빔라인
Beamline | 이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다." – ··책 · · JSTOR(2011년 4월) (이 |
가속기 물리학에서 빔 라인은 가속기 설비의 특정 경로를 따라 경로 세그먼트(가이드 튜브, 진단 장치)의 전체적인 구조를 포함하여 가속기 입자 빔의 궤적을 말한다. 이 부분은 어느 쪽이든
- 입자 빔이 이동하는 선형 가속기의 선 또는
- 입자 발생기(예: 순환 가속기)에서 실험 종료 스테이션까지 이어지는 경로(싱크로트론 광원, 사이클로트론 또는 스프롤레이션 소스에 있는 경로).
빔 라인은 보통 싱크로트론에서 얻은 입자 빔이나 싱크로트론 광선, 또는 분광원이나 연구용 원자로에서 얻은 중성자를 이용하는 실험 스테이션에서 끝난다. 빔라인은 입자물리학, 재료과학, 화학, 분자생물학 등의 실험에 쓰이지만 조사시험이나 동위원소 생산에도 사용할 수 있다.
입자 가속기의 빔라인
입자 가속기에서 빔 라인은 보통 터널 및/또는 지하에 수용되며 차폐 목적으로 콘크리트 하우징 내부에 배치된다. 빔 라인은 일반적으로 빔 파이프 또는/또는 드리프트 튜브라고 불리는 원통형 금속 파이프로, 높은 진공으로 대피하기 때문에 가속 입자 빔이 부딪힐 경로에는 가스 분자가 거의 없으며, 그렇지 않으면 그들이 목적지에 도달하기 전에 이를 분산시킬 수 있다.
빔 라인에는 입자 빔의 생산, 유지, 모니터링 및 가속을 위해 사용되는 특수 장치 및 장비가 있다. 이러한 기기는 빔 라인에 근접하거나 직접 부착할 수 있다. 이러한 장치에는 정교한 변환기, 진단기(위치 모니터 및 와이어 스캐너), 렌즈, 콜리메이터, 열전대, 이온 펌프, 이온 게이지, 이온 챔버(진단용, 보통 "빔 모니터"라고 함), 진공 밸브("이솔레이션 밸브"), 게이트 밸브 등이 포함된다.
모든 빔 라인 섹션, 자석 등을 정렬(흔히 레이저 트래커를 사용하여 조사 및 정렬 승무원에 의해), 빔 라인은 마이크로미터 허용 오차 범위 내에 있어야 한다. 잘 정렬하면 빔 손실 및 빔이 파이프 벽과 충돌하지 않도록 하는데, 이차 방출 및/또는 방사선을 발생시킨다.또는 방사선이 발생한다.
싱크로트론 방사선 빔라인
싱크로트론에 관해서, 빔 라인은 싱크로트론 방사선 시설의 저장 링에서 벤딩 자석과 삽입 장치에 의해 생성된 방사선을 사용하는 실험 엔드 스테이션에 싱크로트론 방사선의 빔을 운반하는 계측기를 참조할 수도 있다. 싱크로트론 빛을 이용하는 다른 많은 기술들이 존재하지만, 이러한 종류의 빔라인에 대한 전형적인 적용은 결정학이다.
대규모 싱크로트론 시설에는 각각 특정 연구 분야에 최적화된 빔 라인이 많을 것이다. 차이는 삽입 장치 유형(복사선의 강도 및 스펙트럼 분포를 결정하는 방식), 빔 조절 장비 및 실험용 엔드 스테이션에 따라 달라진다. 현대식 싱크로트론 시설의 일반적인 빔 라인은 저장 링에서 종착역까지 25-100m 길이로, 수백만 달러까지 비용이 들 수 있다. 이러한 이유로, 싱크로트론 시설은 종종 단계적으로 건설되며, 처음 몇 개의 빔 라인은 운영 첫날에 개방되고, 다른 빔 라인은 자금 조달이 허락하는 대로 나중에 추가된다.
빔라인 요소는 작은 방(캐빈) 크기의 오두막이라고 불리는 방사선 차폐 외함에 위치한다. 일반적인 빔 라인은 두 개의 움막, 즉 빔 컨디셔닝 요소를 위한 광학 오두막과 실험을 수용하는 실험 오두막으로 구성되어 있다. 오두막 사이, 빔은 수송관을 타고 이동한다. 빔 셔터가 열려 있고 방사선이 오두막에 들어갈 수 있을 때는 오두막 출입이 금지된다. 이것은 방사선이 켜질 때 오두막 안에 아무도 없는지 확인하는 중복 연동 기능이 있는 정교한 안전 시스템을 사용하여 시행된다. 안전계통도 빔을 켰을 때 헛간 출입문이 실수로 열리면 방사선 빔을 차단한다. 이 경우 빔은 버려지는데, 이는 저장된 빔이 에너지를 흡수하고 억제하도록 설계된 표적으로 전환된다는 것을 의미한다.
저장 링과 엔드 스테이션 사이의 방사선 빔을 조절하기 위해 실험자에 의해 빔 라인에 사용되는 요소는 다음과 같다.
- Windows: 창은 UHV와 HV 진공 구간을 분리하고 빔 라인을 종료하는 데 사용된다. 또한 진공 사고로부터 보호하기 위해 UHV 진공 구간 사이에 사용된다. 창문 막에 사용되는 포일은 또한 6KeV 이하의 지역에서 방사선 스펙트럼을 감쇠시킨다.
