KR20220017411A - 전자기 펌프가 있는 x-선 소스 - Google Patents
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Abstract
제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션을 포함하는, 전도성 액체를 펌핑하기 위한 전자기 펌프가 개시된다. 전자기 펌프는 전류 방향이 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 내의 액체 및 상기 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 전류를 제공하도록 배치된 전류 발생기, 및 자기장 방향이 상기 액체 흐름 및 전류 방향과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된 자기장 생성 배열체를 더 포함한다.
Description
명세서에서 개시된 발명은 일반적으로 전자기 펌프에 관한 것이고, 특히 X-선 소스 내에서 타겟으로서 사용될 전도성 액체를 펌핑하기 위한 하나 이상의 전자기 펌프를 포함하는 X-선 소스에 관한 것이다.
X-선은 전통적으로 전자 빔이 고체 애노드 타겟 상에 충돌하게 함으로써 생성되어 왔다. 그러나, 애노드 내의 열효과가 X-선 소스의 성능을 제한한다.
고체 애노드 타겟의 과열과 관련된 문제점을 완화하기 위한 한 가지 방법은 액체 금속 분사물을 X-선 생성 시에 전자 타겟으로서 사용하는 것이었다. 따라서, 액체 금속 분사 X-선 소스는 전자 빔 및 액체 금속 분사물 사이의 X-선 방사선에 의해서 X-선 방사선을 생성하는 것에 기반하고 있다. 그 회생 성질 덕분에, 액체 금속의 이러한 분사물은 강한 전자 빔 충돌을 견딜 수 있다. 이러한 시스템의 일 예가 WO 2010/112048 A1에 개시된다. 이러한 시스템에서, 액체 금속 분사물은 가압 수단, 분사 노즐 및 분사물의 끝에서 액체 금속을 수집하기 위한 저장소를 이용하여 폐루프 방식으로 공급된다.
그러나, 액체 금속 분사물을 전자 타겟으로서 사용하는 것이 잠재적인 단점들을 수반한다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 속도, 형상 및 두께(단면 크기)에 있어서의 분사의 균일도는 액체 금속을 가압하기 위하여 사용되는 펌프에 의해서 초래되는 압력 변동 및 불충분한 성질에 기인하여 최적보다 열악하게 될 수 있다. 더 나아가, 펌프에는 통상적으로 규칙적이고 시간이 많이 걸리는 유지보수가 필요할 것이고, 이것이 동작 비용과 시스템 고장시간을 증가시킬 것이다.
본 발명의 목적은 전술된 문제점들 중 적어도 일부를 해결하는 것이다. 특정한 목적은, 개선된 전자기 펌프 및 이러한 펌프를 포함하는 X-선 소스를 제공하는 것이다.
도입부로서, 액체 분사물의 공급을 위한 시스템에 관련된 콘텍스트 및 일부 단점들이 간략히 논의될 것이다.
언급된 타입의 X-선 소스는 전자 총 및 진공 챔버 내에서 가압된 액체 금속의 지속적인 분사물을 제공하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 사용되는 금속은 상대적으로 낮은 용융점을 가지는 것, 예컨대 인듐, 갈륨, 주석, 리드, 비스무스 또는 그것의 혼합물 또는 합금인 것이 바람직하다. 전자 총은 콜드-필드-방출, 열 필드-방출, 열이온 방출 또는 기타 등등의 원리에 의해서 기능할 수 있다. 전자-충돌 타겟, 즉, 액체 분사물을 제공하기 위한 시스템은 히터 및/또는 쿨러, 가압 수단, 분사 노즐 및 분사물의 끝에서 액체를 수집하기 위한 저장소를 포함할 수 있다. 전자 및 액체 타겟 사이의 상호작용의 결과로서 X-선 방사선이 충돌 구역 내에서 생성된다. 적절한 투과 특성을 가지는 윈도우가 생성된 X-선 방사선이 진공 챔버 밖으로 나가도록 한다. X-선 소스의 연속 동작을 허용하기 위해서 액체를 폐루프 방식으로 회수하는 것이 일반적으로 바람직하다.
기술적인 레벨에서 볼 때, 액체 분사물을 공급하고 가압하는 것은 어려운 일일 수 있다. 특히, 액체를 가압 및 순환시키기 위해 사용되는 펌프는, 예를 들어 펌프 피스톤의 이동, 또는 충분히 높은 압력을 구축하기에 불충분한 용량에 의해서 초래되는 압력 변동에 기인하여 불만족스러울 수 있다.
액체, 즉 타겟 재료의 누설도 잠재적인 어려움이다. 누설의 결과는, 금속이 시스템의 밖으로 영구적으로 손실되는 것일 수 있다. 누설의 다른 문제는 금속이 접근하기가 어렵거나 실질적으로 불가능한 시스템의 부분 내에서 응고되는 상황이 발생하는 것을 포함한다. 더 나아가, 실링, 파이핑 및 펌프가 액체의 잠재적인 누설의 모든 소스이고, 따라서 액체 분사물의 공급 시스템의 열악한 부분들이다. 사용자의 관점에서 볼 때, 누설은 액체를 비용을 들여서 보충하게 하고, 유지보수 간격을 단축시키며, 일반적으로는 연관된 X-선 소스의 동작 및 유지보수가 더 힘들면서 시간이 많이 걸리게 할 수 있다. 본 발명은 목적 이러한 과제 중 적어도 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 종래 기술의 전술된 단점 중 적어도 일부가 타겟 액체를 위한 전자기 펌프를 사용함으로써 완화될 수 있다는 통찰에 기반하고 있다.
도전성 액체를 위한 전자기 펌프가 종래 기술에 공지되어 있지만, 이들은 전자 빔 충돌 X-선 소스 내의 타겟으로서 사용하기 위한 액체 금속 분사물을 생성하기 위해서는 채용되지 않았다. 그 하나의 이유는 종래 기술의 전자기 펌프가 충분히 높은 압력을 달성할 수 없다는 것이다.
전자 빔 충돌 X-선 소스 내의 타겟으로서 사용되기 위한 액체 금속 분사물을 생성하기 위하여, 액체는 통상적으로 100 바보다 높게 가압될 필요가 있다. 이러한 고압에 도달하기 위한 한 가지 방법은, 적어도 이론적으로, 복수 개의 전자기 펌프를 직렬로 연결하는 것이다. 그러나, 그러면 실링 및 파이핑이 더 많이 생기게 될 것이고, 이것들은 전술된 바와 같이 잠재적인 누설 지점이 되며, 또한 추가적인 전기적 연결을 요구할 것이다. 그러므로, 본 발명의 실시형태들에서는, 압력을 펌프를 따라서 충분한 레벨까지 연속적으로 상승시키기 위한 복수 개의 섹션이 단일 보디 내에 제공되는 전자기 펌프가 제공된다.
그러므로, 본 명세서에서는, 본 발명의 개념의 제 1 양태에 따르는 전도성 액체를 펌핑하기 위한 전자기 펌프가 제안된다. 펌프는,
입구 및 출구를 가지는 제 1 도관 섹션; 및
입구 및 출구를 가지는 제 2 도관 섹션을 포함하고,
상기 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션은 자신의 입구로부터 자신의 출구로 액체 흐름을 제공하도록 배치되며,
상기 제 1 도관 섹션의 출구는 상기 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결된다.
펌프는,
전류 방향이 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 내의 액체 및 상기 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 전류를 제공하도록 배치된 전류 발생기; 및
자기장 방향이 상기 액체 흐름 및 전류 방향과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된 자기장 생성 배열체를 더 포함하며,
상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은, 상기 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향과 반대인 상기 제 1 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향을 제공하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 일부 실시형태는 적어도 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 포함하는 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 제 1 영구자석이 제 1 섹션 내에 배치될 수 있고 제 2 영구 자석이 제 2 섹션 내에 배치될 수 있으며, 제 1 및 제 2 영구자석은 반대 자기장 배향으로 배치된다. 양자 모두의 섹션 내의 액체 금속을 따라서 동일한 방향으로 펌핑 힘을 얻기 위해서, 제 1 섹션 내의 도관 권취 방향은 제 2 섹션 내의 도관 권취 방향과 반대일 수 있다. 이러한 방식으로, 전류는 전체 배열체를 통해서 동일한 방향으로 흐를 수 있다. 이러한 배열체가 임의의 개수의 섹션으로 확장될 수 있다는 것이 이해될 것이고, 여기에서 자기장 배향 및 도관 권취 방향은 각각의 섹션 사이에서 이에 따라서 스위칭된다.
전도성 액체 내의 압력을 상승시키는 것은 자기장 및 액체를 통해 흐르는 전류 사이의 자기력으로부터 초래되는 자기력에 의해서 달성될 수 있다. 자기력의 방향은 일반적으로 전류 및 자기장의 방향 양자 모두를 포함하는 평면에 수직이고, 이러한 평면을 도관의 길이 방향에 실질적으로 수직으로 배향함으로써, 액체 흐름이 도관을 통과하여 유도될 수 있다. 전류를 흘리는 도체에 작용하는 자력은 다음처럼 표현될 수 있다.
