KR20060032977A

KR20060032977A - 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 냉음극 연엑스선 발생관

Info

Publication number: KR20060032977A
Application number: KR1020060026750A
Authority: KR
Inventors: 박래준; 박종윤; 강현충
Original assignee: 박래준; 박종윤
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2006-04-18
Also published as: KR100789592B1

Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 전자방출재료로 이용한 전계방출형 냉음극을 장착하여 정전기 제거용 연엑스선 발생관을 제작하는 것이다. 타게트(Target)는 Be 윈도우 내면에 Au를 코팅한 박막을 이용하고 냉음극의 탄소나노튜브 전자방출면을 Au 코팅 타게트면과 정면에 평행하게 대면시켜 타게트에서 발생된 엑스선이 전방으로 주로 방사되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 엑스선관은 냉음극을 장착하여 필라멘트가열 전력이 필요하지 않으므로 이에 해당되는 소비전력을 줄일 수 있다. 또한 관 전류가 Au 타게트 전 면적에 걸쳐 균일하게 분포하기 때문에 타게트 손상이 지연되어 엑스선관이 장수명을 유지할 수 있고 조사각도를 크게 할 수 있을 뿐 만 아니라 엑스선 조사영역에서의 엑스선 세기의 균일성이 향상된다. 제조 공정에서는 소형 엑스선관을 저비용에 대량 생산할 수 있는 조립공정으로서 진공 패키징 공정을 확립하여 다수의 엑스선관에 대해서 진공배기 및 봉입을 동시에 진행할 수 있도록 하는 것이다.

정전기제거, 연엑스선, 엑스선관, 냉음극, 전계방출, 탄소나노튜브

Description

탄소나노튜브를 이용한 전계방출 냉음극 연엑스선 발생관{Soft x-ray tube with field emission cold cathode by using carbon nano tube}

도1 : 본 발명에서 탄소나노튜브를 전자방출재료로 이용한 냉음극 연엑스선 발생관의 단면도

도2 : 전자방출면의 탄소나노튜브 SEM 사진

도3 : 탄소나노튜브 전계전자방출면의 I-V 전자방출특성 곡선

도4 : 전체조립 공정순서도

도5 : 본 발명에 의한 연엑스선관의 전원연결 개략도

금속표면에 존재하는 자유전자는 일함수이상의 에너지를 공급 받으면 금속표면에서 방출된다. 일함수는 각각의 금속마다 고유의 값을 갖는다. 그 밖에도 높은 전기장을 인가하였을 때와 일정 에너지 이상의 빛을 조사 하였을 때도 금속표면으로부터 전자가 방출되는 현상이 일어나는데 공급되는 에너지에 따라 다음과 같은 차이가 있다. 열전자 방출(Thermionic emission)은 열에너지를 공급하였을 때 전자가 열적으로 여기 되어 고체표면의 전위 장벽(일함수)을 넘어서 방출되는 현상이며, 광전자 방출(Photoemission)은 충분한 에너지를 갖는 빛을 금속 표면에 조사하였을 때 광자(Photon)와 금속표면 전자의 충돌에 의해 전자가 고체표면의 전위 장벽(일함수)을 넘어서 방출되는 현상이다. 전계방출(Field emission)은 높은 전기장을 인가하였을 때 전자가 고체표면의 전위장벽을 투과(터널링)하여 방출되는 현상으로서 표면전자가 열에너지 또는 광자에너지를 공급받아 표면전위 장벽을 넘어 방출되는 것과는 구별된다.

열전자 방출에 대한 이론정립은 1900년대에 Richardson과 Dushman에 의해 확립되었다. 표면에서 방출되는 열전자의 전류밀도(

)는 다음 식으로 표현된다.

,

: 전자질량,

: 전자의 전하량,

: Boltzman 상수,

: Planck 상수,

: 절대온도,

: 일함수,

: Richardson 상수.

