캐스트 유전체 복합 선형 가속기

캐스트 유전체 복합 선형 가속기{CAST DIELECTRIC COMPOSITE LINEAR ACCELERATOR}

본 발명은 선형 가속기에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은, 가속기 전송 라인 내에, 도체 전극과, 높은 전압의 펄스 구배가 입자 가속 축을 따라 생성될 수 있도록 하는 높은 유전 상수를 갖는 캐스트 유전체 복합 재료 사이의 공간을 채우도록 주조(cast)되는 유전체 복합 재료를 갖는 선형 가속기에 관한 것이다.

선출원의 인용

본 출원은, 2005년 11월 14일에 제출된 미국 가특허 출원 제60/737,028호의 우선권을 주장한다. 이 특허 문헌의 내용을 본원에 인용하여 원용한다.

입자 가속기(particle accelerator)는, 전자, 양자, 또는 대전된 원자핵 등과 같이 전기적으로 대전된(electrically-charged) 원자 입자의 에너지를 증가시키는데에 사용되며, 원자핵 물리학자와 입자 물리학자들의 연구 대상이 되고 있다. 높은 에너지를 갖는 전기적으로 대전된 원자 입자를 가속시켜서 목표 원자와 충돌하도록 하고, 그 결과의 산물을 검출 장치를 사용하여 관찰한다. 매우 높은 에너지 상태에서, 대전 입자는, 목표 원자의 핵을 깨뜨려서, 다른 입자와 반응할 수 있 다. 물질 기본 단위의 특성과 움직임을 나타내는 전환(transformation)이 일어난다. 입자 가속기는 또한, 암 치료와 같은 의료적 응용 분야에서뿐만 아니라 핵융합 장치를 개발하기 위한 중요한 도구이다.

입자의 생성, 가속화, 및 가속화된 입자의 제어가, 콤팩트한 단위체 내에서 가능하도록 하기 위해 콤팩트한 구조 내에서 높은 전압의 펄스 구배를 생성하는 선형 가속기의 구조 및 구성을 개선할 필요가 있다. 특히, 높은 전압의 펄스 구배를 생성하기 위해 블럼레인(Blumlein) 모듈형의 콤팩트한 선형 가속기에서 전기적 파면의 전파가 가능하도록 하는 높은 유전 상수의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 특징은, 제1 단부로부터 제2 단부로 횡단 방향의 가속 축을 향해 연장되어 있으며, 가속 축을 따라 펄스화된 구배(pulsed gradient)를 부여하기 위해 전기적 파면(electridcal wavefront)을 전파(propagate)시키는 하나 이상의 전송 라인(transmission line)을 포함하며, 하나 이상의 전송 라인은 각각, 제1 단부와 가속 축에 이웃하는 제2 단부를 갖는 제1 도체; 제1 도체에 이웃하며, 제1 단부와 가속 축에 이웃하는 제2 단부를 갖는 제2 도체; 및 제1 도체와 제2 도체 사이의 공간을 채우며, 하나 이상의 유기 폴리머(organic polymer)와, 유기 폴리머보다 더 큰 유전 상수를 갖는 하나 이상의 입자 충전제(particle filler)를 포함하여 이루어지는 캐스트 유전체 복합 재료(cast dielectric composite)를 포함하는, 콤팩트한 선형 가속기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은, 하나 이상의 유기 폴리머와, 유기 폴리머보다 더 큰 유전 상수를 갖는 하나 이상의 입자 충전제(particle filler)를 포함하는 하나 이상의 유전체 복합 슬래브를 주조(casting)하는 단계; 주조된 캐스트 유전체 복합 슬래브를, 캐스트 유전체 복합 슬래브보다 큰 유전 상수를 갖는 제2 유전체 복합 재료로 주조하는 단계; 및 제2 유전체 복합 재료가 피복된 캐스트 유전체 복합 슬래브에 대하여 2개의 도체를 압착(press)해서, 제2 유전체 복합 재료가 도체 사이에서 밖으로 돌출되어, 삼중점 영역이 제2 유전체 복합 재료로 완전하게 채워지도록 하는 단계를 포함하는, 선형 가속기를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 하나 이상의 도체를 몰드 캐비티(mold cavity) 내에 배치하는 단계; 몰드 캐비티를, 하나 이상의 유기 폴리머와, 유기 폴리머보다 더 큰 유전 상수를 갖는 하나 이상의 입자 충전제(particle filler)를 포함하는 유전체 복합 재료로 채우기 위해, 도체를 유전체 복합 재료 내에 적어도 부분적으로 침지(immerse)하는 단계; 및 유전체 복합 재료를 도체와 일체형으로 주조하기 위해 유전체 복합 재료를 경화(cure)하는 단계를 포함하는, 선형 가속기를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이하에 설명하는 첨부 도면은 본 개시 내용에 포함되며 그 일부를 이룬다.

