KR100886203B1 - 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로포커싱 엑스-선관 - Google Patents

Abstract

방사선관 내 전자 방출원을 탄소나노튜브를 이용하여 분리형 방사선관의 CNT 음극부를 용이하고 간편하게 교체할 수 있도록 한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선 관이 개시되어 있다. 음극부는 전자 방출원으로서의 탄소나노튜브의 증착을 위한 기판 위에 장착되어 전자빔을 발생하기 위해 다수의 탄소나노튜브 음극들을 구비하며, 사용된 음극을 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 원반형 다중 샘플 프루브를 포함한다. 제1 절연 케이싱은 탄소나노튜브 음극들에서 발생되는 전자빔이 양극부로 향하도록 개구가 형성된다. 전자빔 집속부는 전자 집속 렌즈들과, 절연층들, 및 제2 절연케이싱을 포함한다. 그리드 전극부는 제1 절연 케이싱과 전자빔 집속부 사이에 위치된다. 음극부 구동부는 상기 원반형 다중 샘플 프루브를 회전시키거나, 새로운 다중 샘플 프루브를 후퇴시킴으로써 사용된 탄소나노튜브 음극을 새로운 프루브로 교체하도록 작동한다. 하우징은 양극부, 음극부 및 전자빔 집속부를 외부로부터 보호한다. 지지대는 양극부 및 전자빔 집속부를 하우징 내에 고정적으로 지지한다.

엑스-선 관, 탄소나노튜브

Description

탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관{Micro focusing X-ray tube by using Multi-channel Carbon Nano Tube emitter cathode structure}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로포커싱 X-선관의 주요부품을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로포커싱 X-선관의 조립 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 탄소나노튜브를 이용한 다중 샘플 프루브를 나타낸 정면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 전자 집속 렌즈와 절연층을 포함하는 전자빔 집속부의 적층 상태를 도시한 단면도들이다.

도 4d는 도 4a와 도4c에 도시된 전자빔 집속부의 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 엑스-선 관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 음극에 이상이 있을시 방사선관 내부의 고진공을 그대로 유지하면서, 사용자가 손쉽고도 용이하게 탄소나노튜브의 음극을 교체 할 수 있도록 한 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선 관에 관한 것이다.

종래에 사용되고 있는 텅스텐 필라멘트 음극은 필라멘트 자체의 가열을 통해 발생하는 열전자에 의해 엑스선 광원을 방출한다. 그러나, 그 규모가 거대하여 상대적으로 많은 제작비용을 발생시키며, 장소가 한정되어 있어서 이용자들이 사용하는데 한계가 있다. 또한, 필라멘트 가열에 의해 생성되는 열전자들은 방출되는 방향이 일정하지 못하여 방사선 품질(분해능: resolution)을 떨어뜨리고, 낮은 열전자 밀도에 의해 타깃(target)에서 발생하는 방사선 발생효율이 낮으며, 필라멘트 및 집속부에서 발생하는 탈 기체(outgas)로 인해 진공도가 현저히 저하되어 내부 방전이 발생하여 사용하지 못하게 되는 경우가 발생하고, 열에 의한 타깃의 수명 단축이 기술적인 문제점으로 인식되어 왔다.

더욱이 텅스텐 필라멘트의 사용이 길어질 경우 필라멘트의 표면에서 텅스텐이 증발되어 그 외경이 줄어들면서 열전자 방출 특성이 변하게 되고, 이때 증발된 텅스텐은 유리벌브 내벽에 증착되어 고압 절연을 저하시키고, 투과 방사선량이 줄 어드는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 필라멘트 음극을 이용한 분리형 방사선관이 제작되어져 상용화되고 있으나, 광원이 필라멘트이기 때문에 위에서 언급한 많은 문제점들로 인하여 엑스-레이(X-ray) 품질이 낮은 상황이다.