다르게 말하면, 생성된 힘은 자기장 및 전류 양자 모두에 대해서 수직이고, 서로 수직인 필드 및 전류의 성분들만이 생성된 힘에 기여하게 된다. 자기력, 그리고 따라서 액체 흐름은 자기장의 세기, 액체를 통해 흐르는 전류, 및 자기력이 작용하는 도관의 길이에 의해서 영향받을 수 있다. 더 나아가, 자기력의 세기는 자기장이 전류 방향에 대해서 이루는 각도에 의해서 결정될 수 있다. 바람직하게는, 최대 자기력을 제공하기 위하여 자기장은 전류 방향에 수직이다. 예를 들어, 자기장은 전류 방향에 대하여 70 내지 110 도 사이의 각도로 배치될 수 있다. 더욱이, 전자기 펌프에 의해 되는 압력은 자기 펌프 내에 배치된 여러 도관 섹션의 개수에 비례할 수 있다. 본 명세서에서는, 제 1 및 제 2 도관 섹션들이 설명된다. 그러나, 본 발명의 개념에 따르는 여러 도관 섹션들이 전자기 펌프 내에 연속적으로 배치될 수 있다는 것이 더욱 구상된다. 종래의 전자기 펌프는 흔히 수 십 바에 달하는 범위에 속하는 압력을 제공하도록 설계된다. 본 발명은 압력 수 백 바에 달하는 압력, 예컨대 200 바, 350 바, 또는 1000 바를 제공하기에 적합한 펌프에 대한 것이다.
전자기 펌프가 전도성 유체를 펌핑하도록 구성될 수 있다는 것이 더욱 구상된다. 이러한 배열체는 본 명세서에서 개시되는 특징 및 장점 중 임의의 것을 가질 수 있다.
제 1 도관 섹션은 제 2 도관 섹션에 의해 제공되는 흐름의 배향과 반대인 액체 흐름의 배향을 제공하도록 구성될 수 있는 반면에, 전류는 양자 모두의 섹션들에 걸쳐서 실질적으로 동일한 메인 방향을 유지할 수 있다. 결과적으로, 자기장 및 전류 사이의 상호작용에서 생성된 자기력은 두 개의 섹션들 사이에서 반대 방향을 가리킬 수 있다. 이것은 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향을 반전시킴으로써, 결과적으로 얻어지는 흐름이 도관 섹션들 양자 모두를 통해서 흐를 수 있게 함으로써 보상될 수 있다.
자기장 생성 배열체는 제 2 도관 섹션 내의 자기장과 비교하여 방향이 반대인 제 1 도관 섹션 내의 자기장을 제공하도록 구현될 수 있는 반면에, 전류는 양자 모두의 섹션들에 걸쳐서 실질적으로 동일한 메인 방향을 유지할 수 있다.
본 발명의 개념을 완전히 이해하기 위하여, 일부 용어들이 처음에 더 명확하게 정의될 수 있다.
전자기 펌프의 메인 펌프 방향은 제 1 도관 섹션의 입구 및 제 2 도관 섹션의 출구 사이의 벡터로서 규정될 수 있다. 따라서, 도관 섹션 내의 흐름의 '배향'은 상기 도관 섹션의 도관 내의 흐름의 배향으로서 이해되고, 이것은 반드시 메인 펌프 방향과 같은 것은 아니다.
더욱이, 각각의 도관 섹션은 도관 섹션의 입구 및 도관 섹션의 출구 사이의 벡터로서 규정되는 섹션 방향을 더 가질 수 있다.
제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향에 '반대인' 제 1 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향은, 예를 들어 각각의 도관 섹션 내의 흐름, 예컨대 좌측 및 우측 나선 또는 헬릭스(helix) 각각의 좌측 및 우측 배향으로서 규정될 수 있다. 이것은, 실질적으로 서로 반대인 각각의 도관 섹션 내의 섹션 방향으로서 규정될 수도 있다.
각각의 도관 섹션 내의 액체 흐름의 반대 배향은, 미러링된 섹션, 즉 제 1 레이아웃을 가지는 제 1 도관 섹션, 및 제 1 레이아웃에 대해서 미러링된 제 2 레이아웃을 가지는 제 2 도관 섹션을 가짐으로써 달성될 수 있다. 각각의 도관 섹션 내의 액체 흐름의 반대 배향이 실질적으로 동일한 도관 섹션, 즉 제 1 레이아웃을 가지는 제 1 도관 섹션, 및 제 1 레이아웃을 가지는 제 2 도관 섹션 내의 흐름 방향을 반전시킴으로써 달성될 수 있다는 것이 더 구상되는데, 여기에서 제 1 도관 섹션의 제 1 개구는 입구로서의 역할을 하고, 제 1 도관 섹션의 제 2 개구는 출구로서의 역할을 하며, 제 1 도관 섹션의 제 1 개구에 대응하는 제 2 도관 섹션의 제 1 개구는 출구로서의 역할을 하고, 제 1 도관 섹션의 제 2 개구에 대응하는 제 2 도관 섹션의 제 2 개구는 입구로서의 역할을 한다.
본 명세서 전체에서, 자기장 발생기의 "타입 I" 및 "타입 II" 극성이라는 언급이 이루어진다; 이러한 타입의 예들은 자기장 발생기의 S 극 및 N 극 각각, 예컨대 영구 자석의 N 극 및 S 극 각각이다.
도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션은 액체를 홀딩하기 위한 도관을 포함할 수 있다. 도관은 덕트, 튜브, 및/또는 파이프를 포함할 수 있다. 튜브는 정방형, 직사각형 또는 기타 등등의 단면으로 배치될 수 있다는 점에서 유익할 수 있다. 이러한 단면은 전류가 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션 내에서 이동하게 하기 위한 상호연결 배열체를 제공하는 데에 유익할 수 있다. 특히, 직사각형 단면은 원형 단면에 비하여 상대적으로 큰 표면적을 가지는 도관 섹션의 도관들 사이에 계면을 제공할 수 있다. 반면에, 원형 단면 파이프는 주어진 벽 두께에 대해서 더 높은 기계적 강도를 제공할 수 있는데, 그 이유는 원환 응력(hoop stress)이 전체 단면에 대해서 동일할 것인 반면에, 직사각형 단면의 경우에는 응력 농도가 모서리에서 나타날 것이기 때문이다. 도관은 적어도 두 개의 가공된 부분들을 조립함으로써 형성될 수 있다. 도관은 적합한 전기 도전성 재료의 3D 프린팅에 의해서 형성될 수 있다. 바람직하게는, 도관은 자기장이 펌핑되는 중인 액체를 관통하는 것을 보장하기 위해서 비-자성 재료로부터 제작되어야 한다. 일부 실시예들에서, 도관은 스테인레스강 튜브를 포함할 수 있다.
전도성 액체는 갈륨, 인듐, 주석, 리드, 비스무스 또는 그 합금이거나 이것을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 전자기 펌프에 의해서, 콤팩트한 펌프가 달성될 수 있다. 특히, 각각의 도관 섹션 내의 반대 배향은 자기장 생성 배열체의 더 많은 콤팩트한 구성을 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 도관 섹션은 각각의 자기장 발생기와 연관될 수 있다. 이러한 자기장 발생기는 도관 섹션들 사이에서 상반된 극성들을 가질 수 있고, 이것은 자기 회로를 폐쇄하기 위해서 자기장 발생기들 사이에 중간 재료가 필요하지 않으면서 자기장 발생기의 콤팩트한 구성을 제공할 수 있다. 자기장 발생기는 영구자석, 예컨대 네오디뮴 자석으로서 구현될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 개념에 따른 전자기 펌프는 전도성 액체를 위한 종래의 펌프와 비교할 때 적은 이동 부품(또는 이동 부품이 존재하지 않음)을 가지는 펌프를 제공할 수 있다. 이를 통하여 유지보수가 쉬워질 수 있고, 이동 부품에 의해서 생성되는 압력 변동의 위험이 감소될 수 있다.
본 명세서 전체에서, 도관 섹션의 여러 예들이 개시된다. 도관 섹션의 추가적인 변형이 본 발명의 개념의 범위 안에서 구상된다는 것이 이해되어야 한다.
제 1 도관 섹션은 제 1 방향으로의 권취를 가지는 코일을 포함할 수 있고, 제 2 도관 섹션은 제 2 방향으로의 권취를 가지는 코일을 포함할 수 있으며, 제 1 방향은 제 2 방향에 반대이다.
전자기 펌프는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션을 감싸는 요크를 더 포함할 수 있고, 요크는 강자성 재료, 예컨대 철, 자성 강철, 또는 기타 등등을 포함한다. 요크는 기계적인 지지를 제공하도록 구현될 수 있다. 특히, 요크는 전자기 펌프에 의해서 전도성 액체에 작용하는 힘을 통해서 생성되는 압력을 견디도록 구성될 수 있다. 또한, 요크는 자기장의 라우팅을 제공할 수 있고, 즉 요크는 자기장 생성 배열체에 의해 생성되는 자속이 구속되게 할 수 있다.
전자기 펌프는 강자성 재료의 코어를 더 포함할 수 있다. 코어는 자기 회로의 닫힘을 제공할 수 있고, 즉 코어는 자기장 생성 배열체에 의해 생성되는 자속이 구속되는 경로를 제공할 수 있다.
