가속기 발진기

마지막 업데이트: 2022년 3월 27일 | 0개 댓글
  • 네이버 블로그 공유하기
  • 네이버 밴드에 공유하기
  • 페이스북 공유하기
  • 트위터 공유하기
  • 카카오스토리 공유하기
수정 발진기 수정을 크리스탈에 연결하여 설계 할 수 있습니다.반 공진 또는 병렬 공진 모드 (그림 2b)에서 작동 할 때 직렬 공진 모드 (그림 2a) 및 높은 임피던스에서 작동 할 때 낮은 임피던스를 제공하는 회로.

도시 된 회로에서, 저항들 (R1 및 R2 분압기 네트워크를 형성하는 한편 이미 터 저항기 R이자형 회로를 안정시킨다. 또한, C이자형 (그림 2a)는 AC 바이 패스 커패시터로 동작하고 커플 링 커패시터 C기음 (그림 2a)는 컬렉터와베이스 터미널 사이의 DC 신호 전파를 차단하는 데 사용됩니다. 다음으로, 커패시터 (C1 및 C2 용량 성 분압기 네트워크를 형성한다.그림 2b의 경우. 또한 그림 2a와 2b의 회로에 RF (Radio Frequency Coil)가있어 DC 바이어스를 제공하고 회로 출력이 AC 신호의 영향을받지 않도록하여 이중 장점을 제공합니다 전원 라인에.
오실레이터에 전원을 공급하면증폭기의 비선형 성이 루프 게인을 1로 감소시키는 지점에 도달 할 때까지 회로의 발진의 진폭이 증가합니다. 다음으로 정상 상태에 도달하면 피드백 루프의 크리스털이 작동 회로의 주파수에 큰 영향을줍니다. 또한, 여기서 주파수는 자체 조정되어 결정이 회로에 리액턴스를 제공하여 바크 하우스 단계 요건이 충족되도록합니다.

정무광 얘기방

모든 물질의 가장 기본이 되는, 현재까지 밝혀진 물질단위는 1964년 겔만(1929~ )이 제안한 쿼크이론이다. 쿼크이론의 실험은 입자가속기의 도움으로 가능하게 된 것이다. 과학계의 이슈인 힉스입자나 빛보다 빠른 것의 존재에 대한 연구 뒤에는 입자가속기라는 거대 장치가 있다.

원자핵을 분석할 때 원자핵을 더 작게 나누기 위해서 입자가속기가 쓰인다. 구성 물질을 알아내기 위해 인위적으로 양성자나 전자와 같은 입자를 가속시켜 원자핵과 충돌시킨 후, 입자들의 운동에너지, 위치, 운동량 등을 조사하게 되는데, 이와 같이 전하를 띤 입자를 전기장과 자기장에 의해 가속시키는 장치가 입자가속기이다.

입자가속기에 의해 큰 운동에너지를 얻은 입자들은 다른 입자들과 충돌하여 새로운 소립자들을 만들어 내는데, 이러한 소립자들의 물리량을 분석하면 입자를 구성하는 물질들을 알아낼 수 있다.

전하를 띤 입자 양쪽에 전위차를 걸어 주면 입자는 전위차에 의해 힘을 받아 한 쪽으로 가속되는데, 입자가속기는 이런 원리에 의해 지속적으로 입자를 가속시켜 입자의 속력을 광속에 가깝게 증가시킬 수 있다.

가속 방식에 따라 선형 가속기, 원형 가속기로 나눌 수 있다.

선형 가속기에는 저에너지 선형 가속기(밴 더 그래프 가속기)와 고에너지 선형 가속기가 있는데,

밴 더 그래프 가속기는 가속시키고자 하는 입자를 고전압에 한 번 통과시켜 입자를 단숨에 가속하는 방식이다.

고에너지 선형 가속기는 가속시키고자 하는 입자를 비교적 낮은 전압에 반복적으로 통과시켜 고에너지를 얻어내는 방식이다.

대표적인 선형 가속기로는 길이가 3.2km이고, 전자의 에너지를 20GeV 이상 높일 수 있는 스탠퍼드 선형 가속기를 들 수 있다. 이 장치로 리히터(Burton Richter, 1931~)는 1974년에 참 쿼크(charm quark)를 발견하였으며, 그 공로를 인정받아 1976년 노벨물리학상을 받았다.

스탠퍼드 선형 가속기. 길이가 3.2km, 전자의 에너지를 20GeV 이상 높일 수 있는, 대표적인 선형 가속기다.

일반적으로 선형 가속기는 원형 가속기에 비해, 고르고 센 입자 빔을 얻을 수 있고, 제동복사에 의한 에너지 손실이 적은 장점이 있지만, 가속시키고자 하는 입자의 에너지가 커질수록 가속기의 길이가 늘어나야 하는 한계가 있다.

그래서 이러한 한계를 보완하여 개발된 것이 한정된 공간에서 입자가 나선(사이클로트론)이나 원형(베타트론, 싱크로트론)으로 돌면서 가속되는 원형 가속기이다.

과천과학관에 전시된 원형가속기

사이클로트론(Cyclotron)은 전하를 띤 입자가 균일한 자기장 속에서 로렌츠 힘을 받으면 원운동을 한다는 사실을 이용하였다. 즉, 균일한 자기장 속에서 원운동을 하는 입자의 회전 주기에 맞추어 고주파 전압(짧은 시간 동안 방향이 계속 바뀌는 전압)을 가하면 입자가 가속되는 방식이다. 1929년 미국의 물리학자 로렌스(Ernest Orlando Lawrence, 1901~1958)가 개발하였으며, 1930년에는 양성자를 80keV까지 가속시킬 수 있는 장치를 만들었다.