1- 베릴륨 창: 베릴륨 창문은 다양한 크기(및 숫자)의 창구 구멍으로 냉각되거나 냉각되지 않은 상태로 공급될 수 있다. 윈도우의 크기는 특정 요건에 적합하지만 윈도우의 최대 크기는 견딜 수 있는 호일 두께와 압력 차이에 의해 결정된다. Windows(윈도우)에는 특정 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 빔 진입/출구 플랜지 크기가 장착될 수 있다. 2- CVD Diamond Windows: 화학 증기 증착(CVD) 다이아몬드는 매우 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 극도의 경도, 높은 열 전도성, 화학적 불활성성 및 높은 투명성을 제공한다. 베릴륨보다 강하고 강하며 열팽창과 독성이 낮아 X선 빔라인의 UHV 격리창에 이상적이다. Windows는 UHV 플랜지에 내장되어 있고 효율적인 수냉이 가능하다. 3- Windows: 진공 출구 창은 위에서 상세히 설명한 베릴륨과 CVD 다이아몬드를 포함한 다양한 재료로 제공된다.
- 슬릿: 슬릿은 빔을 수평 또는 수직으로 정의하기 위해 사용된다. 그것들은 쌍으로 양방향으로 빔을 정의하는데 사용될 수 있다. 최대 조리개 크기를 특정 요건에 적합하도록 선택한다. 옵션에는 냉각(흰색 빔 작동) 또는 비냉각(단색 빔 작동) 슬릿과 빔 위치를 지원하기 위한 슬릿의 업스트림 측 인광 코팅이 포함된다. 슬릿에는 블레이드 슬릿, 고열 부하 슬릿, 인라인 슬릿, 고정밀 슬릿의 네 가지 주요 유형이 있다.
- 셔터: 빔 셔터는 전면 끝에서 방사선을 차단하거나 하류로 필요하지 않을 때 광학 외함에 사용된다. 그들은 장비와 직원 안전 기능을 가지고 있다. 그리고 셔터의 종류는 포토온 셔터, 단색 빔 셔터, 커스텀 셔터 등 3가지가 있다.
- 빔 필터: (또는 감쇠기) 입사 동기 로트론 방사선을 얇은 투과 포일을 통과시켜 빔에서 원하지 않는 에너지 범위를 제거한다. 운용 에너지에 따라 빔라인 성능을 최적화하기 위해 백색 빔의 열부하를 관리하는 데 자주 사용된다. 일반적인 필터에는 2개 또는 3개의 랙이 있으며, 각 랙은 빔 단면에 따라 4개의 개별 포일 중 3개를 고정한다.
- 포커싱 미러 - 하나 이상의 미러, 평평하거나 구부러진 플랫 또는 빔을 콜리메이트(초점)하는 데 도움이 되는 토로이드(toroidal)일 수 있음
- 모노크롬화기 - 특정 파장대를 선택하고 다른 파장을 흡수하는 결정체에 의한 회절에 기초한 장치로서, 때로는 다양한 파장에 튜닝이 가능하고 때로는 특정 파장에 고정되기도 한다.
- 간격 튜브 - 광학 요소 사이에 적절한 공간을 제공하고 산란 방사선을 차폐하는 진공 유지 튜브
- 샘플 단계 - 연구 중인 샘플을 장착 및 조작하고 온도, 압력 등 다양한 외부 조건에 노출시키는 단계
- 방사선 검출기 - 샘플과 상호 작용한 방사선 측정용
빔 컨디셔닝 장치의 조합은 엔드 스테이션의 열 부하(빔에 의해 발생하는 가열), 엔드 스테이션에서 발생한 방사선 입사 스펙트럼, 빔의 초점 또는 콜리메이션을 제어한다. 빔으로부터 상당한 힘을 흡수하는 빔 라인을 따라 있는 장치는 물 또는 액체 질소로 능동적으로 냉각해야 할 수 있다. 빔 라인의 전체 길이는 보통 초고진공 조건에서 유지된다.
빔라인 모델링 소프트웨어
싱크로트론 방사선 빔라인의 설계는 X선 광학의 응용으로 보일 수 있지만, 빔라인 아래에서의 X선 전파 모델링 및 다양한 구성 요소와의 상호작용을 위한 전용 도구가 있다. 기하학적 광학 한계에서 X선 빔을 취급하는 섀도우, 맥XTrace 등의 레이트레이싱 코드가 있고, 그 다음에는 회절을 고려한 파동 전파 소프트웨어, 방사선의 내재적 와블라이크 특성 등이 있다. 싱크로트론 방사선의 전체 또는 부분 일관성을 이해하려면 파동 특성을 고려해야 한다. SRW, Spectrum 및 xrt 코드는 이러한 가능성을 포함하며, 후자 코드는 주어진 광학 세그먼트에서 기하학적 접근에서 파동 접근으로 전환할 수 있는 "하이브리드" 체제를 지원한다.
중성자 빔라인
표면적으로 중성자 빔 라인은 대부분 연구용 원자로에서 나오는 중성자를 사용하거나 광자 대신 분광원(spallation source)에서 나온 중성자를 사용한다는 사실에 의해 싱크로트론 방사선 빔 라인과 다르다. 중성자는 전하를 띠지 않고 방향을 바꾸기가 어렵기 때문에 성분은 상당히 다르다(예: 헬리콥터 또는 중성자 슈퍼 미러 참조). 실험은 보통 연구 중인 표본에 대한 중성자 산란 또는 에너지 전달을 측정한다.
