KR101519474B1 - Monochromator with shielding function for obtaining high resolution x-ray image - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 X-선 영상획득을 위한 분광기에 관한 것으로서, 특히 광원에서 발생된 백색광 X-선을 소요에 따라 필요한 파장의 단색광을 선별하여 실험시설에 제공하기 위한 분광기에 관한 것이다. The present invention relates to a spectroscope for X-ray image acquisition, and more particularly, to a spectroscope for providing a white light X-ray generated from a light source to monochromatic light of a necessary wavelength and providing the same to an experimental facility.
X-선은 투과력이 우수하여 공업 제품에 대한 비파괴 영상 검사 및 공항 검색, 의료용 진단과 치료 등에 널리 이용되고 있다. 최근에는 X-선 현미경 기법이 발전하면서 정밀 전자/기계 소자, 기능성 소재 등에 대한 고해상도 영상 연구와 실험 동물을 대상으로 하는 의학/생물학 연구에의 활용도 주목을 끌고 있다. X-rays are widely used for non-destructive imaging inspection for industrial products, airport search, medical diagnosis and treatment because of excellent permeability. Recently, as X-ray microscopy techniques have been developed, high-resolution imaging studies on precision electronic / mechanical devices, functional materials and the like have been attracting attention for use in medical / biological research involving experimental animals.
X-선 영상은 백색광을 사용하여서도 가능하며, 현재 X-선관을 사용한 대부분의 X-선 영상 장치들이 백색광을 사용하고 있다. 그러나 단색광을 사용한 단색광 X-선 영상은 시료에 대한 누적 방사선량을 줄일 수 있어서 안전성을 높이고, 흡수계수를 정확하게 계산할 수 있는 장점이 있다. X-ray images can also be made using white light, and most X-ray imaging devices using X-ray tubes currently use white light. However, monochromatic X-ray images using monochromatic light can reduce the cumulative radiation dose for the sample, thereby increasing safety and accurately calculating the absorption coefficient.
X-선은 X-선관 (X-ray tube)을 이용하거나 방사광가속기 (synchrotron)를 이용하여 생산한다. X-선관은 가속한 전자가 금속에 부딪힐 때 발생하는 제동 복사를 통해 X-선을 생산하는 장치이다. 한편, 방사광가속기는 빠른 속도로 움직이는 전자의 운동방향을 변화시켜서 법선 방향으로 방사광(synchrotron radiation)을 생산하며, 그 스펙트럼은 X-선부터 적외선에 이른다. X-선관의 크기가 수 십 cm 정도인 데 반해 방사광가속기는 직경 100 m 가량의 전자 저장링 (electron storage ring) 시설을 운용한다. 대신 방사광은 X-선관의 X-선 보다 휘도 (brilliance)가 1010배 이상 높아서 밝은 빔이 필요한 응용에 쓰이고 있다. X-rays are produced using an X-ray tube or a synchrotron. X-ray tubes are devices that produce X-rays through braking radiation, which occurs when accelerated electrons strike metal. On the other hand, the synchrotron radiation produces a synchrotron radiation in the normal direction by changing the direction of motion of the electron moving at a high speed, and the spectrum reaches from the X-ray to the infrared ray. The X-ray tube is several tens of centimeters in size, whereas the synchrotron accelerator operates an electron storage ring facility of about 100 meters in diameter. Instead, synchrotron radiation is 1010 times brighter than X-ray tubes and is used in applications where bright beams are required.
분광기는 X-선관이나 방사광가속기에서 생산한 백색광 X-선으로부터 특정 파장의 단색광 X-선을 추출하는 장치이다. 그 원리는 브랙 법칙 (Bragg's law)이라는 물리적 현상을 이용한다. 즉, 원자가 일정한 두께로 적층되어 있는 단결정의 거울에 백색광 X-선을 조사하면 브랙 식 (Bragg's equation)을 만족시키는 파장의 빛만 거울 반사되고 나머지 파장대는 결정에 흡수되어 진다. 아래 식 (1)에 브랙 식을 나타내었다. The spectroscope is a device for extracting monochromatic X-rays of a specific wavelength from a white light X-ray produced from an X-ray tube or a synchrotron radiation accelerator. The principle uses a physical phenomenon called Bragg's law. In other words, when a single crystal with a constant thickness of atoms is irradiated with a white light X-ray, only light of a wavelength satisfying the Bragg's equation is mirror-reflected, and the remaining wavelength band is absorbed into the crystal. The Brack expression is shown in the following equation (1).
