• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.120-120
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• 2012

차세대 가속기용 언듈레이터 진공용기는 In-vacuum 또는 out-vacuum 형태로 제작되며 out-vacuum 언듈레이터 진공용기는 얇고 길이가 긴 모양을 가진다. 이 진공용기는 완전한 비자성체가 요구되므로 주로 알루미늄 합금재로 제작된다. 또한 언듈레이터의 자석 간극은 그 중심에서 자기장의 세기가 극대화 되도록 최대한 근접하게 제작하기 때문에 진공용기의 단면도 이에 따라 매우 작고 또 진공용기의 두께도 매우 얇아야 만 한다. 현재 설계하고 있는 PAL-xFEL x-선 언듈레이터 용 진공용기는 내부 단면의 최대 크기가 5.2 mm, 두께는 $0.5mm{\pm}0.05mm$ 이고 길이 6,000 mm에서 그 평탄도가 0.1 mm 이하가 되어야 한다. 이 같은 진공용기를 제작하기 위하여서는 초정밀 압출, 후 평탄화 공정, 내표면 경면 처리, 초정밀 기계가공, 진공용접이 핵심공정이다. 본 논문에서는 알루미늄 6063-T5을 재료로 이 같은 초정밀 진공용기를 제작하는 전체 공정에 대한 국외 기술 동향과 국내 적용 가능한 공정을 조사하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.135-135
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• 2012

차세대 가속기에 적용할 얇고 매우 긴 알루미늄 진공용기를 제작하고 그 진공특성을 조사하고 있다. 진공용기 내부단면의 크기는 4.8 mm, 두께 0.5 mm (${\pm}50u{\mu}m$), 길이 6,000 mm이며 정밀압출방법으로 제작하였다. 진공용기의 재료는 알루미늄합금 6063이며 베이크아웃하지 않고 $1{\times}10^{-7}$ mbar 이하의 평균진공도를 얻어야한다. 압출제작 직후, 박판 가공 후 진공특성(진공도 변화, 진공용기 변형, 견줌탈기체율, 압력분포)을 베이크아웃 유무에 대하여 조사하였으며 해석적으로 계산한 진공도분포도와 비교하였다.

• 한국진공학회지
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• 제1권1호
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• pp.28-31
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• 1992

초고진공 시스템을 구성할 때 고려할 요소는 진공용기의 세척과 표면조도, 진공용 기의 재질, 기타 방출기체의 요인이다. 초고진공용기를 전해연마 처리하였으며, 처리한 진공 용기의 표면조도를 표면 조도기(surface profiler)로 측정하였다. 진공용기는 직경 300mm이 고 높이는 720mm로 하였다. 설치한 초냉각 펌프로 18시간 배기후 2.9 $\times$ 10-10Torr를 얻었 으며, 계속해서 초고진공용기를 250에서 60시간 baking 후 최저도달 압력이 3.08 $\times$ 10-11torr에 도달하였다 누드 이온게이지를 이용하여 초고진공용기의 최저도달압력과 누출비 를 측정하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.139.2-139.2
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• 2014

방사광 가속기의 저장링 진공용기처럼 콘덕턴스가 배기성능을 좌우하는 진공용기에서는 Strip NEG를 사용하여 분산 배기를 함으로서 원하는 평균진공도를 확보할 수가 있다. 일부 연구소에서는 진공용기 자체를 게터로 코팅하여 사용하고 있으나 그 제작비용이 만만치가 않다. 이 연구에서는 쉽게 구할 수 있는 동전모양의 작은 게터를 진공용기 내부에 길이 방향으로 일렬로 배치하여 분산배기가 실제 가능한 지 평가하였다. 게터는 진공용기 자체를 $180^{\circ}C$ 이상 베이크아웃할 때 활성화되도록 하였다. 실험은 단면적 $13cm^2$, 3 m 길이의 압출형 알루미늄 진공용기로 베이크아웃 온도에 따른 진공도 변화를 측정하여 그 성능을 평가하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.38-38
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• 1999

