KR102481913B1 - 전계 방출 엑스선 소스 장치 - Google Patents

전계 방출 엑스선 소스 장치 Download PDF

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Abstract

애노드 전극 부분의 절연 내력 측면에서 높은 신뢰성을 제공하는 전계 방출 엑스선 소스 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 전자 방출원을 갖는 캐소드 전극, 엑스선 타겟면을 갖는 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 포함하는 전계방출 엑스선 소스 장치에 있어서, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되어 전자빔이 가속되는 진공의 내부 공간을 형성하는 것으로, 일 단부가 상기 애노드 전극과 접하는 절연 스페이서; 및 상기 애노드 전극에서 상기 절연 스페이서 외부로 노출된 부분을 덮고, 적어도 일부분이 상기 절연 스페이서와 중첩되도록 형성된 세라믹 절연캡을 포함한다.

Description

전계 방출 엑스선 소스 장치{FIELD EMISSION X-RAY SOURCE DEVICE}
본 발명은 전계 방출 엑스선 소스 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉음극으로부터 방출되어 가속된 전자를 애노드 전극에 충돌시켜 엑스선을 방출하는 전계 방출 엑스선 소스 장치에 관한 것이다.
일반적으로 질병진단을 위하여 의료기관에서 사용되는 종래의 엑스선 소스 장치는 엑스선을 발생시키기 위한 전자 방출원으로 텅스텐 소재의 열음극을 사용하여 왔다. 고전압으로 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 방출시키고 방출된 전자를 애노드 전극 측의 타켓에 충돌시켜 엑스선을 발생시키는 구조로 되어 있다. 하지만, 텅스텐 필라멘트 열음극 기반의 엑스선 소스 장치는 전자를 발생시키는 데에 많은 전력이 소모하며, 발생되는 전자가 스파이럴 구조를 갖는 텅스텐 표면에서 무작위로 방출되기 때문에 엑스선 방출 효율이 극히 낮은 실정이다. 또한 텅스텐 필라멘트의 가열 및 냉각을 위해 일정시간의 인터벌(interval)이 요구되므로 펄스형태로 엑스선을 방출시킬 수 없어, 필요 이상의 엑스선 방출이 불가피한 측면이 있었다.
이러한 종래의 열음극 엑스선 소스 장치의 문제점을 해결하고자 최근에는 냉음극 전자 방출원으로 탄소나노튜브(CNT) 등 나노 구조물을 이용한 엑스선 소스 장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스 장치는 종래의 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 엑스선 소스 장치와는 달리 전자 방출 메카니즘이 전계 방출(electric field emission) 방식으로서, 기존의 열전자 방출 방식과 다르다. 탄소나노튜브 냉음극 기반의 엑스선 소스 장치는 텅스텐 필라멘트 열음극 기반의 엑스선 소스 장치에 비해 낮은 전압의 인가로 전자 방출이 가능하고, 방출되는 전자가 탄소나노튜브의 길이방향을 따라 방출되기 때문에 애노드 전극 측의 타켓을 향한 전자의 방향지향성이 우수하여 엑스선 방출 효율이 매우 높다. 또한 펄스형태의 엑스선을 방출시키는 것이 용이하여 저선량으로 엑스선 영상획득이 가능할 뿐만 아니라 엑스선 동영상의 촬영이 가능하여 치과 임플란트 검사 등과 같은 치과 치료용으로 활용 가능성이 매우 높다.
이제까지 알려진 전계 방출 엑스선 소스(Field Emission X-ray Source) 장치는 절연 스페이서 내에, 캐소드(cathode) 전극과, 그 표면에 설치된 전자 방출원(emitter)과, 그에 인접하게 설치된 게이트(gate) 전극을 구비하고, 게이트 전극과 전자 방출원 사이에 형성된 전계에 의해 전자가 방출되도록 구성된다. 게이트 전극은 메쉬(mesh) 형태나 전자 방출원의 배열에 따라 다수의 홀이 배열된 금속판 형태를 갖는다. 전자 방출원(emitter)으로부터 방출된 전자 빔(electron beam)이 이러한 메쉬 구조 또는 다수의 홀을 통과하여 진행하면, 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이에 형성된 전계에 의해 전자를 수~수십 kV로 가속하여 애노드 측에 설치된 엑스선 타겟(target)에 타격시켜 엑스선이 방출되도록 한다. 한편, 애노드 전극과 게이트 전극 사이에 하나 이상의 집속(focusing) 전극을 추가하여 전자 빔을 애노드 전극의 한 영역으로 집속 하기도 한다.