전계방출현상은 1897년 Wood에 의해 진공용기 내에서 뽀족한 백금전극사이에 발생되는 것이 처음 발견되었으며 1928년 Fowler 와 Nordheim에 의해 이론적으로 정립되었다. 전계방출효과는 전기장의 세기, 재료의 고유특성인 일함수 및 기하학적 구조 등에 의해 결정된다. Fowler와 Nordheim에 의해 제시된 수식을 Fowler-Nordheim 방정식이라 하고 전계방출에 의한 전류밀도(

)는 다음 식으로 표현된 다.

,

:전기장,

:일함수,

:쇼키장벽함수(Schottky barrier function),

,

여기서 표면의 전기장(

) 분포는 표면형상에 의해 결정되므로 기하학적 인자

를 이용하여 표현하면

이고, 전계방출이 일어나는 표면 국소영역인 팁의 높이

에 비례하고 팁끝단의 반지름

및 양극과 음극사이의 거리

에 반비례한다.

는 양극과 음극사이의 전위차이다. 표면분포 전기장(

)을 전계방출에 의한 전류밀도(

)에 대입하여 다시 표현하면 팁의 형상과 관련된 다음 식으로 표현된다.

전계가 증가하고 일함수가 낮을수록 방출전류가 증가하므로 전자 방출원을 설계할 때는 인가되는 전계가 최대가 되게 하고 일함수가 최소가 되게 해야 하는데 전계는 구조적 특성과 관계되고 일함수는 재료의 특성과 관계된다. 전계방출재료로서는 금속이나 실리콘 반도체 또는 LaB₆ 와 ThO₂ 같은 화합물이 이용되는데 전자방출 특성뿐만 아니라 내열성, 내식성, 기계적 내구성, 온도특성(일함수의 온도 의존성 등), 팁구조를 위한 공정의 용이성 등이 고려되어야 한다. 일함수는 재료자체가 갖는 고유한 값이므로 재료개발을 통해 개선될 수가 있는데 전자방출원의 재료로서 제시된 것 중의 하나가 탄소 나노 튜브이다.

탄소나노튜브는 탄소원자들로 이루어진 육각형의 망구조가 평면으로 배열된 것이 둥글게 말려 원통형을 이루고 있다. 하나의 벽을 갖는 SW-CNT(Single Wall Carbon Nano Tube)구조, 다수의 벽을 갖는 MW-CNT(Multi Wall Carbon Nano Tube)구조, 이외에 SW-CNT와 MW-CN로 구성되는 다발형태의 구조를 취하며 모양 및 구조에 따라 기계적, 전기적, 화학적 특성들이 다르다. 특히 탄소나노튜브의 일함수는 금속재료에 비해 낮고, 전자방출 전압(1∼3 V/μm)이 다른 금속 팁의 전자방출 전압(Mo 팁: 50∼100 V/μm)보다 수십 배 낮아서 탄소나노튜브가 냉음극 전자방출재료로서 활용되고 있다.

본 발명에서는 탄소나노튜브를 전자방출재료로 이용한 전계방출형 냉음극을 장착하여 정전기 제거용 연엑스선 발생관을 제작하는 것이다. 정전기 제거용 연엑스선 발생관으로 쓰이는 기존의 열전자 방출 음극을 장착한 엑스선관은 음극의 구조가 관전류를 형성하는 전자빔이 집속되도록 되어 있는데 이 경우 발생된 엑스선의 조사각이 작고 조사영역에서 각도에 따른 엑스선 세기의 차이가 크다. 따라서 관전 류가 집속되어 초점이 형성되는 것이 정전기 제거용으로는 단점으로 작용한다. 또한 열전자 방출 음극에서는 필라멘트를 가열하는 단순한 방법으로 전자를 방출시킬 수 있고 가열온도를 조절하므로서 관전류를 용이하게 조절할 수 있으며 높은 관전류를 얻을 수 있는 장점이 있지만 필라멘트를 가열하므로서 발생되는 다음과 같은 네 가지 단점이 있다.

1). 가열이 반복됨에 따라 필라멘트의 열화가 진행되어 전자방출 특성이 변하고 엑스선관의 수명을 제한하는 한 요인으로 작용한다.

2). 열전자를 방출시키기 위해서 필라멘트를 가열할 때 개스발생 및 내부가열로 인해 진공도가 떨어진다.

3). 필라멘트 가열을 위한 전원이 필요하다.

