精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法

[특허 요약] 本発明は高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法に関し、より詳しくは、精密整列装置を備えて高真空容器の内部に設置される加速管の位置変形を効果的に測定することができるシステム及び方法に関する。 加速器は電子、量子、及びイオンなどの荷電粒子を高エネルギー状態（例えば、数百万電子ボルトから数兆電子ボルト位の高エネルギー状態）で加速する装置であって、加速原理によって多様な分類に分かれる。 最近、軽粒子である陽性子やヘリウムを除外した原子のイオンを加速させる装置として重イオン加速器の技術開発が活発になされている。特別に重イオン加速器の核心部品である超伝導加速管を製作するためには、電磁気、熱解析、機械解析など、全ての現象を分析して最適化された設計技術と共に、誤差率５０マイクロメータ以下の形状製作技術、加工能力、及び超精密溶接技術が必要である。 このように精密な技術で製作された加速管は、粒子が加速されながら過ぎる通路であって、真空環境で加速管が定位置に設置されなければ最高性能を発揮することができる。真空容器の内部を高真空に維持するようになれば、容器の壁面は内側に収縮しながら変形される。したがって、大気環境で真空容器に精密に設置された加速管は、容器の収縮によって定位置から外れるようになり、加速管の性能が落ちる。これによって、加速管の性能が向上するためには、真空環境で加速管の位置を精密に測定する必要性がある。 現在まで知られた真空容器の内部の部品変形を測定する方法は、真空を維持した状態で真空容器の外部変形量を測定して内部の変形を類推する方法と、各種の計測器を真空容器の内部に設置して測定対象物を直接測定する方法がある。 しかしながら、このような方式は容器が真空によって変形されるので、測定値に対する信頼度が高くない。また、真空容器の内部が高温であるか、または有害物質が注入された場合には、各種の計測器が故障するか、または汚染することがあるので、計測器を容器の内部で使用することには限界がある。 したがって、真空容器の変形によって発生する加速管の位置誤差を精密に測定して補正することができ、真空容器の内部の環境に限定されず、使用できる測定システム及び方法が必要な実状である。 大韓民国公開特許公報２０１５−０１０６９７８（２０１５．０９．２３．公開） 日本公開特許公報１９９４−３００５８７（１９９４．１０．２８．公開） 米国公開特許公報２００９−０２１６４７６（２００９．０８．２７．公開） 本発明は、加速器の真空容器の変形によって発生する加速管の位置誤差を精密に測定して補正することができ、容器の内部が高温であるか、または有害物質で充填された場合にも使用可能に構成された、精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法を提供することを課題とする。 前記の課題を解決するための、本発明の精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムは、内部が真空状態に形成可能な真空容器；前記真空容器の内部に位置する中空型の加速管；前記加速管の表面上に付着されて突出形成された基準尺；前記真空容器の一側面に所定の距離に離隔して位置する精密整列装置；前記精密整列装置及び前記真空容器の間に配置される第１レンズ装置；及び前記真空容器の他側に所定の距離に離隔して位置する第２レンズ装置を含み、前記真空容器は各一側面及び他側面上に互いに対応するように位置する第１及び第２ビューポートを備え、前記精密整列装置、前記第１レンズ装置、前記第１ビューポート、前記基準尺、前記第２ビューポート、及び前記第２レンズ装置は、一方向の同一な軸線上に整列されることを特徴とする。 また、本発明の精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定方法は、真空容器、精密整列装置、第１レンズ装置、第１ビューポート、基準尺、第２ビューポート、及び第２レンズ装置を含んだ精密整列装置を用いた加速管変位測定システムにおいて、前記精密整列装置が地面と水平を保つように調節されるステップ；前記第２レンズ装置に備えられた光源により形成された光軸を基準に前記精密整列装置、前記第１レンズ装置、第１ビューポート、前記基準尺、前記第２ビューポート、及び前記第２レンズ装置が一列に整列されるステップ；前記精密整列装置に付着されたインジケータが前記光軸が整列された状態での座標初期値を上下（Ｘ１ ０ ）、左右（Ｙ１ ０ ）で読み取るステップ；前記基準尺が付着された加速管が前記真空容器の内部に位置した状態で前記真空容器が高真空状態に維持され、目標した高真空状態に到達されれば前記基準尺上で前記インジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動（Ｘ１ １ ）、水平移動（Ｙ１ １ ）で読み取るステップ；及び前記座標初期値及び座標変形値が使われて第１補正値が算出されるステップ；を含むことを特徴とする。 