이상과 같이 필라멘트 가열을 통한 열전자 방출기반의 방사선 광원을 사용할 경우 그 규모가 거대하고 상대적으로 많은 제작비용을 발생시키고, 장소가 한정되어 사용자들이 다루는데 한계가 있다. 또한 최근 연구되고 있는 레이저 기반의 방사선 광원발생 기술 및 거대한 방사광을 이용한 광원기술은 막대한 설치비용과 공간적 및 이동성 등의 제약에 의해 기계 및 반도체 산업으로의 적용이 어려운 실정이며, 많은 상업적 제약이 따르기 때문에 과학 및 의학 분야와 같은 특정한 연구분야에 국한하여 이용되고 있는 실정이다.

또한, 탄소나노튜브기반의 엑스선 발생장치의 연구가 국내 및 외국의 일부 연구기관에서 진행되고는 있는바, 본 출원인의 대한민국 특허출원 제2005-135734호에는 탄소나노튜브 기반의 전자 방출원을 간단한 모양의 칩으로 모듈화함으로써 음극부에 이상이 있을 경우 간단히 교체할 수 있는 탄소나노튜브 기반의 X-선관의 전자빔 발생용 음극 모듈이 개시되어 있으나, 이는 음극모듈의 분해조립이 가능한 구조를 갖는다 해도 분해조립의 방법이 대단히 복잡하고, 교체할 때 한 번에 1개만이 가능하여 교체시간이 상당히 소요되며, 더욱 중요하기는 분해조립 시 고진공이 파괴되는 경우 문제점이 있었다.

본 발명은 이상과 같은 문제점들을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 방사선관 내 전자 방출원을 탄소나노튜브(CNT)를 이용하여 분리형 방사선관의 CNT 음극부를 사용자들이 용이하고 간편하게 교체할 수 있도록 한 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선 관을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 엑스선관을 통하여 얻게 될 사물의 영상에 있어서 분해능(resolution)을 증가시킬 수 있도록 양극부에 최대한 작은 면적으로 전자를 집속시킬 수 있는 구조를 갖게 하며, 탄소나노튜브 음극에 이상이 있을시 방사선관 내부의 고진공을 그대로 유지하면서, 사용자가 용이하게 탄소나노튜브의 음극을 교체할 수 있도록 한 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선 관을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자 방출원으로서의 탄소나노튜브의 증착을 위한 기판 위에 장착되어 전자빔을 발생하기 위해 다수의 탄소나노튜브 음극들을 구비하며, 상기 다수의 탄소나노튜브 음극들 중 사용된 음극을 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 원반형 다중 샘플 프루브를 포함하는 음극부; 상기 음극부의 탄소나노튜브 음극들에서 발생되는 전자빔이 양극부로 향하도록 개구가 형성되며 상기 음극부를 절연시키기 위한 제1 절연케이싱; 상기 제1 절연케이싱을 통과한 전자빔을 순차적으로 마이크로 수준으로 집속하기 위한 다수의 전자 집속 렌즈들과, 상기 전자 집속 렌즈들 사이에 샌드위치되어 절연을 위한 다수의 절연층들, 및 상기 전자빔이 관통되는 개구를 제외한 나머지부분을 에워싸도록 형성된 제2 절연케이싱을 포함하는 전자빔 집속부; 상기 제1 절연 케이싱과 상기 전자빔 집속부 사이에 위치되며 텅스텐 그물망을 구비하고 고전압 인가가 가능한 금속재질로 이루어진 그리드 전극부; 상기 원반형 다중 샘플 프루브를 회전시키거나, 새로운 다중 샘플 프루브를 후퇴시킴으로써 상기 음극부의 사용중인 탄소나노튜브 음극을 새로운 것으로 교체하도록 작동하는 음극부 구동부; 상기 양극부, 상기 음극부 및 상기 전자빔 집속부를 외부로부터 보호하는 하우징; 및 상기 양극부 및 상기 전자빔 집속부를 상기 하우징 내에 고정적으로 지지하기 위한 지지대를 포함함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관을 제공한다.

