KR20120116176A

KR20120116176A - 멀티빔 엑스레이 장치

Info

Publication number: KR20120116176A
Application number: KR1020110033764A
Authority: KR
Inventors: 박규창; 진 장; 우희철
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-10-22
Also published as: KR101205603B1

Abstract

본 발명의 멀티빔 엑스레이 장치는, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극에 구비된 에미터로부터 일정거리 이격되어 형성되는 게이트 전극; 상기 에미터로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하는 다수의 애노드 전극을 포함하되, 상기 다수의 애노드 전극은 소정 간격 이격된 펄스모양으로 맞물리게 구비되거나 또는 나이테 모양으로 형성되고, 서로 다른 전압이 상기 다수의 애노드 전극 각각에 인가되어 상기 다수의 애노드 전극으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린상의 동일 영역에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티빔 엑스레이 장치{MULTI BEAM X-RAY DEVICE}

본 발명은 멀티빔 엑스레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다른 전압이 인가된 다수의 애노드 전극을 펄스형태로 맞물리게 구비하거나 나이테 형태로 구비함으로써 서로 다른 에너지를 갖는 멀티빔 엑스선을 조사하도록 하는 멀티빔 엑스레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엑스레이(X-ray) 램프는 엑스선관이라고도 하며, 일종의 진공방전관을 사용하여 고전압하에서 가속한 전자를 방출하고, 상기 방출된 전자를 타겟(target:표적)인 금속판에 충돌시켜 x-선을 방출시킨다.

상기와 같은 진공방전관은 많은 양의 전자를 방출하기 위해 그 부피가 매우 커지기 때문에 방사선 가속기인 싱크로트론이나 고출력 레이저와 고체 타겟을 이용하는 레이저-플라즈마 또는 열전자 방출소자를 주로 사용하고 있다.

그러나, 상기 싱크로트론에서 발생하는 엑스레이 광원은 높은 평균출력을 제공할 수 있으나, 이 역시 그 크기가 거대하여 일정한 설치공간이 필요하므로 설치장소가 한정되고, 상대적으로 많은 제작비용이 소모된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 2007년 11월 15일자로 특허출원 제2007-0116944호로 "능동 구동형 엑스레이 램프 및 그 제조방법"을 출원한 바 있으며, 도 6을 참조하여 그 구성을 간략히 설명한다.

도 6에 도시된 엑스레이 램프는, 탄소나노튜브(Carbon Nano-Tube:CNT)를 이용하여 캐소드 전극(1)에 형성된 에미터(2)와 그 에미터 상부에 일정거리 이격되어 형성된 게이트 전극(3)을 갖는 필드 에미터(4)로 이루어진 전자방출원과; 상기 전자방출원으로부터 방출을 유도하며, 방출된 전자를 충돌시켜 X선을 방출하는 애노드 전극인 금속 타겟(5)과; 상기 금속 타겟(5)에서 방출된 X선을 필터링하기 위한 글라스 필터(6)와; 상기 전자방출원과 타겟(5) 및 글라스 필터(6)가 설치되며 내부가 진공상태로 유지되는 케이스(7)와; 상기 타겟(5)과 애노드 전극인 상기 타겟(5)에 전원을 공급하는 직류 전원공급기(8A)와; 상기 전자 방출원의 필드 에미터(4)를 구성하며 기판(9) 상부에 형성된 캐소드 전극(1)에 전원을 공급하는 AC/DC 전원공급기(8B)를 포함한다.

