가속기 발진기

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가속기 발진기

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    • 관리자
    • 승인 2008.06.23 05:40
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      국내에서 전기 출력이 가정용 전자레인지 30~40대 분량에 맞먹는 마그네트론 발진기가 개발됐다.

      한국전기연구원은 (주)스펙, 서울대학교 등과 공동으로 연속출력 30kW, 효율 약 80%의 고출력·고효율 마그네트론 발진기 기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 이 발진기는 가정용 전자레인지 30~40대를 동시에 돌릴 때 나오는 분량의 마이크로파를 발생한다.

      마그네트론 발진기는 전자레인지, 조명기기를 비롯해 대형식품의 조리와 가속기 발진기 해동, 자외선광원, 입자가속기, 레이더 등에 널리 사용되는 고출력·고효율의 마이크로파 발생 장치다.

      현재 가전제품에 사용되는 1kW급 마그네트론 발진기는 국내 가전회사가 세계적으로 높은 시장점유율을 보이고 있으나 5kW급 이상의 산업용은 국내 기술 개발이 전무해 전량 고가에 수입하고 있다.

      한국전기연구원 측은 “이번 30kW급 마그네트론 발진기 개발은 전기융합기술 분야에서 고출력 마이크로파 기술을 자체적으로 확보했다는 점에서 의의가 크다”며 “연간 80억원의 수입대체 효과가 기대된다”고 말했다.

      ▶ 고출력ㆍ고효율 마그네트론 발진기를 개발한 정순신 박사(왼쪽)와 김대호 박사

      선형 입자 가속기

      선형 입자 가속기 (종종 linac 로 줄임)는 선형 빔라인 을 따라 일련의 진동 전위 를 가하여 하전된 아원자 입자 또는 이온 을 고속으로 가속 하는 입자 가속기 유형입니다 . 이러한 기계의 원리는 1924년 Gustav Ising 에 의해 제안되었으며 [1] 작동한 최초의 기계 는 RWTH Aachen University 에서 1928년 [2] Rolf Widerøe 에 의해 제작되었습니다 . [3] [4] 리낙은 많은 응용 분야가 있습니다. 방사선 치료 에서 의약 목적으로 X선 및 고에너지 전자를 생성하고, 고 에너지 가속기용 입자 주입기 역할을 하며, 빛 입자(전자 및 양전자)에 대해 가장 높은 운동 에너지를 달성하는 데 직접 사용됩니다. 입자 물리학 .

      라이낙의 디자인은 가속되는 입자의 유형( 전자 , 양성자 또는 이온 )에 따라 다릅니다 . 리낙의 크기는 음극선관 (라이낙의 한 유형) 에서 캘리포니아 멘로 파크 에 있는 SLAC 국립 가속기 연구소 의 3.2km 길이(2.0마일) 라이 낙에 이르기까지 다양합니다 .

      1924년 Gustav Ising은 일련의 가속 간격을 사용하여 선형 입자 가속기에 대한 첫 번째 설명을 발표했습니다. 입자는 일련의 튜브를 따라 진행됩니다. 일정한 주파수에서 각 간격에 가속 전압이 적용됩니다. 주파수가 일정하게 유지되는 동안 입자가 속도를 얻으면 입자가 각 간격에 도달할 때 적용된 전압을 볼 수 있도록 간격이 점점 더 멀어집니다. Ising은 이 디자인을 성공적으로 구현한 적이 없습니다. [5]

      Rolf Wideroe 는 1927년에 Ising의 논문을 발견하고 박사 학위 논문의 일부로 장치의 88인치 길이, 2개 간격 버전을 만들었습니다. Ising이 전압원으로 스파크 갭을 제안한 반면, Wideroe는 25kV 진공관 발진기를 사용했습니다. 그는 자신이 나트륨과 칼륨 이온을 50keV로 가속했는데, 이는 튜브로 한 번만 가속되었을 때 받는 에너지의 두 배인 것입니다. 동일한 전압 소스를 사용하여 입자를 여러 번 성공적으로 가속함으로써 Wideroe는 무선 주파수 가속의 유용성을 입증했습니다. [6]

      이러한 유형의 라이낙은 당시 사용 가능한 전압 소스에 의해 제한되었으며 Luis Alvarez 가 새로 개발된 고주파 발진기를 사용하여 최초의 공진 공동 드리프트 튜브 라이낙을 설계할 수 있었던 것은 2 차 세계대전 이후였습니다. Alvarez 선형은 RF 전력이 입자가 이동하는 전체 공진 챔버 에 적용되고 중앙 튜브는 발진기 위상의 감속 부분 동안 입자를 차폐하는 데만 사용 된다는 점에서 Wideroe 유형과 다릅니다 . 가속에 이 접근 방식을 사용한다는 것은 Alvarez의 첫 번째 라이낙이 1947년에 31.5 MeV의 양성자 에너지를 달성할 수 있다는 것을 의미했는데, 이는 당시에 도달한 것 중 최고였습니다. [7]

      초기 Alvarez 유형 라이낙은 빔의 초점을 유지하는 강력한 메커니즘이 없었고 결과적으로 길이와 에너지가 제한되었습니다. 1950년대 초 강력한 포커싱 원리 의 개발로 드리프트 튜브 내부에 포커싱 4극자 자석 이 설치 되어 더 길고 강력한 라이낙이 가능해졌습니다. 강력한 집속 자석이 있는 Alvarez 선형의 초기 사례 중 두 가지는 CERN 과 Brookhaven 국립 연구소 에서 제작되었습니다 . [8]

      '오차 100만년에 1초' 광섬유 클럭 개발…정확도 1천배 향상

      (대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 전자시스템 간 공조에 사용되는 클럭(clock)의 오차를 100만년에 1초로 줄여 기존 기술보다 정확도를 1천배 높일 수 있는 광섬유 클럭 기술을 개발했다.