바람직하게는, 상기 전자 집속 렌즈는 내경을 달리하여 다수개 적용함으로써, 이동하는 전자들이 받는 힘을 일정 거리 내에서 불연속적으로 받게 한다. 더욱 바람직하게는, 마이크로 수준의 집속을 위해 상기 다수의 전자 집속 렌즈를 장착시 각각의 렌즈의 전자빔이 지나가는 구멍의 크기를 점점 작게 하여 전자 빔에 인가되는 힘의 크기를 상기 렌즈의 형상을 이용하여 증가시키고, 상기 구멍의 크기를 일정하게 하고, 각 렌즈에 인가하는 전압의 크기를 조절하여 전자 빔에 적용되는 힘의 크기를 점점 크게 하여 마이크로 포커싱이 가능하게 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 음극부 구동부는 상기 다중 샘플 프루브에 장착된 사용중인 음극의 수명이 종료되었을 경우 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 회전축을 포함하고, 상기 회전축 내에는 외부로부터 음극에 전원을 인가하기 위한 전 원공급선이 내장된다.

또한, 상기 음극부 구동부는 사용중인 음극들의 수명이 모두 종료되었을 경우 사용되었던 다중 샘플 프루브를 새로운 다중 샘플 프루브로 교체하기 위해 상기 회전축을 상기 하우징으로부터 추출하기 위한 회전축 이동부를 더 포함한다. 더욱이, 상기 하우징은 진공의 유지가 가능한 파이렉스, 유리, 세라믹 또는 스테인리스 강 중 어느 하나로 제작되고, 상기 하우징에는 내부를 진공상태로 유지하기 위한 진공 펌프를 더 포함한다. 상기 전자빔 집속부은 전자빔이 관통하는 출구 쪽 개구의 내경이 입구 쪽 내경보다 작은 절두 원추형상을 이루도록 전자 집속 렌즈들과 절연층들이 교대로 적층되어 전자빔이 상기 양극부를 향해 진행하는 거리에 따라 받게 되는 전계를 양극에 가까울수록 커지게 하여 전자빔의 모양이 조여드는 형태로 한다. 상기 전자빔 집속부의 전자 집속 렌즈들은 전압 인가가 가능한 스테인리스 강으로 구성되고, 상기 전자빔 집속부의 절연층들은 절연에 좋으며 진공상태에서 진공상태를 유지할 수 있는 세라믹으로 구성되고, 상기 다중 샘플 프루브는 전압의 인가가 용이한 스테인리스 강으로 구성된다. 상기 제1 절연케이싱은 세라믹으로 구성되고, 상기 다중 샘플 프루브를 상기 하우징의 내외 측으로 상기 하우징의 내부진공을 유지하면서 탈착이 가능하도록 한 밸브를 더 포함한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로포커싱 X-선관의 주요부품이 개략적으로 도시되어 있는바, 본 발명은 전자 방출원으로서의 탄소나노튜브를 기반으로 하는 음극부를 구비하였다.

여기에서 음극부(10)는 탄소나노튜브의 증착을 위한 수 mm 기판 위에 장착되어 전자빔을 발생하기 위해 탄소나노튜브로 이루어진 다수의 음극들(11)을 구비하는바, 이러한 음극(11)들은 사용했던 음극을 새로운 음극으로 교체하기 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 회전 가능한 원반형의 다중 샘플 프루브(12)에 장착되도록 하였으며, 다중 샘플 프루브(12)는 전압의 인가가 용이한 스테인리스 강으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 원반형 다중 샘플 프루브(12)를 원반에 다수개 장착하여 각 샘플에 이상이 발생할 때, 외부 신호에 의한 샘플 원판의 회전으로 음극부(10)에 새로운 샘플 프루브가 위치하게 한다. 기존의 CNT를 한 번에 한개만 교체할 수 있는 구조에서 한 번에 다수의 샘플을 장착하여 교체할 수 있다. CNT 샘플인 원반형 다중 샘플 프루브(12)는 각각 기존의 수 mm 기질, 즉 기판 위에 성장된 것을 다수 장착하는 것과 원반 자체에 패턴을 이용하여 다수의 CNT 전자 방출원을 성장시킨다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 음극부(10)를 절연시키기 위한 제1절연케이싱(20)에는 음극부(10)의 탄소나노튜브 음극(11)에서 발생되는 전자빔이 양극부(1)로 향하도록 개구(21)가 형성되어 있는데, 제1절연케이싱(20)은 절연에 좋으며 진공상태에서 진공상태를 유지할 수 있는 세라믹으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 이용되는 전자빔 집속부(30)는 제1 절연케이싱(20)을 통과한 전자빔을 순차적으로 마이크로 수준으로 집속하기 위한 다수의 전자 집속 렌즈들(31)과, 이 전자집속렌즈들(31)사이에 샌드위치되어 절연을 위한 다수의 절연층 들(32) 및 전자빔이 관통되는 개구(33a)를 제외한 나머지부분을 에워싸도록 형성된 제2절연케이싱(33)을 포함한다.