그러나, 상기와 같은 필드 에미터를 전자 방출원으로 이용한 엑스레이 램프는 필드 에미터의 크기에 따라 그 크기가 결정되기 때문에, 다양한 크기의 엑스레이 촬영을 위해서는 다양한 크기의 필드 에미터를 갖는 다수개의 엑스레이 램프를 각각 별개로 구비해야한다는 문제점이 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 다수개의 애노드(anode)를 구비하여 멀티빔 엑스레이(X-ray)를 구현하는 경우에는, 서로 다른 애노드(anode)를 사용하므로 각각 다른 에너지(예를 들면, 160KV 또는 80KV)를 얻을 수 있다. 그러나, 원하는 엑스레이(X-ray)의 수가 증가함에 따라 공간을 많이 차지하게 되고, 애노드(anode)가 동일위치에 중첩되어 설치될 수 없으므로 같은 지점에 서로 다른 에너지를 조사할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 애노드(anode)에 교류전압(예를들면, 160KV-80KV의 범위)을 인가하여 동일지점에서 160KV 및 80KV의 에너지를 교대로 얻을 수 있다. 그러나, 애노드(anode)에 교류전압을 인가하므로 전력소모가 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다른 전압이 인가된 다수의 애노드 전극을 펄스형태로 맞물리게 구비하거나 나이테 형태로 구비하므로써 서로 다른 에너지를 갖는 멀티빔 엑스선을 조사하도록 하는 멀티빔 엑스레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하나의 엑스레이 램프를 통해 서로 다른 에너지를 갖는 멀티빔 엑스선을 선택적 또는 순차적으로 조사함으로써 하나의 엑스레이 램프를 통해 필요로 하는 다양한 에너지를 갖는 엑스선이 조사되도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 애노드 전극과 스크린 사이에 분광기를 구비하여 애노드 전극으로부터 조사되는 엑스선의 영역을 제한하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 멀티빔 엑스레이 장치는, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극에 구비된 에미터로부터 일정거리 이격되어 형성되는 게이트 전극; 상기 에미터로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하는 다수의 애노드 전극을 포함하되, 상기 다수의 애노드 전극은 소정 간격 이격된 펄스모양으로 맞물리게 구비되고, 서로 다른 전압이 상기 다수의 애노드 전극 각각에 인가되어 상기 다수의 애노드 전극으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린상에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 멀티빔 엑스레이 장치는, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극에 구비된 에미터로부터 일정거리 이격되어 형성되는 게이트 전극; 상기 에미터로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하는 다수의 애노드 전극을 포함하되, 상기 다수의 애노드 전극은 소정 간격 이격된 나이테 형태로 구비되고, 서로 다른 전압이 상기 다수의 애노드 전극 각각에 인가되어 상기 다수의 애노드 전극으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린상에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 서로 다른 전압이 인가된 다수의 애노드 전극을 펄스형태로 맞물리게 구비하거나 나이테 형태로 구비함으로써 서로 다른 에너지를 갖는 멀티빔 엑스선을 조사하도록 한다.

또한, 본 발명은 하나의 장치에서 서로 다른 에너지를 갖는 멀티빔 엑스선을 조사함으로써 엑스선의 수를 조절할 수 있을 뿐만 아니라 선택적 또는 순차적으로 엑스레이를 구동함으로써, 공항 등의 수하물 엑스선 검색이나 2차원 또는 3차원의 산업용, 의료용 엑스선 조사와 영상 획득 등에 효과적으로 활용할 수 있다.

또한, 본 발명은 캐소드 전극에 제공되는 전류를 스위칭하는 스위칭부를 구비하여 안정적인 전류의 공급을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치를 간략히 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 애노드 전극으로부터 방출된 엑스선이 스크린상에 조사되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 분광기의 기능을 분광기가 없는 경우와 대비하여 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치의 애노드 전극을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 애노드 전극을 이용하여 엑스선이 조사되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래기술에 따른 엑스레이 램프를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래기술에 따른 엑스레이 램프의 애노드 전극이 다수 구비된 경우를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래기술에 따른 엑스레인 램프의 애노드 전극에 교류전압이 인가되는 경우를 나타내는 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치를 설명하는데, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치를 간략히 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 애노드 전극으로부터 방출된 엑스선이 스크린상의 동일 영역에 조사되는 상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 분광기의 기능을 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치는 캐소드 전극(10), 게이트 전극(20), 다수의 애노드 전극(30) 및 분광기(40)를 포함한다.

캐소드 전극(10)은 전원을 제공받고, 그 상부에 전자를 방출하는 에미터(12, emitter)를 구비한다.

한편, 다른 실시예에서는 상기 캐소드 전극에 연결되는 스위치부(14)를 더 구비할 수 있으며, 상기 스위치부(14)는 MOS트랜지스터로 이루어져 상기 캐소드 전극(10)에 전류가 안정적으로 제공되도록 전류의 온오프를 제어할 수 있다.

