KR101269098B1 - Double-layer target with a narrow vacuum gap for the laser induced particle acceleration - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 종래, 극초단 고출력 레이저를 이용한 레이저 유도입자 가속에 있어서 높은 에너지의 에너지를 얻기 위해 이용되던 수십 나노미터의 매우 얇은 금속 필름이나 작은 구멍이 있는 타겟 구조는, 추가적인 구성이 요구되며 사용 횟수에도 제한이 있어서 비용적인 면에서도 문제점이 있었던 단점을 해결하여, 레이저의 선행 펄스를 활용하여 기존의 타겟에서 요구되는 선행펄스가 극히 작은 고품질의 레이저가 필요하지 않으며, 또한, 기존의 타겟에 비해 에너지는 훨씬 높은 동시에 에너지 폭이 좁은 이온빔을 발생할 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟이 제공된다. The present invention relates to a double-layer target having a vacuum layer for generating laser-induced particles, and according to the present invention, several tens of nanometers, which have been conventionally used to obtain high energy energy in laser-induced particle acceleration using ultra-high power lasers. Very thin metal films or targets with small holes require additional configuration and are limited in the number of times they are used, thus eliminating the disadvantages of cost. There is no need for a high quality laser with extremely small leading pulses, and a double layer target is also provided having a vacuum layer for generating laser induced particles that can generate ion beams with much higher energy than conventional targets.
Description
본 발명은 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것으로, 더 상세하게는, 기존의 타겟과는 다른 레이저 가속 원리를 이용함으로써 에너지가 훨씬 높으면서도 에너지 폭은 좁은 고품질의 이온빔을 발생할 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것이다.
The present invention relates to a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles, and more particularly, to generate a high quality ion beam with a much higher energy and a narrower energy width by using a laser acceleration principle different from the existing target. A double layer target having a vacuum layer for laser induced particle generation.
또한, 본 발명은, 레이저의 선행펄스가 극히 작은 고품질의 레이저 장치가 요구되던 기존의 타겟의 문제점을 해결하여, 고품질의 레이저에 대한 부담을 없앨 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것이다.
In addition, the present invention solves the problem of the existing target, which requires a high-quality laser device having a very small pulse of the preceding pulse, and has a double layer having a vacuum layer for generating laser-induced particles capable of eliminating the burden on high-quality lasers. It is about a target.
종래, 고첨두출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 왔다.
Conventionally, research and development on laser induced particle acceleration using a high peak power laser has been actively progressed.
여기서, 상기한 바와 같은 레이저 유도 입자 가속에 대한 종래기술의 예로서는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 특개 2010-165494호에 개시된 바와 같은 "나노클러스터"가 있다.
Here, as an example of the prior art for laser induced particle acceleration as described above, there is a "nanocluster" as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2010-165494.
더 상세하게는, 상기한 일본 공개특허 특개 2010-165494호에 개시된 "나노클러스터"는, 종래, 암치료 등에 이용하는 이온빔은 단색화(단일 에너지화)가 필요하지만, 종래의 평판 타겟을 이용한 이온빔 발생장치는 단색화에 관한 상세한 기재가 없으며, 또한, 단색화 프로세스에 의해 효율이 저하한다고 하는 문제가 있고, 더욱이, 이온빔의 단색화를 위해서는 공간적으로 균일한 또는 대칭성을 가진 전자에 의한 이온 가속 전기장의 형성이 필요하나, 평판 타겟에서는 원리적으로 실현 곤란하다는 문제점을 해결하기 위해, 단색화된 이온빔의 발생이 효율적으로 실현 가능한 타겟으로서 이용될 수 있는 나노 클러스터를 제공하고자 하는 것이다.