베타트론(Betatron)은 변화하는 자기장이 만드는 유도 가속기 발진기 기전력을 이용하여 입자를 가속시키는 방식이다. 즉, 원형의 전자석이 있는 극 사이에 도넛형 가속관을 설치하고, 전자석에 교류 전류를 흐르게 하면, 자기력 변화로 기전력이 유도되어 전자가 가속관 안에서 원형 궤도로 가속되게 된다.

1941년 미국의 물리학자 커스트(Donald W. Kerst, 1911~1993)가 제작에 성공하였으며, 주로 전자를 가속시킬 때 사용되는데, 입자가속기의 이름도 방사선 물질에서 방출되는 베타선(전자)과 관련지어 베타트론으로 정해졌다. 가속관 안에서 전자가 한 주기를 도는 동안에 얻을 수 있는 에너지는 100eV 정도로 작지만, 짧은 시간 동안에 전자가 궤도를 수십만 번 회전하기 때문에 수십 MeV의 에너지를 얻을 수 있다.

싱크로트론. 원형 궤도를 따라 놓여진 전자석이 가속입자의 운동량에 따라 변화하며, 입자의 궤도를 일정하게 한다.

싱크로트론(Synchrotron)은 시간에 따라 자기장과 전기 발진기의 진동수에 변화를 주어 원형궤도로 가속되는 입자의 반지름을 일정하게 유지시켜주는 원형 가속기이다. 싱크로트론은 사이클로트론의 문제점을 보완하기 위해 만들어졌는데, 사이클로트론의 경우 운동하는 입자의 속력이 광속의 10% 이상을 넘을 경우 상대론적 질량은 속도와 함께 증가하게 되고, 입자의 회전 진동수는 속도에 따라 감소하게 된다. 이렇게 되면, 입자의 회전 진동수와 입자를 가속시켜 주는 전기 발진기의 진동수가 일치하지 않아 입자의 에너지를 증가 시킬 수 없게 된다. 또한, 고에너지 입자를 원형으로 가속시키기 위해서는 매우 큰 전자석이 필요하다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 싱크로트론은 시간에 따라 자기장과 전기 발진기 진동수에 변화를 준 것이다.

싱크로트론은 1945년 맥밀란(Edwin Mcmilan, 1907~1991)과 가속기 발진기 벡슬러(Vladimir Veksler, 1907~1966)에 의해 각각 고안되었는데, 이들은 전자 입자의 에너지를 크게 증가시키는 데 기여했다. 고에너지 입자를 생성하기 위해서는 센 자기장을 걸어주는데, 입자의 원운동 반지름을 크게 하면, 비교적 약한 자기장으로도 고에너지 입자를 얻을 수 있다. 각 국가에서 건설하고 있는 고에너지 입자가속기는 싱크로트론이 많은데, 유럽원자핵공동연구소(CERN)에는 세계 최대규모의 싱크로트론인 거대강입자충돌가속기(LHC, Large Hardron Collider)가 있다. LHC의 규모는 고에너지 입자를 얻기 위해 지름이 9km, 둘레가 27km나 된다.

유럽원자핵공동연구소의 거대강입자충돌가속기(LHC). 세계 최대 규모의 싱크로트론으로, 지름이 9km, 둘레가 27km나 된다.

가속 입자의 종류에 따라 입자가속기는 전자 가속기, 양성자 가속기로 나눌 수 있다.

전자 가속기 중 고에너지 가속기는 모두 선형 가속기인데, 그 이유는 전자와 같이 질량이 매우 가벼운 입자들은 직선 가속이 아닌 원형 가속을 할 경우, 제동복사로 많은 에너지를 잃을 수 있기 때문이다.

반면, 양성자 가속기는 대부분 원형 가속기를 사용하는데, 질량이 큰 양성자의 경우, 입자를 원형 궤도에 따라 가속시킬 때 생기는 제동복사 손실량이 작고, 상대적으로 높은 기술 수준을 요하는 선형 가속기보다 원형 가속기가 제작에 이득인 점이 있기 때문이다.

원형 가속기에서 입자의 에너지가 커질수록 상대론적 효과에 의해 강력한 전자기파가 발생되는데, 초기에는 이런 전자기파를 쓸모없는 것으로 생각하였다. 하지만, 이런 전자기파를 이용해서 물질 내 원자의 배열 상태나 전기적인 성질을 밝히는 등 다양한 연구가 가능하다는 것을 알게 되었다.

그래서 이러한 연구를 위해 우리나라에서는 1988년에 포항 방사광 가속기를 설치하였다. 포항 방사광 가속기는 길이가 160m인 선형 가속기, 둘레가 280m인 저장링, 빔라인으로 이루어져 있다. 전자총에서 쏘아진 전자는 선형 가속기에서 가속되어 광속의 99.999997%까지 빨라진다.

