KR101724213B1 - 엑스선 하베스팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선 하베스팅 장치에 관한 것으로, 전기에너지 공급모듈을 통해 전기에너지를 공급하고, 엑스선 발생모듈을 통해 전기에너지를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘과 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟 간 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킴으로써, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 저비용의 단순구조로 제작될 수 있는 효과가 있다.

Description

엑스선 하베스팅 장치{X-RAY HARVESTING APPARATUS}

본 발명은 방사선 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스선 하베스팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 방사선 발생 장치는 하전입자(荷電粒子)를 가속시켜 방사선을 발생시키는 장치로서, 다른 형태의 에너지를 인위적으로 방사선 에너지로 변환함으로써 방사선을 발생시킬 수 있다.

여기서, 방사선은 전자파 또는 입자선 중 직접 또는 간접으로 공기를 전리(電離)하는 능력을 가진 것을 의미한다. 이러한 방사선을 이용한 기술은 최근 급격하게 발전하고 있어 우리의 생활에 많은 도움을 주고 있다. 예컨대, 식품과 의료 기기의 멸균, 농업/생명 공학 분야의 연구, 질병의 진단과 치료 및 비파괴 시험 등 다양한 분야에서 방사선이 이용되고 있다.

이러한 방사선 발생 장치에는 엑스선 발생 장치, 사이클로트론(cyclotron), 신크로트론(synchrotron), 신크로사이클로트론(synchro-cyclotron), 선형 가속장치(linear accelerator), 베타트론(betatron), 반·데 그라프형 가속장치(van de graff accelerator), 콕크로프트·왈톤형 가속장치(cockrofter walton accelertor), 변압기형 가속장치, 마이크로트론(microtron), 방사광가속기 및 가속이온주입기 등이 있다.

특히, 엑스선 발생 장치는 엑스선을 발생시키는 장치로서, 음극에서 튀어나온 전자를 양의 전압이 걸린 양극까지 가속시켜서 에너지가 커진 전자를 양극타겟에 충돌시켜 엑스선을 발생시킬 수 있다. 이러한 종래의 엑스선 발생 장치는 엑스선을 발생시키기 위해, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기 등이 필수적으로 구비된다.

그러나, 종래의 엑스선 발생 장치는 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기 등이 필수적으로 구비되기 때문에, 구조가 복잡할 뿐만 아니라 가격이 비싸다는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 엑스선 발생 장치는 매우 높은 고전압을 발생하는 대형 고전압발생기에 기반하여 진공관에서 엑스선을 발생시킴으로써, 소비전력이 매우 높아지는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 엑스선 발생 장치는 진공관을 통해 엑스선을 발생시킴으로써, 발생되는 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 작아 효율이 좋지 못하다는 문제점이 있다.

따라서, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.

국내특허공개번호 제10-2011-0064967호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 하베스팅 장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 전기에너지를 공급하는 전기에너지 공급모듈; 및 상기 전기에너지 공급모듈로부터 공급된 전기에너지를 제공받아 이를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘과 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟 간 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 상기 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시키는 엑스선 발생모듈을 포함하는 엑스선 하베스팅 장치을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 전기에너지 공급모듈은, 고전압을 공급하는 고전압 공급모듈이 포함됨이 바람직하다.

바람직하게, 상기 금속타겟은, 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나의 금속물질을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 금속타겟은, 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 복수개의 금속 나노기둥은, 금속물질을 이용하여 경사입사증착법(glancing angle deposition, GLAD)으로 다발 형성되도록 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 엑스선 발생모듈은, 음극으로 설정된 복수의 바늘과 양극으로 설정된 금속타겟 상의 적어도 어느 하나의 지점 사이에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시키고, 상기 발생된 스파크 방전을 이용하여 상기 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 하나의 지점에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

바람직하게, 상기 양극으로 설정된 금속타겟은, 경사각에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비되고, 상기 복수의 엑스선은, 상기 양극으로 설정된 금속타겟 상의 적어도 어느 하나의 지점에서 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 다량 발생할 수 있다.

바람직하게, 상기 엑스선 발생모듈은, 상기 전기에너지 공급모듈의 음의 단자에 연결되어 음의 전압을 공급받는 음극부; 상기 음극부로부터 음의 전압을 제공받아 음극으로 설정되는 복수의 바늘이 구비되는 바늘집속부; 상기 전기에너지 공급모듈의 양의 단자에 연결되어 양의 전압을 공급받는 양극부; 및 상기 양극부로부터 양의 전압을 공급받아 양극으로 설정되며, 음극으로 설정된 복수의 바늘과의 사이에서 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 통해 엑스선을 다량으로 발생시키는 금속타겟이 구비되는 양극타겟부를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 엑스선 발생모듈은, 상기 양극부 상에 상기 양극타겟부가 접촉되어 배치되고, 상기 양극타겟부로부터 일정간격 이격되어 상기 양극타겟부와 서로 마주보도록 상기 바늘집속부가 배치되며, 상기 바늘집속부 상에 상기 음극부가 접촉되어 배치되도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 바늘집속부의 복수의 바늘은, 상기 음극부에 접촉되는 일측면이 상기 양극타겟부와 서로 마주보는 타측면보다 면적이 큰 것으로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 바늘집속부의 복수의 바늘은, 상기 양극타겟부의 금속타겟 상의 적어도 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 양극부는, 상기 양극타겟부와 접촉되는 면이 경사각에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 양극타겟부의 금속타겟은, 동일한 높이를 가지며 상기 양극부의 경사각에 상응하여 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 경사각은, 5도 이상 30도 이하일 수 있다.