More specifically, the "nanocluster" disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-165494 described above uses an ion beam generator using a conventional flat target, although the ion beam used for cancer treatment is required to be monochromatic (single energy). There is no detailed description of monochromatic, and there is a problem that the efficiency decreases due to the monochromatic process. Furthermore, in order to monochromate ion beams, it is necessary to form an ion-accelerated electric field by electrons having spatially uniform or symmetrical characteristics. In order to solve the problem that the plate target is difficult to realize in principle, an object of the present invention is to provide a nanocluster that can be used as a target in which the generation of a monochromated ion beam can be efficiently realized.
이를 위해, 상기한 일본 공개특허 특개 2010-165494호는, 레이저 조사에 의한 이온 빔 생성을 위한 타겟으로서 사용하는 나노 클러스터에 있어서, 적어도 2 종류의 원자가 각각 일정한 밀도로 혼재하고, 전체적으로 구(球)형을 이루는 구조인 것을 특징으로 하는 나노 클러스터를 개시하고 있다.
To this end, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-165494 discloses that in a nanocluster used as a target for generating an ion beam by laser irradiation, at least two kinds of atoms are mixed at a constant density, respectively, and are generally spherical. Disclosed is a nanocluster, which is a structure forming a mold.
아울러, 상기한 바와 같은 레이저 유도 입자 가속에 대한 종래기술의 또 다른 예로서는, 예를 들면, 미국특허 US 2009/0230318(2009.09.17)에 개시된 바와 같은 "고출력 레이저 가속된 이온을 위한 타겟 설계(Target design for high-power laser accelerated ions)"가 있다.
In addition, as another example of the prior art for laser induced particle acceleration as described above, for example, "Target design for high power laser accelerated ions as disclosed in US 2009/0230318 (2009.09.17). design for high-power laser accelerated ions).
더 상세하게는, 상기한 미국특허 US 2009/0230318호는, 극초단 레이저 펄스와 타겟 소재의 상호작용으로 생성된 프로톤과 같은 레이저 가속된 이온에 관한 것으로, 고에너지 이온을 생성하기 위하여 극초단 레이저 펄스와 상호작용하는 타겟 및 그 설계방법을 제공하고자 하는 것이다.
More specifically, the above-mentioned US Patent US 2009/0230318 relates to laser accelerated ions, such as protons produced by the interaction of ultrashort laser pulses with a target material, to produce ultra energy lasers to produce high energy ions. It is an object of the present invention to provide a target for interacting with a pulse and a design method thereof.
이를 위해, 상기한 미국특허 US 2009/0230318호는, 레이저 가속된(laser-accelerated) 이온빔이 설계방법에 있어서, 중이온층(heavy ion layer), 전기장, 최대 이온 에너지를 포함하는 에너지 분포를 가지는 고에너지 이온을 포함하는 시스템을 모델링하는 단계, 상기 중이온층, 상기 전기장 및 상기 최대 이온 에너지의 파라미터를 상기 모델을 이용하여 연관시키는 단계 및 상기 고에너지 이온의 에너지 분포를 최적화하기 위하여 상기 중이온층의 파라미터를 변화시키는 단계를 포함하는 방법을 개시하고 있다.
To this end, the above-mentioned US Patent US 2009/0230318 discloses that a laser-accelerated ion beam has a high energy distribution including a heavy ion layer, an electric field, and maximum ion energy in the design method. Modeling a system comprising energy ions, associating parameters of the heavy ion layer, the electric field and the maximum ion energy with the model, and parameters of the heavy ion layer to optimize the energy distribution of the high energy ions. It discloses a method comprising the step of changing the.
상기한 바와 같이, 종래, 고첨두출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에 있어서 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 종래의 레이저 유도 입자 가속 방법에는 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
As described above, various studies have been conducted in the conventional laser-induced particle acceleration using a high peak power laser, but the conventional laser-induced particle acceleration method has the following problems.
즉, 종래, 극초단 고첨두출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에 있어서, 타겟으로서 수 마이크로미터 두께의 얇은 필름이 사용되어 왔으며, 특히, 높은 에너지의 이온빔을 발생하기 위해서는, 수십 나노미터 두께의 매우 얇은 필름이 사용된다.