상기 전자 집속 렌즈는 내경을 달리하여 다수개 적용된다. 이를 통하여 이동하는 전자들이 받는 힘을 일정 거리 내에서 불연속적으로 받게 함으로써 양극에 집속되는 면적을 효율적이고 용이하게 감소시킨다.

마이크로 수준의 집속을 위해 다수의 전자 집속 렌즈를 장착시 각각의 렌즈의 전자빔이 지나가는 구멍의 크기를 점점 작게 하여 전자 빔에 인가되는 힘의 크기를 렌즈의 형상을 이용하여 증가시키는 구조로 구성할 수 있다. 마이크로 수준의 집속을 위해 다수의 전자 집속 렌즈를 장착시 각각의 렌즈의 전자빔이 지나가는 구멍의 크기를 일정하게 하고, 각 렌즈에 인가하는 전압의 크기를 조절하여 전자 빔에 적용되는 힘의 크기를 점점 크게 하여 마이크로 포커싱이 가능하게 된다.

도 4c에서 알 수 있는 바와 같이 전자빔 집속부(30)는 그의 개구(33a)가 전자빔이 관통하는 입구쪽과 출구쪽의 내경이 동일한 원통형상(도 4d의 우측 그림참조)을 이루도록 전자 집속 렌즈들(31)과 절연층들(32)이 교대로 적층되어 전자빔이 양극부(1)를 향해 진행하는 거리에 따라 받게 되는 전계를 일정하게 하도록 할 수 있으며, 또한 도 4a와 도 4b에서와 같이 전자빔이 관통하는 출구쪽 개구(33a)의 내경이 입구쪽 내경보다 작은 절두(切頭)원추형상(도 4d의 좌측 그림참조)을 이루도록 전자 집속 렌즈들(31)과 절연층들(32)이 교대로 적층되어 전자빔이 양극부(1)를 향해 진행하는 거리에 따라 받게 되는 전계를 양극부(1)에 가까울수록 커지게 하여 전자빔의 모양이 조여드는 형태로 구성할 수도 있다.

그리고, 전자빔 집속부(30)의 전자 집속 렌즈들(31)은 전압인가가 가능한 스테인리스 강으로 구성되고, 전자빔 집속부(30)의 절연층들(32)은 절연에 좋으며 진공상태에서 진공상태를 유지할 수 있는 세라믹으로 구성되는 것이 바람직하다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 절연 케이싱(20)과 전자빔 집속부(30)사이에는 텅스텐 그물망을 구비하고 고전압 인가가 가능한 금속재질로 이루어진 그리드 전극부(40)이 위치되어 있다.

본 발명에 이용되는 음극부(10)의 사용중인 탄소나노튜브 음극(11)은 수명이 다했을 경우 새로운 것으로 교체할 수 있는바, 이를 위해 음극부 구동부(50)가 구비되어 있는데, 이는 원반형의 다중 샘플 프루브(12)를 회전시키거나, 새로운 다중 샘플 프루브를 후퇴시켜 새로운 프루브로 교체하도록 작동한다.

여기에서 음극부 구동부(50)는 다중 샘플 프루브(12)에 장착된 사용중인 음극의 수명이 종료되었을 경우 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 회전축(51)과, 이 회전축(51)을 하우징(60)으로부터 추출하기 위한 회전축 이동부(생략)를 포함하는바, 이 회전축 이동부는 스크류 방식, 또는 랙과 피니언을 이용한 방식 또는 기타 모터를 이용한 방식을 이용할 수도 있다.

