KR102679003B1 - 엑스선 튜브 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 개념에 따른 엑스선 튜브는 캐소드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 애노드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피, 및 상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단을 포함한다. 상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함한다. 상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결된다. 상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함한다. 상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함한다. 상기 고정 수단은 상기 게이트 전극 기판의 일면에 부착되고, 상기 기판의 외곽부에 위치하는 강자성체 구조체 및 상기 강자성체 구조체와 상기 튜브 외피를 사이에 두고 인접하게 배치되는 영구 자석을 포함한다.
Description
본 발명은 엑스선 튜브에 관한 것이다.
엑스선 튜브는 진공 용기 내부에서 전자를 발생시키고, 전자를 고전압이 인가된 애노드 전극 방향으로 가속시켜 애노드 전극 상의 금속 타겟에 충돌시킴으로써, 엑스선을 발생시킨다. 이 때 애노드 전극과 캐소드 전극 사이의 전압 차이가 전자를 가속하는 가속 전압으로 정의된다. 엑스선 튜브의 용도에 따라서, 수 내지 수백 kV의 가속 전압으로 전자를 가속한다. 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에는 게이트 전극 등이 제공된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 전자빔 경로가 일정한 엑스선 튜브를 제공하는 것에 있다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 일 과제는 애노드 전극 구조체에 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 엑스선 튜브를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 엑스선 튜브는 캐소드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 애노드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피, 및 상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단을 포함하고, 상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고, 상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고, 상기 고정 수단은 상기 게이트 전극 기판의 일면에 부착되고, 상기 기판의 외곽부에 위치하는 강자성체 구조체 및 상기 강자성체 구조체와 상기 튜브 외피를 사이에 두고 인접하게 배치되는 영구 자석을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되, 상기 게이트 전극은 회전하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 회전축은 튜브의 형상을 가지고, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축의 내부 공간에 개재될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 게이트 전극 기판은 원형 기판의 형상을 가지고, 상기 에미터 어레이는 동심원(concentric circle)의 두 개의 직경 내의 범위에 트랙 형태를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 에미터 어레이는 상기 캐소드 전극의 상면 상에 제공되고,
상기 캐소드 전극과 함께 회전할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 에미터 어레이는 탄소나노튜브(CNT)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 절연 스페이서를 더 포함하고, 상기 애노드 전극 구조체는 상기 절연 스페이서를 관통하고, 상기 애노드 전극 구조체는 방열부, 타겟부, 및 이들을 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 타겟부는 상기 방열부보다 상기 캐소드 전극에 인접하게 위치하고, 상기 방열부는 상기 타겟부와 상기 절연 스페이서를 사이에 두고 이격할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 방열부는 방열 핀(fin)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 회전축은 상기 게이트 전극 기판의 중심부를 관통하며, 상기 제2 회전축은 수평 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고, 상기 베어링은 상기 연장부 및 상기 게이트 전극 기판 사이에 위치할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 베어링은 제1 베어링이고, 상기 제2 회전축의 상부와 연결되는 판(plate) 및 상기 판과 상기 게이트 전극 기판을 사이에 상기 제2 회전축을 둘러싸는 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따른 엑스선 튜브는 캐소드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 절연 스페이서, 상기 절연 스페이서를 관통하는 애노드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피, 상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단, 및 상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고, 상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고, 상기 애노드 전극 구조체는 방열부, 타겟부, 및 이들을 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 타겟부는 상기 방열부보다 상기 캐소드 전극에 인접하게 위치하고, 상기 방열부는 상기 타겟부와 상기 절연 스페이서를 사이에 두고 이격할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압 차이에 기초하여 상기 게이트 전극의 돌출부에 대향한 상기 에미터 어레이 중의 일부 에미터 군에서 발생하는 전자 빔을 상기 돌출부의 홀을 통하여 상기 타겟부로 방출하여 엑스 선을 발생할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되, 상기 게이트 전극은 회전하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 엑스선은 상기 타겟부의 일정 영역에서만 발생하고, 상기 일정 영역은 링의 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 연결부 중 상기 절연 스페이서의 상부에 위치한 부분과 상기 방열부는 냉각 수단과 접촉할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 냉각 수단은 절연유일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 회전축은 상기 게이트 전극 기판의 중심부를 관통하며, 상기 제2 회전축은 수평 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고, 상기 베어링은 상기 연장부 및 상기 게이트 전극 기판 사이에 위치할 수 있다.