도 1은 본 발명의 선형 가속기의 단일 전송 라인의 단면도이다.

도 2는 도 1의 전송 라인의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 선형 가속기의 단일의 비대칭 블럼레인 모듈의 제1 실시예의 단면도로서, 상이한 유전 상수와 상이한 두께를 갖는 제1 및 제2 캐스트 유전체 복합 층을 나타낸다.

도 4는, 본 발명의 단일의 대칭 블럼레인 모듈의 제2 실시예를 나타내는 단면도로서, 동일한 유전 상수와 동일한 두께를 갖는 제1 및 제2 캐스트 유전체 복합 재료를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 제1 가속기 제조 방법에서, 도체를 포함하는 거푸집의 평면도이다.

도 6은, 도 5에 이어, 거푸집의 몰드 캐비티 내에 유전체 복합 재료를 도입한 후의 평면도이다.

도 7은, 도 6에 이어, 일체형으로 주조된 유전체 복합 재료와 도체를 거푸집으로부터 제거한 후의 평면도이다.

도 8은, 본 발명의 제2 가속기 제조 방법에서, 유전체 복합 재료를 갖는 거푸집의 측면도이다.

도 9는, 도 8에 이어, 거푸집으로부터 만들어진 캐스트 유전체 복합 재료를 나타내는 측면도이다.

도 10은, 도 9에 이어, 제2 유전체 재료로 피복된 도체 전극과 교대로 배치되어 다층으로 압착되도록 한 2개의 캐스트 유전체 복합 층을 나타내는 측면도이다.

도 11은, 도 10에 이어, 삼중점의 영역을 채우도록 돌출된 제2 유전체를 갖는 최종적인 형태, 즉 선형 가속기를 나타내는 측면도이다.

도면을 참조하여 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 관한 선형 가속기의 전송 라인(transmission line)의 예를 나타낸다. 선형 가속기(전체를 도면부호 10으로 나타냄), 일반적으로 적어도 하나의 전송 라인을 포함한다. 전송 라인 구조는, 제1 도체(13), 제1 도체에 이웃하는 제2 도체(14), 및 유전체 복합 재료(dielectric composite material)(15)를 포함하며, 이 유전체 복합 재료는, 제1 도체와 제2 도체 사이의 공간을 채우고 있으며, 본 명세서에서 개시된 방식으로 주조 성형(cast fabricate)된다.

도시된 바와 같이, 전송 라인(10)은, 평행판 스트립(parallel-plate strip)구성, 즉 길고 좁은 형태로서 통상적으로는 폭이 균일하지만 반드시 균일하게 할 필요는 없는, 구성을 갖는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2에 나타낸 전송 라인은, 제1 단부(11)와 제2 단부(12) 사이에서 연장하는 길게 된 빔 형태 또는 판자 형태(plank-like)의 선형 구조를 가지며, 길이(l)에 비해 폭(W _n )이 상대적으로 짧게 되어 있다. 이러한 스트립 형태의 구조를 갖는 전송 라인은, 제1 단부(11)로부터 제2 단부(12)로 전파되는 전기적 신호 파를 안내하고, 출력 펄스를 제2 단부에서 제어하도록 되어 있다. 특히, 파면의 형태는, 예컨대 폭을 끝으로 갈수록 좁게(tapering)하는(도시 안 됨) 식으로, 모듈의 폭을 적절하게 형성함으로써 조절될 수 있다. 이러한 스트립 형태의 구조에 의하면, 콤팩트한 선형 가속기는, 펄스를 왜곡시키지 않으면서, 균일한(flat) 출력(전압)을 생성할 수 있으며, 이에 따라 입자 빔이 시간에 따라 변하는 에너지 이득을 받는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서 와 청구범위에 개시된 바와 같이, 제1 단부(11)는 스위치[예컨대, 도 3의 스위치(28)]에 접속된 단부로서의 특징을 가지며, 제2 단부(12)는, 입자 가속을 위한, 가속 축(16)에 이웃하는 출력 펄스 영역 등의 부하 영역(load region)에 이웃하는 단부이다.

