• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.292-292
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• 2010

양성자기반공학기술개발단에서는 100MeV와 20MeV의 가속기를 개발하고 있으며 빔 이용을 위하여 각 에너지에 5개의 빔라인을 구축 할 계획이다. 빔라인에는 각 마그넷과 빔 계측, 진공 등의 부품이 포함되어 있다. 본 연구에서는 빔라인의 기초 구성품인 진공 부품의 설계를 위한 압력의 계산을 수행하였다. 각 빔라인 재질에 따른 gas load는 표면의 아웃게싱이 주요하게 고려되었으며 고진공용 Cu gasket의 진공 leak는 거의 없다고 가정하였다. 재질은 스테인레스스틸과 알루미늄의 두 가지 경우를 사용하였으며 주 배기 펌프는 이온펌프로 펌핑 스피드 125L/s의 diode 타입이다. 빔튜브의 사이즈는 CF6"의 규격 플랜지를 기본으로 빔 사이즈가 고려된 여러 플랜지의 조합으로 내부 부피를 구할 수 있었다. 빔라인 뿐만 아니라 타겟룸에 위치되어지는 튜브를 합한 경우와 펌프의 개수를 다르게 하였을 때에도 길이에 따른 압력의 프로파일을 계산하였다. 빔을 분배해 주는 AC 마그넷 이전에 이온펌프 한 개를 위치하였을 때 스테인레스스틸 빔 튜브의 경우에 최대값은 1.3E-6 torr, 최소값은 1.7E-6 torr 으로 계산 되었다. 이 결과는 가속기의 아래쪽 3개의 빔라인을 동시에 배기하고 빔 조사가 가능하도록 운영되는 조건이며 운영 마진 2배를 고려한다고 하여도 최소 진공도는 3.4E-6 torr 이다. 이온펌프는 일반적으로 9.0E-6 torr 이하에서 사용이 가능하므로 이온펌프 1개의 진공도로도 운영에 무리가 없으며 이온펌프의 수가 증가됨에 따라서 최대 도달 압력이 낮아짐을 알 수 있다.

• 대한방사선방어학회:학술대회논문집
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• 대한방사선방어학회 2011년도 추계 학술발표회 및 심포지엄
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• pp.272-273
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• 2011

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.61.2-61.2
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• 2013

우리나라 최초의 거대과학 장치인 포항방사광가속기(PLS)는 지난 16년(1994~2010) 동안 국내외 이용자에게 제3세대 방사광을 제공했다. 최초 2기의 빔라인을 시작으로 꾸준하게 빔라인 증설과 성능개선을 위해 노력해 왔다. 지속해서 늘어나는 방사광 이용자 수와 더욱더 좋은 수준의 방사광 요구에 부응하기 위하여 2009년부터 3년 동안 가속장치의 성능향상사업(PLS-II)을 마쳤다. PLS-II는 PLS 대비에너지와 빔전류는 3 GeV, 400 mA로 늘리는 반면 빔의 크기는 크게 줄이고 빔안정성을 개선한 고품질 X-선 방사광 발생장치이다. 2012년부터 16기의 삽입장치 빔라인을 포함한 30기의 빔라인을 가동하여 이용자 지원을 하고 있으며 초전도케비티 설치를 포함한 목표 성능의 확보에도 많은 노력을 기울이고 있다. 현재는 6 nm-rad의 빔에 미턴스, 3-GeV전자빔, 약 0.5 ${\mu}m-rms$ 빔안정도를 가진 200 mA Top-up 운전으로 빔을 제공 하고 있으며 2014년 말에는 저장전류 400 mA급의 PLS-II 목표치로 운전할 계획이다. 본 발표에서는 포항가속기의 25년 역사를 돌아보고 가속장치의 건설에 얽힌 이야기, 중요장치 그리고 운전과 빔제공에 관한 내용, 특히 핵심 운전가치인 빔안정성을 개선하고 유지하기 위한 노력을 빔운전 측면과 진공을 포함한 엔지지어링 측면에서 언급하고자 한다. PLS 건설부터 현재 운용 중인 30기의 빔라인에서 수행된 연구 성과의 통계에 대하여 훑어보고 X-선 산란과 광전자분광을 이용한 구조, 성분 및 물성분석, 그리고 이미징 등의 분야에서 나온 탁월한 연구 결과를 살펴본다. 앞으로 건설될 신규 빔라인과 빔라인의 향후 운영 방향을 소개한다. 마지막으로 지금 포항가속기연구소에서 건설 중인 제4세대 가속기(X-선 자유전자레이저) 프로젝트의 개요 및 건설 현황과 함께 앞으로 기대되는 새로운 과학에 대하여도 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.37-37
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• 1999