That is, in the conventional laser-induced particle acceleration using an ultra-short high-peak laser, a thin film having a thickness of several micrometers has been used as a target. In particular, in order to generate an ion beam of high energy, a very tens of nanometer-thick Thin films are used.
그러나 이 경우, 극초단 고첨두출력 레이저가 가지는 구조적 메커니즘으로 인해, 주 펄스 이전에 발생하는 선행펄스를 억제하여, 주 레이저 펄스와 얇은 필름이 상호작용하기 전에 선행펄스에 의해 타겟이 파괴되는 것을 방지하는 것이 매우 중요하다.
In this case, however, due to the structural mechanism of the ultra-high peak power laser, it suppresses the preceding pulse occurring before the main pulse, thereby preventing the target from being destroyed by the preceding pulse before the main laser pulse and the thin film interact. It is very important to.
따라서 이를 위해서는, 플라즈마 거울을 추가적으로 설치하여야 하며, 아울러, 이러한 플라즈마 거울은 추가적인 구성이 되므로 전체 입자 가속 설비에 요구되는 비용 및 공간이 그만큼 늘어나게 된다는 문제점이 있었다.
Therefore, for this purpose, the plasma mirror must be additionally installed, and in addition, since the plasma mirror has an additional configuration, there is a problem that the cost and space required for the entire particle acceleration facility are increased by that much.
또한, 상기한 바와 같은 플라즈마 거울은, 사용 횟수에 제한이 있어서 수시로 교체해야 하므로, 운영적인 면에서도 문제점을 가지는 것이었다.
In addition, the plasma mirror as described above has a problem in terms of operation because there is a limit on the number of times of use and it must be replaced at any time.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서는, 플라즈마 거울과 같이 추가적인 구성이 요구되지 않아 공간을 절약할 수 있는 동시에, 장비를 수시로 교체할 필요가 없어 비용도 절약할 수 있는 타겟 구조를 제공하는 것이 바람직하다.
Therefore, in order to solve the problems of the prior art as described above, there is no additional configuration is required, such as a plasma mirror to save space, and at the same time there is no need to replace equipment at all times to provide a target structure that can save costs It is desirable to.
또한, 상기한 내용에 더하여, 극초단 고출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에서 선행 펄스에 의해 타겟이 반응하여 타겟에 손상이 생기는 것을 방지하는 동시에, 보다 높은 에너지의 이온빔을 발생시킬 수 있는 새로운 타겟의 구조를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 타겟 구조는 제시되지 못하고 있는 실정이다.
Furthermore, in addition to the above, in the laser guided particle acceleration using an ultra-high power laser, a new target capable of generating a higher energy ion beam while preventing the target from reacting to the target by the preceding pulse can be generated. It is desirable to provide a structure, but a target structure that satisfies all such requirements has not been proposed yet.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 플라즈마 거울과 같은 추가적인 구성이 요구되어 설치 공간이 늘어나는 데 더하여, 사용 횟수에도 제한이 있어 자주 교체해야 하므로 비용적인 면에서도 문제점이 있었던 종래의 타겟 구조들의 단점을 해결하여, 극초단 고첨두출력 레이저를 이용한 레이저 유도 입자 가속에서 선행 펄스에 의해 타겟에 손상이 생기는 것을 방지하는 동시에, 보다 높은 에너지의 이온빔을 발생시킬 수 있는 새로운 타겟의 구조를 제공하고자 하는 것이다.
The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and therefore, the object of the present invention, additional configuration such as a plasma mirror is required to increase the installation space, there is also a limit on the number of times of use, so frequent replacement Solving the disadvantages of the conventional target structures, which were problematic in terms of cost, prevented damage to the target by preceding pulses in laser-induced particle acceleration using an ultra-high peak power laser, while simultaneously generating a higher energy ion beam. We want to provide a new target structure that can be generated.
즉, 본 발명의 목적은, 레이저의 선행 펄스를 활용하여 기존의 타겟에서 요구되는 선행펄스가 극히 작은 고품질의 레이저가 필요하지 않은 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟을 제공하고자 하는 것이다.
