PLS 선형가속기 진공계의 운전특성

김임경(Y. K. Kim),박용정(Y. J. Park),김경렬(K. R. Kim),남궁원(W. Namkung) 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.4

PLS 선형가속기 진공계는 콜라이스트론 첨두출력 54 ㎿, 펄스폭 4.1 ㎲, 반복율 10 ㎐의 마이크로파 전력 공급상태에서 2.6×10^(-6) Pa의 진공도를 유지하고 있으며, 45℃ 운전조건에서 마이크로파 전력이 공급되지 않았을 때 진공도는 2.4×10^(-6) Pa이다. 설치 초기에 30×10^(-11) Torr-l/sec-㎠ 이었던 가스방출율은 각 가속단위마다 약 140 GJ의 마이크로파 에너지가 전파된 현재 1×10^(-12) Torr-l/sec-㎠ 이다. 주 장비로 사용중인 이온펌프는 모두 포화된 상태이며 60 l/s, 120 l/s, 230 l/s 이온펌프의 유효배기속도는 운전 영역에서 각각 45 l/s, 65 l/s, 140 l/s 이다. 진공계 운전중 야기된 문제점들로는 이온펌프 및 진공 게이지 전원제어기의 오동작, 에너지 배가장치의 출력창, 전자총 및 가속관 종단부하의 진공누출 등이었다. 최근 일년간 총 41회에 140.8시간운전 중지를 경험하여 98%의 가용도 (availability)를 나타내었다. 추후 시험중인 도파관 밸브와 개발중인 가속관 종단부하가 설치된다면 가용도를 99.5% 이상으로 증가시킬 수 있을 것으로 기대한다. The vacuum system of PLS linac provides average pressure of 2.6×10^(-6) Pa under high power microwave loading of 54㎿ peak with 4.1 ㎲ pulse width and 10㎐ repetition rates. The base pressure of system is 2.4×10^(-6) Pa with 45°C cooling water. The outgassing rate of the system is decreased from 3×10^(-11) Torr-l/see-㎠ at the initial stage after installation to 1×10^(-12) Torr-l/see-㎠ at present. Total accumulated microwave energy dose is about 140 GJ per module. All ion pumps are working under saturated regime and effective pumping speeds of 60 l/s, 120 l/s, 230 l/s ion pumps are 45 l/s, 65 l/s, 140 l/s under the operating range. Main problems occurred in recent year are troubles of ion pump controller and vacuum gauge controller, vacuum leak of energy doubler window and electron gun ceramic, and water leak in the dummy load of accelerating columns. Total of 41 troubles with 140.8 hours down time give good system availability of 98%. Down time can be reduced by high power waveguide valves and water dummy loads under development, and then availability is expected to be increased up to 99.5%.

RuO₂ 박막의 성장과 어닐링 조건에 따른 특성

조굉래(Kweng-Rae Cho),임원택(Won-Taeg Lim),이창효(Chang-Hyo Lee) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.3(2)

고주파 스퍼터링 방법으로 증착조건을 변화시키면서 RuO₂박막을 제작하였다. 제작된 박막에 대해 진공 열처리, 대기중 열처리, 대기-진공 열처리를 시행한 후 박막의 구조적, 전기적 특성을 조사하였다. 증착온도가 증가함에 따라 RuO₂의 우선성장 방향이 점진적으로 (101)에서 (200)면으로 바뀌었으며, 그레인의 크기가 점점 증가하다가 500℃에서는 급격히 증가하였다. 산소분압비가 증가할수록 우선 성장방향은 (200)에서 (101)로 바뀌었으며, 표면거칠기가 증가하였다. 기판온도가 400℃, 산소분압비가 10%일 때 가장 낮은 비저항값 1.5×10^(-5) Ωㆍ㎝을 얻었다. 열처리 과정 후, 기판온도 400℃, 산소분압이 10%일 때 증착된 박막이 비교적 구조적, 전기적으로 안정하였고, 500℃에서 증착된 박막은 대기중에서 열처리 하고 다시 진공 열처리 과정을 겪게 되면 밀도가 높아지고 상대적으로 평탄한 표면을 가졌다. RuO₂ thin films were prepared with various deposition conditions by rf magnetron sputtering. The films were annealed in vacuum, air, and air-vacuum, after that, the structural and electrical properties of the films were investigated. As the substrate temperature increases, the preferred orientation of the films changes from (101) to (200), and the grain size increases; especially, at 500℃, the size considerably increases. The preferred orientation of the films changes from (200) to (101) and the roughness of surface increase with the increase in oxygen partial pressure. The lowest value of resistivity of RuO₂ we prepared is 1.5×10^(-5) Ωㆍ㎝ at the conditions of 400℃ and 10% of oxygen partial pressure. After the processes of annealing, the films deposited at 400℃ and a oxygen partial pressure of 10% were relatively stable. The films deposited at 500℃ have denser structure and smoother surface when the films are annealed in vacuum after annealing in air.