도 3 및 도 4는, 비대칭형 블럼레인(Blumlein) 동작 및 대칭형 블럼레인 동작을 위한, 본 발명의 캐스트(cast) 유전체 복합 선형 가속기의 실시예를 각각 나타낸다. 통상적인 블럼레인 모듈(Blumlein module)은, 제1 도체, 제2 도체, 제3 도체, 제1 유전체, 및 제2 유전체를 갖는 2개의 전송 라인을 포함하는데, 제1 유전체는 제1 도체와 제2 도체 사이의 공간을 채우고 있으며, 제2 유전체는 제2 도체와 제3 도체 사이의 공간을 채우고 있다. 도 3 및 도 4에는 도시하고 있지 않지만, 선형 가속기는 또한, 제2 도체 스트립을 고전위(high potential)로 충전하기 위해 접속된 고전압 전원과, 제2 도체 스트립 내의 고전위를 제1 도체 스트립 및 제3 도체 스트립 중의 적어도 하나로 전환함으로써 대응하는 유전체 층에서의 역 극성의 전파 파면(propagating reverse polarity wavefront)을 초기화하는 스위치[예컨대, 도 3의 스위치(28)]를 포함한다.

도 3은 특히, 스위치(28)에 접속된 단일의 비대칭형 블럼레인 모듈(즉, 2개의 전송 라인)을 구비하는 콤팩트한 선형 가속기(그 전체를 도면부호 20으로 나타냄)의 제1 실시예를 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 바람직한 비대칭형 블럼레인 모듈의 좁은 빔형 구조(narrow beam-like structure)는, 얇은 스트립으로 된 3개의 평면 도체(planar conductor)를 포함한다. 이 3개의 평면 도체는, 길고 평 면 도체보다 폭이 더 두꺼운 스트립으로 된 유전체 복합 재료에 의해 분리되어 있다. 특히, 제1 평면 도체 스트립(23)과 중간의 제2 평면 도체 스트립(25)은, 이들 사이의 공간을 채우고 있는 제1 유전체 재료(24)에 의해 분리되어 있다. 또한, 제2 평면 도체 스트립(25)과 제3 평면 도체 스트립(26)은, 이들 사이의 공간을 채우고 있는 제2 유전체 재료(27)에 의해 분리되어 있다. 이러한 유전체 재료에 의해 이루어지는 분리에 의해, 평면 도체 스트립(23, 25, 26)은, 도시된 바와 같이, 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.

도면에는, 평면 도체 스트립(23, 25, 26)과 유전체 복합 스트립(24, 27)에 접속되어 이들을 씌우고 있는 제3 유전체 재료(29)도 도시되어 있다. 제3 유전체 재료(29)는, 본 기술분야에서 "유전성 벽면 가속기"(DWA: dielectric wall accelerator)로 알려진, 이러한 타입의 가속기의 유전체 슬리브(dielectric sleeve) 또는 벽면 특성을 갖는다. 제3 유전체 재료(29)는, 파동을 조합하고, 펄스화 전압만이 진공 벽(vacuum wall)의 양단에 걸리도록 해서, 응력(stress)이 그 진공 벽에 부여되는 시간을 감소시키고, 더 높은 구배(gradients)가 가능하도록 한다. 이 제3 유전체 재료는 또한, 파동을 선형 가속기에 부여하기 전에, 파동을 변환, 즉 전압을 상승시키고 임피던스를 변경하는 등의 변환을 위한 영역으로도 사용된다. 이와 같이, 제3 유전체 재료(29)와 제2 단부(22)는, 화살표(16)로 표시되는 부하 영역(load region)에 이웃하는 것으로 도시되어 있다. 특히, 화살표(16)는 입자 가속기의 가속 축(acceleration axis)과 입자 가속의 방향을 나타낸다. 가속의 방향은, 2개의 유전체 스트립을 통해, 고속 전송 라인 및 저속 전송 라인의 경 로에 따라 달라진다는 것을 알 수 있다.