그리고 회전축(51)내에는 외부로부터 음극에 전원을 인가하기 위한 전원공급선(51)이 내장되어 있다.

한편, 양극부(1), 음극부(10) 및 전자빔 집속부(30)는 하우징(60)내에 수용되어 보호되는데, 하우징(60)은 진공의 유지가 가능한 파이렉스, 유리, 세라믹 또는 스테인리스 강 중 어느 하나로 제작되는 것이 바람직하다.

그리고, 지지대(70)는 양극부(1)와 전자빔 집속부(30)를 하우징(60)내에 고정적으로 지지하는 역할을 한다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징(60)에는 내부를 진공상태로 유지하기 위한 진공펌프(80)가 부착되고, 다중 샘플 프루브(12)를 하우징(60)의 내외 측으로 하우징(60)의 내부진공을 유지하면서 이탈착이 가능하도록 한 밸브(90)가 장착되어 있다.

도 2에서 미설명 부호 100은 X-선이 방출되는 윈도우로서 Quartz 유리, 일반유리, Be윈도우로 제작될 수 있고, 101은 양극부(1)에 전원을 인가하기 위한 전원공급선이며, 102와 102a는 그리드 전극부(40)와 전자 집속 렌즈(31)에 전압을 인가하기 위한 연결 단자 및 전원 공급선을 각각 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도 2에 도시한 바와 같이 윗부분에 양극부(1)가 장착되고, 전원케이블(101)이 양극부(1)에 연결되도록 한 상태에서 작동시키면, 다중 샘플 프루브(12)에 증착된 음극에서 전자가 방출되는바, 이러한 전자빔은 전자집속 렌즈(31)를 거쳐 양극부(1)로 진행하게 되며, 이러한 전자들이 받는 힘은 펄스 타입으로 인가되게 하여 양극부(1)에 가까워질수록 전자들이 받는 전계력을 커지게 하여 최대 마이크로 수준의 집속 면적을 가져 최종적으로 얻는 이미지의 고분해능이 가능하게 한다.

여기에서 음극부(10)가 장착되는 부분은 전도체 물질로 만들어진 프루브 형태로, 방사선관 안쪽과 바깥쪽을 차단시켜 주는 밸브(90)를 사이에 두고 탄소나노튜브 음극을 장착시키기 위해 프루브를 삽입할 때는 밸브(90)를 열어 진공상태를 유지하면서 프루브의 삽입을 용이하게 하며, 음극의 교체를 위해 프루브(12)를 방사선관에서 제거할 때도 밸브의 바로 뒤 후단까지 프루브를 옮긴 다음 밸브(90)를 닫아 방사선관 안쪽의 진공이 계속 유지되게 한 후 완전히 프루브를 방사선관에서 제거할 수가 있다.

한편 샘플 프루브(12)는 기존에 한번에 한 개의 탄소나노튜브음극 만을 장착할 수 있는 시스템에서 한번에 여러 개의 탄소나노튜브음극을 장착할 수 있게 함으로써, 사용자가 탄소나노튜브음극을 재장착하는 번거로움을 줄일 수 있다.

이 샘플 프루브(12)는 수 cm 지름의 원반 형태로 수 mm크기의 탄소나노튜브 전자방출원이 장착되어 있으며, 장착된 탄소나노튜브들은 외부에 전원공급 및 회전 입력신호를 받을 수 있게 되어있으며, 한 개의 탄소나노튜브가 다 사용됐을 때 외부에서 입력신호를 주어 회전하게 하여 새로운 탄소나노튜브가 장착되어진 부분이 음극부에 와서 장착될 수 있도록 할 수 있다.