바람직하게, 상기 금속타겟과 각각의 바늘 사이에서의 전위차는, 동일한 크기를 가질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 엑스선 하베스팅 장치에 따르면, 전기에너지 공급모듈을 통해 전기에너지를 공급하고, 엑스선 발생모듈을 통해 전기에너지를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘과 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟 간 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킴으로써, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 저비용의 단순구조로 제작될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 진공관 없이 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킴으로써, 매우 높은 고전압을 발생하는 대형 고전압발생기 필요 없이 소비전력이 낮은 소형의 고전압 공급모듈을 사용할 수 있어 소비전력을 적게 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다수의 스파크 방전을 유도하기 위해 다수의 바늘을 음극으로 설정하고, 양극으로 설정된 금속타겟을 전자가 쉽게 떨어져 나갈 수 있도록 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥을 다발로 형성시켜 엑스선을 발생시킴으로써, 엑스선에 대한 강도 및 발생량을 증가시켜 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 음극으로 설정된 복수의 바늘의 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비됨으로써, 음극으로 설정된 복수의 바늘과 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 하나의 지점에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시킬 수 있어 이에 따라 발생되는 엑스선에 대한 강도 및 발생량을 증가시켜 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 저비용의 단순구조로 제작될 수 있으므로, 다중 엑스선 소스 시스템의 구축이 가능하고, 이러한 다중 엑스선 소스 시스템이 구축될 경우 종래에 고가에 판매되고 있는 스테레오(stereo) 엑스선 영상 시스템 등을 대체할 수 있어, 외화 유출을 막고 수출을 통한 외화 획득이 가능할 뿐만 아니라 무인 엑스선 검사 로봇 및 엑스선을 이용한 인체의 체내·외용 방사선 치료 시스템에 적용이 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 복수의 바늘에 대한 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 적용된 금속타겟의 형상을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 금속타겟이 형성되는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치가 실제로 구현된 실제 모델의 엑스선 하베스팅 장치를 나타낸 사진이다.
도 5b는 도 5a의 바늘과 금속타겟 사이에서 발생되는 스파크 방전을 설명하기 위한 사진이다.
도 5c는 도 5a의 금속타겟에서 발생되는 엑스선에 대한 발생강도를 측정하는 실험장면을 설명하기 위한 사진이다.
도 5d는 도 5c에서 측정된 엑스선 발생강도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 크게 전기에너지 공급모듈(100) 및 엑스선 발생모듈(200) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

전기에너지 공급모듈(100)은 전기에너지를 생성하여 후술할 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다. 여기서, 전기에너지는 전류 또는 전압 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 전기에너지 공급모듈(100)은 고전압 공급모듈(110)을 포함할 수 있다.

고전압 공급모듈(110)은 고전압(일 예로, 직류고전압 등)을 생성하여 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다. 예컨대, 고전압 공급모듈(110)은 외부전원과 연결될 수 있다. 그리고, 고전압 공급모듈(110)은 외부전원으로부터 교류전압(일 예로, 500V 이하)을 제공받을 수 있다.

그리고, 고전압 공급모듈(110)은 외부전원으로부터 제공받은 교류전압을 승압하여 교류고전압(일 예로, 수만V ~ 수백만V)을 생성할 수 있다. 그리고, 고전압 공급모듈(110)은 생성된 교류고전압을 변환(일 예로, 정류)하여 직류고전압을 생성할 수 있다. 그리고, 고전압 공급모듈(110)은 생성된 직류고전압을 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다.

여기서, 고전압은 20kV 이상 1MV 이하의 범위를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 엑스선 발생모듈(200)에 사용되는 전압에 상응하여 범위가 조절될 수 있다.

또한, 고전압 공급모듈(110)은 변압기형 고전압 공급모듈, 인버터형 고전압 공급모듈, 콘덴서형 고전압 공급모듈 및 정전압형 고전압 공급모듈 중 적어도 어느 하나의 고전압 공급모듈을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 고전압을 생성하여 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다면 어떠한 고전압 공급모듈이라도 포함할 수 있다.

