KR102332578B1 - 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치 - Google Patents

엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치에 관한 것으로서, 지지몸체; 지지몸체의 상단에 배치되어 엑스선을 발생시키며, 엑스선의 조사방향을 따라 수직 스테이지를 통해 전후방향으로 이동되는 엑스선 발생부; 엑스선 발생부에서 소정거리 이격배치되어 엑스선을 집속 또는 확산시켜 엑스선의 조사면적을 조정하여 변경시키는 엑스선 집속광학계; 및 엑스선 집속광학계의 하방향에 배치되며, 시료를 고정하는 시료고정부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 발생하는 엑스선을 집속하여 조사 선량을 수십 ~ 수백배 이상으로 증가시켜 측정시간을 줄일 수 있으며, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 조사면적을 조절 할 때 집속 및 확산을 통해 집속 초점을 기준으로 초점의 거리를 변경할 수 있어 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정의하여 측정점을 정확하게 확보할 수 있다.

Description

엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치{X-ray generator using optical focusing system}
본 발명은 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엑스선을 집속하여 조사 선량을 크게 증가시켜 측정시간을 줄일 수 있으며, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 조사면적을 조절 할 때 집속 및 확산을 통해 집속 초점을 기준으로 초점의 거리를 변경하여 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정확하게 확보할 수 있는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치에 관한 것이다.
최근 세계적으로 환경 친화적인 제품의 요구와 소비의 자원 순환형 구조증대에 따라 제품을 생산하는 모든 과정에서 소재를 정성/정량 분석할 수 있는 측정 장비의 개발이 이루어지고 있다.
그 중에서도 엑스선을 이용한 엑스선 형광분석 장치는 측정할 시료를 비파괴적으로 분석하여 시료의 전처리 과정을 최소화하고 짧은 시간에 측정할 시료의 정보를 획득 할 수 있는 것으로서, 엑스선에 시료를 조사한 후 시료에서 발생되는 형광 엑스선을 검출하여 제품 생산 및 수입검사에 널리 활용되고 있는 기술이다.
한편, 기존 엑스선 발생장치는 도 1과 같이 시료 사이에 엑스선을 차폐 할 수 있는 중금속(텅스텐, 몰리브데늄)에 작은 구멍(Pin Hole)을 형성하여 시료에 조사함으로써 핀홀(Pin Hole)을 통과한 엑스선만 시료에 조사되고 나머지는 중금속에 흡수되어 차폐할 수 있는 장치를 이용하여 시료에 조사되는 엑스선의 면적을 제한 하였다.
이 경우, 조사 면적을 조절하기 위해서는 크기가 다른 다수의 핀홀(Pin Hole)을 배치하여 이를 이동 함으로써 조사 면적을 조절할 수 있으나 이는 조사 면적을 핀홀크기와 숫자에 제한을 받는다. 또한, 핀홀의 크기를 고려하여 정밀하게 움직여야 하는 불편함이 있었다.
이를 효과적으로 개선하기 위해 엑스선 발생장치에 엑스선 집속 광학계를 장착하여 조사되는 엑스선을 집속함으로써 미세촛점(micro Focus)을 확보함과 동시에, 초점으로부터 이격거리를 조절하여 시료에 조사되는 엑스선 면적을 자유롭게 조절 할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다. 또한, 시료의 조사 면적을 자유롭게 조절하여 조사되는 엑스선을 집속함으로써 시료에 조사되는 엑스선 광량을 기존 핀홀 방식보다 수십 ~ 수백배까지 높여서 측정시간을 현저히 줄일 수 있는 방법이 요구되고 있다.