4). 특정한 파장의 특성 엑스선을 이용해야 되는 경우(주로 연구용 또는 재료분석용) 필라멘트 가열시 증발된 텅스텐이 타게트 표면을 오염시켜 발생된 엑스선의 질을 저하 시킨다.

전자방출재료로서 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 냉음극을 채용하면 위와 같은 네 가지 단점을 극복할 수 있다. 또한 본 발명에서는 정전기 제거용으로서 용도에 최적의 조건이 되도록 Au 타게트의 전 면적에 걸쳐 관전류를 균일하게 분포되게 하여 조사각도를 크게 하고 조사각도 내의 각도에 따른 엑스선 세기의 균일성이 향상되도록 음극의 구조를 설계했다.

본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 전자방출재료로 활용한 평면전자방출구조의 냉음극을 장착하여 정전기 제거용 연엑스선 발생관을 제작하는 것이다. 더 구체적으로는 기존의 필라멘트 열전자방출 구조의 음극을 장착한 정전기 제거용 엑스선 발생관에서 다음과 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것이다.

1). 기존 엑스선관에서 필라멘트 가열을 위한 전원을 제거하여 소비전력을 줄이는 것이다.

2). 정전기 제거용 연엑스선 발생관에서는 초점의 크기와 무관하므로 타게트의 전 면적에 걸쳐 관 전류를 균일하게 분포되게 하므로서 타게트의 손상을 최소화하여 엑스선관의 수명을 연장시키는 것이다.

3). 조사각도(120도)내의 엑스선 세기의 균일성을 향상시키는 것이다.

4). 소비전력이 적은 슬림형의 소형 엑스선관에 적용할 수 있는 저비용 조립공정으로서 진공 패키징 공정을 개발하는 것이다.

본 발명에서는 탄소나노튜브를 이용한 전계방출 냉음극을 엑스선관에 적용하는데 있어서 탄소나노튜브 전계방출 냉음극의 전자방출특성이 지속적으로 안정성을 유지하는 저 전류영역(0.5 mA ∼1mA)에서 활용할 수 있는 저 전력의 연엑스선 발생관을 제작하는 것을 목적으로 한다.

<구조 및 기능>

본 발명에서 제작한 엑스선관은 상기의 기능을 발휘하도록 다음과 같은 구조와 부분별 기능을 갖는다. 구조는 도1에 도시한 바와 같고 크게 음극부, 타게트를 포함한 양극부, 세라믹 외관으로 구성된다.