일부 실시예들에 따른 엑스선 튜브는 캐소드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 애노드 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체, 상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이, 상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피, 및 상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단을 포함하고, 상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고, 상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고, 상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고, 상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되, 상기 게이트 전극은 회전하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 회전축은 튜브의 형상을 가지고, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축의 내부 공간에 개재될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 게이트 전극 기판은 원형 기판의 형상을 가지고, 상기 에미터 어레이는 동심원(concentric circle)의 두 개의 직경 내의 범위에 트랙 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 튜브는 캐소드 전극 구조체 및 애노드 전극 구조체가 회전하되 게이트 전극은 회전하지 않을 수 있다. 캐소드 전극 구조체 상에 제공되는 에미터 어레이는 동심원 형태를 가지고, 게이트 전극은 상기 에미터 어레이를 향해서 돌출된 돌출부를 가질 수 있다. 에미터 어레이가 캐소드 전극과 함께 회전하는 동안, 게이트 전극의 돌출부와 인접한 에미터들이 전자빔을 선택적으로 방출할 수 있다. 게이트 전극이 고정됨으로써, 전자빔은 일정 위치에서 일정 경로를 가지고 진행될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따른 엑스선 튜브는 애노드 전극 구조체의 일부가 튜브 외피로부터 정의되는 공간의 외부에 위치할 수 있다. 상기 애노드 전극 구조체의 상기 일부는 외부 냉각 수단과 연결됨으로써, 애노드 전극 구조체에 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 엑스선 튜브의 단면도이다.
도 2은 도 1에 따른 엑스선 튜브를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 엑스선 튜브의 사시 단면도이다.
도 4는 엑스선 튜브의 동작 상태를 나타내는 개념도이다.
도 2은 도 1에 따른 엑스선 튜브를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 엑스선 튜브의 사시 단면도이다.
도 4는 엑스선 튜브의 동작 상태를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 엑스선 튜브의 단면도이다. 도 2은 도 1에 따른 엑스선 튜브를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2에 따른 엑스선 튜브의 사시 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 튜브(1000)는 베이스 기판(101), 캐소드 전극 구조체(200), 애노드 전극 구조체(300), 게이트 전극 구조체(400), 에미터 어레이(203), 튜브 외피(102), 절연 스페이서(500), 강자성 구조체(403), 및 영구 자석(404)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(101)은 엑스선 튜브(1000)의 일 단부에 제공될 수 있다. 베이스 기판(101)은 일 예로 금속 물질을 포함할 수 있다.
캐소드 전극 구조체(200)는 캐소드 전극(201) 및 제1 회전축(202)을 포함할 수 있다. 캐소드 전극(201)은 베이스 기판(101) 상에 제공될 수 있다. 캐소드 전극(201)은 베이스 기판(101)의 상면에 접촉하게 제공될 수 있다. 또는 캐소드 전극(201)은 도시된 바와 같이, 제1 체결 수단(11)을 통해서, 베이스 기판(101) 과 결합할 수 있다. 제1 체결 수단(11)은 일 예로 절연 물질을 포함할 수 있다. 제1 회전축(202)은 베이스 기판(101)을 관통하고, 캐소드 전극(201)과 일체(one body)로 연결될 수 있다. 제1 회전축(202)은 속이 빈 관 같은 형태를 가질 수 있다.
