KR102131665B1 - 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치 - Google Patents

듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 전자를 발생시키는 소스부가 구비된 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치에 관한 것으로, 상세하게는 크기가 서로 다른 소스부 또는 다른 재질로 이루어진 소스부를 선택적으로 사용 가능한 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치에 관한 것으로, 전자를 발생시키는 소스부와, 상기 소스부에 대응되는 형상으로 상기 소스부가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈이 서로 다른 크기로 마련되며, 상기 설치홈에 삽입 정렬된 상기 소스부 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 발생된 상기 전자를 외부로 포커싱하는 포커싱부와, 상기 포커싱부의 외주면을 외벽으로 둘러싸는 포커싱 몸체 및 상기 설치홈에 위치하며, 상기 소스부에 전압을 제공하여 상기 소스부의 전자 방출을 가능하게 하는 전극부를 포함한다.

Description

듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치{DUAL X-RAY SOURCE UNIT AND DUAL X-RAY APPARATUS}
본 발명은 적어도 두 개의 전자를 발생시키는 소스부가 구비된 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치에 관한 것으로, 상세하게는 크기가 서로 다른 소스부 또는 다른 재질로 이루어진 소스부를 선택적으로 사용 가능한 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 듀얼 엑스레이장치에 관한 것이다.
일반적으로 X선관(X-ray tube)은 X선을 발생시키기 위한 진공관이다. 이러한 X선관의 음극은 텅스텐 필라멘트로 형성되며, 전류에 의해 가열되어 열 전자를 방출시킨다. 이에 대하여, 수만 볼트 이상의 고전압이 X선관의 양극에 인가되면, 음극에서 방출된 전자류가 고속으로 양극을 향해서 운동한다. 이때, 전자류가 양극의 텅스텐, 몰리브덴 등으로 만든 대항극에 충돌하였을 때 가지고 있는 에너지를 X선으로 방출한다.
방사선학적 접근법을 이용한 인간의 인체 조직 관측은 비침습성 등의 장점으
로 인류 문명에 큰 혜택을 주고 있다. 또한, 생명 공학 및 의학 계열의 방사선학적 접근법으로 인해, 수 밀리미터부터 수 마이크로미터 크기 조직의 관찰은 많은 연구 개발 활동 및 인류 보건 향상에 큰 기여를 하고 있다.
그러나, 종래의 마이크로미터 크기의 해상도를 갖는 방사선기기는 공간 분해능의 부족으로 미세 조직의 관측이 어려워 입자가속기를 활용한 거대한 방사광을 이용하여 관측해야 하는 한계가 있었다. 또한, 종래의 마이크로 엑스레이 장치는 필라멘트 기반의 전자 방출원을 사용함으로써, 방출 엑스레이 선량(flux)이 부족하여 다양한 영상 기기로의 응용에 한계가 있었다.
이에 따라, 근래에는 고품질의 엑스레이를 촬영할 수 있는 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
국내 등록특허공보 제10-1341672호 (등록일: 2013.12.09) 국내 등록특허공보 제10-1701047호 (등록일: 2017.01.23)
본 발명은 피조사물의 크기, 두께에 따라 선택적으로 전계가 가능한 엑스레이 소스유닛을 제공하고자 한다.
본 발명은 전자를 발생시키는 필라멘트와 CNT를 겸용 또는 선택적으로 사용하고자 한다.