게이트 전극(20)은 상기 캐소드 전극(10)에 구비된 에미터(12)로부터 일정거리 이격되어 형성된다.

다수의 애노드 전극(30)은 상기 에미터(12)로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하며, 제1 애노드 전극(32) 및 제2 애노드 전극(34)을 포함한다.

상기 제1 애노드 전극(32)과 제2 애노드 전극(34)은 소정 간격 이격되는 펄스모양(또는 톱니모양)으로 서로 맞물리게 구비되고, 상기 제1 애노드 전극(32)과 제2 애노드 전극(34)에 서로 다른 전압(V₁ 및 V₂)이 각각 인가된다.

즉, 제1 애노드 전극(32)에는 제1 전압(V₁, 본 실시예에서는 160KV)이 인가되고, 제2 애노드 전극(34)에는 제2 전압(V₂, 본 실시예에서는 80KV)이 인가된다.

상기 제1 및 제2 애노드 전극(32, 34)으로부터 방출된 엑스선이 분광기(40)를 경유하여 스크린상의 동일 영역에 멀티빔 엑스선으로 조사된다. 그리고 애노드 전극의 설계시 적당한 각도를 주어 멀티빔이 동일한 영역에 조사되도록 할 수도 있다. 즉, 서로 다른 2개의 전압을 갖는 2개의 엑스선이 교대로 스크린(50)상의 동일 영역에 조사된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 스크린(50)에 제1 전압(V₁) 및 제2 전압(V₂)을 갖는 엑스선이 같은 영역에 조사된다.

또한, 상기 제1 전압(V₁) 및 제2 전압(V₂)을 상기 제1 및 제2 애노드 전극(32, 34)에 선택적 또는 순차적으로 인가하여 상기 제1 전압(V₁) 및 제2 전압(V₂)을 갖는 엑스선이 선택적 또는 순차적으로 스크린(50)에 조사됨으로써 사용자가 원하는 멀티빔 엑스레이를 구현할 수 있다.

다른 실시예에서는 상기 제1 및 제2 애노드 전극(32, 34)으로부터 방출된 엑스선이 분광기(40)를 경유하지 않고 바로 스크린(50)상에 멀티빔 엑스선으로 조사될 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 분광기(40)는 상기 애노드 전극(30)과 스크린(50) 사이에 구비되어 상기 애노드 전극(30)으로부터 조사되는 엑스선의 영역을 제한한다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치를 설명하는데, 도 1 에 도시된 멀티빔 엑스레이 장치와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치의 애노드 전극을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 애노드 전극을 이용하여 엑스선이 조사되는 상태를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티빔 엑스레이 장치의 애노드 전극(130)은 제1 내지 제5 애노드 전극(132, 134, 136, 138, 139)을 포함하며, 에미터(도 1의 12)로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출한다.

제1 내지 제5 애노드 전극(132, 134, 136, 138, 139)은 서로 소정 간격 이격된 나이테 형태로 구비되고, 서로 다른 전압 레벨을 갖는 제1 내지 제5 전압(V₁, V₂, V₃, V₄, V₅)이 제1 내지 제5 애노드 전극(132, 134, 136, 138, 139)에 각각 인가되어 상기 제1 내지 제5 애노드 전극(132, 134, 136, 138, 139)으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린상에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 한다.

또한, 상기 제1 내지 제5 애노드 전극(132, 134, 136, 138, 139)에 제공되는 제1 전압 내지 제5 전압(V₁, V₂, V₃, V₄, V₅)을 선택적 또는 순차적으로 구동하여 사용자가 원하는 다양한 멀티빔 엑스레이를 구현할 수 있다. 그리고 상기 애노드 전극의 설계시 적당한 각도를 주어 다수의 멀티빔이 동일한 영역에 조사되도록 할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서도, 상기 애노드 전극(130)으로부터 조사되는 엑스선의 영역을 제어하는 분광기(미도시)를 구비할 수도 있다.