전술한 바와 같이, 전계 방출 엑스선 소스 장치에는 매우 높은 수준의 구동전압이 사용된다. 특히, 애노드 전극에는 수십 kV의, 좀 더 구체적인 예로는 약 60~70kV의 고전압이 인가된다. 따라서, 상기 애노드 전극 부분에는 매우 높은 수준의 절연 내력이 요구된다.
한편, 상기 애노드 전극은 구조적으로 전자빔의 타격을 받아 엑스선을 방출하는 엑스선 타겟과 접하고 있어 작동시에는 많은 열을 방출한다. 이러한 열로 인해 애노드 전극 주변을 둘러싸는 절연체의 가열과 냉각이 반복되면서 장기간 사용 시 절연 내력이 더욱 약화되는 원인이 되기도 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위하여, 애노드 전극 주변의 절연 내력이 강화되고, 애노드 전극에서 발생한 열의 발산에 유리하며, 절연체의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성된, 전계 방출 엑스선 소스 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전계 방출 엑스선 소스 장치를 엑스선 조사 장치에 설치할 때 그 엑스선 방출 방향을 용이하게 정렬할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 전자 방출원을 갖는 캐소드 전극, 엑스선 타겟면을 갖는 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 포함하는 전계방출 엑스선 소스 장치에 있어서, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되어 전자빔이 가속되는 진공의 내부 공간을 형성하는 것으로, 일 단부가 상기 애노드 전극과 접하는 절연 스페이서; 및 상기 절연 스페이서 외부로 노출된 상기 애노드 전극을 덮고, 적어도 일부분이 상기 절연 스페이서와 중첩되도록 형성된 세라믹 절연캡을 포함한다.
상기 애노드 전극의 외측면으로부터 돌출 형성되고 상기 세라믹 절연캡으로 둘러싸인 애노드 방열돌기를 더 포함할 수 있다. 상기 애노드 방열돌기는 상기 세라믹 절연캡보다 열전도율이 높은 소재로 형성되고, 적어도 일면이 상기 애노드 전극에 접합된 것일 수 있다. 상기 애노드 방열돌기는 전기 전도성 소재로 형성되어, 외부로부터 인입된 배선과 상기 애노드 전극을 전기적으로 연결하는 것일 수도 있다.
상기 세라믹 절연캡은 상기 절연 스페이서와 중첩되는 부분이 상기 엑스선 타겟면에서 발생한 엑스선 빔이 외부로 방출되는 유효한 진행 경로를 회피하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 전기 절연성 소재로 이루어져 상기 세라믹 절연캡 및 상기 절연 스페이서의 표면을 둘러싸는 절연 몰딩을 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 절연캡은 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 베리리아(BeO), 질화갈륨(GaN), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 합성 사파이어 및 합성 다이아몬드로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 세라믹 절연캡은, 그 내측에 형성되어 상기 애노드 전극과 결합되는 방향을 규제하는 제 1 방향 규제부; 및 그 외측에 형성되어 외부의 구조물에 대하여 설치되는 방향을 규제하는 제 2 방향 규제부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 애노드 전극 부분의 절연 내력이 강화되고, 애노드 전극에서 발생한 열이 원활하게 발산되어, 결과적으로 절연체를 포함한 전체적인 부피를 줄이면서도 장시간 사용에 대한 신뢰성이 향상된, 전계 방출 엑스선 소스 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 엑스선 조사 장치 내에 설치될 때 그 엑스선 방출 방향의 정렬이 용이한 전계 방출 엑스선 소스 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 전계 방출 엑스선 소스 장치의 구성을 보인다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡을 갖는 애노드 전극 부분을 보인다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 방열돌기와 세라믹 절연캡을 갖는 애노드 전극 부분을 보인다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡과 애노드 방열돌기에 의한 방향 정렬 구조의 한 예를 보인다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡과 애노드 전극에 의한 방향 정렬 구조의 한 예를 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있는 것이라는 점은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 한편 동일한 도면 부호는 동일한 특성을 갖는 구성요소임을 나타내는 것으로서, 어느 도면에서 설명된 구성요소와 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.