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합 토카막 실험 장치의 플라즈마 가열을 위한 수소 중성입자빔 수송라인 내에 설치되는 collimator에 가해지는 열속 및 플라즈마에 전달되는 빔의 통과율을 해석하였다. 43cm$\times$12cm 크기의 이온원으로부터 방출되는 이온빔의 공간적 분산은 기본적으로는 Gaussian 분산(수직바향으로 1.2$^{\circ}$, 수평방향으로 0.5$^{\circ}$)의 형태를 가지지만 이온 가속 전장의 공간적 불균일로 인해 Gaussian 분산에서 다소 벗어나는 형태를 띠게 되는데, 이의 영향을 고려할 수 있는 수학적 모델을 정립하였다. 해석에 고려된 요소들은 다음과 같다. 이온원을 수많은 점원의 집합으로 가정하여 각각의 점원으로부터 주어진 공간적 분산을 가지는 이온들이 방출되는 것으로 가정하였으며, 방출된 이온은 중성화 과정을 거쳐 40%의 이온만이 중성입자화되며, 중성화되지 않은 60%의 이온들은 bending magnet에서 ion dump로 유도되어 사라지며, 나머지 중성입자들은 직진 운동을 하게 된다. 빔 진행 도중 빔 중앙에서 크게 벗어나는 일부 중성입자들은 여러 겹으로 존재하는 빔 collimator에 의해 단계적으로 제거되며, 일부 중성입자들은 잔류 수소기체에 의한 재이온화 과정을 거치기도 한다. 여기서는 정립된 수학적 모델을 이용하여 이들 collimator에서 제거되는 양 및 재이온화 손실들을 고려하여 최종적으로 플라즈마에 입사되는 중성입자 빔을 계산하였다. 한편, 빔 수송라인 설치시에 발생할 수 있는 설치 오차를 이온원 설치시의 오차와 빔 collimator 설치상의 오차로 구분하여 이들의 의한 영향도 계산하였다. Gaussian 분산을 가정하였을 경우, 이온원에 가장 근접하여 설치되는 collimator에 가해지는 수직성분의 열속은 9.7kW/cm2로 계산되었다. 이 열속을 제어 가능한 수준으로 낮추기 위해서 collimator는 빔 라인과 거의 나란하게 설치될 것이다. 빔의 통과율은 약 33%로서 하나의 이온원에서 방출된 7.8MW 중 2.5 MW만이 플라즈마에 전달되는 것을 알 수 있었다. Non-Gaussian 분산의 경우, 최대 열속은 9.1kW/cm2로 다소 낮아졌으나, 빔통과율은 28%정도로 더욱 낮아졌다. 설치상의 오차에 의한 영향을 살펴보면, 이온원이 1$^{\circ}$ 정도 기울어지게 설치된다면 collimaor에 가해지는 최대 열속 및 빔통과율은 약 15kW/cm2, 16.6% 정도로 나타나 매우 심각한 결과를 초래함을 알 수 있었다. 이에 비해 collimator 설치상의 오차의 영향은 이보다 훨씬 작아 5mm 오차가 발생했을 경우에도 최대 열속은 12kW/cm2까지 증가했으나, 빔 통과율의 변화는 거의 없었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.91-91
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• 2014