한편, 상기 실시예에서는 엑스선이 조사되는 영역을 스크린으로 표현하였으나, 다른 실시예에서는 엑스선의 조사상태를 감지하는 감지부(detector)로 표현할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 5개의 애노드 전극으로 이루어지는 것을 일 실시예로 설명하였으나, 다른 실시예에서는, N개(N은 적어도 2이상의 자연수)의 애노드 전극으로 이루어지며, 상기 스크린상에 1개의 중심빔이 조사되고, 2N-2개의 멀티빔 엑스선이 스크린상의 동일 영역에 조사될 수도 있다.

본 발명에서는 다수의 애노드 전극의 구조가, 상기한 바와 같은 소정 간격 이격된 펄스 모양(톱니 모양), 또는 소정 간격 이격된 나이테 형태에만 제한되지 않고, 전체적으로 바둑판 형태 또는 다양한 형태로 다수의 애노드 전극을 형성하는 등 멀티-에너지를 갖는 다양한 구조를 포함할 수 있고, 또한 애노드 전극의 설계시 적당한 각도를 주어 다수의 멀티빔이 동일한 영역에 조사되도록 할 수도 있다.

10 : 캐소드 전극 12 : 에미터
14 : 스위치부
20 : 게이트 전극
30, 130 : 애노드 전극 32, 34 : 제1 및 제2 애노드 전극
40 : 분광기
50 : 스크린
132, 134, 136, 138, 139 : 제1 내지 제5 애노드 전극

Claims

캐소드 전극;
상기 캐소드 전극에 구비된 에미터로부터 일정거리 이격되어 형성되는 게이트 전극;
상기 에미터로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하는 다수의 애노드 전극을 포함하되,
상기 다수의 애노드 전극은 소정 간격 이격된 펄스모양으로 서로 맞물리게 구비되고, 서로 다른 전압이 상기 다수의 애노드 전극 각각에 인가되어 상기 다수의 애노드 전극으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 엑스선은 2개의 엑스선으로 이루어지고, 상기 멀티빔 엑스선은 2개의 엑스선이 교대로 조사되는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 캐소드 전극에 연결되고, 상기 캐소드 전극에 전류가 안정적으로 제공되도록 전류의 온오프를 제어하는 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제3항에 있어서,
상기 스위치부는 MOS트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제1항에 있어서,
상기 다수의 애노드 전극 각각에 서로 다른 전압이 선택적 또는 순차적으로 인가되어 상기 다수의 엑스선이 선택적 또는 순차적으로 스크린상에 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 애노드 전극과 스크린 사이에 구비되어 상기 애노드 전극으로부터 조사되는 엑스선의 영역을 제한하는 분광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
캐소드 전극;
상기 캐소드 전극에 구비된 에미터로부터 일정거리 이격되어 형성되는 게이트 전극;
상기 에미터로부터 방출되는 전자를 충돌시켜 엑스(X)선을 방출하는 다수의 애노드 전극을 포함하되,
상기 다수의 애노드 전극은 소정 간격 이격된 나이테 형태로 구비되고, 서로 다른 전압이 상기 다수의 애노드 전극 각각에 인가되어 상기 다수의 애노드 전극으로부터 방출된 다수의 엑스선이 스크린상에 멀티빔 엑스선으로 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제7항에 있어서,
상기 다수의 애노드 전극은 N개(N은 적어도 2이상의 자연수)의 애노드 전극으로 이루어지며, 상기 스크린상에 1개의 중심빔이 조사되고, 2N-2개의 멀티빔 엑스선이 스크린상에 조사되는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제7항에 있어서,
상기 캐소드 전극에 연결되고, 상기 캐소드 전극에 전류가 안정적으로 제공되도록 전류의 온오프를 제어하는 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 스위치부는 MOS트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제7항에 있어서,
상기 다수의 애노드 전극 각각에 서로 다른 전압이 선택적 또는 순차적으로 인가되어 상기 다수의 엑스선이 선택적 또는 순차적으로 스크린상에 조사되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 애노드 전극과 스크린 사이에 구비되어 상기 애노드 전극으로부터 조사되는 엑스선의 영역을 제한하는 분광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티빔 엑스레이 장치.