중이온 입자가속기는 중이온을 radio frequency (RF) 주파수로 가속하는 장치이다. RF 공동부에 인가된 전기장은 입력된 RF 파에 의해 전자기파의 위상에 맞춰 중이온을 연속적으로 가속한다. 이를 위해서는 안정적으로 RF 파를 공동부 내부에 전달할 수 있는 커플러의 형상설계가 요구된다. 중이온 가속기에서의 RF 커플러는 입력부와 RF 주파수의 파를 방출하는 커플러 양 끝단 간의 온도차이가 매우 크다. 이 온도차를 극복하기 위해선 초저온(약 0K)부터 상온 간(약 300K)의 열 변형을 고려한 해석 및 설계기술이 필요하다. 본 연구는 RF 커플러의 구조에 따른 출력 전기장의 세기와 온도 분포, 열 손실과 열 변형을 고려한 내구도 분석을 통해 성능 향상을 위한 방안들을 도출하는 것을 목적으로 하였다.
A heavy ion accelerator is a device that accelerates heavy ions in the radio frequency (RF) range. The electric field that flows into the RF cavity continuously accelerates heavy ions in accordance with the phase of the input electromagnetic wave. For the purpose, it is necessary to design a coupler shape that can stably transfer the RF wave into the cavity. The RF coupler in a heavy ion accelerator has a large temperature difference between the input port and output port, which radiates the RF waves. It is necessary to consider the heat deflection on the RF coupler that occurs as a result of the rapid temperature gradient from an ultra-low temperature about 0 K to a room temperature about 300 K. The purpose of this study was to improve the system performance through an analysis of the intensity of the output electric field and temperature distribution considering various shapes of the RF coupler, along with an analysis of the durability considering the heat deflection and heat loss.