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합 실험 장치의 진공용기 및 진공용기 내부의 플라즈마 대향 부품들은 초고진공 (5$\times$10-9 Torr)의 달성을 위해 진공용기 내부의 이물질(H2, H2O, CO, CO2, CH4 등) 제거를 목적으로 SS316LN인 진공용기는 25$0^{\circ}C$, 탄소 물질인 플라즈마 대향부품은 35$0^{\circ}C$ 정도까지 가열(이하 베이킹)할 필요성이 있다. 이 가열방법으로 고온 질소가스를 진공용기 이중벽 사이로 흘려주는 방식과 코일에 저주파 교류전류를 흘려 진공용기를 유도가열하는 방식이 고려되고 있는데, 유도가열방식은 최대 유도 전력이 70kW 정도로 실제 베이킹에 필요한 열량을 공급하는데 있어 적잖이 부족하며 또 국부적인 가열 특성으로 인하여 KSTSR의 베이킹 방식은 전자의 가열방식을 우선적으로 채택하고 있다. 본 논문에서는 0-차원 해석을 통하여 진공용기와 플라즈마 대향 부품들에 대한 베이킹 계획을 결정하고 이를 만족시키기 위해 투입해야 할 열량을 직선적으로 증가하는 온도 곡선에서 각 부분의 온도 상승률을 다르게 설정한 세 경우와 F-자 형태로 변화하는 온도 곡선의 경우에 대해 각각 적용하여 시간에 따른 필요열량을 비교.검토하였으며, 이를 근거로 안정적인 베이킹 계획을 선정하였고 이 베이킹 계획의 실현을 위해 투입해야 할 고온 질소가스의 유량과 온도 도달시간까지 매 시간에서의 가스온도를 산출하였다. 토러스 형상의 토카막 진공용기와 플라즈마 대향 부품 및 다층단열재에 대한 해석 모델은 길이가 유한한 0-차원 실린더 모델로 가정하였고, 이에 대한 기하학적 성질 및 열역학적 성질은 유효계수를 고려하여 산출하였다. 진공용기 이중 벽 내부로 흐르는 질소가스의 유량과 온도의 계산은 진공용기 내벽과 외벽을 각각 독립적인 열전달 요소로 가정하여 구성한 모델을 이용하였다. 전체 해석에서 각 열전달 요소의 비열 값은 온도에 따라 변화하는 비열의 특성을 반영하였으며. 진공용기와 플라즈마 대향 부품의 방사율(emissivity)은 앞서 가정했던 각 온도 상승 곡선에 대해서 각각 0.1, 0.2, 1.3의 경우를 가정하여 계산하였다. 직선적으로 증가하는 온도 상승 곡선중 2$0^{\circ}C$/hr의 온도상승율을 갖는 경우가 다른 베이킹 시나리오 모델에 비해 효과적이라 생각되며 초대 필요 공급열량은 200kW 정도로 산출되었다. 실질적인 수치를 얻기 위해 보다 고차원 모델로의 해석이 필요하리라 생각된다. 끝으로 장기적인 관점에서 KSTAR 장치의 베이킹 계획도 살펴본다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.155.1-155.1
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• 2014

Bunch compressor (BC)는 4세대 방사광가속기가 요구하는 매우 짧은 길이의 전자빔을 만들기 위해서 제작된다. 4개의 이극전자석을 이용하여 에너지에 따른 서로 다른 경로차이를 발생시켜 전자빔을 압축할 수 있다. 중간에 위치한 2개의 이극전자석은 전자빔의 길이를 최적화하기 위하여 전자빔에 수직방향으로 가변된다. 전자빔의 궤도와 진공용기 중심을 동일하게 가져가기 위해 이극전자석 진공용기 사이에는 밸로즈를 사용하였다. BC 진공용기의 요구 압력은 Pave < $5{\times}10^{-7}mbar$이며, 4개의 이온펌프(60 L/s)를 이용하여 진공 배기한다. BC 진공용기 전체 길이는 대략 16 m이며, 전자빔과 진공용기 내부 표면 거칠기와의 상호작용에 의한 Wakefield 효과를 줄이기 위해 거칠기는 Ra <250 nm 이하로 제작하였다. 본 논문에서는 현재까지 진행된 BC 진공용기 시제품 제작 현황에 대하여 보고하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.35-35
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• 1999

