KR101538945B1 - 차폐막 및 저전압 x선관을 구비한 이온 블로워 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ion blower에 관한 것으로, 본 발명의 ion blower는 케이스, 케이스의 배면에 구비되어 상기 케이스 내부로 에어를 제공하는 팬, 케이스의 전면에 구비되어 에어를 외부로 제공하는 개구부, 케이스 내부로 제공되는 공기를 이온화시키기 위해 상기 공기의 흐름과 반대방향으로 연x선을 방출시키는 x선관, x선관으로부터 케이스의 전면으로 일정간격 이격되어 케이스의 상부로부터 최소한 x선관의 윈도우창의 높이까지 연장되는 전면 방사선차폐막을 포함한다. 이러한 구조의 ion blower를 통해 방사선 발생장치로 신고 또는 허가가 필요없는 저전압의 엑스선관을 적용하여도 기체 이온화 성능을 확보할 수 있고, 발생된 엑스선의 외부노출을 방지할 수 있는 이온 블로워를 제공할 수 있다.

Description

차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워{Ion blower having a shielding layer and a low-voltage X-ray tube}

본 발명은 이온 블로워(ion blower)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압 X선관을 구비하고 X선을 효율적으로 차폐하기 위한 차폐막을 구비한 이온 블로워에 관한 것이다.

정전기를 제거하기 위해 대전체의 전하를 이온에 의해 중화하는 이온 블로워 장치가 다양한 제품으로 활용되고 있다. 이러한 이온 블로워 장치는 전극에 고전압을 인가함으로써 코로나 방전을 발생시켜, 전극 선단 주위의 공기를 " + "와 " - "의 이온으로 이온화시키고, 이러한 양,음 이온을 대전체까지 블로잉(blowing)하여, 그 이온들에 의해 대전체상의 전하를 중화하는 장치로, 이러한 이온 블로워 장치는 이온발생을 용이하게 하고, 발생된 이온의 소모를 방지하기 위해 정전 대상물 근처에서 전극을 노출한 상태로 공기를 이온화시킨다.
이러한 이온 블로워 장치는 제전 대상물 근방의 공기를 코로나 방전에 의해 이온화시키기 때문에, 공기중의 질소나 수증기를 이온화시킬뿐 아니라 산소를 오존으로 전환시켜 오존의 산화 작용으로 인한 대상물 표면이 산화되거나, 공기중의 미량의 불순물과 반응하여 2차 입자를 생성, 정전기를 제거하는데 불량의 원인을 제공할 수도 있는 문제가 있다. 또한, 코로나 방전을 발생시키는 전극은 장시간 사용할 경우, 마모되어 마모된 전극재가 비산되거나, 공기중의 가스 성분이 코로나 방전에 의해 입자화되어 이온 발생 전극상에 석출되고, 이것이 일정 크기가 되면 재비산되어 대상물을 오염시킬 수 있으며, 제조장치의 소형화로 인해 종래의 공기 이온화 장치가 제조 장치에 최적의 설치 공간을 확보하는 것이 어려워지고 있는 상황이다.이러한 문제점을 해결하기 위해 오존의 생성 및 오염물질 생성이 없는 연엑스선을 이용한 이오나이저가 활용되고 있는데, 이러한 연엑스선 이오나이저는 엑스선관을 이용하여 발생시킨 연엑스선을 대전체를 향하여 방사하고 이를 통해 대전체 주변의 기체 분자를 이온화하여 대전체의 표면에 존재하는 정전기를 중화시키는 장치로, 설치환경에 구애를 받지 않고 완벽한 ion balancing 및 빠른 제전시간 등을 장점으로 다양하게 활용되고 있다.

통상의 엑스선관은 절연체로 이루어진 용기 내부를 진공으로 유지하고 내부에 양극과 음극이 각각 대향하도록 위치시켜 양극과 음극의 중심축과 수직한 방향으로 발생한 엑스선을 용이하게 방사시키는 윈도우를 구비하고 있다. 한편, 양극과 음극 사이에 인가되는 전위차를 관전압이라 하고, 관전압이 높을수록 물질에 대한 투과력이 강하고 파장이 짧은 엑스선인 경엑스선(Hard X-ray)이 발생되고, 관전압이 낮을수록 물질에 대한 투과력이 상대적으로 약하고 파장이 긴 엑스선인 연엑스선(Soft X-ray)이 발생된다.