캐소드 전극(201) 상에는 에미터 어레이(203)가 제공될 수 있다. 에미터 어레이(203)는 동심원(concentric circle)의 두 개의 직경 내의 범위에 트랙(track) 형태를 가질 수 있다. 에미터 어레이(203)는 복수개의 에미터들을 포함하며, 에미터들의 각각은 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(graphene), 나노파이버(nano-fiber), 나노로드(nano-rod), 나노니들(nanoneedle), 또는 나노핀(nano-pin) 중 어느 하나일 수 있다.
캐소드 전극 구조체(200) 상에는 애노드 전극 구조체(300)가 제공될 수 있다. 애노드 전극 구조체(300)는 타겟부(303), 방열부(302), 및 이들을 연결하는 연결부(301)를 포함할 수 있다. 타겟부(303)의 하부면, 즉 타겟부(303)의 캐소드 전극(401)과 마주하는 표면은 기울어질 수 있다. 방열부(302)는 일 예로 방열 핀(fin)의 형상을 가질 수 있다.
게이트 전극 구조체(400)는 게이트 전극(401) 및 제2 회전축(402)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(401)은 캐소드 전극(201) 및 타겟부(303) 사이에 배치될 수 있다. 게이트 전극(401)은 애노드 전극 구조체(300)의 타겟부(303)보다 캐소드 전극(201)에 인접하게 배치될 수 있다.
게이트 전극(401)은 게이트 전극 기판(410) 및 상기 게이트 전극 기판(410)으로부터 에미터 어레이(203)를 향하여 돌출된 돌출부(420)를 포함할 수 있다. 게이트 전극 기판(410)은 일 예로 원판의 형상을 가질 수 있으며, 그 중심은 후술할 제2 회전축(402)이 관통할 수 있다. 게이트 전극(401)의 돌출부(420)는 게이트 홀(HL)을 포함할 수 있고, 게이트 홀(HL)은 에미터 어레이(203)와 수직으로 중첩할 수 있다. 즉, 게이트 홀(HL)과 중첩하는 에미터들이 노출될 수 있다. 게이트 홀(HL)은 복수개로 제공될 수 있다.일부 실시예들에 따르면, 게이트 홀(HL)은 메쉬 형태를 가질 수 있다.
제1 회전축(202)의 내부 공간에 제2 회전축(402)이 개재될 수 있다. 제2 회전축(402)은 수평 방향으로 연장되는 연장부(402P)를 가질 수 있다. 제2 회전축(402)의 연장부(402P)와 게이트 전극 기판(410) 사이에 제1 베어링(BR1)이 제공될 수 있다.
제2 회전축(402)의 상부에는 상기 제2 회전축(402)과 연결되는 판(plate)(103)이 제공될 수 있다. 판(103)과 게이트 전극 기판(410) 사이에 제2 베어링(BR2)이 제공될 수 있다. 즉, 제2 회전축(402)은 게이트 전극(401)과 제1 베어링(BR1) 및 제2 베어링(BR2)을 통해서 연결될 수 있다. 제2 회전축(402)은 제2 체결 수단(12)을 통해서 제1 회전축(202)과 결합할 수 있다. 제2 체결 수단(12)은 제2 회전축(402)의 연장부(402P) 및 제1 회전축(202) 사이에 배치될 수 있다. 제2 체결 수단(12)은 일 예로 절연 물질을 포함할 수 있다.
캐소드 전극 구조체(200), 애노드 전극 구조체(300), 및 게이트 전극 구조체(400)는 스테인레스강(SUS), 코바(Kovar) 등의 합금 물질 또는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 물질을 포함할 수 있다
애노드 전극 구조체(300)의 타겟부(303) 및 방열부(302) 사이에 연결부(301)를 둘러싸는 절연 스페이서(500)가 제공될 수 있다. 절연 스페이서(500)는 베이스 기판(101)을 기준으로 엑스선 튜브(1000)의 타단에 위치할 수 있다. 절연 스페이서(500)는 세라믹 물질을 포함할 수 있다.
