발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 중이온 선형 가속기의 가속관은 중이온 입자나 구성 재질(예: 니오븀)로 인해 내부 표면 오염이 불가피하게 발생합니다.

• 기존의 고압 세척은 순전히 인력에 의존하여 상당한 인건비가 지출되었습니다.

• 작업자의 숙련도에 따라 세척 효과가 일관되지 않은 문제가 있었습니다.

• 다양한 길이와 외경을 가진 가속관을 세척할 때 작업자가 모든 변수를 직접 고려해야 하므로, 피로가 급격히 누적되는 문제점이 있었습니다.

기술의 필요성

• 균일한 세척 품질을 보장하고 인건비 지출을 적극적으로 억제하기 위한 자동화된 고압 세척 장치의 필요성이 대두되었습니다.

• 작업자의 피로도를 줄이고, 다양한 조건에서도 일관된 세척 결과를 얻을 수 있는 혁신적인 시스템 개발이 요구되었습니다.

구현 방법

기술의 원리

• 본 발명은 가속관을 수직으로 고정한 후, 로봇 팔처럼 움직이는 연장 암과 노즐을 이용해 가속관 내부를 자동으로 세척하는 시스템입니다.

• 리니어 가이드가 노즐의 상하 이동을, 두 개의 피봇부가 좌우 이동을 제어하여, 다양한 크기와 형태의 가속관 내부에 정밀하게 접근합니다.

• 이를 통해 사람의 개입 없이 일관되고 효율적인 고압 세척이 가능해지며, 세척 공정의 완전 자동화를 구현합니다.

구체적인 구현 방법

본 발명에 따른 고압 세척 장치는 가속관을 고정하는 부분과 세척 노즐을 움직이는 부분으로 구성됩니다. 아래 이미지는 장치의 전체적인 구조를 보여줍니다.

장치의 주요 구성 요소와 각각의 기능은 다음 표와 같습니다.

중이온 선형 가속기의 가속관 고압 세척 장치 주요 구성 요소

자동 세척 과정은 다음과 같은 순서로 진행됩니다.

1. 가속관 고정: 지지 포스트 상단의 클램프를 이용해 가속관을 수직으로 단단히 고정합니다. 필요시 회전부를 이용해 자세를 미세 조정합니다.

2. 노즐 위치 조정: 리니어 가이드부를 통해 노즐부 전체가 상하로 이동하고, 제1 및 제2 피봇부가 연장 암을 선회시켜 노즐을 가속관 하단 포트의 정확한 위치로 이동시킵니다.

3. 고압 세척: 노즐부가 가속관 내부로 삽입된 후, 고압 분사 모터가 탈이온수 또는 에어를 노즐 팁을 통해 분사합니다. 노즐 팁은 0~360° 방향으로 분사하여 내부 전체를 고르게 세척합니다.

4. 자동 제어: QWR, SSR, HWR 등 다양한 가속관의 수치 데이터를 사전에 입력하여, 리니어 가이드부와 피봇부의 움직임을 자동으로 제어하여 맞춤형 세척을 수행합니다.

기술의 장점

• 균일한 세척 효과: 자동화된 시스템을 통해 작업자의 숙련도와 상관없이 일관된 고품질의 세척이 가능합니다.

• 비용 절감: 인력 의존도를 낮춰 인건비 지출을 크게 감소시킬 수 있습니다.

• 작업 효율성 향상: 다양한 크기의 가속관에 대응할 수 있는 자동 제어 시스템으로 작업자의 피로도를 줄이고 전체 공정 효율을 높입니다.

• 경제적인 시스템: 과도한 인건비 지출을 억제한 경제적인 자동화 고압 세척 장치를 제공합니다.

활용 방안 및 기대효과

활용 방안

• 중이온 선형 가속기: QWR, SSR, HWR 등 다양한 종류의 가속관 내부 세척에 핵심적으로 활용될 수 있습니다.

• 정밀 부품 산업: 반도체, 디스플레이 제조 장비 등 내부 오염에 민감한 고가의 정밀 부품 세척 공정에 응용할 수 있습니다.

• 극한 환경 연구 장비: 초전도, 초저온, 초진공 환경에서 사용되는 복잡한 구조의 장비 내부 유지보수에 적용 가능합니다.

기대효과

• 기술 경쟁력 강화: 기초 과학 연구의 핵심 장비인 가속기 유지보수 기술의 국산화 및 자립도 향상에 기여합니다.

• 품질 및 신뢰성 향상: 일관된 세척 품질을 통해 가속기의 성능 안정성과 실험 결과의 신뢰도를 높일 수 있습니다.

• 경제적 파급 효과: 관련 장비 산업 및 정밀 세척이 요구되는 타 산업으로의 기술 파급을 통해 새로운 시장을 창출할 수 있습니다.