진공표준의 국제비교 연구

홍승수(Seung-Soo Hong),신용현(Yong-Hyeon Shin),임종연(Jong-Yeon Lim),이상균(Sang-Kyun Lee),정광화(Kwang-Hwa Chung),David Simpson,Fiona Redgrave,Michael Perkin,Bernard Waller,M. Hirata$ 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.4

Capacitance Diaphragm Gauge(CDG)를 전달표준기로 사용하여 한국과 영국의 저진공표준의 국제 비교를 수행한 결과 양국 표준기에서 교정한 CDG의 압력비의 차이는 0.05% 이었다. 또한 두 개의 Spinning Rotor Gauge(SRG)를 이용하여 한국과 일본의 고진공표준의 국제비교를 수행한 결과 양국 표준기에서 교정한 SRG의 accommodation coefficient(σ)의 차이가 0.4% 이내이었다. CDG와 SRG를 이용한 한국과 영국의 저진공표준기 및 한국과 일본의 고진공표준기의 국제비교 결과 CDG 및 SRG 자체의 고유오차범위 이내에서 결과가 일치함을 확인할 수 있었다. The international intercomparison of low vacuum standards between Korea and United Kingdom was performed using a Capacitance Diaphragm Gauge (CDG) as a transfer standards. The resultant difference in pressure of the CDG was 0.05%. Similialy, the difference in accommodation coefficient of a spinning rotor gauge (SRG) between Japan and Korea was verified within 0.4% for high vacuum standards. The intercomparisons of low and high vaccum standards of Korea, United Kingdom, and Japan using a CDG and SRG show that the vacuum standards agree within the inherent uncertainty limits.

스테인레스 스틸 고진공용기에 부착된 열음극 전리진공게이지의 주변 온도변화에 따른 압력요동

홍승수(S. S. Hong),임인태(I. T. Lim),신용현(Y. H. Shin),정광화(K. H. Chung),이치로 아라카와(Ichiro Arakawa) 한국진공학회(ASCT) 2004 Applied Science and Convergence Technology Vol.13 No.2

스테인레스 스틸로 가공된 진공용기에 제조회사와 사양이 각각 다른 세 개의 열음극 전리진공게이지를 부착하고 실험실 온도변화에 따른 게이지들의 압력요동 특성을 조사하였다. 상온 근방의 최소 20℃와 최대 26 ℃에서의 압력 편차는 각각 IG1은 5.0%, IG2는 5.3 %, 그리고 IG3은 10.3%이었다. 그러나 온도 21.5℃에서 22.5℃ 구간에서의 압력변화는 모두 게이지들의 불확도 보다 작고 안정한 성능을 보였다. 본 연구결과 상온 고진공에서 열음극 전리진공게이지의 압력변화는 게이지 자체의 특성 때문에 아니고 실험실 온도 때문에 변화는 압력변화에 기인한 것임을 알 수 있었다. Three hot cathode ionization gauges (HCIG) were used to study their responses of pressure measurements at the stainlee steel high vacuum (HV) chamber around room temperatures. The pressure variations of HV measured by the three HCIGs between 20 ℃ and 26 ℃ were 5.0 %, 5.3 %, and 10.3 %, respectively. However, pressure differences between 21.5 ℃ and 22.5 ℃ were lower than the gauges uncertainly limits. The pressure variations of the HCIGs at the<br/> HV chamber was not directly affected by gauge characteristics, but pressure changes due to room temperatures.