절연 스페이서(500)와 애노드 전극 구조체(300)를 결합하는 제3 체결 수단(13)이 제공될 수 있다. 제3 체결 수단(130)은 절연 스페이서(500)와 타겟부(303) 사이에 제공될 수 있다. 제3 체결 수단(13)은 일 예로 금속 물질을 포함할 수 있다.
튜브 외피(102)는 상부와 하부가 개구된 튜브 형태를 가질 수 있다. 튜브 외피(102)는 캐소드 전극(201), 타겟부(303), 및 게이트 전극(401)을 둘러쌀 수 있다. 튜브 외피(102)는 베이스 기판(101)의 상면의 외곽부, 및 절연 스페이서(500)의 하면의 외곽부와 결합할 수 있다. 튜브 외피(102)는 진공 상태에서도 견고한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 튜브 외피(102)는 자기장을 작은 감쇠로 혹은 감쇠 없이 통과시킬 수 있는 물질 등을 포함할 수 있다.
게이트 전극(401)의 하면의 외곽부에는 강자성체(ferromagnetic) 구조체(403)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 강자성체 구조체(403)는 게이트 전극(401)의 상면의 외곽부에 제공될 수도 있다. 강자성체 구조체(403)는 Fe(철), Co(코발트), Ni(니켈), 텅스텐(W)과 같은 강자성 물질을 포함할 수 있다.
튜브 외피(102)를 사이에 두고, 강자성체 구조체(403)와 인접하게 영구 자석(404)이 배치될 수 있다. 영구 자석(404)은 금속 자석 및 세라믹 자석 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 금속 자석 는 니켈, 철, 알루미늄, 코발트의 합금 또는 희토류 합금을 포함할 수 있다. 세라믹 자석은 페라이트, 망간, 코발트, 및 니켈의 합금을 포함할 수 있다.
도 4는 엑스선 튜브의 각 구성들의 동작 상태를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 캐소드 전극 구조체(200), 애노드 전극 구조체(300), 및 게이트 전극(401)은 외부전원(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어 캐소드 전극 구조체(200)에는 양전압 또는 음전압이 인가되거나 접지 전원과 연결될 수 있다. 애노드 전극 구조체(300) 및 게이트 전극(401)에는 캐소드 전극 구조체(200)보다 더 높은 전위를 가지는 전압이 인가될 수 있다.
게이트 전극(401)의 돌출부(420)는 에미터 어레이(203) 중 인접한 에미터 군에서 선택적으로 전자빔(E-Beam)을 방출시게끔 할 수 있다. 즉, 게이트 전극(401)의 게이트 전극 기판(410) 및 돌출부(420)는 각각 동일한 전압이 인가되나, 돌출부(420)와 에미터 어레이(203)가 위치적으로 더 가까우므로 이들 사이에 전자빔(E-Beam)이 발생될 정도의 강한 전계가 발생될 수 있다.
에미터에서 방출된 전자 빔(E-beam)은 진공 상태에서 발생 및 가속될 수 있다. 에미터로부터 방출된 전자빔(E-Beam)은 게이트 전극(401)의 게이트 홀(HL)을 통과하여 타겟부(303)에 집속될 수 있다. 전자빔(E-Beam)은 타겟부(303)에 충돌하여 엑스선(x-Ray)을 발생시킬 수 있다.