That is, an object of the present invention is to provide a double-layer target having a vacuum layer for generating laser-induced particles, which does not require a high-quality laser having a very small leading pulse required by an existing target by utilizing the preceding pulse of the laser. .
또한, 본 발명의 다른 목적은, 기존의 타겟에 비해 에너지는 훨씬 높은 동시에, 에너지 폭은 좁은 이온빔을 발생할 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟을 제공하고자 하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a double layer target having a vacuum layer for generating laser-induced particles capable of generating an ion beam having a much higher energy and a narrower energy width than a conventional target.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 있어서, 레이저의 선행펄스와 반응하여 플라즈마를 생성하는 제 1 타겟층; 레이저의 주 펄스에 의해 이온빔을 발생하는 제 2 타겟층; 및 상기 플라즈마에 의한 충격파가 상기 제 2 타겟층에 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 제 1 타겟층과 상기 제 2 타겟층 사이에 형성되는 진공층을 포함하는 진공층을 가지는 이중층 타겟이 제공된다.
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a double layer target having a vacuum layer for generating laser-induced particles, comprising: a first target layer for generating a plasma by reacting with a preceding pulse of a laser; A second target layer for generating an ion beam by the main pulse of the laser; And a vacuum layer including a vacuum layer formed between the first target layer and the second target layer to prevent shock waves caused by the plasma from being transmitted to the second target layer.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 제 2 타겟층이 가속이온층을 포함하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 제 2 타겟층에서 발생한 이온빔의 일부가 제 1 타겟층의 선행 플라즈마에 의해 반사되어 다시 제 2 타겟층으로 입사되는 특징을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 제 2 타겟층에서 발생한 이온빔의 일부가 제 1 타겟층의 선행 플라즈마에 의해 반사되어 다시 제 2 타겟층으로 입사되는 특징에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 제 2 타겟층에서 발생한 이온빔의 일부가 제 1 타겟층의 선행 플라즈마에 의해 반사되어 다시 제 2 타겟층으로 입사되는 특징에 대한 원리를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view schematically showing the overall configuration of a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a configuration in which a second target layer of a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention includes an acceleration ion layer.
Figure 3 is a part of the ion beam generated in the second target layer of the double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention is reflected by the preceding plasma of the first target layer is incident to the second target layer It is a figure which shows schematically.
Figure 4 is a part of the ion beam generated in the second target layer of the double layer target having a vacuum layer for generating the laser induced particles according to an embodiment of the present invention is reflected by the preceding plasma of the first target layer is incident to the second target layer A diagram for explaining the principle of the.
FIG. 5 is a view illustrating a portion of an ion beam generated in a second target layer of a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention is reflected by a preceding plasma of the first target layer and then incident to the second target layer A diagram for explaining the principle of the.
이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
It should be noted that the contents described below are only examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 레이저의 선행펄스가 극히 작은 고품질의 레이저 장치를 요구하였던 종래기술의 문제점을 해결하여, 레이저의 선행펄스를 활용함으로써 고품질의 레이저에 대한 부담을 없앨 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것이다.
That is, the present invention solves the problems of the prior art, which required a high quality laser device with a very small pulse of the laser as described below, and can eliminate the burden on the laser of high quality by utilizing the pulse of the laser. A double layer target having a vacuum layer for laser induced particle generation.
또한, 본 발명은, 기존의 타겟과는 다른 레이저 가속 원리를 이용함으로써 에너지가 훨씬 높으면서도 에너지 폭은 좁은 고품질의 이온빔을 발생할 수 있는 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟에 관한 것이다.
In addition, the present invention relates to a double layer target having a vacuum layer for generating laser-induced particles capable of generating high quality ion beams with a much higher energy but a narrower energy width by using a laser acceleration principle different from conventional targets.