자기장을 구속하기 위해서, 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 외부 요크가 코어의 직경의 적어도 20% 의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 통상적으로 코어 및 요크 사이에 갭이 존재한다는 것을 고려하면, 요크의 두께는 코어의 직경의 적어도 20% 에 코어 및 요크 사이의 반경방향 거리의 6%를 더한 것일 수 있다. 요크의 두께가 이와 같으면, 자기장은 전자기 펌프 내에 실질적으로 구속되어 X-선 소스의 전자 빔과의 간섭이 실질적으로 제거되게 된다.
제 1 도관 섹션의 출구는 전자기 펌프의 내벽 및 외벽에 의해 형성되는 중간 저장소를 이용하여 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결된다. 내벽은 위에서 논의된 전자기 펌프의 코어일 수 있다. 외벽은 위에서 논의된 전자기 펌프의 요크일 수 있다. 또한, 내부 및/또는 외벽이 자기장 생성 배열체에 의해서 형성될 수 있는 것도 구상된다. 더욱이, 전자기 펌프가 중간 저장소를 형성하는 내벽 및/또는 외벽을 제공하는 별개의 요소들을 포함할 수 있다는 것이 구상된다. 중간 저장소는 제 1 도관 섹션의 적어도 일부와 제 2 도관 섹션의 적어도 일부에 의해서도 형성될 수 있다. 중간 저장소를 제공함으로써, 제 1 및 제 2 도관 섹션 사이의 간단한 유체 연결이 달성될 수 있다.
제 1 도관 섹션의 출구 및 제 2 도관 섹션의 입구는 하나인 동일한 구조체의 부분들일 수 있고, 즉 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은 단일 부품일 수도 있다.
제 1 도관 섹션의 출구는 중간 도관을 이용하여 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결될 수 있다. 본 명세서에서, 제 1 및 제 2 도관 섹션 사이의 간단한 유체 연결이 달성될 수 있다.
전자기 펌프는, 전류가 상기 제 1 도관 섹션으로부터 상기 제 2 도관 섹션으로 통과하게 하도록 더 구성될 수 있다. 이것은 적어도 부분적으로, 예를 들어 위에서 논의된 중간 저장소를 이용하여 달성될 수 있다. 전도성 액체는 중간 저장소를 채우고, 제 1 도관 섹션으로부터 제 2 도관 섹션으로 전류를 통전시킬 수 있다. 전자기 펌프가 중간 도전 요소, 예컨대 후술되는 바와 같은 전도성 커프를 포함할 수 있다는 것도 역시 구상된다. 중간 도전 요소는 제 1 도관 섹션으로부터 제 2 도관 섹션으로 전류를 통전시키도록 구성될 수 있다.
도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션은 액체 경로 및 전류가 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션 내에서 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션의 입구로부터 출구로 이동하게 하도록 구성되는 상호연결 배열체를 포함할 수 있는데, 거리는 액체 경로보다 짧다. 액체 경로는 도관의 기하학적 구조, 즉 액체가 따라서 흐르고 있는 도관에 따른 여행 경로에 의해서 규정될 수 있다. 이에 반해, 전류는 상호연결 배열체에 기인하여 액체 경로에 따라 이동하는 것으로 한정되지 않는다. 상호연결 배열체는 도관 섹션의 도관의 상이한 부분들 사이의 직접 콘택, 및/또는 예를 들어 솔더링 또는 납땜(brazing)에 의해서 획득된 도관 섹션의 도관의 상이한 부분들 사이의 콘택을 포함할 수 있다. 도관이 에천트로 처리된 내면을 포함할 수 있다는 것이 더 구상된다. 도관의 내면은 액체와 접촉하도록 의도되는 표면이다. 내면을 에천트로 처치함으로써, 도관 및 전류를 통전시키기 위한 액체 사이의 계면이 개선될 수 있다. 상호연결 배열체는 도전성 재료, 예컨대 구리와 같은 금속을 포함하거나 도전성 재료일 수 있다. 추가적인 실시형태에서 상호연결 배열체는 도관 섹션 및 주변 벽 사이의 공간을 채움으로써 전기적 접촉 및 기계적 지지 양자 모두를 제공하도록 제공될 수 있다.
자기장 생성 배열체는 영구자석을 포함할 수 있다. 자기장이 예를 들어 전자석에 의해서 제공될 수 있다는 것이 역시 구상된다. 본 발명의 개념은 복수 개의 자기장 발생기들이 공간 효율적인 방식으로 조합될 수 있게 하는 기술을 제공한다. 더욱이, 자기장 생성 배열체는 각각의 도관 섹션과 연관된 자기장 발생기를 포함할 수 있고, 여기에서 각각의 개별 자기장 발생기는 복수 개의 자기장 생성 요소를 포함한다. 이러한 자기장 생성 요소는 예를 들어 섹터, 즉 주축에 대한 도관 섹션의 원주의 부분을 나타낼 수 있다.
상기 전자기 펌프는, 전류가 상기 제 1 도관 섹션으로부터 상기 제 2 도관 섹션으로 이동하게 하기 위하여 상기 제 1 도관 섹션과 상기 제 2 도관 섹션 사이에 배치된 전도성 커프(cuff)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 전자기 펌프의 전기적 라우팅이 용이화될 수 있는데, 그 이유는 전류가 도관 섹션들 사이를 통과할 수 있고, 각각의 도관 섹션으로의 별개의 라우팅이 필요하지 않기 때문이다. 전도성 커프는, 제 1 도관 섹션의 출구로부터 제 2 도관 섹션의 입구로의 유체 연결을 허용하는 개방된 섹션을 포함할 수 있다.
제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은 주축을 따라서 연속적으로 배치될 수 있다. 주축은 본 명세서에서 앞서 규정된 메인 펌프 방향과 일치할 수 있다. 더욱이, 주축은 전자기 펌프의 세로축일 수 있다. 연속적으로 배치되는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은 주축을 따라서 직렬로 배열되는 도관 섹션들로서 이해될 수 있다. 더욱이, 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은 주축에 중심을 둘 수 있다.
제 1 도관 섹션은 주축 주위에서 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일을 포함할 수 있고, 제 2 도관 섹션은 주축 주위에서 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함할 수 있으며, 제 2 방향은 제 1 방향에 반대이다. 다르게 말하면, 제 1 도관 섹션은 주축 주위에서 제 1 방향으로 권취된 제 1 헬릭스, 즉 오른손 방향 및 왼손 방향 헬릭스 중 하나를 포함할 수 있고, 제 2 도관 섹션은 주축 주위에서 제 2 방향으로 권취된 제 2 헬릭스, 즉 오른손 방향 및 왼손 방향 헬릭스 중 다른 것을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 코일 각각의 이웃하는 권취물들(windings)은 서로 전기적으로 접촉할 수 있다. 본 명세서에서, 전류는 각각의 도관 섹션을 통해서 이동할 수 있다.
자기장 생성 배열체는, 상기 제 1 도관 섹션을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 1 자기장 발생기, 및 상기 제 2 도관 섹션을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 2 자기장 발생기를 포함할 수 있고, 상기 제 1 자기장 발생기는, 타입 I 자기극이 반경 방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 반경 방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치되며, 상기 제 2 자기장 발생기는, 타입 I 자기극이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보고 타입 II 자기극이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치되고, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들이다. 이러한 피쳐는 도 2 및 도 3과 함께 더 상세히 설명될 것이다.
상기 자기장 생성 배열체는 상기 제 1 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 1 자기장 발생기 - 상기 제 1 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치됨 -, 및 상기 제 1 도관 섹션의 출구측 및 상기 제 2 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 2 자기장 발생기 - 상기 제 2 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치됨 -를 포함할 수 있고, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들이다.
제 1 및 제 2 코일 각각의 이웃하는 권취물들은 서로 전기적으로 접촉할 수 있다. 본 명세서에서, 전류는 각각의 도관 섹션을 통해서 이동할 수 있다.
이러한 피쳐는 도 4와 함께 더 상세히 설명될 것이다.
제 1 도관 섹션은 주축을 실질적으로 가로지르면서 배치된 제 1 나선 형상을 포함할 수 있는데, 제 2 도관 섹션은 주축을 실질적으로 가로지르면서 배치되는 제 2 나선 형상을 포함한다. 제 1 나선 형상 및 제 2 나선 형상은 단일 평면 내에 각각 배치될 수 있다.
상기 자기장 생성 배열체는 상기 제 1 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 1 자기장 발생기 - 상기 제 1 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치됨 -, 및 상기 제 1 도관 섹션의 출구측 및 상기 제 2 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 2 자기장 발생기 - 상기 제 2 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치됨 -를 포함할 수 있고, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들이다. 이러한 피쳐는 도 6과 함께 더 상세히 설명될 것이다.
제 2 양태에 따르면, 전도성 액체를 펌핑하기 위한 전자기 펌프가 제공되는데, 이것은 제 1 양태 및 실시형태들과 관련하여 전술된 전자기 펌프와 유사하게 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 양태에 따른 펌프는 단일 도관 섹션을 포함하고, 따라서 반드시 두 개 이상의 도관 섹션을 포함하지 않을 수 있다는 점에서 다르다는 것이 이해되어야 한다. 제 1 양태 및 실시형태와 유사하게, 전자기 펌프는 전류 방향이 도관 섹션 내의 액체 흐름과 교차하도록 상기 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 전류를 제공하도록 배치된 전류 발생기, 및 자기장 방향이 상기 액체 흐름 및 전류 방향과 교차하도록, 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된 자기장 생성 배열체를 포함할 수 있다.
