KR101245524B1 - Multi-beam X-ray tube - Google Patents

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Abstract

멀티-빔 X-선관은, 음극부 및 집속부를 포함한다. 음극부는 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들을 포함한다. 집속부는 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 양극부에 집속시킨다.The multi-beam X-ray tube includes a cathode portion and a focusing portion. The cathode portion includes a plurality of electron emitting portions each emitting an electron beam. The focusing section focuses the electron beams emitted from the electron emitting sections respectively on the anode section.

Description

멀티―빔 Ｘ―선관{Multi-beam X-ray tube}Multi-beam X-ray tube

본 발명은 X-선관에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다수의 전자빔들을 만들어 양극부의 일정 부분에 충돌시켜 X-선을 발생하는 멀티-빔 X-선관에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an X-ray tube, and more particularly, to a multi-beam X-ray tube which generates a plurality of electron beams and collides with a portion of the anode to generate X-rays.

X-선관은, 진공 밀봉된 유리 벌브(bulb) 내부에 음극부와 양극부가 설치되어 있고, 음극부에서 발생된 전자가 음극부와 양극부 사이에 인가되는 고전압에 의해 가속되어 양극부인 타깃(target)에 충돌하면서 X-선이 발생하는 현상을 이용한다.The X-ray tube is provided with a cathode part and an anode part inside a vacuum-sealed glass bulb, and electrons generated at the cathode part are accelerated by a high voltage applied between the cathode part and the anode part, thereby being a target that is an anode part. X-rays are generated while colliding with them.

음극부에서 전자를 발생시키는 X-선관의 종류에는 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 발생시키는 열전자 방출 음극을 가지는 X-선관이 있다. 열전자 방출 현상을 이용하는 X-선관의 경우, 텅스텐 필라멘트의 가열이 반복됨에 따라 필라멘트의 열화가 진행되어 전자 방출 특성을 변화하게 하고 X-선관의 수명을 제한하며 열전자를 방출시키기 위해 필라멘트를 가열할 때 생기는 열적 문제 때문에 필라멘트에서 발생하는 탈기체(outgas) 및 내부 가열로 인해 진공도가 떨어지며, 필라멘트의 가열 시 증발된 텅스텐이 타깃 표면 또는 진공 외피(envelope) 내벽 등에 증착되어 고압 절연을 저하시키고 투과 방사선량을 감소시킬 수 있다.One type of X-ray tube that generates electrons in the cathode portion is an X-ray tube having a hot electron emission cathode that generates electrons by heating tungsten filaments. In the case of X-ray tube using hot electron emission phenomenon, the filament deteriorates as the heating of tungsten filament is repeated, changing the electron emission characteristics, limiting the lifetime of the X-ray tube, and heating the filament to emit hot electrons. Due to thermal problems, the degree of vacuum decreases due to outgassing and internal heating generated from the filament.Tungsten evaporated during the heating of the filament is deposited on the target surface or the inner wall of the vacuum envelope, thereby degrading high pressure insulation and transmitting radiation dose. Can be reduced.

최근에는, 열전자 방출 현상 대신에 높은 전기장을 인가하였을 때, 전자가 고체 표면의 전위 장벽(일함수)을 넘어서 방출되는 전계 방출 현상을 이용하는 X-선관에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 전자 방출원의 재료로서 이용한 냉음극을 가지는 X-선관에 관한 연구가 진행되고 있다.Recently, studies have been actively conducted on X-ray tubes using a field emission phenomenon in which electrons are emitted beyond a potential barrier (work function) on a solid surface when a high electric field is applied instead of a hot electron emission phenomenon. In particular, research on X-ray tubes having a cold cathode using carbon nanotubes (CNT) as an electron emission source has been conducted.

산업용 비파괴 촬영 영상 및 의료 방사선 영상에서 대조도 및 해상도는 X-선관의 출력과 X-선의 초점 크기에 관련되므로, X-선관의 성능이 X-선 촬영 시스템(X-선 영상진단 시스템)의 근본적인 성능에 결정적인 역할을 한다.In industrial nondestructive imaging and medical radiography, contrast and resolution are related to the output of the X-ray tube and the focal size of the X-ray, so that the performance of the X-ray tube is fundamental to the X-ray imaging system (X-ray imaging system). It plays a decisive role in performance.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다수의 전자빔들을 만들어 양극부의 일정 부분에 충돌시켜 X-선을 발생하는 것에 의해 X-선의 초점 크기(또는 전자빔의 초점 크기)를 일정하게 유지하면서 관전류를 증가시키는 멀티-빔 X-선관을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to increase the tube current while maintaining a constant focal size (or focal size of the electron beam) of X-rays by generating a plurality of electron beams and generating X-rays by colliding with a portion of the anode part. To provide a multi-beam X-ray tube.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관은, 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들을 포함하는 음극부; 및 상기 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 양극부에 집속시키는 집속부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-beam X-ray tube according to an embodiment of the present invention, the cathode portion including a plurality of electron emitting portions for emitting an electron beam, respectively; And a focusing unit configured to focus the electron beams emitted from the electron emission units, respectively, on the anode unit.

상기 집속부는, 오목한 형태의 일면을 가지며 상기 전자빔을 각각 통과시키는 집속 홀들(holes)을 포함할 수 있다.The focusing part may include focusing holes having one surface of a concave shape and passing through the electron beam, respectively.

상기 전자 방출부들 각각은, 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 나노섬유(nano-fiber), 나노와이어(nanowire), 나노로드(nano-rod), 나노바늘(nano-needle), 및 나노핀(nanopin) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Each of the electron emission units may include carbon nanotubes (CNTs), graphene, nanofibers, nanowires, nano-rods, and nano-needles. It may include any one of a needle, and nanopin (nanopin).

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관은, 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들을 포함하는 음극부; 및 상기 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 추출하고 상기 추출된 전자빔을 양극부에 집속시키는 게이트부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-beam X-ray tube according to another embodiment of the present invention, the cathode portion including a plurality of electron emitting portions for emitting an electron beam, respectively; And a gate part configured to extract the electron beams emitted from the electron emission parts and to focus the extracted electron beams on the anode part.

상기 게이트부는, 오목한 형태의 일면을 가지며 상기 전자빔을 각각 통과시키는 개구부들(openings)을 포함할 수 있다.The gate part may include openings having one surface of a concave shape and passing through the electron beam, respectively.

상기 멀티-빔 X-선관은, 상기 게이트부의 상부에 배치되는 그물망 구조의 그리드 메쉬(grid mesh)를 더 포함할 수 있다.The multi-beam X-ray tube may further include a grid mesh of a mesh structure disposed on the gate portion.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관은, 기질과, 상기 기질에 장착되고 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들을 포함하는 음극부; 및 상기 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 양극부에 집속시키는 집속부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-beam X-ray tube according to another embodiment of the present invention, the cathode portion including a substrate and a plurality of electron emitting portions mounted to the substrate and emits an electron beam, respectively; And a focusing unit configured to focus the electron beams emitted from the electron emission units, respectively, on the anode unit.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관은, 기질과, 상기 기질에 장착되고 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들을 포함하는 음극부; 및 상기 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 추출하고 상기 추출된 전자빔을 양극부에 집속시키는 게이트부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-beam X-ray tube according to another embodiment of the present invention, the cathode portion including a substrate and a plurality of electron emitting portions mounted to the substrate and emits an electron beam, respectively; And a gate part configured to extract the electron beams emitted from the electron emission parts and to focus the extracted electron beams on the anode part.