광속에 가깝게 가속된 전자는 원형의 저장링에서 10시간 이상 쉬지 않고 돌게 되는데, 저장링에는 36개의 전자석이 있어서 전자가 전자석을 지날 때마다 10도씩 방향을 바꾸어 원형 궤도를 돌게 된다. 방향을 바꿀 때마다 전자는 빛(방사광)을 뿜어내는데 이 빛을 빔라인으로 끌어내어 고분자 태양전지 재료, 마이크로 의학용 로봇, 신약 개발 등 다양한 분야의 연구에 활용하고 있다.

수정 발진기

수정 발진기 역 압전 원리로 작동한다.크리스탈 표면을 가로 질러인가 된 교류 전압이 그것을 고유 진동수로 진동시키는 효과. 이 진동은 결국 진동으로 변환됩니다. Rochele salt와 Tourmaline 같은 다른 물질은 압전 효과를 나타냅니다. 그러나 석영은 다른 물질과 비교할 때 저렴하고 자연적으로 사용할 수 있으며 기계적으로 강하기 때문에 이러한 발진기는 보통 석영으로 만들어집니다.
수정 발진기에서, 결정은 적합하다.전기적인 등가도 1b에 의해 도시 된도 1a에 도시 된 바와 같이 2 개의 금속 플레이트 사이에서 절단되고 장착된다. 실제로, 크리스털은 직렬 RLC 회로처럼 동작하며,

그 전극 (C)의 캐패시턴스와 평행하게 될 것이다.

수정 발진기


C의 존재로 인해, 크리스탈 두 개의 다른 주파수 즉, 공명합니다.

  1. 직렬 공진 주파수, f에스 직렬 캐패시턴스 C에스 직렬 인덕턴스 L과 공진한다.에스. 이 단계에서 크리스털 임피던스가 가장 낮으므로 피드백의 양이 가장 클 것입니다. 같은 수학 표현식은 다음과 같이 주어진다.
  2. 병렬 공진 주파수, f 이것은 L의 리액턴스에스기음에스 다리는 병렬 커패시터 C의 리액턴스와 같다. 즉 L에스 및 C에스 C와 공명하다. 이 순간에 크리스털 임피던스가 가장 높으므로 피드백이 가장 적습니다. 수학적으로 그것은 다음과 같이 주어질 수있다.

축전기의 거동은 f에스 위 f. 그러나 f의 중간에있는 주파수에스 위 f, 크리스탈의 행동은 귀납적 일 것이다. 또한, 주파수가 병렬 공진 주파수 f, L 사이의 상호 작용에스 및 C 병렬로 조율 된 LC 탱크 회로를 형성 할 것이다. 따라서, 크리스털은 직렬 및 병렬 튜닝 공진 회로의 조합으로 볼 수 있기 때문에이 두 가지 중 하나의 회로를 튜닝해야합니다. 또한, f f보다 높을거야.에스 2 개 사이의 근접성은 사용중인 크리스탈의 컷과 치수에 의해 결정됩니다.

수정 발진기

수정 발진기 수정을 크리스탈에 연결하여 설계 할 수 있습니다.반 공진 또는 병렬 공진 모드 (그림 2b)에서 작동 할 때 직렬 공진 모드 (그림 2a) 및 높은 임피던스에서 작동 할 때 낮은 임피던스를 제공하는 회로.

도시 된 회로에서, 저항들 (R1 및 R2 분압기 네트워크를 형성하는 한편 이미 터 저항기 R이자형 회로를 안정시킨다. 또한, C이자형 (그림 2a)는 AC 바이 패스 커패시터로 동작하고 커플 링 커패시터 C기음 (그림 2a)는 컬렉터와베이스 터미널 사이의 DC 신호 전파를 차단하는 데 사용됩니다. 다음으로, 커패시터 (C1 및 C2 용량 성 분압기 네트워크를 형성한다.그림 2b의 경우. 또한 그림 2a와 2b의 회로에 RF (Radio Frequency Coil)가있어 DC 바이어스를 제공하고 회로 출력이 AC 신호의 영향을받지 않도록하여 이중 장점을 제공합니다 전원 라인에.
오실레이터에 전원을 공급하면증폭기의 비선형 성이 루프 게인을 1로 감소시키는 지점에 도달 할 때까지 회로의 발진의 진폭이 증가합니다. 다음으로 정상 상태에 도달하면 피드백 루프의 크리스털이 작동 회로의 주파수에 큰 영향을줍니다. 또한, 여기서 주파수는 자체 조정되어 결정이 회로에 리액턴스를 제공하여 바크 하우스 단계 요건이 충족되도록합니다.