(한국공개특허 제10-2008-0114235호, 2008년 12월 31일)
본 발명의 목적은 엑스선을 집속하여 조사 선량을 크게 증가시켜 측정시간을 줄일 수 있으며, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 조사면적을 조절 할 때 집속 및 확산을 통해 집속 초점을 기준으로 초점의 거리를 변경하여 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정확하게 확보할 수 있는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 시료에 엑스선을 조사하여 상기 시료를 분석하는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치는 지지몸체; 엑스선 발생부에서 소정거리 이격배치되어 엑스선을 집속 또는 확산시켜 엑스선의 조사면적을 조정하여 변경시키는 엑스선 집속광학계; 엑스선 발생부에서 소정거리 이격배치되어 지지몸체에 고정되며, 엑스선 발생부의 가변적인 이동에 따라 엑스선을 집속 또는 확산시켜 엑스선의 조사면적을 가변적으로 변경시키는 엑스선 집속광학계; 및 엑스선 집속광학계의 하방향에 배치되며, 시료를 고정하는 시료고정부;를 포함한다.
여기서, 엑스선 집속광학계는 내부에 엑스선의 반사각을 고려하여 엑스선의 조사방향을 따라 수백만개의 5㎛ 이하의 글라스 튜브가 엑스선을 흡수하지 않고 조사방향을 따라 집속시켜 엑스선 선량의 강도를 증대시키는 집속튜브; 집속튜브를 중심으로 양측면에 기설정된 각도로 기울어져 배치되어 시료 표면에 조사되는 엑스선의 조사위치를 확인하는 미러; 및 집속튜브의 종단에 배치되어 시료를 촬영하는 촬영모듈;를 포함하며, 집속튜브는 수직 스테이지를 상하방향으로 이동하면서, 집속튜브를 통해 조사되는 엑스선의 조사면적이 시료에 집속 또는 확산되도록 하여 조사면적의 크기를 다양하게 조정할 수 있다.
여기서, 시료고정부는 시료고정 몸체; 일측면에 시료가 고정되어 시료고정 몸체를 따라 슬라이딩 고정되는 시료고정 트레이; 및 시료고정 몸체의 하면에 결합되어 시료고정 트레이에 위치하는 시료와 엑스선 집속광학계를 통해 조사되는 엑스선과 정렬되도록 시료고정 몸체를 수평방향으로 이동시키는 수평 스테이지;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치는 발생하는 엑스선을 집속하여 조사 선량을 수십 ~ 수백배 이상으로 증가시켜 측정시간을 줄일 수 있으며, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 조사면적을 조절 할 때 집속 및 확산을 통해 집속 초점을 기준으로 초점의 거리를 변경할 수 있어 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정의하여 측정점을 정확하게 확보할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 콜리메이터 핀홀을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계의 집광 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계를 통해 촛점위치를 변경시키는 것을 나타내는 개념도이다.
도 5는 기존 콜리메이터 방식과 집속 광학계를 이용한 방식의 조사 선량비교를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계의 집광 개념도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 집속광학계를 통해 촛점위치를 변경시키는 것을 나타내는 개념도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 엑스선 발생장치(10)는 엑스선을 시료에 조사하여 시료를 분석하는 것으로서, 지지몸체(110), 엑스선 발생부(120), 엑스선 집속광학계(130) 및 시료 고정부(140)를 포함하여 구성된다.
지지몸체(110)는 엑스선 발생부(120) 및 엑스선 집속광학계(130)가 상하방향으로 소정거리 이격시키는 역할을 한다. 지지몸체(110)의 중앙에는 엑스선 집속광학계(130)를 통해 조사되는 엑스선이 하방향에 위치하는 시료 고정부(140)에 전달될 수 있도록 홀이 형성되어 있는 판상의 지지판(111)이 형성될 수 있다. 미러(132)는 지지판(111)에 형성된 홀의 양측면에 결합될 수 있다.
지지몸체(110)의 상단에는 엑스선 발생부(120)가 상하이동할 수 있도록 안내하는 안내레일(112)을 구비할 수 있다. 지지몸체(110)의 하단에는 'L'자 형상으로 형성되어 전방으로 돌출형성되는 고정구(113)를 구비할 수 있다. 고정구(113)는 시료 고정부(140)를 고정시키는 역할을 한다.
엑스선 발생부(120)는 지지몸체(110)의 상단에 배치되어 엑스선을 발생시키며, 엑스선의 조사방향을 따라 수직 스테이지(121)를 통해 전후방향으로 이동될 수 있다.
