KR101855931B1

KR101855931B1 - X선장치 및 이를 구비하는 ct장비

Info

Publication number: KR101855931B1
Application number: KR1020167008295A
Authority: KR
Inventors: 추안시앙 탕; 후아핑 탕; 화이비 첸; 웬휘 후앙; 후아위 쟝; 슈신 젱
Original assignee: 칭화대학교; 눅테크 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2018-05-10
Also published as: US20150078532A1; KR20160083848A; PL2858087T3; ES2749725T3; RU2655916C2; RU2016114671A; EP2858087B1; JP6526014B2; JP2016537795A; WO2015039603A1; US9653251B2; EP2858087A1

Abstract

본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는, 4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스(3); 각 전자방출유닛(1)이 서로 독립되고 선형 어레이로 배열되어 진공박스(3)의 측벽에 장착되는 복수의 전자방출유닛(1); 진공박스(3) 내부의 중간에 장착되며, 길이방향에서 전자방출유닛(1)의 배열선과 평행하고 폭방향에서 전자방출유닛(1)의 장착면과 예정된 각도의 협각을 형성하는 양극(2); 고압전원(702), 집속전원(704), 방출제어장치(703) 및 제어시스템(701)을 구비한 전원 및 제어시스템(7)을 구비하되, 전자방출유닛(1)은, 가열 필라멘트(101); 가열 필라멘트(101)와 연결되는 음극(102); 음극(102)과 필라멘트(101)를 감싸는 절연 지지대(103); 음극(102)의 상부에 위치하도록 절연 지지대(103)의 상단부에 배치되는 집속전극(104); 집속전극(104)의 상부에 배치되어 진공박스(3)의 박스벽과 밀봉 연결되는 연결 고정부재(105);를 포함하고, 필라멘트 리드(106)는 절연 지지대(103)를 관통하여 방출제어장치(703)와 연결된다.

Description

X선장치 및 이를 구비하는 CT장비{X-RAY DEVICE AND CT EQUIPMENT HAVING SAME}

본 발명은 분산형 X선을 생성하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 X선광원 장비에 있어서 외장(external) 방식으로 복수의 독립된 열음극(thermionic cathode) 전자방출유닛을 배치하고 그리드 제어 또는 음극 제어를 이용하여 예정된 순서에 따라 X선의 초점위치를 변화시키는 외장 열음극 분산형 X선 장치(a distributed X-ray device externally provided with thermionic cathodes) 및 이를 구비하는 CT장비에 관한 것이다.

일반적으로, X선광원은 X선을 생성하는 장비를 의미하고, 일반적으로 X선관(X-ray tube), 전원 및 제어시스템, 냉각 및 차폐(shielding) 등의 보조 장치 등으로 구성되며, 그 핵심은 X선관이다. X선관은 일반적으로 음극, 양극, 유리 또는 세라믹 하우징으로 구성된다. 음극은 직열형 나선 텅스텐 필라멘트로서, 작동시 전류에 의해 고온상태로 가열되어 열방출의 전자빔을 생성하며, 음극은 하나의 선단이 슬릿(slit)된 금속커버에 의해 둘러싸이고 금속커버는 전자를 집속시킨다. 양극은 구리 단면에 인서트된 텅스텐 타겟이며, 작동시 양극과 음극 사이에 고압이 인가되어 음극에서 생성된 전자가 전기장의 작용하에 가속 운동하여 양극으로 날아가 타겟면을 충격하여 X선을 생성한다.

X선은 산업 비파괴 검사, 안전 점검, 의학 진단 및 의료 등의 분야에서 광범위하게 응용된다. 특히, X선의 고투과 성능을 이용하여 제조된 X선 투시 영상장비는 사람들의 일상생활의 여러 면에서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 장비로 초기에는 필름형 평면 투시 영상장비이며, 현재 선진적인 기술은 디지털적이고 다시각(multiple visual angles)이며 고해상도인 입체 영상화장비를 사용하며, 예를 들면 고해상도의 3차원 입체 도면(graphs) 또는 단면 이미지(slice image)를 획득할 수 있는 CT(computed tomography)이고, 이는 진보적이고 고급적인 응용이다.

기존의 CT장비는 X선원과 디덱터(detector)가 슬립 링(slip ring)에서 움직여야 하며, 검사 속도를 향상하기 위하여, 일반적으로 X선원과 디덱터의 움직임 속도가 매우 빠르기 때문에, 장비 전체의 신뢰성 및 안정성이 저하된다. 또한 움직임 속도의 제한을 받아 CT의 검사 속도도 제한된다. 따라서, CT장비는 위치의 이동 없이 다시각의 X선을 생성할 수 있는 X선원이 필요한다.

기존의 CT장비 중의 슬립 링에 따른 신뢰성, 안전성 문제와 검사속도 문제 및 양극 타겟(anode target)의 내열 문제를 해결하기 위하여, 선행 특허문서에서 다양한 방법을 제공하였다. 예를 들어, 회전 타겟(rotating target) X선원은 일정한 정도로 양극 타겟의 과열 문제를 해결할 수 있으나, 그 구조가 복잡하고 X선을 생성하는 타겟점(target spot)이 X선원 전체에 비해 여전히 하나의 확정된 타겟점 위치이다. 예를 들어, 어떤 기술은 고정되어 움직이지 않는 X선원의 다시각을 구현하기 위하여, 하나의 원주에 복수의 독립된 종래의 X선원을 긴밀히 배열하는 것으로 X선원의 운동을 대체하는 것으로서, 이는 다시각을 구현할 수 있으나 원가가 높고 다른 시각의 타겟 간격이 크기에 화질(입체 해상도)이 매우 낮다. 또한, 특허문헌 1(US4926452)은 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법을 제시한 바, 양극 타겟이 매우 큰 면적을 구비하여 타겟의 과열 문제를 완화하고 타겟점 위치가 원주에 따라 변화되여 다시각을 생성할 수 있다. 특허문헌 1은 획득한 가속화된 고에너지 전자빔을 스캐닝하여 편향시키는 것으로써, 제어하기 힘들고 타겟점 위치가 분리되지 않으며 반복성(repeatability)이 약한 문제가 존재하지만, 여전히 분산형 광원을 생성할 수 있는 효과적인 방법이다. 또한, 예를 들어 특허문헌 2(US20110075802)와 특허문헌 3(WO2011/119629)에서는 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법이 제시된 바, 양극 타겟이 매우 큰 면적을 구비하여 타겟의 과열 문제를 완화시키고 타겟점 위치가 분산 고정되고 어레이식으로 배열되어 다시각을 생성할 수 있다. 또한, 냉음극(cold cathode)으로 탄소 나노튜브를 사용하고 냉음극을 어레이식으로 배열하며 음극-그리드 사이의 전압을 이용하여 전기장 방출을 제어함으로써, 각 음극이 순서에 따라 전자를 방출하도록 제어하며, 양극에서 상응하는 순서 위치에 따라 타겟점을 충격함으로써 분산형 X선원으로 된다. 그러나, 생산공정이 복잡하고 탄소 나노튜브의 방출 성능과 수명이 낮은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광원을 이동하지 않고도 다시각의 X선을 생성할 수 있으며, 구성의 간략화, 시스템의 안정성, 신뢰성의 향상, 검사 효율의 향상에 유리한 외장 열음극 분산형 X선 장치 및 상기 외장 열음극 분산형 X선장치를 구비하는 CT장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스; 각 전자방출유닛이 서로 독립되고 선형 어레이로 배열되어 상기 진공박스의 측벽에 장착되는 복수의 전자방출유닛; 상기 진공박스 내부의 중간 위치에 장착되며, 길이방향에서 상기 전자방출유닛의 배열 방향과 평행되고 폭방향에서 상기 전자방출유닛의 장착면과 예정된 각도의 협각(an included angle)을 형성하는 양극; 상기 양극과 연결된 고압전원, 상기 복수의 전자방출유닛의 각각과 연결되는 방출 제어장치 및 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템을 구비하되, 상기 전자방출유닛은 가열 필라멘트; 상기 가열 필라멘트와 연결되는 음극; 상기 가열 필라멘트의 양단에서 인출되는 필라멘트 리드; 상기 가열 필라멘트와 상기 음극을 감싸는 절연 지지대; 상기 음극의 상부에 위치하도록 상기 절연 지지대의 상단부에 배치되는 집속 전극; 상기 집속 전극의 상부에 배치되어 상기 진공박스의 박스벽과 밀봉 연결되는 연결 고정부재;를 구비하며, 상기 필라멘트 리드는 절연 지지대를 관통하여 상기 방출 제어장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 외장 열음극 분산형 X선장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는, 상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결하고 상기 진공박스의 상기 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착되는 고압전원 연결장치; 상기 가열 필라멘트와 상기 방출 제어장치를 연결하는 방출 제어장치 연결장치; 상기 전원 및 제어시스템 내부에 포함되는 진공전원; 상기 진공박스의 측벽에 장착되고 상기 진공전원을 이용하여 작동되며 상기 진공박스 내부의 고진공을 유지하는 진공장치;를 더 구비한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 상기 음극과 상기 집속 전극 사이에 장착되고 음극과 인접하는 그리드; 상기 그리드와 연결되고 상기 절연 지지대를 관통하여 상기 방출 제어 장치와 연결되는 그리드 리드;를 더 구비한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 상기 집속 전극과 상기 연결 고정부재 사이에 장착되는 집속부분(focusing section); 상기 집속부분을 감싸도록 구성되는 집속장치(focusing device);를 더 구비한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전원 및 제어시스템 내부에 포함되는 집속전원; 상기 집속장치와 상기 집속전원을 연결하는 집속장치 연결장치;를 더 구비한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 2열로 나누어 상기 진공박스의 2개의 마주하는 측벽에 장착된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 진공박스는 유리 또는 세라믹으로 형성된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 진공박스는 금속재료로 형성된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛은 직선형 또는 분단 직선형(segmental straight line)으로 배열된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛은 원호형 또는 분단 원호형(segmental arc)으로 배열된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 배열 간격은 균일하다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 배열 간격은 균일하지 않다.