본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관은 전자방출원(또는 음극부)에 포함된 전자 방출부들로부터 다수의 전자빔들을 만들어 양극부(양극 타깃)의 일정 부분에 공통의 초점을 형성하는 것에 의해 일정한(동일한) 초점 크기를 유지하면서 음극부의 전자 방출부에서 방출되는 방출전류량을 증가시킬 수 있다. 방출 전류량이 증가함에 따라, 양극부에서 흐르는 관전류(tube current)가 증가되어 X-선 검출기(detector)에서 검출되는 신호의 세기가 커지고 X-선 영상(X-선 투과 영상)의 화질이 향상될 수 있다.The multi-beam X-ray tube according to the present invention is constant by forming a plurality of electron beams from the electron emission portions included in the electron emission source (or the cathode portion) to form a common focal point on a portion of the anode portion (anode target). It is possible to increase the amount of emission current emitted from the electron emission portion of the cathode portion while maintaining the (same) focal size. As the amount of emitted current increases, the tube current flowing through the anode increases, increasing the intensity of the signal detected by the X-ray detector and improving the image quality of the X-ray image (X-ray transmission image). Can be.

또한, 본 발명의 멀티-빔 X-선관은 단일빔(single beam) X-선관에 비해 전자빔의 초점 크기와 관전류를 동일하게 유지하면서 전자방출원의 방출전류밀도(단위 면적당 방출전류)를 낮출 수 있어 전자방출원의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전자방출원을 포함하는 X-선관의 수명이 향상(증가)될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube of the present invention can lower the emission current density (emission current per unit area) of the electron emission source while maintaining the same focal size and tube current of the electron beam as compared to a single beam X-ray tube. Therefore, the lifetime of the electron emission source can be significantly improved. As a result, the lifetime of the X-ray tube including the electron emission source can be improved (increased).

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명과 비교되는 단일빔 X-선관(100)을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관(100)의 개념을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(200)을 설명하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(300)을 설명하는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 음극부의 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 게이트부(360)의 실시예를 설명하는 평면도이다.
도 7은 도 4에 도시된 멀티-빔 X-선관(300)에 추가되는 그리드 메쉬의 실시예(700)를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 4에 도시된 멀티-빔 X-선관(300)에 추가되는 그리드 메쉬의 다른 실시예(800)를 나타내는 평면도이다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
1 is a cross-sectional view showing a single beam X-ray tube 100 compared with the present invention.
2 is a diagram illustrating the concept of a multi-beam X-ray tube 100 according to the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a multi-beam X-ray tube 200 according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a multi-beam X-ray tube 300 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating an embodiment of a cathode part illustrated in FIG. 4.
FIG. 6 is a plan view illustrating an embodiment of the gate part 360 illustrated in FIG. 4.
FIG. 7 is a plan view illustrating an embodiment 700 of a grid mesh added to the multi-beam X-ray tube 300 shown in FIG. 4.
FIG. 8 is a plan view showing another embodiment 800 of a grid mesh added to the multi-beam X-ray tube 300 shown in FIG.

본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.In order to fully understand the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail by explaining embodiment of this invention with reference to attached drawing. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명을 설명하기 전에, 본 발명에 대한 비교예가 다음과 같이 설명된다.Before describing the present invention, a comparative example of the present invention will be described as follows.

도 1은 본 발명과 비교되는 단일빔 X-선관(10)을 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 단일빔(single beam) X-선관(10)은, 하나의 전계방출 전자방출원을 사용하는 전계방출 기반의 X-선관으로서, 음극 및 양극 타깃(50)을 포함한다. 상기 음극은 원통형 구조를 가지며, 기판(20), 광학적 렌즈가 아닌 전기적 렌즈 역할을 수행하는 집속렌즈(focusing lens)(또는 전자 집속렌즈)(30), 및 기판(20)에 설치되고 탄소나노튜브들로 구성되는 CNT 에미터(emitter)(40)로 구성된다. 1 is a cross-sectional view showing a single beam X-ray tube 10 compared with the present invention. Referring to FIG. 1, a single beam X-ray tube 10 is a field emission based X-ray tube using one field emission electron emission source, and includes a cathode and an anode target 50. The cathode has a cylindrical structure, a focusing lens (or electron focusing lens) 30 that serves as an electrical lens instead of an optical lens, and a carbon nanotube installed on the substrate 20. It consists of a CNT emitter 40 consisting of a.

상기 음극의 기판(20)과 양극 타깃(50) 사이에 전압이 인가될 때, 전계에 의해 음극의 탄소나노튜브들(40)에서 전자들이 방출되어 전자빔이 발생된다. 상기 발생된 전자빔은 집속렌즈(30)에 의해 집속되어 전자빔의 초점인 양극 타깃(50)의 일정부분(60)에 충돌하여 X-선을 발생시킨다. 상기 전자빔의 초점의 형태는 원형 또는 타원형일 수 있다.When a voltage is applied between the cathode substrate 20 and the anode target 50, electrons are emitted from the carbon nanotubes 40 of the cathode by an electric field to generate an electron beam. The generated electron beam is focused by the focusing lens 30 to impinge on a portion 60 of the anode target 50 which is the focal point of the electron beam to generate X-rays. The focus of the electron beam may be circular or elliptical.

상기 음극과 양극 타깃(50) 사이에 동일한 전압이 인가되는 조건에서 CNT 에미터(40)의 상부 면적이 커지면(즉, CNT 에미터(40)로 구성되는 전자방출부의 면적이 증가하면), CNT 에미터(40)에서 방출되는 방출전류는 증가되지만 전자빔의 초점 크기는 커진다. 반대로, CNT 에미터(40)의 상부 면적이 작아지면, 방출전류는 감소되지만 전자빔의 초점 크기는 작아진다. 방출전류가 증가될 때(방출전류의 량이 많을 때) 양극 타깃(50)에 충돌하는 전자의 수가 증가하므로 X-선 발생량이 증가하여 X-선관의 성능이 향상될 수 있다. 전자빔의 초점 크기가 작을 때 X-선 촬영 대상물의 투영(투과) 영상에 형성되는 이미지 블러(image blur)의 크기가 감소하므로 X-선 검출기에서 검출되는 X-선 투과 영상의 화질이 향상될 수 있다.If the upper area of the CNT emitter 40 is increased under the condition that the same voltage is applied between the cathode and the anode target 50 (that is, if the area of the electron emission portion composed of the CNT emitter 40 is increased), the CNT The emission current emitted by emitter 40 increases but the focal size of the electron beam increases. Conversely, as the upper area of the CNT emitter 40 becomes smaller, the emission current is reduced but the focal size of the electron beam is smaller. When the emission current is increased (when the amount of emission current is large), the number of electrons colliding with the anode target 50 is increased, so that the amount of X-rays is increased and the performance of the X-ray tube can be improved. When the focal size of the electron beam is small, the amount of image blur formed in the projection (transmission) image of the X-ray photographing object is reduced, so that the image quality of the X-ray transmitted image detected by the X-ray detector may be improved. have.