일부 실시형태들에서, 제 1 양태 또는 제 2 양태에 따른 전자기 펌프는 유체가 도관 섹션(들) 및 전자기 펌프의 외벽의 내면 사이에 존재하게 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 유체는 도관의 외부에 존재하여 도관 내의 액체가 도관 벽에 작용하는 압력과 평형을 이룰 수 있다. 바람직하게는, 도관 벽에서의 압력차의 이러한 평형은, 펌프가 그렇지 않으면 도관 섹션에 손상을 줄 위험이 있을 액체 압력에서 동작하게 한다. 달리 말하자면, 도관 섹션 밖의 액체는 도관 섹션의 벽 두께가 감소되게 하는데, 그 이유는 벽 섹션이 더 낮은 압력차에 노출되기 때문이다.
유체는 예를 들어 전자기 펌프를 통과해서 펌핑되는 전도성 액체로 형성될 수 있고, 일 예에서는 도관 내부와 도관 및 주위의 외벽 사이의 공간 사이에서 유체 연결을 이용하여 제공될 수 있다. 이러한 유체 연결은 예를 들어 위에서 논의된 바와 같이 전자기 펌프의 내벽 및 외벽 사이에서 형성된 중간 저장소를 통하여 제공될 수 있다. 도관 및 주위의 벽 사이의 공간이 도관 섹션의 입구로부터 출구로의 개방된 연결을 형성한다면, 도관의 외부에서 흐르는 유체는 펌핑되는 중인 액체의 평행 흐름이라고 간주될 수 있다. 전류가 유체를 통해서 전달된다면, 펌핑 힘이 이러한 유체에도 작용될 것이다.
또한 도관 섹션의 밖에 상이한 액체를 제공하는 것도 본 발명의 범위 내에서 구상될 수 있다. 이러한 경우에, 두 가지 액체의 혼합을 방지하기 위한 조치가 제공될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 도관 섹션 및 주위의 내벽 사이의 공간은 비압축성 포팅(potting) 화합물, 예를 들어 에폭시로 충진될 수 있다.
본 발명의 개념의 제 3 양태에 따르면, X-선 소스로서, 전도성 액체의 액체 타겟을 형성하도록 구성된 액체 타겟 발생기; X-선 방사선을 생성하도록 상기 액체 타겟과 상호작용하는 전자 빔을 제공하도록 구성된 전자 소스; 및 본 발명의 개념의 전술된 양태들 중 하나에 따르는 전자기 펌프를 포함하는, X-선 소스가 제공된다.
실용적인 이유로 인하여, 예컨대 손실 및 방사선 실드 및 진공 엔클로저 내의 피드 쓰루를 피하기 위해서, 펌프는 바람직하게는 진공 챔버에 가깝게, 심지어는 진공 챔버 내에 위치되어야 한다. 전자기 펌프를 이렇게 배치하면 전자 빔과 간섭하게 될 수 있다. 본 발명의 실시형태들에서, 전자기 펌프의 전자 빔과의 간섭은 자기 누설을 방지하기 위한 충분한 두께의 자기 회로를 위한 요크를 가지는 전자기 펌프를 사용함으로써 감소되거나 심지어는 없어진다. 이러한 목적을 위해서, 외부 요크의 두께가 코어의 직경의 적어도 20%일 수 있고, 바람직하게는 코어 직경의 적어도 20%에 코어 및 요크 사이의 반경방향 거리의 6%를 더한 것일 수 있는 액체 금속 분사 X-선 소스가 제공될 수 있다. 코어 및 요크 양자 모두는 동일한 강자성 재료, 예컨대 철, 자성 강철, 또는 기타 등등으로 제작되는 것이 바람직하다. X-선 소스는 그 안에 전자기 펌프가 포함되는 폐루프 순환 시스템, 예컨대 재순환 경로를 포함할 수 있다. 더욱이, X-선 소스는 액체 타겟 발생기로부터 분사되는 액체를 수집하기 위한 수집 저장소를 포함할 수 있다.
타겟 재료에 대해서 사용되는 액체 금속의 속성에 의존하여, 전술된 전자기 펌프는 상이한 온도에서 동작해야 할 수 있다. 두 개의 비한정적인 예는 30 ℃의 용융점을 가지는 갈륨 및 157 ℃의 용융점을 가지는 인듐일 수 있다. 더 높은 온도에서 성능을 상실하는 것을 피하기 위하여, 자성 재료를 포함하지 않는 자기 회로의 임의의 부분은 가능한 작게 유지되어야 한다. 다르게 말하면, 자기극들 사이의 갭이 좁게 만들어져야 한다. 그러나, 액체 금속을 수송하는 도관이 통상적으로는 이러한 갭 내에 존재하기 때문에, 갭의 폭이 감소된다면 펌프 용량이 감소될 것이다. 이것을 해결하기 위하여, 적절하게 설계된 전자기 펌프를 포함하는 액체 금속 분사 X-선 소스가 제공될 수 있다. 전자기 펌프는 외부 제 1 직경 및 내부 제 2 직경을 가지는 반경방향으로 자화된 중공 원통형 영구 자석, 상기 영구 자석과 동심으로 배치되고 제 3 직경을 가지는 원통형 코어를 포함할 수 있는데, 여기에서 자석의 내경 및 코어의 직경 사이의 거리는 제 3 직경을 제 1 및 제 2 직경의 차를 제 1 및 제 2 직경의 합으로 나눈 것으로 곱한 것보다 짧다. X-선 소스는 자기 누설을 방지하기에 충분한 두께의 자기 회로를 위한 요크를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 전자기 펌프는 소망되는 펌프 성능을 달성하기 위한 복수 개의 섹션을 포함할 수 있다.
이러한 변경예와 변형예들은 제 3 양태의 범위 안에서 이루어질 수 있다. 특히, X-선 소스 및 두 개 이상의 액체 타겟, 또는 두 개 이상의 전자 빔을 포함하는 시스템이 본 발명의 개념 안에서 구상될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 설명되는 타입의 X-선 소스는 비한정적으로 의료용 진단, 비파괴 검사, 리소그래피, 결정 분석, 현미경 검사, 재료 과학, 현미경 검사 표면 물리구조, X-선 회절에 의한 단백질 구조 결정, X-선 포토 분광학(XPS), 임계 치수 소각도 X-선 산란(CD-SAXS), 및 X-선 형광(XRF)으로 예시되는 특정 애플리케이션에 맞춤된 X-선 광학기 및/또는 검출기와 조합될 수 있는 것이 바람직하다.
추가하여, 개시된 예에 대한 변경이 도면, 명세서, 및 첨부된 청구 범위를 연구함으로써 청구된 발명을 실시할 때에 당업자에 의해서 이해되고 실현될 수 있다. 어떤 조치가 상호 상이한 종속 청구항에서 인용된다는 사실만으로는, 이러한 조치들의 조합이 유리하도록 함께 사용될 수 없다는 것을 표시하지 않는다.
하나의 양태와 관련되어 설명된 피쳐는 다른 양태들에 포함될 수도 있고, 이러한 피쳐의 장점은 이것이 포함된 모든 양태에도 적용될 수 있다.
본 발명의 개념의 그 외의 목적, 피쳐 및 장점이 후속하는 상세한 설명, 첨부된 청구 범위 및 도면으로부터 드러나게 될 것이다.
일반적으로, 청구항에서 사용된 모든 용어는 본 명세서에서 명시적으로 그렇지 않다고 규정되지 않는 한 기술 분야에서의 그들의 보통의 의미에 따라서 해석되어야 한다. 더 나아가, "제 1", "제 2", 및 "제 3"의 용어를 본 명세서에서 사용하는 것은 임의의 순서, 양, 또는 중요도를 나타내는 것이 아니고, 오히려 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위하여 사용된다. "하나/하나의/그(a/an/the) [요소, 디바이스, 컴포넌트, 수단, 단계 등]"이라는 모든 표현은 명시적으로 그렇지 않다고 진술되지 않는 한 상기 요소, 디바이스, 컴포넌트, 수단, 단계의 적어도 하나의 실례를 가리키는 것으로 열린 상태로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 개시된 임의의 방법의 단계는 명시적으로 그렇지 진술되지 않는 한 개시된 정확한 순서로 수행되어야 하는 것이 아니다.
본 발명의 개념의 전술된 것과 추가적인 목적, 피쳐 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 개념의 상이한 실시형태의 후속하는 예시적이고 비한정적인 설명을 통해서 더 양호하게 이해될 것이다:
도 1은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션을 개략적으로 도시한다;
도 2는 전자기 펌프를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 3은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 일 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 4는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 5a 및 도 5b는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 6은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 7은 전자기 펌프를 포함하는 X-선 소스를 개략적으로 도시한다;
도 8은 일 실시형태의 코어 및 요크의 기하학적 구조를 개략적으로 도시한다; 그리고
도 9는 일 실시형태의 치수 및 크기를 예시하는 단면도이다.
도면들은 반드시 척도에 맞는 것이 아니고, 일반적으로 본 발명의 개념을 명확하게 설명하기 위해서 필요한 부분만을 보여주며, 다른 부분들은 생략되거나 단순히 암시될 수 있다.