일반적으로, 결정의 주파수발진기는 결정의 물리적 크기와 모양에 의해 결정되는 결정의 기본 주파수 또는 특징 주파수로 고정 될 것입니다. 그러나 결정이 비평 행이거나 두께가 균일하지 않으면 여러 주파수에서 공진하여 고조파가 발생할 수 있습니다. 또한 크리스털 발진기는 기본 주파수의 짝수 또는 홀수 고조파로 조율 될 수 있습니다.이 고조파는 각각 고조파 및 오 버톤 발진기라고합니다. 이에 대한 한 예는 크리스털에 커패시터 또는 인덕터를 추가함으로써 크리스털의 병렬 공진 주파수가 각각 감소하거나 증가하는 경우입니다.
크리스탈의 일반적인 작동 범위발진기는 40 KHz에서 100 MHz까지이며, 여기서 저주파수 발진기는 OpAmps를 사용하여 설계되고 고주파 발진기는 트랜지스터 (BJT 또는 FET)를 사용하여 설계됩니다. 회로에서 발생하는 진동의 주파수는 크리스털의 직렬 공진 주파수에 의해 결정되며 공급 전압, 트랜지스터 파라미터 등의 변동에 영향을받지 않습니다. 결과적으로 크리스털 발진기는 우수한 주파수 안정성으로 높은 Q- 인자를 나타내며, 고주파수 애플리케이션에 가장 적합합니다. 그러나 최적의 전력으로 만 크리스탈을 구동하도록주의를 기울여야합니다. 이는 너무 많은 전력이 크리스털로 전달되면 크리스털에서 기생 공진이 여기되어 불안정한 공진 주파수를 유발할 수 있기 때문입니다. 심지어 출력 파형조차도 위상 잡음 성능의 저하로 인해 왜곡 될 수 있습니다. 또한 과열로 인해 소자 (크리스털)가 파괴 될 수도 있습니다.
수정 발진기 소형이기 때문에 비용이 적게 듭니다.통신 시스템, 안내 시스템, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 우주 추적 시스템, 계측 장비, 의료 기기, 컴퓨터, 디지털 시스템, 계측, 위상 동기 루프 가속기 발진기 시스템, 모뎀, 센서, 디스크 드라이브, 선박 등에서 광범위하게 사용됩니다. 시스템, 통신, 엔진 제어 시스템, 시계, 위성 위치 확인 시스템 (GPS), 케이블 TV 시스템, 비디오 카메라, 장난감, 비디오 게임, 라디오 시스템, 휴대폰, 타이머 등

가속기 발진기

Division of Nuclear Physics, Korea Physical Society

1.png

중이온가속기이용자협회 (RAON Users Association)

중이온가속기 라온(RAON: Rare isotope Accelerator Complex for ON-Line experiment)은 세계 최고의 희귀동위원소 빔 가속기입니다. 희귀동위원소 핵반응을 통해 원소 합성의 비밀, 우주의 진화 과정을 밝혀낼 뿐만 아니라 신물질을 개발하고 의생명과학 분야 연구에도 이용해 치명적인 질병들의 원인 규명과 치료에도 결정적 역할을 할 것입니다. 이렇듯 중이온가속기는 아주 넓은 분야에서 우리나라 기초연구를 선도할 뿐 아니라 세계 각지의 연구진에게도 첨단 연구를 수행할 기회를 제공할 것입니다. 중이온가속기이용자협회는 중이온가속기를 이용하는 학문 및 기술과 밀접한 관련을 갖는 여러 분야의 진보와 발전을 도모하고 국내 중이온가속기 이용자의 저변확대 및 회원 상호간의 교류촉진을 위해 설립되었습니다. 2017년 12월 ‘중이온과학연구협의회(Heavy-Ion Science Research Council)’의 명칭을 ‘중이온가속기이용자협회(RAON Users Association)’로 변경하였으며 2018년 5월 사단법인으로 등록되어 활동을 이어오고 있습니다. 중이온가속기 이용 연구에 관심이 있으신 분들의 적극적인 참여를 바랍니다. 아울러 본 협회는 전문 연구 인력 뿐 아니라 중이온가속기 및 그 이용연구에 관심이 있으신 분들의 참여도 환영합니다. 보다 많은 핵물리분과 회원 여러분들께서 본 협회 회원으로 가입하시어 본 협회와 함께 우리나라 기초과학 발전에 동참하시기를 바랍니다.

2.png

2012 년: 발기인 대회 개최, 125명의 발기인이 참여하여 회장에 김우영(경북대학교) 교수를 선출하여 창립 준비

2017 년: 2017년도 총회를 개최하여 문창범(호서대학교) 교수를 회장으로 선출.

2018 년: 2018년도 정기 총회에서 이사회 구성 및 정관 승인 및 사단법인 중이온가속기 이용자협회’ 법원 등기 완료

2020 년: 2020년도 총회를 가속기 발진기 개최하여 홍병식(고려대학교) 교수를 회장으로 선출.

1. KoBRA (Korea Broad Acceptance Recoil spectrometer & Apparatus, 되튀김 분광기)

KoBRA 그룹은 저에너지 방사성 동위원소빔을 사용하여 폭발적인 핵천체 현상 내에서 일어나는 핵합성 반응을 연구한다. 또한 핵합성 과정에서 생성되는 핵자의 구조 및 특성에 대한 연구를 함께 수행하여 최종적으로 우주에 분포하는 원소 기원과 생성 매커니즘을 밝히는 것을 목표로 하고 있다. 원소의 다양한 합성 과정을 이해하기 위해서는 방사성동위원소 빔을 생성할 수 있는 가속기가 필수적으로 필요하다. 따라서, 본 그룹은 일본 RIKEN의 CRIB, SAMURAI 시설, 러시아 JINR의 ACCULINA2 가속기 발진기 시설 등의 방사성 동위원소 빔 생성 시설을 이용하여 연구를 진행하고 있으며 앞으로 설립될 RAON의 KoBRA 시설을 활용하여 진행할 수 있는 연구에 대해 탐구하고 있다

2. LAMPS (Large Acceptance Multi-Purpose Spectrometer, 다목적 대영역 입자측정장치)

LAMPS 그룹은 고에너지 및 저에너지 방사성 동위원소빔을 이용하여 다양한 상태의 핵물질을 만들고 그 특징을 연구한다. 특히, 희귀 동위원소핵의 대칭에너지를 정밀하게 측정함으로써 핵물리 분야에 오랫동안 밝혀지지 않은 상태방정식에 강력한 실험 데이터를 제공할 예정이다. 그 뿐만 아니라 신성이나 초신성에서 일어나는 핵반응 및 중성자과잉 핵의 내부 구조를 포함한 여러 연구를 동시에 수행할 검출기 시스템을 갖추고 있다. LAMPS 는 시간투영검출기(Time Projection Chamber), ToF/Trigger 검출기, 빔 진단 검출기, 중성자 검출기, 타겟 시스템으로 구성되어 있다. 또한, 하전입자의 운동량을 정확히 측정하기 위해 1 T의 초전도체 솔레노이드 자석을 사용한다.