또한, 본 발명은 사용되는 X선원이 상술한 외장 열음극 분산형 X선장치인 것을 특징으로 하는 CT 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 하나의 광원장비에서 특정 순서에 따라 초점 위치를 주기적으로 변화시키는 X선을 생성하는 외장 열음극 분산형 X선장치를 제공한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극을 적용하여 기타 설계에 비해 방출 전류가 크고 수명이 긴 장점이 있다. 또한 복수의 전자방출유닛이 각각 독립적으로 진공박스에 고정되고 소형의 2전극 또는 3전극 전자총을 직접 사용할 수 있어 기술이 성숙되고 원가가 낮으며 응용이 원활하다. 또한 스트립형 큰 양극의 설계를 적용하여 양극 과열문제를 효과적으로 완화하고 광원의 전력을 향상하는데 유리하며, 전자방출유닛은 직선으로 배열되어 전체적으로 직선형 분산형 X선장치를 형성할 수도 있고 고리 모양으로 배열되어 전체적으로 고리 모양의 분산형 X선장치를 형성할 수도 있기에 응용이 원활하며, 집속 전극의 설계 및 외부 집속장치의 설계를 통해 전자빔은 극히 작은 초점을 구현할 수 있다. 기타 분산형 X선 광원장비에 비해, 본 발명은 전류가 크고 타겟점이 작으며 타겟점 위치분포가 균일하고 반복성이 좋으며 출력 전력이 높고 구성이 간단하며 제어가 편리하고 원가가 낮다.

본 발명의 분산형 X선광원을 CT장비에 적용하면, 광원을 이동할 필요 없이 다시각의 X선을 생성할 수 있으므로, 슬립 링 운동을 생략할 수 있으며 구성을 간소화하고 시스템 안전성, 신뢰성을 향상하며 검사 효율을 향상시키는데 유리하다.

도 1은 본 발명에 따른 외장 열음극 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 양극과 전자방출유닛의 위치 관계를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자방출유닛의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방출제어유닛의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그리드 및 집속장치(focusing device)를 구비한 전자방출유닛의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 그리드 제어를 구비한 방출제어유닛의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 전자방출유닛의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 원기둥형(cylinder) 전자 방출 유닛의 구성의 평면도로서, 도 8a는 원형(circular) 그리드 홀의 경우, 도 8b는 직사각형(rectangular) 그리드 홀의 경우인 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 직육면체형(cuboid) 전자 방출 유닛의 구성의 평면도로서, 도 9a는 원형 그리드 홀의 경우, 도 9b는 직사각형 그리드 홀의 경우인 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 음극의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 10a는 평면 원형 음극, 도 10b는 평면 직사각형 음극, 도 10c는 구면 원호형(spherical arc) 음극, 도 10d는 원기둥면형(cylindrical surface) 음극을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 그리드 메쉬(grid mesgh)의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 11a는 평면형(flat) 그리드, 도 11b는 구면형(spherical) 그리드, 도 11c는 U형그루브형(U-shaped groove)그리드 메쉬를 나타낸 예시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 그리드의 제어를 이용하여 진행하는 자동 집속을 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 직선형(linear) 2열 대향 배치된 외장 열음극 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 13a는 전자방출유닛, 양극과 진공박스의 위치관계를 나타낸 도면이며, 도 13b는 전자방출유닛과 양극의 위치관계를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 원호형(arc) 2열 대향 배치된 외장 열음극 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 15는 본 발명에 따른 2차원 분산형 X선장치의 주요 구성을 나타낸 예시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 2차원 분산형 X선장치의 양극 구성의 저면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 그리드와 음극이 분리된 전자방출유닛 어레이를 나타낸 예시도로서, 도 17a는 측면도, 도 17b는 각 그리드 독립 제어모드의 평면도, 도 17c는 각 그리드가 서로 연결된 음극 제어모드의 평면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 필라멘트가 직렬 연결된 분산형 X선장치이다.
도 19는 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 20은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 구성의 단면을 나타낸 예시도이다.
도 21은 본 발명에 따른 양극의 다른 구성을 나타낸 예시도이다.
도 22는 본 발명에 따른 고리 모양의 분산형 X선장치의 전자방출유닛과 양극의 배치 관계를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 외장 열음극 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1)(적어도 두개, 이하 구체적으로 전자 방출 유닛 (11,12,13,14) ...으로 칭함), 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 방출제어장치 연결장치(5), 그리고 전원 및 제어시스템(7)을 포함한다. 또한, 전자방출유닛(1)은 가열 필라멘트(101), 음극(102), 절연 지지대(insultaed support)(103), 집속 전극(focusing electrode)(104), 연결 고정부재(connecting fastener)(105), 필라멘트 리드(filament lead)(106) 등으로 구성된다. 양극(2)은 진 박스(3) 내부의 중간에 장착되고, 전 방 유닛(1)과 고압전원 연결장치(4)는 진 박스(3)의 박스벽에 장착되어 진공박스(3)와 전체적으로 밀봉구조를 구성한다.

도 2는 본 발명에 따른 외장 열음극 분산형 X선장치의 양극(2)과 전자방출유닛(1)의 상대적 위치관계를 나타낸 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 전자방출유닛(1)은 한 직선 상에 배열되고, 양극(2)은 전자방출유닛(1)의 배열과 대응되는 스트립(strip) 형태이며, 양극(2)은 길이방향에서 복수의 전자방출유닛(1)이 배열되어 형성된 직선과 평행되고, 폭방향에서 양극(2)의 전자방출유닛(1)에 대향하는 표면과 전자방출유닛(1)의 양극(2)에 대향하는 표면 사이에는 예정된 각도의 협각(a included angle)을 형성한다.

전자방출유닛(1)은 요구에 따라 전자빔을 생성하는데 사용되며, 진공박스(3)의 측벽에 장착되고, 연결 고정부재(105)를 통해 진공박스(3)의 측벽과 밀봉된 구조를 구성하며, 전자방출유닛(1)은 전체적으로 진공박스(3)의 외부에 위치하며 전자빔은 연결 고정부재(105) 중간의 홀을 통해 진공박스(3) 내부로 진입할 수 있다. 또한, 도 3에는 가열 필라멘트(101), 음극(102), 절연 지지대(103), 집속 전극(104), 연결 고정부재(105), 필라멘트 리드(106)를 포함한 전자방출유닛(1)의 구성이 도시되어 있다. 또한, 음극(102)과 가열 필라멘트(101)가 연결되고, 가열 필라멘트(101)로는 일반적으로 텅스텐 필라멘트가 사용되고, 음극(102)으로는 일반적으로 열전자 방출능력이 강한, 예를 들어 산화바륨, 스캔데이트(scandate), 란타늄 헥사보라이드(lanthanum hexaboride) 등과 같은 재료가 사용된다. 절연 지지대(103)는 가열 필라멘트(101) 및 음극(102)을 감싸는 것으로 전자방출유닛(1)의 하우징의 일부에 해당하며 절연재료를 사용하는 바 일반적으로 세라믹을 사용한다. 필라멘트 리드(106)는 절연 지지대(103)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 외부로 인출되며 필라멘트 리드(106)와 절연 지지대(103) 사이는 밀봉된 구조이다. 집속 전극(104)은 절연 지지대(103)의 상단에 장착되고 집속 전극(104)은 원뿔형 설계이며 중간에 홀이 있고 상기 홀의 중심과 음극(102)의 중심은 상하로 정렬된다. 연결 고정부재(105)는 전자방출유닛(1)과 진공박스(3)를 밀봉 연결하는데 사용되고, 일반적으로 전자빔(E)을 전자방출유닛(1)에서 진공박스(3)에 인입되도록 중간에 홀이 있는 나이프 엣지 플랜지이다. 절연 지지대(103), 집속 전극(104), 연결 고정부재(105)는 긴밀히 연결되어, 전자방출유닛(1)의 연결 고정부재(105)의 중심 홀을 제외한 기타 부분이 하나의 진공 밀봉구조를 형성하도록 한다.

또한, 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 방출 제어장치(703) 등을 포함한다. 고압전원(702)은 진공박스(3)의 박스벽에 장착된 고압전원 연결장치(4)를 통해 양극(2)과 연결된다. 방출제어장치(703)는 방출제어장치 연결장치(5)를 통해 전자방출유닛(1)의 필라멘트 리드(106)와 각각 연결되며, 일반적으로 전자방출유닛(1)의 개수와 동일한 방출제어유닛을 구비한다. 도 4에는 부의 고압모듈(70301) (negative high voltage module), 저압 직류모듈(70302), 고압 절연변압기(70303)를 포함하는 방출제어유닛의 구조가 도시되어 있으며, 방출제어장치(703)는 복수의 방출제어유닛을 포함한다. 여기서, 부의 고압모듈(70301)은 제어시스템(701)의 제어 하에 부의 고압 펄스를 생성하는데 사용되며, 그 출력은 고압 절연변압기(70303)의 1차측(primary side)에 연결된다. 저압 직류모듈(70302)은 가열 필라멘트(106)에 전력을 공급하여 가열하는 전류를 생성하는데 사용되며, 그 출력은 고압 절연변압기(70303)의 두 조(set)의 병렬 2차측(secondary side)의 저압단에 연결되고 변압기 권선(winding)을 거쳐 두 조의 병렬 2차측의 고압단에서 필라멘트 리드(106)로 출력된다. 방출제어장치 연결장치(5)는 일반적으로 연결 헤드를 가진 케이블이며 그 개수는 전자방출유닛(1)의 개수와 동일하다. 또한, 제어시스템(701)은 고압전원(702), 방출제어장치(703)의 작동상태를 제어한다.

또한, 진공박스(3)는 4면이 밀봉된 캐비티(cavity) 하우징이며 그 내부는 고진공 상태이고, 하우징은 유리 또는 세라믹 등의 절연재료로 구성될 수 있다. 진공박스(3)의 측벽(도 1 참조)에는 복수의 전자방출유닛(1)이 장착되며, 이러한 전자방출유닛(1)은 직선으로 배열되고 내부(도 1 참조)에 스트립 형태의 양극(2)이 장착되며, 양극(2)은 길이방향에서 전자방출유닛(1)의 배열방향과 평행된다. 진공박스(3) 내부의 공간은 전자빔이 아무런 방해도 없이 전기장에서 운동하는데 충분하다. 진공박스(3) 내의 고진공은 고온 배기로 내에서 베이킹 배기하여 얻은 것이며, 그 진공도(vacuum degree)는 일반적으로 10^-3Pa보다 우월(better)하고 바람직하게는 진공도는 10^-5Pa보다 우월하다.