즉, 본 발명은, 종래의 타겟 구조와 달리 수 내지 수십 나노미터 두께를 가지는 두꺼운 타겟을 사용함으로써, 선행펄스의 효과만 억제하는데 그쳤던 종래의 가속기술에 비하여, 이온빔의 에너지가 증가하고, 에너지 폭은 좁아지는 새로운 가속기술을 제시하고자 하는 것이다.
That is, the present invention, by using a thick target having a thickness of several to several tens of nanometers, unlike the conventional target structure, the energy of the ion beam increases, compared to the conventional acceleration technology that only limited the effect of the preceding pulse, the energy width Is to propose a new narrowing technology.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
Subsequently, with reference to the accompanying drawings, the details of the double-layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟(20)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
First, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of a
여기서, 도 1에 있어서, 레이저는 도 1의 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 것으로 가정한다.
Here, in FIG. 1, it is assumed that the laser proceeds from the left side to the right side of FIG. 1.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟(20)은, 선행펄스와 반응하는 제 1 타겟층 (21)과, 선행펄스에 의해 발생한 플라즈마에 의한 충격파의 전달을 방지하는 진공층(22) 및 주 펄스에 의해 이온빔이 발생하는 제 2 타겟층(23)을 포함하여 구성되어 있다.
That is, as shown in Figure 1, the
더 상세하게는, 상기한 제 1 타겟층(21)은, 대략 수 내지 수십 마이크로미터 두께의, 바람직하게는, 1 ~ 10 마이크로미터 두께의 금속물질로 이루어지며, 선행펄스와 반응하여 플라즈마를 생성한다.
More specifically, the
아울러, 진공층(22)은, 주 레이저 펄스가 들어오기 직전까지(약 수 나노초) 제 1 타겟층(21)에 의해 발생한 플라즈마에 의한 충격파가 제 2 타겟층(23)으로 전달되는 것을 방지한다.
In addition, the
계속해서, 제 2 타겟층(23)은, 대략 수 내지 수십 마이크로미터 두께의, 바람직하게는, 1 ~ 10 마이크로미터 두께의 금속 또는 플라스틱 물질로 이루어지며, 주 레이저펄스와 상호작용하여 이온빔이 발생하는 층이다.
Subsequently, the
여기서, 상기한 제 1 타겟층(21) 및 2 타겟층(23)은, 예를 들면, 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨 등의 물질을 이용하여 구성할 수 있으며, 상기한 진공층(22)의 두께는 1 ~ 10 마이크로미터, 바람직하게는, 수 마이크로 미터 이내의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
Here, the
아울러, 상기한 바와 같은 제 1 타겟층(21), 2 타겟층(23) 및 진공층(22)의 두께는, 레이저의 세기 또는 발생하고자 하는 이온빔의 에너지에 따라 그 조건을 달리하여 선택될 수 있는 것이다.
In addition, the thicknesses of the
따라서, 특히, 상기한 바와 같은 구조에서는, 제 2 타겟층(23)에서 발생한 이온빔의 일부가 제 1 타겟층(21)에서 발생된 플라즈마에 의해 반사되어 다시 제 2 타겟층(23)으로 주입되므로, 기존의 타겟 구조보다 에너지는 높고, 에너지 폭은 좁은 이온빔을 발생할 수 있다.
Therefore, in particular, in the structure as described above, since a part of the ion beam generated in the
아울러, 제 2 타겟층(23)의 앞 부분(도 1에서 왼쪽 부분)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 특정한 이온이 포함된 코팅물질을 얇게 코팅하여 가속이온층(31)을 형성함으로써, 원하는 이온빔을 발생하도록 구성할 수 있다.
