KR101199633B1 - 연성 ｘ선 방사선을 사용한 민감성 전자 장치의 비파괴적 오염제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전자 디바이스의 봉입물(enclosure)에 존재하는 생물학적 병원균을 오염제거하는 방법이 제공된다. 상기 방법은: 전자 디바이스의 봉입물을 포장하는 데 사용되는 재료를 식별하고, 상기 봉입물을 포장하는 재료를 투과시키기 위해 x-선 방사선을 조정하고, 확산 방사선 각도를 가지는 x-선 방사선을 상기 전자 디바이스로 향하게 하는 것을 포함한다.

비파괴적 오염제거, 민감성 전자 디바이스, 확산 방사선각, x-선 방사선원, 봉입물, 투과, 병원균, 투영

Description

연성 Ｘ선 방사선을 사용한 민감성 전자 장치의 비파괴적 오염제거 장치 및 방법{AN APPARATUS AND METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE DECONTAMINATION OF SENSITIVE ELECTRONICS USING SOFT X-RAY RADIATION}

본 발명은 일반적으로 생물학적 위험요소들의 오염제거에 관한 것이며, 더 상세하게는 민감성 전자 장치의 비파괴적 오염제거 시스템 및 방법에 관한 것이다.

군사 요원이 오염환경에서 임무를 수행할 때, 임무를 지원하는데 사용되는 전자 장치용 오염제거 시스템에 대한 높은 수요가 있다. 민감성 전자 장치의 소재 완전성(material integrity)을 유지하는 능력은 어떠한 오염제거 장치들에도 핵심적인 특성이다. 이는 특히 상기 전자 장치들과 관련한 고 비용의 측면에서 특히 그러하다. 또한, 상기 오염제거 시스템은 임무에 최소 영향을 미치면서 운송가능해야만 한다.

방사선 살균은 일반적으로 염소와 같은 반응 산화제 또는 고 온도의 멸균(autoclaving)을 사용하는 것보다 훨씬 덜 방해가 된다. 예를 들어, 254 nm의 자외선을 방출하는 석영 쟈켓(quartz jacket)의 수은 램프들은 효과적인 표면 살균제이지만, 안타깝게도 상기 빛은 한 시트의 종이조차도 투과할 수 없다. 반대로, 미국 우정 공사(U.S. Postal Service)에 의해 사용되는 10 Men의 전자빔에 의한 오염 제거는 목적대상에 상당한 손상을 야기하며, 고비용의 성가신 고정 인프라구조를 필요로 한다(시설, 전력, 및 차폐)

연성 x-선 방사선(soft x-ray radiation)은 효율적이고, 비파괴적이며, 차가운, 무공해 살균 방법을 제공한다. 그러나, 전자 장치의 오염제거를 위한 이러한 접근을 조정할 필요가 있다. 이 부분의 설명은 본 발명에 관련한 배경 정보만을 제공하며, 선행기술을 구성할 수는 없을 것이다.

x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법이 제공된다. 상기 방법은, 전자 디바이스용 하우징을 포함하는 소재의 두께 및 밀도를 식별하는 단계; 하우징을 포함하는 소재를 투과하는데 필요한 x-선 방사선의 광자 에너지 수준을 결정하는 단계; 전자가 양극(anode)의 오목면상에 입사하는 x-선원의 상기 양극을 향하여 음극(cathode)으로부터 전자를 가속화함으로써 상기 결정된 광자 에너지 수준으로 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계; 및 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 전자 디바이스로 향하게 하는 단계;를 포함한다.
또한, 하우징을 포함하는 소재가 플라스틱일 때에는 8 keV의 광자 에너지를 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 하우징을 포함하는 소재가 알루미늄일 때에는 22 keV의 광자 에너지를 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가, x-선 방사선의 광자 에너지 수준을 결정하는 단계는 하우징을 포함하는 소재를 통과하는데 필요한 최저 에너지 수준을 선택하는 단계를 더 포함할 수도 있고, 전자 디바이스에 존재하는 의심스러운 생물학적 병원균을 치사시키는데 필요한 x-선 방사선의 선량을 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 자기 바이어스 전압을 최소화하기 위해 음극을 전기적으로 접지시킴에 의해 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, x-선 방사선을 성형하기 위해 음극에 근접하여 전계 조각술 전극을 배치함으로써 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원발명에 의한 오염제거 시스템은 오염제거될 대상을 수용하도록 구성된 챔버; 및 챔버에 x-선 방사선을 방사하도록 배치되고, 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 방출하도록 동작가능한 x-선 방사선원;을 포함하고, x-선 방사선원은, 전원; 전원에 전기적으로 연결되어 있고, 전원에 의해 에너지를 공급받을 때 전자를 방출하도록 동작가능한 음극; 및 음극에 근접하여 배치된 양극으로서, 음극으로부터의 전자가 상기 양극의 오목면상에 충돌할 때 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 결정된 광자 에너지 수준으로 방출하도록 동작가능한 상기 양극;을 포함한다.