도 3에서, 스위치(28)는, 각각의 제1 단부, 즉 블럼레인 모듈(36)의 제1 단부(21)에서, 평면 도체 스트립(23, 25, 26)에 접속된 것으로 도시되어 있다. 스위치는, 초기에 바깥쪽의 평면 도체 스트립(23, 26)을 접지 전위에 접속시키고, 중간의 평면 도체 스트립(25)을 고전압 소스에 접속시킨다(도시 안 됨). 다음에, 스위치(28)는, 블럼레인 모듈을 통해, 전파 전압 파면을 초기화하고, 출력 펄스를 제2 단부에서 생성하기 위해, 제1 단부에 단락(short circuit)을 적용하도록 작동한다. 특히, 스위치(28)는, 블럼레인 모듈이 대칭 동작을 행하도록 구성되었는지 비대칭 동작을 행하도록 구성되었는지에 따라, 제1 단부로부터 제2 단부까지 하나 이상의 유전체 내에서 역 극성의 전파 파면(propagating reverse polarity wavefront)을 초기화할 수 있다.

블럼레인 모듈이 비대칭 동작을 행하도록 구성된 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 블럼레인 모듈은, 상이한 유전 상수 및 상이한 두께(d1≠d2)를 갖는 유전체 복합 층(24, 27)을 포함한다. 블럼레인 모듈의 비대칭 동작은, 이 유전체 층을 통해 상이한 전파 파동(propagating wave) 속도를 생성한다. 제2 유전체 복합 스트립(27)은, 제1 유전체 복합 스트립(24)보다 전파 속도가 실질적으로 느리도록, 예컨대 3:1이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 전파 속도는 v ₂ 와 v ₁ 으로 정의되는데, v ₂ =(μ ₂ ε ₂ ) ^{-0. 5} 이고, v ₁ =(μ ₁ ε ₁ ) ^{-0. 5} 이다. 여기서, 투자율(permeability) μ ₁ 과 유전율(permittivity) ε ₁ 은 제1 유전체 재료의 물질 상수(material constant)이 고, 투자율 μ ₂ 와 유전율 ε ₂ 는 제2 유전체 재료의 물질 상수이다. 이것은, 제2 유전체 스트립에 대해, 제1 유전체 스트립의 유전 상수, 즉 μ ₂ ε ₂ 보다 더 큰 값의 유전 상수, 즉 μ ₁ ε ₁ 를 갖는 물질을 선택함으로써 달성될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 제1 유전체 스트립의 두께를 d ₁ 로 나타내고, 제2 유전체 스트립의 두께를 d ₂ 로 나타내고 있는데, d ₂ 는 d ₁ 보다 더 큰 값임을 알 수 있다. 두께 d ₂ 를 두께 d ₁ 보다 더 크게 설정함으로써, 상이한 공간적 배치와 상이한 유전 상수의 조합에 의해, 제2 평면 도체 스트립(25)의 양측에는 특성 임피던스 Z가 동일하게 된다. 특성 임피던스가 양쪽 절반에서 동일할 수 있지만, 각각의 절반을 통한 신호의 전파 속도는 반드시 동일할 필요가 없다는 것이 중요하다.