In addition, the front portion of the second target layer 23 (left portion in FIG. 1), as shown in FIG. 2, by coating a thin coating material containing a specific ion to form an
여기서, 상기한 코팅물질로는, 예를 들면, 수소, 산소, 또는, 탄소 등을 사용할 수 있으며, 이때, 제 1 타겟층(21)과 제 2 타겟층(23)은, 원하는 이온빔보다 높은 원자수의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
Here, as the coating material, for example, hydrogen, oxygen, or carbon may be used. In this case, the
또한, 제 2 타겟층(23)의 뒷 부분(도 1에서 오른쪽 부분)에 흡착되는 불순물에 의한 영향을 줄이기 위해서는, 적당한 출력의 레이저를 이용하여 해당 부분을 가열함으로써 불순물을 제거해 주는 것이 바람직하다.
In addition, in order to reduce the influence by the impurity adsorbed on the rear part (the right part in FIG. 1) of the
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟을 구성함으로써, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제 2 타겟층(23)에서 발생한 이온빔의 일부가 제 1 타겟층(21)의 선행 플라즈마에 의해 반사되어 다시 제 2 타겟층(23)으로 입사됨으로써, 기존의 타겟 구조보다 에너지는 높고, 에너지 폭은 좁은 이온빔을 발생할 수 있다.
Therefore, by configuring a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to the embodiment of the present invention as described above, as shown in Figure 3, a portion of the ion beam generated in the
계속해서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟을 이용하여 기존의 타겟 구조보다 에너지는 높고, 에너지 폭은 좁은 이온빔을 발생할 수 있는 원리에 대하여 설명한다.
Subsequently, referring to FIGS. 4 and 5, by using a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to the embodiment of the present invention as described above, the energy is higher than the existing target structure, and the energy width is The principle which can generate a narrow ion beam is demonstrated.
먼저, 도 4를 참조하면, 도 4는 시간에 따른 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 도면으로, 도 4a 내지 도 4f에 있어서, 진공층(22)을 사이에 두고 왼쪽 부분은 선행펄스와 제 1 타겟층(21)이 반응하여 형성된 선행 플라즈마이며, 오른쪽은 제 2 타겟층(22)의 플라즈마 밀도를 나타내고 있다.
First, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram illustrating a density distribution of plasma over time. In FIGS. 4A to 4F, the left part of the
또한, 도 5를 참조하면, 도 5a 내지도 5f는 각각 도 4a 내지도 4f에 대응하여 본 발명의 가속 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 5에 있어서, X축은 공간을 나타내며, 도 4의 선행 플라즈마의 위치 및 제 2 타겟층(23)의 위치에 해당한다.
In addition, referring to FIG. 5, FIGS. 5A to 5F are diagrams for explaining the acceleration principle of the present invention in correspondence with FIGS. 4A to 4F, respectively. In FIG. 5, the X axis represents a space and the preceding of FIG. Corresponds to the position of the plasma and the position of the
아울러, 도 5에 있어서, 왼쪽의 Y축은 전기장의 세기를 나타내며, 오른쪽의 Y축은 이온의 속도를 나타낸다.
In addition, in FIG. 5, the Y axis on the left side represents the intensity of the electric field, and the Y axis on the right side represents the velocity of ions.
또한, 도 5에 있어서, 검은색 선은 주 레이저 펄스이고, 선행펄스와 이미 반응하여 선행 플라즈마를 형성한 이후에 해당하는 것이며, 붉은색 선은 레이저와 플라즈마의 반응에 의해 형성된 가속 전기장을 나타낸다.
In addition, in FIG. 5, the black line is a main laser pulse, and corresponds to after the reaction of the preceding pulse to form the preceding plasma, and the red line represents the accelerated electric field formed by the reaction of the laser and the plasma.
아울러, 도 5에 있어서, 오른쪽의 Y축의 값이 양수이면 오른쪽으로, 음수이면 왼쪽으로 가속되는 것을 의미한다.
In addition, in FIG. 5, it means that the value of the Y axis on the right side is accelerated to the right when the value of the Y axis is positive, and to the left when the value is negative.
더욱이, 도 5에 있어서, 점선의 원으로 표시한 부분은 이온의 운동을 나타내는 것으로, 즉, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제 2 타겟층(23)의 양 표면에 있는 이온(여기서는 양성자)이 하나는 오른쪽(푸른색)으로, 하나는 왼쪽으로(붉은색) 진행하는 것을 볼 수 있으며(즉, 하나는 속도가 양수이고, 하나는 음수이다), 여기서, 푸른색에 해당하는 부분이 기존의 가속원리에 해당한다.