적용성의 추가 영역이 여기 제공된 기재로부터 분명해질 것이다. 상기 기재 및 구체적인 실시예들은 도시의 목적으로 의도되었으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도된 것은 아니라는 것을 이해해야만 한다.

도 1은 전자 장치의 예시적인 오염제거 기술을 도시하는 흐름도이며,

도 2는 상이한 광자 에너지 수준들을 가지는 x-선이 폴리프로필렌 플라스틱을 투과하는 방법을 도시하는 그래프이며,

도 3은 예시적인 생물학적 병원균의 치사 시간(kill times)을 도시하는 그래 프이며,

도 4는 플라스틱 환경에서 삽입 포자를 가지는 x-선 방사의 상호작용 강도를 도시하는 그래프이며,

도 5는 종래의 x-선원을 묘사하는 도이며,

도 6은 방사선을 확산시키기 위해 변경된 x-선원을 묘사하는 도이며,

도 7은 예시적인 오염제거 시스템의 도이며,

도 8은 다 형태의 x-선 헤드(x-ray head)들을 구비하는 오염제거 시스템을 도시하는 도이다.

도 1은 전자 장치를 위한 신속하면서도 비파괴적인 오염제거 기술을 도시한다. 오염환경에 노출될 때에, 생물학적 병원균은 전자 장치의 노출된 일부분의 외부면을 투과할 수 있다. 이러한 경우, x-선 방사선은 장치의 내부 구획에서 발견되는 생물학적 병원균을 살균하는데 사용될 수 있다. 전자 장치의 일부분 내에 존재할 수 있는 다른 형태의 오염제거물들을 살균하는데 x-선 방사선이 사용될 수 있다는 것이 예상된다.

먼저, 외부면과 최심(deepest)의 내부 오염부 사이에 오염 장치의 부분들을 포함하는 소재들 및 그들의 두께와 밀도는 (12)에서 보여진 바와 같이 측정되어야만 한다. 그때 x-선 방사선이 상기 장치 외부면의 소재들을 투과하기 위해 (14)로 조정(tailor)될 수 있다. 상이한 광자 에너지들의 x-선 방사선은 상이한 소재들을 상이한 깊이로 투과한다. 장치의 일부분을 구성하는데 사용되는 소재(I)의 x-선 투과, T_i는 다음과 같이 주어지며,

상기 σ_i는 흡수재의 원자 단면적이며, n_i는 개수 밀도(cc당 원자들)이며, L_i는 x-선이 흡수재를 통해 따르는 경로 길이이다. 여러 층의 상이한 소재들의 결합을 위해, 전체 투과는 다음과 같다.

각 소재의 원자 단면적은 광자 에너지의 함수이다. 상기 K껍질 결합 에너지(K-shell binding energy)를 넘어, 상기 단면적은 광자 에너지의 역제곱으로서 변화한다. 이러한 강력한 관계는 광범위의 투과(T) 대 에너지로 결과한다. x-선 방사선의 에너지 수준은 바람직하게는 T= e^-1로 선택된다.

이상적인 x-선 광자 에너지는 오염물을 함유한 소재를 통해 정확하게 투과하지만, 그 이상은 아니다. 고 에너지 방사선의 사용은 우세한 입사 에너지가 현저한 에너지 침착(deposition)없이 목적 대상을 통과하기 때문에 소모적이다. 반면, 초연실 x-선은 단 깊이의 소재에 의해 흡수되며, 따라서 삽입 오염물의 위치에 투과되지 않는다. 따라서, 전자 장치의 외부면을 통과할 필요가 있는 최저 광자 에너지 수준을 선택하는 것이 바람직하다. 상이한 형태들의 전자 디바이스들을 위해, 상기 소자들의 평균 흡수 깊이에 최고로 적합하며 부합되는 상대적으로 협소한 범위의 에너지가 있을 것이다.