그러나, 연엑스선을 이용한 이오나이저를 제조하는 경우, 제전을 위한 충분한 기체 이온화 성능을 확보하기 위하여 충분한 강도의 엑스선을 확보하여야 하나, 양극 투과형 엑스선 관에서는 방열 구조상의 한계 때문에 관전류가 제한되며, 통상 9 kV이상의 고전압이 인가되기 때문에 엑스선의 최대 에너지도 9 Kev 이상에서 사용되어 전기적 안전장치가 강화됨은 물론, 방사선의 인체 위험도도 증가하게 된다. 한편 국내에서는 대한민국 원자력법(과학기술부고시 제2004-19호)에 의거, '하전입자를 가속시켜 방사선을 발생하는 장치로서 가속된 하전입자 및 이로 인해 부수적으로 발생하는 모든 방사선의 최대 에너지가 5keV 이하인 것'은 방사선 발생장치에서 신고 또는 허가가 필요 없는 면제 대상 장치로 분류하고 있으나, 5keV를 초과하는 것은 신고토록 규제하고 있기 때문에 이오나이저 장치도 5keV 이하를 이용한 제품에 대한 사용자의 요구도가 증가하고 있는 추세이다.

하지만, 연엑스선을 이용한 이오나이저의 경우, 반도체 공정에서 실리콘 웨이퍼를 제전하기 위해 사용 시, 연엑스선이 방사되어 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트에 도달되면 연엑스선에 의해 포토레지스트가 노광되는 문제가 발생되어 실리콘 웨이퍼용 제전장치로는 적용이 어려우며, 연엑스선이 직접 대기 중에 방사되어 작업자가 연엑스선에 노출될 수 있는 문제가 발생한다.

본 발명에서는 관전압이 5KV 이하의 저전압 엑스선관을 적용하여 제전 성능이 충분히 확보되고, 방사선 차폐막을 구비하여 엑스선의 누출을 방지할 수 있는 이온 블로워를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 저전압의 엑스선관을 적용하여도 제전을 위한 충분한 기체 이온화 성능을 확보할 수 있고 발생되는 엑스선의 외부노출을 방지하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 상기한 과제를 달성하기 위한 이온블로워를 제공한다. 본 발명의 이온블로워는 케이스, 케이스의 배면에 구비되어 케이스 내부로 에어를 제공하는 팬, 케이스의 전면에 구비되어 에어를 외부로 제공하는 개구부, 케이스 내부로 제공되는 공기를 이온화시키기 위해 공기의 흐름과 반대방향으로 연x선을 방출시키는 x선관, x선관으로부터 케이스의 전면으로 일정간격 이격되어 케이스의 상부로부터 최소한 x선관의 윈도우창의 높이까지 연장되는 전면 방사선차폐막을 포함한다.

케이스 배면에 위치한 팬을 커버하도록 구비된 배면 방사선 차폐막을 더 포함할 수 있다.

x선관은 5keV내외의 저에너지 및 고선량 연엑스선을 방출한다.

x선관은 방출되는 x선이 상기 케이스내에서 에어와 최대한 접촉시키기 위해 적어도 60도 내외로 경사지게 위치한다.

x선관은 카본나노튜브를 사용한 3극형 전계방출소자를 이용한다.

x선관은 합금 필라멘트를 적용한 다수의 열전자소자를 이용할 수 있다.

본 발명은 방사선 발생장치로 신고 또는 허가가 필요없는 저전압의 엑스선관을 적용하여도 기체 이온화 성능을 확보할 수 있고, 발생된 엑스선의 외부노출을 방지할 수 있는 이온 블로워를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 엑스선관을 적용한 이온 블로워를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 엑스선관을 적용한 이온 블로워를를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저전압 엑스선관을 적용한 이온 블로워를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저전압 엑스선관을 적용한 이온 블로워의 개구부를 도시한 단면도이다.

이하의 상세한 설명 및 사례는 본 발명의 적합한 실시예를 나타내는 것이지만 예시를 위한 것일 뿐 본 발명의 사상 및 범위에 있어서의 여러 가지 변형 및 개량을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 해삭되지 않는다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며,본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 블로워의 구성도를 나타낸 것으로, 도 1을 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 블로워는 케이스(101) 내부에 저전압 엑스선관(107)을 구비하고, 케이스(101) 배면에 케이스(101) 내부로 공기를 공급하는 팬(104)과, 케이스(101) 내에서 이온화된 공기를 외부로 제공하기 위한 개구부(106)가 케이스(101) 전면에 형성된다.