또한, 바람직하게는 진공박스(3)의 하우징은 금속재료이며 금속재료를 사용하는 경우, 전자방출유닛(1)은 연결 고정부재(105)를 통해 진공박스(3)의 벽과 나이프 엣지 플랜지(knife edge flange) 밀봉방식으로 연결되며, 양극(2)은 절연 지지 재료를 이용하여 진공박스(3) 내에서 고정 장착되고, 양극(2)과 진공박스(3)의 하우징 사이는 충분한 거리를 유지하여 고압 점화(high-voltage sparks)가 발생하지 않는다.

또한, 고압전원 연결장치(4)는 양극(2)과 고압전원(702)의 케이블을 연결하는데 사용되고 진공박스(3)의 측벽에 장착된다. 고압전원 연결장치(4)는 일반적으로 내부에 금속기둥을 가진 원추형 세라믹 구성이며, 일단은 양극(2)과 연결되고 다른 일단은 진공박스(3)의 박스벽과 긴밀히 연결되어 함께 진공 밀봉구성을 형성한다. 고압전원 연결장치(4) 내부의 금속기둥은 양극(2)과 고압전원(702)의 케이블 커넥터가 회로 연결되도록 하는데 사용된다. 일반적으로, 고압전원 연결장치(4)와 케이블 커넥터 사이는 플러그 가능한 구성으로 설계된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 전자방출유닛(1)은 그리드(107) 및 그리드 리드(108)를 더 포함할 수 있다. 도 5에는 본 발명에 따른 그리드 및 집속장치를 구비한 전자방출유닛(1)의 구성이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 그리드(107)는 음극(102)과 집속 전극(104) 사이에 마련되고 음극(102)과 인접하며, 그리드(107)는 일반적으로 망(mesh) 형상의 구성이며 외형은 일반적으로 음극(102)의 형상과 동일하며, 그리드 리드(108)는 그리드(107)에 연결되고 절연 지지대(103)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 외부로 인출되며, 그리드 리드(108)와 절연 지지대(103) 사이는 밀봉 연결되며, 그리드 리드(108)는 방출제어장치 연결장치(5)를 통해 방출제어장치(703)에 연결된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 방출제어장치(703)의 방출제어유닛은 부 편압모듈(negative bias-voltage module)(70304), 정 전압모듈(positive voltage module)(70305), 선택 스위치(70306)를 더 포함할 수 있다. 도 6에는 그리드제어를 구비한 방출제어유닛의 구성이 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 부 고압모듈(negative high-voltage module)(70301)은 부 고압을 생성하는데 사용되며, 그 출력은 고압 절연변압기(high-voltage isolation transformer)(70303)의 1차측에 연결된다. 도시 전력(city power)은 고압 절연변압기(70303)의 두 조(two sets)의 병렬 2차측의 저압단에 연결되고 변압기 권선을 거쳐 두 조의 병렬 2차측의 고압단에서 고압 상에 플로팅된 전원을 출력하며 각각 직류모듈(70302), 부 편압모듈(70304) 및 정 편압모듈(70305)에 공급된다. 직류 모듈(70302)은 가열 필라멘트(101)에 전기를 공급하여 가열하는 전류를 생성한다. 부 편압모듈(70304)과 정 편압모듈(70305)은 각각 하나의 부전압과 하나의 정전압을 생성하여 선택 스위치(70306)의 두개의 입력단에 출력하며, 선택 스위치(70306)는 제어장치(701)의 작용 하에 하나의 전압을 선택하여 그리드 리드(108)에 출력하며 최종적으로 그리드(107)에 인가된다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 전자방출유닛(1)은 집속부분(focusing section)(109) 및 집속장치(110)를 더 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 집속부분(109)은 집속 전극(104)과 연결 고정부재(105) 사이에 연결되고, 집속 전극(104), 집속부분(109) 및 연결 고정부재(105)는 하나의 금속부재를 가공하여 형성하여 일체로 될 수 있고, 3개의 금속부재가 용접되어 연결될 수도 있으며, 집속장치(110)는 집속부분(109) 외부에 장착되고, 일반적으로 집속코일(focusing coil)이다. 집속장치(110)는 집속장치 연결장치(connecting means of the focusing means)(6)를 통해 집속전원(704)에 연결되고, 집속장치(110)는 집속전원(704)의 구동하에 작동되며 집속전원(704)의 작동상태는 전원 및 제어시스템(7)에 의해 제어된다. 상응하게, 외장 열음극 분산형 X선장치는 집속장치 연결장치(6)를 더 포함하며, 전원 및 제어시스템(7)은 집속전원(704)을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는 진공장치(8) 및 진공전원(705)을 더 포함할 수 있으며, 진공장치(8)는 진공펌프(801) 및 진공밸브(802)를 포함하고, 진공장치(8)는 진공박스(3)의 측벽에 장착된다. 진공펌프(801)는 진공전원(705)의 작용하에 작동되며, 진공박스(3) 내의 고진공을 유지하는데 사용된다. 일반적으로, 외장 열음극 분산형 X선장치의 작동시, 전자빔이 양극(2)을 충격하여 양극(2)이 발열하여 소량의 기체를 방출하며 진공펌프(801)를 사용하여 이 부분의 기체를 신속하게 펌핑하여 진공박스(3) 내부의 고진공도를 유지할 수 있다. 진공펌프(801)는 바람직하게 진공 이온펌프(vacuum ion pump)를 사용한다. 진공밸브(802)는 일반적으로 고온 베이킹에 저항력을 갖는 순금속 수동 게이트밸브(all metal manual gate valve)와 같은 순금속 진공밸브를 선택할 수 있다. 진공밸브(802)는 일반적으로 클러즈(close) 상태이다. 상응하게, 외장 열음극 분산형 X선장치의 전원 및 제어시스템(7)은 진공장치(8)의 진공전원(Vacc PS)(705)을 더 포함한다.

또한, 본 발명은 기타 구성의 전자방출유닛을 사용할 수도 있다. 도 7은 본 발명에 사용할 수 있는 다른 전자방출유닛의 구성을 나타낸 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전자방출유닛(1)은 가열 필라멘트(101A), 음극(102A), 그리드(103A), 절연 지지대(104A), 연결 고정부재(109A) 등으로 구성된다.

전자방출유닛(1)은 연결 고정부재(109A)를 이용하여 진공박스(3)의 벽과 전체적으로 밀봉된 구조를 구성하나 이에 한정되지 않으며, 전자방출유닛(1)을 진공박스(3)의 박스벽에 장착하고 그 전체를 진공박스(3) 외부(즉, 전자방출유닛(1)의 음극단(필라멘트(101A), 음극(102A), 그리드(103A)를 포함) 및 전자방출유닛(1)의 리드단(필라멘트 리드(105A), 그리드 리드(108A), 연결 고정부재(109A)를 포함)이 모두 진공박스(3)의 외부에 있음)에 위치하게 할 수만 있다면 다른 장착방식을 이용할 수도 있다. 전자방출유닛(1)은 가열 필라멘트(101A), 음극(102A), 그리드(103A), 절연 지지대(104A), 필라멘트 리드(105A), 연결 고정부재(109A)를 포함하며, 그리드(103A)는 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A), 그리드 리드(108A)로 구성된다. 음극(102A)과 가열 필라멘트(101A)가 연결되고, 가열 필라멘트(101A)로는 일반적으로 텅스텐 필라멘트가 사용되고, 음극(102A)으로는 일반적으로 열전자 방출능력이 강한, 예를 들어 산화바륨, 스캔데이트(scandate), 란타넘헥사보라이드(lanthanum hexaboride) 등과 같은 재료가 사용된다. 절연 지지대(104A)는 가열 필라멘트(101A) 및 음극(102A)을 감싸는 것으로서 전자방출유닛(1)의 하우징에 해당하며 절연재료가 사용되는 바 일반적으로 세라믹이 사용된다. 필라멘트 리드(105A)는 절연 지지대(104A)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 하단으로 인출되며(이에 한정되지 않고, 전자방출유닛(1)의 외부로 인출하기만 하면 됨) 필라멘트 리드(105A)와 절연 지지대(104A) 사이는 밀봉된 구성이다. 그리드(103A)는 절연 지지대(104A)의 상단에 장착되고(즉, 절연 지지대(104A)의 홀에 배치됨) 음극(102A)과 대향하며, 바람직하게 그리드(103A)와 음극(102A)의 중심이 상하로 정렬된다. 또한, 그리드(103A)는 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A), 그리드 리드(108A)를 포함하며, 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A), 그리드 리드(108A)는 모두 금속으로 형성되며, 일반적으로 그리드 프레임(106A)은 스테인리스강(stainless steel) 재료이고, 그리드 메쉬(107A)는 몰리브덴(molybdenum) 재료이며 그리드 리드(108A)는 코발(Kovar)(합금) 재료이다. 그리드 리드(108A)는 절연 지지대(104A)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 하단으로 인출되며(이에 한정되지 않고, 전자방출유닛(1)의 외부로 인출하기만 하면 됨) 그리드 리드(108A)와 절연 지지대(104A) 사이는 밀봉된 구성이다. 필라멘트 리드(105A)와 그리드 리드(108A)는 방출제어장치(703)에 연결된다.

또한, 구체적으로, 그리드(103A)의 구성에 있어서, 그 몸체 부분은 하나의 금속판(예를 들어, 스테인리스강 재료), 즉 그리드 프레임(106A)이며, 그리드 프레임(106A)의 중간에 홀이 형성되고 상기 홀의 형태는 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 상기 홀의 위치에 메탈 메쉬(예를 들어, 몰리브덴 재료), 즉 그리드 메쉬(107A)가 고정되며, 금속판의 어느 한 위치에서 한 가닥의 리드(예를 들면, 코발합금재료), 즉 그리드 리드(108A)를 인출하여 그리드(103A)를 하나의 전위에 연결할 수 있다. 또한, 그리드(103A)는 음극(102A)의 직 상방에 위치하며 그리드(103A)의 상기 홀의 중심과 음극(102A)의 중심은 맞추어지며(즉, 상하가 일직선에 위치함), 홀의 형상은 음극(102A)의 형상과 대응되며, 일반적으로 홀의 크기는 음극(102A)의 면적보다 작다. 그러나, 전자빔이 그리드(103A)를 통과할 수만 있다면 그리드(103A)의 구조는 상기 구조로 한정되지 않는다. 또한, 그리드(103A)와 음극(102A)은 절연 지지대(104A)를 통해 상대적으로 위치 고정된다.