도 2는 전형적인 플라스틱들(즉, 3 mm의 마일라 플라스틱)에 대한 x-선 광자 투과 곡선을 도시한다. 5 keV에서, 상기 방사선의 단지 몇 %만이 상기 플라스틱을 투과하며, 상기 플라스틱의 타측 상에 있는 박테리아가 생존할 수 있다. 12 keV에서, 최대 방사선이 박테리아와 상호작용하지 않고 상기 플라스틱을 투과한다. 그러나, 8 keV에서, 방사선은 상기 플라스틱을 효과적으로 투과하여, 어떠한 삽입 박테리아도 치사시킨다. 그러므로, 8 keV의 광자 에너지를 가지는 x-선 방사선은 플라스틱의 외부면을 가지는 전자 장치에 바람직하다. 비교를 위해, 22 keV를 가지는 방사선이 1 밀리미터의 알루미늄을 효과적으로 투과하는 것이 측정된다. 이들 에너지 수준들은 실리콘이 흡수하는 1.8 keV을 훨씬 넘으며, 따라서 상기 장치를 포함하는 반도체 구성요소들에 영향을 미쳐서는 안 된다는 것이 주목할 만하다. 그러나, 상기 에너지 수준들은 충분히 낮아, 칩 포장이 일부 차폐를 제공할 것이다.

대부분의 전자 디바이스들이 다양한 구성을 가지기 때문에, 여러 가파른 최고점들을 가지는 소스 스펙트럼을 사용하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 예를 들어, 소스는 플라스틱을 관통하는 하나와 알루미늄을 관통하는 두 번째 것의 두 최고점들을 스펙트럼에 가질 수 있다. 이는 구리-은 또는 구리-카드뮴과 같은 합금으로 이루어진 양극, 또는 대안적으로 구리 양극(copper anode) 상의 높은 Z 금속의 패턴 도금으로 성취할 수 있다. 제동 복사와 같은 광범위의 스펙트럼 조사는, 항상 라인 방사선(line radiation)을 일정 정도로 동반하면서, 고 에너지 말단이 통과하여 손실되는 반면 상당한 저 에너지 단편이 목적 대상을 투과하지 않을 것이기 때문에 오염제거에 비효율적이다. 이들 저 에너지들에서 콤프턴 산란(Compton scattering)은 대부분 무시될 수 있다. 8 keV의 실리콘에서, 상기 광전자 단면적은 콤프턴보다 높은 크기(magnitude)의 거의 세 개 순위들(orders)이다. 탄소의 22 keV에서, 두 개의 단면적들은 비교가능하며, 하기 병원균 치사 방법과 관련하여 거론될 것이다.

장치에 존재하는 생물학적 병원균이 알려졌을 때, x-선 방사선은 상기 위험요소들을 살균하거나 치사하기 위해 추가로 조정될 수 있다. 예를 들어, 장치에 적용되는 방사선의 선량(즉 방사선의 지속기간)도 측정된다. 이 개념의 실행가능성은 실행가능성 실험으로 증명되었다. 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)를 위한 비위험한 대용제인 바실러스 서브틸리스의 10⁶ 포자들의 표본들이 먼저 실험 환경에 놓였으며, 주로 약 8 keV의 광자 에너지들을 가지는 구리 양극원으로부터 일 선량의 방사선에 노출된다. 조사 제어 표본들은 다음으로 개별적으로 대두 배양액에서 일주일 동안 35℃에서 배양되었다. 완전히 살균된 선명하게 남는 반면, 하나 이상의 생존 가능한 포자들을 가지는 표본들은 흐린 주입액을 생성한다. 1.5 J/cm² 이상의 전해진 선량들에서, 모든 표본들은 완전히 살균되었다. 불완전하게 살균되어 남겨진던 샘플에 전해진 최고 선량은 0.117 J/cm²였다. 따라서, 우리 대용제의 10⁶ 포자들을 위한 8 keV의 x-선 치사 선량은 저들 두 개의 값들 중 어딘가에 떨어진다. 도 3은 치사 선량의 상하 한계에 대한 입력 전력의 함수로서 10⁶ 포자들의 치사를 완료하는데 필요한 조사 시간을 도시한다. 포자를 치사하는 것이 가장 힘든 살균 문제라는 것이 잘 확립된다. 박테리아 포자들을 치사시키기에 충분한 방사선 선량은 수화한 활성 박테리아 및 다른 생물학적 병원균을 치사하는데 필요로 하는 것보다 훨씬 높다. 이에 따라, 활성 박테리아 및 다른 생물학적 병원균을 위한 방사선 선량은 경험적으로 유사한 방식으로 추론된다.