음극부는 탄소나노튜브가 성장된 평면의 탄소나노튜브 전자방출면(1-6), 금속베이스(1-7), 집속캡(1-8), 절연체 베이스(1-9), 금속베이스 전원스템(1-10), 집속캡 전원스템(1-11)으로 구성된다. 탄소나노튜브를 Ni 12φ×0.5t 기판에 성장시켜 전자방출면을 형성시키며 성장조건은 다음과 같다. 장비는 Micro wave PECVD를 이용하였고 플라즈마 전력은 100W이다. 가스는 C₂H₂를 10sccm, NH₃를 40sccm 주입하여 C₂H₂ :NH₃ 비를 1 : 4 로하고 내부 총압력은 5 torr로 하였다. Ni 기판온도를 600℃ 유지하여 성장시간은 10분으로 하였다. 위 조건으로 성장시킨 탄소나노튜브의 SEM 사진이 도2와 같다. 또한 본 발명에서 제작한 연엑스선 발생관에 장착한 것과 같은 음극부를 별도의 진공용기 내에 장착하여 I-V 전자방출특성을 측정하였다. I-V 전자방출특성의 측정조건은 진공용기의 진공도가 3×10^-7 torr, 탄소나노튜브 전자방출면과 양극면 사이의 거리는 10mm, Ni 기판위에 성장시킨 탄소나노튜브 전자방출면의 사이즈는 12φ이며, 양극부를 접지시키고, 집속캡에 인가한 가속전압은 마이너스 9 kV로 일정하며, 탄소나노튜브 전자방출면에 인가한 전자방출 구동전압은 마이너스 100V ∼2500V 내에서 변화시켰다. I-V 전자방출특성의 측정결과는 도3과 같다. 금속베이스(1-7)는 Ni rod 이며 탄소나노튜브가 성장된 Ni 기판이 금속베이스(1-7)에 Ag 페이스트로 접착되고 전원 Vc(5-2)에서 인가된 전압에 의해 탄소나노튜브 전자방출면에서 전자가 방출된다. 집속 캡(1-8)은 Ni 재료로 되어 있고, 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)에서 방출된 전자빔을 전원 V_H (5-1)에서 인가된 전압에 의해 15 φ의 Au 타게트 면(1-2)에 집속시켜 가속시키는 기능을 한다. 절연체 베이스 (1-9)는 세라믹 재질로 되어 있고, 금속 베이스(1-7) 및 집속캡(1-8)을 지지하는 기능을 하며, 음극부에서 전원 Vc(5-2)와 V_H(5-1)사이를 전기적으로 절연시키는 기능을 한다. 또한 전기적 절연의 안정성을 위해 15 kV 내압 설계를 하였다. 금속베이스 전원스템(1-10)은 전원 Vc(5-2)가 접촉되고, 집속캡 전원스템(1-11)은 전원 V_H (5-1)가 접촉되며 두 전원스템(1-10, 1-11)은 초고진공 기밀이 유지되도록 세라믹 외관(1-5)에 브레이징 되어 있다. 또한 두 전원스템(1-10, 1-11)사이에는 전원 케이블이 각각 접촉되었을 때 세라믹 외관의 해당부위의 형상 및 케이블 부싱의 밀착상태에 대해서 20 kV 내압 설계 및 테스트를 하였다.

양극부는 Be 윈도우(1-1)와 윈도우 하우징(1-3)으로 구성되고, Be 윈도우(1-1)에는 Au 타게트(1-2)가 1 μm 두께와 15φ로 Be 윈도우 내면에 코팅되어 있다. 윈도우용 Be의 사이즈는 20 φ, 두께는 120 μm이고 Be 윈도우 내면에 Au 타게트를 코팅하기 전에 Ti 을 수십 nm 두께로 먼저 코팅을 하고 그 위에 Au타게트를 코팅한다. 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)에서 방출된 전자가 가속되어 Au 타게트(1-2)에 충돌하면서 발생된 엑스선은 모든 방향으로 방사되지만 전자빔의 진행방향과 같은 방향 즉, 윈도우 전방으로 가장 높은 세기의 엑스선이 방사된다. Au 타게트(1-2)에서는 엑스선이 발생되고, Be 윈도우(1-1)는 Au 박막 타게트(1-2)를 지지하며 엑스선을 전방으로 투과시키는 기능을 한다. 윈도우 하우징(1-3)은 Ni 재질로 되어있고, Be 윈도우(1-1) 및 어뎁터 링(1-4)과 브레이징 되며, 세라믹 외관(1-5)과는 어뎁터 링(1-4)을 통해 브레이징 결합된다. 윈도우 하우징(1-3)은 Be 윈도우(1-1)를 지지하는 기능을 한다. 고정탭(1-12)은 연엑스선 발생관을 외부에 고정하기 위한 탭이다.

세라믹 외관은 Al₂O₃ 96%의 재질이다. 어뎁터 링(1-4)과 금속베이스 전원 스템(1-10) 및 집속 캡 전원 스템(1-11)이 접촉되는 부위에는 초고진공 기밀이 유지되는 Mo 메탈라이징 층이 형성되고, 어뎁터 링(1-4) 및 전원 스템(1-10, 1-11)과 Mo 메탈라이징 층 사이에서 초고진공 기밀이 유지되는 브레이징 결합이 이루어진다. 세라믹외관은 제작한 엑스선관의 전체외형을 형성하고 고압단자인 전원스템(1-10, 1-11)과 접지되는 윈도우 하우징(1-3)사이를 전기적으로 절연시키는 기능을 한다.

