KR102358246B1 - 엑스레이 튜브 - Google Patents

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Abstract

방사선 촬영에 사용되는 엑스레이 튜브에 관한 것이다. 엑스레이 튜브는 내부에 수용 공간이 형성된 진공 케이스; 상기 수용 공간의 일측에 제공되고, 일면에 전자 방출을 위한 에미터가 평면 또는 비평면 형상으로 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극의 일면에 제공되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및 상기 수용 공간의 타측에 제공되고, 상기 전자와의 충돌에 의해 광을 발생시키는 애노드 전극;을 포함하고, 상기 게이트 전극의 상부 및 하부가 절연체에 의해 지지되거나, 상기 에미터에서 방출된 전자가 전자 증폭부에 다수회 반사되고, 한번 반사될 때마다 이전에 비하여 배출되는 전자수가 증폭될 수 있다.

Description

엑스레이 튜브{X-RAY TUBE}
본 발명은 엑스선 촬영에 사용되는 엑스레이 튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에미터로부터 방출되는 전자와 충돌되어 이차전자를 발생시키는 전자 증폭부를 구비함으로써, 에미터의 사이즈를 크게 형성하지 않고도 고출력의 방사선 영상 정보를 획득할 수 있는 엑스레이 튜브에 관한 것이다.
일반적으로 엑스레이(X-ray) 튜브는 의료 진단용이나 비파괴 검사용 또는 화학분석용 등 다양한 검사장치 또는 진단장치에 응용되어 폭넓게 사용되고 있다.
종래의 엑스레이 튜브는 전자 방출원으로 텅스텐 소재의 열음극을 사용하며, 고전압으로 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 방출시키고, 방출된 전자를 애노드 전극 측의 타겟에 충돌시켜 엑스레이를 발생시키는 열음극 방식의 구조를 갖는다.
그러나, 열음극 방식의 엑스레이 튜브는 전자 방출을 위해 텅스텐 필라멘트를 1000도 이상의 고온으로 상승시켜야 하므로, 전자를 방출시키기 위해 많은 전력이 소모되며, 발생되는 전자가 스파이럴 구조를 갖는 텡스텐 표면에서 무작위로 방출되기 때문에 엑스레이 방출 효율이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 냉음극 전자 방출원으로 탄소나노튜브(CNT) 등의 나노 구조물을 이용한 전계방출형 엑스레이 튜브에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
전계방출형 엑스레이 튜브는 세라믹 재질의 진공 튜브 내에 캐소드 전극, 게이트 전극, 및 애노드 전극을 구비하고 있으며, 캐소드 전극의 표면에 CNT 등의 나노 구조물로 형성된 에미터로부터 방출된 전자가 게이트 전극에 의해 여기 및 가속되어 애노드 전극 상에 형성된 타겟에 충돌하여 엑스레이가 발생되는 구성을 갖는다.
이러한 탄소나노튜브 기반의 전계방출형 엑스레이 튜브는 열음극 방식의 엑스레이 튜브에 비하여 열에 의한 전력손실이 발생하지 않는 장점과 더불어, 방출되는 전자가 탄소나노튜브의 길이 방향을 따라 방출되기 때문에 애노드 전극 측의 타겟을 향한 전자의 방향 지향성이 우수하여 엑스레이 방출 효율 및 집속성능이 향상되는 장점이 있다. 또한, 열음극에서의 전자방출은 필라멘트 특유의 웜업(Warm-up)시간으로 인해 전자방출특성이 아날로그에 준하여 이루어지나, 냉음극 CNT 전계방출의 경우 상기 웜업시간이 불필요하므로 매우 빠른 온-오프(On-Off)특성에 기반한 디지털 구동이 가능한 장점이 있다.