여기서, 상기 변압기형 고전압 공급모듈은 외부전원으로부터 교류전압을 제공받아 이를 바탕으로, 상기 제공받은 교류전압을 고전압 변압기를 통해 승압하여 교류고전압을 생성하고, 상기 생성된 교류고전압을 정류기를 통해 정류하여 직류고전압을 생성하며, 상기 생성된 직류고전압을 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다.

이러한 변압기형 고전압 공급모듈은 자기정류형(일 예로, 반파정류형) 고전압 공급모듈, 2피크형(일 예로, 단상 전파정류형) 고전압 공급모듈 및 6피크형/12피크형(일 예로, 삼상 전파정류형) 고전압 공급모듈 중 적어도 하나의 변압기형 고전압 공급모듈을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 직류고전압을 생성하여 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다면 어떠한 변압기형 고전압 공급모듈이라도 포함할 수 있다.

여기서, 상기 인버터형 고전압 공급모듈은 외부전원으로부터 교류전압을 제공받아 이를 바탕으로, 상기 제공받은 교류전압을 정류기(일 예로, 다이오드 정류기 또는 교류-직류 컨버터), 배터리 및 콘덴서 등을 통해 변환하여 직류전압을 생성하고, 상기 생성된 직류전압을 직류-교류 컨버터(또는, 직류-교류 인버터)를 통해 변환하여 교류고전압을 생성하며, 상기 생성된 교류고전압을 정류기(일 예로, 다이오드 정류기 또는 교류-직류 컨버터), 배터리 및 콘덴서 등을 통해 변환하여 직류고전압을 생성하고, 상기 생성된 직류고전압을 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다.

이러한 인버터형 고전압 공급모듈은 비공진형 고전압 공급모듈 및 공진형 고전압 공급모듈 중 적어도 하나의 인버터형 고전압 공급모듈을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 직류고전압을 생성하여 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다면 어떠한 인버터형 고전압 공급모듈이라도 포함할 수 있다.

여기서, 상기 콘덴서형 고전압 공급모듈은 외부전원으로부터 전기에너지를 제공받아 이를 바탕으로, 상기 제공받은 전기에너지를 고전압콘덴서를 통해 충전하여 충전에너지를 생성하고, 상기 생성된 충전에너지를 고전압콘덴서를 통해 방전하여 직류고전압을 생성하며, 상기 생성된 직류고전압을 엑스선 발생모듈(200)로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 정전압형 고전압 공급모듈은 출력 고전압의 리플(ripple) 백분율이 4%를 초과하지 않는 전압파형을 공급할 수 있는 고전압 공급모듈로서, 변압기형 고전압 공급모듈에 포함될 수도 있다.

엑스선 발생모듈(200)은 전기에너지 공급모듈(100)과 연결될 수 있다. 또한, 엑스선 발생모듈(200)은 전기에너지 공급모듈(100)로부터 전기에너지를 공급받을 수 있다. 여기서, 전기에너지는 고전압(일 예로, 직류고전압 등)일 수 있다.

또한, 엑스선 발생모듈(200)은 전기에너지 공급모듈(100)로부터 공급된 전기에너지를 제공받아 이를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 사이에서 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시킬 수 있으며, 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

여기서, 상기 음극은 캐소드(cathode)일 수 있으며, 상기 양극은 애노드(anode)일 수 있다.

여기서, 스파크 방전(spark discharge)은 전기에너지 공급모듈(100)에서 공급되는 전기에너지 즉, 직류고전압에 의해 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 사이에 직류고전압이 걸렸을 때, 이들 사이에서 절연파괴가 나타나면서 순간적으로 발생되는 방전으로서, 불꽃 방전이라고도 지칭할 수 있다.

또한, 엑스선 발생모듈(200)은 전기에너지 공급모듈(100)로부터 공급된 전기에너지를 제공받아 이를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 적어도 어느 하나의 지점 사이에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시키고, 상기 발생된 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

여기서, 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점은 양극으로 설정된 금속타겟(242) 표면 및 그 표면 아래 즉, 금속타겟(242) 내부를 포함하는 어느 하나의 지점일 수 있다.

한편, 엑스선 발생모듈(200)은 상술한 바와 같이, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점 사이에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 발생시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 두 개 이상의 지점 사이에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 발생시킬 수도 있다.

또한, 양극으로 설정된 금속타겟(242)은 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다. 여기서, 경사각(θ)은 5도 이상 30도 이하의 범위를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 0도 및 90도를 가지지 않는 어떠한 범위라도 가질 수도 있다.

