KR102188055B1 - 엑스선 소스 - Google Patents

엑스선 소스 Download PDF

Info

Publication number
KR102188055B1
KR102188055B1 KR1020160041149A KR20160041149A KR102188055B1 KR 102188055 B1 KR102188055 B1 KR 102188055B1 KR 1020160041149 A KR1020160041149 A KR 1020160041149A KR 20160041149 A KR20160041149 A KR 20160041149A KR 102188055 B1 KR102188055 B1 KR 102188055B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cathode
insulating spacer
anode
ray source
gate electrode
Prior art date
Application number
KR1020160041149A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170022852A (ko
Inventor
정진우
송윤호
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US15/230,276 priority Critical patent/US10283311B2/en
Publication of KR20170022852A publication Critical patent/KR20170022852A/ko
Priority to US16/358,370 priority patent/US10522316B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102188055B1 publication Critical patent/KR102188055B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H01J35/065—Field emission, photo emission or secondary emission cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/045—Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06—Cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/16—Vessels
    • H01J2235/165—Shielding arrangements
    • H01J2235/168—Shielding arrangements against charged particles

Landscapes

  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

엑스선 소스는 캐소드; 상기 캐소드와 마주하도록 상기 캐소드의 상부에 위치된 아노드; 상기 캐소드 상에 형성된 에미터; 상기 캐소드와 상기 아노드의 사이에 위치되고 상기 에미터와 대응되는 위치에 개구부를 포함하는 게이트 전극; 상기 게이트와 상기 아노드 사이에 형성된 절연 스페이서; 및 상기 절연 스페이서의 내벽에 형성되고, 상기 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질을 포함하는 코팅막을 포함한다.