도 4는 선형 가속기(그 전체를 도면부호 30으로 나타냄)의 대칭형 블럼레인 구성을 나타낸다. 이 선형 가속기는, 제1 도체(33), 제2 도체(35), 및 제3 도체(36)와, 제1 캐스트 유전체 복합 재료 스트립(34, 37)을 포함한다. 제1 도체(33), 제2 도체(35), 및 제3 도체(36)와, 제1 캐스트 유전체 복합 재료 스트립(34, 37)을 포함한다. 그러나, 블럼레인 모듈이 대칭 동작을 행하도록 구성된 경우에는, 유전체 복합 스트립(34, 37)은 동일한 유전 상수를 가지며, 폭과 두께(d1=d2)도 동일하다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 유전체 복합 스트립(37)에 매우 근접해서 자성 재료(magnetic material)가 배치됨으로써, 파면의 전파가 제2 유전체 복합 스트립에서 차단된다. 이러한 방식에서, 스위치는, 제1 유 전체 복합 스트립(34)에서만 역 극성 전파 파면을 초기화하도록 구성되어 있다.

스위치(28, 38)는, 예컨대 가스 방전 차단 스위치, 표면 섬락 차단 스위치(surface flashover closing switches), 고체 소자 스위치, 광도전성 스위치 등과 같이, 블럼레인 모듈의 비대칭 동작 또는 대칭 동작에 적합한 스위치라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 스위치 및 유전체 재료의 타입/치수는, 콤팩트한 가속기가 다양한 가속도 구배, 예컨대 미터당 20 메가 볼트를 초과하는 구배에서 동작할 수 있도록 적절하게 선택될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 구배를 더 낮게 하는 것은 단순한 설계의 변경에 의해 달성할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 유전체 복합 재료를 사용하여 제조되는 블럼레인 모듈은, 제1 블럼레인 모듈에 하나 이상의 블럼레인 모듈이 추가로 정렬되어 적층된 단일의 가속도 셀(acceleration cell)을 형성하도록 적층될 수 있다. 적층된 층들은 상이한 유전 상수와 상이한 두께를 가질 수 있다.

일반적으로, 도 1의 층(15), 도 3의 층(24, 27), 및 도 4의 층(34, 37)에 사용된 캐스트 유전체 복합 재료는, 미국 특허 제6,608,760호(이 특허 문헌의 내용을 본원에 인용하여 원용함)에 개시된 것과 같은 유형이지만, 고에너지 입자 가속기를 위한 높은 유전 상수, 바람직하게는 2 내지 40의 유전 상수를 만들기 위해, 롤 성형(roll forming) 공정을 사용하지 않고, 주조(casting) 공정을 사용하여 제조된다. 이와 같이, 주조된 캐스트 유전체 복합 재료는, 적어도 하나의 유기 폴리머체(organic polymer)와 적어도 하나의 입자 충전제(particle filler)가 복합 기재 재료(composite matrix)에 함께 주조(cast)된다. 입자 충전제는 유기 폴리머보다 유전 상수가 크다. 그리고 바람직하게는, 적어도 하나의 유기 폴리머는 140℃ 보다 큰 온도 Tg를 가지며, 캐스트 유전체 복합 재료는 -55℃ 내지 125℃의 온도 범위에서, 15% 이하로 변화하는 유전 상수를 갖는다. 이러한 유전체 복합 재료를 주조함에 의해, 본 발명의 전송 라인은 100 kV/cm를 초과하는 상당히 높은 절연 파괴 전압(breakdown voltage)을 갖게 된다.

입자 충전제는, 입방 결정(cubic crystalline) 구조를 갖는 비내화성 강유전체 입자(non-refractory ferroelectric particles)이며, 넓은 범위의 온도에서 높고 매우 안정적인 유전 상수를 보이는 것이 바람직하다. "비내화성 강유전체 입자"라는 용어는, 본 명세서에서, 하나 이상의 강유전체 재료로 이루어진 입자를 의미하는 것으로 사용된다. 바람직한 강유전체 재료에는, 바륨 티타네이트(barium titanate), 스트론튬 티타네이트(strontium titanate), 바륨 네오디뮴 티타네이트(barium neodymium titanate), 바륨 스트론튬 티타네이트, 마그네슘 지르코네이트(magnesium zirconate), 티타늄 다이옥사이드(titanium dioxide), 칼슘 티타네이트(calcium titanate), 바륨 마그네슘 티타네이트(barium magnesium titanate), 리드 지르코늄 티타늄(lead zirconium titanium), 및 이들의 혼합물이 포함된다.

