전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 커플링 플레이트

전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 커플링 플레이트{A Method for Producing a Coupling Plate of a Electron Accelerator and A Coupling Plate by the Same}

본 발명은 전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 커플링 플레이트에 관한 것이고, 구체적으로 커플링 조건에 적합한 조도를 가지는 전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 커플링 플레이트에 관한 것이다.

공항 또는 항구와 같이 많은 사람 및 화물이 출입하는 곳에 설치되어 박스 또는 컨테이너를 개봉하지 않고 물품의 내부를 검색하기 위하여 보안 검색기가 사용된다. 보안 검색기는 계측기, 탐지기, 영상 시스템 및 이송 장치로 이루어질 수 있고, 계측을 위한 장치는 고주파 전자 가속기를 포함한다. 고주파 전자 가속기는 컨테이너 검사를 비롯하여 비파괴 검사 또는 방사선 치료와 같이 다양한 분야에 적용되고, 전자를 발생시키는 전자총, 고주파 발생 장치에 의하여 발생된 고주파에 의하여 전자를 가속시키는 고주파 가속관, 가속관에서 가속된 전자가 충돌하는 표적 및 표적에서 발생된 X선을 유도하는 콜리메이터로 이루어질 수 있다. 그리고 고주파 가속관에 다수 개의 커플링 플레이트가 배치되어 전자를 가속시킬 수 있다.

특허공개번호 제10-2013-0129815호는 CNT실을 전자빔 방출 소스로 사용하여 전자빔을 발생시키는 전자빔 발생부; 상기 전자빔이 입사되어 가속되는 가속관; 및 고주파를 발생시키고, 상기 전자빔 발생부와 상기 가속관에 각각 고주파를 인가하고, 상기 전자빔 발생부와 상기 가속관에 서로 다른 파워를 갖는 고주파를 인가하는 고주파 발생기에 대하여 개시한다.

특허공개번호 제10-2014-0086859호는 전자빔을 생성하도록 배치된 전자총과, 메인 펄스 전력 신호를 제공하도록 배치된 펄스 전력원과, 상기 펄스 전력원의 하부에 연결되어 상기 펄스 전력원이 출력하는 상기 메인 펄스 전력 신호를 제1 펄스 전력 신호와 제2 펄스 전력 신호로 분할하는 전력 분배기와, 상기 전자총의 하부에 설치되고 상기 전력 분배기에 연결되며 상기 제1 펄스 전력 신호를 이용하여 전자빔을 가속하는 제1 가속관과, 상기 제1 가속관의 하부에 설치되고 전력 분배기로부터 상기 제2 펄스 전력 신호를 수신하도록 배치되고 사익 제2 펄스 전력 신호를 이용하여 전자빔을 가속시키는 제2 가속관과, 상기 전력 분배기의 출력에 연결되며 상기 제2 가속관의 출력이 에너지가 연속적으로 조절되는 가속 전자빔의 생성하도록 제1 펄스 전력 신호와 상기 제2 펄스 전력 신호 사이의 위상차를 조절하는 위상 천이기와 상기 제2 가속관의 하부에 설치되어 상기 가속 전자빔에 의한 충돌에 의하여 X-레이를 생성하는 표적을 포함하는 정상파 전자 선형 가속기 장치에 대하여 개시한다.

전자 또는 전자빔의 가속을 위한 가속기는 가속기 장치에 핵심 구성이 되고 가속기 내부에 배치되는 커플링 플레이트는 전자가 정해진 모드로 가속될 수 있는 주요 인자가 된다. 그러나 상기 선행기술은 이와 같은 커플링 플레이트의 구조에 대하여 개시하지 않는다.

본 발명의 목적은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 커플링 조건에 적합한 조도를 가지는 전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법 및 그에 의하여 제조된 커플링 플레이트를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 전자 가속기의 커플링 플레이트의 제조 방법은 금속 소재의 블록을 준비하는 단계; 상기 블록의 정해진 위치에 캐비티의 형상을 가공하는 단계; 상기 캐비티의 형상을 가지는 양모 연마 공구를 준비하는 단계; 연마 과정에서 적용되어야 하는 압력을 결정하는 단계; 및 상기 압력에 따라 상기 캐비티를 연마하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 압력을 결정하는 단계는 온도를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 온도는 60 내지 90 ℃가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 압력은 다수 개의 단계로 나누어 서로 다른 크기로 가해지도록 조절된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 전자 가속기의 커플링 플레이트는 구리 또는 알루미늄 소재의 사각형 단면을 가지는 베이스 블록; 베이스 블록에 형성된 적어도 하나의 캐비티; 적어도 하나의 캐비티의 둘레 면에 형성된 곡면 연결 면을 포함하고, 상기 캐비티의 내부 면은 연마에 의하여 표면 조도가 조절된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 연마는 20 내지 50 ㎚의 표면 조도를 가지도록 조절되고, 양모 연마가 된다.