도 1은 전계 방출 엑스선 소스 장치의 구성을 보인다.
본 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는 전자의 방출 및 진행을 위해 진공의 내부 공간을 제공하기 위한 튜브형의 절연 스페이서(10)를 포함한다. 상기 절연 스페이서(10)를 사이에 두고 일 측에 애노드 전극(20), 그 반대편에 캐소드 전극(40)이 배치된다. 상기 캐소드 전극(40) 상에 전자 방출원(41)이 배치되는데, 전자 방출원(41)은 별도의 기판에 마련되어 캐소드 전극(40)에 결합 될 수도 있고, 캐소드 전극(40) 표면에 직접 형성될 수도 있다. 상기 절연 스페이서(10)는 서로 분리된 여러 개의 부분들로 구성될 수 있다. 일 예로, 도시된 바와 같이, 일단이 애노드 전극(20)에 접하는 제 1 절연 스페이서(11)와, 일단이 캐소드 전극(40)에 접하는 제 1 절연 스페이서(13), 그리고 게이트 전극(50)과 집속 전극(60) 사이에 배치되는 제 2 절연 스페이서(12)를 포함할 수 있다.
절연 스페이서(10)는 세라믹, 유리 또는 실리콘 등의 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 알루미나 세라믹스와 같은 소재로 만들어질 수 있다. 상기 절연 스페이서(10)가 절연 물질로 이루어짐에 따라 전계 방출 엑스선 소스 장치는 상기 애노드 전극(20) 및 상기 캐소드 전극(40)이 서로 전기적으로 절연된다. 상기 애노드 전극(20)과 상기 게이트 전극(40) 및 상기 집속 전극(60) 역시 서로 전기적으로 절연된다. 상기 애노드 전극(20)과 상기 캐소드 전극(40) 등의 전극들은 적어도 그 일부분이 상기 절연 스페이서(10) 외부로 노출되는데, 이들 사이에는 높은 전위차가 형성된다. 특히 상기 애노드 전극(20)에는 약 65 kV에 이르는 높은 전압이 인가된다. 따라서, 절연 내력을 높이기 위해 상기 절연 스페이서(10)와 상기 애노드 전극(20) 및 캐소드 전극(40) 등을 둘러싸는 절연 몰딩(70)이 마련된다.
상기 절연 몰딩(70)은 전기 절연성의 유기 절연체 층으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 실리콘 고무(silicone rubber), PVC 또는 PE 등과 같은 소재 또는 이들에 절연 내력을 향상시키는 첨가물이 첨가된 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 전기 절연성의 유기 절연체 층에는 고체 상태의 소재뿐만 아니라 유체 상태의 절연유(insulating oil) 등도 포함될 수 있다. 한편, 상기 절연 몰딩(70)의 일 측, 좀 더 구체적으로 상기 애노드 전극(20)에 가까운 쪽에는 상기 애노드 전극(20)의 엑스선 타겟면(30)에서 발생한 엑스선 빔(XB)이 그 외부로 원활하게 방출되도록 하는 방출창(71)이 마련될 수도 있다. 상기 방출창(71)은 상기 절연 몰딩(70)의 다른 부분과 동일한 소재로 이루어지되, 다른 부분과 그 두께가 다르게 형성될 수 있도 있고, 다른 부분과 다른 엑스선 감쇄율을 갖는 소재를 포함할 수도 있다. 그리고 필요하다면 방출창(71)에 대응되는 제 1 절연 스페이서(13)에도 방출창이 마련될 수도 있다.