엑스선 집속광학계(130)는 엑스선 발생부(120)에서 소정거리 이격배치되어 지지몸체(110)에 고정된다. 엑스선 집속광학계(130)는 엑스선 발생부(120)에서 조사되는 엑스선을 집광하는 것으로서, 집속튜브(131), 미러(132) 및 촬영모듈(133)를 구비할 수 있다.
집속튜브(131)는 하방향을 따라 상광하협으로 관경이 좁아지게 형성되는 몸체 내부에 엑스선의 반사각을 고려하여 엑스선의 조사방향을 따라 수백 만개의 5㎛ 이하의 글라스 튜브가 엑스선을 흡수하지 않고 조사방향을 따라 반사시키면서 집속시켜 엑스선 선량의 강도를 증대시킬 수 있다. 즉, 종래의 핀홀방식에 의한 엑스선은 도 5 (a)와 개시된 바와 같이, 엑스선이 흡수되면서 전체적으로 넓게 조사되는 반면, 본원발명은 도 5 (b)와 같이 집광시킬 수 있게 된다. 즉, 집속튜브(131)는 엑스선의 반사각을 고려해서 엑스선이 흡수되지 않고 일방향을 따라 반사되면서 전달시켜 엑스선을 집광시킬 수 있어 엑스선의 조사 선량을 수십 ~ 수백배 이상 증대시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 엑스선의 조사 선량을 집속해서 증가하게 되어 기존의 콜리메이터를 이용한 방식에서 소요되는 45초 정도의 측정 소요시간을 5초 이내로 대폭 줄일 수 있는 특징이 있다.
이때, 집속튜브(131)는 수직 스테이지(121)가 상하방향으로 이동하면서, 집속튜브(131)를 통해 시료에 조사되는 엑스선의 조사면적을 집속 또는 확산시키면서 조사면적과 조사면적의 크기를 다양하게 조정할 수 있게 된다. 집속튜브(131)는 엑스선을 집속하여 조사하기 때문에 도 3과 같이 집속면이 좁아지거나 넓어지는 면이 필연적으로 발생하게 된다. 따라서, 형성되는 집속 초점을 기준으로 시료가 위치하는 초점의 거리를 변경하여 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정의하여 다양한 크기의 조사면적을 효과적으로 자유롭게 조정할 수 있다. 즉, 엑스선이 집속 또는 확산되도록 엑스선의 조사면적을 가변적으로 변경시킬 수 있어, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 미세초점을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 시료의 특성 및 조건에 따라 다양한 집속환경을 유도할 수 있어 시료의 검출환경의 정확도를 증대시킬 수 있게 된다.
미러(132)는 집속튜브를 중심으로 양측면에 기설정된 각도로 기울어져 배치되어 시료 표면에 조사되는 엑스선의 조사위치를 확인할 수 있다. 이때, 미러(132)는 바람직하게는 45도로 기울어져 배치될 수 있다.
촬영모듈(133)은 집속튜브(131)의 종단에 배치되어 시료를 촬영하는 역할을 한다. 촬영모듈(133)은 집속튜브(131)를 통해 시료에 조사되는 초점의 크기를 촬영한다. 제어부는 이를 바탕으로 시료에 집광되는 촛점의 크기가 적정한지 여부를 판단하며, 적정하지 않을 경우, 수직 스테이지(121)를 상하로 구동시켜 적정한 촛점상태가 되도록 유도할 수 있다.
시료 고정부(140)는 엑스선 집속광학계(120)의 하방향에 배치되며, 시료를 고정하는 것으로서, 시료고정 몸체(141), 시료고정 트레이(142) 및 수평 스테이지(143)를 포함하여 구성된다.
시료고정 몸체(141)는 대략적으로 ∪자 형상으로 형성되어 지지몸체(110)의 고정구(113)에 고정된다. 시료고정 몸체(141)의 상단에는 시료고정 트레이(142)가 슬라이딩 결합될 수 있도록 슬라이딩 홈이 형성될 수 있다.
시료고정 트레이(142)는 판상으로 형성되어 시료고정 몸체(141)의 슬라이딩 홈을 따라 슬라이딩 결합될 수 있다. 시료고정 트레이(142)는 전방에 사용자가 파지할 수 있도록 손잡이가 형성될 수 있다.
