• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.226.1-226.1
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• 2014

이온빔 소스는 반도체 및 디스플레이 공정에 있어, 표면 에칭 및 증착 등 여러 응용 분야에 활발히 이용되고 있다. 본 연구에 사용된 원형 이온빔 소스는 선형 이온빔 소스의 가장자리에서의 특성 분석을 위해 제작되었으며, 높은 직류전압과 자기장 공간에서 플라즈마를 방전시키고 발생된 이온들을 가속시켜 높은 에너지의 이온빔을 발생시킨다. 이온빔 특성 분석을 위해 전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 개발하였다. 전위지연 탐침은 격자판에 전압을 인가하여 선택적으로 이온을 수집하고, 이온의 에너지분포함수를 측정한다. 패러데이 탐침은 이온 수집기와 가드링으로 구성되어 수집기 표면에 일정한 플라즈마 쉬스를 형성하여 정확한 이온전류밀도를 측정한다. 본 연구에서는, 아르곤 기체를 이용하여 기체유량(8~12 sccm) 및 방전전압(1~2 kV)에 따라 방전전류 16~54 mA, 소모전력 16~108 mW의 특성을 보였다. 운전압력은 0.4~0.54 mTorr이며, 이온소스로부터 18 cm 거리에서 이온전류밀도와 이온에너지분포를 측정하였다. 또한, 중공음극선을 이용하여 인위적으로 전자를 이온 소스에서 발생된 플라즈마에 공급하고 이온빔 및 플라즈마의 특성 변화를 위 시스템에서 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.273-273
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• 2012

Grid type의 DuoPIGatron 이온원 인출구 형상을 변경하여 이온빔 인출 특성 변화를 연구하였다. 이온원의 인출구는 직경 $6{\Phi}$ 원형구멍을 이용하였으며, 각각의 개수가 1개/3개/11개일 때 빔 인출조건을 변화시켜 빔 프로파일을 비교하였다. 인출구 구멍개수가 11개 조건의 실험에서, 최대 $475{\mu}A/cm^2$의 전류밀도를 가지는 대면적의 이온빔이 인출되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.245.1-245.1
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• 2014

교차하는 전기장과 자기장으로 플라즈마를 방전하고, 이온 빔을 효과적으로 가속하는 원형 이온 빔 소스를 개발하였다. 방위각 방향으로 비대칭적인 중성 가스와 전자 빔의 공급으로 이온 빔 소스에서 불안정하고 불균일한 플라즈마가 방전되어, 이온 소스의 효율을 저하시킨다. 본 연구에서는 플라즈마 이미지를 이용하여 이온 소스 내부에서의 중성입자 밀도 분포를 측정하는 방법을 개발하였다. 자기장의 방향이 서로 다른 방전조건에서 얻어지는 한 쌍의 플라즈마 이미지로부터 티코노프 정형화 기법을 이용하여 방위각에 대한 중성입자의 밀도 분포를 재구성한다. 본 재구성 기법을 이용하여 얻어진 밀도 분포는 유체흐름 등가회로 모델을 바탕으로 한 수치해석을 이용하여 분석하였다. 중성입자 밀도의 공간분포는 인가 전압, 자기장의 세기 및 유량과 같은 방전조건의 변화에 크게 영향을 받지 않고, 가스 공급부의 내부 구조에 의해 결정되는 것을 확인하였다. 또한, 등가회로 모델을 이용하여 균일한 공간분포를 얻기 위한 공급부 설계를 수행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.211-212
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• 2011