한편, 최근에는 엑스레이 튜브를 치과 치료 등의 영상진단 분야 및 비파괴검사 분야로 사용하기 때문에 고출력 및 소형화가 요구되는 추세이다. 이에 따라, 에미터에서 방출되는 전자량을 증가시키기 위해 에미터의 사이즈를 크게 형성하거나, 에미터에 고전압을 인가하는 등의 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법은 엑스레이 튜브의 부피를 증가시키고, 개별 에미터가 부담해야 할 전자량이 증가되어 수명이 감소되는 문제가 있다.
공개특허공보 10-2019-0014629(2019.02.13 공개)
본 발명의 과제는 에미터로부터 방출되는 전자와 충돌되어 이차전자를 발생시키는 전자 증폭부를 구비함으로써, 에미터의 사이즈를 크게 형성하지 않고도 고출력의 방사선 영상 정보를 획득할 수 있는 엑스레이 튜브를 제공함에 있다.
또한, 전자 방출을 위한 에미터를 비평면 형상으로 제공하여 에미터에 보다 많은 탄소나노튜브를 성장시킴으로써, 보다 많은 전자량을 획득할 수 있는 엑스레이 튜브를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 엑스레이 튜브는 내부에 수용 공간이 형성된 진공 케이스; 상기 수용 공간의 일측에 제공되고, 일면에 전자 방출을 위한 에미터가 평면 또는 비평면 형상으로 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극의 일면에 제공되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및 상기 수용 공간의 타측에 제공되고, 상기 전자와의 충돌에 의해 광을 발생시키는 애노드 전극;을 포함하고, 상기 게이트 전극의 상부 및 하부가 절연체에 의해 지지되거나, 상기 에미터에서 방출된 전자가 전자 증폭부에 다수회 반사되고, 한번 반사될 때마다 이전에 비하여 배출되는 전자수가 증폭될 수 있다.
또한, 상기 게이트 전극은 외관을 형성하는 플레이트와, 상기 플레이트의 내부에 제공되고, 상기 에미터가 관통할 수 있도록 상기 에미터와 마주하는 부위에 게이트 홀이 형성된 메쉬를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 게이트 전극의 상부에 배치된 절연체는 상기 에미터의 높이보다 높게 배치되고, 상기 게이트 전극의 게이트 홀과 대응되는 부위에 절연체 홀이 형성되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 전자 증폭부는 상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 제공되며, 상기 에미터에서 방출된 전자와의 충돌에 의해 이차전자를 발생시키는 이차전자 방출부를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 전자 증폭부는 상기 이차전자 방출부가 수용될 수 있는 공간이 구비된 바디부를 더 포함하고, 상기 바디부의 일측에는 상기 전자가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 전자 증폭부를 통과한 이차전자가 배출되는 배출구가 형성된 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이차전자 방출부는 Al2O3, MgO, SiO2, La2O3 중 선택된 하나를 포함하는 산화물, 또는 CaF2, MgF2 중 선택된 하나를 포함하는 불화물로 제공되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이차전자 방출부는 복수개로 구비되고, 상기 케이스의 길이 방향으로 상호 이격되게 배치되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이차전자 방출부는 상기 이차전자의 이동을 가이드하기 위하여, 일정 각도로 기울어지게 형성되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 이차전자 방출부는 상기 전자와 충돌하는 부위가 오목하게 형성된 호 형상으로 제공되고, 상기 케이스의 길이 방향으로 교차되게 배치되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 에미터는 일방향으로 연장된 바(Bar) 또는 원형의 형상을 가지며, 금속 재질로 형성된 에미터 바와, 상기 에미터 바의 일면에 돌출 형성되고, 표면에 탄소나노튜브(CNT)가 제공되는 에미터 산을 포함하는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 에미터 산은 상기 애노드 전극이 위치한 방향으로 뾰족하게 형성된 첨단부가 형성되고, 복수개 구비되어 상기 에미터 바의 일면에 길이 방향으로 나란하게 제공되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 캐소드 전극 상에 제공되고, 상기 에미터가 일방향으로 삽입 및 고정되도록 일면에 고정 홈이 형성된 가이더부를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가이더부에는 상기 고정 홈의 일단으로부터 외주면 측으로 점차 폭이 넓어지는 테이퍼(taper) 형상으로 절개된 안내 홀이 형성되는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
또한, 상기 가이더부와 상기 게이트 전극 사이에 제공되고, 상기 에미터가 관통할 수 있도록 상기 에미터와 마주하는 부위에 커버 홀이 형성되는 커버부를 포함하는 엑스레이 튜브가 제공될 수 있다.
에미터로부터 방출되는 전자와 충돌되어 이차전자를 발생시킬 수 있는 전자 증폭부가 제공됨에 따라, 에미터로부터 방출되는 전자가 증폭되어 에미터의 사이즈를 크게 형성하지 않고도 고출력의 엑스레이 튜브를 구현할 수 있다.
또한, 종래의 엑스레이 튜브에 비하여 에미터의 사이즈를 작게 형성할 수 있으므로, 소형의 엑스레이 튜브를 구현할 수 있다.
아울러, 전자 방출을 위한 에미터를 비평면 형상으로 마련함으로써, 비평면 형상에 따른 탄소나노튜브의 성장 유도가 유리해질 수 있다. 특히, 에미터가 뾰족한 첨단형상을 갖도록 제공되는 경우, 에미터에 보다 많은 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있으므로, 에미터로부터 보다 많은 전자량을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에미터의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 게이트 전극 및 절연체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 전자 증폭부를 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 엑스레이 튜브에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 에미터의 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 게이트 전극 및 절연체의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 엑스레이 튜브(100)는 케이스(110)와, 캐소드 전극(120)과, 게이트 전극(130)과, 애노드 전극(140), 및 절연체(10)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 내부에 수용 공간(110a)이 형성된 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 케이스(110)는 후술되는 캐소드 전극(120)과 애노드 전극(140)을 서로 전기적으로 절연시키기 위하여, 유리, 석영, 실리콘 등과 같은 절연 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 케이스(110) 내부는 진공 상태가 되도록 밀봉될 수 있다.
캐소드 전극(120)은 수용 공간(110a)의 일측에 제공되고, 일면에 전자 방출을 위한 에미터(121)가 평면 또는 비평면 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 전극(120)은 케이스(110)의 하측에 결합되어 케이스(110)의 하측을 밀폐시킬 수 있고, 외부에서 음극 전원을 공급받도록 형성될 수 있다.
에미터(121)는 캐소드 전극(120)의 표면에 직접 형성되거나, 별도의 기판에 형성되어 캐소드 전극(120)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 에미터(121)가 비평면 형상으로 형성되는 경우, 에미터(121)는 에미터(121) 바와, 에미터(121) 산을 포함할 수 있다.
에미터 바(1211)는 일방향으로 연장된 바(Bar) 형상을 가지며, 금속 재질로 형성될 수 있다. 이러한 에미터 바(1211)는 단독 또는 복수개의 몸체로 형성될 수 있고, 복수개의 몸체로 마련되는 경우, 접착제와 같은 접착 수단에 의하여 상호 이웃하게 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 에미터 바(1211)를 사각의 바 형상으로 도시하였으나, 원형이나 원기둥 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
에미터 산(1212)은 에미터 바(1211)의 일면에 돌출 형성될 수 있다. 이러한 에미터 산(1212)은 후술되는 애노드 전극(140)이 위치한 방향으로 뾰족하게 형성된 첨단부가 형성되고, 복수개 구비되어 에미터 바(1211)의 일면에 길이 방향으로 나란하게 제공될 수 있다.
에미터 산(1212)의 표면에는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 에미터 산(1212)의 표면에는 전자를 방출시키는 다수개의 탄소나노튜브가 증착 형성될 수 있다. 여기서, 에미터 산(1212)의 뾰족한 첨단부의 형상으로 인해, 에미터 산(1212)에서 나노 소재인 탄소나노튜브의 성장 유도가 유리해질 수 있다.
구체적으로, 탄소나노튜브는 에미터 산(1212)의 표면에 CVD, PECVD, 스크린 프린팅 중 선택된 하나의 공정을 통해 증착될 수 있다. 이에 따라, 캐소드 전극(120)에 음극 전원이 인가되면 에미터 산(1212)에 증착된 다수의 탄소나노튜브에서 전자가 방출된다. 이와 같이 에미터 산(1212)의 표면에 나노 소재인 탄소나노튜브가 형성됨에 따라, 단위 면적당 높은 전류 방출이 가능하므로, 기존의 열전자 방식의 전자공급원에 비하여 선명한 방사선 영상 정보를 얻을 수 있다.
도시하지는 않았지만, 에미터(121)가 평면 형상으로 형성되는 경우, 에미터(121)는 에미터 바(1211)만 포함하거나, 에미터 산(1212)이 첨단부를 포함하지 않은 평평한 단부를 갖도록 형성될 수 있다.
에미터(121)는 가이더부(150)에 의하여 설치가 가이드될 수 있다.
가이더부(150)는 캐소드 전극(120) 상에 제공되고, 에미터(121)가 일방향으로 삽입 및 고정되도록 일면에 고정 홈(150a)이 형성될 수 있다. 그리고, 고정 홈(150a)의 일단으로부터 외주면 측으로 점차 폭이 넓어지는 테이퍼(taper) 형상으로 절개된 안내 홀(150b)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 에미터(121)는 안내 홀(150b)을 통해 삽입되어 고정 홈(150a)에 진입함으로써, 고정 홈(150a) 내에서 유동되지 않고 고정될 수 있다.
한편, 가이더부(150)의 외주면에는 상호 마주하게 배치된 한 쌍의 가이더부 설치 홀(151)이 형성되어 있어, 케이스(110)에 대한 가이더부(150)의 설치 위치가 가이드될 수 있다.
게이트 전극(130)은 캐소드 전극(120)의 일면에 제공되어 에미터(121)로부터 전자를 추출할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(130)은 에미터(121)로부터 전자를 추출하고, 추출된 전자가 퍼지거나 산란되지 않고 후술되는 애노드 전극(140)을 향하여 이동할 수 있도록 포커싱할 수 있다.
구체적으로, 게이트 전극(130)은 플레이트(131)와, 메쉬(132)를 포함할 수 있다.
플레이트(131)는 가이더부(150)에 적층되어 게이트 전극(130)의 외관을 형성할 수 있다. 이러한 플레이트(131)는 원형의 얇은 판 형상으로 형성될 수 있고, 가이더부(150)의 가이더부 설치 홀(151)과 대응되는 부위에 한 쌍의 게이트 전극 설치 홀(131a)이 형성될 수 있다.
메쉬(132)는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 플레이트(131)의 내부에 제공될 수 있다. 여기서, 메쉬(132)는 에미터(121)에서 전자 추출이 균일하게 이루어지도록 하는 것으로서, 금속망 사이로 다수의 개구가 형성되고, 개구의 형상은 육각형의 벌집 형상으로 형성될 수 있다. 이처럼 메쉬(132)의 형상이 육각형의 벌집 형상으로 형성됨에 따라, 메쉬(132)가 전자를 효율적으로 추출하면서도 전자가 금속망에 의하여 충돌되지 않고 안정적으로 개출(開出)되는 개구율이 극대화될 수 있다
메쉬(132)에는 에미터(121)가 관통할 수 있도록 에미터(121)와 마주하는 부위에 게이트 홀(130a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극(130)의 하부에 배치된 에미터(121)의 에미터 산(1212)은 게이트 홀(130a)을 통해 상부로 노출될 수 있다. 이와 같이, 탄소나노튜브가 증착된 에미터 산(1212)이 게이트 전극(130)의 상부로 노출됨에 따라, 에미터 산(1212)에서 방출되는 전자가 게이트 전극(130)에 간섭되지 않으므로 전자 방출의 효율이 증대될 수 있다.
애노드 전극(140)은 수용 공간(110a)의 타측에 제공되어 에미터(121)로부터 방출되는 전자와의 충돌에 의해 광을 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 애노드 전극(140)은 케이스(110)의 상측에 결합되어 케이스(110)의 상측을 밀폐시킬 수 있고, 외부에서 양극 전원을 공급받을 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있다. 이러한 구성으로 인해 이차전자는 애노드 전극(140)을 구성하는 금속에 충돌한 후 반사 또는 그 금속을 통과하면서 엑스레이를 발생시킬 수 있다.
절연체(10)는 한 쌍으로 구비되어 게이트 전극(130)의 상부 및 하부를 지지할 수 있다. 예를 들어, 절연체(10)는 원형의 얇은 판 형상으로 형성될 수 있고, 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 게이트 전극(130)의 게이트 홀(130a)과 대응되는 부위에 절연체 홀(10a)이 형성되고, 한 쌍의 절연체(10) 중 게이트 전극(130)의 상부에 배치된 절연체(10)는 에미터(121)의 높이보다 높게 배치될 수 있다. 이에 따라, 에미터(121), 보다 구체적으로는 에미터 산(1212)이 절연체(10)와 게이트 전극(130)의 내부에 배치될 수 있다.
이와 같이 전자를 방출하는 탄소나노튜브가 증착된 에미터 산(1212)이 절연체(10)와 게이트 전극(130)의 내부에 배치됨에 따라, 에미터 산(1212)에서 방출되는 전자가 절연체(10)와 충돌하여 이차전자를 발생시킬 수 있다. 그리고, 이차전자는 절연체(10)에 의하여 애노드 전극(140) 측으로 이동이 가이드 되므로, 애노드 전극(140)은 보다 많은 전자를 획득할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 엑스레이 튜브(100)는 커버부(160)를 더 포함할 수 있다.
커버부(160)는 가이더부(150)와 게이트 전극(130) 사이에 제공되고, 에미터(121)가 통과할 수 있도록 에미터(121)와 마주하는 부위에 커버 홀(160a)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 커버부(160)는 가이더부(150)의 고정 홈(150a)에 삽입된 에미터(121)를 커버하되, 커버 홀(160a)을 통하여 에미터 산(1212)을 노출시킬 수 있다. 이러한 커버부(160)는 가이더부(150)의 상면에 밀착되도록 적층될 수 있고, 에미터 산(1212)에서 방출되는 전자가 커버부(160)에 의하여 간섭 받지 않도록 에미터 산(1212)은 커버 홀(160a)을 통하여 상부로 노출될 수 있다.
커버부(160)에는 설치 위치를 가이드 하기 위하여, 외주면에 상호 마주하도록 배치된 한 쌍의 커버부 설치 홀(161)이 형성될 수 있다. 여기서, 게이트 전극 설치 홀(131a), 커버부 설치 홀(161), 및 가이더부 설치 홀(151)은 케이스(110)의 길이 방향으로 나란하게 배열되어 있어, 각 부재들은 하나의 설치 구조물을 통해 케이스(110)에 대한 설치 위치가 가이드될 수 있다.
한편, 아래의 표 1은 본 발명에 따른 엑스레이 튜브(100)를 이용하여, 게이트 전극(130)으로 인가되는 전류와, 캐소드 전극(120)의 에미터(121)에서 방출되는 전류와, 애노드 전극(140)에서 출력되는 전류를 나타낸 표이다.
게이트 전극(mA) 캐소드 전극(mA) 애노드 전극(mA)
0.077 0.531 0.580
0.116 0.709 0.840
0.131 0.827 0.870
표 1을 참조하면, 엑스레이 튜브(100)에 절연체(10)가 제공됨에 따라, 캐소드 전극(120)의 에미터(121)로부터 방출되는 전류보다 애노드 전극(140)에서 출력되는 전류의 크기가 큰 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극(130)으로 입력되는 전류의 손실을 절연체(10)를 통해 보상하여, 고출력의 엑스레이 튜브(100)를 구현할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스레이 튜브의 개략적인 단면도이고, 도 5는 도 4의 전자 증폭부를 도시한 사시도이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 엑스레이 튜브(200)는 케이스(110)와, 캐소드 전극(120)과, 게이트 전극(130)과, 애노드 전극(140), 및 전자 증폭부(20)를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 엑스레이 튜브(200)는 절연체(10) 대신 전자 증폭부(20)를 포함할 수 있다.
전자 증폭부(20)는 에미터(121)에서 방출된 전자를 다수회 반사시켜 증폭시키기 위한 것으로서, 한번 반사될 때마다 이전에 비하여 배출되는 전자의 수가 증폭될 수 있다.
구체적으로, 전자 증폭부(20)는 이차전자 방출부(21)와, 바디부(22)를 포함할 수 있다.
이차전자 방출부(21)는 게이트 전극(130)과 애노드 전극(140) 사이에 제공되며, 에미터(121)로부터 방출되는 전자와 충돌되어 이차전자를 발생시킬 수 있다. 즉, 에미터(121)에서 방출되는 전자는 이차전자 방출부(21)를 통과하면서 일어나는 내부 충돌에 의하여 에미터(121)에서 방출되는 전자보다 많은 이차전자를 발생시킬 수 있다.
이차전자 방출부(21)는 이차전자 방출계수가 큰 Al2O3, MgO, SiO2, La2O3 중 선택된 하나를 포함하는 산화물, 또는 CaF2, MgF2 중 선택된 하나를 포함하는 불화물로 제공될 수 있다.
이차전자 방출부(21)는 복수개로 구비될 수 있고, 케이스(10)의 길이 방향으로 상호 이격되게 배치될 수 있다. 이러한 복수개의 이차전자 방출부(21)들은 케이스(110)의 길이 방향으로 나란하게 배치되되, 내부로 유입된 전자가 측면으로 빠져나가지 않도록 일부가 중첩되게 배치될 수 있다. 이와 같이 이차전자 방출부(21)가 복수개로 구비됨에 따라, 에미터(121)에서 방출된 전자와의 충돌 횟수가 증가하여 보다 많은 이차전자를 획득할 수 있다.
이차전자 방출부(21)는 이차전자의 이동을 가이드하기 위하여, 일정 각도로 기울어지게 형성될 수 있다. 이러한 이차전자 방출부(21)의 기울기를 통해 이차전자를 이차전자 방출부(21)에 순차적으로 충돌시킬 수 있고, 에미터(121)로부터 애노드 전극(140) 측으로 안내할 수 있게 된다.
이차전자 방출부(21)는 전자와 충돌하는 부위가 오목하게 형성된 호 형상으로 제공되고, 케이스(110)의 길이 방향으로 교차되게 배치될 수 있다. 이와 같이 이차전자 방출부(21)의 전자와 충돌하는 부위가 오목한 호 형상으로 형성되는 경우, 오목한 부위로 전자가 집중되며 충돌할 수 있으므로 전자의 충돌량을 증가시킬 수 있다. 그리고, 이차전자 방출부(21)가 좌측 및 우측 방향으로 교차되게 배치되는 경우, 이차전자 방출부(21)의 설치 면적을 증가시킬 수 있는 동시에 이차전자 방출부(21)의 길이를 최대로 형성할 수 있으므로, 이차전자의 획득 효율을 증가시킬 수 있다.
바디부(22)는 내부에 이차전자 방출부(21)가 수용될 수 있는 공간이 구비될 수 있다. 예를 들어, 바디부(22)는 원기둥 형상으로 제공될 수 있고, 케이스(110) 내부에 억지 끼움, 나사 결합, 본딩 결합 등의 방식으로 결합될 수 있다.
바디부(22)의 일측에는 전자가 유입되는 유입구(20a)가 형성되고, 타측에는 전자 증폭부(21)를 통과한 이차전자가 배출되는 배출구(20b)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 유입구(20a)는 게이트 전극(130)의 게이트 홀(130a)과 대응되는 부위에 형성될 수 있고, 배출구(20b)는 후술되는 애노드 전극(140)의 충돌부(141)와 대응되는 부위에 형성될 수 있다.
본 실시예에서의 이차전자 방출부(21)는 케이스(110) 내부에 직접 설치될 수 있고, 바디부(22) 내에 구비되어 바디부(22)를 통해 케이스(110) 내부에 설치될 수 있다.
이와 같이, 엑스레이 튜브(200)가 에미터(121)에서 방출되는 전자를 증폭시켜 이차전자를 발생시키는 전자 증폭부(20)를 구비함에 따라, 애노드 전극(140)은 전자 증폭부(20)를 통과한 이차전자를 제공받아 고출력의 방사선 영상 정보를 획득할 수 있게 된다.
이러한 애노드 전극(140)은 전자 증폭부(20)를 통과한 이차전자가 충돌하는 충돌부(141)와, 충돌부(141)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 열전달부(142)를 포함할 수 있다.
충돌부(141)는 애노드 전극(140)의 저면에 형성될 수 있고, 이차전자가 충돌되어 발생된 엑스레이를 바디부(22)의 측면으로 방향 전환시킬 수 있도록 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 충돌부(141)는 텡스텐, 망간, 몰리브덴 중 선택된 하나 또는 이의 조합으로 이루어진 금속 가운데 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.
열전달부(142)는 충돌부(141)에서 발생되는 열이 전달되는 것으로, 열전도도가 충돌부(141)보다 우수한 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열전달부(142)는 구리 재질로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 엑스레이 튜브는 에미터로부터 방출되는 전자와 충돌되어 이차전자를 발생시킬 수 있는 전자 증폭부가 제공됨에 따라, 에미터로부터 방출되는 전자가 증폭되어 에미터의 사이즈를 크게 형성하지 않고도 고출력의 엑스레이 튜브를 구현할 수 있다.
또한, 종래의 엑스레이 튜브에 비하여 에미터의 사이즈를 작게 형성할 수 있으므로, 소형의 엑스레이 튜브를 구현할 수 있다.
아울러, 전자 방출을 위한 에미터를 비평면 형상으로 마련함으로써, 비평면 형상에 따른 탄소나노튜브의 성장 유도가 유리해질 수 있다. 특히, 에미터가 뾰족한 첨단형상을 갖도록 제공되는 경우, 에미터에 보다 많은 탄소나노튜브를 성장시킬 수 있으므로, 에미터로부터 보다 많은 전자량을 획득할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 절연체
20: 전자 증폭부
21: 이차전자 방출부
22: 바디부
110: 케이스
120: 캐소드 전극
121: 에미터
130: 게이트 전극
140: 애노드 전극
150: 가이더부
160: 커버부

Claims (14)

  1. 내부에 수용 공간이 형성된 진공 케이스;
    상기 수용 공간의 일측에 제공되고, 일면에 전자 방출을 위한 에미터가 평면 또는 비평면 형상으로 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극의 일면에 제공되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및
    상기 수용 공간의 타측에 제공되고, 상기 전자와의 충돌에 의해 광을 발생시키는 애노드 전극;
    을 포함하고,