Description

엑스선 소스 {X-RAY SOURCE}
본 발명은 엑스선 소스에 관한 것으로, 보다 상세히는 고전압에서 안정한 특성을 갖는 엑스선 튜브에 관한 것이다.
엑스선 튜브는 진공 용기 내부에서 전자를 발생시키고, 전자를 고전압이 인가된 아노드 방향으로 가속시켜 아노드의 금속 타겟에 충돌시킴으로써, 엑스선을 발생시킨다. 이때, 아노드와 캐소드 사이의 전압 차이가 전자를 가속하는 가속 전압으로 정의되며, 엑스선 튜브의 용도에 따라 수 내지 수백 kV의 가속 전압으로 전자를 가속한다. 아노드와 캐소드 사이에는 게이트 전극, 포커싱 전극 등이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 고전압 인가 시에 안정적인 특성을 갖는 엑스선 소스를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 캐소드; 상기 캐소드와 마주하도록 상기 캐소드의 상부에 위치된 아노드; 상기 캐소드 상에 형성된 에미터; 상기 캐소드와 상기 아노드의 사이에 위치되고 상기 에미터와 대응되는 위치에 개구부를 포함하는 게이트 전극; 상기 게이트와 상기 아노드 사이에 형성된 절연 스페이서; 및 상기 절연 스페이서의 내벽에 형성되고, 상기 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질을 포함하는 코팅막을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 캐소드; 상기 캐소드와 마주하도록 상기 캐소드의 상부에 위치된 아노드; 상기 캐소드 상에 형성된 에미터; 상기 캐소드와 상기 아노드의 사이에 위치되고 상기 에미터와 대응되는 위치에 개구부를 포함하는 게이트 전극; 상기 캐소드의 하부에 위치된 절연 스페이서; 및 상기 절연 스페이서의 상부면에 형성되고, 상기 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질을 포함하는 코팅막을 포함한다.
절연 스페이서 상에 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 코팅막을 형성한다. 따라서, 2차 전자의 발생을 감소시킬 수 있고, 그에 따라, 고전압에서 안정적인 특성을 갖는 엑스선 소스를 제작할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 실제 제작 예를 촬영한 사진이고, 도 4b는 도 4a의 엑스선 소스의 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 캐소드(11), 에미터(12), 게이트 전극(13), 아노드(14), 절연 스페이서(15) 및 코팅막(16)을 포함한다.
캐소드(11)와 아노드(14)는 마주하도록 위치되며, 아노드(14)는 캐소드(11)와 소정 거리 이격되어 캐소드(11)의 상부에 위치될 수 있다. 아노드(14)의 하부면, 즉, 캐소드(11)와 마주하는 표면은 소정 각도로 기울어질 수 있다.
에미터(12)는 캐소드(11) 상에 형성된다. 예를 들어, 에미터(12)는 탄소 나노 튜브 에미터일 수 있으며, 도트 어레이 형태로 배열될 수 있다. 게이트 전극(13)은 캐소드(11)의 상부에 위치되고, 에미터(12)와 대응되는 위치에 개구부를 포함할 수 있다. 캐소드(11) 상에 복수의 에미터들(12)이 형성되는 경우, 게이트 전극(13)이 복수의 개구부들을 포함한다. 예를 들어, 게이트 전극(13)은 메쉬 형태를 가질 수 있다.
절연 스페이서(15)는 게이트(13)와 아노드(14) 사이에 형성되고 튜브 형태를 가질 수 있다. 전자빔(E-beam)은 진공 분위기에서 발생 및 가속되므로, 엑스선 소스는 완전 밀봉되거나 진공 펌프를 통해 지속적으로 내부 진공도를 유지하여야 한다. 따라서, 절연 스페이서(15)는 고전압 특성이 우수한 물질, 예를 들어, 세라믹, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 유리 등으로 형성될 수 있다.
코팅막(16)은 절연 스페이서(15) 상에 형성된다. 코팅막(16)은 절연 스페이서(15)와 전자가 충돌하여 2차 전자가 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 절연 스페이서(15)에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질, 예를 들어, 2차 전자 발생 계수가 1 이하인 물질을 포함한다. 예를 들어, 코팅막(16)은 산화크롬(Cr2O3), 산화티타늄(TiO2) 등을 포함한다.
전술한 바와 같은 구조에 따르면, 에미터(12)로부터 방출된 전자빔이 게이트 전극(13)의 개구부를 통과하여 아노드(14)에 집속되고, 전자빔이 아노드(14)에 충돌하여 엑스선(x-ray)을 발생시킨다.