점성진공계 특성연구

홍승수(Seung-Soo Hong),신용현(Yong-Hyeon Shin),임종연(Jong-Yeon Lim),정광화(Kwang-Hwa Chung) 한국진공학회(ASCT) 1997 Applied Science and Convergence Technology Vol.6 No.4

점성진공계(spinning rotor gauge, SRG)는 고진공영역인 1×10^(-5)~100 Pa에서 전달표준기(transfer standard gauge)로 사용되고 있는 진공게이지이다. 제조회사가 각각 Leybold-Heraeus와 MKS회사인 두 개의 SRG에 대해서 질소가스를 사용하여 장기안정성과 적응계수(accommodation coefficient, σ) 결정에 영향을 미치는 변수들인 측정압력, 온도, 최대도달압력(base pressure), 신호분산(signal scattering), 영점(offset)변화에 대한 특성을 10개월에 걸쳐 조사하였다. 이 결과 장기안정특성 및 입력변수들에 의한 영향이 SRG 고유오차인 ±1.0% 이내에 있음을 확인하였다. Spinning Rotor Vacuum Gauge (SRG) is used as a high vacuum transfer standard gauge in the 1×10^(-5) to 100 Pa range. We have measured and characterized long-term stability of 2 SRGs during 10 months for N₂ gas, which were produced by Leybold Heraeus and MKS. The variations of accommodation coefficient values of them with several pressure, temperature, base pressure, signal scattering, offset value conditions have been measured also. It is concluded that the characteristics of long-term stability and variation of σ values were within their uncertainty.

진공기술 발전의 역사

정광화 한국진공학회(ASCT) 1992 Applied Science and Convergence Technology Vol.1 No.3

포항가속기 저장링 진공 Chamber 용접

최만호(M. H. Choi),정상수(S. S. Jeong),김효윤(H. Y. Kim),김명진(M. J. Kim),이해철(H. C. Lee),한영진(Y. J. Han),최우천(W. C. Choi) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.3

본 논문은 포항가속기에서 건설 중인 진공 chamber의 용접에 관한 것이다. 저장링에 전자빔을 5시간 이상 저장하기 위하여 10^(-10)torr 이하로 진공도를 유지하도록 설계되어 있기 때문에 초고진공에 적합한 TIG 용접(tungsten inert gas welding)을 하였다. 진공 chamber는 Al 5083-H321이며 flange의 재질은 Al 2219-T852이다. Sector chamber Ⅰ, Ⅱ의 총 용접 길이는 각각 27m, 37m이며 진공에 유해한 균열과 virtual leak가 생기지 않도록 하는 용접조건 등을 선정하였다. In order to maintain a beam life time of more than 5 hours, the PLS vacuum chamber should be in the pressure of 10^(-10)torr. Thus welding of The PLS chambers should be free of cracks and virtual leaks. Important things related to chamber closed welding and Al-flange welding and described such as welding preparation, welding condition, leak test and welding repair.

Study on Vertical Position Reading Noise from Beam Position Monitor in Pohang Light Source Storage Ring Vacuum Chamber

Youngdo Joo(주영도),Changbum Kim(김창범),Ilmoon Hwang(황일문),Chongdo Park(박종도) 한국진공학회(ASCT) 2011 Applied Science and Convergence Technology Vol.20 No.1

포항광가속기의 섹터 진공용기에 부착된 빔위치측정기의 수직방향 위치 읽음 값이 갑자기 변하는 오류가 관찰되었다. 이 오류의 원인을 알기 위해서 섹터 진공용기의 양 끝단에 있는 빔위치측정기의 전극을 통한 고주파전달 산란계수를 측정하였다. 급한 변화를 보이는 섹터 진공용기에서는 측정한 산란계수의 첨단 값이 빔위치측정기의 작동 주파수 내에 존재함을 확인하였고, 전산시늉을 통해 빔위치측정기의 작동 주파수내 첨단 주파수가 가로 전장 모드의 공진모드와 일치함을 확인하였다. A sudden step change is observed in the vertical position readings from beam position monitors (BPMs) mounted at the several sector vacuum chambers of Pohang Light Source. To study the source of this sudden step change, we measured the RF transmission scattering matrix (S₂₁) through the pickup electrodes of BPMs mounted at the both ends of the sector vacuum chamber. The measured S₂₁ graph of the sector vacuum chambers suffering sudden step change has a peak in the BPM operation frequency bandwidth. Otherwise that of the other sector vacuum chambers doesn’t have a peak. It is shown by the numerical simulation that the peak found in the BPM operation frequency bandwidth corresponds to the longitudinal harmonic of transverse electric resonance mode.