또한, 본 발명에 사용되는 강유전체 입자는, 대략 20 나노미터 내지 대략 150 나노미터 범위의 입자 크기를 가질 수 있다. 이 강유전체 입자는, 이 입자가 100 나노미터보다 작은 입자 크기, 바람직하게는 대략 50 나노미터의 입자 크기를 갖는 실질적으로 모든 나노 입자인 것이 바람직하다. 또한, 강유전체 입자의 적어도 50%는 50 나노미터 내지 100 나노미터 범위, 바람직하게는 40 나노미터 내지 60 나노미터 범위의 크기를 갖는 것이 좋다. 본 발명에 사용되는 강유전체 입자는, 침전 공정(precipitation process)과 같은 비내화성 공정에 의해 제조되는 입자, 예컨대 TPL, Inc.가 제조한 50 나노미터의 바륨 또는 스트론튬 티타네이트 나노 입자인 것인 바람직하다.

강유전체 입자는 적어도 하나의 폴리머와 조합되어 유전체 층을 형성할 수 있다. 강유전체 입자는, 유전체 층의 대략 10 내지 80 중량 %, 바람직하게는 대략 15 내지 50 볼륨 %, 가장 바람직하게는 20 내지 40 볼륨 %로 유전체 층에 제공될 수 있으며, 유전체 층의 나머지 부분은 하나 이상의 수지계(resin system)를 포함한다. 강유전체 입자는, 유전체 인쇄 회로 기판 층을 제조하기 위해 일반적으로 사용되는 하나 이상의 수지(resin)와 조합되는 것이 바람직하다. 이러한 수지에는, 실리콘 수지, 시안산염 에스테르(cyanate ester) 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 캡톤 물질(Kapton material), 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide triazine) 수지, 우레탄 수지, 이들 수지의 혼합물, 및 유전체 기판 재료를 제조하는데 사용될 수 있는 임의의 다른 수지가 포함될 수 있다. 수지는, Tg가 높은 것이 바람직하다. Tg가 높은 수지로 함으로써, 사용되는 수지계는, 대략 140℃보다 높은 경화된 Tg를 가져야 한다. 수지의 Tg는, 160℃가 넘도록 하는 것이 바람직하고, 180℃가 넘도록 하는 것이 가장 바람직하다. 바람직한 수지계로서, AlliedSignal Inc.에서 제조한 406-N Resin이 있다.

본 발명에 사용되는 유전체 복합 재료는, 미국 특허 제6,608,760호에 개시된 것과 실질적으로 동일하지만, 본 발명의 제조 방법은, 선형 가속기에 사용하기 위 한 캐스트 유전체 복합 재료로 된 슬래브 층(slab layer)을 생성하기 위해 캐스팅(주조) 방법을 사용한다.

도 5 내지 도 7에는, 선형 가속기를 제조하는 방법의 제1 예를 나타낸다.

도 5는 도체 슬래브/스트립(52) 등의 도체가 일정한 간격을 두고 정렬된 몰드 캐비티(mold cavity)(51)를 갖는 거푸집(mold form)(50)이 도시되어 있다. 도 6에서, 도체를 적어도 부분적으로 침지(immerse)하기 위해, 아직 경화되지 않은 상태의(un-cured) 유동성인 유전체 복합 슬러리를, 몰트 캐비티에 주입 또는 그외 다른 방법으로 도입한다. 다음에, 유전체 복합 재료를 적절한 온도와 압력하에서 경화한다. 경화 온도는, 예컨대 대략 50℃ 내지 대략 150℃의 범위를 가질 수 있으며, 압력은 대략 100 psi 내지 대략 1500 psi의 범위를 가질 수 있다. 경화를 행한 후에, 도 7에 도시된 바와 같이, 캐스트 모노리식 본체(54)가 몰드 캐비티의 형태로 생성되며, 에지 부분에서의 전기장을 최소화하기 위해, 캐스트 유전체 복합 재료를 도체 전극(conductor electrode)을 둘러싸도록 한다.