상기 전자 방출원(41)은 예컨대 탄소나노튜브와 같은 다수의 나노 구조물을 이용한 것일 수 있다. 탄소나노튜브를 이용한 전자 방출원(41)의 경우 상기 기판 또는 캐소드 전극(40) 표면에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 다수의 탄소나노튜브를 직접 성장시키거나, 탄소나노튜브 페이스트를 도포한 후 소성하는 등의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 전자 방출원(41)과 상기 애노드 전극(20)의 사이에는 게이트 전극(50)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(50)은 전자 방출원(41)에 가깝게 배치되어 전자 방출을 개시하는 전계를 형성한다. 게이트 전극(50)은 전자 빔(E)이 통과할 수 있도록 다수의 구멍(51)이 형성된 얇은 금속판 또는 금속 메쉬(mesh)의 형태로 구비될 수 있다. 또한 게이트 전극(50)과 애노드 전극(20) 사이에는 전자 빔(EB)을 집속하기 위한 전계를 형성하는 집속 전극(60)이 배치될 수 있다.
애노드 전극(20)은 전자 방출원(41)이 배치된 캐소드 전극(40)과 수십 kV에 달하는 높은 전위차를 형성하여 가속 전극으로서의 역할을 수행함과 동시에 상기 전자 방출원(41)으로부터 방출되어 가속된 전자의 충돌에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 타켓의 역할을 겸한다. 이를 위해 애노드 전극(20)은 절연 스페이서(10)의 내부에서 전자 빔(EB)이 진행하는 방향에 대해 비스듬하게 경사진 엑스선 타겟면(30)을 갖는다. 상기 엑스선 타겟면(30)에는 별도의 타겟 부재가 배치될 수 있다. 이러한 타겟 부재는 일 예로 브레이징 등을 통해 애노드 전극(20)의 몸체를 이루는 부재에 접합 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 타겟 부재는 가속된 전자 빔(E)의 타격에 의해 엑스선을 방출하는 텅스턴(w), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 크롬(Cr), 철(Fe), 은(Ag), 탄탈륨(Ta) 또는 이트륨(Y) 등으로 이루어질 수 있는데, 융점이 높고 엑스선 방출 효율이 우수한 텅스텐(w)이주로 적용된다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡을 갖는 애노드 전극 부분을 보인다.
세라믹 절연캡(15)은 상기 애노드 전극(20)에서 상기 제 1 절연 스페이서(11)의 외부로 노출된 부분을 덮고, 적어도 일부분이 상기 제 1 절연 스페이서(11)와 중첩되도록 형성된다. 다시 말해, 세라믹 절연캡(15)은 상기 애노드 전극(20)과 상기 제 1 절연 스페이서(11)의 애노드 측 단부(111)를 덮는 뚜겅과 같은 형태를 가질 수 있으며, 그 개구부 측 단부(151)가 상기 제 1 절연 스페이서(11)의 애노드 측 단부(111)와 소정의 깊이(d)만큼 중첩될 수 있다. 여기서, 소정의 깊이(d)는 상기 개구부 측 단부(151)가 전술한 엑스선 빔(XB)의 방출 경로를 침범하지 않고 회피할 수 있도록 하는 선에서 결정되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 제 1 절연 스페이서(11)를 투과한 엑스선 빔(XB)을 추가적으로 감쇄시킬 필요가 있는 경우에는, 상기 중첩되는 깊이(d)를 확대하여, 세라믹 절연캡(15)의 일부분을 엑스선 감쇄용 필터와 같이 활용할 수도 있다.
상기 세라믹 절연캡(15)과 상기 제 1 절연 스페이서(11) 등의 표면은 절연 몰딩(70)으로 둘러싸인다. 상기 세라믹 절연캡(15)은 반복적으로 발생하는 고열과 고전압에 세라믹 소재보다 상대적으로 취약한 상기 절연 몰딩(70)이 직접 노출되지 않도록 상기 애노드 전극(20)과 상기 절연 몰딩(70) 사이에 배치된다. 이러한 구조는 상기 도 1의 실시예와 비교할 때 절연 몰딩(70) 중에서 애노드 전극(20)과 직접 접촉하는 부분에 고온과 고전계가 집중적으로 발생하여 절연 내력을 약화시키는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이, 세라믹 절연캡(15)으로 애노드 전극(20)의 표면을 덮는 구성을 채용할 경우, 절연 몰딩(70)에 요구되는 절연 내력과 내열성이 획기적으로 경감되어 절연 몰딩(70)의 두께를 획기적으로 줄일 수도 있다.