その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び添付図面に含まれている。 本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態で具現され、但し本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。 明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指称し、発明を構成する各構成要素のサイズ、位置、結合関係などは明細書の明確性のために誇張して記述されることがある。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知技術などが本発明の要旨を曖昧にすることがあると判断される場合、それに関する詳細な説明は省略されることもある。 本発明によれば、非接触式光学方式を用いた精密整列装置（ＭＡＴ）を高真空環境で運用することによって、既存の接触式測定方式の短所を解決することができ、真空容器の内部に設置される加速管の位置を精密に測定して補正することによって、加速管の性能を向上させることができる。 また、真空容器の内部が真空度によって変形される重要部品の位置を精密に測定することによって、重要部品の位置補正が可能である。 また、真空容器の内部が高温の場合にも精密測定が可能であり、容器の内部に有害ガスが充填された場合にも精密測定が可能である。 本発明による精密整列装置を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムを示す斜視図である。 図１に図示された加速管変位測定システムの平面図である。 本発明による加速管変位測定システムの構成要素である基準尺の一実施形態を示す拡大図である。 本発明による加速管変位測定システムの構成要素である精密整列装置の一実施形態を示す斜視図である。 本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的または辞典的な意味に限定されて解析されてはならず、発明者は自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解析されなければならない。 明細書の全体で、ある部分がある構成要素を“含む”とする時、これは特別に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものでなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書に記載された“部”、“器”、“モジュール”、“装置”、“ステップ”などの用語は少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合により具現できる。 以下、本発明による精密整列装置（ＭＡＴ：micro alignment telescope）を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システム及び方法の実施形態を添付図面を参考して説明する。 図１及び図２は、本発明による精密整列装置（ＭＡＴ：micro alignment telescope）を用いた高真空容器の内部の加速管変位測定システムを示す斜視図及び平面図である。 図１及び図２を参考すると、本発明の一実施形態による加速管変位測定システムは、内部が真空状態に形成可能な真空容器１００、真空容器１００の内部に位置する中空型の加速管２００、真空容器１００に備えられた第１ビューポート１１０（view port）、及び第２ビューポート１２０、対象を整列する時に精密測定可能な精密整列装置３００、レンズ、及びこれを支持する構造を有する第１レンズ装置４１０と第２レンズ装置４２０、及び加速管２００の側面に突出するように付着された基準尺２１０（sighting target）を含む。 ここで、精密整列装置３００は真空容器１００一側面に所定の距離に離隔して位置し、精密整列装置３００と真空容器１００との間には第１レンズ装置４１０が配置されることが好ましい。また、真空容器１００の他側には所定の距離に離隔するように第２レンズ装置４２０を配置することが好ましい。 