• KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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• v.5B no.3
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• pp.289-295
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• 2005

Instrumentation and Control (I&C) of the Neutral Beam Test Stand (NB- TS) Facility at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) for the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) project has been underway since the start of the project to answer the diverse requests arising from the various facets of the development and construction phases of the project. Optical signal transmission constitutes a significant portion of I&C works and has been performed for the entirety of the project. During the NB- TS construction and related experiments, significant achievements to a more accurate as well as more refined optical signal transmissions have been made. Examples of those I&C works that utilized the optical signal transmission are the Langmuir probe signal transmission, gradient grid current signal transmission, gas flow control and signal transmission, ion source temperature measurement, beam line component temperature monitoring, and coolant flow signal transmission, etc. These optical signal transition provisions are now performing part of the indispensable functions for the proper operation of the NB- TS facility. Attained experience and expertise are expected to be well applied to the upcoming main neutral beam injection (NBI) system construction for the KSTAR project.

• 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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.45-45
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• 1999

한국원자력연구소에서 개발중인 KSTAR 중성입자입사 (NBI) 가열장치의 이온원을 시험하기 위한 진공 챔버 (높이 1.2m, 폭 1.2m, 길이 2.4m)의 수소 배기는 저온 흡착 펌프를 제작하여 이용할 계획이다. 흡착제는 활성탄으로 하고, 흡착제의 냉각은 20K 12W Cold Head를 이용한다. 이 흡착제가 부착된 무산소동판을 액체 질소로 냉각된 Chevron Baffle로 열차폐한다. 이 흡착제가 수소를 배기하기 위해서는 15K 이하로 냉각이 되어야 하므로, 이에 대한 열설계가 중요하다. 흡착판에 가해지는 열부하를 평가하고, 이 열부하에서 흡착판 온도가 15K 이하가 되도록 열설계를 수행하였다. 열부하 중 가장 큰 것은 Ghevron을 통해 들어오는 복사열로, Chevron의 복사율 및 난반사도에 따라 MOnte Calro 법 전산코드를 작성하여 복사열을 계산하였다. 크기 500mm x 400mm인 흡착판에 대한 시험 결과를 바탕으로 열설계에 대한 타당성 검증 및 크기 800mm x 1400mm인 흡착판에 대해 열설계 내용에 대해 발표한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.127-127
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• 1999

한국원자력연구소에서 개발중인 KSTAR 중성입자입사(NBI) 가열장치의 이온원을 시험하기 위한 진공챔버(높이 1.2m, 폭 1.2m, 길이 2.4m)의 수소 배기는 저온 흡착펌프를 제작하여 이용할 계획이다. 흡착제는 활성탄으로 하고, 흡착제의 냉각은 20K 12W Cold Head를 이용한다. 이 흡착제가 부착된 무산소동판을 액체 질소로 냉각된 Chevron Baffle로 열차폐한다. 이 흡착제가 수소를 배기하기 위해서는 15K 이하로 냉각이 되어야 하므로, 이에 대한 열설계가 중요하다. 흡착판에 가해지는 열부하를 평가하고, 이 열부하에서 흡착판 온도가 15K 이하가 되도록 열설계를 수행하였다. 열부하 중 가장 큰 것은 Chevron을 통해 들어오는 복사열로 Chevron의 복사율 및 난반사도에 따라 Monter Carlo법 전산 코드를 작성하여 복사열을 계산하였다. 크기 500mmx400mm인 흡착판에 대한 시험 결과를 바탕으로 열설계에 대한 타당성 검증 및 크기 800mmx1400mm인 흡착판에 대해 열설계 내용에 대해 발표한다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.10a
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• pp.329-334
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• 1997

A tomography algorithm to maximize the entropy of image using Lagrangian multiplier technique and conjugate gradient method has been designed for the measurement of 2D spatial distribution of intense neutral beams of KSTAR NBI(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research Neutral Beam Injector) which is now being designed. A possible detection system was assumed and a numerical simulation has been implemented to test the reconstruction quality of given beam profiles. This algorithm has the good applicability for sparse projection data and thus, can be used for the neutral beam tomography.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.1 no.3
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• pp.359-365
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• 2006

Since the start of the KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) project, Instrumentation and Control (I&C) of the Neutral Beam Test Facility (NB-TF) has been striving to answer diverse requests arising from various facets during the project's development and construction phases. Hard-wired electrical circuits have been designed, tested, fabricated, and finally installed to the relevant parts of the system. In relation to the vacuum system I&C, controlling functions for the rotary pumps, a Roots pump, two turbomolecular pumps, and four cryosorption pumps have been constructed. I&C for the ion source operation are the temperature and flow rate signal monitoring, Langmuir probe signal measurements, gradient grid current measurements, and arc detector circuit. For the huge power system to be monitored or safely operated, many temperature measurement functions have also been implemented for the beam line components like the neutralizer, bending magnet, ion dump, and calorimeter. Nearly all of the control and probe signals between the NB test stand and the control room were made to be transmitted through the optical cables. Failures of coolant flow or beam line vacuum pressure were made to be safely blocked from influencing the system by an appropriate interlock circuit that will shut down the extraction voltage application to the system or prevent damages to the vacuum components. Preliminary estimation of the beam power through the calorimetric measurement shows that 87.9% of the total power of the 60kV/18A beam with 200 seconds duration is absorbed by the calorimeter surface. Most of these I&C results would be highly appropriate for the construction of the main NBI facility for the KSTAR national fusion research project.