일 예에서, 엑스선 발생모듈(200)은 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되고 경사각(θ)을 가지면서 양극으로 설정된 금속타겟(242) 사이에서, 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시킬 수 있으며, 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상에서 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

다른 예에서, 엑스선 발생모듈(200)은 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되고 경사각(θ)을 가지면서 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점 사이에서, 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시킬 수 있으며, 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점에서 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

다른 예에서, 엑스선 발생모듈(200)은 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되고 경사각(θ)을 가지면서 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 두 개 이상의 지점 사이에서, 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시킬 수 있으며, 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 두 개 이상의 지점에서 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

또한, 엑스선 발생모듈(200)은, 크게 음극부(210), 바늘집속부(220), 양극부(230) 및 양극타겟부(240) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

음극부(210)는 전기에너지 공급모듈(100)과 연결될 수 있다. 즉, 음극부(210)는 전기에너지 공급모듈(100)의 음의 단자에 연결되어 음의 전압을 공급받을 수 있다. 여기서, 음극부(210)는 캐소드(cathode)일 수 있다.

바늘집속부(220)는 바늘(222)을 포함할 수 있다. 여기서, 바늘(222)은 가늘고 끝이 뾰족한 물체를 의미할 수 있으므로, 테이퍼(taper) 형상을 가지는 어떠한 물체라도 포함할 수 있다.

또한, 바늘(222)은 음극부(210)로부터 음의 전압을 공급받아 음극으로 설정되며, 양극으로 설정된 금속타겟(242)과의 사이에서 스파크 방전을 발생시킬 수 있다.

또한, 바늘(222)은 적어도 한 개 이상일 수 있다. 즉, 바늘(222)은 상술한 바와 같이 복수개로 구비될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 양극으로 설정된 금속타겟(242)과의 사이에서 스파크 방전을 발생시킬 수 있다면 한 개로 구비될 수도 있다.

또한, 바늘(222)은 금속물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 양극으로 설정된 금속타겟(242)과의 사이에서 스파크 방전을 발생시킬 수 있다면 어떠한 물질이라도 포함할 수 있다.

양극부(230)는 전기에너지 공급모듈(100)과 연결될 수 있다. 즉, 양극부(230)는 전기에너지 공급모듈(100)의 양의 단자에 연결되어 양의 전압을 공급받을 수 있다. 여기서, 양극부(230)는 애노드(anode)일 수 있다.

양극타겟부(240)는 금속타겟(242)을 포함할 수 있다. 금속타겟(242)은 양극부(230)로부터 양의 전압을 공급받아 양극으로 설정되며, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과의 사이에서 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 통해 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

또한, 금속타겟(242)은, 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나의 금속물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 음극으로 설정된 바늘(222)과의 사이에서 스파크 방전을 발생시키고, 상기 발생된 스파크 방전을 통해 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다면 어떠한 금속물질 뿐만 아니라 어떠한 물질이라도 포함할 수 있다.

또한, 금속타겟(242)은 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥을 포함할 수 있다. 이러한 복수개의 금속 나노기둥은 금속물질이 양극부(230)의 표면 상에 적층 및 개질되어 나노크기를 갖는 다발로 이루어질 수 있다.

일 예에서, 각각의 금속 나노기둥은 금속물질이 양극부(230)의 표면 상에 적층 및 개질되어 각각 일정한 간격을 가지면서 나노크기를 갖는 다발로 이루어질 수 있다.

다른 예에서, 각각의 금속 나노기둥은 금속물질이 양극부(230)의 표면 상에 적층 및 개질되어 각각 다른 간격을 가지면서 나노크기를 갖는 다발로 이루어질 수 있다.

또한, 이러한 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥은, 양극부(230)의 표면 상에, 금속물질을 이용하여 경사입사증착법(glancing angle deposition, GLAD)으로 다발 형성되도록 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 경사입사증착법(GLAD)은 증발입자의 방향에 대해 기판(일 예로, 양극부(230))을 경사지게 설치하여 증착함으로써, 나노크기를 갖는 구조체를 제작하는 증착법일 수 있다.

이러한 경사입사증착법은(GLAD)은 기판(일 예로, 양극부(230))을 일정한 속도로 회전시키면서 증착하는 증착법(obliquity angle deposition)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 양극부(230)의 표면 상에 나노크기를 갖는 금속 나노기둥을 형성시킬 수 있다면 어떠한 증착법이라도 포함할 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 엑스선 발생모듈(200)은 양극부(230) 상에 양극타겟부(240)가 접촉되어 배치되고, 양극타겟부(240)로부터 일정간격 이격되어 양극타겟부(240)와 서로 마주보도록 바늘집속부(220)가 배치되며, 바늘집속부(220) 상에 음극부(210)가 접촉되어 배치되도록 구비될 수 있다.

즉, 양극부(230) 상부에는 양극타겟부(240)가 접촉되어 배치될 수 있다. 일 예에서, 양극부(230) 상부에는 양극타겟부(240)가 기계적으로 접촉되어 배치될 수 있다. 다른 예에서, 양극부(230) 상부에는 양극타겟부(240)가 전기적으로 접촉되어 배치될 수 있다. 다른 예에서, 양극부(230) 상부에는 양극타겟부(240)가 기계적 및 전기적으로 접촉되어 배치될 수 있다.