센티미터의 오염 환경을 투과하기에 충분히 효과적인 방사선은 반드시 개별 포자와 함께 낮고 비탄력적인 단면적을 가질 것이다. 광자 에너지를 낮출수록, 포자와 함께 더 많은 상호작용이 일어날 것이라는 게 가정된다. 사실, 포자의 환경을 투과하고, 상기 포자에 의해 흡수되는 x-선 필요요건의 결합은 도 4에 보이는 바와 같은 대역 통과 곡선을 결과한다. 상기 곡선의 최고점은 오염 환경의 x-선 투과 함수로 측정되는 저 에너지의 차단에 근접하다는 것을 유의해야 한다.

또한, 연실 x-선 흡수의 경우에 생성되는 전자는 포자에 최대 에너지 이동을 전달하는데 이상적으로 적합하다. 박테리아 포자(적절히 "내생 포자"로 언급되는)는 특정 박테리아가 상이한 환경 조건들에 대면할 때에 전개하는 휴지 형태이다. 상당한 수분 감소(20% 이하로 하락), 광물의 농축(특히, 칼슘), 다중막의 외피 형성 및 물질대사의 효과적인 중단으로 특징된다. 연실 x-선이 내생 포자에 흡수될 때, 빠른 이동의 제1 광전자와 서행하는 리코일링 이온(slow recoiling ion)이 생성된다. 상기 광전자는 제2 이온화를 야기하고, 그들의 경로를 따라 이동하는 제2 전자들을 생성하면서, 상기 내생 포자의 바디를 횡단한다. 상기의 결과는 다중 전하 배치의 탄도이다. 이러한 손상 자국은 그것이 막과 같은 특정 구조들 또는 DNA와 같은 임계 분자들(critical molecule)을 현저히 분열시키는 경우, 상기 포자에 치명적일 수 있다. 반응 화학도 생성된 모든 이온들 및 유리기들로 인해 이온화 탄도를 따라서 발생할 수 있다.

8 keV의 제1 광전자를 위해, 단백질의 평균 자유 경로는 1μm에 매우 근접하거나 또는 포자의 크기에 거의 정확하게 일치한다. 더 높은 에너지들에서, 상기 제1 광전자는 그의 전 에너지를 침착(disposing)하기 전에 상기 내장 포자에서 오래 퇴장할 것이다. 예를 들어, 20 keV에서 상기 평균 경로는 약 9 μm이다. 콤프턴 산란(Compton scattering)에 의해 생성되는 전자들은 컴프턴이 더 높은 에너지 공정임에 따라 동일한 문제를 가진다.

오염제거 응용물을 위한 x-선원의 설계는 화상에 사용되는 종래의 x-선관들에서와 질적으로 다르다. 중요하게는, x-선 방출 영역은 조명된 체적(volumn)에서의 뚜렷한 투영(sharp shadows)을 회피하도록 커질 필요가 있다. 윤곽이 뚜렷한 높은 대비의 투영(shadow)이 발생하는 경우, 미시적인 병원균이 조사로부터 피하여 소망하는 살균을 회피할 수 있다. x-선이 전자 충격을 받는 양극재의 가장 바깥쪽의 미소 미크론들로부터 방출되기 때문에, 전자 빔은 최대로 효과적인 소스 크기를 얻기 위해 양극의 전 표면에 걸쳐 충돌하도록(impinge) 고르게 분기하여 확산하여야만 한다. 이 때문에, 전자들을 인도하는 전계는 음극으로부터 분기하여, 양극을 가능한 최대 정도로 균일하게 교차하기 위해 정교히 만들어져야만 한다, 이러한 x-선원의 전계 분배를 조작하는 기술은 여기서 " 전계 조각술(field sculpting)"로 언급된다.