수평 스테이지(143)는 시료고정 몸체(141)의 하면에 결합되어 시료고정 트레이에 위치하는 시료와 엑스선 집속광학계를 통해 조사되는 엑스선과 정렬되도록 시료고정 몸체를 수평방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 수평 스테이지(143)는 사용자에 의해서 수동으로 구동될 수 있지만, 바람직하게는 촬영모듈(133)을 통해 촬영된 시료의 위치와 촛점 간의 이격된 거리를 바탕으로 시료의 중앙점과 촛점의 위치가 정렬되도록 수평 스테이지(143)를 자동으로 정렬시킬 수 있다. 또한, 시료의 측정점에 대해서 수평방향으로 이동시킴으로써 시료의 다른 위치를 측정할 수 있어 시료를 탈부착시키지 않고도 보다 편리하게 시료를 조사할 수 있다.
본 발명에 의한 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치는 발생하는 엑스선을 집속하여 조사 선량을 수십 ~ 수백배 이상으로 증가시켜 측정시간을 줄일 수 있으며, 집속 엑스선 광학계를 이용하여 조사면적을 조절 할 때 집속 및 확산을 통해 집속 초점을 기준으로 초점의 거리를 변경할 수 있어 다양한 크기의 조사면적과 그 크기를 정의하여 측정점을 정확하게 확보할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 가변형 엑스선 발생장치 110 : 지지몸체
111 : 지지판 112 : 안내레일
113 : 고정구 120 : 엑스선 발생부
121 : 수직 스테이지 130 : 엑스선 집속광학계
131 : 집속튜브 132 : 미러
133 : 촬영모듈 140 : 시료 고정부
141 : 시료고정 몸체 142 : 시료고정 트레이
143 : 수평 스테이지

Claims (3)

  1. 시료에 엑스선을 조사하여 상기 시료를 분석하는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치에 있어서,
    지지몸체;
    상기 지지몸체의 상단에 배치되어 엑스선을 발생시키며, 엑스선의 조사방향을 따라 수직 스테이지를 통해 전후방향으로 이동되는 엑스선 발생부;
    상기 엑스선 발생부에서 소정거리 이격배치되어 엑스선을 집속 또는 확산시켜 엑스선의 조사면적을 조정하여 변경시키는 엑스선 집속광학계; 및
    상기 엑스선 집속광학계의 하방향에 배치되며, 시료를 고정하는 시료고정부;를 포함하며,
    상기 엑스선 집속광학계는,
    내부에 엑스선의 반사각을 고려하여 엑스선의 조사방향을 따라 수백만개의 5㎛ 이하의 글라스 튜브가 엑스선을 흡수하지 않고 조사방향을 따라 집속시켜 엑스선 선량의 강도를 증대시키는 집속튜브;
    상기 집속튜브로부터 선량의 강도가 증대된 엑스선에 영향을 주지 않도록 상기 집속튜브를 중심으로 양측면에 기설정된 각도로 기울어져 배치되어 시료 표면에 조사되는 엑스선의 조사위치를 확인하는 미러; 및
    상기 집속튜브의 종단에 배치되어 시료를 촬영하는 촬영모듈;을 포함하며,
    상기 집속튜브는,
    상기 수직 스테이지를 상하방향으로 이동하면서, 상기 집속튜브를 통해 조사되는 엑스선의 조사면적이 상기 시료에 집속 또는 확산되도록 하여 조사면적의 크기를 다양하게 조정하는 것을 특징으로 하는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시료고정부는,
    시료고정 몸체;
    일측면에 시료가 고정되어 상기 시료고정 몸체를 따라 슬라이딩 고정되는 시료고정 트레이; 및
    상기 시료고정 몸체의 하면에 결합되어 시료고정 트레이에 위치하는 시료와 상기 엑스선 집속광학계를 통해 조사되는 엑스선과 정렬되도록 상기 시료고정 몸체를 수평방향으로 이동시키는 수평 스테이지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 집속광학계를 이용한 가변형 엑스선 발생장치.
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