또한 방사선 관의 진공을 유지시켜 주기 위하여 가능하다면 진동이 없거나 적게 발생하는 소형 초 고진공 펌프(80)가 엑스-선 관의 한 부분에서 나오게 되는 연결라인을 통해 장착되는 구조를 갖는다. 이렇게 장착된 펌프(80)는 필요할 때마다 혹은 실시간으로 진공을 유지시켜주므로 종래의 봉입형 방사선 관에서 시간이 지남에 따라 자연적으로 발생하는 진공파괴에 대한 문제를 해결할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 따라서, 본 발명에 의하면, 방사선관 내 전자방출원을 탄소나노튜브를 이용하여 분리형 방사선관의 탄소나노튜브 음극부를 사용자들이 쉽고 간편하게 교체 할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명은 방사선관을 통하여 얻게 될 사물의 영상에 있어서 분해능(resolution)을 증가시킬 수 있도록 양극부에 최대한 작은 면적으로 전자를 집속시킬 수 있는 구조를 갖게 하며, 탄소나노튜브 음극에 이상이 있을시 방사선관 내부의 고진공을 그대로 유지하면서, 사용자가 손쉽고도 용이하게 탄소나노튜브의 음극을 교체 할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 탄소나노튜브의 전계방출원을 가진 음극부와, 이 음극부에서 발생되는 전자를 추출할 그리드전극과 추출된 전자를 양극에 집속시켜줄 전자 빔집속렌즈를 포함하는바, 전자집속렌즈와 그리드전극을 전기적으로 절연시켜줄 수 있는 절연층 까지는 방사선관 내부에 고정되게 하는 구조를 갖게 하며, 탄소나노튜브가 성장되는 샘플 프루브는 탄소나노튜브로 이루어진 다수의 음극기판들이 한 개의 원판에 장착되며, 각각의 탄소나노튜브는 수명을 다하게 되면 회전을 하여 새로운 탄소나노튜브가 음극부의 위치로 이동할 수 있도록 하였다.

장착된 탄소나노튜브 전부가 수명이 다할 경우 다중 샘플 프루브는 방사선관 내부의 진공을 유지하게 하면서 방사선관 외부로 추출하여 탄소나노튜브만을 교체한 후 다시 방사선관 내부로 삽입할 수 있게 구성한다. 물론, 이때에도 방사선관 내부의 고진공을 유지함은 물론이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브를 전계방출원으로 이용하고, 음극에 이상이 생겼을 때 용이하게 교체할 수 있는 형태의 시스템을 개발하면 종래의 열전자 방출 음극구조가 갖는 문제점은 물론이고 탄소나노튜브를 음극으로 사용하는 종래의 모든 방법들에 있어서 발생되는 여러 문제점들을 크게 해소하는 장점이 있다.

본 발명은 탄소나노튜브가 성장되어 있는 기판 여러 개가 프루브형태의 샘플 홀더에 장착되어있어 용이하게 방사선관에서 진공을 유지하면서 분리 교체할 수 있으므로 방사선관의 단가를 상당 수준 낮출 수 있는 효과가 기대되며, 기존의 방사선관과 경쟁하여 가격적인 면에 있어서나 질적인 면에 있어서나 우위를 차지할 것으로 기대된다. 또한 전자집속렌즈의 모형을 여러 개 사용하여 전자가 집속되는 면적을 상당량 좁혀 주게 되는 매우 유용한 발명이다.

Claims (14)

1. 전자 방출원으로서의 탄소나노튜브의 증착을 위한 기판 위에 장착되어 전자빔을 발생하기 위해 다수의 탄소나노튜브 음극들을 구비하며, 상기 다수의 탄소나노튜브 음극들 중 사용된 음극을 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 원반형 다중 샘플 프루브를 포함하는 음극부;

   상기 음극부의 탄소나노튜브 음극들에서 발생되는 전자빔이 양극부로 향하도록 개구가 형성되며 상기 음극부를 절연시키기 위한 제1 절연케이싱;

   상기 제1 절연케이싱을 통과한 전자빔을 순차적으로 마이크로 수준으로 집속하기 위한 다수의 전자 집속 렌즈들과, 상기 전자 집속 렌즈들 사이에 샌드위치되어 절연을 위한 다수의 절연층들, 및 상기 전자빔이 관통되는 개구를 제외한 나머지부분을 에워싸도록 형성된 제2 절연케이싱을 포함하는 전자빔 집속부;

   상기 제1 절연 케이싱과 상기 전자빔 집속부 사이에 위치되며 텅스텐 그물망을 구비하고 고전압 인가가 가능한 금속재질로 이루어진 그리드 전극부;