한편, 동일한 관전류를 유지하는 조건에서 CNT 에미터(40)의 상부 면적이 커지면 CNT 에미터(40)에 포함된 하나의 탄소나노튜브로부터 방출되는 전류가 작아져서 탄소나노튜브의 손상이 감소하므로, CNT 에미터(40)의 손상이 감소되고 이것에 에 의해 CNT 에미터의 수명은 길어질 수 있다.On the other hand, if the upper area of the CNT emitter 40 is increased under the condition of maintaining the same tube current, the current emitted from one carbon nanotube included in the CNT emitter 40 is reduced, thereby reducing damage to the carbon nanotubes, Damage to the CNT emitter 40 can be reduced, thereby extending the life of the CNT emitter.

전술한 바와 같이, 전자를 방출하는 CNT 에미터(40)의 상부 면적과 전자빔의 초점크기는 X-선관의 성능과 관련하여 반비례 관계에 있으므로, X-선관의 성능을 향상시키기 위해서는 CNT 에미터(40)의 상부 면적을 크게 하는 동시에 전자빔의 초점 크기를 작게 할 필요가 있다.As described above, since the top area of the CNT emitter 40 emitting electrons and the focal size of the electron beam are inversely related to the performance of the X-ray tube, the CNT emitter ( It is necessary to increase the upper area of 40) and to reduce the focal size of the electron beam.

도 2는 본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관(100)의 개념을 설명하는 도면이다.2 is a diagram illustrating the concept of a multi-beam X-ray tube 100 according to the present invention.

도 2를 참조하면, 멀티-빔 X-선관(100)은, 제1 내지 제3 음극부들(전자방출원들(electron emission sources)) 및 양극부(180)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the multi-beam X-ray tube 100 includes first to third cathode portions (electron emission sources) and an anode portion 180.

제1 음극부는, 기질(기판)(substrate)(105), 집속부(focusing unit)(집속 전극)(110), 및 전자 방출부(115)를 포함하고, 제2 음극부는, 기질(120), 집속부(125), 및 전자 방출부(130)를 포함하고, 제3 음극부는, 기질(135), 집속부(140), 및 전자 방출부(145)를 포함한다.The first cathode portion includes a substrate 105, a focusing unit 110, and an electron emission portion 115, and the second cathode portion is a substrate 120. , A focusing part 125, and an electron emission part 130, and the third cathode part includes a substrate 135, a focusing part 140, and an electron emission part 145.

전자 방출부들(115, 130, 145) 각각은, 예를 들어, 전계방출 물질인 탄소나노튜브(CNT)를 포함할 수 있다.Each of the electron emission parts 115, 130, and 145 may include, for example, carbon nanotubes (CNTs) that are field emission materials.

멀티-빔 X-선관(100)은, 예를 들어, 전계방출 전자방출원을 포함하는 전계방출(field emission) 기반의 X-선관, 또는 열전자 방출 음극을 가지는 X-선관일 수 있고, 3개의 음극부들 각각, 및 양극부(180)는 원통형 구조를 가질 수 있다. 도 2에서 음극부가 3개 도시되었지만, 본 발명의 실시예는 2개의 음극부 또는 4개 이상의 음극부들을 포함할 수 있다.The multi-beam X-ray tube 100 may be, for example, a field emission based X-ray tube containing a field emission electron emission source, or an X-ray tube having a hot electron emission cathode, and three Each of the cathode portions and the anode portion 180 may have a cylindrical structure. Although three cathode portions are shown in FIG. 2, an embodiment of the present invention may include two cathode portions or four or more cathode portions.

제1 내지 제3 음극부들(또는 제1 내지 제3 음극부들의 기질들(105, 120, 135))과 양극부(180) 사이에 전압이 인가될 때, 전계에 의해 제1 내지 제3 음극부들의 전자 방출부들(115, 130, 145)에서 전자들이 방출되어 전자빔들이 발생된다. 상기 발생된 전자빔들은 집속부들(110, 125, 140)에 의해 집속되어 전자빔들의 초점인 양극부(180)의 일정 부분(185)에 충돌하여 X-선을 발생시킨다. 양극부(180)의 일정 부분(185)에 형성되는 전자빔들의 초점 크기 및 초점 형태는 도 1에 도시된 양극 타깃(50)의 일정 부분(60)에 형성되는 전자빔의 초점 크기 및 초점 형태와 동일할 수 있다. 상기 전자빔들의 초점의 형태는 원형 또는 타원형일 수 있다.When a voltage is applied between the first to third cathode portions (or the substrates 105, 120, 135 of the first to third cathode portions) and the anode portion 180, the first to third cathodes are caused by an electric field. Electrons are emitted from the electron emission portions 115, 130, and 145 of the portions to generate electron beams. The generated electron beams are focused by the focusing portions 110, 125, and 140 to impinge on a portion 185 of the anode portion 180, which is the focal point of the electron beams, to generate X-rays. The focal size and focal form of the electron beams formed in the predetermined portion 185 of the anode portion 180 are the same as the focal size and focal form of the electron beam formed in the predetermined portion 60 of the anode target 50 shown in FIG. 1. can do. The focal form of the electron beams may be circular or elliptical.

따라서 도 1에 도시된 단일빔 X-선관(10)과 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(100)은 3개의 음극부들을 포함하므로, 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시킬 수 있다. 즉, 전자 방출부들에 포함된 CNT의 수가 증가될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 도 1의 단일빔 X-선관(10)에 비하여 방출전류를 증가시키지만 전자빔의 초점 크기를 동일하게 유지시키므로, X-선관의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, when compared with the single beam X-ray tube 10 shown in FIG. 1, the multi-beam X-ray tube 100 according to the embodiment of the present invention includes three cathode portions, thereby reducing the overall upper area of the electron emission portion. Can be increased. That is, the number of CNTs included in the electron emitters may be increased. As a result, the present invention increases the emission current as compared to the single beam X-ray tube 10 of FIG. 1, but keeps the focal size of the electron beam the same, thereby improving the performance of the X-ray tube.

또한, 본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관(100)은 3개의 음극부들로부터 3개의 전자빔들을 만들어 양극부(180)의 일정 부분(185)에 공통의 초점을 형성하는 것에 의해 동일한 전자빔의 초점 크기를 유지하면서 음극부들의 전자 방출부들(115, 130, 145)에서 방출되는 방출전류량을 증가시킬 수 있다. 방출 전류량이 증가함에 따라, 양극부(180)에서 흐르는 관전류가 증가되어 X-선 검출기(미도시)에서 검출되는 X-선 영상의 화질이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 100 according to the present invention creates three electron beams from three cathode portions to form a common focal point in a portion 185 of the anode portion 180 to focus the same electron beam. While maintaining the size, it is possible to increase the amount of emission current emitted from the electron emission portions 115, 130, and 145 of the cathode portions. As the amount of emitted current increases, the tube current flowing through the anode 180 may increase, so that the image quality of the X-ray image detected by the X-ray detector (not shown) may be improved.