또한, 구체적으로, 연결 고정부재(109A)의 구조에 있어서, 바람직하게는 그 몸체 부분은 하나의 원형 나이프 엣지 플랜지(circular knife edge flange)이고, 중간에 홀이 형성되며 상기 홀의 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 홀의 위치와 절연 지지대(104A)의 상단의 가장자리는 밀봉 연결, 예를 들어 용접 연결되고 나이프 엣지 플랜지의 가장자리에는 나사 홀이 형성되며 볼트 연결을 통해 전자방출유닛(1)을 진공박스(3)의 벽에 고정할 수 있으며 나이프 엣지와 진공박스(3)의 벽 사이는 진공 밀봉연결을 형성한다. 이는 착탈하기 편리한 구성이며 복수의 전자방출유닛(1) 중의 어느 하나가 고장이 발생할 경우 용이하게 교체될 수 있다. 특히, 연결 고정부재(109A)의 기능은 절연 지지대(104A)와 진공박스(3) 사이의 밀봉 연결을 구현하는 것이며, 여러가지 원활한 방식으로 구현될 수 있는바, 예를 들어 금속 플랜지의 아크 용접(transition welding by metal flange), 또는 유리의 고온 용융 밀봉연결, 또는 세라믹 금속화 후 금속과 용접하는 등의 방식이 있다.

또한, 전자방출유닛(1)은 원기둥형 구성일 수 있으며, 즉 절연 지지대(104A)는 원기둥형이고 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)는 동시에 원형 또는 직사각형일 수 있다. 도 8에는 원기둥형 전자방출유닛(1)의 평면도가 도시되어 있는 바, 도 8a는 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)가 동시에 원형인 구성을 도시한 것이고, 도 8b는 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)가 동시에 직사각형인 구성을 도시한 것이다. 또한, 원형 음극에 있어서, 음극(102A)의 표면에 생성된 전자의 더 좋은 집합 효과를 구현하도록 하기 위하여, 일반적으로 음극(102A)의 표면을 구면 원호형(도 10c에 도시된 바와 같이)으로 가공하는 것이 바람직하다. 음극(102A) 표면의 직경은 일반적으로 몇 mm, 예를 들어 직경이 2mm이며, 그리드 프레임(106A)에 장착된 그리드 메쉬(107A) 홀의 직경은 일반적으로 몇 mm, 예를 들어 직경이 1mm이다. 또한, 그리드(103A)에서 음극(102A) 표면까지의 거리는 일반적으로 영점 몇mm 내지 몇mm, 예를 들어, 2mm이다. 또한, 직사각형 음극에 있어서, 음극(102A)의 표면에 생성된 전자의 더 좋은 집합 효과를 구현하도록 하기 위하여, 일반적으로 바람직한 것은 원기둥면형이며 이는 좁은 변(narrow side) 방향의 전자빔이 더 집합되는데 유리하다. 일반적으로 원호면의 길이는 몇mm 내지 몇십mm이고 폭은 몇mm인 바, 예를 들어 길이는 10mm이고, 폭은 2mm이다. 이와 대응하게, 그리드 메쉬(107A)는 직사각형이며, 바람직하게 그 폭은 1mm, 길이는 10mm이다. 도 10에는 음극(102A)이 각각 평면 원형, 평면 직사각형, 구면 원호형, 원기둥면형인 4개 구성의 경우를 도시되어 있다.

또한, 전자방출유닛(1)은 직육면체형 구성일 수 있으며, 즉 절연 지지대(104A)는 직육면체이고, 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)는 동시에 원형 또는 직사각형일 수 있다. 도 9에는 직육면체형 전자방출유닛(1)의 평면도가 도시된 것으로, 도 9a는 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)가 동시에 원형인 구성을 도시한 것이고, 도 8b는 음극(102A), 그리드 프레임(106A), 그리드 메쉬(107A)가 동시에 직사각형인 구성을 도시한 것이다. 특히, 도 8 및 도 9 중의 사선 무늬는 각 다른 부재를 용이하게 구분하기 위한 것이지 단면을 나타내는 것이 아니다.

또한, 구체적으로, 그리드 메쉬(107A)의 구성에 있어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 평면형일 수도 있고 구면형일 수도 있으며, 또한 U형 그루브형일 수도 있으며, 바람직하게는 구면형이며, 이는 구면형 그리드 메쉬가 전자빔에 대해 더 좋은 집속 효과를 가지기 때문이다.

또한, 방출제어장치(703)가 인접된 전자방출유닛 중의 한 전자방출유닛의 그리드 상태만 변경하면, 동일한 시각에 인접된 전자방출유닛 중의 하나만 전자 방출을 진행하여 전자빔을 형성하면, 상기 전자방출유닛의 그리드 양측의 전기장은 상기 전자빔에 대해 자동적으로 집속하는 효과가 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 도면에서 전자방출유닛(1)과 양극(2) 사이의 화살표로 전자의 운동방향(전력선 방향의 반대방향)을 표시한다. 도 12에서, 양극(2)은 고전압 +160kV이고, 큰 전기장의 전자방출유닛(1)과 양극(2) 사이의 화살표는 모두 전자방출유닛(1)에서 양극(2)을 가리키는 바, 다시 말하면 전자방출유닛(1)이 전자빔을 방출하기만 하면 전자빔은 모두 양극(2)을 향해 운동한다. 전자방출유닛(1) 표면의 국부 전기장 상태를 살펴보면, 인접한 전자방출유닛(12, 13, 14)에서 전자방출유닛(13)의 그리드(103A)의 전압이 －500V에서 +2000V로 변화되면, 전자방출유닛(13)은 전자 방출상태로 변하며 인접한 전자방출유닛(12)과 전자방출유닛(14)의 그리드(103A)의 전압은 여전히 －500V이며, 전자방출유닛(12, 14)에 전자 방출이 존재하면, 전자는 전자방출유닛(12)과 전자방출유닛(14)의 그리드(103A)에서 전자방출유닛(13)의 그리드(103A)로 운동하지만, 전자방출유닛(12, 14)에 전자 방출이 없기에 전자방출유닛(13)에서 방출된 전자빔은 전자방출유닛(13)에서 인접된 전자방출유닛(12) 및 전자방출유닛(14)을 가리키는 전기장의 작용을 받아 압박되어 자동 집속효과를 가진다.

특히 유의할 것은, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는 고진공 상태에서 작동되며, 고진공을 획득 및 유지하는 방법은 아래와 같을 수 있는 바, 즉 진공박스(3) 내에서 양극(2)의 장착을 완성하고 진공박스(3)의 벽에서 고압전원 연결장치(4) 및 진공장치(8)의 밀봉 연결을 완성하며, 진공박스(3) 측벽의 전자방출유닛 연결위치에서 먼저 블라인드 플랜지(blind flange)로 밀봉하여 진공박스(3)가 전체적으로 하나의 밀봉 구성을 형성하게 한 후; 상기 구성을 진공로(vacuum furnace)에 넣어 베이킹하여 기체를 제거하며, 진공밸브(802)를 외부 진공 흡입시스템(external vacuum sucking system)에 연결하며, 이는 각 부재의 재료가 흡착한 기체를 제거하기 위한 것이며; 그 후, 상온 청결한 환경에서 진공밸브(802)에서 진공박스(3) 내로 질소 가스를 주입하여 보호 환경을 형성하며 다시 전자방출유닛 연결위치의 블라인드 플랜지를 열고 전자방출유닛을 장착하며, 이와 같이 하나하나 진행하며; 모든 전자방출유닛의 장착을 완성한 후, 진공밸브(802)를 외부 진공 흡입시스템에 연결하여 배기한 후 재차 베이킹 배기하여 진공박스(3)의 내부가 고진공으로 되도록 하며; 베이킹 배기하는 과정에 각 전자방출유닛의 음극을 활성화시킬 수 있으며; 베이킹 배기 완료 후 진공밸브(802)를 닫아 진공박스(3) 내부를 고진공으로 유지시키며; 외장 열음극 분산형 X선장치 작동 과정에서, 양극에서 배출된 소량의 기체는 진공펌프(801)에 의해 제거되고, 진공박스(3) 내부의 고진공을 유지한다. 어느 한 전자방출유닛이 손상되거나 수명에 이르러 교체되어야 할 경우, 진공밸브(802)에서 진공박스(3) 내부로 질소 가스를 주입하여 보호한다. 가장 짧은 시간 내에 교체하고자 하는 전자방출유닛을 탈착하고 새로운 전자방출유닛을 장착한다. 진공밸브(802)는 외부 진공 흡입장비에 연결되고 진공박스(3)를 진공으로 펌핑한다. 진공박스(3) 내부가 다시 고진공 상태로 되면, 진공밸브(802)를 닫아 진공박스(3) 내부를 고진공 상태로 유지시킨다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 전자방출유닛(1)은 진공박스(3)의 한 측벽에 배열될 수도 있고 진공박스(3)의 2개의 마주하는 측벽에 동일한 연장방향을 따라 동시에 배열될 수도 있다. 도 13에는 직선형 2열 대향 배치된 외장 열음극 분산형 X선장치의 구성이 도시되어 있는 바, 도 13a는 전자방출유닛(1)과 양극(2) 및 진공박스(3)의 위치관계를 나타낸 도면이고, 도 13b는 전자방출유닛(1)과 양극(2)의 위치관계를 나타낸 도면이다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 복수의 전자방출유닛(1)은 2열로 나누어 각각 진공박스(3)의 2개의 마주하는 측벽에 배치되고, 양극(2)은 진공박스(3) 내의 중간에 배치된다. 도 13b에 도시된 바와 같이, 양극(2)과 2열의 전자방출유닛(1)의 마주하는 면은 모두 경사면이며, 전자방출유닛(1)이 생성한 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)과 양극(2) 사이의 전기장에 의해 가속되고 양극(2)의 경사면을 충격하여 X선을 생성하며, 유용한 X선의 방출방향은 양극(2) 경사면의 경사방향이다. 2열의 전자방출유닛(1)이 대향 배치되므로, 양극(2)은 2개의 경사면을 가지며 2개의 경사면이 생성한 X선은 동일한 방향을 향해 방출된다.