도 8 내지 도 11은, 본 발명의 선형 가속기를 제조하는 제2 예를 나타낸다. 도 8을 참조하여 보면, 거푸집(60)의 내부에 유전체 복합 슬러리(61)가 주입 또는 그외 다른 방법으로 도입되어 있다. 도 9를 참조하여 보면, 거푸집으로부터 유전체 복합 슬래브(61)가 주조되어, 거푸집의 형태를 취하게 된다. 도 10을 참조하여 보면, 추가의 캐스트 유전체 복합 재료(62, 63, 64)가 각각 도체 전극(71, 72, 73)과 번갈아 배치된 캐스트 유전체 복합 재료(61)가 도시되어 있다. 그러나, 층들을 결합시키기 전에, 도 10을 참조하여 보면, 높은 유전 상수를 갖는 제2 재료(65, 66, 67, 68, 69)가 유전체 슬래브의 접촉 면 위에 피복되어 있다. 이 제2 유전체 재료는, 본 명세서에서 언급하는 유형의 유전체 복합 재료인 것이 바람직하지만, 높은 농도(concentration)의 높은 유전 상수를 갖는 나노 입자를 갖는다. 다음에, 도체(71, 72, 73)가, 제2 유전체로 피복된 유전체 슬래브(61, 62, 63, 64)에 대해, 화살표(74, 75)로 나타내는 방향으로 압착(press)해서, 제2 유전체 재료가 도체 사이에서 밖으로 돌출되도록 한다. 도체 전극은 도전성, 반도전성, 절연성, 반절연성의 층들 중 하나로 피복되는 것이 바람직하다. 도 11은, 이러한 방식으로 제조된 선형 가속기의 최종적인 형태(80)를 나타내며, 제2 유전체 재료(81, 82, 83)가 도체와 유전체 복합 슬래브를 분리시키는 지점의 삼중점 영역(triple point regions)을 채우고 있다. 이러한 방식에 의하면, 에지 부분에서의 전기장이 감소되기 때문에 성능을 향상시킬 수 있다.

유전체 층은, 다른 제2 충전제 물질을 선택적으로 포함함으로써 강화될 수 있다. 제2 충전체 물질의 예로는, 석영, 실리카 유리, 전자 등급 유리, 및 세라믹 등의 직물 또는 부직물 재료, 아라미드, 액정 폴리머, 방향족 폴리아미드 또는 폴리에스테르 등의 폴리머, 세라믹 폴리머 등의 미립자 물질, 및 그외 다른 충전체와, 인쇄 배선 기판을 제조하는데 일반적으로 사용되는 강화 물질(reinforcing material)이 포함된다. 제2 충전제 물질은, 대략 20 내지 70 중량 % 범위, 바람직하게는 대략 35 내지 대략 65 중량 % 범위의 양으로 유전체 층에 제공될 수 있다.

본 발명의 유전체 재료는, 유전체 층을 제조하는데 일반적으로 사용되는 다른 선택적인 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 입자 및/또는 제2 충전제 물질은, 충전제와 수지 재료 사이를 결합시키기 위해 결합제(binding agent)를 포함하여, 유전체 층을 강화할 수 있다. 또한, 본 발명에 사용되는 수지 복합 재료는, 실란 커플링제(silane coupling agents), 지르코산염(zirconates), 및 티탄산염(titanates) 등의 커플링제를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 수지 복합 재료는, 입자 응집(particle agglomeration) 또는 피복된 표면 외양을 제어하기 위해 계면활성제 및 습윤제(wetting agents)를 포함할 수 있다. 본 발명의 수지/강유전체 입자를 사용하여 제조되는 유전체 층은, 두께가 0.005 인치보다 큰 것이 바람직할 것이다.

특정의 동작 순서, 재료, 온도, 파라미터, 및 특정의 실시예를 설명 및 예시했지만, 이는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자라면 변형 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있으며, 본 발명은 청구범위에 의해서만 제한될 뿐이다.