화상 응용물에 사용되는 통상의 X-선원들은 도 5에 보이는 점광원 방출기로서 설계된다. 간단하게 말하자면, x-선원(30)은 전기 도전성의 그라운드된 진공 봉입물(33; vacuum enclosure)에 수용된 음극(31)과 양극(32)으로 이루어진다. 상기 음극(31)은 부하저항기(35)를 통해 전원(36)에 전기 결합된다. 동작에 있어서, 상기 음극은 전원(36)에 의해 전류가 통하였을 때에 전자들을 방출한다. 방출 전자들(점선으로 표시된 경로(37))은 전계를 따르고, 상기 전자들은 그의 표면에 충돌할 때에 차례로 x-선 방사선(38)(점선으로 표시된)을 방출하는 양극(32)으로 가속화된다. 음극은 부하저항 및 방출된 전자 전류의 생성물과 같은 전압(자기 바이어스 전압으로 불림)을 획득한다. 음극의 획득된 음전압, 봉입물 그라운드, 및 양극의 고 양전압의 결합은 전자 전류의 밀도를 소점으로 초점 맞추는 3-원소의 전자 렌즈들(three-element electron lens)을 형성한다. 모든 x-선 방사선은 상기 지점에서 생성된다. 화상 응용물에서 바람직함에도, 이러한 소스 구성은 흡수재 후면 위치 대 강도에 대한 도면에서 표시되는 바와 같이 흡수재(39)(응용에 있어서 예를 들어 반도체 소자들, 전기 덮개 또는 전선과 같은 오염 환경의 대상일 수 있는)의 윤곽이 뚜렷한 투영을 만들어낸다. 이는 생물학적 위험요소들을 덮을 수 있을 것이며, 오염제거 효능을 극적으로 감소시킬 수 있다.

x-선 램프를 확산시키기 위해, 대 영역의 양극 표면이 x-선을 방출하는 것이 필요하다. 이는 효과가 집중되는 것을 피하면서 전자 전류가 넓게 확산되는 것을 요한다. 변경된 x-선원의 설계가 도 6에 도시된다. 이러한 전자 확산을 달성하기 위해 종래의 설계에 3개의 주요 변형들이 만들어졌다. 먼저, 음극(41)이 어떠한 자기 바이어스 전압도 회피하기 위해 그라운드에 전기적으로 속박되며; 부하 저항기가 제거되었다. 두 번째로, 양극(42)의 표면 형상이 오목 형상으로 만곡된다. 세 번째로, 전계 조각술 전극(field sculpting electrode)(43)으로 불리는 보충 전극(supplementary electrode)이 음극에 근접한 근방의 전자 전류 주변에 위치되며, 가변성 전압(44)에 의해 바이어스된다. 이들 변화들 중에 어느 하나는 부분적인 결과를 만들지만, 이들 세 개 변화들의 결합은 전계선들이 확산하게 하며, 상기 전자 전류를 양극 표면을 가로질러 균일하기 영향을 주도록 끌어당긴다(draw). 차례로, 이는 x-선 탄도(47)에 의해 표시된 바와 같이 확산한 흡수재(46)의 조명을 결과한다. 용어 "확산 방사선각"은 오염 환경의 흡수재에 의해 관찰되는 바와 같은 큰 방사 표면적의 특징을 처리하는 소스로 언급되며, 국부의 비방사된 영역들을 가지는 것을 회피하도록 낮은 투영 대비를 결과한다. 흡수재 후방의 결과한 x-선 강도 패턴은 0으로 떨어지지 않으며, 이는 병원균이 상기 흡수재의 후방에 존재하는 것이었을 지라도 그래도 그들이 조사될 수 있었을 것이라는 것을 의미한다. 상기 확산 방사선각은 카메라의 포컬 라티오(focal ratio) 또는 F 수와 유사한 수단에 의해 정량화될 수 있다. 예를 들어, 상기 확산 방사선각은 소스로부터 x-선 지점의 크기로 분할 조사되는 대상에 이르는 거리로서 정의되는 "F 수"로 측정될 수 있다. 대부분의 종래의 x-선원들을 위해, 상기 소스 크기는 약 100 미크론이거나 또는 더 작았으며, 이로 인해 그의 "F 수"는 약 10,000이다. 이 발명에 사용된 확산 방사선각은 4개 이하의 최종 설계 목표를 가지고 10개 이하의 "F 수"를 제공한다.

또한, 이러한 X-선원은 가능한 양극에 근접하게 출력창을 위치시킴에 의해 매우 광범위한 각에 걸쳐 조사하도록 구성될 수 있다. x-선들은 전자 전류로 충격이 가해진 양극 표면의 제1 미소 마이크로미터들(first few micrometers)에서 생성된다. 활성 양극 표면을 향한 시야의 투명선(clear line)에 있는 조사 영역의 어떠한 위치도 x-선을 받을 수 있을 것이다. 출력창의 설계 및 위치는 조사된 입체각의 전체 2π 스테라디안(steradian)에 근접하게 투과시키게 구성될 수 있다.

또한, 상기 방사선은 생물학적 위험요소를 덮고, 둘러싸거나 또는 다르게는 차단하는 소재를 철저하게 투과해야 한다. x-선 방사선은 생물학적 위험요소와 상호작용하는데 실패한 오염 소재들을 통과해서는 안된다. 고 에너지의 x-선 광자는 밀도가 높은 소재를 통과할 것이지만, 결과한 광자의 산란 단면적은 적다. 그러므로, x-선 광자의 확대된 유동이 필요하며, 충분한 치사 선량을 획득하기 위해 노출 시간이 연장된다. 오염제거될 필요가 있는 소재들과 조화되는 x-선 광자 에너지를 선택하는 것이 바람직한 것은 이러한 이유이다.

x-선원들에 의해 생성된 광자 에너지는 현명한 선택의 양극재를 통해 스케일(scale)될 수 있다. 이는 k-알파 x-선(k-alpha x-rays)에 대한 모즐리의 실험식(Moseley's empirical formula)을 통해 이해된다. 상기 식은 x-선 광자 에너지가 원소(element)의 원자수 제곱에 종속됨을 도시한다.

상기 Ek는 x-선 광자 에너지이며, Z는 양극재의 원자수이다. 예를 들어, 몰리브덴(Z=42) 양극을 가진 X-선원은 18 keV의 광자 에너지를 가진 방사선을 생성할 것이다. 비교로, 은(Z=47) 양극은 22 keV의 광자 에너지를 가진 방사선을 생성할 수 있다. 전자 디바이스의 내부에 오염제거 방사선을 제공하는 다양한 소재 조성물을 통한 투과를 보장하기 위해 x-선원들이 상이한 양극재들로 제조될 수 있다는 것이 예상된다. x-선원은 금속선 또는 탄소 나노튜브와 같은 외래 물질일 수 있는 냉음극(cold cathode)뿐만 아니라 텅스텐-토륨 합금, 탄탈럼 및 기타와 같은 열이온 방출기들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 상이한 형태들의 음극을 사용할 수 있다.

도 7은 이러한 기술을 전개하는데 사용될 수 있는 예시적인 휴대용의 카트-유사(cart-like) 오염제거 시스템을 도시한다. 상기 오염제거 시스템은 하나의 방사선실과 상기 실(chamber)을 방사시키기 위해 배치된 하나 이상의 x-선 헤드로 이루어진다. 상기 x-선 헤드들의 각각은 상술한 방식으로 확산 방사선각을 가지는 x-선 방사선을 생성하도록 구성된다. 상기 x-선 헤드는 초고 유전체 강도의 절연체를 사용함에 의해 좀 더 작게 만들어질 수 있으며, 질량은 감소할 것이다. 진공 밀봉(vacuum seal)이 영구적으로 만들어질 것이다. 베릴륨 창은 안전을 위해 창을 닫을 것이며, 인터락이 방사선 차폐 없이 동작을 방지하기 위해 장착될 것이다.

도 8을 참조하여, 상기 오염제거 시스템은 바람직하게는 다중 x-선 헤드들을 구비한다. 일 예시적인 실시형태에서, 상이한 x-선 헤들들이 실(chamber) 내에서 상이한 각도들로 배향된다. 이러한 방식으로, 상이한 x-선 헤드들은 오염제거될 대상에 따라 x-선 방사선을 생성하기 위해 선택될 수도 있다. 예를 들어, x-선 헤드들의 각각은 플라스틱재를 투과하기에 적합한 구리 양극을 사용할 수 있지만, 상기대상의 외부면들 중의 하나만이 플라스틱으로 이루어진다. 이러한 실시예에서, 상기 플라스틱 외부면으로 배향된 x-선 헤드는 대상을 투과하는데 사용된다.

다른 예시적인 실시형태에서, 상이한 x-선 헤드들은 상이한 광자 에너지 수준들로 x-선 방사선을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 x-선 헤드는 구리 양극을 사용할 수 있는 반면 다른 x-선 헤드는 은 양극을 사용한다. 따라서, 상이한 x-선 헤드들이 오염제거될 대상의 소재에 따라 달리 사용될 수 있다. 마찬가지로, 상이한 봉입물들이 상이한 소재들로 싸일 수 있는, 동일한 대상의 상이한 봉입물들을 통과하는데 상이한 x-선 헤드들이 사용될 수 있다.