도 1은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션을 개략적으로 도시한다;
도 2는 전자기 펌프를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 3은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 일 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 4는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 5a 및 도 5b는 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 6은 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션의 추가적인 실시형태를 단면도로 개략적으로 도시한다;
도 7은 전자기 펌프를 포함하는 X-선 소스를 개략적으로 도시한다;
도 8은 일 실시형태의 코어 및 요크의 기하학적 구조를 개략적으로 도시한다; 그리고
도 9는 일 실시형태의 치수 및 크기를 예시하는 단면도이다.
도면들은 반드시 척도에 맞는 것이 아니고, 일반적으로 본 발명의 개념을 명확하게 설명하기 위해서 필요한 부분만을 보여주며, 다른 부분들은 생략되거나 단순히 암시될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104)이 도시되어 있다. 여기에서 제 1 도관 섹션(102)은 튜브 또는 파이프를 포함하고 오른손 방향 헬릭스로서 배치되며, 제 2 도관 섹션(104)은 여기에서 튜브 또는 파이프를 포함하고 왼손 방향 헬릭스로서 배치된다. 제 1 도관 섹션(102)은 중간 도관(157)을 통하여 제 2 도관 섹션에 유체 연결될 수 있다. 각각의 도관 섹션 내의 자기장 생성 배열체(미도시)에 의해 생성되는 자기장 방향 B, 전류 I의 방향, 및 흐름 방향 P가 예시된다. 알 수 있는 바와 같이, 자기장 방향 B, 전류 I의 방향, 및 흐름 방향 P는 모두 상호 직교한다.
도 2는 전도성 액체(100)를 펌핑하기 위한 전자기 펌프를 전자기 펌프(100)의 주축 A에 나란한 단면도에서 예시한다. 전자기 펌프(100)는 여기에서 네 개의 도관(102, 104, 106, 108)을 포함한다. 그러나 전자기 펌프(100)가 입구(110) 및 출구(112)를 가지는 제 1 도관 섹션(102), 및 입구(114) 및 출구(116)를 가지는 제 2 도관 섹션(104)을 적어도 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 하고, 여기에서 도관 섹션들(102, 104) 중 각각의 도관 섹션은 자신의 입구로부터 자신의 출구로 액체 흐름을 제공하도록 배치된다. 또한, 제 1 도관 섹션(102)의 출구(112)는 제 2 도관 섹션(104)의 입구(114)에 유체 연결된다. 이러한 실시형태에서 예시된 추가적인 도관 섹션(106, 108)은 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)의 반복으로 여겨질 수 있고, 즉 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)에 후속하여 또 다른 제 1 및 제 2 도관 섹션(106, 108)이 배치된다. "제 1 도관 섹션" 및 "제 2 도관 섹션"이라는 용어는 이러한 관점에서 특정 도관 섹션이 아니라 도관 섹션의 타입을 가리키는 것으로 여겨질 수 있다.
전자기 펌프(100)는, 전류 방향이 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체 흐름에 실질적으로 수직이 되도록 제 1 도관 섹션(102) 내의 액체 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체를 통과하는 전류를 제공하도록 배치되는 전류 발생기(120)를 더 포함한다. 도관 섹션 내에서의 전류 방향 및 액체 흐름은 도 3에 더 분명하게 예시된다. 전류 발생기(120)가 도 2에서 예시된 것과 다른 지점에 연결될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
전자기 펌프(100)는, 자기장 방향이 액체 흐름 및 전류 방향에 실질적으로 수직이 되도록 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치되는 자기장 생성 배열체(122)를 더 포함한다. 전술된 것과 유사하게, 자기장 방향은 도 3에 더 분명하게 예시된다.
제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104)은 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체 흐름의 배향과 반대인 제 1 도관 섹션(102) 내의 액체 흐름의 배향을 제공하도록 구성된다.
더 나아가, 전자기 펌프(100)는 액체를 개별적으로 수용하고 분사하기 위한 메인 입구(124) 및 메인 출구(126)를 포함할 수 있다. 더 나아가, 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104)을 감싸는 요크(128)가 전자기 펌프(100)에 포함될 수 있다. 요크(128)는 강자성 재료를 포함한다. 더 나아가, 요크(128)는, 여기에서는 제 1 도관 섹션(102)인 전자기 펌프(100)의 제 1 도관 섹션 이전 및 여기에서는 제 2 도관 섹션(108)인 전자기 펌프(100)의 마지막 도관 섹션 이후에 각각 배치되는 엔드 피스(130, 132)를 포함한다. 이러한 관점에서 "이전" 및 "이후"라는 용어는 메인 입구(124) 및 메인 출구(126) 사이의 흐름 벡터에 의해서 규정되는 메인 흐름 방향 M에 대해서 언급된다. 특히, "이전"이라는 용어는 "업스트림"이라는 용어와 상호 교환가능할 수 있고, "이후"이라는 용어는 "다운스트림"이라는 용어와 상호 교환가능할 수 있다. 요크의 엔드 피스(130, 132)는 자기장의 라우팅을 제공할 수 있다. 코어(129)도 전자기 펌프(100) 내에 배치된다. 따라서, 자기장은 자기장 발생기(122)의 내부 극으로부터 출발하여, 반경방향으로 제 1 도관 섹션(102)의 도관을 통과하고, 코어(129), 엔드 피스(130), 및 요크(128)를 통과하여 자기장 발생기의 외부 극 내로 진행할 수 있고, 따라서 닫힌 자기 회로(closed magnetic circuit)를 완성한다.
전자기 펌프(100)는 요크(128)에 연결하도록 구성되는 뚜껑(136, 138)을 더 포함할 수 있다. 뚜껑(136, 138)은 전도성 액체(124, 126) 및 전류 I에 대한 기계적 지지 및 피드 쓰루(feed-through)를 제공할 수 있다. 특히, 뚜껑(136, 138)은 전자기 펌프(100)에 의해서 전도성 액체에 작용하는 힘을 통해서 생성되는 압력을 견디도록 구성될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104)이 단면도로 예시된다. 여기에서, 메인 흐름 방향은 도면에서 방향 M으로 표시된다. 주축 A도 역시 표시된다. 여기에서 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104)은 주축 A를 따라서 연속적으로 배치된다.
제 1 도관 섹션(102)은 주축 A 주위에서 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일(140)을 포함할 수 있고, 제 2 도관 섹션(104)은 주축 주위에서 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일(142)을 포함할 수 있으며, 제 2 방향은 제 1 방향에 반대이다. 다르게 말하면, 제 1 도관 섹션(102)은 오른손 방향 및 왼손 방향 코일 중 하나인 제 1 코일(140)을 포함하고, 제 2 도관 섹션(104)은 주축 주위에서 제 2 방향으로 권취되고 오른손 방향 및 왼손 방향 코일 중 다른 것인 제 2 코일(142)을 포함한다. 예시된 단면으로부터, 도관 섹션(102, 104)의 특정한 배향, 즉 이들이 왼손 방향 코일 또는 오른손 방향 코일인지는 추론될 수 없다. 이에 반해, 관계가 있는 것은 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)이 반대 배향을 각각 가진다는 것이다.
예시된 단면에서, 제 1 도관 섹션(102) 내에서의 액체 흐름은 흐름 방향(144 및 146)으로 표시되는 반면에, 제 2 도관 섹션(104) 내에서의 흐름 방향은 흐름 방향(145 및 147)으로 표시된다; 흐름은 예시된 평면 밖으로(점으로 표시됨) 또는 안으로(십자 표시로 표시됨) 진행한다.
제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체를 통과하는 전류 I의 방향이 표시되고, 전류 I의 방향은 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체 흐름에 실질적으로 수직이다.
전자기 펌프(100)는, 제 1 도관 섹션(102)을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 1 자기장 발생기(148), 및 상기 제 2 도관 섹션(104)을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 2 자기장 발생기(150)를 포함하는 자기장 생성 배열체를 더 포함하고, 제 1 자기장 발생기(148)는, 타입 I 자기극(152, 이러한 예에서는 S 극(S))이 반경 방향으로 제 1 도관 섹션(102)을 향해 바라보고 타입 II 자기극(154, 이러한 예에서는 N 극(N))이 반경 방향으로 상기 제 1 도관 섹션(102)으로부터 멀어지게 바라보면서 배치되며, 제 2 자기장 발생기(150)는, 타입 I 자기극(152, 이러한 예에서는 S 극(S))이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션(104)으로부터 멀어지게 바라보고 타입 II 자기극(154, 이러한 예에서는 N 극(N))이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션(104)을 향해 바라보면서 배치되고, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극(152, 154)은 반대 자기극들이다. 제 1 및 제 2 자기장 발생기(148, 150)의 배열에 기인하여, 각각의 자기장 발생기(148, 150)에 의하여 생성된 자기장은 서로에 의해서 상호 닫히게 된다.
각각의 자기장 발생기(148, 150)에 의해서 제공된 자기 회로는 자기장 방향이 액체 흐름 및 전류 I의 방향에 실질적으로 수직이 되도록 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체를 각각 통과한다.
제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104), 및 코어(129)를 감싸는 요크(128)도 예시된 단면도에서 볼 수 있다.