2dsinθ=nλ(n=1,2,3...) (1) 2dsin? = N? (N = 1, 2, 3 ...) (1)
이때 d는 적층된 원자의 두께, θ는 결정면에 대한 백색광 X-선의 입사각, 그리고 λ는 X-선의 파장이다. 따라서 입사각 θ를 변경함으로써 원하는 단색광 (파장 λ)을 얻어낼 수 있다. Where d is the thickness of the stacked atoms, θ is the incident angle of the white light X-ray to the crystal surface, and λ is the wavelength of the X-ray. Therefore, desired monochromatic light (wavelength?) Can be obtained by changing the incident angle?.
분광기의 일반적인 구성은 초진공의 챔버 내부에 두 개의 결정거울(다층박막거울)을 서로 마주보게 배치한다. 그리고, 초진공 조건에서 구동할 수 있는 정밀 모터들을 사용하여 결정거울들의 기울기와 위치를 제어한다. 이처럼 두 개의 결정거울을 사용하는 것은 파장에 상관없이 분광된 빛의 진행 방향을 일정하게 하기 위함이다. 하나의 결정거울만 있다면 얻고자 하는 단색광의 파장에 따라 빔의 진행 방향이 다르다. 그러나 두 개의 결정거울을 사용하면 첫 번째 결정거울에서 반사된 빛을 그 입사광과 동일한 방향으로 방향전환을 시킬 수 있다. A typical configuration of the spectroscope is to place two crystal mirrors (multilayer thin-film mirrors) facing each other inside the ultra-vacuum chamber. Precision motors capable of driving under ultra-vacuum conditions are used to control the tilt and position of the crystal mirrors. The use of two crystal mirrors is to keep the direction of the spectral light constant regardless of the wavelength. If there is only one crystal mirror, the direction of the beam is different according to the wavelength of the monochromatic light to be obtained. However, if two crystal mirrors are used, the light reflected from the first crystal mirror can be redirected in the same direction as the incident light.
의료용이나 실험실의 연구용 등으로 사용되는 X-선은 주로 X-선관 (X-ray tube)을 이용하여 생성되는 백색광 X-선을 분광기 내부의 두 개의 결정거울을 지나도록 하여 필요한 단색광 X-선을 추출하게 된다. X-rays used for medical and laboratory research are mainly made by passing a white light X-ray generated by an X-ray tube through two crystal mirrors inside the spectroscope, Respectively.
이 경우 일반적으로 백색광 X-선의 세기를 10KeV(킬로일렉트론볼트) 내외로 사용하는데 그 세기가 낮아 피사체를 통과한 X-선의 영상 해상도가 비교적 그다지 높지 않다. In this case, the intensity of the white light X-ray is generally about 10 keV (kiloelectron volts), but the intensity of the white light is low and the image resolution of the X-ray passing through the object is not so high.
따라서 백색광 X-선의 세기를 30KeV로 높이면 보다 고해상도의 X-선 영상 획득이 가능하지만, 백색광 X-선의 세기를 30KeV로 올리면 분광기 내부로 입사되는 X-선이 분광기 내부의 두 개의 결정거울을 지나는 과정에서 일부 산란되어 주위의 장비들에 뜻하지 않은 나쁜 영향을 줄 수 있다. Therefore, if the intensity of the white light X-ray is increased to 30 KeV, it is possible to acquire a high-resolution X-ray image. However, if the intensity of the white light X-ray is increased to 30 KeV, the X-ray incident inside the spectroscope passes through two crystal mirrors Some of which may have an unintended adverse effect on nearby equipment.