본 발명은 상기 목적이 달성된 엑스레이 소스유닛을 구비하는 엑스레이장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자를 발생시키는 소스부와, 상기 소스부에 대응되는 형상으로 상기 소스부가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈이 서로 다른 크기로 마련되며, 상기 설치홈에 삽입 정렬된 상기 소스부 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 발생된 상기 전자를 외부로 포커싱하는 포커싱부와, 상기 포커싱부의 외주면을 외벽으로 둘러싸는 포커싱 몸체 및 상기 설치홈에 위치하며, 상기 소스부에 전압을 제공하여 상기 소스부의 전자 방출을 가능하게 하는 전극부를 포함한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 소스부는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식 또는 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 상기 전자를 발생시킨다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 포커싱부는, 서로 마주보는 상면이 절곡된 형상으로 연결되는 제1경사면과 제2경사면이 마련되며, 상기 소스부가 상기 설치홈에 삽입될 수 있도록 상기 제1경사면과 상기 제2경사면에 각각 제1설치홈과 제2설치홈이 형성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 포커싱 몸체는, 상기 외벽이 상기 포커싱부와 이격된 간격을 형성하며 둘러싸고 있으며, 상기 간격에 단차가 형성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전극부는 상기 소스부에 대응할 수 있도록 상기 설치홈을 향해 상기 포커싱부의 일면을 통과하며, 상기 설치홈에 극성이 다른 두개의 전극이 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전극부는 상기 소스부에 마련된 단자와 탈부착 가능하게 결합하는 결합부가 형성되어 상기 소스부의 교체 사용을 가능하게 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 중공형의 몸체유닛과, 상기 몸체유닛의 일측에 위치하며, 전자를 방출하는 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛과 마주하도록 상기 몸체유닛에 위치하며, 상기 전자와 충돌에 의해 발생하는 엑스선 또는 광을 상기 몸체유닛의 외부로 안내하는 애노드 유닛을 포함하며, 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛은, 전자를 발생시키는 소스부와, 상기 소스부에 대응되는 형상으로 상기 소스부가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈이 서로 다른 크기로 마련되며, 상기 설치홈에 삽입 정렬된 상기 소스부 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 발생된 상기 전자를 외부로 포커싱하는 포커싱부, 상기 포커싱부의 외주면을 외벽으로 둘러싸며, 상기 포커싱부와 외벽이 이격되게 위치하여 마련되는 간격에 단차가 형성되는 포커싱 몸체 및 상기 설치홈에 위치하며, 상기 소스부에 전압을 제공하여 상기 소스부의 전자 방출을 가능하게 하는 전극부를 포함하며, 상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛은 상기 몸체유닛의 외주면이 상기 포커싱 몸체에 형성되는 단차에 삽입 결합한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛은 브레이징 결합하게 되며, 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛이 결합된 상기 몸체유닛은 내부를 진공 분위기로 형성한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 소스부는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식 및 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 상기 전자를 발생시킨다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 포커싱부는, 서로 마주보는 상면이 절곡된 형상으로 연결되는 제1경사면과 제2경사면이 마련되며, 상기 소스부가 상기 설치홈에 삽입될 수 있도록 상기 제1경사면과 상기 제2경사면에 각각 제1설치홈과 제2설치홈이 형성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전극부는 상기 소스부에 대응할 수 있도록 상기 설치홈을 향해 상기 포커싱부의 일면을 통과하며, 상기 설치홈에 극성이 다른 두개의 전극이 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 전극부는 상기 소스부에 마련된 단자와 탈부착 가능하게 결합하는 결합부가 형성되어 상기 소스부의 교체를 가능하게 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛의 접합면은 브레이징(brazing) 방식에 의하여 결합된다.
본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛은 포커싱부에 마련된 적어도 두 개의 설치홈에 대해 소스부가 삽입 설치되며, 소스부는 필라멘트 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 적어도 하나가 설치되어 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명은 전자를 발생시키는 소스부가 서로 다른 크기로 이루어져 있어, 피조사물의 조건에 따라 소스부를 선택하여 최적의 조건으로 엑스레이 촬영이 이루어지는 효과가 있다.
본 발명은 필라멘트를 가열하여 얻어진 열전자 또는 나노탄소튜브(CNT) 성장을 이용한 전계 방출 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 전자를 각각 발생시킬 수 있는 복수의 소스부를 선택 사용함에 따라, 다양한 조건에 대한 엑스선 방출 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이장치의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛의 CNT가 안착하는 포커싱부에 대한 상세도,
도 4는 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛의 필라멘트가 안착하는 포커싱부에 대한 상세도,
도 5는 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛의 CNT가 안착하는 포커싱부의 분해 사시도,
도 6은 도 1에 도시된 듀얼 엑스레이장치에 대한 A-A'의 단면도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이장치를 개략적으로 도시한 사시도와 듀얼 엑스레이장치의 분해 사시도에 관한 것이다.