그런데, 가속 전압이 높아지면, 절연 스페이서(15) 중 상대적으로 전압이 낮은 영역에서 세가지 물질, 즉 진공, 금속, 유전체(절연 스페이서)가 만나는 삼중점(Triple junction)이 생성된다. 또한, 삼중점에서 전계가 집중되어 비정상적인 전자의 방출 등이 야기될 수 있다. 특히, 절연 스페이서(15)로 사용되는 물질은 2차 전자 발생 계수가 높기 때문에, 삼중점에서 발생된 전자 또는 에미터(12)에서 방출된 전자에 의해 많은 2차 전자가 발생될 수 있다. 이러한 경우, 절연 스페이서(15)의 내벽이 양(+) 전하로 대전될 수 있으며, 이로 인해 엑스선 소스의 동작이 불안정해질 수 있다. 또는, 대전된 전하가 방전되어 엑스선 소스가 파손될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 절연 스페이서(15) 상에 코팅막(16)을 형성한다. 절연 스페이서(15)의 내벽에 코팅막(16)을 코팅하는 경우, 상중점에서 발생된 비정상적인 전자, 에미터(12)에서 발생된 전자 등에 의해 절연 스페이서(15)의 내벽에 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 코팅막(16)은 절연 스페이서(15)의 내벽에 전체적으로 형성되거나, 일부에만 형성될 수 있다. 또한, 코팅막(16)은 단일 물질로 형성되거나, 2차 전자 발생 계수가 상이한 복수의 물질들을 조합하여 형성될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 코팅막(16)이 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 노출된 절연 스페이서(15)의 내벽에 전체적으로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 절연 스페이서(15)가 노출되지 않는다.
도 1b를 참조하면, 코팅막(16)이 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 노출된 절연 스페이서(15) 내벽 중 일부 영역에 한해 형성될 수 있다. 예를 들어, 코팅막(16)은 2차 전자의 발생 빈도가 상대적으로 높은 영역, 즉, 낮은 전위의 영역에 한해 형성될 수 있다. 따라서, 절연 스페이서(15) 중 아노드(14)와 인접한 영역을 노출시키도록, 절연 스페이서(15)의 내벽 중 게이트 전극(13)의 주변에 한해 코팅막(16)을 형성할 수 있다. 여기서, 코팅막(16)이 형성되는 영역의 길이(L)는 엑스선 소스, 예를 들어, 진공전자빔 소자의 특성을 고려하여 결정할 수 있다.
참고로, 진공 분위기인 공간을 전자빔이 지나가지 않는 구조의 경우, 코팅막(16)을 형성함으로써 높은 내전압 특성을 얻을 수 있다. 그러나, 전자빔이 진공 분위기인 공간을 통과하여 아노드(14)에 도달하는 경우, 코팅막(16)으로 인해 아노드(14)의 주변 영역이 아노드 전압보다 낮은 전위로 대전되어 불안정해질 수 있다. 따라서, 코팅막(16)이 형성되는 영역을 제어하여 아노드(14) 주변의 절연 스페이서(15)를 노출시킴으로써, 아노드(14) 주변에 2차 전자 발생 계수가 상대적으로 높은 물질이 위치하도록 하여, 안정성을 도모할 수 있다. 또한, 코팅막(16)은 전체적으로 균일한 두께(W1=W2)를 갖거나, 아노드(14)와 가까워질수록 두께가 감소(W1<W2)할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 코팅막(16)은 2차 전자 발생 계수가 상이한 복수의 물질막들(16A, 16B)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코팅막(16)은 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 노출된 절연 스페이서(15)의 내벽 중 게이트 전극(13)와 인접한 일부 영역에 형성된 제1 막(16A) 및 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 노출된 절연 스페이서(15)의 내벽 중 아노드(14)와 인접한 일부 영역에 형성된 제2 막(16B)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 막(16A)과 제2 막(16B)은 동일한 물질이거나 상이한 물질일 수 있다. 또한, 제1 막(16A)의 2차 전자 발생 계수와 제2 막(16B)의 2차 전자 발생 계수는 동일한 값을 갖거나 상이한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 막(16B)이 제1 막(16A)에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질로 형성되거나, 제2 막(16B)이 제1 막(16A)에 비해 2차 전자 발생 계수가 큰 물질로 형성될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 코팅막(16)은 복수의 막들(16A, 16B)이 적층된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅막(16)은 게이트 전극(13)과 아노드(14) 사이에 노출된 절연 스페이서(15)의 내벽에 형성된 제1 막(16A) 및 제1 막(16A) 상에 형성된 제2 막(16B)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 막(16A)과 제2 막(16B)은 동일한 물질이거나 상이한 물질일 수 있다. 또한, 제1 막(16A)의 2차 전자 발생 계수와 제2 막(16B)의 2차 전자 발생 계수는 동일한 값을 갖거나 상이한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 막(16B)이 제1 막(16A)에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질로 형성되거나, 제2 막(16B)이 제1 막(16A)에 비해 2차 전자 발생 계수가 큰 물질로 형성될 수 있다.
