발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 가속기는 하전입자를 고에너지로 가속하는 장치로, 특히 중이온 가속기 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다.

• 핵심 부품인 초전도 가속관은 50마이크로미터 이하의 오차율 등 초정밀 제작 기술이 요구됩니다.

• 고진공 상태에서 용기 벽면이 수축 및 변형되면서 정밀하게 설치된 가속관의 위치가 틀어져 성능 저하가 발생합니다.

• 기존의 측정 방식(외부 변형 유추, 내부 계측기 설치)은 측정값의 신뢰도가 낮고, 고온이나 유해물질 환경에서는 사용에 한계가 있었습니다.

기술의 필요성

• 진공 용기의 변형에 따라 발생하는 가속관의 위치 오차를 정밀하게 측정하고 보정할 수 있는 기술이 필요합니다.

• 고온, 유해물질 등 진공 용기 내부 환경에 제약받지 않고 사용할 수 있는 범용적인 측정 시스템이 요구됩니다.

구현 방법

기술의 원리

• 본 기술은 비접촉식 광학 방식인 정밀정렬장치(Micro Alignment Telescope)를 고진공 환경에서 운용하여 가속관의 변위를 측정합니다.

• 진공 용기 외부에 정밀정렬장치와 렌즈 장치를 설치하고, 용기 내부에 있는 가속관 표면의 기준자를 광학적으로 관측합니다.

• 정밀정렬장치, 제 1 렌즈장치, 제 1 뷰포트, 기준자, 제 2 뷰포트, 제 2 렌즈장치를 동일한 축선상에 정렬하여, 진공 상태 변화에 따른 기준자의 미세한 위치 변화를 측정합니다.

구체적인 구현 방법

1. 정밀정렬장치가 지면과 수평을 이루도록 조절합니다.

2. 제 2 렌즈장치의 광원으로 형성된 광축을 기준으로 모든 광학 부품(정밀정렬장치, 렌즈, 뷰포트, 기준자)을 일렬로 정렬합니다.

3. 정렬된 상태에서 정밀정렬장치의 인디케이터를 통해 초기 좌표값(상하, 좌우)을 읽습니다.

4. 진공 용기를 고진공 상태로 유지하고, 목표 지점에 도달하면 기준자에서 변형된 좌표값(수직이동, 수평이동)을 마이크로미터 단위로 읽습니다.

5. 측정된 초기 좌표값과 변형된 좌표값의 차이를 계산하여 최종 보정값을 산출합니다.

기술의 장점

• 기존 접촉식 측정 방식의 단점을 해결하고, 가속관의 위치를 정밀하게 측정 및 보정하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.

• 진공도에 따라 변형되는 중요 부품의 위치를 정밀하게 측정하여 위치 보정이 가능합니다.

• 진공 용기 내부가 고온이거나 유해 가스로 채워진 극한 환경에서도 정밀한 측정이 가능합니다.

실험 및 결과

실험의 목적

본 기술의 핵심은 진공 환경 변화 전후의 가속관 위치를 비접촉식 광학 방식으로 정밀하게 측정하고, 그 차이를 보정값으로 산출하여 가속관의 정렬 상태를 최적으로 유지하는 데 있습니다.

실험 방법 및 과정

1. 대기압 상태에서 시스템 전체를 정렬하고 초기 좌표값(상하, 좌우)을 기록합니다.

2. 진공 펌프를 이용하여 진공 용기를 목표한 고진공 상태로 만듭니다.

3. 고진공 상태에서 용기 수축으로 인해 변위된 기준자의 좌표값(수직이동, 수평이동)을 측정합니다.

4. 초기 좌표값과 변위된 좌표값의 차이를 계산하여 최종 보정값을 산출합니다.

실험 결과

가속관 변위 측정 및 보정 결과

활용 방안 및 기대효과

활용 방안

• 중이온 가속기와 같은 고성능 입자 가속기의 핵심 부품 정렬 및 성능 유지에 활용될 수 있습니다.

• 반도체 및 디스플레이 제조 공정의 진공 챔버 내부 부품 정렬에 적용 가능합니다.

• 우주 항공 분야에서 인공위성 탑재체 등 극한 환경에서의 구조물 변위 측정에 응용할 수 있습니다.

기대효과

• 가속기 성능 및 안정성 극대화: 가속관의 정밀 위치 보정을 통해 입자빔의 안정성을 높이고 가속기 성능을 최고 수준으로 유지할 수 있습니다.

• 측정 신뢰성 향상: 비접촉식 측정으로 진공 용기 자체의 변형이나 내부 환경의 영향을 최소화하여 신뢰도 높은 데이터를 확보할 수 있습니다.

• 유지보수 비용 절감: 정밀한 원격 측정을 통해 가속기 해체 없이 내부 상태를 진단하고 보정할 수 있어 운영 및 유지보수 효율성이 증대됩니다.