듀얼 엑스레이장치(1)는 몸체유닛(10)과 듀얼 엑스레이 소스유닛(20) 및 애노드 유닛(30)을 포함하며, 바람직하게는 중공형의 몸체유닛(10)과, 몸체유닛(10)의 일측에 위치하며, 전자(E)를 방출하는 듀얼 엑스레이 소스유닛(20) 및 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)과 마주하도록 몸체유닛(10)에 위치하며, 전자(E)와의 충돌에 의해 발생하는 엑스선(L) 또는 광(L)을 몸체유닛(10)의 외부로 안내하는 애노드 유닛(30)으로 구성된다.
몸체유닛(10)은 내부에 공간이 형성된 중공형으로 마련되어, 몸체유닛(10)의 하단에는 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)이 위치하고, 상단에는 애노드 유닛(30)이 위치하게 된다. 몸체유닛(10)은 몸체유닛(10)의 측면부(12)가 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)과 결합하게 되며, 측면부(12)는 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)의 형상과 대응하는 곡면의 원통형을 형성한다.
측면부(12)는 세라믹이나 유리와 같은 비금속인 절연 재질로 이루어져 있으며, 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)으로부터 발생되는 전자와의 전기적 간섭을 방지하는 재질을 사용하는 것이 좋을 것이다.
한편, 측면부(12)는 몸체유닛(10)의 내부에서 외부로 방출되는 엑스선의 출입구(미도시)가 구비되어 있다. 출입구는 유리재질로, 표면에 베릴륨, 알루미늄 등의 금속재질 또는 형광물질이 도포될 수 있다. 즉, 출입구가 금속재질로 도포될 경우에는 소정의 파장 이하의 엑스선만 방출될 수 있도록 필터링이 이루어지며, 형광물질로 도포될 경우에는 가시광선만 방출된다. 출입구는 반드시 유리재질을 사용하거나, 금속재질 또는 형광물질을 도포할 필요는 없을 것이며, 상황에 따라 얼마든지 다른 재질을 사용할 수 있을 것이다.
듀얼 엑스레이 소스유닛(20)은 몸체유닛(10)에 구비되어, 전자(E)를 방출하는 것으로, 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)에 마련된 단차(27)에 몸체유닛(10)의 측면부(12)가 삽입되어 결합하게 된다. 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)에 마련된 단차(27)는 전자를 발생시키는 소스부(22)(23)가 위치하는 포커싱부(24)와 포커싱부(24)의 외주면을 감싸는 외벽이 구비된 포커싱 몸체(26) 사이에 형성된다. 상세하게는 포커싱부(24)의 외주면을 외벽으로 둘러싸며, 포커싱부(24)와 외벽이 이격되게 위치하여 마련되는 소정의 간격에 단차(27)가 형성된다. 이때, 단차(27)의 간격은 몸체유닛(10)의 측면부(12)가 삽입되어 결합할 수 있도록 측면부(12)의 두께와 대응할 수 있을 정도의 너비로 이루어지는 것이 좋을 것이다.
애노드 유닛(30)은 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)과 마주보며 몸체유닛(10)에 위치하여 전자(E)와 충돌에 의해 발생하는 엑스선(L) 또는 광(L)을 몸체유닛(10)의 외부로 방출할 수 있도록 안내한다. 애노드 유닛(30)은 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)과 마주볼 수 있도록 몸체유닛(10)의 상단에 위치한다.
애노드 유닛(30)으로부터 발생하는 광(L)은 애노드 유닛(30)의 재질과 듀얼 엑스레이 소스유닛(20) 및 애노드 유닛(30)에 인가되는 전압의 크기에 따라 엑스선, 가시광선, 적외선, 자외선 가운데 어느 하나가 될 수 있다. 본 실시예에서는 애노드 유닛(30)이 구리, 텡스텐, 망간, 몰리브덴 및 이의 조합으로 이루어진 금속 중 어느 하나의 재질로 형성되어 엑스선(L)을 발생시키는 것으로 예시한다.