중간 저장소(156)는 제 1 도관 섹션의 출구(112) 및 제 2 도관 섹션(104)의 입구(114)에 유체 연결된다. 중간 저장소(156)는 여기에서 코어(129), 외벽(158), 및 제 1 도관 섹션(102)의 적어도 일부 및 제 2 도관 섹션(104)의 적어도 일부에 의해서 형성된다. 따라서, 전도성 액체(미도시)는 제 1 도관 섹션(102)으로부터, 중간 저장소(156)를 거쳐서, 제 2 도관 섹션(104) 내로 흐를 수 있다. 또한, 중간 저장소(156) 내에 위치된 전도성 액체는 전류 I를 제 1 도관 섹션(102)으로부터 제 2 도관 섹션(104)으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 중간 도전 요소, 예컨대 전도성 커프(미도시)가 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104) 사이에 배치될 수 있다는 것도 역시 구상된다. 중간 통전 요소는 주축 A 주위에서 연장될 수 있어서, 중간 도전 요소 및 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104) 각각 사이의 접촉 면적을 증가시킨다. 이러한 중간 도전 요소의 일 실시형태는 개방된 커프(open cuff)에 의해서 표현될 수 있는데, 여기에서 커프 내의 개구가 중간 저장소(156)의 일부를 형성한다.
외벽(158)은 전기적으로 절연되고, 및/또는 전기 절연 재료로 제작될 수 있다.
각각의 도관 섹션(102, 104)은 상호연결 배열체를 더 포함할 수 있다. 상호연결 배열체는 전류가 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션 내에서 이동할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 특히, 상호연결 배열체는 전류가 각각의 도관 섹션 내에서 흐름 방향에 수직인 방향으로 이동할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 상호연결 배열체는 전류를 통전시키도록 구성될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 도 3과 함께 설명된 것과 유사한 구조가 도시된다. 이미 논의된 특징들을 반복 설명하는 것을 피하기 위하여, 도 2, 도 3 및 도 4와 함께 설명된 실시형태들 사이의 유사한 요소들은 후속하는 섹션에서는 더 이상 설명되지 않을 것이다. 메인 흐름 방향은 방향 M으로 표시된다.
여기에서 자기장 생성 배열체는, 제 1 도관 섹션(102)의 입구측(111)에 배치되고, 타입 II 자기극(154)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)을 향해 바라보고 타입 I 자기극(152)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)으로부터 멀어지게 바라보면서 배치되는 제 1 자기장 발생기(148)를 포함한다. 제 2 자기장 발생기(150)는 제 1 도관 섹션(102)의 출구측(113) 및 제 2 도관 섹션(104)의 입구측(115)에 배치되고, 여기에서 제 2 자기장 발생기(150)는 타입 II 자기극(154)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)을 향해 바라보고 타입 I 자기극(152)이 축방향으로 상기 제 2 도관 섹션(104)을 향해 바라보면서 배치되며, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극(152, 154)은 반대 자기극들이다. "축방향으로"라는 용어는 여기에서 주축 A를 가리킨다. 더 나아가, 제 1 자기장 발생기(148)는 여기에서 제 1 도관 섹션(102)의 코일의 제 1 코일 직경(161)보다 작은 제 1 직경(160)을 가지는 실린더이다. 이와 유사하게, 제 2 자기장 발생기(150)는 제 2 도관 섹션(104)의 코일의 제 2 코일 직경(165)보다 작은 제 2 직경(163)을 가지는 실린더이다.
제 1 자기장 발생기(148)는, 자기장 방향이 액체 흐름 및 전류 I의 방향과 실질적으로 수직이 되도록 제 1 도관 섹션(102) 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된다. 제 2 자기장 발생기(150)는, 자기장 방향이 액체 흐름 및 전류 I의 방향과 실질적으로 수직이 되도록 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체 및 제 1 도관 섹션(102) 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된다.
예시된 단면에서, 제 1 도관 섹션(102) 내에서의 액체 흐름은 흐름 방향(144 및 146)으로 표시되는 반면에, 제 2 도관 섹션(104) 내에서의 흐름 방향은 흐름 방향(145 및 147)으로 표시된다; 흐름은 예시된 평면 밖으로(점으로 표시됨) 또는 안으로(십자 표시로 표시됨) 진행한다.
자기력선 회로가 도 4에 도시되고, 각각의 자기장 발생기(148, 150)에 의해서 제공된 자기장은 자기장 방향이 액체 흐름 및 전류 I의 방향에 실질적으로 수직이 되도록 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체를 각각 통과한다.
중간 도전 요소(162), 예를 들어 전도성 커프는 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104) 사이에 배치된다. 여기에서 중간 도전 요소(162)는 제 1 도관 섹션(102) 이전에도 배치된다. 중간 통전 요소(162)는 주축 A 주위에서 연장될 수 있어서, 중간 도전 요소(162) 및 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104) 각각 사이의 접촉 면적을 증가시킨다.
제 1 도관 섹션(102)의 출구(112)는 도 3과 함께 설명되는 것과 같은 중간 저장소를 이용하여, 및/또는 중간 도관(미도시)에 의하여 제 2 도관 섹션(104)의 입구(114)에 유체 연결될 수 있다. 중간 도관은 주축 A로부터 제 1 및 제 2 도관 섹션과 실질적으로 동일한 거리만큼 연장될 수 있다.
이제 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)의 추가적인 실시형태가 예시된다. 명확화를 위하여, 전자기 펌프의 일부는 도면에서 생략된다. 예시된 도면이 단지 개략적인 것이고 척도에 반드시 맞는 것은 아니라는 것에 주의해야 한다.
우선 도 5a를 참조하면, 단면도는 여러 도관 섹션(102, 104, 106, 108)을 예시한다. 상호연결 배열체(158)가 배치되어 전류 I가 도관 섹션들(102, 104, 106, 108) 중 각각의 도관 섹션 내에서 그리고 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션의 입구로부터 상기 출구로, 액체 경로보다 짧은 거리만큼 이동하게 한다. 제 1 도관 섹션(102)의 액체 경로는 여기에서 경로 P로 예시되고, 제 1 도관 섹션의 입구로부터 출구(102)까지의 전류의 이동 거리는 거리 D로 표시된다. 도시된 실시형태에서 각각의 도관 섹션은 구불구불한 형상을 가질 수 있다.
제 1 도관 섹션(102) 내의 액체 흐름은 여기에서 흐름 방향(144)으로 표시된다. 명확화를 위하여, 양의 방향은 또한 (+)-부호를 가지는 화살표에 의해서 표시된다. 따라서 제 1 도관 섹션(102) 내의 액체 흐름이 실질적으로 양의 방향을 따른다는 것을 알 수 있다. 제 2 도관 섹션(104) 내의 액체 흐름은 흐름 방향(145)으로 표시된다. 제 2 도관(104) 내의 흐름의 배향은 제 1 도관(102)의 흐름의 배향과 반대이고, 즉 제 2 도관 섹션(104) 내의 흐름 방향(145)은 표시된 양의 방향과 실질적으로 반대이다. 이러한 구조 및 결과적으로 얻어지는 흐름은 자기장 생성 배열체의 배치에 의해서 부분적으로 가능해지는데, 이것은 도 5b와 함께 더 상세히 설명될 것이다.
이제 도 5b를 참조하면, 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)의 추가적인 실시형태의 단면도가 예시된다. 단면도는 도 5a와 함께 예시된 단면도에 수직이다.
여기에서, 여러 도관 섹션이 예시된다. 각각의 도관 섹션은 각각의 자기장 발생기와 연관된다. 예를 들어, 제 1 자기장 발생기(148)는 제 1 도관 섹션(102)을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된다. 제 1 자기장 발생기(148)는, 자기장 회로가 도관을 통과하고 도관 내의 액체가 전류 I의 방향에 실질적으로 수직이 되도록 타입 I 및 타입 II 자기극들(152, 154)을 가지고 배치된다. 더욱이, 자기장 발생기(148, 150)를 배치하면, 두 개의 자기장 발생기들 사이의 자기장 회로를 닫는 역할을 할 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)의 추가적인 실시형태가 예시된다. 명확화를 위하여, 전자기 펌프의 일부는 도면에서 생략된다. 예시된 도면이 단지 개략적인 것이고 척도에 반드시 맞는 것은 아니라는 것에 주의해야 한다.
도시된 실시형태에서 각각의 도관 섹션은 단일 평면 내의 나선 형상으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 도관 섹션(102)은 단일 평면 S1 내의 나선 형상으로서 형성될 수 있고, 제 2 도관 섹션(104)은 단일 평면 S2 내의 나선 형상으로서 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104)은 동일한 배향을 가지는 것이 바람직하고, 즉 양자 모두는 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 나선이다. 그러나, 제 1 및 제 2 도관 섹션(102, 104) 내에서의 액체 흐름 각각의 배향은, 이것이 제 1 도관 섹션(102)의 외부로부터 반경방향으로 제 1 도관 섹션(102)의 내부를 향하여, 그리고 제 2 도관 섹션(104)의 내부로부터 반경방향으로 제 2 도관 섹션(104)의 외부를 향하여 흐른다는 점에서 반대이다.