3. MMS / MR-TOF (Mass Measurement System / Multi-Reflection Time-of-Flight, 다중반사 시간비행장치)

방사성 희귀 동위원소의 질량은 핵융합이나 핵분열과 같은 인류가 사용 가능한 에너지의 생성법을 이해하는 것과 같이 우리 삶에 직접적인 영향을 미치는 문제뿐 아니라, 무거운 원소들의 핵합성 방법 이해를 통해 우리 자신과 주변의 모든 물질을 구성하는 기본 원소들의 궁극적인 기원을 밝히는 것에도 매우 중요한 역할을 한다. MMS 그룹에서는 원소의 질량을 정밀하게 측정하기 위해 다중반사 시간비행장치(Multi-Reflection Time-of-Flight, MR-TOF)를 일본 KEK의 KISS (KEK Isotope Separation System) 그룹과의 국제 공동연구를 통해 개발하고 있다. 이를 이용하여 다양한 방사성 희귀 동위원소들의 정확한 질량 측을 통해 기초 핵물리 연구 및 에너지 연구에 큰 기여를 할 것으로 전망한다.

4. CLS (Collinear Laser Spectroscopy, 동축 레이저 분광법)

CLS 그룹은 동축 레이저 분광법을 이용하여 RAON에서 만들어지는 동위원소의 핵의 전하 반경, 모양, 바닥 상태 스핀 등을 측정하는 연구를 한다. CLS 그룹의 궁극적 목적은 원자 분자 과학 분야의 기술을 확보하고 새로운 희귀 동위원소의 물리 화학 기초 상수 값들을 도출하여 기초과학의 기초를 다지는데 일조하고, 향후 의학계에도 공헌하는 것이다. CLS 실험을 위해서는 이온 빔과 검출 레이저 빔의 궤도를 일치시켜 분광 정밀도를 향상시키고, 방출되는 florescence를 효율적으로 측정할 수 있는 정밀한 실험 장치가 필수적이다. 본 그룹은 CERN의 ISOLDE 연구소, 캐나다의 TRIUMF 연구소, 독일 마인츠 대학의 물리학과와 공동연구를 진행하고 있으며, 특히 캐나다의 TRIUMF 연구소와 협력하여 RAON에서 사용할 CLS 장치를 설계 중이다.

5. μSR (Muon Spin Rotation / Relaxation, 뮤온 스핀 분광기)

μSR 연구그룹은 고 에너지 양성자 빔을 이용하여 생성된 2차 빔인 뮤온을 물질에 입사하여, 다양한 물질들의 미세구조를 시료를 파괴하지 않고 연구하는 방법을 개발한다. 이를 위해 고 에너지 양성자 빔과 뮤온을 생성할 표적 및 뮤온 전송 빔 라인을 건설 중이며, 극한 환경하의 물성측정을 위한 μSR 분광기를 제작할 계획이다. RAON의 가속기의 고에너지 양성자빔이 제공되는 2027년에는 세계적인 연구시설의 위상을 갖출 것으로 예상된다. 현재 본 그룹은 자성체와 초전도 물질을 주로 연구하고 있으며, 향후 에너지 및 소자관련 분야로 주제를 확대하고자 한다. 또한 스위스의 Paul Scherrer Institute, 캐나다의 TRIUMF, 영국의 ISIS-RAL, 그리고 일본의 J-PARC에 외부 사용자로 연구제안서를 제출하여 빔 타임을 확보하여 진행하고 있고, 국내 연구자들과 공동연구를 지속적으로 추진하고 있다.

6. NDPS ( Nuclear Data Production System ) 핵데이터 생성장치

핵자료는 다양한 핵과학 분야에서 사용되는 가장 기본적인 원천 데이터이다. 예를 들어, 암 진단 및 치료용 동위원소 생산, 물성분석, 지하자원탐사, 차세대 에너지원인 고속중성자로 연구 등의 응용분야 뿐 아니라 폭발적인 천체에서 발생하는 핵반응과 같은 기초 연구에도 필요하다. NDPS는 이런 핵자료를 정밀하게 측정, 생산하는 시설이다. 그를 위해서는 펄스 중성자 빔이 필요하다. 다양한 핵자료를 얻기 위해 (n,f), (n,xn), (n,γ) 등의 실험을 수행한다.

