Micro-channel plate (MCP) is a thin planar device which can detect UV and soft x-rays of the energy up to a few hundreds keV. Therefore it has been widely used in science research and industries, especially in plasma facilities, where UV and/or soft x-rays are often analyzed to diagnose the characteristics of the plasma. It has a relatively high quantum gain up to a million. An MCP is composed of a bundle of individual short glass tubes, through holes of which the primary electrons are multiplied, so the gain of individual channels may yields a significant non-uniformity between each channel, which again distorts the measured soft x-ray image. The x-ray spectra from the obtained MCP images are compared with a single channel silicon diode spectrometer, in order to the map out the gain non-uniformity.
In the real plasma facilities, fine calibration of linearity and uniformity is often limited due to the integrated nature of MCP’s signal over all energy radiations and the integration time. In this study, we developed a soft x-ray spectroscopic imager using a pin hole collimator, changeable aluminium filters and an MCP of 28 mm diameter.
Using this measurement system, we established the estimation process of x-ray fluence through the system calibration experiments. And if separate spectrometer is supplied, the estimation of electron temperature in plasma can be done. Surely the x-ray fluence data are meaningful things themselves to diagnose the state of plasma.
Micro-channel plate (MCP) 는 자외선에서부터 수백 keV의 엑스레이 영역에 이르는 폭넓은 방사선에 대해 반응성을 가지며, 수많은 광학섬유들의 다발로 구성된 얇은 신호 증폭 장치이다. 이러한 MCP의 장점 때문에 과학기술의 여러 분야에서 사용되고 있으며, 특히 플라스마 연구 그룹에서는 플라스마 진단을 위하여 플라스마 내부에서 발생하는 방사선을 계측하는 용도로 많이 사용하고 있다.
우리는 이와같이 플라스마에서 발생하는 방사선을 효과적으로 계측할 수 있도록 하기 위하여 MCP를 이용한 핀홀 카메라 시스템을 제작하였다. 핀홀을 통하여 입사한 방사선들은 MCP를 통과하면서 증폭되고, 후단의 카메라시스템을 통해 이차원 영상화된다. 또한 시스템 내에는 4개의 알루미늄 필터들이 설치되어 있어서 세 가지 에너지 채널을 확보할 수 있게 되어 있다.
이 시스템은 먼저 한국기초과학지원연구원에 있는 한빛 플라스마 발생장치에 설치하고 테스트를 위한 영상을 확보하는 기초적인 실험을 수행하여 필터를 사용하지 않았을 때에 정상적으로 영상이 얻어지는 것을 확인하였다. 그러나 한빛장치의 문제점으로 인해 우리가 목표하는 소프트 엑스레이 에너지 영역에 도달할 수 없었기 때문에 실제 플라스마에 이 시스템을 본격적으로 적용할 수 는 없었다.
한편, MCP 핀홀 카메라 시스템과 엑스선원을 통하여 다양한 보정실험을 수행하여 엑스레이 선속의 계측특성을 정량적으로 파악하였다. 이것을 통해 플라스마에서 엑스레이가 발생할 때, 엑스레이 선속을 정량적으로 측정할 수 있게 되었으며 엑스레이 선속의 이차원 분포까지 영상정보를 통하여 확인할 수 있게 되었다. 또한 별도의 스펙트럼 분광기가 제공될 때, 두 가지 정보를 이용하여 플라스마의 전자온도를 평가할 수 있는 간단한 알고리즘을 프로그램을 통하여 제작하였으며, 테스트 영상정보와 각각의 스펙트럼 정보들을 이용하여 전자온도 평가를 위한 모든 과정들이 정상적으로 이루어짐을 확인 할 수 있었다. 앞으로 더 정밀한 실험장비들과 적합한 상태에서 가동되는 플라스마가 제공된다면, 보다 세밀하고 정량적으로 플라스마의 전자온도를 평가할 수 있을 것으로 기대된다.