즉 X-선은 전자기파로서 진행방향 그 외측으로 존재하는 전자장비가 피폭될 경우 전기적 신호에 영향을 받아 오작동을 일으키는 경우가 발생할 수 있다. In other words, when X-ray is an electromagnetic wave and the electronic equipment existing on the outside of the traveling direction is exposed, it may be affected by an electrical signal and cause a malfunction.
따라서 본 발명은 백색광 X-선이 분광기 내부의 두 개의 결정거울을 차례로 지날 때 진행경로의 외측에 존재하는 전자장비들이 피폭되지 않도록 하는 고해상도 X-선 영상 획득용 분광기를 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a spectroscope for obtaining a high resolution X-ray image, in which white electronic X-rays are not irradiated by electronic equipments existing outside the progress path when two crystal mirrors sequentially pass through the inside of the spectroscope.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분광기를 구성함에 있어, 본체프레임(4) 상에 고진공의 챔버(6)를 구비하고, 챔버(6) 내부에는 베이스판(22) 상부에 고정설치되는 제1 반사부(30)와 베이스판(22) 상부에 전후로 슬라이드 이동되게 설치되는 제2 반사부(40)를 각각 전후로 위치되게 설치하여 DMM부(20)를 구성하고, 상기 제1 반사부(30)는 제1 다층박막거울면(32)과 고니오미터(34)를 포함하고 상기 제2 반사부(40)는 제2 다층박막거울면(42)과 고니오미터(44)를 포함하여 구성되며, 제1 다층박막거울면(32)과 제2 반사부(40)의 제2 다층박막거울면(42) 간에는 전후 연장되는 차폐막(26)을 형성하여 구성됨을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a spectroscope including a
본 발명은 분광기 내부에 백색광 X-선이 두 개의 결정거울을 지나는 진행경로의 외측부와 고니오미터에는 차폐막을 형성하여 분광기 내에 설치되는 전자장비들이 산란되는 백색광 X-선의 영향을 받지않도록 하여 기계의 오작동을 방지할 수 있는 효과가 있다. In the present invention, a shielding film is formed on the outer side of the path of propagation in which a white light X-ray passes through two crystal mirrors in a spectroscope and a goniometer, so that electronic equipments installed in the spectroscope are not affected by scattered white light X- There is an effect that a malfunction can be prevented.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분광기 사시도,
도 2는 도 1의 정면구성도,
도 3은 분광기의 챔버 내에 설치되는 DMM부의 구성을 보여주는 도면,
도 4는 제1 반사부의 제1 다층박막거울과 제2 반사부의 제2 다층박막거울 간에 전후 연장되는 차폐막이 결합되는 조립도,
도 5는 제1 반사부의 고니오미터에 결합되는 차폐막의 조립도,
도 6a 및 도 6b는 제2 반사부의 고니오미터에 결합되는 차폐막의 조립도. 1 is a perspective view of a spectroscope according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a front structural view of Fig. 1,
3 is a view showing a configuration of a DMM part installed in a chamber of a spectroscope,
FIG. 4 is an assembled view of a shielding film extending between the first multilayer thin-film mirror of the first reflector and the second multilayer thin-film mirror of the second reflector,
