KR101295702B1 - 탄소 이온 발생 장치 및 이를 이용한 종양 치료 장치 - Google Patents

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Abstract

탄소 이온 발생 장치 및 이를 이용한 종양 치료 장치가 제공된다. 상기 종양 치료 장치는 탄소 나노 구조체의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체, 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체 및 이온화된 탄소 원자를 가속시키는 가속기를 포함할 수 있다.

Description

탄소 이온 발생 장치 및 이를 이용한 종양 치료 장치{Apparatus Of Forming Ionized Carbon And Tumor Treatment Device Using The Same}
본 발명은 종양 치료 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄소 이온 발생 장치 및 이를 이용한 종양 치료 장치에 관한 것이다.
방사선 치료 방법들에는 엑스선, 전자선 및 이온빔 치료법들이 있다. 엑스선 치료법은 가장 간단한 장치를 이용하여 구현될 수 있는 가장 저렴한 방법이기 때문에, 방사선 치료법들 중에서 현재 가장 보편적으로 사용되고 있다. 전자를 가속기로 가속하여 종양에 주입할 경우 종양을 치료할 수 있음이 1950년대에 증명되었지만, 전자선 치료는 1980년대에 전자 가속기의 소형화가 실현됨으로써 본격적으로 방사선 치료의 한 방법으로 자리를 잡게 되었다. 한편, 엑스선 치료 또는 전자선 치료는 암 세포 내의 수소 결합을 끊음으로써 암의 디엔에이(DNA)를 파괴하지만, 진행 경로 상에 존재하는 건강한 세포들을 심각하게 손상시키는 부작용을 수반하였다. 이러한 정상 세포에 대한 피폭의 문제를 줄이기 위한 방법으로 아이엠알티(Intensity-Modulated Radiation Therapy; IMRT) 또는 단층 치료기, 사이버 나이프 등의 기술이 개발되었지만, 이들은 상술한 부작용을 완전하게 해결하지 못하였다.
이온빔 치료법은 엑스선 치료 또는 전자선 치료에서의 부작용을 경감시킬 수 있는 치료 수단으로 주목받고 있다. 이온빔이 물질을 투과하기 위해서는 전자와 마찬가지로 가속되어 빠른 속도를 가져야 한다. 비록 이온 빔이 어떤 물질을 투과하게 될 경우 점차적으로 속도가 감소하게 되지만, 이온 빔은 정지하기 직전에 가장 많은 전리 에너지 손실(energy loss of ionizing radiation)을 경험한다. 이러한 현상은, 1903년에 이를 발견한 윌리암 헨리 브래그의 이름을 따, 브래그 피크라고 불린다. 따라서, 이온 빔 치료법의 경우, 이온들의 속도를 정확하게 제어할 경우, 악성 종양들에 대한 선택적이면서 국소적인 치료가 가능하다.
한편, 가속 에너지의 측면을 고려하여, 이온들 중에서 가장 가벼운 수소 이온(즉, 양성자)이 이온빔 치료를 위한 물질로 고려되어 왔다. 하지만, 최근 탄소가 양성자에 비해 생물학적 효과가 우수하다는 사실이 알려진 이후, 탄소 이온 치료법이 최근 주목받고 있다. 예를 들면, 탄소는 암 세포의 파괴율에서 양성자에 비해 2.8배 높고, 암 재발율에서 엑스선 또는 양성자에 비해 2.5배 낮다는 결과가 보고 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 고순도의 탄소 이온을 생성할 수 있는 탄소 이온 발생 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 고순도의 탄소 이온을 이용하는 종양 치료 장치를 제공하는 데 있다.