このように装置が配置されることによって、第２レンズ装置４２０に備えられた光源４２１が１つの光軸を形成して精密整列装置３００、第１レンズ装置４１０、第１ビューポート１１０、基準尺２１０、第２ビューポート１２０、及び第２レンズ装置４２０が全て光軸を基準に整列できる。したがって、前記装置は一方向の同一な軸線上に整列されることが好ましい。より精密に整列されるために、第１レンズ装置４１０は傾斜調節可能な傾斜調節器４１１を含むことが好ましい。また、第１及び第２ビューポート１１０、１２０はガラスからなることが好ましい。 また、図１及び２に示すように、精密整列装置３００は精密整列装置３００ａ、３００ｂの一対で配置され、第１レンズ装置４１０は、第１レンズ装置４１０ａ、４１０ｂの一対で、そして第１ビューポート１１０ａ、１１０ｂ、基準尺２１０ａ、２１０ｂ、第２ビューポート１２０ａ、１２０ｂ、及び第２レンズ装置４２０ａ、４２０ｂも全て対で配置できる。 精密整列装置３００ａ、第１レンズ装置４１０ａ、第１ビューポート１１０ａ、基準尺２１０ａ、第２ビューポート１２０ａ、及び第２レンズ装置４２０ａは、光軸Ａに整列され、精密整列装置３００ｂ、第１レンズ装置４１０ｂ、第１ビューポート１１０ｂ、基準尺２１０ｂ、第２ビューポート１２０ｂ、及び第２レンズ装置４２０ｂは光軸Ｂに整列されるように配置されることが好ましい。この際、光軸Ａと光軸Ｂは互いに平行に形成されることが好ましい。 特に、一対の基準尺２１０ａ、２１０ｂは加速管２００の両側に突出形成されたことを特徴とし、光軸Ａ及び光軸Ｂが整列された後、加速管２００または真空容器１００の変形が起こる場合に変形された程度を示す基準として使われる。 基準尺２１０ａ、２１０ｂは光が透過可能な材質で形成されることもできるが、基準尺２１０ａ、２１０ｂの材質や形態はある一種類に限定されるものではない。また、基準尺２１０ａ、２１０ｂは加速管２００の外表面と垂直を保ちながら突出するようにボルトにより付着されることが好ましい。特に、重イオン加速器を作動する時にイオンビームが形成されるが、基準尺２１０ａ、２１０ｂが加速管２００上に突出した方向とイオンビームの方向が垂直に形成されて直角をなすことが好ましい。 図３は、本発明による基準尺２１０の一実施形態を示す拡大図である。図３を参考すると、基準尺２１０上には表示部２１１が形成されており、このように表示部２１１は座標の基準に使用可能に多数個の異なるサイズと同じ中心を有する円形に形成されたものが好ましいが、特定の形態やパターンに限定されるものではない。 図４は、本発明による加速管変位測定システムの構成要素である精密整列装置３００の一実施形態を示す斜視図である。図４を参考すると、精密整列装置３００は一端部に接眼レンズ部３１０、焦点及び整列のための微細な調節が可能な調節部３２０、及び他の端部には照射部３３０を含む。また、本発明に従うシステムに使用できる精密整列装置３００は、ある一種類に限定されるものではない。 以下、本発明による精密整列装置を用いた加速管変位測定方法を説明する。 （ａ）ステップで、精密整列装置３００が地面と水平を保つように調節された後、（ｂ）ステップで第２レンズ装置４２０に備えられた光源４２１により形成された光軸を基準に、精密整列装置３００、第１レンズ装置４１０、第１ビューポート１１０、基準尺２１０、第２ビューポート１２０、及び第２レンズ装置４２０が一列に整列される。 （ａ）ステップ及び（ｂ）ステップは、２つの光軸Ａ及びＢの各々を基準にして一対をなす装置を対象に同一に適用されることが好ましい。 （ｃ）ステップでは、精密整列装置３００ａに付着されたインジケータ（図示せず）が光軸Ａが整列された状態での座標初期値を上下（Ｘ１ ０ ）、左右（Ｙ１ ０ ）で読み取ることができ、（ｃ）ステップに含まれることができる（ｃ１）ステップでは、精密整列装置３００ｂに付着されたインジケータ（図示せず）が光軸Ｂが整列された状態での座標初期値を上下（Ｘ２ ０ ）、左右（Ｙ２ ０ ）で読み取ることができる。 （ｄ）ステップでは、基準尺２１０ａが付着された加速管２００が真空容器１００の内部に位置した状態で真空容器１００を高真空状態に維持され、目標した高真空状態に到達されれば基準尺２１０ａ上で精密整列装置３００ａに備えられたインジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動（Ｘ１ １ ）、水平移動（Ｙ１ １ ）で読み取ることができる。 （ｄ）ステップに含まれることができる（ｄ１）ステップでは、（ｄ）ステップと同一な過程で基準尺２１０ｂ上で精密整列装置３００ｂに備えられたインジケータが座標変形値をマイクロメータ単位で垂直移動（Ｘ２ １ ）、水平移動（Ｙ２ １ ）で読み取ることができる。 （ｅ）ステップでは、（ｃ）ステップ及び（ｄ）ステップの各々で得た座標初期値の上下（Ｘ１ ０ ）、左右（Ｙ１ ０ ）及び座標変形値の垂直移動（Ｘ１ １ ）、水平移動（Ｙ１ １ ）が使われて第１補正値が算出される。 （ｅ）ステップに含まれることができる（ｅ１）ステップでは、（ｅ）ステップと同一な方式により精密整列装置３００ｂを通じて得た座標初期値の上下（Ｘ２ ０ ）、左右（Ｙ２ ０ ）及び座標変形値の垂直移動（Ｘ２ １ ）、水平移動（Ｙ２ １ ）が使われて第２補正値が算出される。 第１補正値及び第２補正値は各々の精密整列装置３００ａ、３００ｂを通じて得た座標初期値及び前記座標変形値の差であることが好ましい。即ち、第１補正値は△Ｘ１＝Ｘ１ ０ −Ｘ１ １ ，△Ｙ１＝Ｙ１ ０ −Ｙ１ １ で示すことができ、第２補正値は△Ｘ２＝Ｘ２ ０ −Ｘ２ １ ，△Ｙ２＝Ｙ２ ０ −Ｙ２ １ で示すことができる。 第１補正値及び第２補正値が算出されれば、これを使用して真空容器１００と加速管２００をまた整列させることによって、加速管２００を定位置に配置させることができる。このような簡単な過程を通じて算出された補正値で、既存の測定方法とは異なり、真空容器１００の内部で直接的に加速管２００と接触しない非接触式により加速管２００の変位が精密に測定可能である。 延いては、追加的に真空状態で真空容器１００の内部に冷媒または熱源供給、または真空状態で他の熱的、化学的変化を適用させることによって、加速管２００が定位置から外れる場合にも本発明による一実施形態を通じて変位の精密な測定が可能である。 真空容器１００に冷媒または熱源が供給される場合には、（ｆ）ステップで精密整列装置３００ａ、３００ｂ、第１レンズ装置４１０ａ、４１０ｂ、第１ビューポート１１０ａ、１１０ｂ、基準尺２１０ａ、２１０ｂ、第２ビューポート１２０ａ、１２０ｂ、及び第２レンズ装置４２０ａ、４２０ｂが第２レンズ装置４２０ａ、４２０ｂの各々に備えられた光源４２１が形成する一対の光軸Ａ、Ｂを基準に２列に並んで整列される。 （ｇ）ステップでは、精密整列装置３００ａ、３００ｂの各々に付着されたインジケータが一対の光軸Ａ、Ｂの座標値を読み取る。光軸Ａを基準に発生した垂直移動及び水平移動は、各々Ｘ１２及びＹ１２で示すことができ、光軸Ｂを基準に発生した垂直移動及び水平移動は各々Ｘ２２及びＹ２２で示すことができる。 （ｈ）ステップでは、（ｇ）ステップで得た座標値（Ｘ１ ２ ，Ｘ２ ２ ，Ｙ１ ２ ，Ｙ２ ２ ）と（ｃ）ステップで得た初期値（Ｘ１ ０ ，Ｘ２ ０ ，Ｙ１ ０ ，Ｙ２ ０ ）が使われて補正値が算出される。 （ｉ）ステップでは、（ｈ）ステップで算出された補正値が使われて真空容器１００と加速管２００が整列されて、また加速管２００は定位置に配置される。 この際、（ｈ）ステップで算出された補正値は（ｇ）ステップで得た座標値及び（ｃ）ステップで得た座標初期値の差で算出されたことが好ましい。即ち、冷媒または熱源が真空容器１００に供給された場合に算出された補正値は（ΔＸ１＝Ｘ１ ０ −Ｘ１ ２ ，ΔＸ２＝Ｘ２ ０ −Ｘ２ ２ ，ΔＹ１＝Ｙ１ ０ −Ｙ１ ２ ，ΔＹ２＝Ｙ２ ０ −Ｙ２ ２ ）で示すことができる。 以上のように限定された実施形態と図面により本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術分野に属する通常の技術者であれば以上の記載から多様な修正及び変形が可能であるということをよく知っているはずである。したがって、本発明の思想は以上の記載に含まれた実施形態に限定されるものではなく、後述する特許請求範囲のみにより把握されなければならず、特許請求範囲と均等または等価的な変形は全て本発明の思想の範疇に属するということができる。 １００ 真空容器 １１０、１１０ａ、１１０ｂ 第１ビューポート １２０、１２０ａ、１２０ｂ 第２ビューポート ２００ 加速管 ２１０、２１０ａ、２１０ｂ 基準尺 ２１１ 表示部 ３００、３００ａ、３００ｂ 精密整列装置 ３１０ 接眼レンズ部 ３２０ 調節部 ３３０ 照射部 ４１０、４１０ａ、４１０ｂ 第１レンズ装置 ４１１ 傾斜調節部 ４２０、４２０ａ、４２０ｂ 第２レンズ装置 ４２１ 光源

특허 등록번호

6302002B

특허 출원번호

2016094058

출원일

2016.05.09

등록일

2018.03.28

국가

일본

출원인

기초과학연구원

발명자

ミン キ リ, ミン キ リ, ヨン クォ キム, ヨン クォ キム, ヨン オー チョ, ヨン オー チョ, チョン ワン チョイ, チョン ワン チョイ, オー カン キム, オー カン キム, ヒ タ キム, ヒ タ キム

중요 키워드

precision alignment, viewport, lens device, acceleration tube, vacuum vessel