또한, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(100)은 동일한 관전류(또는 방출 전류)를 유지하는 조건에서 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시키는 것에 의해 전자 방출부에 포함된 하나의 탄소나노튜브에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있으므로, 탄소나노튜브의 손상을 감소시켜 전자 방출부의 수명을 연장시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(100)은 단일빔 X-선관과 비교할 때 전자빔의 초점 크기와 관전류를 동일하게 유지하면서 음극부의 방출전류밀도를 낮출 수 있어 음극부의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 음극부를 포함하는 X-선관의 수명이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 100 of the present invention increases the total top area of the electron emission section under conditions maintaining the same tube current (or emission current). Since the current flowing can be reduced, the damage of the carbon nanotubes can be reduced to prolong the life of the electron emission unit. As a result, the multi-beam X-ray tube 100 of the present invention can lower the emission current density of the cathode portion while maintaining the same focal size and tube current of the electron beam as compared to the single beam X-ray tube, thereby significantly reducing the lifetime of the cathode portion. Can be improved. As a result, the lifetime of the X-ray tube including the cathode portion can be improved.

한편, 도 2에서는 반사형 양극부를 가지는 반사형 구조의 멀티-빔 X-선관이 도시되었지만, 본 발명은 투과형 양극부를 가지는 투과형 구조의 멀티-빔 X-선관에도 적용될 수 있다.Meanwhile, although the multi-beam X-ray tube of the reflective structure having the reflective anode portion is shown in FIG. 2, the present invention can be applied to the multi-beam X-ray tube of the transmissive structure having the transparent anode portion.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(200)을 설명하는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a multi-beam X-ray tube 200 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 멀티-빔 X-선관(200)은, 음극부(cathode)(전자방출원(electron emission source)), 집속부(260), 및 양극부(anode)(280)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the multi-beam X-ray tube 200 includes a cathode (electron emission source), a focusing unit 260, and an anode 280. do.

도 3의 멀티-빔 X-선관(200)은 기질(기판)(220)과 양극부를 전극으로 하는 2극형(diode type) 구조를 가진다. 멀티-빔 X-선관(200)은, 예를 들어, 전계방출 기반의 X-선관 또는 열전자 방출 음극을 가지는 X-선관일 수 있다.The multi-beam X-ray tube 200 of FIG. 3 has a bipolar type structure having a substrate (substrate) 220 and an anode as an electrode. The multi-beam X-ray tube 200 may be, for example, an X-ray tube having a field emission based X-ray tube or a hot electron emitting cathode.

상기 음극부는, 기질(220), 및 전자빔(전자들)을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들(240)을 포함한다. 기질(220)은 원통형 구조를 가질 수 있고, 기질(220)은 전도성 기판으로서, 금속, 실리콘, 또는 흑연 등의 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 전자 방출부들(240)은 기질(220)에 장착(설치)된다. 도 3에서는 전자 방출부(240)가 5개 도시되었지만, 본 발명에 따른 다른 실시예는 2개 내지 4개의 전자 방출부들 또는 6개 이상의 전자 방출부들을 포함할 수 있다.The cathode portion includes a substrate 220 and a plurality of electron emitters 240 that emit electron beams (electrons), respectively. The substrate 220 may have a cylindrical structure, and the substrate 220 may be formed using a material such as metal, silicon, graphite, or the like as the conductive substrate. Electron emitters 240 are mounted (installed) on the substrate 220. Although five electron emitters 240 are shown in FIG. 3, another embodiment according to the present invention may include two to four electron emitters or six or more electron emitters.

전자 방출부들(240)은 전계방출 나노소재로 제조될 수 있으며, 상기 나노소재(나노구조 물질)는, 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 나노섬유(nano-fiber), 나노와이어(nanowire), 나노로드(nano-rod), 나노바늘(nano-needle), 및 나노핀(nanopin) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 따라서 상기 음극부는 나노 에미터(nano emitter)로도 언급될 수 있다.The electron emission units 240 may be made of a field emission nanomaterial, and the nanomaterial (nanostructure material) may include carbon nanotubes, graphene, graphene, nanofibers, and nanoparticles. It may include any one of a wire (nanowire), nano-rod (nano-rod), nano-needle (nano-needle), and nanopin (nanopin). Therefore, the cathode part may also be referred to as a nano emitter.

상기 탄소나노튜브(240)는 전자 방출 전압이 1 ~ 3 (V/㎛)로서 다른 금속 팁(metal tip)보다 수십 배 정도 낮아 전계방출 특성(전자 방출 효율)이 우수하므로, 냉음극을 가지는 X-선관의 전자 방출원의 재료로서 널리 사용된다.The carbon nanotubes 240 have an electron emission voltage of 1 to 3 (V / ㎛), which is about ten times lower than other metal tips, and thus has excellent field emission characteristics (electron emission efficiency). Widely used as material of electron emission source of wire tube.

탄소나노튜브(240)들은 기질(220) 상부에 스크린 프린팅(screen printing) 방법 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법 등에 의해 성장될 수 있다. 스크린 프린팅 방법에 의해 탄소나노튜브를 성장시키는 과정을 설명하면, 기질(220)의 상부 전면에 실버 페인트(silver paint)를 도포(application)한 후 스프레이건(spray gun)을 이용하여 탄소나노튜브 파우더를 2회 내지 3회 반복하여 뿌림으로써 적절량의 탄소나노튜브가 기질(220) 위에 골고루 도포되도록 성장시킬 수 있다.The carbon nanotubes 240 may be grown on the substrate 220 by a screen printing method or a chemical vapor deposition (CVD) method. Referring to the process of growing the carbon nanotubes by the screen printing method, after applying a silver paint (silver paint) on the upper front surface of the substrate 220 using a spray gun (spray gun) carbon nanotube powder By repeatedly spraying 2 to 3 times, an appropriate amount of carbon nanotubes can be grown to be evenly applied on the substrate 220.

CVD 방법에 의해 탄소나노튜브를 성장시키는 과정을 설명하면, 기질(220) 위에 TiN과 같은 버퍼층(buffer layer)을 도포하고 Ni 또는 Fe와 같은 촉매제를 도포한 후 아르곤 또는 헬륨 같은 가스로 에칭 작업을 하여 시드 입자(seed particle)를 생성한 후 C2H2 등과 같은 탄소나노튜브 소스(source) 가스를 주입하여 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있다.In the process of growing carbon nanotubes by CVD, a buffer layer such as TiN and a catalyst such as Ni or Fe are coated on the substrate 220 and then etching is performed with a gas such as argon or helium. After the seed particles (seed particle) to generate a carbon nanotube source gas such as C 2 H 2 It is possible to grow the carbon nanotubes.

집속부(260)는 음극부와 이격되어 배치(설치)될 수 있고, 금속 재질일 수 있다. 집속부(260)는 집속 렌즈의 역할을 수행하며, 전자 방출부들(240)로부터 각각 방출되는 전자빔(전자들)의 방향을 변경시켜 전자빔들을 양극부(280)에 집속시킨다. 집속부(260)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 위쪽 면(일면)이 오목한 형태(오목 전기적 렌즈의 형태)를 가지며 전자 방출부들(240)로부터 각각 방출되는 전자빔을 통과시키는 집속 홀들(holes)(265)을 포함한다. 집속부(260)에 형성되는 집속 홀들(holes)(265) 각각의 크기는 서로 동일할 수 있다. 집속부(260)의 위쪽 면은 양극부(280)를 향하는 일면(하나의 면)이다. 집속부(260)는 오목 렌즈의 형태를 가지므로, 오목 렌즈의 표면에 평행한 전위(electric potential) 분포를 생성시켜 양극부(280)의 특정 부분(285)에 전자빔들을 집속시킬 수 있다.The focusing unit 260 may be disposed (installed) to be spaced apart from the cathode and may be made of metal. The focusing unit 260 functions as a focusing lens and focuses the electron beams on the anode part 280 by changing the direction of the electron beams (electrons) emitted from the electron emission parts 240, respectively. The focusing unit 260 has focusing holes through which an upper surface (one surface) is concave (in the form of a concave electrical lens) and passes electron beams emitted from the electron emission units 240, respectively, as shown in FIG. 3. ) 265. The size of each of the focusing holes 265 formed in the focusing part 260 may be the same. The upper surface of the focusing portion 260 is one surface (one surface) facing the anode portion 280. Since the focusing portion 260 is in the form of a concave lens, it is possible to focus the electron beams on a particular portion 285 of the anode portion 280 by creating an electrical potential distribution parallel to the surface of the concave lens.

음극부(또는 기질(220))와 양극부(280) 사이에 전압이 인가될 때, 전계에 의해 음극부의 전자 방출부들(240)에서 전자들이 방출되어 전자빔들이 발생된다. 상기 발생된 전자빔들은 집속부(260)에 의해 집속되어 전자빔들의 초점인 양극부(280)의 일정 부분(285)에 충돌하여 X-선을 발생시킨다. 양극부(280)의 일정 부분(285)에 형성되는 전자빔들의 초점 크기 및 초점 형태는 도 1에 도시된 양극 타깃(50)의 일정 부분(60)에 형성되는 전자빔의 초점 크기 및 초점 형태와 동일할 수 있다. 상기 전자빔들의 초점의 형태는 원형 또는 타원형일 수 있다.When a voltage is applied between the cathode portion (or the substrate 220) and the anode portion 280, electrons are emitted from the electron emission portions 240 of the cathode portion by an electric field to generate electron beams. The generated electron beams are focused by the focusing unit 260 to impinge on a portion 285 of the anode portion 280, which is the focal point of the electron beams, to generate X-rays. The focal size and focal form of the electron beams formed in the portion 285 of the anode portion 280 is the same as the focal size and focal form of the electron beam formed in the portion 60 of the anode target 50 shown in FIG. 1. can do. The focal form of the electron beams may be circular or elliptical.

음극부(음극부의 기질(220))와 양극부(280) 사이에는, 예를 들어, 70(kV)의 고전압이 인가될 수 있고, 집속부(260)에는 접지 전압이 인가될 수 있다.For example, a high voltage of 70 kV may be applied between the cathode portion (substrate 220 of the anode portion) and the anode portion 280, and a ground voltage may be applied to the focusing portion 260.

양극부(280)는 경사면을 갖는 원통형 구조를 가질 수 있으며, 텅스텐, 몰리브덴, 및 구리와 같은 금속을 포함할 수 있다.The anode portion 280 may have a cylindrical structure having an inclined surface, and may include a metal such as tungsten, molybdenum, and copper.

한편, 도 3에서는 기질(220)과 집속부(260)가 서로 이격되어 분리되어 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 기질(220)의 양쪽 끝부분들이 연장되어 집속부(260)에 연결되는 것에 의해 기질(220)과 집속부(260)가 일체형으로 제조될 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 3, the substrate 220 and the focusing part 260 are separated from each other and are separated from each other. In another embodiment of the present invention, both ends of the substrate 220 are extended to the focusing part 260. By being connected, the substrate 220 and the focusing unit 260 may be integrally manufactured.

또한, 도 3에서는 반사형 구조의 멀티-빔 X-선관가 도시되었지만, 본 발명은 투과형 구조의 멀티-빔 X-선관에도 적용될 수 있다.In addition, although the multi-beam X-ray tube of the reflective structure is shown in FIG. 3, the present invention can be applied to the multi-beam X-ray tube of the transmissive structure.

따라서 도 1에 도시된 단일빔 X-선관(10)과 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(200)은 5개의 전자 방출부들을 포함하므로, 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시킬 수 있다. 즉, 전자 방출부들에 포함된 CNT의 수가 증가될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 도 1의 단일빔 X-선관(10)에 비하여 방출전류를 증가시키지만 전자빔의 초점 크기를 동일하게 유지시키므로, X-선관의 성능을 향상시킬 수 있다.Thus, when compared with the single beam X-ray tube 10 shown in FIG. 1, the multi-beam X-ray tube 200 according to the embodiment of the present invention includes five electron emitters, and thus, the entire upper area of the electron emitters. Can be increased. That is, the number of CNTs included in the electron emitters may be increased. As a result, the present invention increases the emission current as compared to the single beam X-ray tube 10 of FIG. 1, but keeps the focal size of the electron beam the same, thereby improving the performance of the X-ray tube.

또한, 본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관(200)은 5개의 전자 방출부들로부터 5개의 전자빔들을 만들어 양극부(280)의 일정 부분(285)에 공통의 초점을 형성하는 것에 의해 동일한 전자빔의 초점 크기를 유지하면서 음극부의 전자 방출부들(240)에서 방출되는 방출전류량을 증가시킬 수 있다. 방출 전류량이 증가함에 따라, 양극부(280)에서 흐르는 관전류가 증가되어 X-선 검출기(미도시)에서 검출되는 X-선 투과 영상의 화질이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 200 according to the present invention produces five electron beams from five electron emitters to form a common focal point in a portion 285 of the anode portion 280 of the same electron beam. It is possible to increase the amount of emission current emitted from the electron emission portions 240 of the cathode portion while maintaining the focal size. As the amount of emission current increases, the tube current flowing through the anode portion 280 may increase, so that the image quality of the X-ray transmission image detected by the X-ray detector (not shown) may be improved.