또한, 케이스(101) 내부에는 저전압 엑스선관(107)에서 발생된 엑스선의 외부 누출을 방지하기 위해 전면 방사선 차폐막(105)이 형성되어 있으며, 케이스(101)의 배면에 위치한 팬(104)을 커버하는 배면 방사선 차폐막(103)을 구비하여 팬(104)을 통한 엑스선 누출을 방지할 수 있도록 구성되며, 저전압 엑스선관(107)은 고정 지그(108)에 의해 케이스(101)와 고정지지되며, 고정지지를 수행할 수 있으면, 종류는 특별히 한정하지 않는다.

저전압 엑스선관(107)은 팬(104)을 통해 유입되는 공기의 흐름과 반대되는 방향에 설치되어 케이스(101) 내부로 유입된 공기가 상기 저전압 엑스선관(107)에서 방사된 엑스선은 이온화되는 이온화 영역(102)에서 생성되며, 특히 공기흐름과 반대되는 방향으로 엑스선을 조사하도록 하여 팬(104)에 의해 케이스(101) 내부로 공급되는 공기와 접촉하는 시간 및 영역을 극대화시켜 이온화 효율을 향상시킨다.

더욱이, 저전압 엑스선관(107)을 케이스(101) 바닥면에서 60도 내외의 각도로 고정하여 팬(104)을 향해 방사시, 보다 넓은 영역에 엑스선을 방사할 수 있어 이온화 효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 이때 저전압 엑스선관(107)을 60도 내외의 각도로 고정하기 위한 지그(108)를 사용하여 저전압 엑스선관(107)을 고정지지하도록 구성한다.

저전압 엑스선관(107)은 카본나노튜브를 사용한 3극형 전계방출소자를 이용할 수 있으며, 합금 필라멘트를 적용한 다수의 열전자소자를 이용한 저전압 엑스선관(107)을 사용할 수 있으나, 5KeV 내외의 저에너지, 고선량의 연엑스선을 방출할 수 있으면 특별히 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온블로워의 단면도를 나타낸 것으로, 도 2를 통해 구체적으로 설명하면, 케이스(201) 일측에 구비된 팬(204)을 통해 유입된 공기는 케이스(201) 하단에 구비된 저전압 엑스선관(207)으로부터 방사되는 엑스선에 의해 이온화된다. 특히 이온화가 활성화되는 영역은 케이스(201)내에서도 이온화영역(202)이며, 이온화영역(202)에 존재하는 다수의 이온들은 계속적으로 주입되는 공기의 흐름에 따라 개구부(206)를 통하여 케이스(201) 외부를 통하여 대전체로 방사된다.

상기 저전압 엑스선관(207)에서 방사된 엑스선은 유입된 공기를 이온화시키는 소스로 작용하나, 외부누출 시, 인체에 위험을 야기하거나 반도체 공정 등에 사용하지 못하는 제약이 발생할 수 있어 엑스선의 외부누출을 방지하기 위한 전면 방사선 차폐막(205) 및 배면 방사선 차폐막(203)이 형성되어 있다.

상기 전면 방사선 차폐막(205) 및 배면 방사선 차폐막(203)은 케이스(201)에서 외부로 개방된 두 영역인 공기 유입을 위한 팬(204)과, 이온화된 공기를 방사하는 개구부(206)로 저전압 엑스선관(207)에서 방사된 엑스선이 누출되지 않도록 설치되며, 전면 방사선 차폐막(205)은 저전압 엑스선관(207)에서 발생된 엑스선이 개구부(206)를 통해 유출되는 것을 방지하기 위해 설치되며, 상기 저전압 엑스선관(207)에서 개구부(206) 방향으로 일정간격 이격되어 케이스(201)의 상부로부터 최소한 상기 저전압 엑스선관(207)의 윈도우창 높이까지 연장되도록 형성한다.

전면 방사선 차폐막(205)이 최소한 상기 저전압 엑스선관(207)의 윈도우창 높이까지 형성시키는 것은 방사된 엑스선이 케이스(201)등에 반사되어 개구부(206)로 누출되는 것을 방지함은 물론, 윈도우창에서 방사되는 엑스선이 직접 개구부(206)로 누출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 윈도우창 높이를 통과하여 연장되는 길이는 공기의 흐름을 방해하지 않는 범위 내에서 특별히 제한하지 않는다.