탄소 나노 구조체로부터 탄소 이온을 생성하는 탄소 이온 발생 장치가 제공된다. 이 장치는 탄소 나노 구조체의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체 및 상기 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소 방출 구조체는 상기 탄소 나노 구조체의 일단으로부터의 전자 방출을 유도하는 전자 방출 유도부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전자 방출은 상기 탄소 나노 구조체의 일단을 가열함으로써 상기 탄소 원자의 방출을 유발하는데 이용될 수 있다. 상기 전자 방출 유도부는, 상기 탄소 나노 구조체가 위치하는 공간에 전자 방출을 유도할 수 있는 크기의 전기장을 생성하는, 전기장 생성 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기장 생성 장치는 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 인접하게 배치되는 상부 전극, 상기 탄소 나노 구조체의 타단에 접속하는 하부 전극 및 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 제 1 전위차를 생성하는 전원부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 1 전위차는 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에서 전자 방출을 유도할 수 있는 최소 전압보다 클 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 탄소 방출 구조체는 이온빔 방출 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 이온빔 방출 장치는 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 이온 충돌(ion bombardment)을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 이온빔 방출 장치는 아르곤 이온을 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 충돌시키도록 구성될 수 있다.
상기 이온화 구조체는 하전입자 방출 장치를 포함할 수 있다. 상기 하전입자 방출 장치는 상기 방출된 탄소 원자들과 전기적으로 상호작용하여 이들을 이온화시키는 하전입자들(charged particles)을 생성하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 하전 입자들은 탄소 원자의 이온화 에너지보다 큰 운동 에너지를 갖는 전자들일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소 나노 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 탄소나노뿔 및 나노튜브 로프(nanotube rope) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소 나노 구조체는 전기방전, 레이저 증착, 열화학 기상증착 및 플라즈마 화학기상증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성된 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
탄소 나노 구조체로부터 생성된 탄소 이온을 이용하는 종양 치료 장치가 제공된다. 이 장치는 탄소 나노 구조체의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체, 상기 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체, 및 상기 이온화된 탄소 원자를 가속시키는 가속기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 가속기는 선형 가속기, 사이클로트론, 싱크로사이클로트론 및 싱크로트론 구조들 중의 적어도 한가지를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 이온화된 탄소 원자의 상기 가속기 내에서의 가속 과정을 제어하는 제어부가 더 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소 나노 구조체는 화학기상증착 기술을 사용하여 형성된 탄소나노튜브들일 수 있다. 또한, 상기 종양 치료 장치는 상기 이온화된 탄소 원자를 상기 가속기로 입사시키도록 구성되는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소 나노 튜브로부터 탄소 이온들을 생성하는 탄소 이온 발생 장치 및 이를 종양 치료에 이용하는 장치가 개시된다. 탄소 나노 튜브로부터 생성되기 때문에, 본 발명에 따라 생성되는 탄소 이온들의 순도는 매우 높아질 수 있다. 이에 따라, 종양 치료 과정에서 탄소 이온 이외의 불순물들이 사용되는 문제가 억제될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 이온 발생 장치를 도식적으로(schematically) 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4은 도 1을 참조하여 설명된 탄소 이온 발생 장치를 채용하는 종양 치료 장치들을 예시적으로 도시하는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 기초한 실시예들의 일 측면을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 기초한 실시예들의 다른 측면을 설명하기 위한 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 이온 발생 장치를 도식적으로(schematically) 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 탄소 이온 발생 장치(100)는 탄소 나노 구조체(carbon nanostructure; CNS), 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체(carbon emitting structure; 110) 및 상기 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체(ionizing structure; 120)를 포함할 수 있다. 상기 탄소 방출 구조체(110) 및 상기 이온화 구조체(120)의 동작들은 제어부(10)에 의해 제어될 수 있다.