또한, 특히 유의할 것은, 다른 응용 수요를 만족하기 위하여, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는 직선형의 배열일 수도 있고, 원호형의 배열일 수도 있다. 도 14에는 본 발명에 따른 원호형 외장 열음극 분산형 X선장치의 전자방출유닛(1)과 양극(2)의 위치관계의 예시도가 도시되어 있다. 2열의 전자방출유닛(1)은 원주를 따라 배치되고, 각각 진공박스(3)의 2개의 마주하는 측면에 배치되며 이 2개 측면은 상호 평행되고, 전자방출유닛(1)이 배열된 연장방향은 원호이며, 배치된 라디안 크기는 수요에 따라 확정할 수 있다. 양극(2)은 진공박스(3) 내의 중가에 배치되는 바, 즉 2열의 마주하는 전자방출유닛(1)의 중간에 배치되며, 양극(2)의 2열의 전자방출유닛(1)과 마주하는 표면은 모두 경사면이고, 두 경사면의 경사방향은 모두 원호의 중심(O)을 가리킨다. 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)의 상면에서 방출되어, 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이의 고압 전기장에 의해 가속되어 최종적으로 양극(2)을 충격하여 양극(2)의 2개 경사면에서 2열의 원호형으로 배열된 일련의 X선 타겟점을 형성하며, 유용한 X선의 방출방향은 원호의 중심을 가리킨다. 원호형 외장 열음극 분산형 X선장치의 진공박스(3)에 있어서, 전자방출유닛(1)의 배치 및 양극(2)의 형상에 대응하게 원호형이며, 또는 고리 모양으로 칭한다. 원호형 외장 열음극 분산형 X선장치의 방출한 X선은 모두 원호의 원심(center of arc)을 가리켜서, 방사선원(source of ray)이 원형으로 배열되여야 하는 경우에 응용될 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 외장 열음극 분산형 X선장치에서 각 전자방출유닛의 배열은 직선형일 수도 있고, L형 또는 U형 등과 같은 분단 직선형일 수도 있으며, 또한 각 전자방출유닛의 배열은 원호형일 수도 있고, 분단 원호형일 수도 있는바, 예를 들어 다른 직경의 원호형 부분이 연결되어 형성된 곡선 또는 직선 부분과 원호 부분의 조합 등일 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 각 전자방출유닛의 배열 간격은 균일할 수도 있고, 균일하지 않을 수도 있다.

또한, 본 발명은 2차원 어레이 분포 방식을 적용하여 전자방출유닛을 구성할 수도 있으며, 이로 부터 2차원 어레이 분산형 X선장치를 얻을 수 있다. 도 15, 도 16에 도시된 바와 같이, 2차원 어레이 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1)(적어도 4개, 이하 구체적으로 전자방출유닛(11a, 12a, 13a, 14a, ...), 전자방출유닛(11b, 12b, 13b, 14b, ...)으로 칭하기도 함)을 구비하며, 전자방출유닛은 전술한 전자방출유닛 중의 어느 한 종류일 수 있으며, 양극(2)은 양극판(201)과, 양극판(201)에 장착되어 전자방출유닛(1)과 대응하여 배열된 복수의 타겟(202)으로 구성되나, 양극(2)은 상기 구성에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 일반적인 양극이면 된다. 또한, 복수의 전자방출유닛(1)은 2차원 배열 방식으로 진공박스(3)의 한 측벽에 배치되고 양극판(201)이 위치한 평면과 상호 평행하다. 또한, 전술한 바와 같이, 전자방출유닛(1)은 전체적으로 진공박스(3)의 외부에 위치하고, 양극(2)은 진공박스(3)의 내부에 구비된다.

도 15는 전자방출유닛(1)과 양극(2)의 공간 배치의 구성을 나타낸(여기서, 진공박스(3)의 도시는 생략) 예시도이다. 전자방출유닛(1)은 2열로 나누어 하나의 평면(즉, 진공박스(3)의 한 측벽)에 배치되고 전후 열의 전자방출유닛(1)은 교차 배열되나(도 15 참조) 이에 한정되지 않으며, 전후 열의 전자방출유닛이 교차 배열되지 않아도 된다. 양극(2) 상의 타겟(202)과 전자방출유닛(1)은 각각 서로 대응되고, 타겟(202)의 윗면(upper surface)은 전자방출유닛(1)을 가리키며, 전자방출유닛(1)의 중심과 타겟(202)의 중심의 연결선은 양극판(201)의 평면에 수직하며, 이 연결선은 전자방출유닛(1)이 방출한 전자빔(E)의 운동경로이기도 하다. 전자는 타겟을 충격하여 X선을 생성하며, 유용한 X선의 방출방향은 양극판(201)의 평면에 평행하며, 각 유용한 X선은 서로 평행하다.

도 16은 양극(2)의 구성을 도시한 것이다. 양극(2)은 양극판(201)과, 2차원 어레이로 분포된 복수의 타겟(202)을 포함한다. 양극판(201)은 평판이고 금속 재료로 형성되며, 바람직하게 내고온 금속재료로 형성되며, 전자방출유닛(1)의 상면이 구성하는 평면과 완전히 평행하며, 양극(2)에 정의 고압이 인가, 일반적으로 몇십kV 내지 몇백kV, 대표적으로 예를 들어 180kV가 인가되었을 경우, 양극판(201)과 전자방출유닛(1) 사이에 평행한 고압 전기장이 형성된다. 타겟(202)은 양극판(201)에 장착되며, 그 위치는 각각 전자방출유닛(1)의 위치와 대응하는 방식으로 배치되며, 타겟(202)의 표면은 일반적으로 내고온 중금속재료, 예를 들어 텅스텐 또는 텅스텐 합금이 사용된다. 타겟(202)은 원추대 구성이고 높이는 일반적으로 몇mm, 예를 들어 3mm이며, 직경이 비교적 큰 밑면은 양극판(201)과 연결되고 윗면의 직경이 비교적 작은 바, 일반적으로 몇mm, 예를 들어 2mm이며, 윗면은 양극판(201)과 평행하지 않고 일반적으로 몇도 내지 십몇도의 작은 협각을 이루어 전자가 타겟을 충격하여 생성한 유용한 X선을 방출하도록 한다. 모든 타겟(202)은 윗면의 경사진 방향이 일치하도록 배치되며, 즉 모든 유용한 X선의 방출방향은 일치한다. 타겟의 이러한 구성 설계는 양극판(201)에서 돌출된 작은 돌기에 해당하며, 양극판(201) 표면의 국부 전기장 분포를 변경하여 전자빔이 타겟을 충격하기 전에 자동적으로 집속하는 효과가 있도록 하고, 타겟점이 작아지도록 하며, 이미지 품질을 향상하는데 유리하다. 양극의 설계에서, 양극판(201)은 일반적인 금속이 사용되고, 타겟(202)의 표면만 텅스텐 또는 텅스텐 합금이 사용되기에 원가를 낮춘다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛은 그리드와 음극이 분리된 구성일 수 있다. 도 17에는 그리드와 음극이 분리된 전자방출유닛 어레이가 도시된 것이다. 도 17에서, 평판 그리드(9)는 절연 골격판(insulating framework plate)(901), 그리드판(902), 그리드 메쉬(903), 그리드 리드(904)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 그리드판(902)은 절연 골격판(901)에 구비되고, 그리드 메쉬(903)는 그리드판(902)에 형성된 홀의 위치에 구비되며, 그리드 리드(904)는 그리드판(902)에서 인출된다. 음극 어레이(10)는 복수의 음극 구성이 긴밀히 배열되어 구성되며, 각 음극 구성은 필라멘트(1001), 음극(1002), 절연 지지대(1004)로 구성된다. 평판 그리드(9)는 음극 어레이(10)의 상부에 위치하고 양자의 거리는 매우 작은 바, 일반적으로 몇mm, 예를 들어 3mm이다. 그리드판(902), 그리드 메쉬(903), 그리드 리드(904)로 구성되는 그리드 구성은 음극 구성과 서로 각각 대응되며, 수직방향에서 관찰하면 각 그리드 메쉬(903)의 원심과 각 음극(1002)의 원심은 둘둘씩 중첩된다.

또한, 도 17b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 그리드 구성은 각 그리드 리드가 독립적으로 인출되고, 그리드제어 장치에 의해 독립적으로 상태 제어되는 구성일 수 있다. 음극 어레이(10)의 각 음극(1002)은 동일한 전위(예를 들어, 그라운드)에 있을 수 있으며, 각 그리드는 부의 몇백 볼트와 정의 몇천 볼트 사이에서 전환되는 바, 예를 들어 －500V과 +2000V 사이에서 전환되어 각 전자방출유닛의 작동 상태를 제어하는 바, 예를 들어 어느 그리드가 어느 시각에 －500V이면 상기 그리드와 대응하는 음극 사이의 전기장은 부의 전기장이고, 음극에서 방출된 전자는 음극의 표면에 제한되며, 다음 시각에 그리드 전압이 +2000V로 변하면 상기 그리드와 대응하는 음극 사이의 전기장은 정의 전기장으로 변하며, 음극에서 방출된 전자는 그리드로 운동하고 그리드 메쉬를 통과하여 그리드와 양극 사이의 가속 전기장에 방출되며 가속화되어 최종적으로 양극을 충격하여 대응하는 타겟 위치에서 X선을 생성한다.

또한, 도 17c에 도시된 바와 같이, 그리드는 각 그리드 리드가 병렬 연결되고 동일한 전위에 있으며, 필라멘트 전원에 의해 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 모든 그리드는 －500V이고 각 음극 필라멘트는 독립적으로 인출되며, 각 음극 필라멘트의 양 단자 사이의 전압차는 일정하고, 각 음극의 전체 전압은 0V와 －2500V의 2개 상태 사이에서 전환된다. 어느 시각에 음극이 0V 전위이면 그리드와 음극 사이는 부의 전기장이고, 음극에서 방출된 전자는 음극의 표면에 제한되며, 다음 시각에 음극 전압이 -2500V로 변하면 그리드와 대응하는 음극 사이의 전기장은 정의 전기장으로 변하며, 음극에서 방출된 전자는 그리드로 운동하고 그리드 메쉬를 통과하여 그리드와 양극 사이의 가속 전기장에 방출되며 가속화되어 최종적으로 타겟을 충격하여 대응하는 타겟 위치에서 X선을 생성한다.

또한, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에서, 각 전자방출유닛의 필라멘트 리드는 각각 독립적으로 필라멘트 전원의 각 출력단에 연결될 수도 있고, 직렬 연결된 후 전체적으로 필라멘트 전원의 한 출력단에 연결될 수도 있다. 도 18은 전자방출유닛의 필라멘트 리드가 필라멘트 전원에 직렬 연결되는 예시도이다. 전자방출유닛의 필라멘트 리드가 직렬 연결된 시스템에서, 일반적으로 음극은 모두 동일한 전위이며, 각 그리드 리드는 독립적으로 인출되어야 하며 그리드 제어장치를 통해 전자방출유닛의 작동상태를 제어한다.