제1 회전축(202)은 외부의 회전 동력(ex: 모터)와 연결되어 일 방향으로 회전할 수 있다. 캐소드 전극(201)은 제1 회전축(202)에 의해서 함께 회전할 수 있다. 제1 회전축(202)의 회전에 따라서, 베이스 기판(101), 튜브 외피(102), 절연 스페이서(500), 애노드 전극 구조체(300), 및 제2 회전축(402)이 함께 회전할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 회전축(402)이 외부의 회전 동력과 연결되고, 제2 회전축(402)의 회전에 따라서, 제1 회전축(202), 캐소드 전극(201), 베이스 기판(101), 튜브 외피(102), 절연 스페이서(500), 애노드 전극 구조체(300), 및 제2 회전축(402)이 함께 회전할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 게이트 전극(401)은 다른 전극 구조체들(200, 300)과 같이 회전하지 않고 고정될 수 있다. 게이트 전극(401)은 제1 베어링(BR1) 및 제2 베어링(BR2)을 통해서, 제2 회전축(402)이 회전함에도 불구하고 독립적으로 회전하지 않을 수 있다. 게이트 전극(401)은 강자성체 구조체(403)와 영구 자석(404)의 강한 인력에 의해서 움직이지 않고 고정될 수 있다. 게이트 전극(401)이 고정됨(회전하지 않음)으로써, 전자빔(E-Beam)은 일정 위치에서 일정 경로를 가지고 진행될 수 있다. 또한 게이트 전극(401)의 돌출부(420)에 근접하게 대향되는 에미터들이 시간적으로 연속하게 바뀌게 되어, 각각의 에미터들이 전자빔 방출에 기여하는 시간이 감소함으로써, 에미터 어레이 전체의 수명이 증가할 수 있다. 결과적으로 엑스선 튜브의 신뢰성이 증가할 수 있다.
본 발명의 다른 일 개념에 따르면, 애노드 전극 구조체(300)는 절연 스페이서(500) 밖으로 돌출된 연결부(301)의 일부 및 방열부(302)를 포함할 수 있다. 연결부(301)의 일부 및 방열부(302)는 튜브 외피(102)로부터 정의되는 진공의 내부 공간이 아닌 외부 공간에 제공될 수 있다. 상기 연결부(301)의 일부 및 방열부(302)는 냉각 수단과 접촉할 수 있다. 일 예로 냉각 수단은 절연 오일일 수 있다. 애노드 전극 구조체(300)는 외부의 냉각 수단과 직접적으로 연결되어, 타겟부(303)로부터 발생한 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (20)
- 캐소드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 애노드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피; 및
상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단을 포함하고,
상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고,
상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고,
상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고,
상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고,
상기 고정 수단은:
상기 게이트 전극 기판의 일면에 부착되고, 상기 게이트 전극 기판의 외곽부에 위치하는 강자성체 구조체, 및
상기 강자성체 구조체와 상기 튜브 외피를 사이에 두고 인접하게 배치되는 영구 자석을 포함하는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되,
상기 게이트 전극은 회전하지 않는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 회전축은 튜브의 형상을 가지고,
상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축의 내부 공간에 개재되는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 전극 기판은 원형 기판의 형상을 가지고,
상기 에미터 어레이는 동심원(concentric circle)의 두 개의 직경 내의 범위에 트랙 형태를 가지는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 에미터 어레이는 상기 캐소드 전극의 상면 상에 제공되고,
상기 캐소드 전극과 함께 회전하는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 에미터 어레이는 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 절연 스페이서를 더 포함하고,
상기 애노드 전극 구조체는 상기 절연 스페이서를 관통하고,
상기 애노드 전극 구조체는 방열부, 타겟부, 및 이들을 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 타겟부는 상기 방열부보다 상기 캐소드 전극에 인접하게 위치하고,
상기 방열부는 상기 타겟부와 상기 절연 스페이서를 사이에 두고 이격하는 엑스선 튜브.
- 제7항에 있어서,
상기 방열부는 방열 핀(fin)을 포함하는 엑스선 튜브.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 회전축은 상기 게이트 전극 기판의 중심부를 관통하며,
상기 제2 회전축은 수평 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고,
상기 베어링은 상기 연장부 및 상기 게이트 전극 기판 사이에 위치하는 엑스선 튜브.