한편, 듀얼 엑스레이 소스유닛(20) 및 애노드 유닛(30)과 결합한 몸체유닛(10)은 내부를 진공 분위기로 형성하기 때문에 몸체유닛(10)의 내부로 공기가 유입되지 않는 브레이징(brazing) 방식 또는 접착제를 이용한 결합을 하는 것이 좋을 것이다. 브레이징 방식은 금속판 사이에 놋쇠, 납, 은납 등을 접착제로 하여 이를 가열하고 용해시켜서 접합시키는 방식으로, 몸체유닛(10)과 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)의 접합면, 몸체유닛(10)과 애노드 유닛(30)의 접합면을 브레이징 방식으로 결합하여 접합면 사이의 결합을 견고하게 할 수 있을 것이다.
몸체부 내부의 진공 분위기를 지속적으로 유지할 수 있다면, 브레이징 또는 접착제를 이용한 결합 이외에도 다양한 방식의 결합 방법 및 수단을 사용할 수 있을 것이다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛의 CNT와 필라멘트가 안착하는 포커싱부에 대한 상세도를 보여주고 있다.
듀얼 엑스레이 소스유닛(20)은 전자를 방출하는 것으로, 소스부(22)(23)와 포커싱부(24), 포커싱 몸체(26) 및 전극부(28)를 포함한다. 상세하게는 전자를 발생시키는 소스부(22)(23)와, 소스부(22)(23)에 대응되는 형상으로 소스부(22)(23)가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈(243)(244)이 서로 다른 크기로 마련되어 있으며, 소스부(22)(23)로부터 발생된 전자(E)를 외부로 포커싱하는 포커싱부(24)와, 포커싱부(24)의 외주면을 외벽으로 둘러싸며, 포커싱부(24)와 외벽 사이에 단차(27)가 형성되는 포커싱 몸체(26) 및 설치홈(243)(244)에 위치하며, 소스부(22)(23)에 전압을 제공하여 소스부(22)(23)의 전자 방출을 선택적으로 사용 가능하게 하는 전극부(28)로 구성된다.
소스부(22)(23)는 포커싱부(24)에 구비된 설치홈(243)(244)에 안착하여 전자를 발생시키는 것으로, 바람직하게는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식 또는 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식 중 적어도 어느 하나의 방식으로 전자를 발생시킨다.
포커싱부(24)는 서로 마주보는 상면이 절곡된 형상으로 연결되는 제1경사면(241)과 제2경사면(242)이 마련되며, 소스부(22)(23)가 설치홈(243)(244)에 삽입될 수 있도록 상기 제1경사면(241)과 상기 제2경사면(242)에 각각 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)이 형성된다.
제1경사면(241)과 제2경사면(242)에는 제1소스부(22)와 제2소스부(23)가 각각 삽입 가능한 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)이 형성된다. 제1경사면(241)과 제2경사면(242)은 애노드 유닛(30)을 향해 제1소스부(22) 및 제2소스부(23)로부터 방출되는 전자(E)를 경사지게 안내하기 위해 제1소스부(22)와 제2소스부(23)를 경사지게 지지한다.
제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)은 제1소스부(22)와 제2소스부(23)와 대응되는 형상으로 이루어져 있어, 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에 제1소스부(22)와 제2소스부(23)가 각각 삽입 정렬이 이루어진다.
제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)은 제1설치홈(243)의 크기(a)와 제2설치홈(244)의 크기(b)가 서로 다르게 형성되어 있다. 본 실시예에서는 제1설치홈(243)의 크기(a)가 제2설치홈(244)의 크기(b)보다 작은 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
제1설치홈(243)의 크기(a)는 0.1mm이하로, 크기가 작거나, 얇은 두께의 피조사물을 촬영할 때 주로 사용되며, 제2설치홈(244)의 크기(b)는 0.3mm이상으로 형성되어 두께가 두꺼운 피조사물을 촬영할 때 사용하게 된다. 즉, 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)의 크기가 다르기 때문에 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에 정렬되는 소스부(22)(23)도 그에 대응하는 크기로 이루어지며, 소스부(22)(23)의 크기에 따라 초점 전극에 차이가 발생하게 된다. 따라서 피조사물의 크기와 두께에 따라 정확한 초점 전극을 형성하는 설치홈(243)(244)과 소스부(22)(23)의 크기를 선택하여 피조사물을 촬영하면 될 것이다.