본 발명에 따라 제조된 커플링 플레이트는 가속 캐비티(Accelerating Cavity)와 사이드 커플링 캐비티(Side Coupling Cavity)를 가지는 것에 의하여 서로 다른 방식의 커플링 플레이트의 배열이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 정해진 수준의 표면 조도를 가지는 커플링 플레이트의 제조를 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 방법은 캐비티의 곡면 부위에서 발생되는 표면 조도의 편차가 감소되도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 커플링 플레이트의 제조 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 커플링 플레이트의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 커플링 플레이트의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 커플링 플레이트의 제조 방법의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 커플링 플레이트의 제조 방법은 금속 소재의 블록을 준비하는 단계(P11); 상기 블록의 정해진 위치에 캐비티의 형상을 가공하는 단계(P12); 상기 캐비티의 형상을 가지는 연마 공구를 준비하는 단계(P13); 연마 과정에서 적용되어야 하는 압력을 결정하는 단계(P14); 및 상기 압력에 따라 상기 캐비티를 연마하는 단계(P15)를 포함한다.

블록 소재는 두께를 가진 사각 플레이트 형상이 될 수 있고, 예를 들어 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 블록 소재의 구조 또는 형상은 내부에서 형성되어야 하는 전기장 또는 자기장에 따라 결정될 수 있다. 블록 소재가 준비되면(P11), 캐비티(cavity)가 형성될 수 있다(P12).

캐비티는 전자가 가속되는 공간에 해당되고 다양한 전기장 또는 자기장 모드에 따른 형상을 가질 수 있다. 캐비티는 오목한 렌즈 형상으로 만들어질 수 있고, 선반 가공 또는 다른 절삭 가공에 의하여 만들어질 수 있다. 선반 가공 또는 절삭 가공에 의하여 블록 소재에 캐비티 형상이 만들어지면(P12) 연마 공정(polishing)이 진행될 수 있다.

연마 공정은 양모에 의하여 진행될 수 있고, 바람직하게 하드 양모(hard wool)에 의하여 진행될 수 있다. 양모에 의한 연마 공정은 캐비티 형상에 맞는 연마 툴에 의하여 진행될 수 있다. 예를 들어 캐비티 형상을 가지는 양모 연마재가 준비될 수 있다(P13).

양모 연마재는 펠트 연마재가 될 수 있고, 아크릴 펠트, 비스코스/레이온 펠트 또는 울 펠트와 같은 양모 연마재가 될 수 있다. 양모 연마재는 전체 중량의 90 wt% 이상의 양모를 포함할 수 있고, 비중이 0.33 내지 0.85, 바람직하게 0.50 내지 0.80, 가장 바람직하게 0.50 내지 0.70이 되도록 압축될 수 있다. 이후 양모 연마재는 가공되어야 하는 캐비티 형상으로 만들어질 수 있다. 양모 연마를 위하여 양모 연마재가 연마 툴에 장착될 수 있고, 연마 툴을 양모 연마재를 고정시키면서 회전 가능한 회전축을 가질 수 있다. 예를 들어 연마 툴은 생크(shank) 방식의 플랩 휠 구조로 만들어질 수 있고, 생크는 속도 조절이 가능한 회전축에 연결될 수 있다. 이와 같은 방법으로 양모 연마재가 준비되면(P13), 온도와 압력이 결정될 수 있다(P14).

온도와 압력은 표면 조도에 영향을 미치고 양모 연마재의 종류 또는 블록 소재에 따라 결정될 수 있고, 특히 압력 범위의 결정이 표면 조도를 결정하는 주요한 인자가 된다. 예를 들어 연마 과정에서 접촉 표면의 온도는 60 내지 90 ℃의 범위로 유지될 수 있고, 압력은 예를 들어 20 내지 180 psi로 유지될 수 있다. 압력 조절은 단계적으로 이루어질 수 있고, 적어도 2 내지 6 단계로 나누어 단계적으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 180 내지 150 psi, 140 내지 100 psi, 80 내지 50 psi 및 40 내지 20 psi와 같이 단계적으로 압력을 낮추면서 연마가 진행될 수 있다. 또는 서로 다른 크기의 압력이 교대로 가해질 수 있다. 예를 들어 100 내지 140 psi의 압력과 80 내지 50 psi의 압력이 10 내지 15 분간 및 1 내지 5 분간의 시간으로 교대로 가해질 수 있다. 압력 조절은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고, 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 이와 같은 방법으로 온도 및 압력이 결정되면(P14), 캐비티 연마가 진행될 수 있다(P15).