플라즈마를 제어하기 위해서는 플라즈마의 온도, 밀도, 에너지 분포등과 같은 플라즈마의 특성을 정확히 측정할 수 있어야한다. 핵융합발전에서는 플라즈마를 발생하기 위하여 플라즈마의 온도, 밀도 등 각종 변수들을 시공간적으로 계측, 분석할 수 있는 진달설비를 사용하고 있으며, 정확한 플라즈마 제어와 측정을 위한 새로운 진단기술을 개발하고 있다. 그리고 중요한 변수중에 하나인 플라즈마 이온온도를 측정하기 위해 중성입자 검출법이 잘 알려져 있다. 이 실험은 수소 중성입자가 토카막 내부의 플라즈마 이온과 충돌하면서 생성된 고속 중성입자의 에너지를 분석하는 실험이다. 본 연구의 실험방법은 수소 중성입자를 이온빔 장치에서 이온화 시킨 후 자체 제작한 가속기를 통하여 가속시켜 에너지 특성을 분석을 하는 것이다. 본 연구의 실험장치로 에너지 교정용 100 keV 이온빔 소스를 제작 하였고 이온빔 장치 내부에 수소기체를 주입하고 기체방전을 일으켜 플라즈마를 발생시켰다. 이온빔 외부에는 팬을 설치하고 전도성이 강한 물 대신 전도성이 약한 오일을 사용하여 냉각 하였다. 이온빔 장치와 결합될 이온 가속장치는 지름 300 mm, 두께 2 mm의 원형 구리판을 여러층으로 쌓아 전극으로 제작하였고 전극과 전극 사이에서 코로나 방전과 스파크를 방지하기 위해 전극 둘레에 코로나링을 설치 하였다. 또한 전극 사이마다 1G${\Omega}$의 저항을 설치한 후 고전압을 생성하여 이온 가속 효율을 증대시켰다. 진공시스템으로는 Alcatel사의 CFF100 터보분자 펌프와 우성진공사의 MVP24 진공로타리펌프를 결합하여 사용하였으며, 진공도측정은 Alcatel사의 ACS1000 장치를 사용하였다. 고진공후 고속 중성입자의 이온화와 에너지 측정을 위한 전하교환기를 설치하였다. 전하교환기로는 진공시스템을 별도로 설치하고 비용이 비교적 많이 드는 기체형 전하교환기 대신 소형화가 가능하고 유지보수가 좋은 고체형 전하교환기 제작하여 실험 하였다. 전하교환기에서 이온화된 고속 중성입자가 전기장이나 자장에 영향을 받았을때 에너지분포를 디텍터를 통해 측정하였다. 즉, 이온화된 중성입자의 에너지가 실리콘 다이오드를 통해 전압 펄스 신호로 변환되고 이차 증폭기를 통해 전압 펄스 신호들이 증폭한다. 에너지 측정을 위한 디텍터는 소형화가 가능하고 비용이 비교적 적게 드는 실리콘 다이오드를 설치하였다. 본 연구결과 중성입자 에너지 분석 장치가 실제 핵융합 장치의 플라즈마 이온온도와 특성 측정에 적용할 수 있으며, 앞으로 개발될 여러 형태의 응용 플라즈마 발생장치의 플라즈마 진단에 이용될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.559-559
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• 2013

KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 장치는 차세대 에너지원 중의 하나인 핵융합로를 위한 과학기술 기반을 마련하기 위해 개발된 중형급 토카막 실험장치로서 토카막 운전 영역의 확장과 안정성 확보, 정상상태 운전 도달을 위한 방법 연구, 최적화된 플라즈마 상태와 연속 운전 실현 등을 주요 목표로 하고 있다. 이를 위해 핵융합 반응에 의한 점화조건과 가까운 상태로 플라즈마를 가열해주어야 하며, 토카막 장치의 저항가열 이외에도 외부에서 추가 가열이 반드시 필요하다. 중성 입자빔 입사 장치는 현재 토카막에서 사용되고 있는 가열장치 중 가장 신뢰성있는 추가 가열 장치라 할 수 있으며 한국 원자력연구원에서는 1997년부터 KSTAR 토카막 실험 장치에 사용될 중성 입자빔 입사 장치를 개발해왔었다. 중성빔 입사 장치는 크게 이온원, 진공함, 열량계, 진공 펌프, 중성화 장치, 이온덤프와 전자석으로 이루어져 있으며, 이중 이온원은 중성빔의 성능을 좌우하는 핵심적인 장치라 할 수 있다. 최근 한국원자력연구원에서는 2 MW 중성 입자빔 입사장치용 이온원 개발을 완료하여 KSTAR 토카막 장치에 설치하였으며, 2013년 현재 KSTAR에는 총 두 개의 이온원이 장착되어 최대 약 3 MW 이상의 중수소 중성 입자빔을 입사하여 KSTAR 토카막 실험의 H-mode 달성과 운전 시나리오 연구에 많은 기여를 하고 있다. 한국원자력연구원에서 최초로 개발된 이온원은 미국 TFTR 장치에서 사용되었던 US LPIS (Long Pulse Ion Source)를 기본으로 하여 국내 개발을 수행하였다. 이 온원은 크게 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부와 발생된 이온을 인출 및 가속시키는 가속부로 구성되는데, 개발과정에서 가장 먼저 KSTAR의 장주기 운전에 적합하도록 플라즈마 방전부와 가속부의 냉각회로를 요구되는 열부하에 맞게 설계 수정하였다. 그 후 플라즈마 방전부는 방전 시간과 안정성, 플라즈마 밀도의 균일도, 정격 운전, 방전 효율 등을 고려하여 수정 보완하며 개발을 진행하여왔다. 가속부의 경우 국내 제작기술의 한계를 극복하기 위해 빔 인출그리드를 TFTR의 US LPIS 모델의 슬릿형 그리드 타입에서 원형 인출구 타입으로 변경하였으며, 이후 가속 전극의 고전압 내전력 문제, 빔 인출 전류와 전력, 인출 빔의 광학적 질(quality), 빔 인출 시간 동안의 안정성 등을 위해 그리드의 크기와 간격, 모양 등을 변경하여 개발을 수 행하여 왔다. 이 논문은 한국원자력연구원에서 개발이 진행되어 왔던 이온원들을 시간적으로 되짚어 보면서 현재까지의 성과와 문제점, 그리고 앞으로의 개발 방향에 대해 논의하고자 한다.