    상기 게이트 전극의 상부 및 하부가 절연체에 의해 지지되거나, 상기 에미터에서 방출된 전자가 전자 증폭부에 다수회 반사되고, 한번 반사될 때마다 이전에 비하여 배출되는 전자수가 증폭되고,
    상기 전자 증폭부는 상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 제공되며, 상기 에미터에서 방출된 전자와의 충돌에 의해 이차전자를 발생시키는 이차전자 방출부를 포함하며,
    상기 전자 증폭부는 상기 이차전자 방출부가 수용될 수 있는 공간이 구비된 바디부를 더 포함하고, 상기 바디부의 일측에는 상기 전자가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 상기 전자 증폭부를 통과한 이차전자가 배출되는 배출구가 형성되고,
    상기 이차전자 방출부는 복수개로 구비되고, 상기 케이스의 길이 방향으로 상호 이격되게 배치되며, 상기 바디부 내부로 유입된 전자가 측면으로 빠져나가지 않도록 상기 이차전자 방출부 가운데 적어도 일부가 서로 중첩되게 배치되고,
    상기 이차전자 방출부는 상기 이차전자의 이동을 가이드하기 위하여, 일정 각도로 기울어지게 형성되고,
    상기 이차전자 방출부는 상기 전자와 충돌하는 부위가 오목하게 형성된 호 형상으로 제공되고, 상기 케이스의 길이 방향으로 교차되게 배치되는 엑스레이 튜브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 외관을 형성하는 플레이트와, 상기 플레이트의 내부에 제공되고, 상기 에미터가 관통할 수 있도록 상기 에미터와 마주하는 부위에 게이트 홀이 형성된 메쉬를 포함하는 엑스레이 튜브.
  3. 내부에 수용 공간이 형성된 진공 케이스;
    상기 수용 공간의 일측에 제공되고, 일면에 전자 방출을 위한 에미터가 비평면 형상으로 형성된 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극의 일면에 제공되어 상기 에미터로부터 전자를 추출하는 게이트 전극; 및
    상기 수용 공간의 타측에 제공되고, 상기 전자와의 충돌에 의해 광을 발생시키는 애노드 전극;
    을 포함하고,
    상기 게이트 전극의 상부 및 하부가 절연체에 의해 지지되고,
    상기 게이트 전극의 상부에 배치된 절연체는 상기 에미터의 높이보다 높게 배치되고, 상기 게이트 전극의 게이트 홀과 대응되는 부위에 절연체 홀이 형성되고,
    상기 에미터는,
    일방향으로 연장된 바(Bar)의 형상을 가지며, 금속 재질로 형성된 에미터 바와, 상기 에미터 바의 일면에 돌출 형성되고, 표면에 탄소나노튜브(CNT)가 제공되는 에미터 산을 포함하고,
    상기 에미터 산은 상기 애노드 전극이 위치한 방향으로 뾰족하게 형성된 첨단부가 형성되고, 복수개 구비되어 상기 에미터 바의 일면에 길이 방향으로 나란하게 제공되며, 상기 캐소드 전극 상에 제공되고, 상기 에미터가 반경 방향으로 삽입 및 고정되도록 일면에 고정 홈이 형성된 가이더부를 포함하고,
    상기 가이더부에는 상기 고정 홈의 일단으로부터 외주면 측으로 점차 폭이 넓어지는 테이퍼(taper) 형상으로 절개된 안내 홀이 형성되며,
    상기 에미터 산은 상기 절연체와 상기 게이트 전극의 내부에 배치되는 엑스레이 튜브.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이차전자 방출부는 Al2O3, MgO, SiO2, La2O3 중 선택된 하나를 포함하는 산화물, 또는 CaF2, MgF2 중 선택된 하나를 포함하는 불화물로 제공되는 엑스레이 튜브.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제3항에 있어서,
    상기 가이더부와 상기 게이트 전극 사이에 제공되고, 상기 에미터가 관통할 수 있도록 상기 에미터와 마주하는 부위에 커버 홀이 형성되는 커버부를 포함하는 엑스레이 튜브.
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