In addition, in FIG. 5, the portion indicated by the dotted circle indicates the motion of the ions, that is, referring to FIGS. 5A and 5B, the ions (here protons) on both surfaces of the
또한, 본 발명의 가속 원리를 나타내는 부분은 붉은색 점선의 원으로 표시한 부분으로, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 처음에는 왼쪽으로 진행하다가, 도 5c 및 도 5d에서 오른쪽으로 움직임이 바뀌는 것을 볼 수 있다(즉, 속도가 음수였다가 양수로 되는 것을 의미함).
In addition, the portion showing the acceleration principle of the present invention is a portion indicated by a circle of red dotted line, as shown in Figs. 5a and 5b, initially moving to the left, the movement is changed to the right in Figs. 5c and 5d You can see that the speed is negative and then positive.
이러한 현상은 선행 플라즈마에서 생성된 전기장(Ex1)에 의한 반사작용에 의해 발생하는 것으로, 이와 같이 선행 플라즈마에서 생성된 전기장(Ex1)에 의해 반사된 양성자 빔이 다시 제 2 타겟층(23)으로 들어가면, 도 5e 내지 도 5f에 나타낸 바와 같이, 전기장이 더욱 길게 형성된다.
This phenomenon is caused by the reflection by the electric field Ex1 generated in the preceding plasma. When the proton beam reflected by the electric field Ex1 generated in the preceding plasma enters the
따라서 상기한 바와 같이, 본 발명은, 선행 플라즈마에서 생성된 전기장(Ex1)의 반사작용에 의해 추가적인 가속이 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로서, 이러한 특징에 의해 기존의 가속기술과 큰 차이점을 가진다.
Therefore, as described above, the present invention is characterized in that additional acceleration is performed by the reflection action of the electric field Ex1 generated in the preceding plasma, and this feature has a great difference from the conventional acceleration technology.
즉, 종래기술에 해당하는 파란색 점선으로 나타낸 양성자는, 표면에서 발생한 전기장에 의해서만 가속이 이루어지므로 전체적인 가속 시간이 짧으나, 상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 제시된 구조에 따라 선행 플라즈마에서 생성된 전기장에 의해 다시 반사되어 돌아간 양성자는, 보다 긴 시간 동안 가속이 이루어지므로 더 높은 에너지를 얻을 수 있으며, 또한, 양성자들이 거의 같은 가속 전기장을 통과하므로 에너지 폭도 작게 된다.
That is, the protons represented by the blue dotted line corresponding to the prior art have a short acceleration time because the acceleration is performed only by the electric field generated on the surface, but as described above, the electric field generated in the preceding plasma according to the structure shown in the embodiment of the present invention. The protons, which are reflected back by, return higher energy because they are accelerated for longer periods of time, and the energy width becomes smaller as the protons pass through the same accelerated electric field.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟을 구현할 수 있다.
Therefore, as described above, it is possible to implement a double-layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention.
즉, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟은, 주 타겟의 앞에 진공층과 선행 플라즈마 생성 타겟을 위치시킴으로써, 선행 플라즈마 생성으로 인해 입자 가속에 도움이 되게 함과 동시에, 주 타겟의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
That is, the dual layer target having the vacuum layer for generating the laser induced particles according to the embodiment of the present invention having the configuration as described above, by placing the vacuum layer and the preceding plasma generation target in front of the main target, due to the preceding plasma generation In addition to assisting in particle acceleration, the effect of preventing damage to the main target can be obtained.
이에 더하여, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟은, 단일 층으로 구성되어 있던 기존의 타겟과 달리, 타겟 조건을 달리함으로써 발생되는 입자의 에너지 스펙트럼을 원하는 형태로 조정이 가능하다.