그리고, 양극타겟부(240) 상부에는 바늘집속부(220)가 배치될 수 있다. 즉, 양극타겟부(240) 상부에는 해당 양극타겟부(240)로부터 일정간격 이격되어 해당 양극타겟부(240)와 서로 마주보도록 바늘집속부(220)가 배치될 수 있다.

여기서, 상기 일정간격은 바늘집속부(220)와 양극타겟부(240) 사이에서 스파크 방전이 발생하여 양극타겟부(240)에서 엑스선이 다량으로 발생될 수 있는 간격이라면 어떠한 간격이라도 가질 수 있다.

그리고, 바늘집속부(220) 상부에는 음극부(210)가 접촉되어 배치될 수 있다. 일 예에서, 바늘집속부(220) 상부에는 음극부(210)가 기계적으로 접촉되어 배치될 수 있다. 다른 예에서, 바늘집속부(220) 상부에는 음극부(210)가 전기적으로 접촉되어 배치될 수 있다. 다른 예에서, 바늘집속부(220) 상부에는 음극부(210)가 기계적 및 전기적으로 접촉되어 배치될 수 있다.

상술한 음극부(210), 바늘집속부(220), 양극부(230) 및 금속타겟(242)의 배치구조는 일 실시예에 따른 것으로서, 바늘집속부(220)와 금속타겟(242)이 일정간격 이격되어 서로 마주보도록 배치될 수 있다면 음극부(210), 바늘집속부(220), 양극부(230) 및 금속타겟(242)의 배치구조는 어떠한 구조라도 가질 수 있다.

여기서, 바늘집속부(220)의 복수의 바늘(222)은 음극부(210)에 접촉되는 일측면이 양극타겟부(240)와 서로 마주보는 타측면보다 면적이 큰 것으로 구성될 수 있다. 즉, 바늘집속부(220)의 복수의 바늘(222)은 타측면 즉, 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극타겟부(240)와 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

또한, 바늘집속부(220)의 복수의 바늘(222)은 양극타겟부(240)의 금속타겟(242) 상의 적어도 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다. 즉, 바늘집속부(220)의 각각의 바늘(222)은 음극부(210)의 하부면을 기준으로 일정한 각을 가지면서 양극타겟부(240)의 금속타겟(242) 상의 적어도 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

일 예에서, 바늘집속부(220)의 복수의 바늘(222)은 타측면 즉, 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극타겟부(240)의 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다. 다른 예에서, 바늘집속부(220)의 복수의 바늘(222)은 타측면 즉, 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극타겟부(240)의 금속타겟(242) 상의 두 개 이상의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

또한, 양극부(230)는 양극타겟부(240)와 접촉되는 면이 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다. 여기서, 경사각(θ)은 5도 이상 30도 이하의 범위를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 0도 및 90도를 가지지 않는 어떠한 범위라도 가질 수도 있다.

그리고, 양극타겟부(240)는 경사각(θ)에 기반하여 비스듬히 기울어진 양극부(230) 상에 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다. 예컨대, 양극타겟부(240)의 금속타겟(242)은 동일한 높이를 가질 수 있으며, 동일한 높이를 가지는 양극타겟부(240)의 금속타겟(242)은 양극부(230)의 경사각(θ)에 상응하여 비스듬히 기울어지도록 양극부(230) 상에 구비될 수 있다.

또한, 금속타겟(242)과 각각의 바늘(222) 사이에서의 전위차는 동일한 크기를 가질 수 있다. 즉, 각각의 바늘(222)은 병렬구조로 음극부(210)의 하부에 집속되어 동일한 크기의 전기에너지를 공급받을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 전기에너지 공급모듈을 통해 전기에너지를 공급하고, 엑스선 발생모듈을 통해 전기에너지를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘과 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟 간 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킴으로써, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 저비용의 단순구조로 제작될 수 있다.

또한, 진공관에서 엑스선을 발생시키기 위해 매우 높은 고전압을 발생하는 대형 고전압발생기가 필수적으로 구비되는 종래의 엑스선 발생 장치보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 진공관 없이 스파크 방전을 이용하여 양극으로 설정된 금속타겟 상에서 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킴으로써, 매우 높은 고전압을 발생하는 대형 고전압발생기 필요 없이 소비전력이 낮은 소형의 고전압 공급모듈을 사용할 수 있어 소비전력을 적게 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치를 구체적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는 고전압 공급모듈(110) 및 엑스선 발생모듈(200)로 구성될 수 있다.

여기서, 고전압 공급모듈(110)은 일정전압 하에서 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 간 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시킬 수 있도록 직류고전압을 음극부(210) 및 양극부(230)로 공급할 수 있다. 이러한 고전압 공급모듈(110)은 소비전력이 많고 대형으로 제작될 필요 없이, 소비전력이 적고 소형으로 제작되어 구비될 수 있다.

한편, 엑스선 발생모듈(200)은 고전압 공급모듈(110)과 연결되어 구비될 수 있다.