2002년 21세기 프론티어 연구개발사업으로 착수한 양성자기반공학기술개발사업이 2012년말 완료되었다. 이 사업을 통하여 이온원, RFQ, DTL, 초전도 가속관, 빔라인, 고주파 시스템, 제어 시스템 등 양성자 및 이온 가속기의 핵심 요소기술을 개발하고 100 MeV 선형 양성자가속기 및 이온가속기를 제작하여 경주에건설한 양성자속기연구센터에 설치하고 사업을 마무리하였다. 2013년 상반기에 냉각시스템 등 부대시설의 시운전, 양성자가속기와 20 MeV 및 100 MeV 빔라인 각 1기를 포함한 모든 시설의 시운전을 마무리하고, 한국원자력안전기술원의 방사선안전시설검사를 거쳐 7월부터 운영을 착수하였다. 양성자가속기는 2013년말 까지 총 2,290 시간을 가동하여 937건의 이용자 빔 서비스를 제공하였다. 기체, 금속, 대전류 이온을 공급할 수 있는 이온가속기 3대는 기업체의 공정 및 제품개발을 위한 이용을 중심으로 622건의 이용자 빔 서비스를 제공하였다. 2014년도는 양성자가속기는 연간 2,500 시간 가동, 빔 서비스 1,100건을 목표로 하고 있으며, 현재 20 MeV 및 100 MeV 각 1기인 뿐인 빔라인 증설을 준비하고자 한다. 이온가속기는 상반기에만 이용자 빔 서비스를 제공하고 2014년 11월 완공될 빔이용연구동으로 이전 설치하여 보다 양질의 이온빔을 공급할 수 있도록 장치를 보완 할예정이다. 더불어 2015년에는 3 MeV 헬륨빔과 1 MeV 기체 이온빔을 제공할 수 있는 장치도 추가로 설치할 예정이다. 빔이용연구동 및 이온가속기 업그레드가 완료되면 보다 다양한 양질의 이온빔을공급하여, 특히 중소기업의 제품 개발에 도움을 줄 수 있도록노력할 예정이다. 양성자가속기연구센터는 장기 비전인 펄스형 중성자원의 구축을 실현하고자 노력을 지속할 것이다. 미국의 SNS 및 일본의 J-PARC 파쇄 중성자원은우수한 연구 성과를 생산하기 시작하였고 우리나라도 이에 대한 수요가 생겨나도 있다. 충분한 수요가 형성되면 이미 확보한 부지와 초전도 가속기 기술을 활용하여 단시간 내에 펄스형 중성자원 구축이 가능할 것이다. 펄스형 중성자원이 구축되면 양성자가속기연구센터는 당초 목표한 양성자, 중성자 및 다양한 종의 이온을 한 사이트에서 제공하여, 입자빔을 이용한 다양한 연구개발에서 상당한 시너지 효과를 낼 수 있을 것으로 기대한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1322-1323
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• 2008

기존의 펨토 초 레이저를 이용하여 발생시킨 테라 헤르츠 광원의 한계를 극복하기 위하여 대용량의 가속기를 이용한 테라 헤르츠 광원의 발생에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 포항방사광 가속기연구소에서도 펨토 초 테라 헤르츠 빔을 이용한 분광학적인 방법을 사용하여 단백질 접힘과 DNA-단백질 간 상호작용, 화학적, 생물학적인 반응 동력학 등에 관한 연구와 영상 기술개발 등을 할 계획을 가지고 펨토초 테라 헤르츠 빔 라인을 건설 중에 있다. 펨토 초-테라 헤르츠 빔 라인의 마이크로웨이브를 가속하는 장치에 사용되는 전원장치의 설계와 제작 및 시험과정을 외국기술에 의존하지 않고 순수 국내기술로 실현하였다. 본 논문에서는 펄스 모듈레이터의 설계와 실험결과를 보이고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.315-315
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• 2010