• The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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• v.13 no.7
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• pp.667-678
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• 2002

In this paper, a new radiating structure with a multi-layered two-dimensional metallic disk array was proposed for shaping the flat-topped element pattern. It is an infinite periodic planar array structure with metallic disks finitely stacked above the radiating circular waveguide apertures. The theoretical analysis was in detail performed using rigid full-wave analysis, and was based on modal representations for the fields in the partial regions of the array structure and for the currents on the metallic disks. The final system of linear algebraic equations was derived using the orthogonal property of vector wave functions, mode-matching method, boundary conditions and Galerkin's method, and also their unknown modal coefficients needed for calculation of the array characteristics were determined by Gauss elimination method. The application of the algorithm was demonstrated in an array design for shaping the flat-topped element patterns of $\pm$20$^{\circ}$ beam width in Ka-band. The optimal design parameters normalized by a wavelength for general applications are presented, which are obtained through optimization process on the basis of simulation and design experience. A Ka-band experimental breadboard with symmetric nineteen elements was fabricated to compare simulation results with experimental results. The metallic disks array structure stacked above the radiating circular waveguide apertures was realized using ion-beam deposition method on thin polymer films. It was shown that the calculated and measured element patterns of the breadboard were in very close agreement within the beam scanning range. The result analysis for side lobe and grating lobe was done, and also a blindness phenomenon was discussed, which may cause by multi-layered metallic disk structure at the broadside. Input VSWR of the breadboard was less than 1.14, and its gains measured at 29.0 GHz. 29.5 GHz and 30 GHz were 10.2 dB, 10.0 dB and 10.7 dB, respectively. The experimental and simulation results showed that the proposed multi-layered metallic disk array structure could shape the efficient flat-topped element pattern.

• Radiation Oncology Journal
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• v.20 no.2
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• pp.179-185
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• 2002

Purpose : For the purpose of quality assurance of self-developed stereotactic radiosurgery system, a multi-purpose phantom was fabricated, and accuracy of radiation dose distribution during radiosurgery was measured using this phantom. Materials and Methods : A farmer chamber, a 0.125 cc ion chamber and a diode detector were used for the dosimetry. Six MV x-ray from a linear accelerator (CL2100C, Varian) with stereotactic radiosurgery technique (Green Knife) was used, and multi-purpose phantom was attached to a stereotactic frame (Fisher type). Dosimetry was done by combinations of locations of the detectors in the phantom, fixed or arc beams, gantry angles $(20^{\circ}\~100^{\circ})$, and size of the circular tertiary collimators (inner diameters of $10\~40\;mm$). Results : The measurement error was less than $0.5\%$ by Farmer chamber, $0.5\%$ for 0.125 cc ion chamber, and less than $2\%$ for diode detector for the fixed beam, single arc beam, and 5-arc beam setup. Conclusion : We confirmed the accuracy of dose distribution with the radiosurgery system developed in our institute and the data from this study would be able to be effectively used for the improvement of quality assurance of stereotactic radiosurgery or fractionated stereotactic radiotherapy system.