상기 배면 방사선 차폐막(203)은 상기 저전압 엑스선관(207)에서 방사된 엑스선이 팬(204)을 통해 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 케이스(201) 배면에 설치된 팬(204)의 공기흡입을 방해하지 않도록 팬(204)과 일정간격 이격되어 형성하며, 5KeV 내외의 저에너지의 엑스선은 2mm 두께 정도의 염화 비닐 판으로도 용이하게 차폐가 되는 만큼 상기 전면 및 후면 방사선 차폐막의 재질은 특별히 한정하지 않는다.

케이스(201) 배면에 형성된 팬(204)은 횡축 실링팬을 사용할 수도 있으며, 이러한 횡축 실링팬은 별도의 후면 방사선 차폐막을 구비하지 않아도 자체적인 방사선 차폐기능이 가능하기 때문에 이를 사용할 수 있다.

또한, 케이스(201)에는 저전압 엑스선관(207)을 동작시키기 위한 전원장치(미도시) 및 구동장치(미도시)를 더 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온블로워의 단면도를 나타낸 것으로, 전면과 배면의 위치가 변경되어 공기흐름이 반대되는 모습을 나타낸 그림으로, 기본적인 구조는 도1 및 도 2에서 설명된 것과 같기 때문에 상세한 설명은 생략토록 한다.

도 4는 이온 블로워의 개구부를 상세히 나타낸 것으로, 이론 블로워의 개구부(401)는 다수개의 슬롯(406)이 형성되어 있으며, 개구부(401)의 상부에 형성된 슬롯(406)이 하부에 형성된 슬롯(406)보다 덜 조밀하게 구성되어 있다. 이는, 전면 방사선 차폐막(미도시)에 의해 개구부(401)의 하방으로 공기가 유입되기 때문에 외부로 방출되는 이온화된 공기의 배출 속도를 개구부(401) 전구간에서 균일하게 유지하기 위해 구성한 것이다. 그러나 이러한 슬롯(406)의 상하간 조밀도는 큰 영향을 미치지 않기 때문에 본 발명에서는 별도로 한정하지는 않는다.

상기와 같은 구조를 통해 방사선 발생장치로 신고 또는 허가가 필요없는 저전압의 엑스선관을 적용하여도 기체 이온화 성능을 확보할 수 있고, 발생된 엑스선의 외부노출을 방지할 수 있는 이온 블로워를 제공할 수 있다.

101,201,301 : 케이스
102,202,302 : 이온화 영역
103,203,303 : 배면 방사선 차폐막
104,204,404 : 팬
105,205,405 : 전면 방사선 차폐막
106,206,306,401 : 개구부
107,207,307 : 저전압 엑스선관
108 : 고정지지 지그
406 : 슬롯

Claims (9)

1. 케이스; 상기 케이스의 배면에 구비되어 상기 케이스 내부로 에어를 제공하는 팬; 상기 케이스의 전면에 구비되어 에어를 외부로 제공하는 개구부; 및 상기 케이스에 설치되는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온블로워에 있어서,
   상기 케이스 내부로 제공되는 상기 에어를 이온화시키기 위해 상기 에어의 흐름과 반대방향으로 연x선을 방출시키는 x선관;
   상기 케이스의 전면에서 간격으로 이격 되어 상기 케이스의 상부로부터 상기 x선관의 윈도우창의 높이까지 연장되는 전면 방사선 차폐막; 및
   상기 케이스 배면에 위치하는 팬을 커버하는 배면 방사선 차폐막;을 포함하여 이루어지며,
   상기 x선관을 고정하고 경사를 유지하는 고정지그;를 포함하고,
   상기 x선관은 방출되는 x선을 상기 케이스 내에서 에어와 접촉시키기 위해 60도 내외로 경사지게 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온블로워.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 팬은 횡축 실링팬인 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 x선관은 5keV내외의 저에너지, 고선량 연엑스선을 방출하는 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 x선관은 카본나노튜브를 사용한 3극형 전계방출소자를 이용한 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 x선관은 합금 필라멘트를 적용한 다수의 열전자소자를 이용한 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스 내에는 x선관을 동작시키기 위한 전원장치 및 구동장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 차폐막 및 저전압 X선관을 구비한 이온 블로워.

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