5 is an assembled view of a shielding film coupled to the goniometer of the first reflecting portion,
6A and 6B are assembly views of a shielding film coupled to the goniometer of the second reflecting portion.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 분광기(2)는 도 1에 도시된 바와 같이 본체프레임(4) 상에 챔버(6)를 구비하며, 본체프레임(4)과 챔버(6) 사이에는 챔버이송제어부(8)를 결합설치하여 챔버(6)가 상하좌우로 슬라이딩 이동가능토록 구성한다. The
도 2 및 도 3을 함께 참조하면 챔버(6)의 내부에는 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)를 포함하여 구성되는 DMM부(20)를 설치한다. Referring to FIGS. 2 and 3, a
상기 DMM부(20)는 Double Multilayer Monochromator의 의미로서 X-선 영상획득장치에 고해상도의 영상을 획득하기 위해 X-선관 이나 방사광가속기에서 발생되는 백색광의 진행 방향에 대해 전후로 위치하는 2장의 다층박막 거울면(multilayer mirror)을 통과시킴으로써 단색화 시켜주기 위한 부분이다. The
이러한 DMM부(20)를 구성하는 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)에는 브래그(Bragg)반사을 위한 제1 다층박막 거울면(32)과 제2 다층박막 거울면(42)이 설치된다. 아울러 상기 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)는 제1 다층박막 거울면(32)과 제2 다층박막 거울면(42)의 위치와 방향을 각각 정밀 제어하기 위한 고니오미터(34)(44)를 포함한다. A first multilayer thin
DMM부(20)의 제1 반사부(30)는 챔버(6) 내 바닥의 베이스판(22) 상부에 고정설치되며, 제2 반사부(40)는 베이스판(22) 상부의 LM가이드(48) 상에 전후로 슬라이딩 선형운동 가능하게 설치된다. 즉 제2 반사부(40)는 직립벽체(41)를 구비하고 직립벽체(41)의 측면에 제2 다층박막 거울면(42) 및 고니오미터(44)를 포함하여 고정설치하며, 상기 직립벽체(41) 하부의 LM블럭(49)을 상기 LM가이드(48)에 결합하여 전후로 이동되게 구성한다. The
상기 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)은 챔버(6) 내에 서로 간 전후로 위치되게 설치하여 챔버(6) 전방의 입사광부(10)를 통해 들어오는 백색광이 제1 반사부(30)의 제1 다층박막 거울면(32)과 제2 반사부(40)의 제2 다층박막 거울면(42)을 차례로 지나게 하여 추출된 단색광 X-선을 출사광부(12)로 나아가게 하여 검출장치로 보내게 된다. The
이 과정에서 본 발명은 챔버(6) 내부로 백색광 X-선이 DMM부(20)의 두 개의 다층박막거울면(32)(42)을 차례로 지날 때 백색광 X-선이 일부 진행 경로의 외측으로 산란되어 주위의 전자장비들이 피폭되지 않도록 하여 기계의 오작동을 방지하는 구성을 가진다. In this process, when a white light X-ray is sequentially passed through the two multilayer thin
이를 위해 챔버(6) 내의 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40) 제1 다층박막거울면(32)과 제2 반사부(40)의 제2 다층박막거울면(42) 간에는 전후 연장되는 차폐막(26)을 형성한다. For this, between the first multilayer thin
도 3과 도 4를 참조하면, 차폐막(26)은 L형태로 길게 연장되는 금속대를 서로 대응되게 결합하여 측면과 하부가 막히고 상부가 개방된 형태로 구성할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the
상기 차폐막(26)은 백색광 X-선이 두 개의 다층박막거울면(32)(42)을 지나는 진행경로의 외측부에를 보호막을 형성하여, 백색광 X-선이 지나는 과정에서 산란되는 백색광 X-선의 영향을 받지않도록 하여 기계의 오작동을 방지한다. The
전후로 길게 형성되는 차폐막(26)은 두 개의 다층박막거울면(32)(42)에 걸쳐 설치는바, 안정적이며 효과적인 차폐를 위해서 베이스판(22) 상부에 다 수개 지주핀(24)들을 배열되게 직립결합하고 차폐막(26)에는 지주핀(24) 상부에 대응하는 체결공을 형성하여 끼움 및 볼트결합으로 고정한다. The