양성자 빔을 이용하여 두경부 암 치료를 South Africa의 iTHEMBA에서 시행하고 있다. 200 MeV의 양성자 빔라인으로부터 진공에서 대기로 인출하여 노즐을 통과하여 종양세포에 조사된다. 치료계획에 적합하게 빔에너지와 모양을 변환하고, 빔을 모니터링하는 기계적 장치들이 노즐에 구성된다. 빔라인에는 이온챔버, Steering Magnet, Multi-wire 이온챔버, Range trimmer plates, lead scattering plate, Double-wedge energy degrader, Multi-layer Faraday cup, Range modulator, Range monitor, occluding ring, Shielding collimators, Quadrant and monitor ionization chamber, Treatment collimator, 그리고 Wellhofer dosimetry tank로 구성되어 있다. 총길이는 6.6m이며 노즐 끝에서 환자의 isocenter 까지는 30cm 정도 아래에 위치한다. 상기의 배치를 갖는 시스템의 양성자 scattering system의 성능을 MCNPX v2.5.0 Monte Carlo simulation을 실시하였다. 또한 정확한 선량을 실시간으로 측정하는 방법인 투과형 검출기를 개발하여 치료와 빔 특성을 동시에 수행하는 기술개발연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Multileaf Faraday Cup (MLPC) 검출기 설계구조와 데이터 측정방법에 관한 연구를 수행하고자 한다. 빔의 전송 방향으로 3개층의 $4{\times}4$ 배열의 구조로 48 channel의 전류값을 측정하여 입자빔의 분포를 실시간으로 관측하고, 측정된 전류는 ADC를 거쳐 치료계획에 의해 선택된 영역의 SOBP를 유지하도록 range modulation propeller를 조절하는 feed-back system을 갖춘 방사선치료빔 실시간 측정장치 개발에 관한 결과를 보고하고자 한다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제40권10호
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• pp.150-158
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• 2003

라인 소스에 의한 빔 패턴 합성 문제에서 소스 분포함수와 빔 패턴간의 관계는 푸리에 변환쌍으로 표현 될 수 있다. 본 연구에서는 원하는 lobe형 빔 패턴을 만족시키는 라인 소스 분포함수를 반복 샘플링을 통한 비선형 역변환법을 사용하여 합성하는 일반적인 방법을 제안한다. 이 방법은 유전 매질에 TE 및 TM 평면파 입사시 원하는 역산란 반사계수를 갖도록 하는 연속적으로 분포된 유전율 합성에 적용될 수 있으며, 임의 반사계수를 갖는 전송선로 합성에도 적용될 수 있는 장점을 가진다. 대역저지 공간 필터 및 분산 특성을 갖는 전송선로 필터에 적용, 분석하므로서 제안한 방법의 타당성을 보인다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2008년도 춘계학술발표논문집
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• pp.43-45
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• 2008

박막 제작공정은 반도체 제작 공정, 고정밀도의 하드디스크 및 레이저 디스크 기술, LCD/P에 DML평판 디스크 플레이어 제작 공정에 있어 중요한 기술이다. 더욱이, 이 공정은 이동 전화 커버의 증착 및 전자 차폐의 일반기술, 램프의 반사판, 화장품 용기, 몇몇 상품에 있어 카메라 렌즈의 광학 표면 코팅과 코팅 필름 제작에 사용된다. 본 연구의 주요목적은 반도체 제작 공정과 많은 산업 분야에서 기본 재료로 사용되는 전영저항의 개발에 있다. 개발 공정은 다음과 같다. 전자빔이 최상의 진공 분위기에서 텅스텐 필라멘트의 열에 의해 방출된다. 그때 전자는 높은 전압에서 가속화된다. 전자들은 반대 재료에 충돌되고, 반대편 재료는 발생 열에 의해 코팅된다. 1차년도 연구목적은 고성능 전열 저항체 개발을 위한 지름 당 필라멘트 선의 기계적 특성을 조사하고 CAE 해석을 수행하며, 2차 년도에는 대량 생산 라인 구축을 위한 자동검사 라인 개발에 초점이 맞추어져 있다. 만일, 본 연구를 통해 전열 저항체가 개발된다면, 그 제품은 고효율, 외국제품 대비 가격 경쟁력을 가지므로 제품 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국광학회:학술대회논문집
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• 한국광학회 2001년도 하계학술발표회
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• pp.96-97
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• 2001