   상기 원반형 다중 샘플 프루브를 회전시키거나, 새로운 다중 샘플 프루브를 후퇴시킴으로써 상기 음극부의 사용중인 탄소나노튜브 음극을 새로운 것으로 교체하도록 작동하는 음극부 구동부;

   상기 양극부, 상기 음극부 및 상기 전자빔 집속부를 외부로부터 보호하는 하우징; 및

   상기 양극부 및 상기 전자빔 집속부를 상기 하우징 내에 고정적으로 지지하기 위한 지지대를 포함함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
2. 제1 항에 있어서, 상기 전자 집속 렌즈는 내경을 달리하여 다수개 적용함으로써, 이동하는 전자들이 받는 힘을 일정 거리 내에서 불연속적으로 받게 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
3. 제1 항에 있어서, 마이크로 수준의 집속을 위해 상기 다수의 전자 집속 렌즈를 장착시 각각의 렌즈의 전자빔이 지나가는 구멍의 크기를 점점 작게 하여 전자 빔에 인가되는 힘의 크기를 상기 렌즈의 형상을 이용하여 증가시키고, 상기 구멍의 크기를 일정하게 하고, 각 렌즈에 인가하는 전압의 크기를 조절하여 전자 빔에 적용되는 힘의 크기를 점점 크게 하여 마이크로 포커싱이 가능하게 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
4. 제1항에 있어서, 상기 음극부 구동부는 상기 다중 샘플 프루브에 장착된 사용중인 음극의 수명이 종료되었을 경우 새로운 음극으로 교체하기 위해 회전 가능한 회전축을 포함하고, 상기 회전축 내에는 외부로부터 음극에 전원을 인가하기 위한 전원공급선이 내장됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
5. 제4 항에 있어서, 상기 음극부 구동부는 사용중인 음극들의 수명이 모두 종료되었을 경우 사용되었던 다중 샘플 프루브를 새로운 다중 샘플 프루브로 교체하기 위해 상기 회전축을 상기 하우징으로부터 추출하기 위한 회전축 이동부를 더 포함함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
6. 제1 항에 있어서, 상기 하우징은 진공의 유지가 가능한 파이렉스, 유리, 세라믹 또는 스테인리스 강 중 어느 하나로 제작됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
7. 제1 항에 있어서, 상기 하우징에는 내부를 진공상태로 유지하기 위한 진공 펌프를 더 포함함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
8. 제1항에 있어서, 상기 전자빔 집속부는 개구가 전자빔이 관통하는 입구쪽과 출구 쪽의 내경이 동일한 원통 형상을 이루도록 전자 집속 렌즈들과 절연층들이 교대로 적층되어 전자빔이 양극을 향해 진행하는 거리에 따라 받게 되는 전계를 일정하게 함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
9. 제1 항에 있어서, 상기 전자빔 집속부은 전자빔이 관통하는 출구 쪽 개구의 내경이 입구 쪽 내경보다 작은 절두 원추형상을 이루도록 전자 집속 렌즈들과 절연층들이 교대로 적층되어 전자빔이 상기 양극부를 향해 진행하는 거리에 따라 받게 되는 전계를 양극에 가까울수록 커지게 하여 전자빔의 모양이 조여드는 형태로 함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
10. 제1 항에 있어서, 상기 전자빔 집속부의 전자 집속 렌즈들은 전압 인가가 가능한 스테인리스 강으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
11. 제1 항에 있어서, 상기 전자빔 집속부의 절연층들은 절연에 좋으며 진공상태에서 진공상태를 유지할 수 있는 세라믹으로 구성됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
12. 제1 항에 있어서, 상기 다중 샘플 프루브는 전압의 인가가 용이한 스테인리스 강으로 구성됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
13. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연케이싱은 세라믹으로 구성됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.
14. 제1항에 있어서, 상기 다중 샘플 프루브를 상기 하우징의 내외 측으로 상기 하우징의 내부 진공을 유지하면서 탈착이 가능하도록 한 밸브를 더 포함함을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 다중 채널 음극 구조의 마이크로 포커싱 엑스-선관.

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