새로운 조합 펌프를 사용한 스테인레스 스틸 극고진공 시스템

전인규(Inkyu Chun),조복래(Boklae Cho),정석민(Sukmin Chung) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.1

이온 펌프의 중심에 네그(Non-Evaporable Getters)가 삽입된 새로운 조합 펌프를 사용하여 극고진공 시스템을 구현하였다. 진공 용기는 터보 분자 펌프만으로도 극고진공에 성공하였던, 450℃에서 잘 산화된 304 스테인레스 스틸 쳄버를 사용하였다. 시스템의 압력은 Leybold사의 EXG(Extractor Gauge)로 측정하였으나, 본 실험에서의 최고 진공도는 이미 그 게이지의 측정 한계인 1~2×10^(-12) torr 범위를 훨씬 지나 게이지 지시가 -0.×10^(-12) torr를 읽고 있는 극고진공에 도달해 있었다. 이는 효과적인 네그 활성화로 수소 가스에 대한 배기 속도를 크게 향상시켜준 결과라 볼 수 있다. 또한 본 실험은 극고진공 표면 분석 장치의 실현 가능성을 시사해주는 것으로, 앞으로의 초미세 표면 과학에 있어서 새로운 장을 열어줄 것으로 기대된다. We have developed an extreme high vacuum (XHV) system using a new combination pump composed of a suitably shaped NEG(Non-Evaporable Getters) in the body of a sputter-ion pump (SIP). The stainless-steel test chamber was used which had been well oxidized at 450℃ and already yielded XHV with a turbomolecular pumping system. The pressure was measured by a Leybold extractor gauge (EXG, limit : 1~2×10^(-12) torr), but in the ultimate pressure region the EXG shows an unusual sign as -0.×10^(-12) torr which indicates much lower pressure range than its available lower limit. These results are mainly due to the high pumping speed of NEG for hydrogen. Furthermore, use of the SIP combined with the NEG as a XHV pumping system implies the potential for actualization of the surface analysis under XHV environment, and allows one to have a chance to meet a new world in nanometer science and technology.

KSTAR 중성빔 입사(NBI) 장치 배기계통 설계

오병훈(B. H. Oh),인상렬(S. R. In),조용섭(Y. S. Cho),김계령(K. R. Kim),최병호(B. H. Choi) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.4(2)

KSTAR 중성빔 입시장치는 이온원 (ion source), 중성화실 (neutralizer), 휨용전자석 (bending magnet), 이온빔 덤프 (ion dump) 및 칼로리메타 (calorimeter)들로 구성되는데, 중성빔의 생성 빛 수송을 최적화할 수 있도록 진공용기는 차동 배기계 (differential pumping system)로 되어있다. 배기계통의 설계를 위해 먼저 이온원의 정격 빔 출력 (120 ㎸, 65 A, 78 MW)에 필요한 수소 도입유량, 재전리 손실을 최소화할 수 있는 진공용기내의 압력분포 및 빔라인 부품들의 빔 손실율들을 결정한 후 , 이 값들에 의해 각 용기에서 필요한 진공펌프의 배기속도들과 이온 빔의 중성화 효율을 최적화 할 수 있는 중성화실의 기체유량 등을 입자평형식 (particle balance equation)을 사용하여 계산하였다. 또한 배기계의 동특성을 해석하여 0.5초 이하의 빔인출 실험은 보조펌프인 터보 분자펌프 만에 의해 가능하도록 하는 단펄스 빔인출 시나리오를 완성하였다. The NBI (Neutral Beam Injection) System for the Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) is composed of ion sources, neutralizers, bending magnets, ion dumps, and calorimeters. The vacuum chamber, in which all of the beam line components are enclosed, is composed of differential pumping system for the effective transfer of the neutral beams. The needed pumping speeds of each of the divided vacuum chamber and the optimized gas flow rate to the neutralizer were calculated with the help of the particle balance equations. The minimum gas flow rate to the ion sources for producing needed beam current (120 ㎸, 65A, 78 MW), the pressure distributions in the vacuum chamber for minimizing re-ionization loss, and the beam loss rate on the beam line components were used as the input in the calculation. Also the scenario for short pulse operation was determined by analysing the time dependent equations. It showed that beam extraction during less than 0.5 see could be made only with TMP.