7. BIS (Bio-Medical Irradiation System, 빔조사장치)

지구 상의 모든 생명체는 방사선으로 둘러싸인 환경에서 탄생과 진화를 했으며, 현재도 방사선 속에서 살아가고 있다. 방사선은 질병의 진단과 치료, 산업 등 인류 문명의 유지에 필수적인 요소이다. 인류는 지난 120 년간 주로 엑스선, 감마선, 전자 등 극히 일부의 방사선만을 질병의 진단과 치료에 이용해 왔으며, 최근 양성자, 탄소 등을 이용하기 시작하였다. 중이온은 세포, 조직, 개체에 있어서 생명 현상과 관련된 중요한 정보를 제공해 줄 수 있으며, 질병 특히 종양 및 퇴행성 뇌질환 치료, 유전적 변이를 통한 새로운 종의 개발 등 인류의 행복과 삶의 질 향상에 다양하게 기여할 것이다. RAON은 양성자부터 우라늄까지 다양한 에너지의 다양한 중이온 빔을 제공할 수 있어 의생명 분야에서 다양한 연구가 가능하다. 특히 FLASH-중이온, 방사성동위원소 빔을 이용한 암치료 연구는 RAON이 갖고 있는 최대의 장점이라고 할 수 있다.

이론 그룹은 물질의 기원 및 우주의 진화에 이론적인 접근을 통하여 답을 찾아가는 것을 목표로 한다. 본 그룹은 미시 세계를 탐구하는 핵 구조, 핵들 사이의 반응으로부터 거시 세계를 다뤄야하는 빅뱅과 천체 핵 합성 및 중성자별의 성질 연구까지 넓은 범위에 걸쳐 연구를 진행한다. 이를 수행하기 위해서는 다양한 분야의 연구자들의 협력하고 많은 컴퓨터 자원을 이용한 수치 계산을 할 계획이다. 본 그룹에서는 핵 구조에 관한 연구 방법 중 하나인 QRPA와 같이 수많은 행렬의 대각화를 위한 계산, 빅뱅 핵 합성, 초신성 핵 합성과 같은 천체 현상에 대한 시뮬레이션들을 수행하고 있다.

수정 발진기

오실레이터가 지속적으로 작동 할 때마다 frequency 가속기 발진기 stability영향을받습니다. 빈도에 변화가 있습니다. 발진기의 주파수에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.

  • 전원 공급 장치 변형
  • 온도 변화
  • 부하 또는 출력 저항의 변화

RC 및 LC 발진기에서 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스 값은 온도에 따라 달라 지므로 주파수가 영향을받습니다. 이 문제를 피하기 위해 피에조 전기 크리스탈이 발진기에 사용되고 있습니다.

병렬 공진 회로에서 피에조 전기 크리스탈을 사용하면 발진기에서 고주파 안정성을 제공합니다. 이러한 발진기는 다음과 같이 불립니다.Crystal Oscillators.

수정 발진기

수정 발진기의 원리는 Piezo electric effect. 크리스탈의 자연스러운 모양은 육각형입니다. 크리스탈 웨이퍼가 X 축에 수직 인 커브를 X- 컷이라고하고 Y 축을 따라 절단하면 Y- 컷이라고합니다.

수정 발진기에 사용되는 수정은 피에조 전기적 특성이라는 특성을 나타냅니다. 이제 피에조 전기 효과에 대한 아이디어를 봅시다.

피에조 전기 효과

결정은 결정의 한면에 기계적 응력이 가해지면 결정의 반대면에 전위차가 발생하는 특성을 나타냅니다. 반대로, 전위차가면 중 하나에 적용될 때 다른면을 따라 기계적 응력이 생성됩니다. 이것은Piezo electric effect.

Rochelle 소금, 석영 및 전기석과 같은 특정 결정질 재료는 압전 효과를 나타내며 이러한 재료는 Piezo electric crystals. 석영은 저렴하고 자연에서 쉽게 구할 수 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 피에조 전기 크리스탈입니다.

피에조 전기 크리스탈이 적절한 교류 전위를 받으면 기계적으로 진동합니다. 기계적 진동의 진폭은 교류 전압의 주파수가 크리스탈의 고유 주파수와 같을 때 최대가됩니다.

석영 크리스탈의 작동

결정이 전자 회로에서 작동하도록하기 위해 결정은 커패시터 형태로 두 개의 금속판 사이에 배치됩니다. Quartz저렴하면서도 가용성과 강한 특성 때문에 가장 많이 사용되는 크리스탈 유형입니다. AC 전압은 크리스탈에 병렬로 적용됩니다.

Quartz Crystal의 회로 배열은 다음과 같습니다.

AC 전압이인가되면 크리스탈은인가 된 전압의 주파수에서 진동하기 시작합니다. 그러나인가 전압의 주파수를 수정의 고유 주파수와 가속기 발진기 동일하게하면resonance발생하고 크리스탈 진동이 최대 값에 도달합니다. 이 고유 주파수는 거의 일정합니다.

크리스탈의 등가 회로

등가의 전기 회로로 결정을 표현하려고한다면, 진동과 진동하지 않는 두 가지 경우를 고려해야합니다. 아래 그림은 각각 크리스탈의 기호 및 전기 등가 회로를 나타냅니다.

위의 등가 회로는 커패시턴스 C m 과 병렬로 직렬 RLC 회로로 구성됩니다 . AC 소스에 장착 된 크리스탈이 진동하지 않는 경우 정전 용량 C m 과 동일합니다 . 크리스탈이 진동하면 조정 된 RLC 회로처럼 작동합니다.