      한국과학기술원(KAIST·총장 강성모) 기계항공공학부 김정원 교수 연구팀은 12일 초고속 광섬유 레이저에서 발생하는 테라헤르츠(THz) 주파수를 이용해 0.1초 간 발생하는 오차가 333조분의 1초인 클럭 발진기 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

      이 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports, 11월 4일자) 온라인판에 게재됐다.

      '오차 100만년에 1초' 광섬유 클럭 개발…정확도 1천배 향상 - 2

      클럭 발진기는 시간 간격이 일정한 신호를 발생시켜 전자시스템들이 이 신호에 맞춰 정확하게 동작하게 하는 장치이다. 음악 연주에서 메트로놈과 같은 역할을 한다.

      이 클럭 발진기는 각종 정보통신 시스템뿐 아니라 입자가속기·천체관측장치 같은 거대 과학시설, 초정밀 계측 장비, 레이더, GPS 및 위성항법 시스템 등 전 분야에서 핵심 역할을 한다.

      지금까지는 특수 제작된 공진 가속기 발진기 회로를 이용한 라디오파나 마이크로파 발진기 등을 이용한 방식이 주로 사용됐으나 크기가 가속기 발진기 크고 기계적 안정도가 떨어지며 수억원 이상의 고가여서 실험실 밖 응용에는 한계가 가속기 발진기 있었다.

      연구팀은 신뢰성이 높고 가격경쟁력이 확보된 광통신용 광섬유 부품을 활용한 새로운 가속기 발진기 방식으로 클럭 발진기를 개발해 이 문제를 해결했다.

      초고속 광섬유 레이저에서 발생하는 넓은 스펙트럼 내의 두 광주파수(optical frequency) 차이를 이용했다. 기존 전자 발진기는 기가헤르츠(GHz) 영역에서 동작하지만 이 기술은 테라헤르츠(THz) 주파수를 이용, 약 1천배 민감하게 시간 차를 측정한다.

      또 광섬유 케이블에서는 빛이 전파되는 시간이 매우 일정하게 유지되는 점을 이용, 테라헤르츠 주파수의 높은 분해능으로 측정된 시간차를 광섬유 케이블 내 빛의 전파 시간에 정확하게 맞췄다.

      이 클럭 발진기는 국제전기통신연합(ITU)이 정한 클럭 신호원 성능기준인 0.1초 간 시간오차(timing jitter)가 3펨토초(333조분의 1초)로 측정됐다. 100만년 동안 1초의 오차가 발생하는 셈이다.

      연구진은 이 기술은 별도의 고가 소자 없이 세계적 수준의 클럭 발진기 성능을 얻을 수 있고 상용화 시 제작비용도 기존 최고 성능 발진기의 10분의 1 이하라며 아날로그-디지털 변환기·고성능 신호 분석기 등 ICT 시스템, 레이더·원격 탐사·위성항법 등 국방, 우주, 환경 기술 분야에 활용될 수 있을 것이라고 밝혔다.

      김 교수는 "이 기술은 군용 레이더, 보안 분야와 연관성 때문에 주요 장비의 수출이 금지된 경우가 많아 순수 국내 기술로 개발한 것에 의의가 있다"며 "앞으로 유리기판 위에 시스템을 구현해 칩 스케일의 고성능 클럭으로 발전시킬 계획"이라고 말했다.

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      "에볼라 바이러스 기억하시나요? 2014년 이후 현재까지 1만1314명의 목숨을 앗아간 무시무시한 바이러스죠. 그런데 에볼라 바이러스의 전파경로가 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 밝혀졌습니다. 이 기술은 전염병 확산 경로를 예측하는데도 쓸 수 있어 질병 예방과 대응에도 도움이 될 것으로 보입니다." http://goo.gl/zsY2eh

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      [양자역학 좀 아는 척! ①] 파동이냐, 입자냐 그것이 문제로다! 양자역학! 어디서 많이 들어보긴 했는데. 이해하기도, 누군가에게 뭐라고 설명하기도 참 어렵습니다. 그래서 준비해봤습니다. 더 궁금하신 분들은 2편도 기대해주세요! http://goo.gl/RzrYHE

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      "순수 국내 기술로 오차가 수백 조 분의 1초인 클럭(clock)발진기 기술이 개발되었습니다. 클럭 발진기는 정보통신시스템을 비롯해 입자가속기, 천체관측장치, 초정밀 계측장비, 레이더, GPS 등에서 시계역할을 하는 핵심 부품입니다." http://goo.gl/brV383

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      "1988년, 세계 최초의 HD TV 방송이 이때 이뤄졌다는 것을 아시나요? 일본 NHK가 서울 올림픽에서 아날로그 HD 방식 시범 방송을 실시했었지요." http://goo.gl/nO0TYq

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