즉, 양극부(230)는 애노드(anode)로서, 일측면이 고전압 공급모듈(110)의 양의 단자에 연결될 수 있으며, 상부면이 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다.

그리고, 양극부(230) 상부면에는 동일한 높이를 가지면서 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 구비된 금속타겟(242)이 양극부(230)의 경사각(θ)에 상응하여 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다. 이러한 금속타겟(242)은 양극으로 설정될 수 있다.

그리고, 금속타겟(242) 상부에는 금속타겟(242)으로부터 일정간격 이격되어 음극부(210) 및 복수의 바늘(222)이 구비될 수 있다.

즉, 음극부(210)는 캐소드(cathode)로서, 상부면이 고전압 공급모듈(110)의 양의 단자에 연결되도록 구비될 수 있다. 그리고, 음극부(210) 하부면에는 가늘고 끝이 뾰족한 복수의 바늘(222)이 집속되어 구비될 수 있다.

이러한 복수의 바늘(222)은 음극으로 설정되며, 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시킬 수 있도록, 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

계속해서 엑스선이 발생되는 과정을 설명하면, 우선 고전압 공급모듈(110)을 통해 직류고전압을 음극부(또는, 캐소드)(210) 및 양극부(또는, 애노드)(230)에 공급할 수 있다. 그리고, 음극부(210)에 집속된 복수의 바늘(222)은 음극으로 설정되고, 양극부(230) 상에 형성된 금속타겟(242)은 양극으로 설정될 수 있다.

이후, 고전압 공급모듈(110)에서 공급되는 직류고전압에 의해 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 복수의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점 사이에서 직류고전압이 걸렸을 때, 이들 사이에서 절연파괴가 나타나면서 순간적으로 스파크 방전이 발생될 수 있다.

이때, 음극으로 설정된 각각의 바늘(222)을 통해 전자들이 튀어나올 수 있으며, 이러한 전자들은 매우 빠르게 가속되어 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 형성된 금속타겟(242)의 어느 하나의 지점에 충돌될 수 있다.

이후, 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 형성된 금속타겟(242)의 어느 하나의 지점 내의 전자들이 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 가속되어 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는 두 금속 사이에서 발생되는 스파크 방전을 이용하여 금속타겟에서 엑스선을 발생시키는 장치로서, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기를 이용하여 엑스선을 발생시키는 종래의 엑스선 발생장치와 비교하여 전혀 다른 구조의 새로운 엑스선 발생장치이다.

또한, 진공관을 통해 엑스선을 발생시킴으로써, 발생되는 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 작아 효율이 좋지 못한 종래의 엑스선 발생 장치보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 다수의 스파크 방전을 유도하기 위해 다수의 바늘을 음극으로 설정하고, 양극으로 설정된 금속타겟을 전자가 쉽게 떨어져 나갈 수 있도록 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥을 다발로 형성시켜 엑스선을 발생시킴으로써, 엑스선에 대한 강도 및 발생량을 증가시켜 효율을 높일 수 있다.

또한, 진공관을 통해 엑스선을 발생시킴으로써, 발생되는 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 작아 효율이 좋지 못한 종래의 엑스선 발생 장치보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 음극으로 설정된 복수의 바늘의 뾰족한 면을 가지는 부분이 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비됨으로써, 음극으로 설정된 복수의 바늘과 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 하나의 지점에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시킬 수 있어 이에 따라 발생되는 엑스선에 대한 강도 및 발생량을 증가시켜 효율을 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 복수의 바늘에 대한 구조를 설명하기 위한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 복수의 바늘(222)은 음극부(210)의 하부면에 집속되어 구비될 수 있다.

그리고, 복수의 바늘(222)은 음극부(210)에 접촉되는 일측면이 금속타겟(242)과 서로 마주보는 타측면보다 면적이 큰 것으로 구성될 수 있다. 즉, 복수의 바늘(222)은 타측면 즉, 뾰족한 면을 가지는 부분이 금속타겟(242)과 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

그리고, 복수의 바늘(222)은 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다. 즉, 각각의 바늘(222)은 음극부(210)의 하부면을 기준으로 일정한 각을 가지면서 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 금속타겟을 설명하기 위한 도면들이다. 즉, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 적용된 금속타겟의 형상을 설명하기 위한 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 금속타겟이 형성되는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 양극부(230)는 상부면이 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다. 여기서, 경사각(θ)은 5도 이상 30도 이하의 범위를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 양극부(230) 상부면에는 동일한 높이를 가지면서 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 구비된 금속타겟(242)이 양극부(230)의 경사각(θ)에 상응하여 비스듬히 기울어지도록 구비될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥은, 양극부(230)의 표면 상에, 금속물질을 이용하여 경사입사증착법(GLAD)으로 다발 형성되도록 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 적용된 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥은, 경사입사증착법(GLAD) 중 기판(일 예로, 양극부(230))을 일정한 속도로 회전시키면서 증착하는 증착법(obliquity angle deposition)을 이용하여 양극부(230)의 표면 상에 형성될 수 있다.