또한, 본 발명에서, 전자 방출 유닛의 어레이는 2열일 수도 있고, 복수의 열일 수도 있다.

또한, 본 발명에서, 양극의 타겟은 원추대형 구성일 수도 있고, 원기둥 구성일 수도 있으며, 사각대(quadrate platform) 구성일 수도 있고, 다각뿔대 구성 또는 기타 다각형 돌기 또는 기타 불규칙적인 돌기 등의 구성일 수도 있다.

또한, 본 발명에서, 양극의 타겟의 윗면은 평면일 수도 있고, 경사면일 수도 있으며, 구면 또는 기타 불규칙적인 표면일 수도 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛의 2차원 어레이 배치는 두 방향이 모두 직선으로 연장되거나, 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 원호로 연장되거나, 또는 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 분단 직선으로 연장되거나, 또는 한 방향은 직선으로 연장되고 다른 한 방향은 분단 원호형으로 연장될 수 있는 등의 여러 가지 조합 형식이 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛의 2차원 어레이 배치는 두 방향의 간격이 균일하게 마련되거나, 또는 각 방향의 간격이 균일하고 두 방향의 간격이 불일치하게 마련되거나, 또는 한 방향의 간격이 균일하고 다른 한 방향의 간격이 불균일하게 마련되거나, 또는 두 방향의 간격이 모두 불균일하게 마련될 수도 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛은 곡면 어레이 분포 방식으로 구비되어, 이에 따라 곡면 어레이 분산형 X선장치를 얻을 수 있다. 도 19는 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 20은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부 구성의 단면을 나타낸 예시도이다. 도 21은 본 발명에 따른 양극의 다른 구성을 나타낸 예시도이다.

도시된 바와 같이, 복수의 전자방출유닛(1)(적어도 4개, 이하 구체적으로 전자방출유닛(11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b...)으로도 칭함)은 곡면에서 축선 방향을 따라 축선(O)을 향해 복수 열로 배열되며, 또한 양극(2)은 곡면의 축선(O) 상에 배치된다. 또한, 전술한 바와 같이, 전자방출유닛(1)은 진공박스(3)의 박스벽에 장착되고, 전체적으로 진공박스(3)의 외부에 위치되나 양극(2)은 진공박스(3)의 내부에 장착된다.

또한, 상술한 곡면은 원기둥면(cylinder surface)과 원환면(annulus surface)을 포함한다. 도 20은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부 구성의 단면을 나타낸 예시도이며, 구체적으로 도 20은 원기둥면 어레이 분산형 X선장치의 내부 구성의 예시도를 도시한 것이다. 전자방출유닛(1)은 원기둥면에서 축선 방향을 따라 복수 열로 배열되며, 전자방출유닛(1)의 상면(전자 방출면)은 축선(O)과 대향한다. 양극(2)은 원기둥의 축선(O) 상에 배치된다. 일반적으로, 전자방출유닛(1)은 동일한 저전위이고, 양극(2)은 고전위이며, 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이에 정의 전기장을 구성하며, 전기장은 각 전자방출유닛(1)의 표면에서 양극(2)의 축선을 향해 집합되며, 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)에서 양극(2)의 축선으로 운동하여 양극(2)을 충격하여 최종적으로 X선을 생성한다.

또한, 상술한 전자방출유닛(1)은 곡면에서 축선방향을 따라 축선을 향해 복수 열로 배열되며, 복수 열의 전자방출유닛은 전후 열이 정렬될 수도 있고, 바람직하게는 전후 열 위치가 엇갈려 각 전자방출유닛이 생성한 전자빔이 양극을 충격하는 위치가 중첩되지 않도록 한다.

또한, 양극(2)은 냉각제가 내부에서 유동하도록 중공 파이프(hollow pipe) 형상의 구성을 구비한다. 도 21에는 본 발명의 양극 및 그 지지대의 구성이 도시되어 있다. 양극(2)은 양극 지지대(201A), 양극 파이프(202A), 양극 타겟면(203A)으로 구성된다. 양극 지지대(201A)는 양극 파이프(202A)에 장착되어 고압전원 연결장치(4)의 상단부(top end)(작은 단부(small end))와 연결되며, 양극(2)을 지지 및 고정하는데 사용된다. 양극 파이프(202A)(pipe)는 양극(2)의 몸체 구조이며 양단은 각각 2개의 냉각 연결장치(9A)의 일단과 연결되며, 내부는 냉각 연결장치(9A)와 연통되어 냉각제가 순환 유동하는 통로로 된다. 양극 파이프(202A)는 일반적으로 내고온 금속재료가 사용되고, 다양한 구성 방식이 있으며, 바람직하게는 원형 파이프이다. 또한, 경우에 따라, 예를 들어 양극의 열출력이 비교적 작을 경우, 양극(2)은 비 중공 파이프의 기둥형상일 수도 있다. 또한, 양극 타겟면(203A)은 전자빔이 양극 파이프(202A)를 충격하는 위치이며, 세부 구성상 여러가지 설계가 있는 바, 예를 들어 도 21a에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202A)의 바깥원면은 전자빔의 충격 위치이며, 이러한 경우, 양극 파이프(202A)는 전체적으로 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내고온 중금속재료가 사용되며, 도 21b에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202A)의 바깥원은 일부가 절단(cutting)되어 하나의 작은 빗면(sloping plane)을 형성하며, 상기 빗면은 전자빔의 충격 위치로 되며, 상기 빗면의 경사방향은 유용한 X선의 방출방향이며, 이러한 구조설계는 유용한 X선을 일치하는 방향으로 인출하는데 유리하며, 바람직하게는 도 21c에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202A)의 외면에 양극 타겟면(203A)이 별도로 설계되고, 양극 타겟면(203A)은 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내고온 중금속재료가 사용되며, 두께는 20μm(마이크로미터)보다 작지 않으며, 전기 도금, 부착, 용접 또는 기타 방식을 통해 양극 파이프(202A)의 가장자리의 가공된 작은 빗면에 고정되며, 이러한 경우 양극 파이프(202A)는 일반적인 금속재료가 사용될 수 있으므로 원가를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상술한 축선은 직선일 수도 있고 원호일 수도 있으며 전체적으로 직선형(linear) 분산형 X선장치 또는 고리 모양(annular)의 분산형 X선장치로 되어, 다른 응용 수요를 만족할 수 있다. 도 22에는 고리 모양으로 분포된 전자방출유닛과 양극 배치의 효과도가 도시되어 있다. 양극(2)은 하나의 평면 원주 상에 배치되고 전자방출유닛(1)은 양극(2)의 하부에 배치되며, 2열의 전자방출유닛(1)은 양극(2)의 방향을 따라 원주로 배열되며, 동시에 양극(2)의 중심을 축선으로 하는 원호면 상에 배열되는 바, 즉 각 전자방출유닛(1)의 표면은 양극(2)의 축선을 가리킨다. 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)에서 방출되어 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이의 고압 전기장에 의해 가속되어 양극(2)의 아래 가장자리 타겟면을 충격하여 양극(2)에 원형으로 배열된 어레이 X선 타겟점을 형성하며 유용한 X선의 방출방향은 모두 양극(2)이 위치한 원주의 중심을 가리킨다. 고리 모양 분산형 X선장치의 진공박스(3)는 그 내부의 전자방출유닛(1)의 배치 및 양극(2)의 형상과 대응하게 고리모양의 구성이다. 고리모양 분산형 X선장치는 하나의 완전한 고리모양일 수도 있고, 한 부분의 고리모양일 수도 있으며, 방사선원이 원형으로 배열되는 것을 필요로 하는 경우에 응용될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛의 어레이는 2열일 수도 있고, 복수의 열일 수도 있다.

또한, 본 발명 중의 전자방출유닛에 대한 설명에서, '독립'은 각 전자방출유닛이 독립적으로 전자빔을 방출하는 능력을 구비함을 가리키며, 구체 구성 상 분리된 구성일 수도 있고, 어떤 관련된 구성일 수도 있다.

또한, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치의 설명에서, '곡면'은 다양한 형식의 곡면, 원기둥면, 원환면, 타원면 또는 분단 직선으로 구성된 곡면(예를 들어, 정다각형 기둥면 또는 분단 원호로 구성된 곡면 등)을 포함하며, 바람직하게는 전술한 바와 같은 원기둥면과 원환면이다.

또한, 본 발명 중 양극 배치 위치에 대한 설명에서, '축선'은 전자방출유닛이 배치된 다양한 형식의 곡면의 실제의 축선 또는 형식상의 축선을 가리키며, 예를 들어 원기둥면의 축선은 원기둥의 중심 축선을 가리키고, 원환면의 축선은 원환 내부의 중심 축선을 가리키며, 타원 곡면의 축선은 상기 부분의 타원에 근접한 근축 축선을 가리키고, 정다각형 기둥면의 축선은 정다각형의 중심이 구성한 축선을 가리킨다.

또한, 본 발명에서, 양극 내부 파이프 단면은 원형 홀, 사각형 홀, 다각형 홀, 방열핀(heat dispersion fin)을 구비한 구성의 내접 기어 형태의 홀 또는 방열 면적을 증가할 수 있는 기타 형태일 수 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛의 곡면 어레이 배치는 한 배열 방향에서 곡선이고, 다른 한 배열 방향에서 직선, 분단 직선, 원호 선, 분단 원호 선, 또는 직선 선분(line segments)과 원호 선분(arc segments) 부분의 조합일 수 있다.

또한, 본 발명에서, 전자방출유닛의 곡면 어레이 배치는 두 방향의 간격이 균일하게 마련되거나, 또는 각 방향의 간격이 균일하나 두 방향의 간격이 불일치하게 마련되거나, 또는 한 방향의 간격이 균일하고 다른 한 방향의 간격이 불균일하게 마련되거나, 또는 두 방향의 간격이 모두 불균일하게 마련될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 진공박스의 외형은 전체적으로 직육면체(cuboid body) 형상일 수도 있고, 원기둥(cylinder body) 형상일 수도 있으며, 원환체(annulus body) 형상일 수도 있고, 기타 전자방출유닛과 양극의 상대적 배치 관계에 영향주지 않는 기타 구성일 수도 있다.

