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본 논문에서는 유한 길이의 솔레노이드의 축 근방에서 계산한 자기장에 대하여 소개하고, 이를 중성자 가속에 활용하기 위한 전산모사 결과에 대하여 소개한다. 제1형 및 2형 타원 적분으로 표현되는 솔레노이드의 자기장을 $𝑟\gg 𝑎$, $𝑎 \gg 𝑟$, 및 $\sin\theta \approx 0$ 조건인 중심축 근방에서 원통 및 구형 좌표계로 표현된 $\bf{𝐁} (\rho,𝑧)$과 $\bf{𝐁}(𝑟,\theta)$를 구하였다. 그 결과, 기존에 알려진 솔레노이드 자기장과 부합하면서 기존의 자기장 표현식에선 확인하기 어려웠던 솔레노이드 내부의 자기장 변화를 좀 더 정밀하게 구할 수 있었다. 본 자기장 계산을 통해 중심 축에서만 구할 수 있었던 기존의 자기장을 축 근방까지 확장하여, 초등함수로서 자기장의 표현 가능함을 확인하였다.
앞서 계산한 초등함수 자기장을 활용하여 중성자의 가속을 전산모사 한 결과, 단일 솔레노이드가 끝나는 edge 부분에서 가장 큰 힘을 받아 가속이 가능한 것을 확인하였다. 이에 따른 가속비율 또한 솔레노이드의 끝단에서 가장 큰 것을 확인하였고, 이를 활용하여 자기 모멘트를 갖는 입자의 직접적인 가속이 가능할 수 있음을 보였다.
지도교수: 손상호