한편, 앞서 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명한 코팅막(16)의 형태는 예시일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 앞서 설명된 형태를 조합하여 코팅막(16)을 형성하는 것도 가능하다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 단면도이다. 이하, 앞서 설명된 내용과 중복된 내용은 생략하여 설명하도록 한다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 캐소드(11), 에미터(12), 게이트 전극(13), 아노드(14), 절연 스페이서(15) 및 코팅막(16)을 포함한다. 여기서, 게이트 전극(13)은 절연 스페이서(15) 내로 일부 삽입된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(13)은 개구부 주변에서 아노드(14)를 향해 꺾어진 형태를 가질 수 있다. 이러한 경우, 게이트 전극(13)은 캐소드(11)의 상부면과 평행한 제1 영역(13A) 및 제1 영역(13A)과 연결되고 소정 각도로 꺾어진 제2 영역(13B)을 포함할 수 있다. 제2 영역(13B)이 꺾어진 각도는 게이트 전극(13)과 코팅막(16)이 닿지 않을 정도로 조절된다. 이를 통해, 삼중점에서 발생되는 전계를 억제하여 엑스선 소스의 고전압 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 도면에서는 엑스선 소스가 앞서 도 1a를 참조하여 설명한 코팅막(16)을 포함하는 경우에 대해 도시하였으나, 코팅막(16)은 앞서 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명한 다양한 형태, 또는 이들을 조합한 형태를 가질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스는 캐소드(21), 에미터(22), 아노드(24), 절연 스페이서(25) 및 코팅막(26)을 포함한다. 또한, 캐소드(21) 하부에는 스페이서(28) 및 단자(27)가 위치될 수 있다. 스페이서(28)는 코팅막(26)과 캐소드(21) 간에 갭(gap)을 형성하기 위한 것이고, 단자(27)는 외부에서 전압을 인가하기 위한 것일 수 있다. 본 도면에는 도시되지 않았으나, 엑스선 소스는 게이트 전극, 집속 전극 등을 더 포함할 수 있다.
여기서, 절연 스페이서(25)는 캐소드(21)의 하부에 위치되고 플레이트 형태를 가질 수 있다. 코팅막(26)은 절연 스페이서(25)의 상부면에 형성되며, 캐소드(21)의 주변에 위치된다. 예를 들어, 코팅막(26)은 스페이서(28)와 절연 스페이서(25)의 사이에 개재될 수 있고, 캐소드(21)의 하부에 위치될 수 있다. 또한, 코팅막(26)은 캐소드(21)에 비해 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 삼중점에 전계가 집중되는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 구조를 나타낸 사시도로서, 엑스선 소스를 제작하기 위한 설계도이다. 도 3a는 엑스선 소스의 외부 및 내부 구조를 나타내고, 도 3b는 엑스선 소스의 하측 내부를 확대하여 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 엑스선 소스는 캐소드(31), 아노드(32), 아노드 타겟(33), 절연 스페이서(34), 게이트 전극(36), 게이트 메쉬(37), 탄소나노튜브 에미터(38), 캐소드 시트(39), 게이트 스페이서(40), 나사탭(41), 비휘발 게터(42), 코팅막(43) 및 브레이징 어댑터(44)를 포함하거나, 이들 중 일부를 포함할 수 있다. 엑스선 튜브는 직경이 약 15mm이고, 길이가 약 56mm인 소형 엑스선 튜브일 수 있다.
캐소드(31)와 아노드(32)가 마주하여 위치되고, 캐소드(31)의 상부에 아노드(32)가 위치된다. 캐소드(31)의 상부면에 캐소드 시트(39)가 부착될 수 있으며, 캐소드 시트(39)에 탄소나노튜브 에미터(38)가 도트 어레이 형태로 형성될 수 있다. 아노드(32)의 하부면에 아노드 타켓(33)이 부착될 수 있다.
캐소드(31)와 아노드(32) 사이에 튜브 형태의 절연 스페이서(34)가 위치된다. 절연 스페이서(34)의 내벽에는 코팅막(43)이 형성될 수 있다. 여기서, 코팅막(43)은 절연 스페이서(34)에 비해 2차 전자 발생 계수가 낮은 물질로 형성되며, 앞서 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명된 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 절연 스페이서(34)는 산화알루미늄(Al2O3)를 포함하고, 코팅막(43)은 산화크롬(Cr2O3) 또는 산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다.
캐소드(31)와 아노드(32) 사이에 게이트 전극(36)이 위치되고, 게이트 전극(36)과 캐소드(31) 사이에 게이트 스페이서(40)가 위치될 수 있다. 게이트 전극(36)은 캐소드(31)와 아노드(32) 사이에 위치되며, 게이트 메쉬(37)를 포함할 수 있다. 게이트 메쉬(27)는 탄소나노튜브 에미터(38)의 어레이에 대응되는 위치에 형성된 게이트 홀들을 포함할 수 있다. 게이트 메쉬의 두께는 약 0.1mm일 수 있다.