더 나아가, 여기에서는 외부 전류 도체(164) 및 내부 전류 도체(166)가 제공된다. 전류 I는 외부 전류 도체(164)로부터, 도관 섹션 및 선택적으로 전류가 각각의 도관 섹션 내에서 이동할 수 있게 하도록 구성되는 상호연결 배열체를 통하여, 내부 전류 도체(166)를 향해 지향된다. 본 명세서에서 전류는 도관의 일측으로부터, 전도성 액체를 통하여 도관의 반대측으로, 그리고 추가적으로, 선택적으로 상호연결 배열체를 통해서 도관의 인접한 부분으로 통과한다.
자기장 생성 배열체는 제 1 도관 섹션(102)의 입구측(111)에 배치되는 제 1 자기장 발생기(148)를 포함할 수 있는데, 여기에서 제 1 자기장 발생기(148)는 타입 II 자기극(154)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)을 향해 바라보고 타입 I 자기극(152)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)으로부터 멀어지게 바라보면서 배치되고, 제 2 자기장 발생기(150)는 제 1 도관 섹션(102)의 출구측(113) 및 제 2 도관 섹션(104)의 입구측(115)에 배치되고, 여기에서 제 2 자기장 발생기(150)는 타입 II 자기극(154)이 축방향으로 제 2 도관 섹션(104)을 향해 바라보고 타입 I 자기극(152)이 축방향으로 제 1 도관 섹션(102)을 향해 바라보면서 배치되며, 타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들이다.
여기에서, 중간 도관(157)이 제 1 도관 섹션(102) 및 제 2 도관 섹션(104) 사이에 배치되는데, 중간 도관(157)은 제 1 도관 섹션(102)의 출구(112) 및 제 2 도관 섹션(104)의 입구(114) 사이에 유체 연결을 제공한다.
이제 X-선 소스(170)로서, 전도성 액체의 액체 타겟(174)을 형성하도록 구성된 노즐을 포함하는 액체 타겟 발생기(172); X-선 방사선(177)을 생성하도록 액체 타겟(174)과 상호작용하는 전자 빔을 제공하도록 구성된 전자 소스(176); 및 본 발명의 개념에 따른 전자기 펌프(100)를 포함하는 X-선 소스를 예시하는 도 7을 참조한다. 액체 타겟(174)은 액체 분사물일 수 있다. 따라서, 본 발명의 개념의 전자기 펌프(100)는 액체 분사물을 제공하도록 구성되고 및/또는 제공하기에 적합할 수 있다. X-선 소스(170)는 저압 챔버(178), 또는 진공 챔버(178)를 더 포함할 수 있다. 또한, 재순환 경로(180)가 액체 타겟 발생기(172)로부터 분사되는 액체를 수집하기 위한 수집 저장소(182)와 액체 연결 상태로, 그리고 액체 타겟 발생기(172)와 액체 연결 상태로 배치될 수 있다. 생성된 X-선 방사선(176)은 X-선 투과 윈도우(184)를 통한 투과를 통하여 X-선 소스(170)를 빠져나올 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전자기 펌프(100)는 전자 소스(176)에 비교적 가깝게 진공 챔버(178) 내에 배열될 수 있다. 그러므로, 펌프가 전자 빔과 자기적으로 간섭하지 않도록 하는 조치를 취하는 것이 유익할 수 있다. 이것을 고려하는 일 실시형태가 도 8을 참조하여 논의될 것이다.
본 명세서에 따른 전자기 펌프의 두 개의 섹션의 개략적인 단면도가 도 8에 도시된다. 도 8은 도 3과 유사하고, 이러한 설명에서는 동일한 참조 번호가 사용된다. 그러나, 시야를 가리지 않기 위해서 일부 참조 번호는 도 8에서 생략된다. 액체 금속은 중앙 코어 주위에 권취된 튜브, 예를 들어 박벽 스테인레스 강철 튜브 내에서 수송된다. 튜브 내의 액체 금속의 흐름 방향은 점(도면의 평면으로부터 흘러 나감) 및 십자 표시(도면의 평면으로 들어감)에 의해 표시된다.
일부 실시형태들에서, 액체는 튜브 밖에서 흘러서, 튜브 벽 양단의 압력차를 감소시키도록 허용될 수도 있다. 좀 더 일반적으로는, 튜브(즉 액체 금속을 위한 도관)는 비압축성 매질 내에 침지되거나 임베딩될 수 있다. 이러한 비압축성 매질은 튜브 내에서와 같은 액체 금속의 평행 흐름일 수 있고, 또는 튜브 내의 액체 금속으로부터 분리된 다른 액체일 수도 있다. 또한 비압축성 매질이, 예를 들어 에폭시와 같은 비압축성 포팅(potting) 화합물이라는 것이 착상가능하다. 비압축성 매질은 인접한 튜브 벽들 사이에서 전기적 연결을 더 제공할 수 있다.
액체 금속을 통과하는 자기장을 최대화하고 이를 통하여 펌핑 파워를 최대화하기 위하여, 내부 코어 C 및 외부 요크 Y는 강자성 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 따라서, 코어 및 외부 요크 양자 모두는 철, 자성 강철, 또는 기타 등등을 포함할 수 있다. 도 8의 실시형태에서, 자기장 발생기는 코어 및 요크 사이에 배치된 영구자석이다. 자기장을 생성하기 위하여 전기적 피드 쓰루가 요구되지 않기 때문에 영구자석이 유리할 수 있고, 그러면 덜 복잡한 디자인이 가능해진다.
하나의 섹션의 길이는 도 8에서 화살표 b로 표시된다. 영구자석은 도면에 도시된 바와 같이 각각의 섹션 상에 위치된다. 하나의 세그멘트의 길이 b는 (철) 코어의 포화 자화에 의해서 제한된다. 원형 대칭이 가정된다면(통상적일 수 있음), 이러한 조건은 다음과 같이 기록될 수 있고,
이것은 다음과 같이 재기록될 수 있는데,
여기에서 B는 자석에 의해 제공되는 자기장 세기이고, B s 는 (철) 코어의 포화 자화이며, Φ C 는 코어의 직경이다.
외부 요크 Y에 대한 대응하는 인자는 자기장을 보유하기 위한 요크의 최소 두께를 제공한다. 다시 말하건대, 요크의 내경이 Φ 1 이고 요크의 외경이 Φ 2 인 경우의 원형 대칭에 대해서, 다음 조건이 적용되는데,
이것은 다음과 같이 재기록될 수 있다
위의 내용으로부터 b에 대한 상한을 삽입함으로써 이러한 수학식은 다음으로 간략화되는데, 이것은 코어 내의 가능한 제일 큰 자속을 활용하는 것에 대응하고,
요크의 내경이 코어의 직경에 가까워지는 제한적인 경우에, 이것은 추가적으로 다음과 같이 간략화된다
따라서, 요크의 두께는 동일한 한계에서 다음과 같이 기록될 수 있다
요크의 두께가 적어도 코어 직경의 20%여야 한다는 것이 이해될 수 있다. 많은 실시형태에서, 자석은 무시될 수 없는 두께를 가질 것이고, 액체 금속을 운반하는 튜브를 위한 공간을 만들기 위해서 코어 및 요크 사이에는 갭이 요구된다. 코어의 외부로부터 요크의 내부로의 반경방향 거리가 t로 표시된다면, 다음이 적용되고,
따라서
인데,
이것은 다음과 같이 다시 쓰여질 수 있다
t가 작은 한정예에서(즉 얇은 자석 및 좁은 갭), 이러한 마지막 부등식은 다음과 같이 근사화될 수 있고,
이러한 한정예에서, 요크의 두께는 이제 다음과 같이 기록될 수 있다
그러므로, 바람직한 실시형태에서 외부 요크는 코어 두께의 적어도 20% 에 코어의 외부 및 요크의 내부 사이의 반경방향 거리의 6%를 합산한 두께를 가진다.
따라서, 전술된 바와 같이 외부 요크의 두께가 코어 직경의 적어도 20%이거나, 바람직하게는 코어 직경의 적어도 20% 에 코어 및 요크 사이의 반경방향 거리의 6%를 합산한 것인 실시형태는 자기 누설이 방지되거나 적어도 급격하게 감소되고, 이를 통하여 전자 빔과의 간섭이 제거되거나 적어도 급격하게 감소된다는 장점을 가진다. 두꺼운 외부 요크는 액체 금속을 운반하는 튜브 내에 그리고 튜브 주위에서 더 높은 압력을 견딜 수 있다는 추가 장점을 가진다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 자기 회로 내의 갭의 치수를 고려하는 것도 바람직할 수 있다. 상승된 온도에서의 성능의 열화를 피하기 위해서, 자기 회로 내의 갭은 가능한 작아야 한다. 그러나, 갭을 더 작게 만드는 것은 펌프 용량을 감소시킬 수 있다. 이러한 관점에서의 고려사항들이 후술될 것이다.
영구 자석에 기반한 전자기 펌프를 설계할 때에, 자석 재료의 특성이 고려되어야 한다. 특히 네오디뮴 기반의 희토류 영구 자석은 적어도 일부 파라미터 범위에 걸쳐서 가역적 선형 거동을 나타낸다. 따라서 이러한 종류의 디바이스에 대해서 이것이 특히 적합하게 된다. 그러나, 온도가 증가되면, 높은 탈자화 필드(demagnetizing field)에 대해서 선형 관계가 깨진다. 이러한 단점은 동작 포인트가 충분히 높게 유도된 필드에 대응한다면 회피될 수 있다. 네오디움 자석과 같은 희토류 자석의 경우, 유도된 필드의 세기는 일반적으로 탈자화 필드의 크기보다 더 높아야 하고, 즉 
이다.
