일반기술

자기장 정밀조정이 가능한 영구자석 해지칼 언듈레이타

◦ 본 기술은 자기장 정밀조정이 가능한 영구자석 헤리칼 언듀레이타에 관한 것으로 더 상세하게는, 영구자석을 사용하면서 각 위치에서 자기장의 미세조정이 가능한 새로운 구조의 헤리칼 언듀레이타에 관한 것이다. ◦ 일반적인 종래기술에 따르면, 언듀레이타는 자유전자레이저(free-election laser)와 싱크로톤(Synchroton) 방사의 핵심부품으로 이곳에서 상대론적인 속도의 전자빔을 사행운동시켜서 레이저빔을 얻거나 싱크로톤(Synchroton)방사광을 얻는다.◦ 언듀레이타는 자기장의 분포에 따라서 프레이어 언듀레아타(planar undulator)와 헤리칼 언듀레이타로 나누어지며 그때 발생되는 광은 각각 선편광과 원편광을 갖는다. 처음 개발된 언듀레이타들은 전자석을 사용하여 필요한 자기장분포를 얻었으나 높은 자기장을 위한 대전류 전원과 연속동작시에는 냉각장치와 같이 대단위 보조장비가 필요하다는 단점들 때문에 사용이 기피되고 있다. 최근에는 희토류계나 Nd-Fe-B영구자석들을 사용하여 전자서가에 비해서 훨씬 자기장이 강하면서도 구조와 크기가 간단하고 영구적인 사용이 가능한 언듀레이타를 개발하고 있다. 그러나 구조적인 문제로 인하여 개발된 영구자석 언듀레이타는 거의 대부분 프레이어 언듀레이타였고 영구자석 헤리칼 언듀레이타는 가능한 기본적인 구조가 제안되고 있는 단계이다.◦ 위와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 고성능이면서 간단하고 실현가능한 구조의 영구자석 헤리칼 언듀레이터를 제공하는 것이 본 기술이다. 12줄의 홈이 파여진 자석고정용 알루미늄 등 비자성 금속원통에 각줄마다 원통축을 따라서 자화방향이 90도씩 변하는 4개의 자석들을 한 주기로 하여 주기적으로 배열하였고 자석열의 각 줄들은 조금씩 시작점을 일정하게 달리하여 바이파일러(bifilar) 형태의 자기장이 형성되게 구성되어 있다.◦ 본 기술은 언듀레이타 양끝에서의 자기장 분포가 균일하고 전체적으로 4개의 자석들이 서로의 자기장 오차를 상쇄하기 때문에 전체 자기장과 오차가 줄어들며 자기력선들이 원통중심으로 집중되어 자기장의 세기가 세어진다.본 발명의 방법으로 언듀레이타 단면의 자석들의 내경이 21.6mm이고 외경이 5mm이며 주기가 36mm이고 전체길이가 900mm인 실제의 언듀레이타 중심축에서의 자기장의 세기를 측정한 결과 1.44kG였고, 자기장오차의 표준편차는 1.8%엿다. 크기가 작고 컴팩트한 구조이면서도 강력한 자기장을 얻을 수 있었고, 자석들의 재배치나 조정없이도 비교적 낮은 자기장 오차를 가짐을 확인하였다.그리고 원통측과 평행한 자화방향을 가진 자석들이 원통바깥쪽으로 밀리는 힘을 받고 있기 때문에 나사를 이용하여 눌러주는 정도를 달리하여 간단히 원통 중심에서의 거리를 달리할 수 있다. 원통 중심에서 자석들이 멀어지면 원통중심에서의 자기장의 세기는 약해지고 원통중심에 가까이 가면 자기장 세기는 강해진다. 그 변하는 정도가 미세하기 때문에 언듀레이타 각 위치에서의 자기장의 세기를 미세하게 조정할 수 있어 전체 자기장의 오차를 더욱 줄일 수 있다.◦ 이상과 같이 본 기술은 영구자석을 사용하여 작고 간단한 구조로 강력한 자기장과 낮은 자기장 오차를 가지며 또한 간단한 방법으로 자기장의 미세조정이 가능한 새로운 구조의 헤리칼 언듀레이타에 관한 것이다. 기존에 많이 개발된 영구자석 프레이어 언듀레이타에 비해서 뒤떨어지지 않는 자기장 세기와 낮은 자기장 오차를 가지면서도 전체 시스템의 구조가 간단하며 부피가 아주 작아서 제작비도 5배 이상 저렴하고 사용이 간편한 장점이 있다는 점에서 종래기술에 비하여 그 우수성이 현저하다고 하겠다.