도 4b의 좌측 도면을 참조하면, 도 4b의 좌측 도면은 기판을 일정한 속도로 회전시키면서 증착하는 증착법(obliquity angle deposition)을 설명하기 위한 사시도이다.

일반적인 박막증착은 증발입자의 증발방향에 대해 기판을 수직으로 하여 증착하는 반면, 경사입사증착법(GLAD)은 증발입자의 방향에 대해 기판을 경사지게 만들어 증착을 할 수 있다.

상기 경사입사증착법(GLAD)은 모터를 통해 기판을 회전시켜 다양한 구조적 특징을 가지는 박막을 제작할 수 있다. 즉, 도 4b의 좌측 도면에 도시된 바와 같이, 증발입자에 대해 기판을 소정의 증착각으로 기울여 모터를 통해 천천히 회전시킬 경우, 나선형 구조를 증착할 수 있다

반면, 증착률을 일정하게 하면서 모터의 회전속도를 충분히 빠르게 할 경우, 나선형 구조의 회전주기의 두께가 감소하고, 기판의 빠른 회전으로 인해 증발입자가 기판의 모든 방향에 도달함으로써, 기판의 모든 방향에서 그림자 효과가 나타날 수 있다.

그리고, 증발입자가 기판의 모든 방향에 도달함으로써, 수평방향에서의 작용력에 대한 합력은 상쇄될 수 있고, 수직방향에서의 작용력만 남을 수 있다. 그러므로, 증발입자들은 기판에 수직인 방향을 따라 기둥구조로 증착될 수 있다.

도 4b의 우측 사진을 참조하면, 도 4b의 우측 사진은 도 4b의 왼쪽 도면에 도시된 방법을 이용하여 양극부(230)의 표면 상에 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 실제로 형성된 모습을 나타낸 사진이다.

도면에 도시된 바와 같이, 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥은 동일한 높이를 가지며 형성될 수 있다. 여기서, 복수개의 금속 나노기둥의 높이는 대략 23㎛의 크기를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치가 실제로 구현된 실제 모델의 엑스선 하베스팅 장치와 이의 실험장면 및 실험결과를 설명하기 위한 도면들이다. 즉, 도 5a는 실제 모델의 엑스선 하베스팅 장치를 나타낸 사진이고, 도 5b는 도 5a의 바늘과 금속타겟 사이에서 발생되는 스파크 방전을 설명하기 위한 사진이며, 도 5c는 도 5a의 금속타겟에서 발생되는 엑스선에 대한 발생강도를 측정하는 실험장면을 설명하기 위한 사진이고, 도 5d는 도 5c에서 측정된 엑스선 발생강도를 나타낸 그래프이다.

도 5a를 참조하면, 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치가 실제로 구현된 실제 모델의 엑스선 하베스팅 장치는 고전압 공급모듈(110), 엑스선 발생모듈(200) 및 스펙트로메터(spectrometer, 분광계)(300) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이, 고전압 공급모듈(110) 좌측에는 엑스선 발생모듈(200)이 배치될 수 있으며, 엑스선 발생모듈(200) 좌측에는 스펙트로메터(300)가 배치될 수 있다. 여기서, 엑스선 발생모듈(200)의 바늘(222)은 두 개로 구성하였다. 그리고, 스펙트로메터(300)를 통해 엑스선 발생모듈(200)에서 발생되는 엑스선 스펙트럼을 측정하였다.

도 5b를 참조하면, 두 개의 바늘(222)은 뾰족한 면을 가지는 부분이 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점을 향하도록 구비될 수 있다.

그리고, 고전압 공급모듈(110)에서 공급되는 직류고전압에 의해 음극으로 설정된 두 개의 바늘(222)과, 음극으로 설정된 두 개의 바늘(222)로부터 일정간격 이격되어 양극으로 설정된 금속타겟(242) 상의 어느 하나의 지점사이에서 직류고전압이 걸렸을 때, 이들 사이에서 절연파괴가 나타나면서 순간적으로 스파크 방전이 발생될 수 있다.

도 5c를 참조하면, 음극으로 설정된 두 개의 바늘(222)과 양극으로 설정된 금속타겟(242) 사이에서 스파크 방전이 발생될 때, 음극으로 설정된 두 개의 바늘(222)을 통해 전자들이 튀어나올 수 있으며, 이러한 전자들은 매우 빠르게 가속되어 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 형성된 금속타겟(242)의 어느 하나의 지점에 충돌될 수 있다.

이후, 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥이 다발로 형성된 금속타겟(242)의 어느 하나의 지점 내의 전자들이 경사각(θ)에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 가속되어 복수의 엑스선을 다량으로 발생시킬 수 있다.