도 9를 참조하면, 원통형 기하학적 구조에 대해서 그리고 주변으로 누설되는 필드가 없다고 가정하면, 다음 수학식이 설정될 수 있는데,
여기에서 
은 유도된 필드이고, 
은 탈자화 필드이며, 
은 자석 내의 경로의 평균 길이이고, 
은 자석의 평균 면적이며, 
는 외부 투자도(permeance)인데, 이러한 경우에는 원통형 자석 및 코어 사이의 원환(annulus)이다. 원환 내의 비투자율(relative permeability)을 1로, 자석 길이를 
로, 자석의 외경을 
로, 자석의 내경을 
로, 그리고 코어의 직경을 
로 설정함으로써, 다음 수학식이 획득되고,
여기에서 D m 은 평균 자석 직경을 나타낸다. 따라서, 전술된 조건 
은 다음과 같이 기록될 수 있다
코어 및 자석 사이의 갭을 
로 설정함으로써, 위의 부등식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다
갭이 코어의 직경에 비하여 작다는 가정 하에, 다음이 성립할 수 있고,
이것은 다음과 같이 정리될 수 있다
도 9는 앞선 수학식에서 사용되는 척도를 예시하고, 자석 및 코어 사이의 환형 공간 내에 제공되는 나선형 도관을 더 예시한다. 이해될 수 있는 것처럼, 실제의 실시형태는 자기 회로를 완성하기 위해서 요크를 포함할 것이지만, 이러한 요크는 명확화를 위하여 도 9에는 도시되지 않는다. 교번하는 자석의 극성 및 도관의 권취 방향을 가지는 다수의 섹션이 있는 실시형태가 소망되는 펌프 성능을 획득하기 위하여 사용될 수 있다. 도 9에서, 자석은 반경방향으로 자화된 하나의 중공 실린더로서 도시되지만, 이것은 대안적으로 원통형 구성을 달성하도록 조립되는 복수 개의 아크형 자석을 포함할 수 있다.
도관에 걸친 압력 강하는 도관의 직경이 증가함에 따라서 급격하게 감소된다(4의 거듭제곱으로). 이것은 도관의 직경, 그리고 따라서 자기 회로 내의 갭이 커지게 되는 실시형태를 독려할 것이다. 그러나, 갭이 커짐에 따라서 실효 자기장도 역시 감소될 것이고, 따라서 펌프의 효율이 떨어지게 된다. 자기장의 감소는 갭 크기의 상대적으로 약한 함수이다. 바람직한 실시형태는 앞서 유도된 한계 
에 가까운 갭 크기를 가질 것이다.
본 발명의 개념은 주로 몇 가지 실시형태를 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 것처럼, 앞서 개시된 것들 이외의 실시형태들도 첨부된 특허 청구 범위에 의해 규정되는 본 발명의 개념의 범위 내에서 마찬가지로 가능하다.
참조 번호들의 목록
A
주축
b
세그멘트 길이
C
코어
I
전류
M
메인 흐름 방향
N
자기 N 극
S
자기 S 극
S1
단일 평면
S2
단일 평면
t
코어 및 요크 사이의 반경방향 거리
Y
요크
Φc
코어 직경
Φ1
요크 내경
Φ2
요크 외경
100
전자기 펌프
102
제 1 도관 섹션
104
제 2 도관 섹션
106
도관 섹션
108
도관 섹션
110
입구
111
입구측
112
출구
113
출구측
114
입구
115
입구측
116
출구
120
전류 발생기
122
자기장 생성 배열체
124
메인 입구
126
메인 출구
128
요크
129
코어
130
엔드 피스
132
엔드 피스
136
뚜껑
138
뚜껑
140
제 1 코일
142
제 2 코일
144
흐름 방향
145
Flow direction
146
Flow direction
147
Flow direction
148
제 1 자기장 발생기
150
제 2 자기장 발생기
152
타입 I 자기극
154
타입 II 자기극
156
중간 저장소
158
외벽
160
제 1 직경
161
제 1 코일 직경
162
중간 통전 요소
163
제 2 직경
164
외부 전류 도체
165
제 2 코일 직경
166
내부 전류 도체
170
X-선 소스
172
액체 타겟 발생기
174
액체 타겟
176
전자 소스
177
X-선 방사선
178
저압 챔버 / 진공 챔버
180
재순환 경로
182
수집 저장소
184
X-선 투과 윈도우
Claims (15)
- 전도성 액체를 펌핑하기 위한 전자기 펌프로서,
입구 및 출구를 가지는 제 1 도관 섹션; 및
입구 및 출구를 가지는 제 2 도관 섹션을 포함하고,
상기 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션은 자신의 입구로부터 자신의 출구로 액체 흐름을 제공하도록 배치되며,
상기 제 1 도관 섹션의 출구는 상기 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결되고,
상기 전자기 펌프는,
전류 방향이 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 내의 액체 및 상기 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 전류를 제공하도록 배치된 전류 발생기; 및
자기장 방향이 상기 액체 흐름 및 전류 방향과 교차하도록, 상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션 내의 액체를 통과하는 자기장을 제공하도록 배치된 자기장 생성 배열체를 더 포함하며,
상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은, 상기 제 2 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향과 반대인 상기 제 1 도관 섹션 내의 액체 흐름의 배향을 제공하도록 구성된, 전자기 펌프. - 제 1 항에 있어서,
상기 전자기 펌프는,
상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션을 감싸는 요크를 더 포함하고,
상기 요크는 강자성 재료를 포함하는, 전자기 펌프. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전자기 펌프는,
강자성 재료의 코어를 더 포함하는, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 도관 섹션의 출구는 상기 전자기 펌프의 내벽 및 외벽에 의해 형성되는 중간 저장소를 이용하여 상기 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결된, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 도관 섹션의 출구는 중간 도관을 이용하여 상기 제 2 도관 섹션의 입구에 유체 연결된, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 펌프는, 전류가 상기 제 1 도관 섹션으로부터 상기 제 2 도관 섹션으로 통과하게 하도록 더 구성된, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기장 생성 배열체는 영구자석 또는 전자석을 포함하는, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자기 펌프는,
전류가 상기 제 1 도관 섹션으로부터 상기 제 2 도관 섹션으로 이동하게 하기 위하여 상기 제 1 도관 섹션과 상기 제 2 도관 섹션 사이에 배치된 전도성 커프(cuff)를 더 포함하는, 전자기 펌프. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 도관 섹션 및 제 2 도관 섹션은 주축을 따라서 연속적으로 배치된, 전자기 펌프. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 도관 섹션은 주축 주위에서 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일을 포함하고,
상기 제 2 도관 섹션은 주축 주위에서 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함하며,
제 2 방향은 제 1 방향에 반대인, 전자기 펌프. - 제 10 항에 있어서,
상기 도관 섹션들 중 각각의 도관 섹션은, 전류가 각각의 코일의 인접한 권취물들(windings) 사이에서 이동하게 하도록 구성된 상호연결 배열체를 포함하는, 전자기 펌프. - 제 10 항에 있어서,
상기 자기장 생성 배열체는,
상기 제 1 도관 섹션을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 1 자기장 발생기, 및
상기 제 2 도관 섹션을 적어도 부분적으로 밀봉하도록 배치된 제 2 자기장 발생기를 포함하고,
상기 제 1 자기장 발생기는, 타입 I 자기극이 반경 방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 반경 방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치되며,
상기 제 2 자기장 발생기는, 타입 I 자기극이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보고 타입 II 자기극이 반경 방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치되고,
타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들인, 전자기 펌프 - 제 10 항에 있어서,
상기 자기장 생성 배열체는,
상기 제 1 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 1 자기장 발생기 - 상기 제 1 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치됨 -, 및
상기 제 1 도관 섹션의 출구측 및 상기 제 2 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 2 자기장 발생기 - 상기 제 2 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치됨 -를 포함하고,
타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들인, 전자기 펌프. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 도관 섹션은 상기 주축을 실질적으로 가로지르면서 배치된 제 1 나선 형상을 포함하고,
상기 제 2 도관 섹션은 상기 주축을 실질적으로 가로지르면서 배치된 제 2 나선 형상을 포함하며,
상기 자기장 생성 배열체는,
상기 제 1 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 1 자기장 발생기 - 상기 제 1 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션으로부터 멀어지게 바라보면서 배치됨 -, 및
상기 제 1 도관 섹션의 출구측 및 상기 제 2 도관 섹션의 입구측에 배치된 제 2 자기장 발생기 - 상기 제 2 자기장 발생기는 타입 I 자기극이 축방향으로 상기 제 2 도관 섹션을 향해 바라보고 타입 II 자기극이 축방향으로 상기 제 1 도관 섹션을 향해 바라보면서 배치됨 -를 포함하고,
타입 I 자기극과 타입 II 자기극은 반대 자기극들인, 전자기 펌프. - X-선 소스로서,
전도성 액체의 액체 타겟을 형성하도록 구성된 액체 타겟 발생기;
X-선 방사선을 생성하도록 상기 액체 타겟과 상호작용하는 전자 빔을 제공하도록 구성된 전자 소스; 및
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 전자기 펌프를 포함하는, X-선 소스.
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