한편 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)를 각각 구성하는 고니오미터(34)(44)는 앞서 설명드린 바와 같이, 제1 반사부(30)의 제1 다층박막 거울면(32)과 제2 반사부(40)의 제2 다층박막 거울면(42)의 위치와 방향을 각각 정밀 제어하기 위한 구성요소이다. The
이러한 고니오미터(34)(44)는 도 5 내지 도 6을 참고하면 각각 제1 다층박막 거울면(32)과 제2 다층박막 거울면(42)의 측방에 위치하고 있기 때문에 백색광 X-선이 진행하는 과정에서 일부 산란되는 X-선에 노출될 수 있는 비율이 크다. 5 to 6, since the
따라서 본 발명에서는 제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)를 각각 구성하는 고니오미터(34)(44)에 별도의 보호막 즉, 차폐막(36)(46)을 형성한다. Therefore, in the present invention, a separate protective film, that is, the
도 5는 제1 반사부(30)의 고니오미터(34)에 결합되는 차폐막(36)의 조립도를 보여주는 도면이다. 5 is a view showing an assembled view of the
도면을 참조하면 고니오미터(34)를 기준으로 전방측에는 입사부 차폐막(36a)을 내측에는 측부 차폐막(36b)을 형성한다. Referring to the drawing, a
입사부 차폐막(36a)은 X-선의 진행방향에 대해 수직으로 보호하여 피폭되지 않도록 하는 것으로, 직립벽체(31) 전면에 볼트결합 등으로 결합된다. The incident-
측부 차폐막(36b)은 길이 전후로 길게 연장되어 고니오미터(34)의 내측에 브라켓(38)을 매개로 볼트 등으로 결합되며, 제1 다층박막거울면(32)의 측부에 위치되어 X-선의 반사시 산란되는 X-선에 고니오미터(34)가 노출되지 않도록 한다. The
다음으로 도 6a 및 도 6b는 제2 반사부(40)의 고니오미터(44)에 결합되는 차폐막(46)의 조립도를 전방과 후방에서 식별할 수 있도록 보여주는 도면이다. 6A and 6B are views showing the assembled view of the shielding
도면을 참조하면 고니오미터(44)를 기준으로 전방측에는 입사부 차폐막(46a)을 내측에는 측부 차폐막(46b)을 형성한다. Referring to the drawing, a
입사부 차폐막(46a)은 앞서 설명드린 입사부 차폐막(36a)와 마찬가지로 X-선의 진행방향에 대해 수직으로 보호하며, 직립벽체(41) 전면에 볼트결합 등으로 결합한다. Like the incidence
측부 차폐막(46b)은 산란되는 X-선으로부터 고니오미터(34)의 내측을 보호하여 피폭되지 않도록 하는 것으로 앞서 설명드린 입사부 차폐막(36b)처럼 전후로 길게 연장한 형태로 결합할 수 있으며, 본 발명에서는 고니오미터(34)의 내측 전후에 “ㄴ”형태의 측부 차폐막(46b)을 고니오미터(44) 본체와 입사부 차폐막(46a)에 결합하여 구성할 수 있다. The
상기 차폐막(26)(36)(46)은 금속재로서 그 재질은 스테인레스 강(stainless steel), 텅스텐(tungsten), 납 등으로 형성할 수 있으며, 특히 고니오미터(34)(44)에 설치되는 측부 차폐막(36b)(46b)은 텅스텐으로 형성하는 것이 바람직하다. The shielding
스테인레스 강은 텅스텐보다 가격이 낮으나 텅스텐 보다 차폐효율은 낮으며 차폐막으로 형성할 때 그 두께를 5∼20㎜로 형성하고, 텅스텐으로 차폐막을 형성할 경우 그 두께를 5∼15㎜로 형성하는 것이 차폐효과 면에서 효율적이다.
Stainless steel is lower in price than tungsten, but has a lower shielding efficiency than tungsten. When formed with a shielding film, its thickness is formed to 5 to 20 mm, and when a shielding film is formed with tungsten, It is effective in terms of effectiveness.
상기 설명드린 바와 같이 구성의 본 발명 X-선 영상 획득을 위한 분광기(2)는 분광기 내부에 백색광 X-선이 두 개의 다층박막 거울면(32)(42)을 지나는 진행경로의 외측부와 고니오미터(34)(44)에는 차폐막(26)(36)(46)을 형성하여 분광기 내에 설치되는 고니오미터(34)(44)를 포함한 전자장비들이 산란되는 백색광 X-선의 영향을 받지않도록 하여 기계의 오작동을 방지할 수 있게 된다. The
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of claims and equivalents thereof.
