiation amount per unit area, that is, the ion beam density, on the target surface.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이온빔 균일 조사 장치를 이용하여 수평방향 이극전자석과 사극전자석에 연결된 전원부의 교류전류의 위상만 맞춰주면 별도의 제어장치 없이 일정한 영역의 표적에 균일한 밀도를 가지는 이온빔 조사를 할 수 있게 된다.As shown in FIG. 5, if only the phase of the alternating current of the power supply unit connected to the horizontal dipole electromagnet and the quadrupole electromagnet is matched using the ion beam uniform irradiation device according to the present embodiment, it is uniform to a target of a constant region without a separate control device. It is possible to perform ion beam irradiation having a density.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 빔라인의 진행방향을 따라 사극전자 석과 이극전자석을 순차적으로 설치한 후, 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수를 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배를 유지하여, 상대적으로 이온빔이 밀집되는 경계영역에서는 빔을 발산시키고, 중심영역에서는 빔을 집속시킴으로써 별도의 제어장치 없이도 이온빔이 균일하게 조사할 수 있다.As described above, according to the present invention, the quadrupole electromagnet and the dipole electromagnet are sequentially installed along the traveling direction of the beamline, and the frequency of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet is twice the frequency of the alternating current supplied to the bipolar electromagnet. In this case, the beam is divergent in the boundary region where the ion beam is relatively dense, and the beam is focused in the central region so that the ion beam can be irradiated uniformly without a separate control device.

또한 기존의 발명에 비해 동작방식이 간단하고 복잡한 제어시스템을 사용하지 않기 때문에 단순한 구조를 가지는 동시에 비용적인 측면에서도 커다란 장점이 있으며, 적절한 교류전원을 사용하는 경우에는 연속빔 뿐만 아니라 펄스빔에도 적용할 수 있기 때문에 연구용 및 산업용 이온빔 조사 장치에 널리 이용될 수 있다. In addition, since the operation method is simple and does not use a complicated control system compared to the existing invention, it has a simple structure and a great advantage in terms of cost. When an appropriate AC power source is used, it is applicable to not only continuous beam but also pulse beam. It can be widely used in research and industrial ion beam irradiation apparatus.

Claims (3)

이온빔 균일 조사 장치에 있어서,In the ion beam uniform irradiation device, 조사되는 이온빔의 집속/발산 정도를 조절하기 위한 사극전자석과;A quadrupole electromagnet for controlling the degree of focusing / diffusion of the irradiated ion beam; 수직방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수직방향 자기장을 형성하는 한 쌍의 수평방향 이극전자석과;A pair of horizontal bipolar electromagnets having a pair of magnetic poles opposed to each other in a vertical direction to form a vertical magnetic field; 수평방향으로 서로 대항하는 한 쌍의 자극으로 이루어져 수평방향 자기장을 형성하는 한 쌍의 수직방향 이극전자석과;A pair of vertical dipole electromagnets comprising a pair of magnetic poles opposed to each other in a horizontal direction to form a horizontal magnetic field; 상기 사극전자석, 수평방향 이극전자석 및 수직방향 이극전자석에 연결되는 전원부;를 포함하여 구성되며,And a power supply connected to the quadrupole electromagnet, the horizontal dipole electromagnet and the vertical dipole electromagnet. 상기 전원부는 상기 사극전자석과 상기 수평방향 이극전자석에 교류전류를 공급하되, 상기 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수를 상기 수평방향 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배로 유지시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 장치.The power supply unit supplies an alternating current to the quadrupole electromagnet and the horizontal dipole electromagnet, while maintaining the frequency of the alternating current supplied to the quadrupole electromagnet at twice the frequency of the alternating current supplied to the bipolar electromagnet. Ion beam uniform irradiation device using an electromagnet characterized in that. 이온빔의 진행방향을 따라 사극전자석, 수평방향 이극전자석 및 수직방향 이극전자석을 순차적으로 구비하여 표적에 조사되는 이온빔의 세기를 조절하는 이온빔 조사 방법에 있어서,In the ion beam irradiation method for controlling the intensity of the ion beam irradiated to the target by sequentially providing a quadrupole electromagnet, a horizontal dipole electromagnet and a vertical dipole electromagnet along the traveling direction of the ion beam, 상기 사극전자석과 상기 수평방향 이극전자석에 교류전류를 공급하되, 상기 사극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수가 상기 수평방향 이극전자석에 공급되는 교류전류의 주파수의 2배가 되도록 유지하여 공급하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 방법.AC current is supplied to the quadrupole electromagnet and the horizontal dipole electromagnet, and the AC current supplied to the quadrupole electromagnet is maintained so that the frequency of the alternating current supplied to the horizontal dipole electromagnet is twice the frequency. Ion beam uniform irradiation method using an electromagnet. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 수평방향 이극전자석에 인가되는 교류전류의 세기가 0에 가까워질수록 상기 사극전자석에 인가되는 교류전류의 크기가 최대값을 갖도록 상기 수평방향 이극전자석 및 사극전자석에 인가되는 교류전류의 위상차를 조절하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 이온빔 균일 조사 방법.As the intensity of the alternating current applied to the horizontal dipole electromagnet is close to zero, the phase difference of the alternating current applied to the horizontal dipole electromagnet and the quadrupole electromagnet is adjusted so that the magnitude of the alternating current applied to the quadrupole electromagnet has a maximum value. Ion beam uniform irradiation method using an electromagnet characterized in that.
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