(시스템의 구성)

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1), 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 방출 제어장치 연결장치(5), 집속장치 연결장치(6), 진공장치(8) 및 전원 및 제어시스템(7)으로 구성된다. 복수의 전자방출유닛(1)은 선형 어레이로 배열되어 진공박스(3)의 한 측벽에 장착되며, 각 전자방출유닛(1)은 서로 독립되며, 스트립 형태의 양극(2)은 진공박스(3) 내의 중간착되고 선형 배열 방향에서 양극(2)과 전자방출유닛(1)의 배열선은 서로 평행하며, 선형 배열의 수직단면(vertical cross section)에서 양극(2)과 전자방출유닛(1)의 상면은 하나의 작은 협각을 형성한다. 전자방출유닛(1)은 가열 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(107), 절연 지지대(103), 집속 전극(104), 집속부분(109), 연결 고정부재(105), 필라멘트 리드(106), 그리드 리드(108), 집속장치(110)를 포함한다. 고압전원 연결장치(4)는 진공박스(3)의 측벽에 장착되고, 내부는 양극(2)과 연결되며, 외부는 플러그 가능한 형식으로 고압 케이블을 연결한다. 방출제어장치 연결장치(5)는 각 전자방출유닛(1)의 필라멘트 리드(106) 및 그리드 리드(108)를 방출 제어장치(703)의 각 방출제어유닛에 연결한다. 진공장치(8)는 진공박스(3)의 측벽에 장착되며, 진공장치(8)는 진공펌프(801) 및 진공밸브(802)를 포함한다. 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 방출제어장치(703), 집속전원(704), 진공전원(705) 등의 복수의 모듈을 포함하며, 전력 케이블 및 제어 케이블을 통해 시스템의 복수의 전자방출유닛(1)의 가열 필라멘트(101), 그리드(107) 및 양극(2), 진공장치(8) 등의 부재와 연결된다. 여기서, 방출제어장치(703)는 복수의(전자방출유닛(1)의 개수와 동일) 동일한 방출제어유닛으로 구성되며, 각 방출제어유닛은 부 고압모듈(70301), 직류모듈(70302) (direct current module), 고압 절연변압기(70303), 부 편압모듈(70304), 정 편압모듈(70305), 선택 스위치(70306)로 구성된다.

(작동원리)

본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치에서, 전원 및 제어시스템(7)은 집속전원(704), 방출제어장치(703) 및 고압전원(702)을 제어한다. 방출제어장치(703)의 각 유닛이 작동을 시작하면, 부 고압모듈(70301)은 부의 고압을 생성하여 고압 절연변압기(70303)의 1차측으로 출력하여 고압 절연변압기(70303)의 2차측의 한 조의 병렬단이 고압에 플로팅되도록 하는 바, 즉 직류모듈(70302), 부 편압모듈(70304), 정 편압모듈(70305), 선택 스위치(70306)는 모두 하나의 동일한 부의 고압이며, 직류모듈(70302)은 하나의 상기 부의 고압에 플로팅된 직류전류를 생성하여 가열 필라멘트(101)에 공급하며, 가열 필라멘트(101)는 음극(102)을 고온(예를 들어, 500~2000℃) 방출상태에 이르도록 가열하며, 음극(102)은 그 표면에 대량의 전자를 생성한다. 부 편압모듈(70304) 및 정 편압모듈(70305)은 각각 하나의 부의 고압에 플로팅된 부전압과 정전압을 생성하며, 선택 스위치(70306)는 일반적으로 부전압을 그리드(107)에 게이팅 연결시킨다. 전자방출유닛(1) 내에서, 필라멘트(1), 음극(102) 및 그리드(107)는 모두 부의 고압이고, 일반적으로 부의 몇kV 내지 부의 몇십kV이며, 집속 전극(104)은 집속부분(109)을 연결하며 연결 고정부재(105)에 의해 진공박스(3)의 측벽에 연결되어 그라운드 전위이며, 따라서 그리드(107)와 집속 전극(104) 사이에 하나의 작은 가속 전기장을 형성한다. 그러나, 그리드(107)는 음극(102)에 비해 하나의 더욱 낮은 부전압을 가지므로 음극(102)이 생성한 전자는 그리드(107)를 통과하지 못하고, 그리드(107)에 의해 음극(102)의 표면에 제한된다. 고압전원(702)은 양극(2)을 매우 높은 정의 고압이 되도록 하고, 일반적으로 정의 몇십kV 내지 몇백kV이며, 전자방출유닛(1)(즉, 진공박스(3)의 측벽, 일반적으로 그라운드됨)과 양극(2) 사이에 큰 정의 가속 전기장을 형성한다.

X선을 생성하여야 할 경우, 전원 및 제어시스템(7)은 명령 또는 기 설정한 프로그램에 따라 방출제어장치(703)의 어느 한 방출제어유닛의 선택 스위치 (70306)의 출력을 부전압에서 정전압으로 전환시켜서, 타임 시퀀스에 따라 각 전자방출유닛(1)과 각각 연결된 각 방출제어유닛의 선택 스위치 (70306)의 출력 신호를 변환한다. 예를 들어, 시점 1에서, 방출제어장치(703)의 제1방출 제어유닛의 선택 스위치(70306)의 출력은 부전압에서 정전압으로 전환되고, 이에 대응되는 전자방출유닛(11) 내에서 그리드(107)와 음극(102) 사이의 전기장은 양의 전기장으로 변하며, 전자는 음극(102)의 표면에서 그리드(107)로 운동하며, 그리드 메쉬를 통과하여 그리드(107)와 집속 전극(104) 사이의 가속 전기장에 진입하여 1차 가속되며, 집속 전극(104)의 노즈콘 형태(shape of nose cone)는 전자빔이 1차 가속과정에서 자동적으로 집속되도록 하며, 전자빔의 직경은 작아지고, 전자빔은 집속부분(109) 내부에 진입 후, 외부 집속장치(110)가 인가한 집속 자기장의 작용을 받아 전자빔의 직경이 더 작아지도록 한다. 작은 직경의 전자빔은 연결 고정부재(105) 중심의 홀을 통해 진공박스(3) 내부로 진입하여 전자방출유닛(11)과 양극(2) 사이의 큰 가속 전기장에 의해 가속되어 에너지를 얻어 양극(2)을 충격하여 양극(2)에 하나의 타겟점(21)을 생성하고, 타겟점(21)의 위치에서 X선을 방출한다. 시점 2에서, 방출제어장치(703)의 제2방출 제어유닛의 선택 스위치(70306)의 출력은 부전압에서 정전압으로 전환되며, 이에 대응되는 전자방출유닛(12)은 전자를 방출하여 양극(2)에서 타겟점(22)을 생성하고, 타겟점(22)의 위치에서 X선을 방출한다. 시점 3에서, 방출제어장치(703)의 제3방출 제어유닛의 선택 스위치(70306)의 출력은 부 전압에서 정 전압으로 전환되며, 이에 대응되는 전자방출유닛(13)은 전자를 방출하여 양극(2)에서 타겟점(23)을 생성하고, 타겟점(24) 위치에서 X선을 방출한다. 이와 같이 타겟점(24)의 위치에서 X선을 방출한 다음, 타겟점(25)의 위치에서 X선을 방출하며, 순환적으로 반복한다. 따라서, 전원 및 제어시스템(7)은 방출제어장치(703)를 이용하여 각 전자방출유닛(1)이 예정된 타이밍에 따라 번갈아 작동하여 전자빔을 방출하도록 하며, 양극(2)의 다른 위치에서 번갈아 X선을 생성하여 분산형 X선원으로 된다.

또한, 양극(2)이 전자빔의 충격을 받아 배출한 기체는 진공펌프(801)에 의해 실시간으로 펌핑되므로 진공박스(3) 내부는 고진공을 유지하며, 이는 장기간 안정적으로 운행하는데 유리하다. 전원 및 제어시스템(7)은 기 설정한 프로그램에 따라 각 부재를 구동시켜 협동하여 작동하도록 각 전원을 제어하는 외에, 동시에 통신 인터페이스 및 맨-머신 인터페이스(Man Machine Interface)를 통해 시스템의 관건적인 파라미터를 수정 및 설정하며, 프로그램을 업데이트하고 자동 제어 조절을 진행한다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선장치를 CT장비에 적용하여 시스템 안정성 및 신뢰성이 우수하고, 검사효율이 높은 CT장비를 얻을 수 있다.

(효과)

본 발명은 광원장비에서 예정된 순서에 따라 초점 위치를 주기적으로 변환하는 X선을 생성하는 외장 열음극 분산형 X선장치를 제공한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극을 적용하여 기타 설계에 비해 방출 전류가 크고 수명이 긴 장점이 있다. 또한 복수의 전자방출유닛이 각각 독립적으로 진공박스에 고정되고, 소형의 2 전극 또는 3전극 전자총을 직접 사용할 수 있어 기술이 성숙되고, 원가가 낮으며 응용이 원활하다. 또한 스트립형 큰 양극의 설계를 적용하여 양극 과열문제를 효과적으로 완화하고 광원의 전력을 향상하는데 유리하며, 전자방출유닛은 직선으로 배열되어 전체적으로 직선형 분산형 X선장치를 형성할 수도 있고, 고리모양으로 배열되어 전체적으로 고리모양의 분산형 X선장치를 형성할 수도 있기에 응용이 원활하다. 또한, 집속 전극의 설계 및 외부 집속장치의 설계를 통해 전자빔은 극히 작은 초점을 구현할 수 있다. 또한, 기타 분산형 X선광원 장비에 비해, 본 발명은 전류가 크고 타겟점이 작으며 타겟점 위치 분포가 균일하고, 반복성이 좋으며, 출력 전력이 높고 구성이 간단하며, 제어가 편리하고 원가가 낮다.

또한, 본 발명의 외장 열음극 분산형 X선광원을 CT장비에 적용하면, 광원을 이동할 필요가 없이 다시각을 생성할 수 있으므로, 슬립 링 운동을 생략할 수 있으며, 구성을 간소화하고 시스템 안전성, 신뢰성을 향상하며, 검사 효율을 향상시키는데 유리하다.

이상 본 출원의 발명을 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 상술한 실시방식에 대해 각종 조합 및 각종 변경을 진행할 수 있음을 이해하여야 한다.