주파수 응답

크리스탈의 주파수 응답은 다음과 같습니다. 그래프는 리액턴스 (X L 또는 X C ) 대 주파수 (f)를 보여줍니다 . 크리스탈은 두 개의 밀접한 간격의 공진 주파수를 가지고 있음이 분명합니다.

첫 번째 는 인덕턴스 (L)의 리액턴스가 커패시턴스 C의 리액턴스와 같을 때 발생 하는 직렬 공진 주파수 (f s )입니다.이 경우 등가 회로의 임피던스는 저항 R과 같습니다. 진동의 빈도는 관계식으로 주어집니다.

두 번째 는 RLC 분기의 리액턴스가 커패시터 Cm 의 리액턴스와 같을 때 발생 하는 병렬 공진 주파수 (f p ) 입니다. 이 주파수에서 수정은 외부 회로에 매우 높은 임피던스를 제공하고 발진 주파수는 관계에 의해 제공됩니다.

C의 값 m은 C. 비교 따라서, C의 값이 일반적으로 매우 큰 T가 (즉, F, 병렬 공진 주파수와 동일한 대략 C 같고, 따라서, 직렬 공진 주파수는 대략 S F = P ).

수정 발진기 회로

크리스털 오실레이터 회로는 크리스털 제어 튜닝 콜렉터 오실레이터, 콜 피츠 크리스털 오실레이터, 클랩 크리스털 오실레이터 등과 같은 다양한 방식으로 구성 될 수 있습니다. transistor pierce crystal oscillator가장 일반적으로 사용되는 것입니다. 이것은 일반적으로 수정 발진기 회로라고하는 회로입니다.

다음 회로도는 트랜지스터 피어스 수정 발진기의 배열을 보여줍니다.

이 회로에서 크리스탈은 컬렉터에서베이스까지 피드백 경로에서 직렬 요소로 연결됩니다. 저항은 R 1 R, 2 및 R E는 전압 분배기 안정된 DC 바이어스 회로를 제공한다. 캐패시터 C E가 이미 터 저항 및 RFC (고주파 초크)의 출력 신호에 영향을 미치는 전력선상의 교류 신호를 분리하는 동안 코일은 DC 바이어스를 제공의 AC 바이 패스를 제공한다. 커플 링 커패시터 C는 회로 작동 주파수에서 무시할 수있는 임피던스를 갖습니다. 그러나 컬렉터와베이스 사이의 모든 DC를 차단합니다.

진동의 회로 주파수는 수정의 직렬 공진 주파수에 의해 설정되며 그 값은 관계식으로 제공됩니다.

공급 전압, 트랜지스터 소자 파라미터 등의 변화는 크리스털에 의해 안정화 된 회로 작동 주파수에 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있습니다.

수정 발진기의 장점은 다음과 같습니다.

  • 그들은 높은 수준의 주파수 안정성을 가지고 있습니다.
  • 크리스탈의 품질 계수 (Q)는 매우 높습니다.

수정 발진기의 단점은 다음과 같습니다.

  • 그들은 깨지기 쉬우 며 저전력 회로에서 사용할 수 있습니다.
  • 진동 주파수는 눈에 띄게 변경할 수 없습니다.

발진기의 주파수 안정성

오실레이터는 회로 작동을 위해 더 부드럽고 깨끗한 사인파 출력을 갖기 위해 변동없이 더 오랜 기간 동안 주파수를 유지할 것으로 예상됩니다. 따라서 주파수 안정성이라는 용어는 정현파이든 비 사인파이든 오실레이터의 경우 매우 중요합니다.

오실레이터의 주파수 안정성은 오실레이터가 가능한 한 긴 시간 간격에 필요한 주파수를 일정하게 유지하는 능력으로 정의됩니다. 이 주파수 안정성에 영향을 미치는 요인에 대해 논의 해 보겠습니다.

작동 점 변경

우리는 이미 트랜지스터 매개 변수를 접하고 작동 점이 얼마나 중요한지 배웠습니다. 증폭 용 회로 (BJT 또는 FET)에 사용되는 트랜지스터에 대한이 동작 지점의 안정성은 더 높은 고려 사항입니다.

사용되는 활성 장치의 작동은 특성의 선형 부분이되도록 조정됩니다. 이 지점은 온도 변화로 인해 이동하므로 안정성에 영향을줍니다.

온도 변화

발진기 회로의 탱크 회로에는 저항, 커패시터 및 인덕터와 같은 다양한 주파수 결정 구성 요소가 포함되어 있습니다. 모든 매개 변수는 온도에 따라 다릅니다. 온도 변화로 인해 값이 영향을받습니다. 이것은 발진기 회로의 주파수 변화를 가져옵니다.

전원 공급으로 인해

공급되는 전력의 변화는 주파수에도 영향을 미칩니다. 전원 공급 장치의 변동은 V cc 의 변동으로 이어집니다 . 이것은 생성 된 진동의 주파수에 영향을 미칩니다.

이를 방지하기 위해 조정 된 전원 공급 시스템이 구현됩니다. 이를 간단히 RPS라고합니다. 조절 된 전원 공급 장치에 대한 자세한 내용은 ELECTRONIC CIRCUITS 자습서의 전원 공급 장치 섹션에서 명확하게 논의되었습니다.

출력 부하의 변화

출력 저항 또는 출력 부하의 변동은 발진기의 주파수에도 영향을 미칩니다. 부하가 연결되면 탱크 회로의 유효 저항이 변경됩니다. 결과적으로 LC 튜닝 회로의 Q 계수가 변경됩니다. 이로 인해 발진기의 출력 주파수가 변경됩니다.

