• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.25-29
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• 2016

High charge state electron cyclotron resonance (ECR) ion source is important on the performance of heavy ion accelerators. In this paper, a low temperature superconductor (LTS) was used to make a hexapole coil for an 18-GHz ECR ion source. Several hexapole structures, including racetrack, graded racetrack, and saddle were implemented and analyzed for the hexapole-in-solenoid ECR ion source system. Under the appropriate radial confinement field, the smaller outer radius of hexapole can be better for the solenoid design. Saddle hexapole was selected by comparing the wire length, maximum outer radius of the hexapole, the Lorentz force at the end part of the hexapole and the maximum magnetic field in the coil. Based on saddle hexapole, a new design for hexapoles, the snake hexapole, was developed in this paper. By comparative analysis of the Lorentz force at the end part of the saddle and snake hexapoles, the snake hexapole is much better in the ECR ion source system. The suggested design for the ECR ion source with the snake hexapole is presented in this paper.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.36-40
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• 2015

Electron cyclotron resonance (ECR) ion source is an essential component of heavy-ion accelerator. For a given design, the intensities of the highly charged ion beams extracted from the source can be increased by enlarging the physical volume of ECR zone [1]. Several models for ECR ion source were and will be constructed depending on their operating conditions [2-4]. In this paper three simulation models with 3, 4 and 6 solenoid system were built, but it's not considered anything else except the number of coils. Two groups of optimization analysis are presented, and the evolution strategy (ES) is adopted as an optimization tool which is a technique based on the ideas of mutation, adaptation and annealing [5]. In this research, the volume of ECR zone was calculated approximately, and optimized designs for ECR solenoid magnet system were presented. Firstly it is better to make the volume of ECR zone large to increase the intensity of ion beam under the specific confinement field conditions. At the same time the total volume of superconducting solenoids must be decreased to save material. By considering the volume of ECR zone and the total length of solenoids in each model with different number of coils, the 6 solenoid system represented the highest coil performance. By the way, a certain case, ECR zone volume itself can be essential than the cost. So the maximum ECR zone volume for each solenoid magnet system was calculated respectively with the same size of the plasma chamber and the total magnet space. By comparing the volume of ECR zone, the 6 solenoid system can be also made with the maximum ECR zone volume.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1994년도 하계학술대회 논문집 C
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• pp.1609-1611
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• 1994

In ECR and helicon reactors for plasma processing, a high density plasma is generated in a source region which is connected to a diffusion region where the processing takes place. Large density and potential gradients can develop at the orifice of the source which drive ion currents into the diffusion region. The average ion velocity may become the order of the sound velocity. Measurements of the ion saturation current to a Langmuir probe are used as a standard method of determining the plasma density in laboratory discharges. However, the analysis becomes difficult in a steaming plasma. We have used the HAMLET plasma simulator to simulate the ion flow to a large langmuir probe in an ECR plasma. The collection surface was aligned with the Held upstream, normal to the field, and downstream. ion trajectories through the electric and magnetic fields were calculated including ion-neutral collisions. We examines the ratio of ion current density to plasma density as a function of magnetic field and pressure.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.37-41
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• 2016

This paper presents the developed quench analysis code and protection circuit design for a superconducting magnet system of 28GHz electron cyclotron resonance (ECR) ion source. The superconducting magnet is composed of a hexapole magnet and four solenoid magnets located outside of the hexapole one. All magnets are wound with NbTi composite wire and impregnated by epoxy. By using the developed characteristic analysis code, the normal zone resistance, decaying current and temperature rising can be estimated during quench. Also, the stored magnetic energy is successfully consumed from the series resistor of the designed protection circuit. The analytical results are compared with the experimental results to verify the developed quench analysis code and protection circuit.

• 한국진공학회지
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• 제9권1호
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• pp.7-15
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• 2000

An ECR-PECVD system with the characteristics of high ionization rat다 ability of plasma processing in a wide pressure range and deposition at low temperature was manufactured and characterized for the deposition of thin films. The system consists of a vacuum chamber, sample stage, vacuum gauge, vacuum pump, gas injection part, vacuum sealing valve, ECR source and a control part. The control of system is carried out by the microprocessor and the ROM program. We have investigated the vacuum characteristics of ECR-PECVD system, and also have diagnosed the characteristics of ECR microwave plasma by using the Langmuir probe. From the data of system and plasma characterization, we could confirmed the stability of pressure in the vacuum chamber according to the variation of gas flow rate and the effect of ion bombardment by the negative DC self bias voltage. The plasma density was increased with the increase of gas flow rate and ECR power. On the other hand, it was decreased with the increase of horizontal radius and distance between ECR source and probe. The calculated plasma densities were in the range of 49.7\times10^{11}\sim3.7\times10^{12}\textrm{cm}^{-3}$. It is also expected that we can estimate the thickness uniformity of film fabricated by the ECR-PECVD system from the distribution of the plasma density.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.467-467
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• 2010

조립된 KAERI ECR(Electron Cyclotron Resonance Ion Source) 이온원의 중요한 성능을 결정하는 ECR 챔버 내의 자장구조를 3차원 가우스 메타를 이용하여 측정하였다. ECR 이온원의 자장은 축방향 (빔인출 방향) 자장 Bz와 반경방향 자장 Br (Bx, By)로 이루어지는 데, KAERI에서 개발한 ECR 이온원의 경우 Bz는 요크 구조체들을 포함한 3개의 전자석들에 의해 만들어지고, Br은 영구자석들로 구성된 헥사폴에 의해 만들어진다. 헥사폴에 의한 자장은 ECR 챔버 벽(R=34 mm)의 위치에서 최대 값을 측정하여 계산결과와 비교하였고, 챔버 내부 R=30 mm 위치에서 축방향과 반경방향의 자장구조를 측정하였다. 전자석 만에 의한 자장은 헥사폴 결합 요크와 챔버 내의 요크를 제거한 상태에서 자장을 측정하여 계산된 결과와 비교하였다. 전자석과 헥사폴에 의한 통합 자장구조는 ECR 챔버와 챔버 내의 요크 구조물을 제거한 상태로 R=30mm 위치에서 전자석의 정격전류에 의한 자장구조를 측정하였고, 최종적으로 이온원 자석구조물들을 모두 장착한 상태에서 축 중심(R=0mm)에서의 축방향 자장 값들을 측정하여 설계한 값과 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.70.1-70.1
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• 2015