반드시 제1설치홈(243)이 제2설치홈(244)보다 작은 크기로 제작할 필요는 없을 것이며, 그 반대로 크기가 설정되어도 무관할 것이다. 다만 크기가 작은 설치홈(243)(244)은 0.1mm이하로 형성하고, 크기가 큰 설치홈(243)(244)은 0.3mm이상의 크기로 제작하는 것이 좋을 것이다.
한편, 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에 삽입되어 정렬 가능하게 되는 제1소스부(22)와 제2소스부(23)는 필라멘트와 탄소나노튜브(CNT)를 사용할 수 있을 것이다. 따라서 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에는 각각 필라멘트와 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나가 설치되어, 하나의 설치홈(243)(244)에는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식으로 전자를 방출하게 되고, 다른 하나의 설치홈(243)(244)에는 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식으로 전자를 방출하게 된다.
소스부(22)(23)인 필라멘트와 탄소나노튜브는 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244) 어느 곳에서 삽입 정렬될 수 있을 것이며, 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에 모두 필라멘트가 삽입 정렬되어, 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식으로 전자를 방출시킬 수 있을 것이다. 또한 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)에 모두 탄소나노튜브가 삽입 정렬되어, 탄소나노튜브 기반의 전계 방출 방식으로 전자를 방출할 수도 있을 것이다.
전극부(28)는 소스부(22)(23)에 대응할 수 있도록 설치홈(243)(244)에 극성이 다른 두개의 전극이 배치되는 것으로, 바람직하게는 제1소스부(22) 또는 제2소스부(23)가 전자를 방출할 수 있도록 제1소스부(22)와 제2소스부(23)에 각각 제1전극부(28a)와 제2전극부(28b)가 연결되어 제1소스부(22)와 제2소스부(23)에 전원을 제공한다.
예컨대, 제1전극부(28a)는 제1설치홈(243)에 삽입 정렬된 제1소스부(22)에 전원을 제공하기 위해 포커싱부(24) 하단을 통과하여 제1설치홈(243)을 향해 위치하게 되며, 극성이 다른 두 개의 전극이 배치된다. 또한 제1전극부(28a)는 제1소스부(22)에 마련된 단자와 탈부착 가능하게 결합하는 결합부(29)가 형성된다. 이로인해 제1소스부(22)가 수명이 다하거나 고장났을 경우, 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)을 통째로 교체할 필요 없이, 고장난 제1소스부(22)만을 교체할 수 있어, 교체 비용을 절약할 수 있을 것이다.
즉, 하나의 설치홈(243)(244)에는 극성이 서로 다른 적어도 두 개의 전극부(28)가 위치하게 되며, 소스부(22)(23)와 접촉하는 전극부(28)의 결합부(29)는 탈부착 가능하게 형성된 홈 또는 클립과 같은 형상으로 이루어져 있어, 소스부(22)(23)의 단자와 교체 가능하게 결합할 수 있다.
본 실시예에서는 포커싱부(24)에 형성된 제1경사면(241)과 제2경사면(242)에 각각 제1소스부(22)와 제2소스부(23)가 삽입 정렬되는 것으로, 두 개의 소스부(22)(23)를 사용하지만, 본 실시예 이외에도 경사면에 다수의 삽입홀을 마련하여 복수개의 소스부(22)(23)를 삽입 정렬하여 사용할 수도 있을 것이며, 포커싱부(24)에 복수개의 경사면을 상호 마주하는 절곡된 형상으로 형성하여 복수개의 소스부(22)(23)를 삽입 정렬하여 사용할 수도 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 듀얼 엑스레이 소스유닛의 CNT가 안착하는 포커싱부의 분해 사시도이다.
탄소나노튜브(CNT)를 기반으로 하는 소스부(22)(23)에 관한 것으로, 얇은 판상으로 형성되어 음극의 전극을 인가하는 음전극(230)과, 음전극(230)의 상부에 적층되어 전자(E)를 방출하는 에미터(231) 및 에미터(231)의 상부에 적층되어 에미터(231)로부터 전자(E)를 추출하는 얇은 판상의 패터닝 전극(233)을 포함한다.