In addition, the bi-layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above is generated by changing the target conditions, unlike the existing target composed of a single layer. The energy spectrum of the particles can be adjusted to the desired shape.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 레이저 유도 입자 발생을 위한 진공층을 가지는 이중층 타겟의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
As described above, the details of the double layer target having the vacuum layer for generating the laser induced particles according to the present invention have been described through the embodiments of the present invention as described above, but the present invention is limited only to the contents described in the above embodiments. Therefore, it is a matter of course that the present invention can be variously modified, changed, combined and replaced by those skilled in the art according to the design needs and various other factors. would.
20. 이중층 타겟 21. 제 1 타겟층
22. 진공층 23. 제 2 타겟층
31. 가속이온층 20.
22.
31. Accelerated Ion Layer
Claims (8)
레이저의 선행펄스와 반응하여 플라즈마를 생성하는 제 1 타겟층;
레이저의 주 펄스에 의해 이온빔을 발생하는 제 2 타겟층; 및
상기 플라즈마에 의한 충격파가 상기 제 2 타겟층에 전달되는 것을 방지하기 위해 상기 제 1 타겟층과 상기 제 2 타겟층 사이에 형성되는 진공층을 포함하고,
상기 제 2 타겟층에서 발생한 이온빔의 일부가 상기 제 1 타겟층에서 발생된 플라즈마에 의해 반사되어 다시 상기 제 2 타겟층으로 주입되며,
상기 제 1 타겟층, 상기 제 2 타겟층 및 상기 진공층은 1 내지 10 마이크로미터의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는
진공층을 가지는 이중층 타겟.
In a double layer target having a vacuum layer for generating laser induced particles,
A first target layer reacting with a preceding pulse of the laser to generate a plasma;
A second target layer for generating an ion beam by the main pulse of the laser; And
And a vacuum layer formed between the first target layer and the second target layer to prevent shock waves caused by the plasma from being transmitted to the second target layer.
A portion of the ion beam generated in the second target layer is reflected by the plasma generated in the first target layer and injected into the second target layer again.
The first target layer, the second target layer and the vacuum layer is characterized in that formed in a thickness of 1 to 10 micrometers
Double layer target with vacuum layer.
상기 제 1 타겟층은, 알루미늄, 티타늄 또는 탄탈륨을 포함하는 금속물질로 이루어지는 진공층을 가지는 이중층 타겟.
The method of claim 1,
The first target layer has a double layer target having a vacuum layer made of a metal material including aluminum, titanium or tantalum.
상기 제 2 타겟층은, 알루미늄, 티타늄 또는 탄탈륨을 포함하는 금속물질, 또는, 플라스틱 물질로 이루어지는 진공층을 가지는 이중층 타겟.
The method of claim 3, wherein
The second target layer is a double layer target having a vacuum layer made of a metal material or plastic material including aluminum, titanium or tantalum.
상기 제 2 타겟층은, 이온빔 발생을 위한 이온이 포함된 물질을 상기 제 2 타겟층이 상기 진공층과 접하는 측면에 코팅하여 형성되는 가속이온층을 더 포함하는 진공층을 가지는 이중층 타겟.
5. The method of claim 4,
The second target layer has a double layer target having a vacuum layer further comprising an acceleration ion layer formed by coating a material containing ions for generating an ion beam on the side of the second target layer in contact with the vacuum layer.
상기 가속이온층은, 수소, 산소 또는 탄소를 이용하여 형성되는 진공층을 가지는 이중층 타겟.
6. The method of claim 5,
The accelerator ion layer has a double layer target having a vacuum layer formed using hydrogen, oxygen, or carbon.
상기 제 1 타겟층 및 상기 제 2 타겟층은, 상기 이온빔보다 높은 원자수의 물질을 사용하여 형성되는 진공층을 가지는 이중층 타겟.
The method according to claim 6,
The first target layer and the second target layer, a double layer target having a vacuum layer formed using a material having a higher atomic number than the ion beam.
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