본 발명은 X-선을 추출하기 위한 분광기에 이용될 수 있다. The present invention can be applied to a spectroscope for extracting X-rays.
(2)--분광기 (4)--본체프레임
(6)--챔버 (8)--챔버이송제어부
(10)--입사광부 (12)--출사광부
(20)--DMM부 (22)--베이스판
(24)--지주핀 (26)--차폐막
(30)--제1 반사부 (31)(41)--직립벽체
(32)--제1 다층박막거울 (34)(44)--고니오미터
(36)(46)--차폐막 (38)--브라켓
(40)--제2 반사부 (42)--제2 다층박막거울
(48)--LM가이드 (49)--LM블럭 (2) - spectroscope (4) - body frame
(6) - chamber (8) - chamber transfer control section
(10) - Incident light part (12) - Exit light part
(20) - DMM section (22) - Base plate
(24) - holding pins (26) - shielding film
(30) - a first reflector (31) (41) - an upright wall
(32) - first multilayer thin film mirror (34) (44) - goniometer
(36) (46) - Shielding film (38) - Bracket
(40) -second reflective portion (42) -second multilayer thin film mirror
(48) -LM guide (49) -LM block
Claims (4)
A first reflector 30 fixed to the top of the base plate 22 and a second reflector 30 fixed to the top of the base plate 22 in the chamber 6, And the second reflector 40 which is installed to be movable is disposed in front of and behind to constitute the DMM unit 20. The first reflector 30 includes a first multilayer thin film mirror surface 32 and a goniometer 34 and the second reflector 40 comprises a second multilayer thin film mirror surface 42 and a goniometer 44 and the first multilayer thin film mirror surface 32 and the second reflector 40, And a shielding film (26) extending in a longitudinal direction is formed between the second multilayer thin film mirror surfaces (42) of the second multilayer thin film mirror surface (40).
제1 반사부(30)와 제2 반사부(40)를 각각 구성하는 고니오미터(34)(44)에는 차폐막(36)(46)을 형성하되 고니오미터(34)(44)를 기준으로 전방측에는 입사부 차폐막(36a)(46a)을 내측에는 측부 차폐막(36b)(46b)을 형성하여 구성됨을 특징으로 하는 차폐기능을 가지는 고해상도 X-선 영상 획득용 분광기.
The method according to claim 1,
Shielding films 36 and 46 are formed on the goniometers 34 and 44 constituting the first and second reflectors 30 and 40 respectively and the goniometers 34 and 44 And a side shielding film (36b) (46b) is formed on the inner side of the incident-side shielding film (36a) (46a) on the front side.
차폐막(26)은 L형태로 길게 연장되는 금속대를 서로 대응되게 결합구성하고, 베이스판(22) 상부에 다 수개 직립결합된 지주핀(24) 상부에 결합하여 구성됨을 특징으로 하는 차폐기능을 가지는 고해상도 X-선 영상 획득용 분광기.
The method according to claim 1,
Wherein the shielding film (26) comprises a metal plate extending in an L shape so as to correspond to each other, and is coupled to an upper portion of a plurality of support pins (24) A high-resolution X-ray image acquisition spectrometer.
차폐막(26)(36)(46)은 스테인레스 강, 텅스텐 또는 납 중 어느 하나로 구성함을 특징으로 하는 차폐기능을 가지는 고해상도 X-선 영상 획득용 분광기. 3. The method of claim 2,
Wherein the shielding films (26), (36), and (46) are made of one of stainless steel, tungsten, and lead.
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KR101008349B1 (en) * | 2009-05-20 | 2011-01-13 | 포항공과대학교 산학협력단 | Double Multilayer Monochromator |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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정순용 외 2인, X-ray Radiography에 적합한 Double Multilayer Monochromaotr (DMM) 설계와 제작, 한국진공학회, 2013년도 제 45회 하계 정기학술대회, 2013, p.118 * |
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