또한, x-선 방사선은 전자 장치의 외부면을 오염제거하는데 사용될 수도 있다. 그렇게 하기 위해, 상기 휴대용 오염제거 시스템은 저 에너지의 x-선 방사선(예, 8 keV)을 생성하기 위한 한 세트의 x-선 헤드들과 고 에너지의 x-선 방사선(예, 15-30 keV)을 생성하기 위한 다른 세트의 X-선 헤드들을 구비한다. 저 에너지의 x-선들은 확대된 산란 단면적을 가지며, 따라서 어떤 대상의 외부면에서 발견된 생물학적 병원균들과도 강하게 상호작용한다. 반면, 고 에너지의 x-선들은 대상의 외부면을 투과하는 것이 필요하다. x-선을 투과하는 것은 형광을 생성함에 의해 대상의 봉입물 내에서 생물학적 병원균들과 상호작용할 수 있다. 변환 효율성이 낮을 수 있지만, 이들 광자들은 900배 더 큰 산란 단면적을 가지며, 이로써 공동 내에서 효과적인 오염제거를 달성한다.

대안적인 구성에서, 상기 오염제거 시스템은 표면의 오염제거를 달성하기 위해 자외선 방사선원이 구비될 수 있다. 종래의 자외선 램프들은 시장에서 용이하게 이용가능하다. 자외선 방사선은 생물학적 병원균을 오염제거하고 살균하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, UV 방사선을 위한 치사 선량이 254 nm로 측정되었다. 탄저균을 위해, 전달된 선량은 45 mJ/cm²이며, 표면상 병원균의 치사율은 99.9%를 달성하였다. 모든 광자가 흡수되기 때문에 선량이 낮다. 그러나, 자외선 방사선은 소재를 투과하지 않는다. 그러므로, x-선 헤드들은 내부의 오염제거를 위해 상술한 방식으로 사용되기도 한다.

Claims (10)

1. 전자 디바이스용 하우징을 포함하는 소재의 두께 및 밀도를 식별하는 단계;

   상기 하우징을 포함하는 상기 소재를 투과하는데 필요한 x-선 방사선의 광자 에너지 수준을 결정하는 단계;

   전자가 양극의 오목면상에 입사하는 x-선원의 상기 양극을 향하여 음극으로부터 상기 전자를 가속화함으로써 상기 결정된 광자 에너지 수준으로 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계; 및

   상기 확산 방사선각을 갖는 상기 x-선 방사선을 상기 전자 디바이스로 향하게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징을 포함하는 상기 소재가 플라스틱일 때에 8 keV의 광자 에너지를 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징을 포함하는 상기 소재가 알루미늄일 때에 22 keV의 광자 에너지를 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 x-선 방사선의 광자 에너지 수준을 결정하는 단계는 상기 하우징을 포함하는 상기 소재를 통과하는데 필요한 최저 에너지 수준을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 x-선 방사선의 광자 에너지 수준을 결정하는 단계는 상기 전자 디바이스에 존재하는 의심스러운 생물학적 병원균을 치사시키는데 필요한 x-선 방사선의 선량을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   자기 바이어스 전압을 최소화하기 위해 상기 음극을 전기적으로 접지시킴에 의해 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 x-선 방사선을 성형하기 위해 상기 음극에 근접하여 전계 조각술 전극을 배치함으로써 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 x-선 방사선을 사용하여 전자 디바이스의 하우징을 투과할 수 있는 생물학적 병원균 오염제거 방법.
10. 오염제거될 대상을 수용하도록 구성된 챔버; 및

    상기 챔버에 x-선 방사선을 방사하도록 배치되고, 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 방출하도록 동작가능한 x-선 방사선원;을 포함하고,

    상기 x-선 방사선원은

    전원;

    상기 전원에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 전원에 의해 에너지를 공급받을 때 전자를 방출하도록 동작가능한 음극; 및

    상기 음극에 근접하여 배치된 양극으로서, 상기 음극으로부터의 전자가 상기 양극의 오목면상에 충돌할 때 확산 방사선각을 갖는 x-선 방사선을 결정된 광자 에너지 수준으로 방출하도록 동작가능한 상기 양극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염제거 장치.

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