음전극(230)은 얇은 판상형의 박판으로 형성되며, 금속 재질로 이루어진다. 음전극(230)은 음극인 (-)전극으로 캐소드(cathode) 전극으로 칭할 수 있다. 듀얼 엑스레이장치(1)는 진공에서 작동하기 때문에, 캐소드 전극을 구성하는 재질로는 니켈, 철, 코발트 등의 합금이나 단일 전이금속을 사용할 수 있다.
에미터(231)는 방출되는 전자의 궤적을 조절하는 전극으로서, 나노 소재이면서 단위 면적당 높은 전류 방출이 가능한 탄소나노튜브와 같은 금속, 탄소계열 물질로 구성되는 전도성 물질을 포함한다.
음전극(230)과 패터닝 전극(233)은 각각 금속재질의 메쉬(Mesh) 형상으로 형성되어, 전자(E)의 방출을 가이드할 수 있을 것이다. 음전극(230)과 패터닝 전극(233)에 형성된 메쉬는 금속망 사이의 다수의 홀이 형성되고, 홀의 형상이 육각형으로 형성되어 있다. 메쉬에 형성된 홀의 형상이 육각형으로 형성됨에 따라, 음전극(230)과 패터닝 전극(233)은 전자(E)를 효율적으로 추출하면서, 전자(E)가 금속망에 의하여 충돌되지 않고 안정적으로 배출되는 개구율이 극대화 될 수 있다.
메쉬에 형성된 홀의 형상은 반드시 육각형으로 한정하지 않으며, 다수의 원형 또는 사각형의 홀과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있을 것이다.
한편, 에미터(231)의 상부인 에미터(231)와 패터닝 전극(233) 사이에는 커버홀(232a)이 관통 형성된 에미터 커버(232)가 적층되어 에미터(231)로부터 방출되는 전자(E)의 에지효과(edge effect)를 방지하여 전자(E)가 균일하게 추출될 수 있도록 가이드한다. 또한 에미터(231)와 에미터 커버(232)의 사이에는 제1절연홀(234a)이 관통 형성된 제1절연체(234)가 적층되며, 에미터 커버(232)와 패터닝 전극(233)의 사이에는 제2절연홀(235a)이 관통 형성된 제2절연체(235)가 적층된다. 그로 인해, 에미터(231), 에미터 커버(232), 패터닝 전극(233)의 사이가 제1절연체(234)와 제2절연체(237)에 의해 절연된다.
아울러, 음전극(230)의 하부에는 제1지지체(236)가 적층되어 지지되며, 제2절연체(235)의 상부에는 전자(E)가 방출될 수 있도록 개구(237a)가 관통 형성된 제2지지체(237)가 적층된다. 그로 인해, 소스부(22)(23)의 하부 및 상부가 제1지지체(236)와 제2지지체(237)에 의해 지지되어 보호된다.
절연체(234)(237)와 지지체(236)(237)는 모두 세라믹 재질로 이루어져 있으며, 세라믹 이외에 다른 절연재질로 이루어져 있어도 무방할 것이다.
한편, 음전극(230) 및 패터닝 전극(233)은 각각 음전극단자(230a) 및 패터닝 전극단자(233a)가 마련되어, 외부 전원과 연결된다. 음전극단자(230a)는 제1지지체(236)에 관통 형성된 전극홀을 통해 제1지지체(236)를 통과하여 포커싱부(24)의 내부와 연결 가능하다. 또한, 패터닝 전극(233)의 패터닝 전극단자(233a)는 제2절연체(235), 에미터 커버(232), 제1절연체(234) 및 제1지지체(236)에 관통 형성되어 상호 연통하는 전극홀을 통해 포커싱부(24)의 내부와 연결 가능하다.
이상과 같은 소스부(22)(23)는 제1지지체(236)에 지지된 음전극(230)에 음극의 전극이 인가되면, 에미터(231)로부터 전자(E)가 방출된다. 에미터(231)로부터 방출된 전자(E)는 제1절연체(234)의 제1절연홀(234a), 에미터 커버(232)의 커버홀(232a), 제2절연체(235)의 제2절연홀(235a), 패터닝 전극(233) 및 제2지지체(237)의 개구(237a)를 순차적으로 통과하여 방출된다.