상기 세라믹 절연캡(15)은 전기 절연성의 세라믹 소재 중 비교적 열전도성이 우수한 소재로 형성될 수 있다. 상기 세라믹 절연캡(15)은 바람직한 예로서, 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 베리리아(BeO), 질화갈륨(GaN), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 합성 사파이어 및 합성 다이아몬드로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 알루미나 세라믹스 소재는 그 열전도율이 15 W/m·K로 스테인레스강(SUS304)과 유사한 수준의 열전도율을 가져 상기 애노드 전극(20)에서 발생한 열은 고루 확산시키는 역할을 할 수 있다. 질화알루미늄 세라믹스 소재는 열전도율이 170 W/m·K이고, 질화규소 세라믹스 소재의 열전도율도 60 W/m·K로 매우 높은 수준이며, 탄화규소(SiC) 세라믹스 소재도 결정질 실리콘의 세 배 수준의 높은 열전도율을 가지는 것으로 알려져 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 방열돌기와 세라믹 절연캡을 갖는 애노드 전극 부분을 보인다.
본 실시예에 따르면, 상기 애노드 전극(20)의 표면 중 일부분과 상기 세라믹 절연캡(15)의 사이에 애노드 방열돌기(25)를 더 구비할 수 있다. 상기 애노드 방열돌기(25)는 상기 애노드 전극(20)에서 발생된 열을 좀 더 빠르게 좀 더 넓은 표면적으로 확산시킬 수 있도록, 상기 애노드 전극(20)의 일면에 접합되거나 밀착 결합되어 그 표면으로부터 돌출되게 형성된다. 상기 애노드 방열돌기(25)는 상기 세라믹 절연캡(15)보다 열전도율이 더 높은 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 전기적으로는 전도성 소재와 비전도성 소재 모두 채용될 수 있다. 상기 애노드 방열돌기(25)는 애노드 전극(20) 자체와 동일한 소재로 형성되어 일체를 이룰 수도 있다. 상기 애노드 방열돌기(25)가 전기 전도성을 띠는 경우, 상기 애노드 방열돌기(25)의 일측에 외부로부터 인입된 고전압 배선(81)과 상기 애노드 전극(20)을 연결하는 커넥터부(251)가 마련될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡과 애노드 방열돌기에 의한 방향 정렬 구조의 한 예를 보인다.
전술한 도 1 및 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 방출되는 엑스선 빔(XB)의 방향은 애노드 전극(20)의 내측에 형성된 엑스선 타겟면(도 1의 도면부호 30 참조)의 경사 방향과 관계가 있다. 즉, 엑스선 빔이 원하는 방향으로 조사되도록 하기 위해서는 상기 애노드 전극(20) 내부의 경사면이 그 방향을 향하도록 전계 방출 엑스선 소스 장치를 설치하여야 한다. 그런데, 전술한 제 1 절연 스페이서(11) 등의 절연 스페이서는 불투명한 원통형의 외관을 가져 실제로는 엑스선 빔이 방출되는 부분(XW)을 식별하기 어렵다.
본 실시예에 따르면, 애노드 전극(20)의 일측에 형성된 애노드 방열돌기(26)와 상기 애노드 방열돌기(26)를 포함하는 애노드 전극(20)을 덮는 세라믹 절연캡(16)의 형상을 외부 구조물에 대한 상기 전계 방출 엑스선 소스 장치의 설치 방향을 규제하는 방향 규제 수단으로 이용하여, 상기 장치의 설치 시에 엑스선 빔의 방출 방향이 정확하게 정렬되도록 할 수 있다. 도 4의 실시예를 보면, 상기 애노드 방열돌기(26)의 단면이 마치 반달 모양과 같이 형성되고, 일측에 하나의 평면부(264)를 갖는다. 상기 평면부(264)는 상기 애노드 전극(20)에 상기 애노드 방열돌기(26)를 결합할 때 애노드 전극의 엑스선 타겟면이 바라보는 방향과 일정한 관계를 갖도록, 예컨대 수직을 이루도록 배치될 수 있다. 한편, 상기 세라믹 절연캡(16)의 내측에는 상기 애노드 전극(20) 및 애노드 방열돌기(26)에 각각 대응되는 홈(162, 166)이 형성되어 있는데, 상기 애노드 방열돌기(26)에 대응되는 홈(166)에는 전술한 평면부(264)에 대응되는 제 1 방향 규제부(164)가 마련된다. 다른 한편으로는 상기 세라믹 절연캡(16)의 외부에도 상기 제 1 방향 규제부(164)와 평행한 평면 형태로 형성된 제 2 방향 규제부(161)가 마련될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 외부 구조물에 상기 제 2 방향 규제부(161)에 대응되는 평면 부분이 존재한다면, 그 평면 부분과 상기 세라믹 절연캡(16)의 상기 제 2 방향 규제부(161)을 맞대어 설치하는 것만으로 엑스선 빔의 조사 방향을 정확히 정렬시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 세라믹 절연캡과 애노드 전극에 의한 방향 정렬 구조의 한 예를 보인다.