• Progress in Medical Physics
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• v.26 no.1
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• pp.12-17
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• 2015

The purpose of the Monte Carlo simulation study was to provide the optimized nozzle design to satisfy the beam conditions for biomedical researches in the Korean heavy-ion accelerator, RAON. The nozzle design was required to produce $C^{12}$ beam satisfying the three conditions; the maximum field size, the dose uniformity and the beam contamination. We employed the GEANT4 toolkit in Monte Carlo simulation to optimize the nozzle design. The beams for biomedical researches were required that the maximum field size should be more than $15{\times}15cm^2$, the dose uniformity was to be less than 3% and the level of beam contamination due to the scattered radiation from collimation systems was less than 5% of total dose. For the field size, we optimized the tilting angle of the circularly rotating beam controlled by a pair of dipole magnets at the most upstream of the user beam line unit and the thickness of the scatter plate located downstream of the dipole magnets. The values of beam scanning angle and the thickness of the scatter plate could be successfully optimized to be $0.5^{\circ}$ and 0.05 cm via this Monte Carlo simulation analysis. For the dose uniformity and the beam contamination, we introduced the new beam configuration technique by the combination of scanning and static beams. With the combination of a central static beam and a circularly rotating beam with the tilting angle of $0.5^{\circ}$ to beam axis, the dose uniformity could be established to be 1.1% in $15{\times}15cm^2$ sized maximum field. For the beam contamination, it was determined by the ratio of the absorbed doses delivered by $C^{12}$ ion and other particles. The level of the beam contamination could be achieved to be less than 2.5% of total dose in the region from 5 cm to 17 cm water equivalent depth in the combined beam configuration. Based on the results, we could establish the optimized nozzle design satisfying the beam conditions which were required for biomedical researches.

• Journal of the Mineralogical Society of Korea
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• v.13 no.1
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• pp.15-21
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• 2000

이 연구에서는 대동층군 탄질 점판암내에 산출하는 탄질물의 미세구조를 고분해능 투과전자현미경(HRTEM)을 이용하여 조사하였다. 관찰된 탄질물은 구조가 부분적으로 흑연화된 흑연화과정의 초기단계 물질로서$ 100\AA$ 이하의 매우 얇은 크기로 일라이트 결정들의 경계면 사이나 일라이트 결정내에 협재되어 나타난다. 탄질물의 층상구조는 휘어있거나 불연속적이며, 부분적으로 원형조직을 보이는 "지문" 조직을 이루고 있다. 이러한 특징은 많은 결함구조를 가지고 구조적으로 충분히 흑연화되지 않은 물질에서 볼 수 있는 전형적인 구조다. 미세한 규모로 협재된 조직을 보이는 탄질물은 퇴적물의 속성작용과 저변성작용시 일라이트가 성장하는 동안에 포획되었거나, 또는 일라이트 이전의 점토광물내에 흡착되었던 물질들로부터 유래된 것으로 보인다. 이처럼 탄질물과 일라이트가 미세한 규모로 협재되어 산출하는 특징은 저변성암에서 일어나는 흑연화작용시 복잡한 미세구조의 변화가 수반되었음을 지시한다. 다양한 미세구조를 보여주는 흑연질 물질의 산출은 탄질물이 고온에서 균질한 흑연으로 생성되기까지 불연속적인 단계를 거쳐 반응할 가능성을 지시한다. 끝으로, 이 연구는 이온 빔을 이용하여 제작한 시료를 관찰함으로써 암석내에 함유된 탄질물들의 조직을 훼손하지 않고 관찰할 수 있음을 보여준다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.16 no.2
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• pp.79-90
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• 2007

Prototype of $800{\ell}$ vacuum web coater (Vic Mama) consisting of ion source with low energy less than 250 eV for high speed surface modification and 4 magnetron sputter cathodes was designed and constructed. Its performance was evaluated through fabricating the adhesiveless flexible copper clad laminate (FCCL). Pumping speed was monitored in both upper noncoating zone pumped down by 2 turbo pumps with 2000 l/sec pumping speed and lower surface modification and sputter zone vacuumed by turbo pumps with 450 1/sec and 1300 1/sec pumping speed respectively. Ion current density, plasma density, and uniformity of ion beam current were measured using Faraday cup and the distribution of magnetic field and erosion efficiency of sputter target were also investigated. With the irradiation of ion beams on polyimide (Kapton-E, $38{\mu}m$) at different fluences, the change of wetting angle of the deionized water to polyimide surface and those of surface chemical bonding were analyzed by wetting anglometer and x-ray photoelectron spectroscopy. After investigating the deposition rate of Ni-Cr tie layer and Cu layer was investigated with the variations of roll speed and input power to sputter cathode. FCCL fabricated by sputter and electrodeposition method and characterized in terms of the peel strength, thermal and chemical stability.