도 6은 도 1에 도시된 듀얼 엑스레이장치에 대한 A-A'의 단면도에 관한 것이다.
듀얼 엑스레이 소스유닛(20)에는 적어도 두 개의 소스부(22)(23)가 구비되어 있으며, 전극부(28)에서 소스부(22)(23)로 전압을 제공하면, 소스부(22)(23)는 전자를 발생시키게 된다. 소스부(22)(23)는 진공상태의 몸체유닛(10) 내부에서 필라멘트를 가열하여 발생된 열을 고전압으로 가속하는 열전자 방출 방식 및 탄소나노튜브 기반의 전계 방출(field emission) 중 적어도 어느 하나의 방식이 채용되어, 전자(E)를 방출한다.
방출된 전자(E)는 애노드 유닛(30)으로 향하게 되며, 애노드 유닛(30)의 반사면(32)과 충돌한 전자(E)는 엑스선(L) 또는 광(L)으로 전환되어 몸체유닛(10)의 윈도우를 통과하여 외부로 향하게 된다. 이때 반사면(32)은 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)과 대면하게 되어, 전자(E)와 충돌에 의해 엑스선(L) 또는 광(L)을 발생시키게 된다. 또한 반사면(32)은 윈도우를 향해 경사지게 형성되어 있어, 엑스선(L) 또는 광(L)을 윈도우를 통해 외부로 향하도록 안내한다.
애노드 유닛(30)의 반사면(32)이 금속이 아닌 유리와 같은 재질로 형성될 경우, 전자(E)와의 충돌에 의해 발생하는 광(L)을 조명으로 사용할 수도 있을 것이다.
한편, 듀얼 엑스레이 소스유닛(20)에는 적어도 두 개의 소스부(22)(23)가 구비되어 있으며, 소스부(22)(23)는 필라멘트 또는 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 선택하여 사용할 수 있을 것이다. 바람직하게는 포커싱부(24)에 구비된 제1설치홈(243)과 제2설치홈(244)의 크기가 서로 다르기 때문에 설치홈(243)(244)에 삽입 정렬되는 소스부(22)(23)의 크기도 다를 것이며, 크기가 다른 소스부(22)(23)는 피조사물의 두께나 크기에 따라 선택적으로 사용될 수 있을 것이다.
즉, 포커싱부(24)에서는 적어도 하나의 소스부(22)(23)가 전자를 방출하며, 방출된 전자는 애노드 유닛(30)과 충돌로 인해 전환된 엑스선(L) 또는 광(L)이 피조사물을 향하게 된다.
듀얼 엑스레이 소스유닛(20)은 항상 하나의 소스부(22)(23)에서만 전자가 방출될 필요는 없을 것이며, 사용자의 편의에 따라 포커싱부(24)에 구비된 모든 소스부(22)(23)에서 전자가 방출될 수 있도록 할 수도 있을 것이다. 또는 사용자의 선택에 따라 하나 또는 그 이상의 소스부(22)(23)를 선택하여 전자가 방출될 수 있도록 할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1 : 듀얼 엑스레이장치 10 : 몸체유닛
12 : 측면부 20 : 듀얼 엑스레이 소스유닛
22 : 제1소스부 23 : 제2소스부
24 : 포커싱부 26 : 포커싱 몸체
27 : 단차 28 : 전극부
29 : 결합부 30 : 애노드 유닛
32 : 반사면

Claims (13)

  1. 전자를 발생시키는 소스부;
    상기 소스부에 대응되는 형상으로 상기 소스부가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈이 서로 다른 크기로 마련되며, 상기 설치홈에 삽입 정렬된 상기 소스부 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 발생된 상기 전자를 외부로 포커싱하는 포커싱부;
    상기 포커싱부의 외주면을 외벽으로 둘러싸는 포커싱 몸체; 및
    상기 설치홈에 위치하며, 상기 소스부에 전압을 제공하여 상기 소스부의 전자 방출을 가능하게 하는 전극부;를 포함하고,
    상기 포커싱부는,
    서로 마주보는 상면이 절곡된 형상으로 연결되는 제1경사면과 제2경사면으로 마련되며, 상기 설치홈은 상기 제1 경사면에 형성되는 적어도 하나의 제1설치홈과 상기 제2 경사면에 형성되는 적어도 하나의 제2설치홈을 포함하고,