The facility for RAON superconducting heavy-ion accelerator at a beam power of up to 400 kW will be produced rare isotopes with two electron cyclotron resonance (ECR) ion sources. Highly charged ions generated by the ECR ion source will be injected to a superconducting LINAC to accelerate them up to 200 MeV/u. During the acceleration of the heavy ions, a good vacuum system is required to avoid beam loss due to interaction with residual gases. Therefore ultra-high vacuum (UHV) is required to (i) limit beam losses, (ii) keep the radiation induced within safe levels, and (iii) prevent contamination of superconducting cavities by residual gas. In this work, a RAON vacuum design for all the accelerator system will be presented along with Monte Carlo simulation of vacuum levels in order to validate the vacuum hardware configuration, which is needed to meet the baseline requirements.

• 한국진공학회지
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• 제18권3호
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• pp.186-196
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• 2009

하이퍼써멀 영역의 에너지 ($1{\sim}100\;eV$), 특히, 50 eV 이하의 에너지를 갖는 높은($10^{16}$ particles/$cm^2\;s$ 이상) 플럭스의 이온빔을 직접 인출하기는 어렵지만, 이온을 중성화한 중성입자빔 경우에는 가능하다. 높은 플럭스의 하이퍼써멀 중성입자빔을 생성하고 효율적으로 수송하기 위해서는 낮은 플라즈마 운전압력(0.3 mTorr 이하)에서도 높은 이온밀도($10^{11}\;cm^{-3}$ 이상)를 유지할 수 있는 대면적 플라즈마 발생원이 요구된다. 이러한 하이퍼써멀 중성입자빔의 생성을 위해 요구되는 플라즈마 발생원을 구현하기 위해서는 자기장에 의한 전자가둠 방식이 도입되어야 하는데, 영구자석을 이용한 다양한 자기장 구조를 갖는 Electron Cyclotron Resonance (ECR) 플라즈마 발생 방식이 하나의 해결 방법이 될 수 있음을 제안하였다. 여기에는 마그네트론 구조를 갖는 자기장을 채택한 평면형 ECR 플라즈마 발생 방식과 원통형 플라즈마 용기 외벽 둘레에 영구자석 어레이를 설치하여 축방향 자기장을 형성하고 용기 중심부에 전자를 가두는 원통형 방식이 있다. 두 경우 모두 기본적으로 mirror field 구조에 의한 전자 가둠을 기반으로 하고 전자의 drift에 의해 더욱 효율적으로 전자를 플라즈마 공간에 가두는 방식을 도입하고 있어서 낮은 운전압력에서도 높은 밀도의 플라즈마를 발생시키고 유지할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.224-225
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• 2011

전자 사이클로트론 공명 이온원(Electron Cyclotron Resonance Ion Source; ECR 이온원)을 사용하여 다가(multi-charged) 이온빔을 인출하고 이온들을 분리하였다. 사용된 ECR 이온원은 그림 1과 같은 구조를 가진다. 그림 1에서 축자장을 만드는 자석(axial magnet)은 세 뭉치의 상전도 전자석으로, 그리고 육극자장을 만드는 자석(hexapole magnet)은 영구자석으로 되어 있으며 14.5 GHz 고주파는 도파관을 통하여 용기의 축과 평행한 방향으로 입사된다. 헬륨, 아르곤, 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2)를 사용하여 빔 인출 및 이온 분리 실험을 진행하였으며, 본 논문에서는 운전조건의 최적화 과정을 수행하기 전에 진행된 초기 실험결과들에 대하여 논의한다. 그림 2는 헬륨을 사용한 경우의 질량 스펙트럼이다.

• 한국진공학회지
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• 제10권1호
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• pp.119-126
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• 2001

ECR-PECVD 방법으로 ECR 플라즈마 소스 power, $CH_4/H_2$ 가스 혼합비와 유량, 증착시간 및 기판 bias 전압을 변화시켜 가면서 수소가 함유된 비정질 탄소 박막을 증착하고, 증착조건에 따라서 박막 내부에 함유되어 있는 수소함량 변화를 2.5 MeV 헬륨 이온빔을 사용하는 ERDa로 측정하였다. ERDA의 결과와 hES 및 RBS에 의한 성분분석으로부터 본 실첨에서 증착된 박막은 탄소와 수소만으로 구성 되어있음을 확인할 수 있었고, FTIR의 결과로부터 박막 증착조건에 따라서 박막 내부에 함유되어 있는 수소함량이 변화함을 알 수 있었다. 기판 bias 전압을 증가시킬수록 이온충돌 현상이 두드러져 탄소와 결합하고 있던 수소원자들이 떨어져 나가는 탈수소화 현상으로 수소함량이 크게 감소됨을 알 수 있었다. 그 밖의 조건에서는 박막증착 초기에는 수소보다 탄소량이 좀 더 많다가 점차적으로 수소함량이 증가되었고, 이때 박막 내부에 함유되어 있는 수소함량은 45~55% 범위 내에 있음을 확인할 수 있었다.