요소 간 정전 용량의 변화

요소 간 정전 용량은 다이오드 및 트랜지스터와 같은 PN 접합 재료에서 발생하는 정전 용량입니다. 이들은 작동 중에 존재하는 전하로 인해 개발됩니다.

소자 간 커패시터는 온도, 전압 등 다양한 이유로 인해 변경됩니다.이 문제는 문제가되는 소자 간 커패시터에 늪지대 커패시터를 연결하여 해결할 수 있습니다.

Q의 가치

오실레이터에서 Q (품질 계수) 값은 높아야합니다. 튜닝 된 오실레이터의 Q 값이 선택성을 결정합니다. 이 Q는 튜닝 된 회로의 주파수 안정성에 정비례하므로 Q 값을 높게 유지해야합니다.

주파수 안정성은 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

$$ S_w = d \ theta / dw $$

여기서 dθ는 공칭 주파수 f r 의 작은 주파수 변화에 대해 도입 된 위상 편이 입니다. (dθ / dw)의 큰 값을 제공하는 회로는 더 안정적인 발진 주파수를 갖습니다.

전자 가속기 활용

산화과정, 촉매반응, 열전자 방출, 반도체-금속 계면에서의 Schottky 장벽 형성, 박막의 결정성장, 마찰현상 등은 모두 그 표면과 여러 가지 형태로 관련되어 있다. 이러한 현상들은 미시적으로 고체내부(bulk)의 특성과는 다른 고체 표면(surface)의 물리, 화학적 특성과 연관되어 있고, 아인슈타인의 광전효과를 이용하여 고체 표면을 분석하여 표면의 다양하고 흥미로운 현상을 탐구하고 있다.

연 X-선 이미징

tunability, low emittance, high flux, polarization 방사광의 4가지 특징을 모두 활용함으로써 광전자 분광학 또는 흡수 분광학 등의 기존의 방사광 실험기법 등에 공간 분해능을 가미하는 현미경 기법을 추가하는 새로운 실험기법이다. 물리, 화학, 재료, 의약, 생물, 지구과학 및 환경 등등의 거의 모든 과학 분야에서 100 nm 크기 이하의 복합 물질의 구조, morphology, 자성 및 화학 성분에 대한 분석 필요 요구를 충족시킬 수 있다.

X-선 산란

엑스선 산란은 가장 기본적인 엑스선 기법중 하나이고 이 기법은 일정하게 정렬된 분자에 대해 정보를 얻는다. 강력한 방사광이 생긴 후 산란 방법은 분자정렬상태에 대한 훨씬 더 자세한 정보를 제공할 뿐 아니라 특수한 목적에 맞게 기술이 개발되어 왔다. 예를 들면 엑스선 반사율 - 다층박막연구, 결정절단면산란 - 결정표면, 변칙산란 - 물질내 특정 원자 분말회절 - 결정분말, 표면 회절 - 결정성 있는 박막, 소각산란 - 큰 분자 등이 있다. 강력한 엑스선을 가속기 발진기 이용하면 물질변화과정을 실시간으로 측정하는 것도 가능해진다.

X-선 흡수분광학

X-선 흡수 분광법은 물질의 종류에 상관없이 원자 선택적인 전자구조와 흥미로운 원자주변의 기하학적인 국부구조를 분석할 수 있는 장점이 있다. 물질에 흡착된 원자주변의 구조나 부분적으로 치환된 원자주변의 국부구조를 규칙적인 원자배열 여부에 관계없이 원자 선택적인 XAFS를 적용하여 다양한 구조적 정보를 얻어낼 수 있다.

소각 X-선 산란

소각 엑스선 산란은 분자/나노 구조 폴리머, 고분자 블렌드, 고분자 공중합체, 나노 복합체, 무기물, 비결정성 재료, 생리학적 환경에 놓여 있는 생물학적 고분자 (단백질, DNA, RNA) 구조를 분석/해석이 가능하다. 실험장치기법은 WAXD, GIWAXD, SAXS, GISAXS으로 구분되며, 주용 광학 장치로는 진공 언듈레이터, 이중결정분광기, 집속 거울, 그리고 Rayonix 2D CCD 검출기가 있으며, 실험 가능 영역은 0.2 m에서 7.0 m까지 실험장치 정렬이 가능하다.

고분자 결정학

x-선 결정학 (x-ray crystallography)은 단 결정에서 얻어진 x-선 회절정보를 이용하여 어떤 물질의 3차원 구조를 분자수준 (3Å 이하)에서 분석하는 방법이다. 방사광의 x-선은 휘도(photon/s)가 매우 높아 보다 좋은 회절 정보를 빠른 시간 내에 가능하게 한다.

리소그래피

리소그래피 그룹은 가속기에서 파생되는 극 자외선 및 X-선을 이용하여 초미세 구조 패터닝 및 관련 실험을 진행하는 것을 목표로 한다. 반도체 및 MEMS 공정에서 주로 사용되는 자외선 광원 등에 비하여 X-선을 이용할 경우 높은 침투성으로 인한 두꺼운 구조의 제작이 가능하며, 이를 활용하여 각종 광학소자, 초미세 부품 및 구조의 제작에 활용한다.


0 개 댓글

답장을 남겨주세요