관통형 속 빈 음극관 글로우 방전에서 다양한 음극관 디자인에 따른 구리방출선 세기 증가에 대한 연구

We have investigated the intensity of Cu 510.6 nm emission line in see-through hollow cathode glow discharge (st-HCGD) for the development of medical Cu vapor laser. In order to acquire the stable plasma in st-HCGD cell at high current, several factors such as current, the length and the inner diameter of cathode tube, the shape of the tube, and the range of the sputtering range were tested. An optimum condition in our st-HCGD cell was obtained at 600 V, 700 mA, 2.3 Torr of Ar gas (100 SCCM), and 40 mm of tube with 4-11-4 mm type cathode design. Also, it was indirectly observed that temperature in the cell could reach more than $1,000{\circ}C$ since Cu cathode was melt at the current more than 700 mA (melting point of Cu, $1084{\circ}C$). 의료용 구리증기 레이저 개발의 일환으로 관통형 속 빈 음극관 글로우 방전(seethrough Hollow Cathode Glow Discharge; st-HCGD)을 이용하여 Cu 510.6 nm 방출선의 세기 증가를 조사하였다. 높은 전류에서도 매우 안정한 플라스마가 생성될 수 있도록 여러 가지 요인들 - 작동 전압 및 전류, 음극관의 길이와 내경 및 내부 형태, 음극관의 sputtering range 등 - 에 따른 최적조건을 찾는 실험을 수행하였다. 그 결과, 최종적으로 디자인된 글로우 방전셀에서는 앞선 여러 가지 실험으로 최적화된 조건을 적용하였다. 이들 최적화된 조건으로는 방전셀 내부에 아르곤 가스를 100 SCCM(standard cubic centimeter)으로 일정하게 흘려주었을 때의 방전셀 압력은 2.3 Torr 이며, 방전 전압 및 전류는 600 V, 700 mA(420 W), 음극관의 형태는 4-11-4 mm, 음극관의 길이는 40 mm 등이다. 한편, 700 mA 이상의 고전류에서 녹은 구리 음극관을 관찰함으로써 음극 sputtering으로 인한 플라스마의 온도가 최소 $1,000{\circ}C$ 이상에 이르렀음을 확인할 수 있었다(구리의 녹는점, $1084{\circ}C$).