게이트 전극(36)은 절연 스페이서(34) 내에 삽입된 원통형 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어, 절연 스페이서 내로 약 10mm 길이로 삽입될 수 있다. 이와 같이, 절연 스페이서(34) 내로 삽입된 원통형 구조로 게이트 전극(36)을 형성하는 경우, 게이트 메쉬(37)를 통과한 전자가 아노드 타겟(33)에 용이하게 집속될 수 있다. 즉, 전자 빔을 집속하기 위한 별도의 집속 전극을 형성할 필요가 없다.
또한, 아노드(32)의 외면, 캐소드(31)의 외면 및 게이트 전극(36)의 외면에 나사탭(41)이 형성될 수 있고, 절연 스페이서(34)와 아노드(32) 사이에 브레이징 어댑터(44)가 형성될 수 있다. 캐소드(31)와 게이트 스페이서(40)의 사이에는 비휘발 게터(42)가 위치될 수 있고, 아노드(32), 브레이징 어댑터(44), 게이트 전극(36), 캐소드(31) 등의 외면에 정렬 홈이 형성될 수 있다. 또한, 게이트 전극(36)은 절연 스페이서(34)의 내벽과 닿는 외면에 정렬 돌기(47)를 포함할 수 있다.
아노드 타겟(33)의 주변에는 필러 넘침 방지홈(46)이 형성될 수 있다. 따라서, 진공 브레이징 공정으로 아노드 타겟을 아노드 전극에 접합하는 과정에서 금속 재질의 브레이징 필러가 아노드 타겟 표면으로 확산되더라도, 필러 넘침 방지홈(46)에 의해 오염을 방지할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스의 실제 제작 예를 촬영한 사진이고, 도 4b는 도 4a의 엑스선 소스의 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 앞서 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 설계도에 따라 직경이 15mm이고, 길이가 56mm인 소형 엑스선 튜브를 제작하였다. 제작 시, 산화알루미늄(Al2O3)으로 형성된 절연 스페이서(34) 내벽에 산화크롬(CR2O3)을 스퍼터링한 후, 1,000℃ 내지 1,200℃에서 진공 열처리하여 코팅막(43)을 형성하였다. 이어서, 브레이징 공정으로 엑스선 튜브를 진공 밀봉하였다.
코팅막(43) 형성 시, 절연 스페이서(34)의 부피 때문에 가열 분위기에서 스퍼터링 공정을 실시하는 것이 어렵기 때문에, 크롬옥사이드(Cr2O3)의 상(phase)이 제대로 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 스퍼터링 공정 후에 후속 열처리 공정을 실시하였다. 참고로, 스퍼터 장비에 따라, 500℃ 이상으로 가열하는 분위기에서 산화알루미늄으로 형성된 절연 스페이서(34)에 스퍼터링을 진행하는 것이 가능하다면, 후속 열처리 공정은 생략할 수 있다.
게이트 전극(36)은 절연 스페이서(34)의 내부로 10 mm 삽입되었다. 또한, 게이트 전극(36)과 절연 스페이서(34)의 내벽 간의 거리가 약 0.5 mm가 되도록, 게이트 전극(36)의 외면에 정렬 돌기(47)를 형성하였다. 본 실시예에서는 삽입 거리 10 mm, 이격 거리가 0.5mm가 되도록 제작하였으나, 삽입 거리 및 이격 거리는 튜브 조건에 따라 변경될 수 있다.
브레이징 어댑터(44)는 코바(Kovar) 합금으로 형성했다. 산화 알루미늄으로 절연 스페이서(34)를 형성하고 열전도도가 우수한 구리로 아노드(32)를 형성하는 경우, 산화알루미늄과 구리 간의 브레이징 접합성이 좋지 않다. 따라서, 코바 합금으로 브레이징 어댑터(44)를 형성함으로써, 절연 스페이서(34)와 아노드(32) 간의 브레이징 접합성을 개선했다.
브레이징 어댑터(44)는 아노드 타겟(33)과 절연 스페이서(34) 내벽 사이의 틈을 봉쇄하도록, 아노드 타겟(33)의 주변을 감싸는 구조로 형성되었다. 따라서, 탄소나노튜브 에미터(38)로부터 방출되어 가속된 전자 또는 백스캐터링된 전자가 아노드 타겟(33)과 절연 스페이서(34) 내벽 사이의 틈으로 빠져나가는 것을 방지했다.
캐소드(31), 게이트 전극(36), 아노드(32) 등의 전극과 절연 스페이서(34)를 진공 브레이징 공정으로 접합했다. 또한, 아노드(32)와 아노드 타겟(33), 캐소드 시트(39)와 캐소드(31)를 진공 브레이징 공정으로 접합했다. 진공 브레이징 공정으로 아노드 타겟(33)을 아노드(32)에 접합하는 과정에서, 금속 재질의 브레이징 필러가 아노드 타겟(33) 표면으로 확산되어 오염이 발생할 수 있으나, 필러 넘침 방지홈(46)에 의해 오염을 방지했다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 제작된 엑스선 소스의 아노드(32)에 인가되는 전압을 변경하면서, 게이트 전압에 따른 전계 방출 특성을 측정하였다. 그래프의 X축은 게이트 전압을 나타내고 Y축은 캐소드 전류를 나타낸다. 아노드(32)에 인가된 전압을 40kV, 50kV, 60kV, 65kV로 증가시키면서 게이트 전압에 따른 캐소드 전류를 측정한 결과, 엑스선 소스가 고전압에서 안정적으로 구동됨을 확인하였다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님에 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.
11: 캐소드 12: 에미터
13: 게이트 전극 14: 아노드
15: 절연 스페이서 16: 코팅막