또한, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(200)은 동일한 관전류를 유지하는 조건에서 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시키는 것에 의해 전자 방출부에 포함된 하나의 탄소나노튜브에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있으므로, 탄소나노튜브의 손상을 감소시켜 전자 방출부의 수명을 연장시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(200)은 단일빔 X-선관과 비교할 때 전자빔의 초점 크기와 관전류를 동일하게 유지하면서 음극부의 방출전류밀도를 낮출 수 있어 음극부의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 음극부를 포함하는 X-선관의 수명이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 200 of the present invention can reduce the current flowing in one carbon nanotube included in the electron emission portion by increasing the total upper area of the electron emission portion under the condition of maintaining the same tube current. Therefore, it is possible to reduce the damage of the carbon nanotubes to extend the life of the electron emitting portion. As a result, the multi-beam X-ray tube 200 of the present invention can lower the emission current density of the cathode portion while maintaining the same focal size and tube current of the electron beam as compared to the single beam X-ray tube, thereby significantly reducing the lifetime of the cathode portion. Can be improved. As a result, the lifetime of the X-ray tube including the cathode portion can be improved.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(300)을 설명하는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 멀티-빔 X-선관(300)은, 음극부, 게이트부(gate unit)(또는 게이트 전극)(360), 및 양극부(380)를 포함한다. 4 is a cross-sectional view illustrating a multi-beam X-ray tube 300 according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the multi-beam X-ray tube 300 includes a cathode portion, a gate unit (or gate electrode) 360, and an anode portion 380.

도 4의 멀티-빔 X-선관(300)은 기질(320), 게이트부(360), 및 양극부(380)를 전극으로 하는 3극형(triode type) 구조를 가진다. 3극형 구조는 게이트부(360)를 포함하므로 도 3에 도시된 2극형 구조보다 전자 방출부로부터 방출되는 방출전류를 용이하게 제어할 수 있다. 멀티-빔 X-선관(300)은, 예를 들어, 전계방출 기반의 X-선관 또는 열전자 방출 음극을 가지는 X-선관일 수 있다. The multi-beam X-ray tube 300 of FIG. 4 has a triode type structure using the substrate 320, the gate portion 360, and the anode portion 380 as electrodes. Since the three-pole structure includes the gate portion 360, it is possible to easily control the emission current emitted from the electron emission portion than the two-pole structure shown in FIG. 3. The multi-beam X-ray tube 300 may be, for example, an X-ray tube having a field emission based X-ray tube or a hot electron emitting cathode.

상기 음극부는, 기질(320), 및 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부(340)들을 포함한다. 기질(320)은 원통형 구조를 가질 수 있고, 기질(320)은 전도성 기판으로서, 금속, 실리콘, 또는 흑연 등의 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 전자 방출부들(340)은 기질(320)에 장착(설치)된다. 도 4에서는 전자 방출부(340)가 5개 도시되었지만, 본 발명에 따른 다른 실시예는 2개 내지 4개의 전자 방출부들 또는 6개 이상의 전자 방출부들을 포함할 수 있다.The cathode portion includes a substrate 320 and a plurality of electron emission portions 340 that emit electron beams, respectively. The substrate 320 may have a cylindrical structure, and the substrate 320 may be formed using a material such as metal, silicon, graphite, or the like as the conductive substrate. Electron emitters 340 are mounted (installed) on the substrate 320. Although five electron emitters 340 are shown in FIG. 4, another embodiment according to the present invention may include two to four electron emitters or six or more electron emitters.

전자 방출부들(340)은 전계방출 나노소재로 제조될 수 있으며, 상기 나노소재(나노구조 물질)는, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 나노섬유(nano-fiber), 나노와이어(nanowire), 나노로드(nano-rod), 나노바늘(nano-needle), 및 나노핀(nanopin) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 따라서 상기 음극부는 나노 에미터(nano emitter)로도 언급될 수 있다.The electron emitters 340 may be made of a field emission nanomaterial, and the nanomaterial (nanostructure material) may include carbon nanotubes, graphene, nanofibers, and nanowires. It may include any one of, nano-rod, nano-needle, and nanopin (nanopin). Therefore, the cathode part may also be referred to as a nano emitter.

게이트부(360)는 음극부와 이격되어 배치(설치)되고, 금속 재질일 수 있다. 게이트부(360)는 전자 방출부들(340)로부터 방출된 전자빔(전자들)을 각각 추출하고 상기 추출된 전자빔을 양극부(380)에 집속시킨다. 즉, 게이트부(360)는 전자의 추출 기능과, 전자빔들의 궤적을 변경시키는 전자의 집속 기능을 수행하고, 전자 방출부들(340)에서 전자의 방출을 유도하는 기능도 수행할 수 있다. 게이트부(360)는 게이트부(360)에 인가되는 전압 크기가 클 때 더 많은 전자들을 전자 방출부들(340)로부터 추출하여 양극부(380)에 집속하도록 할 수 있다.The gate part 360 is disposed (installed) spaced apart from the cathode part, and may be a metal material. The gate part 360 extracts electron beams (electrons) emitted from the electron emission parts 340, respectively, and focuses the extracted electron beams on the anode part 380. That is, the gate unit 360 may perform the function of extracting electrons, focusing electrons to change the trajectories of the electron beams, and also inducing the emission of electrons from the electron emitters 340. The gate part 360 may extract more electrons from the electron emission parts 340 to focus on the anode part 380 when the voltage applied to the gate part 360 is large.

게이트부(360)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 위쪽 면이 오목한 형태(오목 전기적 렌즈의 형태)를 가지며 전자 방출부들(340)로부터 각각 방출되는 전자빔을 통과시키는 개구부들(openings)(365)을 포함한다. 게이트부(360)에 형성되는 개구부들(게이트 홀들(holes))(365) 각각의 크기는 서로 동일할 수 있다. 게이트부(360)의 위쪽 면은 양극부(380)를 향하는 일면(하나의 면)이다. 게이트부(360)는 오목 렌즈의 형태를 가지므로, 오목 렌즈의 표면에 평행한 전위 분포를 생성시켜 양극부(380)의 특정 부분(385)에 전자빔들을 집속시킬 수 있다. The gate portion 360 has openings 365 that pass through electron beams emitted from the electron emission portions 340, respectively, having an upper surface concave shape (in the form of a concave electrical lens), as shown in FIG. 4. ). The openings (gate holes) 365 formed in the gate 360 may have the same size. The upper surface of the gate portion 360 is one surface (one surface) facing the anode portion 380. Since the gate portion 360 has a shape of a concave lens, it is possible to focus electron beams on a specific portion 385 of the anode portion 380 by generating a potential distribution parallel to the surface of the concave lens.

음극부(또는 기질(320))와 양극부(380) 사이에 전압이 인가될 때, 전계에 의해 음극부의 전자 방출부들(340)에서 전자들이 방출되어 전자빔들이 발생된다. 상기 발생된 전자빔들은 게이트부(360)에 의해 집속되어 전자빔들의 초점인 양극부(380)의 일정 부분(385)에 충돌하여 X-선을 발생시킨다. 양극부(380)의 일정 부분(385)에 형성되는 전자빔들의 초점 크기 및 초점 형태는 도 1에 도시된 양극 타깃(50)의 일정 부분(60)에 형성되는 전자빔의 초점 크기 및 초점 형태와 동일할 수 있다. 상기 전자빔들의 초점의 형태는 원형 또는 타원형일 수 있다.When a voltage is applied between the cathode portion (or the substrate 320) and the anode portion 380, electrons are emitted from the electron emission portions 340 of the cathode portion by an electric field to generate electron beams. The generated electron beams are focused by the gate portion 360 to impinge on a portion 385 of the anode portion 380, which is the focal point of the electron beams, to generate X-rays. The focal size and focal form of the electron beams formed in the portion 385 of the anode portion 380 is the same as the focal size and focal form of the electron beam formed in the portion 60 of the anode target 50 shown in FIG. 1. can do. The focal form of the electron beams may be circular or elliptical.

음극부(음극부의 기질(320))와 양극부(380) 사이에는, 예를 들어, 70(kV)의 고전압이 인가될 수 있고, 게이트부(360)와 음극부의 기질(320) 사이에는 수 kV의 전압이 인가될 수 있다. 음극부의 기질(320)에 접지 전압이 인가될 수 있다.A high voltage of, for example, 70 (kV) may be applied between the cathode portion (substrate 320 of the cathode portion) and the anode portion 380, and between the gate portion 360 and the substrate 320 of the cathode portion. A voltage of kV can be applied. The ground voltage may be applied to the substrate 320 of the cathode part.

멀티-빔 X-선관(300)은 게이트부(360)의 상부에 연결되어 배치되거나 또는 게이트부(360)의 상부와 이격되어 배치되는 그물망 구조의 그리드 메쉬(grid mesh)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리드 메쉬의 실시예가 도 7 또는 도 8에 도시되어 있다. 즉, 도 7은 도 4에 도시된 멀티-빔 X-선관(300)에 추가되는 그리드 메쉬의 실시예(700)를 나타내는 평면도이고, 도 8은 도 4에 도시된 멀티-빔 X-선관(300)에 추가되는 그리드 메쉬의 다른 실시예(800)를 나타내는 평면도이다.The multi-beam X-ray tube 300 may further include a grid mesh (not shown) of a mesh structure disposed to be connected to the upper portion of the gate portion 360 or spaced apart from the upper portion of the gate portion 360. It may include. An embodiment of a grid mesh is shown in FIG. 7 or FIG. 8. That is, FIG. 7 is a plan view showing an embodiment 700 of a grid mesh added to the multi-beam X-ray tube 300 shown in FIG. 4, and FIG. 8 is a multi-beam X-ray tube ( A top view showing another embodiment 800 of a grid mesh added to 300.

도 7 및 도 8을 참조하면, 그리드 메쉬(700 또는 800)는 멀티-빔 X-선관(300)에서 게이트부(360)만이 있을 때보다 전자의 추출을 보다 용이하도록 할 수 있고 전자의 직진성을 증대시킬 수도 있다. 그리드 메쉬(700)는 그물망 구조가 수평축(도 4의 개구부(365)의 수평축)을 기준으로 사선 형태로 형성될 수 있고, 그리드 메쉬(800)는 그물망 구조가 수평축(도 4의 개구부(365)의 수평축)을 기준으로 평행선 형태로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8, the grid mesh 700 or 800 may make electron extraction easier than in the multi-beam X-ray tube 300 only when the gate portion 360 is present, and the linearity of the electrons may be increased. You can also increase it. The grid mesh 700 may have a mesh structure formed in a diagonal line with respect to a horizontal axis (horizontal axis of the opening 365 of FIG. 4), and the grid mesh 800 may have a mesh structure of a horizontal axis (opening 365 of FIG. 4). It can be formed in a parallel line shape with respect to the horizontal axis of).

그리드 메쉬(700 또는 800)에 배치된 그물망의 크기는 얇으면서 개구량(개구부의 크기)이 넓도록 형성되며, 텅스텐 또는 스테인리스 강 등의 금속 물질로 형성될 수 있다. 그리드 메쉬(700 또는 800)에는 고전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 그리드 메쉬는 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 수십 ㎛ 수준의 전선을 그물처럼 엮어서 제작한 금속 재질의 그물망이거나, 또는 레이저 가공을 통해 수십 ㎛ 수준의 금속에 원과 같은 홀(hole)을 뚫어 제작한 금속 재질의 그물망일 수도 있다.The size of the mesh disposed on the grid mesh 700 or 800 is thin and is formed to have a large opening amount (opening size), and may be formed of a metal material such as tungsten or stainless steel. A high voltage may be applied to the grid mesh 700 or 800. For example, the grid mesh is a metal mesh fabricated by weaving wires of several tens of μm, as shown in FIG. 7 or 8, or a hole such as a circle in a metal of several tens of μm through laser processing. It may be a metal mesh made through a hole.

다시 도 4를 참조하면, 양극부(380)는 경사면을 갖는 원통형 구조를 가질 수 있으며, 텅스텐, 몰리브덴, 및 구리와 같은 금속으로 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 4, the anode part 380 may have a cylindrical structure having an inclined surface, and may be formed of a metal such as tungsten, molybdenum, and copper.

한편, 도 4에서는 반사형 구조의 멀티-빔 X-선관가 도시되었지만, 본 발명은 투과형 구조의 멀티-빔 X-선관에도 적용될 수 있다.On the other hand, although the multi-beam X-ray tube of the reflective structure is shown in Figure 4, the present invention can also be applied to the multi-beam X-ray tube of the transmission structure.

따라서 도 1에 도시된 단일빔 X-선관(10)과 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따른 멀티-빔 X-선관(300)은 5개의 전자 방출부들을 포함하므로, 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시킬 수 있다. 즉, 전자 방출부들에 포함된 CNT의 수가 증가될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 도 1의 단일빔 X-선관(10)에 비하여 방출전류를 증가시키지만 전자빔의 초점 크기를 동일하게 유지시키므로, X-선관의 성능을 향상시킬 수 있다.Therefore, when compared with the single beam X-ray tube 10 shown in FIG. 1, the multi-beam X-ray tube 300 according to the embodiment of the present invention includes five electron emitters, so that the entire upper area of the electron emitters is included. Can be increased. That is, the number of CNTs included in the electron emitters may be increased. As a result, the present invention increases the emission current as compared to the single beam X-ray tube 10 of FIG. 1, but keeps the focal size of the electron beam the same, thereby improving the performance of the X-ray tube.

또한, 본 발명에 따른 멀티-빔 X-선관(300)은 5개의 전자 방출부들로부터 5개의 전자빔들을 만들어 양극부(380)의 일정 부분(385)에 공통의 초점을 형성하는 것에 의해 동일한 전자빔의 초점 크기를 유지하면서 음극부의 전자 방출부들(340)에서 방출되는 방출전류량을 증가시킬 수 있다. 방출 전류량이 증가함에 따라, 양극부(380)에서 흐르는 관전류가 증가되어 X-선 검출기(미도시)에서 검출되는 X-선 투과 영상의 화질이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 300 according to the present invention creates five electron beams from five electron emitters to form a common focal point in a portion 385 of the anode portion 380 of the same electron beam. The amount of emission current emitted from the electron emission parts 340 of the cathode part may be increased while maintaining the focal size. As the amount of emission current increases, the tube current flowing through the anode portion 380 may be increased, thereby improving image quality of the X-ray transmission image detected by the X-ray detector (not shown).

또한, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(300)은 동일한 관전류를 유지하는 조건에서 전자 방출부의 전체 상부 면적을 증가시키는 것에 의해 전자 방출부에 포함된 하나의 탄소나노튜브에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있으므로, 탄소나노튜브의 손상을 감소시켜 전자 방출부의 수명을 연장시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 멀티-빔 X-선관(300)은 단일빔 X-선관과 비교할 때 전자빔의 초점 크기와 관전류를 동일하게 유지하면서 음극부의 방출전류밀도를 낮출 수 있어 음극부의 수명을 현저하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 음극부를 포함하는 X-선관의 수명이 향상될 수 있다.In addition, the multi-beam X-ray tube 300 of the present invention can reduce the current flowing through one carbon nanotube included in the electron emission portion by increasing the total upper area of the electron emission portion under the condition of maintaining the same tube current. Therefore, it is possible to reduce the damage of the carbon nanotubes to extend the life of the electron emitting portion. As a result, the multi-beam X-ray tube 300 of the present invention can lower the emission current density of the cathode portion while maintaining the same focal size and tube current of the electron beam as compared to the single beam X-ray tube, thereby significantly reducing the lifetime of the cathode portion. Can be improved. As a result, the lifetime of the X-ray tube including the cathode portion can be improved.

도 5는 도 4에 도시된 음극부의 실시예를 설명하는 평면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating an embodiment of a cathode part illustrated in FIG. 4.

도 5를 참조하면, 상기 음극부의 실시예는 원통형 구조를 가진다. 음극부의 기질(320) 상에 타원형태의 윗면을 가지는 5개의 전자 방출부들(340)이 설치된다. 타원형태의 윗면을 가지는 전자 방출부들(340)에 의해 양극부(도 4의 380)에서 타원형태의 전자빔의 초점이 형성된다. 타원형태의 전자빔의 초점을 생성하는 이유는 X-선 촬영이 이루어지는 방향에서 X-선의 실효초점이 원형이 되므로 X-선 영상의 가로와 세로 초점 크기가 동일해지는 효과가 있기 때문이다.Referring to FIG. 5, an embodiment of the cathode portion has a cylindrical structure. Five electron emitters 340 having an elliptical top surface are installed on the substrate 320 of the cathode part. The focus of the elliptical electron beam is formed at the anode portion 380 of the anode part 340 having the elliptical top surface. The reason for generating the focus of the elliptical electron beam is that since the effective focus of the X-ray becomes circular in the X-ray imaging direction, the horizontal and vertical focal sizes of the X-ray image are the same.

한편, 도 5에서는 타원형태의 윗면을 가지는 전자 방출부들(340)이 도시되었지만, 본 발명의 다른 실시예는 원형 또는 사각형의 윗면을 가지는 전자 방출부들을 가질 수 있다.Meanwhile, although the electron emitters 340 having the elliptical top surface are illustrated in FIG. 5, another embodiment of the present invention may have the electron emitters having the top surface of the circular or quadrangular shape.

전술한 도 5에 도시된 음극부의 실시예 및 그에 대한 설명은 도 3에 도시된 음극부의 실시예에도 적용될 수 있다.The above-described embodiment of the cathode portion shown in FIG. 5 and the description thereof may be applied to the embodiment of the cathode portion shown in FIG. 3.

도 6은 도 4에 도시된 게이트부(360)의 실시예를 설명하는 평면도이다.FIG. 6 is a plan view illustrating an embodiment of the gate part 360 illustrated in FIG. 4.

도 6을 참조하면, 게이트부(360)의 실시예는 원통형 구조를 가진다. 게이트부(360)에는 5개의 개구부들(365)이 형성된다. 개구부들(365) 각각의 형태는 직사각형 형태일 수 있다. 게이트부(360)의 실시예의 하부에는 전술한 도 5에 도시된 음극부가 배치된다.Referring to FIG. 6, the embodiment of the gate part 360 has a cylindrical structure. Five openings 365 are formed in the gate 360. Each of the openings 365 may have a rectangular shape. The cathode illustrated in FIG. 5 described above is disposed below the embodiment of the gate 360.

전술한 도 6에 도시된 게이트부의 실시예 및 그에 대한 설명은 도 3에 도시된 집속부의 실시예에도 적용될 수 있다.6 and the description thereof may be applied to the embodiment of the focusing unit shown in FIG. 3.

이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible from the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

220: 기질
240: 전자 방출부
260: 집속부
265: 집속 홀
280: 양극부
320: 기질
340: 전자 방출부
360: 게이트부
365: 개구부
380: 양극부
700: 그리드 메쉬
800: 그리드 메쉬220: substrate
240: electron emission unit
260: focusing part
265 focusing hole
280: anode
320: substrate
340: electron emission unit
360: gate portion
365: opening
380: anode
700: grid mesh
800: grid mesh

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 평평한 면을 가지는 기질과, 상기 기질에 장착되고 전자빔을 각각 방출하는 다수의 전자 방출부들인 전계방출 전자방출원들을 포함하는 음극부; 및
상기 전자 방출부들로부터 각각 방출되는 전자빔을 추출하고 상기 추출된 전자빔을 양극부에 집속시키는 게이트부를 포함하며,
상기 게이트부는,
오목한 형태의 일면과, 상기 기질의 평평한 면 위에 형성된 전계방출 전자방출원들에 균일한 전계를 인가하여 균일한 전자들을 방출하도록 하는 평평한 형태의 다른 일면을 가지며, 상기 전자빔을 각각 통과시키는 개구부들(openings)을 포함하는 멀티-빔 X-선관.A cathode portion including a substrate having a flat surface and field emission electron emission sources, the electron emission portions being a plurality of electron emission portions respectively mounted to the substrate and emitting electron beams; And
A gate portion configured to extract electron beams emitted from the electron emission portions, and focus the extracted electron beams on an anode portion,
The gate portion,
Openings that pass through each of the electron beams, each having a concave shape and a flat surface to emit uniform electrons by applying a uniform electric field to field emission electron emission sources formed on the flat surface of the substrate. multi-beam X-ray tube including openings. 삭제delete 제4항에 있어서, 상기 전자 방출부들 각각은,
탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 나노섬유(nano-fiber), 나노와이어(nanowire), 나노로드(nano-rod), 나노바늘(nano-needle), 및 나노핀(nanopin) 중 어느 하나를 포함하는 멀티-빔 X-선관.The method of claim 4, wherein each of the electron emission portion,
Carbon nanotube, graphene, nano-fiber, nanowire, nano-rod, nano-needle, and nanopin A multi-beam x-ray tube comprising any of the above. 제4항에 있어서, 상기 멀티-빔 X-선관은,
상기 게이트부의 상부에 배치되는 그물망 구조의 그리드 메쉬(grid mesh)를 더 포함하는 멀티-빔 X-선관.The method of claim 4, wherein the multi-beam X-ray tube,
The multi-beam X-ray tube further comprises a grid mesh (mesh) structure disposed on the gate portion. 삭제delete 삭제delete
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