1: 전자방출유닛 2: 양극
3: 진공박스 4: 고압전원 연결장치
5: 방출제어장치 연결장치 6 집속장치 연결장치
7: 전원 및 제어시스템 8: 진공장치
E: 전자빔 X: X선 O: 원호의 원심
101: 가열 필라멘트 102: 음극
103: 절연 지지대 104: 집속 전극
105: 연결 고정부재 106: 필라멘트 리드
107: 그리드 108: 그리드 리드
109: 집속부분 110: 집속장치
701: 제어시스템 702: 고압전원
703: 방출제어장치 704: 집속전원
70301: 부 고압모듈 70302: 직류모듈
70303: 고압절연변압기 70304: 부 전압모듈
70305: 정 전압모듈 70306: 스위치모듈
801: 진 펌프 802: 진공밸브

Claims

X선장치에 있어서,
4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스;
각 전자방출유닛이 서로 독립되고 선형 어레이로 배열되어 상기 진공박스의 측벽에 장착되는 복수의 전자방출유닛; 및
상기 진공박스 내부의 중간위치에 장착되며, 길이방향에서 상기 전자방출유닛의 배열방향과 평행하고, 폭방향에서 상기 전자방출유닛의 장착면과 예정된 각도의 협각을 형성하는 양극;을 구비하고,
상기 복수의 전자방출유닛은 상기 진공박스의 측벽에서 2차원 배열로 배치되고, 상기 각 전자방출유닛의 전체가 상기 진공박스 외부에 위치되며,
상기 전자방출유닛으로부터의 전자빔은 상기 양극을 충격하여 상기 양극의 타겟점 위치에서 X선을 방출하고,
상기 전자방출유닛은 2차원 배열 방식으로 상기 진공박스의 2개의 마주하는 측벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 각 전자방출유닛의 전체는 상기 진공박스의 외부에 위치하고, 상기 전자방출유닛으로부터의 전자빔은 상기 양극을 충격하여 상기 양극의 타겟점 위치에서 X선을 방출하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
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제1항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛은 곡면에서 상기 곡면의 축선 방향을 따라 상기 축선을 향해 복수 열로 배열되도록 상기 진공박스의 측벽에 배치되고, 상기 각 전자방출유닛의 전체가 상기 진공박스 외부에 위치되며,
상기 양극은 금속으로 구성되고, 상기 축선 상에 배치되도록 상기 진공박스 내부의 중간 위치에 배치되며,
상기 전자방출유닛으로부터의 전자빔은 상기 양극을 충격하여 상기 양극의 타겟점 위치에서 X선을 방출하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 X선장치는,
상기 양극과 연결되는 고압전원; 상기 복수의 전자방출유닛의 각각과 연결되는 방출제어장치; 및 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템;을 더 구비하고,
상기 전자방출유닛은,
가열 필라멘트; 상기 가열 필라멘트와 연결되는 음극; 상기 가열 필라멘트의 양단에서 인출되는 필라멘트 리드; 상기 가열 필라멘트 및 상기 음극을 감싸는 절연 지지대; 상기 음극의 상부에 위치하도록 상기 절연 지지대의 상단부에 배치되는 집속 전극; 및 상기 집속 전극의 상부에 배치되어 상기 진공박스의 박스벽과 밀봉 연결되는 연결 고정부재;를 구비하며,
상기 필라멘트 리드는 상기 절연 지지대를 관통하여 상기 방출제어장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항에 있어서,
상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결하고, 상기 진공박스의 상기 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착되는 고압전원 연결장치;
상기 가열 필라멘트와 상기 방출제어장치를 연결하는 방출제어장치 연결장치;
상기 전원 및 제어시스템 내부에 포함되는 진공전원; 및
상기 진공박스의 측벽에 장착되고 상기 진공전원을 이용하여 작동되며, 상기 진공박스 내부의 고진공을 유지하는 진공장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항에 있어서,
상기 전자방출유닛은 상기 음극과 대향하도록 상기 음극의 상부에 배치되고, 상기 음극과 상기 집속 전극 사이에 장착되며 음극과 인접하는 그리드; 및 상기 그리드와 연결되고, 상기 절연 지지대를 관통하여 상기 방출제어장치와 연결되는 그리드 리드;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항에 있어서,
상기 전자방출유닛은 상기 집속 전극과 상기 연결 고정부재 사이에 장착되는 집속부분; 및 상기 집속부분을 감싸도록 배치되는 집속장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제9항에 있어서,
상기 전원 및 제어시스템 내부에 포함되는 집속전원; 및 상기 집속장치와 상기 집속전원을 연결하는 집속장치 연결장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 전자방출유닛은 2열로 나누어 상기 진공박스의 2개의 마주하는 측벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 진공박스는 유리 또는 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 진공박스는 금속재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛은 직선형 또는 분단 직선형(segmental straight line)으로 배열되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛은 원호형 또는 분단 원호형(segmental arc line)으로 배열되는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛의 배열 간격은 균일한 것을 특징으로 하는 X선장치.
제6항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛의 배열 간격은 균일하지 않은 것을 특징으로 하는 X선장치.
제2항에 있어서,
상기 양극과 연결되는 고압전원, 상기 복수의 전자방출유닛의 각각과 연결되는 방출제어장치, 그리고 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템;을 더 구비하고,
상기 양극은 길이방향에서 상기 전자방출유닛의 배열방향과 평행하고, 폭방향에서 상기 전자방출유닛의 장착면과 예정된 각도의 협각을 형성하며,
상기 전자방출유닛은 가열 필라멘트; 상기 가열 필라멘트와 연결되는 음극; 상기 가열 필라멘트의 양단에서 인출되고 상기 방출제어장치와 연결되는 필라멘트 리드; 상기 음극과 대향하도록 상기 음극의 상부에 배치되는 그리드; 개구를 구비하고 상기 가열 필라멘트 및 상기 음극을 감싸는 절연 지지대; 및 상기 절연 지지대의 상단 가장자리에 연결되는 연결 고정부재;를 구비하며,
상기 그리드는 금속으로 구성되고 중간에 홀이 형성된 그리드 프레임; 금속으로 구성되고 상기 그리드 프레임의 상기 홀의 위치에 고정되는 그리드 메쉬; 및 상기 그리드 프레임에서 인출되고 상기 방출제어장치와 연결되는 그리드 리드;를 구비하며,
상기 그리드는 상기 음극과 대향하도록 상기 절연 지지대의 상기 홀에 배치되며,
상기 필라멘트 리드 및 상기 그리드 리드는 상기 절연 지지대를 관통하여 상기 전자방출유닛에서 외부로 인출되고,
상기 연결 고정부재는 상기 진공박스의 박스벽과 밀봉 연결되는 것을 특징으로 하는 X선 장치.
제18항에 있어서,
상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결하고, 상기 진공박스의 상기 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착되는 고압전원 연결장치; 상기 가열 필라멘트 및 상기 그리드 리드와 상기 방출제어장치를 연결하는 방출제어장치 연결장치; 상기 전원 및 제어시스템 내부에 포함되는 진공전원; 및 상기 진공박스의 측벽에 장착되고, 상기 진공전원을 이용하여 작동되며, 상기 진공박스 내부의 고진공을 유지하는 진공장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 절연 지지대는 원기둥형이고, 상기 그리드 프레임, 상기 음극 및 상기 그리드 메쉬는 원형인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 절연 지지대는 원기둥형이고, 상기 그리드 프레임, 상기 음극 및 상기 그리드 메쉬는 직사각형인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 절연 지지대는 직육면체형이고, 상기 그리드 프레임, 상기 음극 및 상기 그리드 메쉬는 원형인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 절연 지지대는 직육면체형이고, 상기 그리드 프레임, 상기 음극 및 상기 그리드 메쉬는 직사각형인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 그리드 메쉬는 평면형, 구면형 또는 U형 그루브형인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 양극은 금속재료로 구성되고 상기 전자방출유닛의 상면과 평행한 양극판; 및 상기 양극판에 장착되고 각각 상기 전자방출유닛의 위치에 대응하도록 배치되는 복수의 타겟;을 포함하고,
상기 타겟은 저면이 상기 양극판과 연결되고 윗면이 상기 양극판과 예정된 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항에 있어서,
상기 전자방출유닛은 절연 골격판(insulating framework plate), 그리드판, 그리드 메쉬, 그리드 리드로 구성되는 평판 그리드; 및 복수의 음극 구성이 긴밀히 배열되어 구성되고, 각 음극 구성은 필라멘트, 상기 필라멘트와 연결되는 음극, 상기 필라멘트의 양단에서 인출되는 필라멘트 리드, 상기 필라멘트 및 상기 음극을 감싸는 절연 지지대로 구성되는 음극 어레이;를 포함하고,
상기 그리드판은 상기 절연 골격판에 구비되고, 상기 그리드 메쉬는 상기 그리드판에 형성된 홀의 위치에 구비되며, 상기 그리드는 상기 그리드판에서 인출되고,
상기 평판 그리드는 상기 음극 어레이 상부에 위치하고, 수직방향에서 상기 그리드 메쉬의 중심과 상기 음극의 중심은 둘둘씩 중첩되며,
상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드는 각각 방출제어장치와 연결되고,
상기 양극은 금속재료로 구성되고 상기 전자방출유닛의 상면과 평행한 양극판; 및 상기 양극판에 장착되고 각각 상기 전자방출유닛의 위치에 대응하도록 배치되는 복수의 타겟;을 포함하고,
상기 타겟은 저면이 상기 양극판과 연결되고 윗면이 상기 양극판과 예정된 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항, 제6항 내지 제13항, 제25항 및 제26항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛이 배열된 어레이는 두 방향에서 모두 직선이거나, 한 방향에서 직선이고 다른 한 방향에서 분단 직선인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항, 제6항 내지 제13항, 제25항 및 제26항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 전자방출유닛이 배열된 어레이는 한 방향에서 직선이고 다른 한 방향에서 원호선 또는 분단 원호선인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 양극은, 금속으로 구성되고 중공의 파이프 형태를 가진 양극 파이프; 상기 양극 파이프에 배치되는 양극 지지대; 상기 양극 파이프의 외면에 구비되고 상기 전자방출유닛과 대향하는 양극 타겟면을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
제29항에 있어서,
상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원이 일부 절단되어 형성된 빗면인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제29항에 있어서,
상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원이 일부 절단되어 형성된 빗면에 중금속재료인 텅스텐 또는 텅스텐 합금이 형성된 것을 특징으로 하는 X선장치.
제5항에 있어서,
상기 축선은 직선 또는 분단 직선(segmental straight line)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
제5항에 있어서,
상기 축선은 원호 또는 분단 원호(segmental arc)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
CT장비에 있어서,
사용하는 X선원이 청구항 제1항, 제2항, 제5항 내지 제13항, 제18항, 제25항 및 제26항 중의 어느 한 항의 X선장치인 것을 특징으로 하는 CT장비.