본 실시예는 전술한 방향 규제 수단이 상기 도 4의 실시예와 다른 형태로 구현될 수도 있음을 보인다. 도시된 바와 같이, 애노드 전극(21)의 일측에 엑스선 빔 방출 방향을 나타내는 가이드 홈(214)이 형성되고, 세라믹 절연캡(17) 내측에서 상기 애노드 전극(21)에 대응되는 홈(172)의 일측에 상기 가이드 홈(214)에 대응되는 돌기 형태의 제 1 방향 규제부(174)가 마련될 수 있다. 상기 세라믹 절연캡(17)의 내측에는 애노드 방열돌기(25)에 대응되는 형상의 홈(175)도 마련된다. 한편, 상기 세라믹 절연캡(17)의 외측에 외부 구조물과의 결합에 의해 방향을 규제하기 위한 제 2 방향 규제부(176)가 마련된다. 상기 제 2 방향 규제부(176)는 가이드 홈 형태로 형성될 수 있다. 역시 이러한 구성에 의해 전술한 형태의 세라믹 절연캡(17)이 결합된 전계 방출 엑스선 소스 장치를 외부 구조물, 예컨대 엑스선 방출 장치 내의 구조물에 설치하는 작업만으로 엑스선 조사 방향을 원하는 방향으로 정렬시킬 수 있다. 전술한 도 4 및 도 5의 실시예에 있어서, 세라믹 절연캡(16, 17) 및 절연 스페이서(11)의 표면에는 이들을 둘러싸는 절연 몰딩이 더 구비될 수 있다.
10: 절연 스페이서
15, 16, 17: 세라믹 절연캡 20, 21: 애노드 전극
25, 26: 애노드 방열돌기 30: 엑스선 타겟면
40: 캐소드 전극 50: 게이트 전극
60: 집속 전극 70: 절연 몰딩

Claims (8)

  1. 전자 방출원을 갖는 캐소드 전극, 엑스선 타겟면을 갖는 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 상기 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 포함하는 전계방출 엑스선 소스 장치에 있어서,
    상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 배치되어 전자빔이 가속되는 진공의 내부 공간을 형성하는 것으로, 일 단부가 상기 애노드 전극과 접하는 절연 스페이서; 및
    상기 절연 스페이서 외부로 노출된 상기 애노드 전극을 덮고, 적어도 일부분이 상기 절연 스페이서와 중첩되도록 형성된 세라믹 절연캡을 포함하고,
    상기 세라믹 절연캡은 상기 애노드 전극 및 상기 절연 스페이서의 적어도 일부의 외면을 덮는,
    전계 방출 엑스선 소스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 전극의 외측면으로부터 돌출 형성되고 상기 세라믹 절연캡으로 둘러싸인 애노드 방열돌기를 더 포함하는, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 애노드 방열돌기는 상기 세라믹 절연캡보다 열전도율이 높은 소재로 형성되고, 적어도 일면이 상기 애노드 전극에 접합된, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 애노드 방열돌기는 전기 전도성 소재로 형성되어, 외부로부터 인입된 배선과 상기 애노드 전극을 전기적으로 연결하는, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연캡은 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 베리리아(BeO), 질화갈륨(GaN), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 합성 사파이어 및 합성 다이아몬드로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 소재로 이루어진, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연캡은,
    그 내측에 형성되어 상기 애노드 전극과 결합되는 방향을 규제하는 제 1 방향 규제부; 및
    그 외측에 형성되어 외부의 구조물에 대하여 설치되는 방향을 규제하는 제 2 방향 규제부를 더 포함하는, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
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