캐비티 연마를 위하여 연마 툴이 모터에 연결될 수 있고, 모터의 회전에 의하여 캐비티 내부 표면이 연마될 수 있다(P15). 연마 과정에서 온도 및 압력의 측정을 위하여 온도 센서 및 압력 센서가 양모 연마재에 배치될 수 있고, 30 내지 300 분 동안 연마가 진행될 수 있다. 연마 과정에서 압력이 순차적으로 조절될 수 있고, 온도 또한 조절될 수 있다. 각각의 압력 단계에 따른 연마 시간은 동일하거나 서로 다를 수 있고, 예를 들어 압력이 높아질수록 연마 시간이 짧아질 수 있다. 모터의 회전 속력은 500 내지 10,000 rpm이 될 수 있고, 압력이 낮아질수록 모터의 회전 속력이 작아질 수 있다. 연마 과정에서 온도가 제어될 수 있고, 온도는 60 내지 90 ℃의 온도 범위에서 압력이 낮아질수록 온도가 높아지도록 조절될 수 있다.

이와 같은 방법으로 만들어진 커플링 플레이트의 표면 조도는 10 내지 50 ㎚가 되고, 전자 가속기의 가속관에 적용될 수 있는 수준이 될 수 있다.

위에서 캐비티 내부의 표면이 연마되는 것으로 설명이 되었지만 연마는 블록 전체에 대하여 이루어질 수 있다. 다만 캐비티 내부에 형성되는 곡면의 조도 수준을 얻기 어렵고, 이로 인하여 제조 공정을 간단하기 위하여 캐비티 내부 면이 양모 연마에 의하여 가공될 수 있다.

다양한 방법으로 커플링 플레이트가 가공될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 커플링 플레이트의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2의 (가) 및 (나)는 본 발명에 따라 제조된 커플링 플레이트의 한쪽 면 및 다른 쪽 면을 나타낸 것이다.

베이스 블록(21)은 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 소재가 될 수 있고, 전체적으로 사각판형이 될 수 있고 정해진 두께를 가질 수 있다. 베이스 블록(21)에 캐비티가 형성될 수 있고, 캐비티는 적어도 하나의 블록 부위(22)와 블록 부위(22)의 주위로 고리 형상으로 만들어지는 오목 부위(23)를 포함할 수 있다. 블록 부위(22)와 오목 부위(22)의 경계 면은 미리 결정된 형상의 전기장 또는 자기장이 만들어지도록 곡면으로 만들어질 수 있다. 커플링 플레이트의 연결 구조에 따라 사이드 커플링 캐비티(24)가 형성될 수 있다.

커플링 플레이트에서 캐비티의 내부 면의 조도는 가속 성능에 영향을 미칠 수 있다. 특히 곡면 부분의 조도가 가속 성능에 많은 영향을 미치게 된다. 이와 같은 곡면 부분은 선반의 절삭 가공 또는 밀링 가공에 의하여 요구되는 조도로 만들어지기 어렵다. 이에 따라 본 발명에 따른 양모 연마재의 가공에 의하여 조도가 조절될 수 있다.

커플링 플레이트는 다양한 방법으로 만들어질 수 있고, 본 발명에 따른 제조 방법은 다양한 형상을 가지는 커플링 플레이트의 제조에 적용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 커플링 플레이트의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 베이스 블록(31)에 가속 캐비티와 사이드 커플링 캐비티가 형성될 수 있다. 가속 캐비티는 가속 오목 부위(32)와 가속 블록 부위(33)로 이루어지고, 사이드 커플링 캐비티는 사이드 블록 부위(34)와 고리 오목 부위(35)로 이루어질 수 있다. 각각의 캐비티에 곡면 연결 면(36)이 형성될 수 있다. 곡면 연결 면(36)은 예를 들어 가속 곡면(361), 경계 곡면(362) 및 주변 곡면(363)으로 이루어질 수 있다.

커플링 플레이트의 제조를 위하여 구리 또는 알루미늄과 같은 소재에 가속 캐비티 및 사이트 커플링 캐비티가 선반 가공으로 만들어질 수 있다. 선반 가공은 예를 들어 황삭 또는 정삭 공정으로 이루어질 수 있다. 선반 가공이 완료되면 표면 조도의 조절을 위하여 위에서 양모 연마재에 의한 연마 공정이 진행될 수 있다. 그리고 표면 조도가 20 내지 50 ㎚, 바람직하게 20 내지 30 ㎚로 조절될 수 있다.

이와 같이 만들어진 커플링 플레이트가 서로 연결되어 전자 가속기의 가속관에 배치될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 커플링 플레이트는 가속 캐비티(Accelerating Cavity)와 사이트 커플링 캐비티(Side Coupling Cavity)를 가지는 것에 의하여 서로 다른 방식의 커플링 플레이트의 배열이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 정해진 수준의 표면 조도를 가지는 커플링 플레이트의 제조를 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 방법은 캐비티의 곡면 부위에서 발생되는 표면 조도의 편차가 감소되도록 한다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

21: 베이스 블록 22: 블록 부위
23: 오목 부위 24: 사이드 커플링 캐비티
31: 베이스 블록 32: 가속 오목 부위
33: 가속 블록 부위 34: 사이드 블록 부위
35: 고리 오목 부위 36: 곡면 연결 면
361: 가속 곡면 362: 경계 곡면
363: 주변 곡면