<조립>

엑스선관은 봉입된 상태에서 장시간 사용하는 동안 고진공상태(10^-7 torr 영역)가 유지되어야 하기 때문에 공정이 진행되는 동안에 각각의 재료 및 부품들을 청정한 조건으로 다루어 진공봉입 후 내부에서 탈개스되는 조건들을 제거하여야 한다. 특히 전체조립완료 후의 진공배기 및 봉입공정은 시간과 비용이 제일 많이 소요될 뿐 아니라 제품의 상태를 되돌릴 수 없이 품질을 결정짓는 마지막 공정으로서 전 공정에서 제일 중요한 공정이다. 본 발명에서는 진공배기 및 봉입공정에 소요되는 시간과 비용을 줄이고 제품의 진공도 및 수율을 높이기 위해서 진공 패키징 공정을 확립하였다. 본 발명에서의 진공 패키징 공정은 본 발명에서 제작하는 것과 같이 세라믹 외관을 취하는 소형 엑스선관에 적용할 수 있다. 기존의 엑스선관 진공배기 및 봉입공정은 각각의 엑스선관에 대해서 개별적으로 진행되는 것에 비해 본 발명 에 의한 진공 패키징 공정은 다수의 엑스선관에 대해서 동시에 수행할 수 있는 것이 특징이다. 전체조립에 대한 공정순서는 도4에 나타낸 바와 같고, 진공 패키징을 위한 공정의 순서 및 내용은 다음과 같다.

1) 세라믹 외관 조립 : 어뎁터링(1-4), 금속베이스 전원 스템(1-10) 및 집속 캡 전원 스템(1-11)이 세라믹 외관(1-5)과 접촉되는 부위에 Mo 페이스트를 이용한 메탈라이징 층이 형성되고, 어뎁터 링(1-4) 및 두 전원 스템(1-10, 1-11)이 Mo 메탈라이징 층 사이에 브레이징 조립된 상태.

2) 음극부 조립 : 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)이 성장된 Ni 기판이 금속베이스(1-7)에 Ag 페이스트를 이용하여 접합된 냉음극부와 집속 캡(1-8)이 절연체 베이스(1-9)에 의해 지지된 상태.

3) 양극부 조립 : Au 박막 타게트(1-2)가 코팅된 Be 윈도우(1-1)가 윈도우 하우징(1-3)에 브레이징 조립된 상태.

4) 세라믹 외관(1-5) 내부에 음극부 조립 : 음극부가 세라믹 외관(1-5) 내부의 금속베이스 전원 스템(1-10) 및 집속캡 전원 스템(1-11)에 접촉 지지된 상태.

5) 진공 패키징 조립 : 내부에 음극부가 조립된 세라믹 외관(1-5)과 양극부를 각각 진공용기 내의 고진공 분위기에서 가열하여 브레이징 조립하는 과정으로서 다음과 같은 순서에 따른다.

① 내부에 음극부가 조립된 세라믹 외관(1-5)과 양극부를 각각 진공용기내의 조립 지그에 장착한다. 이 때 세라믹 외관 (1-5)에 브레이징 조립되어 있는 어뎁터 링(1-4)과 양극부의 윈도우 하우징(1-3)사이에는 유격거리(15mm)가 존재하고, 브레이 징을 위한 링 모양의 필러메탈(BAg8)이 어뎁터 링(1-4) 위에 함께 장착된다.

② 초기 진공배기를 10^-7torr 영역이 되도록 수행한다.

③ 진공용기를 250℃ 로 2 시간 동안 가열하여 진공용기에 대한 탈개스를 수행한다.

④ 진공용기를 250℃ 로 유지하면서 진공용기 내부에 장착된 가공물의 탈개스를 위해 500℃ 로 1 시간 동안 내부가열을 수행된다.

⑤ 진공용기 및 내부에 장착된 가공물을 자연냉각 시키면서 베이스 진공배기를 수행하는데 진공도 3× 10^-9torr 에 이르기까지 계속한다.

⑥ 필러메탈(BAg8)용융을 위해 내부에 장착된 가공물을 가열하기 시작한다. 단 진공도가 10^-8torr 영역이 유지 되도록 서서히 가열한다.

⑦ 진공용기의 진공도는 3×10^-8 torr가 유지되는 조건에서 내부온도가 필러메탈(BAg8)이 용융되는 870℃에 도달되면 조립 지그에 장착된 세라믹 외관 (1-5)의 어뎁터 링(1-4)과 양극부의 윈도우 하우징(1-3)사이를 밀착시켜 유격거리 없이 필러메탈이 틈새에 잘 채워지도록 한다.

⑧ 내부온도 870℃에서 5분 유지한 후 가열전원을 차단하고 자연냉각 시킨다.

<실시 예>

본 발명에서 제작된 연엑스선 발생용 엑스선관의 주요 사양(Specification)은 다음과 같다. 전체사이즈 : 40 φ× 25H, 윈도우용 Be의 두께 : 120 μm, 윈도우용 Be의 전체 사이즈 : 20 φ, Be 윈도우(1-1) 사이즈 및 Au 타게트 면(1-2) 사이즈: 15 φ, Au 타게트 층(1-2)의 두께 : 1 μm, 탄소나노튜브(1-6)가 성장되는 Ni 기판의 사이즈 : 12φ×0.5t, 전자방출 구동전원 Vc(5-2)에 의한 인가전압 : 마이너스 2500V 까지 가변, 집속 및 가속전원 V_H(5-1)에 의한 인가전압 : 마이너스 9 kV, 탄소나노튜브 전계방출면(1-6)과 Au 타게트 면(1-2) 사이의 거리 : 10mm.

정전기 제거에 유효한 연 엑스선을 발생시키기 위해 본 발명에서 제작한 엑스선관에 연결된 전원은 도5에 개략적으로 도시한 바와 같이 금속베이스(1-7)에 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)이 접착된 음극부에는 금속베이스 전원 스템(1-10)에 접촉된 전원 Vc(5-2)을 이용하여 마이너스 2000V의 전압을 인가하였고, 집속 캡(1-8)에는 집속 캡 전원 스템(1-11)에 접촉된 전원V_H (5-1)를 이용하여 마이너스 9 kV의 전압을 인가하였으며, 양극부는 접지하였다. 이 때의 관 전류는 0.6 mA가 발생되었다. 엑스선선량은 Be 윈도우면으로부터 1m 떨어진 지점에 대해서 각도에 따라 서베이메터(Survey meter)를 이용하여 측정하였다. 측정된 엑스선 선량은 중심부(0^o) : 25,000 mR/hr, 20^o: 24,000 mR/hr, 40^o: 23,000 mR/hr, 50^o: 21,000 mR/hr, 60^o: 20,000 mR/hr, 70^o: 18,000 mR/hr 이다.

1). 기존 엑스선관에서 필라멘트 가열을 위한 전원이 제거되어 소비전력을 줄이는 효과가 있다. 일반적으로 열전자 방출 음극을 채용한 정전기제거용 엑스선관에 서는 0.6 mA의 관 전류를 발생시키기 위해서 필라멘트가열 전력이 6W(6V×1A) 정도가 필요하므로 이와 같은 값의 소비전력을 줄일 수 있다.

2). 엑스선관의 수명과 관련된 구조적인 요인으로서 대표적인 것은 음극의 전자 방출부 손상 과 양극의 타게트 손상인데, 본 발명에서 제작한 정전기 제거용 연엑스선 발생관에서는 카본나노튜브 전자방출면(1-6)을 냉음극으로 장착하였기 때문에 필라멘트 열화에 의한 수명 단축문제가 발생되지 않는 효과가 있다. 또한 집속된 작은 사이즈의 전자빔 형태의 관 전류가 타게트에 충돌하면 충돌지점의 타게트가 급속히 손상되어 엑스선관의 수명이 단축되지만 본 발명에서는 관 전류가 Be 윈도우 내면의 Au 타게트 15 φ의 전 면적에 걸쳐 균일하게 분포하기 때문에 타게트의 손상이 지연되어 수명이 연장는 효과가 있다. Be 윈도우 내면에 코팅된 박막 타게트 방식을 채용한 엑스선관에서는 집속된 작은 사이즈의 전자빔 관전류가 형성되었을 때 일반적으로 수명은 10,000 시간 정도이나 본 발명에 의한 엑스선관 수명은 음극부에 마이너스 2000V의 전압을 인가하고, 집속캡에 가속전압 9 kV 을 인가하여 관전류가 0.6 mA 형성되었을 때 엑스선 세기가 초기조건에 비해 80% 까지 감소하는데 걸리는 시간이 40,000 시간이다.