    상기 제1설치홈과 제2설치홈 중 하나에는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식 소스부가 설치되고, 나머지에는 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식 소스부가 설치되는 듀얼 엑스레이 소스유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포커싱 몸체는,
    상기 외벽이 상기 포커싱부와 이격된 간격을 형성하며 둘러싸고 있으며, 상기 간격에 단차가 형성되는 듀얼 엑스레이 소스유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 소스부에 대응할 수 있도록 상기 설치홈을 향해 상기 포커싱부의 일면을 통과하며, 상기 설치홈에 극성이 다른 두개의 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 엑스레이 소스유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 소스부에 마련된 단자와 탈부착 가능하게 결합하는 결합부가 형성되어 상기 소스부의 교체 사용을 가능하게 하는 듀얼 엑스레이 소스유닛.
  7. 중공형의 몸체유닛;
    상기 몸체유닛의 일측에 위치하며, 전자를 방출하는 듀얼 엑스레이 소스유닛; 및
    상기 듀얼 엑스레이 소스유닛과 마주하도록 상기 몸체유닛에 위치하며, 상기 전자와 충돌에 의해 발생하는 엑스선 또는 광을 상기 몸체유닛의 외부로 안내하는 애노드 유닛;을 포함하며,
    상기 듀얼 엑스레이 소스유닛은,
    전자를 발생시키는 소스부;
    상기 소스부에 대응되는 형상으로 상기 소스부가 삽입되어 정렬 가능하게 하는 적어도 두 개의 설치홈이 서로 다른 크기로 마련되며, 상기 설치홈에 삽입 정렬된 상기 소스부 중 어느 하나를 선택적으로 사용하여 발생된 상기 전자를 외부로 포커싱하는 포커싱부;
    상기 포커싱부의 외주면을 외벽으로 둘러싸며, 상기 포커싱부와 외벽이 이격되게 위치하여 마련되는 간격에 단차가 형성되는 포커싱 몸체; 및
    상기 설치홈에 위치하며, 상기 소스부에 전압을 제공하여 상기 소스부의 전자 방출을 가능하게 하는 전극부;를 포함하며,
    상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛은 상기 몸체유닛의 외주면이 상기 포커싱 몸체에 형성되는 단차에 삽입 결합하고,
    상기 포커싱부는,
    서로 마주보는 상면이 절곡된 형상으로 연결되는 제1경사면과 제2경사면으로 마련되며, 상기 설치홈은 상기 제1 경사면에 형성되는 적어도 하나의 제1설치홈과 상기 제2 경사면에 형성되는 적어도 하나의 제2설치홈을 포함하고,
    상기 제1설치홈과 제2설치홈 중 하나에는 필라멘트 기반의 열전자 방출 방식 소스부가 설치되고, 나머지에는 탄소나노튜브(CNT) 기반의 전계 방출 방식 소스부가 설치되는 듀얼 엑스레이장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛은 브레이징 결합하게 되며,
    상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛이 결합된 상기 몸체유닛은 내부를 진공 분위기로 형성하는 듀얼 엑스레이장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 소스부에 대응할 수 있도록 상기 설치홈을 향해 상기 포커싱부의 일면을 통과하며, 상기 설치홈에 극성이 다른 두개의 전극이 배치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 엑스레이장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 소스부에 마련된 단자와 탈부착 가능하게 결합하는 결합부가 형성되어 상기 소스부의 교체를 가능하게 하는 듀얼 엑스레이장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 몸체유닛과 결합하는 상기 듀얼 엑스레이 소스유닛 및 상기 애노드 유닛의 접합면은 브레이징(brazing) 방식에 의하여 결합되는 듀얼 엑스레이장치.
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