KSTAR NBI 장치의 진공용기와 Grid에 대하여 열 및 구조해석을 ANSYS 코드를 이용하여 수행하였다. 진공용기의 경우 진공용기 지지구조물을 최적화할 수 있는 구조형상에 관하여 연구하였고, Grid의 경우 Grid 형상 및 재료 특성에 중점을 두어 연구하였다. 또한 Electron Dump의 냉각수로의 위치 및 형상, 크기를 최적화시켰다. 이번 각 구조물의 최적화 연구에서 특히 중점을 둔 사항은 재료와 관련된 경제성이다. 진공용기에서 가장 문제가 되는 것은 용기의 크기에 따른 변형도이다. 진공용기의 Cryo-sorption 패널 배기속도는 30000 I/sec 이상이고, 진공 용기의 운전시 진공도는 5$\times$10-7Torr 이하이다. 구조해석의 결과로부터 폭 3m$\times$높이 4,m$\times$길이 5m, 두께 2cm인 진공용기는 대기압 하에서 7cm의 변형도를 갖는다. 변형을 최소화하기 위해 T형 보강구조물을 부착시켰을 때 변형도가 1cm 이하로 감소함을 볼 수 있었다. [그림1] 장시간 운전시 Grid에 미치는 열부하에 의한 영향을 연구하였다. 열해석 결과와 경제성, 가공성을 동시에 고려할 때 Grid의 재질로 무산소동이 적합함을 알 수 있었다. 한편, NBI 장치에서 열부하가 최대인 곳은 이온원의 Electron Dump 부분으로 중심부분에서 20MW/m2이다. 열부하를 효과적으로 소산시키기 위해 Electron dump 의 중심부분 모양을 깔대기 모양으로 만들어 Dump 뒷부분의 자석에 미치는 영향을 최소화 시켰다. 이 때 냉각수록의 냉각수 흐름속도 4.5m/sec이고, 자석의 최대 온도는 15$0^{\circ}C$로써 자석의 기본성질을 일어버리지 않는 허용범위 내에 들어옴을 알 수 있었다. 자석의 온도는 10초 동안 급격히 상승하였고, 100초 이후에 포항상태에 도달하였다 [그림2]

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.425.2-425.2
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• 2016

토카막(TOKAMAK) 장치의 진공용기 및 용기내벽은 플라즈마(Plasma)에 의한 고열과 높은 에너지의 이온 입자들에 항상 노출되어 있는 환경이다. 토카막의 일종인 KSTAR장치의 진공용기는 스테인레스강(STS316)계열의 재질로 이루어져 있고, 플라즈마와 면하는 용기 벽면은 플라즈마에 대해 견딜 수 있도록 그라파이트 타일(graphite tile)로 구성되어 있다. 고에너지의 이온 입자들과 열플럭스(Heatflux)는 용기벽면과 용기를 침식시키고, 또한 이렇게 생겨난 분진(dust)들은 진공용기 내 여기저기를 떠다니게 되고, 플라즈마에 대해서 불순물로서 작용하게 된다. 본 연구에서는 감마분석법으로 플라즈마에 의해 진공용기 내에 집적된 분진들의 구성 성분을 분석하여 주요 출처를 규명할 수 있는 방법을 제시하고, KSTAR 플라즈마의 불순물 제어에 유용하게 활용 할 수 있는 데이터를 제공하여 향후 KSTAR의 고성능 플라즈마 기술개발에 일조할 수 있도록 하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.228-228
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• 2012

방사광 가속기의 좁은 간격 언듈레이터 진공용기를 지나는 전자의 진행을 방해하는 wakefield 효과를 최소화하기 위해서는, 진공용기의 내부 표면이 매끄럽게 제작되어야 한다. 알루미늄 진공용기의 일반 압출 직후 내부 표면 거칠기는 이러한 요구 조건을 만족하지 못하며, 다양한 표면처리를 통하여 원하는 표면 조도를 얻을 수 있다. 여기서는 일반 압출 공정만 거친 시료와 압출 이후 표면처리를 거친 시료의 내부 표면 조도를 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.115.1-115.1
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• 2013

4세대 방사광 가속기에 설치되는 out-vacuum 언듈레이터 진공용기는 내경 5.2 mm, 길이 5 m인 매우 얇고 긴 형태로 제작된다. 좁은 간격의 언듈레이터 진공용기를 지나는 전자의 진행을 용이하게 하기 위해서는 높은 내부 진공도와 매끄러운 내부 표면이 요구된다. 현재 시제품으로 제작된 언듈레이터 진공용기의 요구 진공도는 Pave < $5{\times}10^{-7}$ mbar이며, 내부 표면 거칠기는 Ra < 150 nm 이하이다. 언듈레이터 진공용기는 알루미늄을 압출하여 제작한 후 초정밀 기계가공으로 제작하였다. 본 논문에서는 현재까지 수행한 공정 개발 결과를 정리하여 보고하고자 한다.