탄뎀형 가속기용 빔 bunching 시스템의 제작을 위한 모사 및 파라메타의 계산


홍완, 김기동, 김영석,우형주, 최한우 (한국지질자원연구원, 입자빔 응용팀)
대전시 유성구 가정동 30
장종화 (한국원자력연구소)

연속 이온빔원인 탄뎀형 가속기로부터 펄스빔을 인출하기 위한 이온빔 bunching 시스템을 제작하기 위하여 구조를 설정하고, 시스템 제작을 위한 설계조건들을 모사를 통해 계산하였다. 본 bunching 시스템은 1차로 양성자 빔을 대상으로 하고 있으나 후에 중양자 빔도 대상으로 할 수 있도록 개조될 예정이다. Bunching 시스템은 크게 buncher 와 빔 압축부분으로 나눌 수 있는데, buncher 는 bunching 전극과, 슬릿으로 구성되며 압축부분은 3개의 원통형 전극으로 이루어져 있다. Bunching 시스템의 모사를 위하여 각 전극들에 의해 발생되는 전기장의 크기는 Superfish 프로그램을 이용하여 계산하였고 그 계산치들을 자체 제작한 모사프로그램의 입력데이타로 활용하였다. 모사프로그램은 전기장 외에도 전극의 크기와 위치, 전극에 인가하는 전압의 크기와 주파수, 전극 인가전압들의 위상차 등을 입력데이타로 사용할 수 있도록 제작되었다. 32 bit 윈도우즈 시스템을 탑재한 개인용 컴퓨터에서 작동하도록 되어 있는 이 프로그램은 빔의 진행에 따른 펄스의 생성과 모양의 변화를 실시간으로 모사하여 보여주며, 최종적으로 통계처리를 통한 bunching 효율, 특정위치에서의 펄스 폭 및 모양을 계산하도록 작성되었다. 고전압, 고주파수 전원은 제작상에 어려움이 많으며, 제작비용을 고려할 때 필요한 사양의 계산은 설계에 있어 중요한 과정이다. 설계 목표치인 펄스 폭 2 nsec 이하, bunching 효율 30 % 이상의 성능을 얻기 위한 조건으로 Buncher 전극의 전압 100 V 내외, 압축 전압 2 kV 이하, 전원의 주파수 4 MHz, 빔 펄스 주파수 8 MHz 의 계산결과를 얻을 수 있었으며, 이러한 사양의 전원은 국내 기술로 제작 가능하다.

2002 한국물리학회 춘계학술대회 (2002.4, BEXCO, 부산)

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