- 제9항에 있어서,
상기 베어링은 제1 베어링이고,
상기 제2 회전축의 상부와 연결되는 판(plate) 및
상기 판과 상기 게이트 전극 기판을 사이에 상기 제2 회전축을 둘러싸는 제2 베어링을 더 포함하는 엑스선 튜브.
- 캐소드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 절연 스페이서;
상기 절연 스페이서를 관통하는 애노드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피;
상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단; 및
상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고,
상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고,
상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고,
상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고,
상기 애노드 전극 구조체는:
방열부, 타겟부, 및 이들을 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 타겟부는 상기 방열부보다 상기 캐소드 전극에 인접하게 위치하고,
상기 방열부는 상기 타겟부와 상기 절연 스페이서를 사이에 두고 이격하는 엑스선 튜브.
- 제11항에 있어서,
상기 캐소드 전극과 상기 게이트 전극 간의 전압 차이에 기초하여 상기 게이트 전극의 돌출부에 대향한 상기 에미터 어레이 중의 일부 에미터 군에서 발생하는 전자 빔을 상기 돌출부의 홀을 통하여 상기 타겟부로 방출하여 엑스 선을 발생하는 엑스선 튜브.
- 제12항에 있어서,
상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되,
상기 게이트 전극은 회전하지 않는 엑스선 튜브.
- 제13항에 있어서,
상기 엑스선은 상기 타겟부의 일정 영역에서만 발생하고, 상기 일정 영역은 링의 형상을 가지는 엑스선 튜브.
- 제11항에 있어서,
상기 연결부 중 상기 절연 스페이서의 상부에 위치한 부분과 상기 방열부는 냉각 수단과 접촉되는 엑스선 튜브.
- 제15항에 있어서,
상기 냉각 수단은 절연유인 엑스선 튜브.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 회전축은 상기 게이트 전극 기판의 중심부를 관통하며,
상기 제2 회전축은 수평 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고,
상기 베어링은 상기 연장부 및 상기 게이트 전극 기판 사이에 위치하는 엑스선 튜브.
- 캐소드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 수직으로 이격하는 애노드 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체 사이에 제공되는 게이트 전극 구조체;
상기 캐소드 전극 구조체 및 상기 게이트 전극 구조체 사이에 제공되는 에미터 어레이;
상기 캐소드 전극 구조체와 상기 애노드 전극 구조체를 연결하는 튜브 외피; 및
상기 게이트 전극 구조체와 연결되는 고정 수단을 포함하고,
상기 캐소드 전극 구조체는 제1 회전축 및 상기 제1 회전축과 일체로 연결되는 캐소드 전극을 포함하고,
상기 게이트 전극 구조체는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축과 베어링을 통해서 연결되는 게이트 전극을 포함하되, 상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축과 체결 수단에 의해서 연결되고,
상기 게이트 전극은 게이트 전극 기판, 상기 게이트 전극 기판으로부터 상기 에미터를 향하여 돌출되는 돌출부를 포함하고,
상기 게이트 전극의 돌출부는 상기 에미터와 수직으로 중첩하는 게이트 홀을 포함하고,
상기 캐소드 전극 구조체, 상기 애노드 전극 구조체, 및 상기 제2 회전축은 일 방향으로 회전하되,
상기 게이트 전극은 회전하지 않는 엑스선 튜브.
- 제18항에 있어서,
상기 제1 회전축은 튜브의 형상을 가지고,
상기 제2 회전축은 상기 제1 회전축의 내부 공간에 개재되는 엑스선 튜브.
- 제18항에 있어서,
상기 게이트 전극 기판은 원형 기판의 형상을 가지고,
상기 에미터 어레이는 동심원(concentric circle)의 두 개의 직경 내의 범위에 트랙 형태를 가지는 엑스선 튜브.
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2021
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090304157A1 (en) | 2008-06-04 | 2009-12-10 | Jens Fuerst | Field emission cathode and x-ray tube embodying same |
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| KR20220064296A (ko) | 2022-05-18 |
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