이때, 발생된 복수의 엑스선에 대한 스펙트럼은 스펙트로메터(300)를 이용하여 측정될 수 있으며, 엑스선 발생모듈(200)과 스펙트로메터(300) 사이에는 납슬릿(400)이 배치될 수 있다.

도 5d를 참조하면, 가로축은 전기에너지 크기를 나타내며, 세로축은 엑스선 발생강도를 나타낸다. 그리고, 검은색 파형(a)은 기준 엑스선 발생강도를 나타내고, 파란색 파형(c)은 한 개의 바늘(222)을 이용하였을 때의 엑스선 발생강도를 나타내며, 빨간색 파형(b)은 두 개의 바늘(222)을 이용하였을 때의 엑스선 발생강도를 나타낸다.

도면에 도시된 바와 같이, 기준 엑스선 발생강도보다는 한 개의 바늘(222)을 이용하였을 때의 엑스선 발생강도가 더 높음을 알 수 있으며, 또한, 한 개의 바늘(222)을 이용하였을 때의 엑스선 발생강도보다는 두 개의 바늘(222)을 이용하였을 때의 엑스선 발생강도가 더 높음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 하베스팅 장치는, 진공관, 냉각기 및 대형 고전압발생기가 구비되지 않으면서도, 소비전력이 낮고, 엑스선에 대한 강도 및 발생량이 매우 커 효율이 좋은 새로운 구조의 엑스선 발생 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 저비용의 단순구조로 제작될 수 있으므로, 다중 엑스선 소스 시스템의 구축이 가능하고, 이러한 다중 엑스선 소스 시스템이 구축될 경우 종래에 고가에 판매되고 있는 스테레오(stereo) 엑스선 영상 시스템 등을 대체할 수 있어, 외화 유출을 막고 수출을 통한 외화 획득이 가능할 뿐만 아니라 무인 엑스선 검사 로봇 및 엑스선을 이용한 인체의 체내·외용 방사선 치료 시스템에 적용이 가능하다.

전술한 본 발명에 따른 엑스선 하베스팅 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100: 전기에너지 공급모듈 110: 고전압 공급모듈
200: 엑스선 발생모듈 210: 음극부
220: 바늘집속부 222: 바늘
230: 양극부 240: 양극타겟부
242: 금속타겟

Claims (15)

1. 직류고전압의 전기에너지를 공급하는 전기에너지 공급모듈; 및
   상기 전기에너지 공급모듈로부터 공급된 직류고전압의 전기에너지를 제공받아 이를 바탕으로 음극으로 설정된 복수의 바늘과 일정간격 이격되어 5∼30도의 경사각에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어진 양극으로 설정된 금속타겟 상의 어느 한 지점 사이에서 동시 다발적으로 복수의 스파크 방전을 모아서 발생시키고, 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 이용하여 상기 금속타겟 상의 어느 한 지점에서 비스듬히 기울어진 쪽의 수평방향으로 복수의 엑스선을 다량으로 발생시키는 엑스선 발생모듈을 포함하되,
   상기 엑스선 발생모듈은, 상기 전기에너지 공급모듈의 음의 단자에 연결되어 음의 전압을 공급받는 음극부와, 상기 음극부의 하부면에 접촉되도록 배치되어 상기 음극부로부터 음의 전압을 제공받아 음극으로 설정됨과 아울러 상기 음극부에 접촉되는 일측면이 그 타측면보다 면적이 크게 이루어진 복수의 바늘이 구비되는 바늘집속부와, 그 상면이 5∼30도의 경사각에 기반하여 한쪽으로 비스듬히 기울어지도록 구비됨과 아울러 상기 전기에너지 공급모듈의 양의 단자에 연결되어 양의 전압을 공급받는 양극부와, 상기 바늘집속부로부터 일정간격 이격되어 상기 바늘집속부와 서로 마주보도록 상기 양극부 상에 접촉되게 배치됨과 아울러 상기 양극부로부터 양의 전압을 공급받아 양극으로 설정되어 상기 복수의 바늘과의 사이에서 복수의 스파크 방전을 동시에 발생시키며 상기 발생된 복수의 스파크 방전을 통해 엑스선을 다량으로 발생시키는 금속타겟이 구비되는 양극타겟부를 포함하고,
   상기 금속타겟은, 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나의 금속물질을 이용하여 경사입사증착법(glancing angle deposition, GLAD)으로 다발 형성됨과 아울러 동일한 높이를 가지면서 상기 양극부의 경사각에 상응하여 비스듬히 기울어지도록 나노크기를 갖는 복수개의 금속 나노기둥을 포함하며,
   상기 바늘집속부의 복수의 바늘은, 상기 음극부의 하부면을 기준으로 일정한 각을 가지면서 상기 금속타겟 상의 어느 한 지점을 향하도록 구비됨과 아울러 상기 금속타겟과의 사이에 동일한 크기의 전위차를 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 엑스선 하베스팅 장치.
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