Claims (15)

  1. 캐소드;
    상기 캐소드와 마주하도록 상기 캐소드의 상부에 위치된 아노드;
    상기 캐소드 상에 형성된 에미터;
    상기 캐소드와 상기 아노드의 사이에 위치되고 상기 에미터와 대응되는 위치에 개구부를 포함하는 게이트 전극;
    상기 게이트 전극과 상기 아노드 사이에 형성된 절연 스페이서; 및
    상기 절연 스페이서의 내벽에 형성되고, 상기 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질을 포함하는 코팅막을 포함하되,
    상기 코팅막은 상기 캐소드에 인접하는 상기 절연 스페이서의 상기 내벽의 일부 상에 제공되고,
    상기 아노드에 인접하는 상기 내벽의 다른 일부는 상기 코팅막으로 덮이지 않고 노출되는 엑스선 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은 상기 절연 스페이서와 전자가 충돌하여 2차 전자가 발생되는 것을 방지하는
    엑스선 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은 산화크롬(Cr2O3) 또는 산화티타늄(TiO2)을 포함하는
    엑스선 소스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 스페이서는 튜브 형태를 갖는
    엑스선 소스.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은 상기 게이트 전극과 접촉하는
    엑스선 소스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은 상기 아노드와 가까워질수록 두께가 감소하는
    엑스선 소스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은,
    상기 게이트 전극과 상기 아노드 사이에 노출된 상기 절연 스페이서의 내벽 중 상기 게이트 전극와 인접한 일부 영역에 형성된 제1 막; 및
    상기 게이트 전극과 상기 아노드 사이에 노출된 상기 절연 스페이서의 내벽 중 상기 아노드와 인접한 일부 영역에 형성되고, 상기 제1 막과 2차 전자 발생 계수가 상이한 제2 막을 포함하는
    엑스선 소스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅막은,
    상기 게이트 전극과 상기 아노드 사이에 노출된 상기 절연 스페이서의 내벽에 형성된 제1 막; 및
    상기 제1 막 상에 형성되고, 상기 제1 막과 2차 전자 발생 계수가 상이한 제2막을 포함하는
    엑스선 소스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 상기 개구부 주변에서 상기 아노드를 향해 꺾어진 형태를 갖는
    엑스선 소스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에미터는 탄소 나노 튜브 에미터인
    엑스선 소스.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 메쉬 형태를 갖는
    엑스선 소스.
  13. 캐소드;
    상기 캐소드와 마주하도록 상기 캐소드의 상부에 위치된 아노드;
    상기 캐소드 상에 형성된 에미터;
    상기 캐소드와 상기 아노드의 사이에 위치되고 상기 에미터와 대응되는 위치에 개구부를 포함하는 게이트 전극;
    상기 캐소드의 하부에 위치된 플레이트 형태의 절연 스페이서;
    상기 절연 스페이서의 상부면에 형성되고, 상기 절연 스페이서에 비해 2차 전자 발생 계수가 작은 물질을 포함하는 코팅막; 및
    상기 절연 스페이서 및 상기 코팅막을 관통하여 상기 캐소드와 전기적으로 연결되는 단자를 포함하되,
    상기 코팅막은 상기 캐소드에 인접하는 상기 절연 스페이서의 상기 상부면의 일부 상에 제공되고,
    상기 상부면의 다른 일부는 상기 코팅막으로 덮이지 않고 노출되는 엑스선 소스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코팅막은 상기 절연 스페이서와 전자가 충돌하여 2차 전자가 발생되는 것을 방지하는
    엑스선 소스.
  15. 삭제
KR1020160041149A 2015-08-21 2016-04-04 엑스선 소스 KR102188055B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/230,276 US10283311B2 (en) 2015-08-21 2016-08-05 X-ray source
US16/358,370 US10522316B2 (en) 2015-08-21 2019-03-19 X-ray source