상기 탄소 나노 구조체(CNS)는 단일 벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotubes), 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotubes), 이중벽탄소나노튜브(dual-walled carbon nanotube), 탄소나노뿔(Carbon Nanohorn) 및 나노튜브 로프(nanotube rope) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)는 알려진 다양한 방법들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)는 전기방전, 레이저 증착, 열화학 기상증착 및 플라즈마 화학기상증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성된 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
한편, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 결정 구조의 완전성(또는, 결정성)이 우수할 경우, 상기 탄소 방출 구조체(110)에 의한 상기 탄소 원자의 방출이 용이하지 않거나, 상기 탄소 원자의 방출 과정을 위해 상기 탄소 방출 구조체(110)에서 소모되는 에너지가 과도할 수 있다. 이러한 이유에서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)는 그것의 결정성을 상대적으로 불량하게 만들 수 있는 제조 방법을 통해 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)는 화학기상증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 왜냐하면, 상기 화학기상증착 기술들을 통해 성장된 탄소나노튜브들은 상기 전기방전 기술 및 레이저 증착 기술에 비해 상대적으로 낮은 온도 조건 아래에서 실시되기 때문에, 상기 전기방전 기술 및 레이저 증착 기술을 사용하여 성장된 탄소나노튜브들에 비해 상대적으로 불량한 결정성을 가질 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소 방출 구조체(110)는, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단에서의 전자 방출 현상에 의해 발생하는 줄-열(Joule's heat)을 이용하여, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단으로부터 탄소 원자들을 방출시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 잘 알려진 것처럼 도전체의 돌출된 부분에는 전기장이 집중되기 때문에, 이러한 돌출된 부분에서는 전자들이 용이하게 방출될 수 있다. 이에 더하여, 이러한 전자 방출은 돌출된 부분을 높은 온도로 가열함으로써 그것을 구성하는 원자의 방출을 유발한다. 탄소나노튜브의 경우에서도, 상술한 전기장 집중 및 이에 따른 줄-열은 탄소나노튜브로부터 탄소 원자가 방출되는 현상을 유발할 수 있다. 이 실시예에 따른 상기 탄소 방출 구조체(110)는 이러한 현상을 이용하도록 구성될 수 있다. 상기 탄소 방출 구조체(110)에 대한 보다 구체적인 그리고 예시적인 구조는 아래에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
한편, 잘 알려진 전계방출디스플레이(field emission display; FED)는 상기 전계 방출 현상(field emission phenomena)을 이용하는 디스플레이 기술의 한 유형이다. 전계효과디스플레이(FED) 기술 분야에서는, 상술한 줄-열에 따른 탄소 원자의 방출 현상은 전자 방출을 위한 전극(즉, 탄소 나노 튜브)의 소실이라는 기술적 문제로서 이어진다. 하지만, 이 실시예에 따르면, 전계효과디스플레이 기술 분야에서의 이러한 기술적 기술적 문제(즉, 줄-열에 따른 탄소 원자의 방출 현상)는 탄소 나노 튜브로부터 분리된 탄소 원자들을 얻는 과정에 의도적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 탄소 방출 구조체(110)는 이온-충돌(ion bombardment)을 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단으로부터 탄소 원자들을 방출시키는 과정에 이용하도록 구성될 수 있다. 이온들이 소정의 운동 에너지를 가지고 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단에 입사될 경우, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)를 구성하는 탄소 원자들과 상기 입사된 이온들 사이의 역학적 상호 작용의 결과로서, 탄소 원자들이 상기 탄소 나노 구조체(CNS)로부터 분리될 수 있다.
변형된 실시예들에 따르면, 아래에서 도 3 및 도 4를 참조하여 예시적으로 설명될 것처럼, 이러한 이온 충돌에 따른 탄소 원자의 방출은 상술한 전기장 집중에 따른 결과로서 발생하는 탄소 원자의 방출을 보다 용이하게 하기 위한 방법으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 전기장 집중에 따른 결과로서 발생하는 탄소 원자의 방출은 이온 충돌에 따른 탄소 원자의 방출을 보다 용이하게 하기 위한 방법으로 사용될 수 있다.
상기 이온화 구조체(120)는 상기 탄소 방출 구조체(110)의 동작에 의해 방출된 탄소 원자들을 이온화시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 중성 원자의 이온화는 알려진 것처럼 다양한 방법들을 통해 달성될 수 있으며, 상기 이온화 구조체(120)는 이러한 방법들 중의 한가지를 이용하도록 구성될 수 있다. 상기 이온화 구조체(120)에 대한 보다 구체적인 그리고 예시적인 구조는 아래에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
상기 제어부(10)는 상기 탄소 방출 구조체(110) 및 상기 이온화 구조체(120)의 동작들을 모니터링 및 제어할 수 있도록 구성되며, 제어 과정과 관련된 정보를 사용자에게 디스플레이할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(10)는 상기 탄소 방출 구조체(110), 상기 이온화 구조체(120) 및 이들의 동작 전원들과의 전자적 통신을 위한 수단 및 사용자 인터페이스를 구비할 수 있다.
도 2 내지 도 4은 도 1을 참조하여 설명된 탄소 이온 발생 장치를 채용하는 종양 치료 장치들을 예시적으로 도시하는 도면들이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 실시예와 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 탄소 방출 구조체(110)는 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단에 인접하게 배치되는 상부 전극(112) 및 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 타단에 접속하는 하부 전극(114)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(112)과 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단 사이의 간격(s) 그리고 이들에 인가되는 전압들 사이의 차이는 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단으로부터 전자 방출을 유도할 수 있도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 하부 전극(114)에는 접지 전압(GND)이 인가되고, 상기 상부 전극(112)에는 양의 제 1 전압(V+)이 인가될 수 있다. 상기 간격(s) 및 상기 전위 차(V+)는 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단에 적어도 108 V/m 이상의 전기장을 형성할 수 있는 크기들일 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 상기 탄소 방출 구조체(110)는 이온빔 방출 장치(116)를 더 포함할 수 있다. 상기 이온빔 방출 장치(116)는 상술한 이온-충돌(ion bombardment) 및 이에 따른 탄소 원자의 방출을 구현하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 이온빔 방출 장치(116)는 아르곤 이온을 상기 탄소 나노 구조체(CNS)의 일단에 충돌시키도록 구성될 수 있다.
상기 이온화 구조체(120)는 하전 입자 방출 장치를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 하전 입자 방출 장치는 방출된 탄소 원자들에 전자 빔을 조사할 수 있도록 구성되는 전자빔 방출 장치일 수 있다. 도 5에 도식적으로 도시된 것처럼, 상기 전자빔 방출 장치로부터 방출되는 전자는 상기 탄소 나노 구조체(CNS)로부터 방출된 탄소 원자의 최외곽 전자를 자유 전자로 만드는 전기적 상호 작용에 참여할 수 있다. 이를 위해서는, 상기 전자빔을 구성하는 전자들은 상기 탄소의 이온화 에너지보다 큰 운동 에너지를 갖도록 준비될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 이온화 구조체(120)는 전자 방출을 위한 필라멘트를 구비할 수 있다.
한편, 상술한 것처럼, 상기 탄소 이온이 양의 전하를 갖고 상기 상부 전극(112)에 양의 전압이 인가될 경우, 상기 탄소 이온과 상기 상부 전극(112) 사이에는 척력이 작용한다. 즉, 상기 탄소 이온에는 상기 상부 전극(112)으로부터 멀어지는 방향의 힘이 작용한다. 하지만, 상기 상부 전극(112)에 의한 척력은 상기 탄소 이온을 의료용으로 사용하기에 충분한 속도로 가속하기 어려울 수 있다.
본 발명에 따른 종양 치료 장치는 이를 해결하기 위해 상기 이온화된 탄소 원자를 소정의 목표 지점(즉, 종양(999))으로 가속하는 수단들을 더 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 상기 이온화 구조체(120)와 상기 목표 지점(999) 사이에는 상기 탄소 이온들을 일차적으로 가속하는 제 1 가속 전극(130)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 가속 전극(130)에는 제 2 전압(V-)이 인가될 수 있으며, 상기 제 2 전압(V-)의 극성은 상기 제 1 가속 전극(130)과 상기 탄소 이온 사이에 인력을 작용하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄소 이온이 양의 전하를 가질 경우, 상기 제 1 가속 전극(130)에는 음의 전압이 인가될 수 있다. 이 경우, 상기 탄소 이온은 상기 제 1 가속 전극(130)을 향해 다가가는 방향의 힘이 작용하기 때문에, 상기 탄소 이온은 상기 상부 전극(112)에 의한 척력과 상기 제 1 가속 전극(130)에 의한 인력의 합력(resultant force)에 의해 상기 목표 지점(999)을 향해 가속될 수 있다.
한편, 가속의 초기 시점에는, 상기 가속된 탄소 이온들은 다양한 방향으로 가속될 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 가속 전극(130)에 의한 상기 탄소 이온들에 대한 인력은 상기 탄소 이온들의 경로의 편향(deflection)을 유발할 수 있으며, 이러한 편향에 의해, 상기 탄소 이온들이 상기 제 1 가속 전극(130)으로부터 멀어짐에 따라 이들 사이의 거리가 증가할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 도 2 내지 도 4에 도시된 것처럼, 상기 종양 치료 장치는 알려진 전자기적 효과를 이용하여 상기 가속된 탄소 이온들을 상기 목표 지점(999)으로 가이드하면서 집속시키는 가이드 구조체(140)를 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 가이드 구조체(140)는 알려진 전자기적 효과를 이용하여 상기 가속된 탄소 이온들을 더 높은 속도로 가속시키도록 구성될 수도 있다. 상술한 탄소 이온의 가이딩, 집속 및 가속을 위해 사용되는 전자기적 효과들에는, 쿨롱의 힘과 로렌츠의 힘의 합력으로서 주어질 수 있는, 전자기력(electromagnetic force)에 의해 기술될 수 있는 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
상기 탄소 이온들이 생명체(400)의 표면(410)(예를 들면, 사람의 피부)로 입사될 때의 속도(이하, 입사 속도)는 브래그 피크의 위치를 결정한다. 따라서, 상기 목표 지점(999)과 상기 생명체의 표면(410) 사이의 거리(D)가 클 경우, 상기 탄소 이온의 입사 속도는 충분하게 높아져야 한다. 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 도 4에 도시된 것처럼, 상기 탄소 이온을 일차적으로 가속시키는 상기 제 1 가속 전극(130) 또는 상기 가이드 구조체(140)에 더하여, 상기 종양 치료 장치는 상기 탄소 이온을 요구되는 입사 속도까지 가속시키는 가속기(200)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 가속기(200)는 알려진 물리적 효과를 이용하여 그것으로부터 방출되는 최종 속도(vf)가 그것으로 입사되는 탄소 이온의 초기 속도(vi)보다 더 크게 만들도록 구성될 수 있다. 일 실시예들에 따르면, 상기 가속기(200)는 선형 가속기 (linear accelerator), 정전 가속기 (electrostatic accelerator), 사이클로트론 (cyclotron), 싱크로사이클로트론 (synchrocyclotron) 및 싱크로트론 (synchrotron) 구조들 중의 적어도 한가지일 수 있으며, 이들 각각은 입자 충돌기 물리학(particle collider physics) 분야에서 알려진 기술들에 기초한 가속기 구조들 중의 하나 또는 그것으로부터 변형된 구조를 갖도록 제작될 수 있다. 상기 가속기(200)에 의한 상기 탄소 이온의 가속은 전자기학적 효과 및 특수상대론적 효과들을 고려하여 수행될 수 있으며, 상기 종양 치료 장치는 이러한 가속 과정의 제어를 위한 가속기 제어부(20)를 더 포함할 수 있다. 상기 가속기 제어부(20)는 도 1을 참조하여 설명된 탄소 이온 발생 장치를 위한 상기 제어부(10)와 연동하여 동작되도록 구성될 수 있으며, 이를 위해 이들은 전자적으로 통신할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 측면을 설명하기 위한 그래프이다. 본 발명의 기술적 사상에 기초한 실시예들에 따르면, 상기 탄소 나노 구조체(CNS)가 탄소 이온을 생성하기 위한 원료 물질로서 사용된다. 이에 따라, 도 6의 가로축에 의해 표현된 탄소 이온 발생 장치의 사용 시간(즉, 가로축)이 증가함에 따라, 세로축에 의해 표현된 상기 탄소 나노 구조체(CNS)(예를 들면, 탄소나노튜브)의 길이는 점차적으로 짧아질 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 탄소 이온 발생 장치는, 전계효과디스플레이(FED) 기술에서는 극복돼야 할 기술적 문제인, 이러한 기술적 측면을 의도적으로 이용한다.

Claims (15)

  1. 탄소 나노 구조체(carbon nanostructure);
    상기 탄소 나노 구조체의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체(carbon emitting structure); 및
    상기 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체(ionizing structure)를 포함하는 탄소 이온 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 방출 구조체는 상기 탄소 나노 구조체의 일단으로부터의 전자 방출을 유도하는 전자 방출 유도부를 포함하되, 상기 전자 방출은 상기 탄소 나노 구조체의 일단을 가열함으로써 상기 탄소 원자의 방출을 유발하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자 방출 유도부는, 상기 탄소 나노 구조체가 위치하는 공간에 전자 방출을 유도할 수 있는 크기의 전기장을 생성하는, 전기장 생성 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전기장 생성 장치는
    상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 인접하게 배치되는 상부 전극;
    상기 탄소 나노 구조체의 타단에 접속하는 하부 전극; 및
    상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에 제 1 전위차를 생성하는 전원부를 포함하되,
    상기 제 1 전위차는 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에서 전자 방출을 유도할 수 있는 최소 전압보다 큰 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄소 방출 구조체는 이온빔 방출 장치를 더 포함하되,
    상기 이온빔 방출 장치는 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 이온 충돌(ion bombardment)을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이온빔 방출 장치는 아르곤 이온을 상기 탄소 나노 구조체의 상기 일단에 충돌시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온화 구조체는 하전입자 방출 장치를 포함하되,
    상기 하전입자 방출 장치는 상기 방출된 탄소 원자들과 전기적으로 상호작용하여 이들을 이온화시키는 하전입자들(charged particles)을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하전 입자들은 탄소 원자의 이온화 에너지보다 큰 운동 에너지를 갖는 전자들인 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 나노 구조체는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 탄소나노뿔 및 나노튜브 로프(nanotube rope) 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 나노 구조체는 전기방전, 레이저 증착, 열화학 기상증착 및 플라즈마 화학기상증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성된 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 이온 발생 장치.
  11. 탄소 나노 구조체;
    상기 탄소 나노 구조체의 일단으로부터 탄소 원자의 방출을 유도하는 탄소 방출 구조체;
    상기 방출된 탄소 원자를 이온화시키는 이온화 구조체; 및
    상기 이온화된 탄소 원자를 가속시키는 가속기를 포함하는 종양 치료 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가속기는 선형 가속기(linear accelerator), 사이클로트론(cyclotron), 싱크로사이클로트론(synchrocyclotron) 및 싱크로트론(synchrotron) 구조들 중의 적어도 한가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 종양 치료 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 이온화된 탄소 원자의 상기 가속기 내에서의 가속 과정을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종양 치료 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 탄소 나노 구조체는 화학기상증착 기술을 사용하여 형성된 탄소나노튜브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 종양 치료 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 이온화된 탄소 원자를 상기 가속기로 입사시키도록 구성되는 가이드부를 더 포함하는 종양 치료 장치.
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