3). 정전기 제거용 연엑스선 발생관에서는 조사각도의 크기뿐만 아니라 제시한 조사각도 내에서 엑스선 세기의 균일성이 중요한 요소인데, 본 발명에서 제작한 정전기 제거용 연엑스선 발생관에서는 관 전류를 Be 윈도우 내면의 Au 타게트 15 φ의 전 면적에 걸쳐 균일하게 분포하게 하므로서 엑스선 조사영역에 대해서 엑스선 세기의 균일성이 향상되는 효과가 있다. Be 윈도우로부터 1m 떨어진 지점에서 엑스 선 세기의 비가 중앙지점(0도)에 대해서 40도 지점이 92%, 60도 지점이 80%, 70도 지점이 72%이다. 따라서 엑스선 조사영역을 형성하는 콘의 각도에서 보면 80도 영역이 92% 이상, 120도 영역이 80% 이상, 140도 영역이 72% 이상이다.

4). 소형 엑스선관을 저비용에 대량 생산할 수 있는 조립공정으로서 진공 패키징 공정을 확립 하므로서 기존의 엑스선관 진공배기 및 봉입공정에 대한 비용과 시간을 줄이는 효과가 있다. 기존의 진공배기 및 봉입공정이 각각의 엑스선관에 대해서 개별적으로 진행되던 것을 본 발명에 의한 진공 패키징 공정에서는 다수의 엑스선관에 대해서 동시에 진행하기 때문에 대량생산이 가능하여 제조비용을 줄일 수 있다.

5). 기존의 열전자 방출 음극을 장착한 엑스선관에서 전자방출 특성이 변하고 수명을 제한하는 원인이 되는 필라멘트의 열화 요인을 피할 수 있고, 필라멘트를 가열할 때 진공도가 떨어지는 원인이 되는 개스발생 및 내부가열 요인이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims

도1에 제시한 바와 같이 탄소나노튜브를 전자방출재료로 이용한 전계방출 냉음극을 채용한 엑스선관으로서, 외면에 주름이 있는 세라믹 용기를 외관(벌브)으로 취하고, 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)이 접착된 금속베이스(1-7)와 집속 캡(1-8)이 절연체 베이스(1-9)에 의해 지지됨과 동시에 전기적으로 절연된 상태를 유지하는 음극부가 외부에서 인입된 전원스템(1-10, 1-11)과 접촉되어 세라믹용기(1-5) 내부에 장치되고, 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)의 전방에 Au 박막 타게트(1-2)가 코팅된 Be 윈도우(1-1)가 윈도우하우징(1-3)에 브레이징 조립되어 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)과 평행하게 장치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 발생관.
도1에 제시한 바와 같이 본 발명에서 제작한 엑스선관의 음극부에서, 탄소나노튜브를 전자방출원 재료로 이용한 전자방출면의 형상이 면으로 되어 있고 방출되는 전자빔의 세기가 타게트 면에 대해서 균일한 것을 특징으로 하는 엑스선관의 냉음극.
도1에 제시한 바와 같이 본 발명에서 제작한 엑스선관의 음극부에서 탄소나노튜브를 전자방출원 재료로 이용해서 전자를 방출시키기 위한 음극부의 구조에 있 어서, 플러스 전압이 인가되는 게이트 또는 그리드가 없고, 전자방출을 위해 마이너스 전압이 인가되는 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)이 접착된 금속 베이스(1-7), 방출된 전자를 15 φ의 Au 타게트면 내로 집속함과 동시에 가속시키기 위해서 마이너스 전압이 인가되는 집속관(1-8), 그리고 탄소나노튜브 전자방출면(1-6)이 접착된 금속 베이스(1-7)와 집속관(1-8)사이를 전기적으로 절연시킴과 동시에 이들을 지지하는 절연체 베이스(1-9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선관의 냉음극.