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150118213 2015-08-21
KR20150118213 2015-08-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170022852A KR20170022852A (ko) 2017-03-02
KR102188055B1 true KR102188055B1 (ko) 2020-12-07

Family

ID=58426625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160041149A KR102188055B1 (ko) 2015-08-21 2016-04-04 엑스선 소스

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102188055B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3069098B1 (fr) * 2017-07-11 2020-11-06 Thales Sa Source generatrice de rayons ionisants compacte, ensemble comprenant plusieurs sources et procede de realisation de la source
KR102288924B1 (ko) 2017-07-28 2021-08-11 (주) 브이에스아이 원통형 엑스선 튜브 및 그 제조 방법
KR102467247B1 (ko) * 2019-12-03 2022-11-17 한국전자통신연구원 엑스선 튜브
US11404236B2 (en) 2019-12-03 2022-08-02 Electronics And Telecommunications Research Institute X-ray tube
US11791123B2 (en) 2021-04-29 2023-10-17 Electronics And Telecommunications Research Institute X-ray tube
KR102689054B1 (ko) * 2021-06-09 2024-07-29 한국전자통신연구원 고전압 구동 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050213709A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Dinsmore Mark T Miniature x-ray source with improved output stability and voltage standoff
US20110114830A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Jani Reijonen Electrode configuration for downhole nuclear radiation generator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120064783A (ko) * 2010-12-10 2012-06-20 한국전자통신연구원 전계 방출 엑스선원 및 그 구동 방법
KR101818681B1 (ko) * 2011-07-25 2018-01-16 한국전자통신연구원 게터 내장형 전계방출 엑스선관 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050213709A1 (en) * 2004-03-23 2005-09-29 Dinsmore Mark T Miniature x-ray source with improved output stability and voltage standoff
US20110114830A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Jani Reijonen Electrode configuration for downhole nuclear radiation generator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170022852A (ko) 2017-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10522316B2 (en) X-ray source
KR102188055B1 (ko) 엑스선 소스
KR101823876B1 (ko) 스페이서를 이용한 적층형 엑스선관 장치
KR101868009B1 (ko) 전계 방출 엑스선원 및 이를 이용한 전자 빔 집속 방법
US10438764B2 (en) Field emission apparatus
JP5231521B2 (ja) イオン源
AU2003235984A1 (en) Gas discharge tube
US20180247787A1 (en) Vacuum closed tube and x-ray source including the same
JP2004228084A (ja) 電界放出素子
WO2013172278A1 (ja) マイクロチャネルプレート
WO2012063379A1 (ja) 電界放射装置及び携帯型非破壊検査装置
WO2008156361A2 (en) Miniature x-ray source with guiding means for electrons and / or ions
US9117640B2 (en) Microchannel plate having a main body, image intensifier, ion detector, and inspection device
US3612946A (en) Electron multiplier device using semiconductor ceramic
US7567027B2 (en) Negative hole structure having a protruded portion and electron emission device including the same
US8450917B2 (en) High-definition cathode ray tube and electron gun
RU2586628C1 (ru) Источник электронов с автоэлектронными эмиттерами
CN111584334B (zh) 用于离子注入装置的绝缘结构
JP2021089892A (ja) Ｘ線チューブ
WO2024176418A1 (ja) 絶縁ガイシ、絶縁ガイシを備える荷電粒子銃、絶縁ガイシを備える荷電粒子ビーム装置、及び絶縁ガイシの製造方法
KR20200015003A (ko) 엑스선 튜브의 세라믹 절연튜브 표면 개질 처리 방법
US20240021400A1 (en) Planar filament with focused, central electron emission
US11335530B2 (en) Electron emission structure and X-ray tube including the same
JP2013093172A (ja) 電子管
KR102292412B1 (ko) 초소형 마이크로 포커스 엑스선 튜브

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant