KR20160081895A - X선장치 및 이를 구비한 ct장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡면 어레이 분산형 X선장치에 관한 것으로, 4면이 밀봉되고 내부가 고진공인 진공박스(3); 곡면에서 이 곡면의 축선방향을 따라 축선을 향해 복수의 열로 배열되는 형태로 진공박스(3)의 박스벽에 배치되는 복수의 전자방출유닛(1); 금속으로 구성되고, 축선에 배치되는 형태로 진공박스(3) 내부에 배치되며, 양극 파이프(202)와 양극 타겟면(203)을 포함하는 양극(2); 양극(2)에 연결되는 고압전원과, 복수의 전자방출유닛(1) 각각과 연결되는 필라멘트 전원(704)과, 복수의 전자방출유닛(1) 각각에 연결되는 그리드 제어장치(703)와, 각 전원을 제어하는 제어시스템(701)을 구비하는 전원 및 제어시스템(7);을 포함한다.

Description

X선장치 및 이를 구비한 CT장비{X-RAY DEVICE AND CT DEVICE HAVING SAID X-RAY DEVICE}

본 발명은 분산형 X선을 생성하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 X선 광원장비에 있어서, 하나의 곡면에 복수의 독립적인 전자방출유닛(electron transmitting unit)을 배치하고 축선에 양극을 배치하며, 또한 음극제어 또는 그리드(grid)제어를 통하여 예정된 순서에 따라 초점위치를 변환시키는 X선을 생성하는 곡면(curved surface) 어레이 분산형 X선장치(array distributed x-ray apparatus) 및 이를 구비한 CT장비에 관한 것이다.

일반적으로, X선은 공업 비파괴검사, 안전점검, 의학진단과 의료 등의 분야에서 광범위하게 응용되고 있다. 특히, X선의 고투과 성능을 이용하여 제작된 X선 투시 영상장비(x-ray fluoroscopic imaging device)는 사람들의 일상생활의 여러 방면에서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 장비로 초기에는 필름형 평면 투시 영상장비이고, 현재는 디지털적이고, 다 시각(multiple visual angle)적이며 고 해상도(resolution)인 입체영상장비를 사용하고 있으며, 예를 들면 CT(computed tomography)는 고화질의 3차원 입체도형 또는 절편(slice) 이미지를 획득할 수 있는 진보적이고 고급적인 응용이다.

현재의 CT장비에서 X선원과 디텍터(detector)는 슬립링(slip ring)에서 움직여야 하고, 검사 속도를 향상시키기 위하여 통상적으로 X선원과 디텍터의 움직임 속도가 매우 빠르기 때문에 장비 전체의 신뢰성과 안정성이 저하된다. 또한 움직임 속도의 제한으로 인해, CT의 검사 속도도 제한된다. 따라서 CT장비에서 위치의 이동이 없이 다 시각의 X선을 생성할 수 있는 X선원이 필요하다.

종래의 CT장비에서의 슬립링에 따른 신뢰성, 안정성 문제와 검사속도 문제 및 양극 타겟(anode target)의 내열 문제를 해결하기 위하여, 선행 특허문서에서 다양한 방법을 제공하였다. 예를 들면, 회전 타겟(rotating target) X선원은 양극 타겟의 과열 문제를 일정 정도 해결할 수 있으나, 그 구조가 복잡하고, 또한 X선을 생성하는 타겟점(target spot)이 X선원 전체에 비하여 여전히 하나의 특정된 타겟점 위치이다. 예를 들면, 어떠한 기술은 고정 불변한 X선원의 다 시각을 구현하기 위하여, 하나의 원주에 긴밀히 배열된 복수의 독립적인 종래의 X선원으로 X선원의 움직임을 대체하는 것으로서, 이는 다 시각을 구현할 수 있지만, 원가가 높고, 또한 동일하지 않은 시각의 타겟 간격이 크기에 화질(입체 해상도)이 매우 낮다. 또한 특허문서 1(US4926452)은 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법을 제시하였는데, 이에 의해 양극 타겟이 매우 넓은 면적을 구비하여 타겟의 과열문제가 완화되고, 또한 타겟점 위치가 원주에 따라 변화되어 다 시각을 형성 할 수 있다. 또한, 특허문서 1은 가속화된 고에너지 전자빔을 스캐닝하여 편향시키는 것으로서, 제어하기 힘들고 타겟점 위치가 분리되지 않고 또한 반복성(repeatability)이 약한 문제가 존재하지만, 여전히 분산형 광원을 생성할 수 있는 유효적인 방법이다. 또한 예를 들면, 특허문서 2(US20110075802)와 특허문서 3(WO2011/119629)에서는 분산형 X선을 생성하는 광원 및 방법을 제시하였는데, 이에 의해 양극 타겟이 매우 큰 면적을 구비하여 타겟 과열 문제를 완화시키고, 또한 타겟점 위치는 분산되어 고정되고 어레이식으로 배열되어 다 시각을 형성할 수 있다. 또한, 냉음극(cold cathode)으로 탄소 나노 튜브를 사용하고, 냉음극을 어레이식으로 배열하여 음극-그리드 사이의 전압으로 전기장 방출을 제어함으로서, 각 음극이 순서에 따라 전자를 방출하도록 제어하고, 양극에서 상응한 순서 위치에 따라 타겟점을 충격함으로써, 분산형 X선원으로 된다. 하지만, 생산공정이 복잡하고 탄소 나노 튜브의 방출 성능과 수명이 낮은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 광원을 이동하지 않고도 다 시각의 X선을 생성할 수 있어서, 구조의 간편화, 시스템의 안정성 및 신뢰성의 향상, 검사 효율의 향상에 유리한 곡면 어레이 분산형 X선장치 및 곡면 어레이 분산헝 X선장치를 구비한 CT장비를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치는 4면이 밀봉되고 내부가 고 진공인 진공박스(vacuum box)와; 곡면에 있어서 상기 곡면의 축선방향을 따라 상기 축선을 향해 복수의 열로 배열되는 형태로 상기 진공박스의 박스벽에 배치되는 복수의 전자방출유닛과; 금속으로 구성되고, 상기 축선에 배치되는 형태로 상기 진공박스 내부에 배치되는 양극과; 상기 양극과 연결되는 고압전원과, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 필라멘트(filament) 전원과, 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 그리드 제어장치와, 각 전원을 제어하는 제어시스템을 구비하는 전원 및 제어시스템을 구비하고, 그 중, 상기 양극은 금속으로 구성되고 중공의 파이프 형상을 구비하는 양극 파이프와; 상기 양극 파이프에 배치된 양극 지지대와; 상기 양극 파이프(anode pipe)의 외면에 설치되고, 상기 전자방출유닛과 서로 대향되는 양극 타겟면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원(excircle)의 일부분을 절단(cutting)하여 형성된 빗면(inclined plane)이다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원의 일부분을 절단하여 형성된 빗면에 중금속 재료인 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 사용하여 형성된 것이다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 전자방출유닛은 필라멘트와; 상기 필라멘트와 연결되는 음극과; 개구를 구비하고 상기 필라멘트와 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대와; 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출되는 필라멘트 리드(filament lead)와; 상기 음극에 대향하는 형태로 상기 음극의 상방에 배치되고, 표면은 상기 축선을 향하는 그리드와; 상기 절연 지지대와 연결되며, 상기 전자방출유닛을 상기 진공박스의 박스벽에 장착하여 진공의 밀봉 연결을 형성하는 연결 고정부재를 구비하고, 상기 그리드는 금속으로 구성되고 중간에 홀이 형성되는 그리드 프레임과; 금속으로 구성되고, 상기 그리드 프레임의 상기 홀의 위치에 고정되는 그리드 메쉬와; 상기 그리드 프레임으로부터 인출되는 그리드 리드(grid lead)를 구비하고, 상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드는 상기 절연 지지대를 관통하여 전자방출유닛 외부로 인출되고, 상기 필라멘트 리드는 상기 필라멘트 전원과 연결되고, 상기 그리드 리드는 상기 그리드 제어장치와 연결된다.

본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 하단 가장자리에 연결되고, 상기 전자방출유닛의 음극단은 상기 진공박스 내부에 위치하고, 상기 전자방출유닛의 리드 단(lead end)은 상기 진공박스 외부에 위치한다.

본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 상단에 연결되고, 상기 전자방출유닛 전체가 상기 진공박스 외부에 위치한다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 냉각장치와; 상기 양극의 양단에 연결되고, 상기 진공박스 외부에서 상기 냉각장치와 연결되며, 진공박스에서 양극에 근접하는 일단의 측면에 장착되는 냉각 연결장치와; 상기 전원 및 제어시스템에 포함되고 상기 제어장치를 제어하는 냉각 제어장치를 더 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 양극과 상기 고압전원이 케이블로 연결되도록 하고, 상기 진공박스의 상기 양극에 근접하는 일단의 측벽에 장착되는 고압전원 연결장치와; 상기 필라멘트와 상기 필라멘트 전원을 연결하는 필라멘트 전원 연결장치와; 상기 전자방출유닛의 상기 그리드와 상기 그리드 제어장치를 연결하는 그리드 제어장치 연결장치와; 상기 전원 및 제어시스템에 포함되는 진공전원과; 상기 진공박스의 측벽에 장착되고, 상기 진공전원을 이용하여 작동하며, 상기 진공박스 내부의 고진공을 유지하는 진공장치를 더 구비한다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 곡면 어레이 배열은 한 방향에서는 곡선을 따르고, 다른 한 방향에서는 직선이거나 분단 직선(segmented line)이다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 복수의 전자방출유닛의 곡면 어레이 배열은 한 방향에서는 곡선을 따르고, 다른 한 방향에서는 원호, 분단 원호(segmented arc), 또는 직선과 원호의 조합이다.

또한, 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 상기 그리드 제어장치는 컨트롤러, 부 고압모듈(negative high voltage module), 정 고압모듈(positive high voltage module) 및 복수의 고압 스위치소자를 포함한다. 상기 복수의 고압 스위치소자마다 적어도 1개의 제어단(control end), 2개의 입력단(input end) 및 1개의 출력단(output end)을 포함하며, 각 단자 사이의 내압(withstand voltage)은 적어도 상기 부 고압모듈과 상기 정 고압모듈 사이의 최대전압보다 커야 하며 상기 부 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 1개 입력단에 안정적인 부 고압출력을 제공하고, 상기 정 고압모듈은 상기 복수의 고압 스위치소자 각각의 다른 1개 입력단에 안정적인 정 고압출력을 제공하며, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 고압 스위치소자 각각을 독립적으로 제어하고, 상기 그리드 제어장치는 복수의 제어신호 출력채널을 더 구비하며, 1개의 상기 고압 스위치소자의 출력단은 상기 제어신호 출력채널 중의 1개와 연결된다.

본 발명에 따른 CT장비는 상기 곡면 어레이 분산형 X선장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 곡면 어레이 분산형 X선장치를 제공한다. 곡면 어레이 분산형 X선장치는 곡면에 배치된 복수의 전자방출유닛, 양극, 진공박스, 고압전원 연결장치, 필라멘트 전원 연결장치, 그리드 제어장치 연결장치, 냉각 연결장치, 진공장치, 냉각장치, 전원 및 제어시스템 등을 포함한다. 그 중, 전자방출유닛은 곡면(원기둥면과 원환면을 포함)에서 축선방향을 따라 적어도 2열로 배치되고, 양극은 곡면의 축선에 배치되며, 내부에는 냉각제가 순환 유동되는 파이프를 구비한다. 고압 전원연결장치, 전자방출유닛, 진공장치, 냉각 연결장치는 진공 박스벽에 장착되고, 진공박스와 함께 전체적으로 밀봉구조를 형성한다. 음극은 필라멘트의 가열 작용 하에서 전자를 생성하고, 일반적으로 그리드는 음극에 대해 수백 볼트급의 부 전압을 구비하여 전자를 전자방출유닛 내에 구속한다. 제어시스템은 특정한 설정에 따라 로직을 제어하여, 각 전자방출유닛의 그리드가 수천 볼트급의 정 고압 펄스를 획득하도록 하고, 상기 전자방출유닛의 그리드와 음극 사이에 정의 전기장이 생성되어 전자는 그리드로 고속으로 날아가며, 그리드 메쉬를 관통하여 전자방출유닛과 양극 사이의 고압 가속 전기장 영역에 진입하며, 수십 내지 수백 킬로볼트의 전기장에서 가속화되어 에너지를 획득하며, 최종적으로 양극을 충격하여 X선을 생성시킨다. 복수의 독립적인 전자방출유닛은 곡면에서 축선방향을 따라 복수의 열로 배열되기에, 전자빔의 생성위치는 분산되며, 전자빔이 양극을 충격하여 생성된 X선은 축선을 따라 분산되어 배열된 것이다.

본 발명은 곡면(원기둥면과 원환면을 포함) 어레이 분산형 X선장치를 제공하는 바, 하나의 광원장비에서 특정한 순서에 따라 주기적으로 초점위치를 변환시키는 X선을 생성한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극(thermionic cathode)을 사용하여 방출 전류가 크고 수명이 긴 장점을 가지며, 그리드 제어 또는 음극 제어를 통하여 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하여 간편하고 원활하며, 파이프 형상의 양극은 냉각 설계를 구비하여 양극의 과열 문제가 해결되며, 전자방출유닛은 곡면 어레이에 따라 마련되어 타겟 밀도를 향상시키며, 전자방출유닛의 곡면 배열은 원기둥면 또는 원환면일 수 있으며 전체적으로 직선형 분산형 X선장치거나 고리 모양의 분산형 X선장치로 구현되어 응용이 원활하다.

본 발명의 분산형 X선광원을 CT장비에 적용할 경우, 광원을 이동할 필요가 없이 다 시각의 X선을 생성할 수 있어서 슬립링 움직임을 생략할 수 있으며, 구조의 간편화, 시스템의 안정성, 신뢰성의 향상 및 검사 효율을 향상시키는데 유익하다.

도 1은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부구조의 단면을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양극의 동일하지 않은 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자 방출 유닛의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 전자방출유닛의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 전체 구조를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 양극 및 다른 냉각 연결구조를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 그리드 제어장치의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 고리 모양의 분산형 X선장치 내부의 전자방출유닛과 양극 배치관계를 나타낸 예시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부구조를 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1)(적어도 4개, 이하에서 구체적으로 전자 방출 유닛(11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b,......)라 함), 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 필라멘트 전원 연결장치(5), 그리드 제어장치 연결장치(6), 진공장치(8), 냉각 연결장치(9), 냉각장치(10), 그리고 전원 및 제어시스템(7)으로 구성되며, 그 중, 전자방출유닛(1)은 곡면에서 축선방향을 따라 축선(O)과 대향하여 복수의 열로 배열되고, 또한 양극(2)은 곡면의 축선(O)에 배치된다. 전자방출유닛(1), 고압전원 연결장치(4), 진공장치(8), 냉각 연결장치(9)는 진공박스(3)의 박스벽에 장착되어 진공박스(3)와 함께 전체적으로 밀봉구조를 구성하며, 양극(2)은 진공박스 내에 장착된다.

또한, 상기 곡면은 원기둥면과 원환면(annular surface)을 포함한다. 도 2는 본 발명에 따른 곡면 어레이 분산형 X선장치의 내부구조의 단면을 나타낸 예시도이다. 구체적으로, 도 2는 원기둥면 어레이 분산형 X선장치의 내부구조를 나타낸 예시도이다. 전자방출유닛(1)은 원기둥면에서 축선방향을 따라 복수의 열로 배열되고, 또한 전자방출유닛(1)의 상면(전자방출면)은 축선(O)에 대향한다. 양극(2)은 원기둥의 축선(O)에 배치된다. 일반적으로 전자방출유닛(1)은 동일한 저전위(low electric potential)에 있고, 양극(2)은 고전위(high electric potential)에 있으며, 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이에 정의 전기장(positive electric field)을 구성하여 전기장은 각 전자방출유닛(1)의 표면으로부터 양극(2)의 축선을 향하여 모이며, 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)으로부터 양극(2)의 축선을 향하여 움직이면서 양극(2)을 충격하여 최종적으로 X선을 생성한다.

또한, 상술한 전자방출유닛(1)은 곡면에서 축선방향을 따라 축선과 대향하여 복수의 열로 배열되며, 복수 열의 전자방출유닛은 앞뒤 열이 정렬될 수도 있고, 바람직하게는 각 전자방출유닛이 생성한 전자빔이 충격한 양극의 위치가 중복되지 않도록 앞뒤 열이 엇갈리게 할 수도 있다.

또한, 양극(2)은 냉각제가 내부에서 흐를 수 있도록 중공 파이프 형상의 구조를 구비한다. 도 3은 본 발명의 양극 및 그 지지대의 구조를 나타낸다. 양극(2)은 양극 지지대(201), 양극 파이프(202), 양극 타겟면(203)으로 구성된다. 양극 지지대(201)는 양극 파이프(202)에 장착되어 고압전원 연결장치(4)의 상단부(top end)(작은 단부(small end))에 연결되어 양극(2)을 지지하여 고정시킨다. 양극 파이프(202)는 양극(2)의 몸체(main body)구조이고, 양단은 2개의 냉각 연결장치(9)의 일단에 각각 연결되며, 또한 내부가 냉각 연결장치(9)에 연통되어 냉각제가 순환 유동되는 통로가 된다. 양극 파이프(202)는 일반적으로 내고온성을 가지는 금속재료를 사용하고, 다양한 구조형태를 가지며, 원형의 파이프가 바람직하다. 또한, 경우에 따라, 예를 들면 양극의 열출력이 작을 경우, 양극(2)은 비중공 파이프의 기둥형상일 수도 있다. 또한, 양극 타겟면(203)은 양극 파이프(202)에 있어서 전자빔에 의해 충격되는 위치이며, 미세구조에서 다양한 설계가 존재한다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202)의 외원면이 바로 전자빔의 충격위치이며, 이러한 경우 양극 파이프(202)는 전체적으로 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내고온성 중금속 재료를 사용한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202)의 바깥원은 일부가 절단되어 작은 빗면이 형성되고, 상기 빗면은 전자빔의 충격위치로 되며, 상기 빗면의 경사방향은 유용한 X선의 방출방향이며, 이러한 구조설계는 유용한 X선을 일치한 방향으로 인출하는데 유리하며, 바람직하게는 도 3c에 도시된 바와 같이, 양극 파이프(202)의 외면에 양극 타겟면(203)을 별도로 설계하며, 양극 타겟면(203)은 텅스텐 또는 텅스텐 합금과 같은 내고온성 중금속 재료를 사용하고, 두께는 20μm(마이크로미터)보다 작지 않으며, 전기도금, 부착, 용접 또는 기타 방식으로 양극 파이프(220)의 가장자리의 가공된 작은 빗면에 고정되며, 이러한 경우, 양극 파이프(202)는 일반적인 금속재료를 사용할 수 있으므로 단가를 낮출수 있다.

도 4는 전자방출유닛(1)의 구체적인 구조를 나타낸 것으로, 구체적으로 음극(102)과 그리드(103)가 일체화되고 또한 그리드(103)를 통하여 제어하는 모드이다. 여기서, 전자방출유닛(1)은 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드(105) 및 연결 고정부재(109)를 포함한다. 또한, 그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107) 및 그리드 리드(108)로 구성된다. 도 4에서 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103) 등의 위치는 전자방출유닛의 음극단으로 정의되고, 연결 고정부재(109)의 위치는 전자방출유닛의 음극단으로 정의된다. 음극(102)은 필라멘트(101)와 연결되고, 필라멘트(101)는 일반적으로 텅스텐 필라멘트를 사용하고, 음극(102)은 일반적으로 열방출 전자성능이 강한 재료를 사용하고, 예를 들면 산화바륨(BaO), 스캔데이트(Scandate), 란타늄 헥사보라이드(lanthanum hexaboride) 등을 사용한다. 절연 지지대(104)는 필라멘트(101)와 음극(102)을 둘러싸고 전자방출유닛(1)의 하우징에 해당되는 바, 절연재료를 사용하며, 일반적으로 세라믹을 사용한다. 필라멘트 리드(105)와 그리드 리드(108)는 절연 지지대(104)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 리드 단부에서 인출되며, 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108)와 절연 지지대(104) 사이는 진공 밀봉된 구조이다. 그리드(103)는 절연 지지대(104)의 상단(즉, 절연 지지대(104)의 개구에 배치됨)에 장착되며 음극(102)에 대향하고, 그리드(103)와 음극(102)의 중심은 상하로 정렬된다. 그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107), 그리드 리드(108)를 포함하며, 또한 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107), 그리드 리드(108)는 모두 금속으로 제조되며, 일반적으로, 그리드 프레임(106)은 스테인리스 스틸 재료 또는 코발(KOVAR) 재료이고, 그리드 메쉬(107)는 몰리브덴 재료이며, 그리드 리드(108)는 스테인리스 스틸 재료 또는 코발 재료이다.

또한, 구체적으로, 그리드(103)의 구조에 있어서, 그 몸체는 하나의 금속판(예를 들면, 스테인리스 스틸 재료), 즉 그리드 프레임(106)이며, 그리드 프레임(106)의 중간에 홀이 형성되며, 상기 홀의 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 상기 홀의 위치에 메탈메쉬(예를 들면, 몰리브덴 재료), 즉 그리드 메쉬(107)를 고정하며, 또한 금속판의 어느 위치에서 한 가닥의 리드(예를 들면, 스테인리스 스틸 재료), 즉 그리드 리드(108)를 인출하여 그리드(103)가 전위에 연결될수 있게 한다. 또한, 그리드(103)는 음극(102)의 직 상방에 위치하고, 그리드(103)의 상기 홀의 중심은 음극(102)의 중심에 맞추어지며(즉, 상하가 일직선에 위치함), 홀의 형상은 음극(102)의 형상에 대응되며, 홀의 크기는 음극(102)의 면적보다 작다. 하지만, 전자빔이 그리드(103)를 통과할 수만 있다면, 그리드(103)의 구조는 상술한 구조에 한정되지 않는다. 또한, 그리드(103)와 음극(102)은 절연 지지대(104)에 의하여 상대적 위치가 고정된다.

또한, 구체적으로, 연결 고정부재(109)의 구조는 바람직하게는 그 몸체가 원형 나이프 엣지 플랜지(circular knife edge flange)이고, 중간에는 홀이 형성되며, 상기 홀의 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 홀의 위치와 절연 지지대(104)의 하단의 가장자리는 밀봉되도록 연결되며, 예를 들면, 용접 연결될 수 있다. 나이프 엣지 플랜지의 가장자리에는 나사홀이 형성되어 볼트연결에 의하여 전자방출유닛(1)을 진공박스(3)의 박스벽에 고정시킬 수 있으며, 나이프 엣지와 진공박스(3)의 박스벽 사이에는 진공 밀봉되도록 연결된다(이러한 경우, 전자방출유닛(1)의 음극단은 진공박스(3) 내부에 위치하고, 전자방출유닛(1)의 리드단은 진공박스(3)의 외부에 위치한다). 이는 탈부착이 용이한 구조로서, 복수의 전자방출유닛(1) 중 어느 하나가 고장이 발생할 경우, 용이하게 교체할 수 있다. 특히 유의할 것은, 연결 고정부재(109)의 기능은 절연 지지대(104)와 진공박스(3) 사이의 밀봉연결을 구현하는 것이며, 예를 들면, 금속 플랜지로 연결되는 용접, 또는 유리고온용융에 의한 밀봉연결, 또는 세라믹의 금속화 후 금속과의 용접 등과 같은 다양한 구현 방식이 있다.

도 5는 다른 전자방출유닛(1)의 구체적인 구조를 나타낸다. 전자방출유닛(1)은 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108)와 연결 고정부재(109)를 포함한다. 음극(102)은 필라멘트(101)와 연결되며, 그리드(103)는 음극(102)의 직 상방에 위치하고, 외형은 음극(102)과 동일하며, 음극(102)의 상면에 근접한다. 절연 지지대(104)는 필라멘트(101)와 음극(102)을 둘러싸고, 필라멘트(101)의 양단으로부터 인출된 필라멘트 리드(105)와 그리드(103)로부터 인출된 그리드 리드(108)는 절연 지지대(104)를 관통하여 전자방출유닛(1)의 외부로 인출되며, 필라멘트 리드(105), 그리드 리드(108) 및 절연 지지대(104) 사이는 진공 밀봉된 구조를 가진다. 이러한 경우, 연결 고정부재(109)는 절연 지지대(104)의 상단에 연결되고, 전자방출유닛(1) 전체가 진공박스(3) 외부에 위치한다.

또한, 전자방출유닛(1)은 일체화된 구조일 수 있고, 음극(102)과 그리드(103)가 분리된 구조일 수도 있으며, 음극(102)을 통하여 전자방출유닛(1)의 작동상태를 제어할 수 있고, 그리드(103)를 통하여 전자방출유닛(1)의 작동상태를 제어할 수도 있다.

도 6은 곡면 어레이 분산형 X선장치의 전체구조를 나타낸다. 그 중, 진공박스(3)는 4면이 밀봉된 캐비티(cavity)를 가지는 하우징(housing)이며, 그 내부는 고진공이다. 전자방출유닛(1)은 수요에 따라 전자빔을 생성하고, 진공박스(3)의 박스벽에 장착되며, 양극(2)은 고압 가속 전기장을 형성하고 X선을 생성하며, 진공박스(3)의 내부에 장착된다. 고압전원 연결장치(4)는 양극(2)과 고압전원(702)을 연결시키기 위한 케이블이며, 진공박스(3)에 있어서 양극(2)과 가까운 일단의 측면에 장착된다. 냉각 연결장치(9)는 양극(2)의 양단을 연결하고, 진공박스(3) 외부에서 냉각제 흐름통로를 구성하도록 냉각장치(10)와 연결되며, 진공박스(3)의 양극(2)에 근접한 일단의 측면에 장착된다. 필라멘트 전원 연결장치(5)는 필라멘트(101)와 필라멘트 전원(704)을 연결하는데 사용되며, 필라멘트 전원 연결장치(5)는 일반적으로 복수 가닥의 양단에 커넥터(connector)를 구비하는 다심 케이블(multi-core cable)이다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 전자방출유닛(1)의 그리드(103)와 그리드 제어장치(703)를 연결하는데 사용되며, 그리드 제어장치 연결장치(6)는 복수 가닥의 양단에 커넥터를 가지는 동축 케이블이다. 진공장치(8)는 진공박스(3) 내부의 고진공을 유지하는데 사용되며, 진공박스(3)의 내벽에 장착된다.

이외에, 고압전원 연결장치(4)는 원뿔형 구조이며, 큰 단부(Large end)는 진공박스(3)과 밀봉되도록 연결되고, 작은 단부는 양극(2)과 연결되며, 일반적으로 세라믹 등의 진공 절연재료를 사용하여 그 양단을 금속화시킨 후 큰 단부는 진공박스(3)의 박스벽에 용접되어 밀봉구조를 형성하며, 작은 단부는 금속화된 후 플랜지에 용접되며, 양극(2)은 양극 지지대(201)를 통하여 플랜지에 고정되도록 장착된다. 고압전원 연결장치(4)의 내부는 중공의 원뿔면의 파이프이고, 작은 단부는 폐쇄되며, 또한 중심에는 한 가닥의 고압리드가 존재하며, 고압리드는 플랜지와 연통된다. 특정 형상의 고압케이블 플러그는 고압전원 연결장치(4)의 큰 단부로부터 원뿔면의 파이프로 진입하여 고압리드에 연결될 수 있다.

또한, 냉각장치(10)는 항온 냉각시스템이며, 적어도 순환펌프와 냉동시스템을 포함하며, 냉각 제어장치(706)의 제어에 따라 작동된다. 순환펌프는 냉각제가 양극 파이프(202), 냉각 연결장치(9), 냉각장치(10)로 이루어진 밀봉통로에서 순환 유동되도록 한다. 냉동시스템은 냉각제의 순환 유동을 제어하여 열량을 배출하여 냉각제의 온도를 낮출수 있다. 냉각 제어장치(706)는 냉각장치(10)의 작동을 제어하며 구체적으로, 냉각장치(10)에서 유출되는 냉각제가 일정한 온도를 유지하는 동시에 충분한 압력과 유량을 유지하도록 하고, 냉각제의 온도를 감지하며, 유량과 온도가 비정상이거나 냉각장치에 다른 고장이 발생했을 경우, 고장신호를 리얼타임으로 상위 레벨의 제어시스템(701)으로 피드백한다.

또한, 냉각 연결장치(9)는 일반적으로 세라믹 또는 유리와 같은 진공 절연재료를 사용한다. 냉각 연결장치(9)는 일반적으로 2개이며, 냉각 연결장치(9) 마다 일단은 진공박스(3)에 밀봉되도록 연결되고, 진공박스(3) 외부에서 파이프를 통하여 냉각장치(10)에 연결되며, 타단은 진공박스(3) 내부에서 양극(2)의 양단에 각각 연결된다. 냉각 연결장치(9)는 원뿔형 구조일 수 있고, 일반적인 파이프 구조일 수도 있으며, 또는 나선형 파이프 구조일 수도 있으며, 그 중에서 유리의 나선형 파이프 구조가 바람직하다.

또한, 도 7은 냉각 연결장치(9)의 다른 구조를 나타낸 예시도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 냉각 연결장치(9)는 고압전원 연결장치(4)와 같은 원뿔형 구조로서 세라믹재료를 사용할 수 있으며, 양단은 금속화되고, 큰 단부의 금속화된 가장자리는 진공박스(3)에 용접되어 진공의 밀봉구조를 형성하고, 작은 단부의 금속화된 가장자리는 양극(2)의 단부에 용접되어 내부에 냉각wp가 흐르는 통로를 형성한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 냉각 연결장치(9)는 일반적인 파이프로서 세라믹 또는 유리재료일 수 있으며, 일단은 진공박스(3)와 긴밀히 연결되어 진공 밀봉구조를 형성하고, 다른 일단은 양극(2)에 연결되어 내부에 냉각제가 흐르는 통로를 형성한다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 냉각 연결장치(9)는 일반적인 파이프가 나선형구조를 이루는 것이 바람직하고, 예를 들면 유리 나선형 파이프가 바람직하며, 일단은 진공박스(3)와 긴밀히 연결되어 진공 밀봉구조를 형성하고, 다른 일단은 양극(2)에 연결되어 내부에 냉각제가 흐르는 통로를 형성한다. 나선형 파이프는 한정된 공간 내에서 파이프의 길이를 늘이고 절연 및 내압을 향상시킨다.

또한, 냉각제는 흐름이 가능한 고압 절연재료이며, 예를 들면 전압기 오일(고압 절연 오일)이거나 육플루오린화황기체(SF6)이며, 전압기 오일이 바람직하다.

또한, 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704), 진공전원(705), 냉각 제어장치(706) 등을 포함한다. 고압전원(702)은 진공박스(3)의 박스벽 상의 고압전원 연결장치(4)를 통하여 양극(2)과 연결된다. 그리드 제어장치(703)는 그리드 제어장치 연결장치(6)를 통하여 그리드 리드(108)에 각각 연결되고, 그리드 제어장치(703)의 출력라인(output line)의 개수는 그리드 리드(108)의 개수와 동일하다. 필라멘트 전원(704)은 필라멘트 전원 연결장치(5)를 통하여 필라멘트 리드(105)에 각각 연결되며, 일반적으로 전자방출유닛(1)의 개수와 같은 개수 세트의 독립적인 필라멘트 리드(105)를 구비하고(즉 상술한 바와 같이, 전자방출유닛마다 한 세트의 필라멘트 리드를 구비하고, 2갈래, 각각 필라멘트의 양단에 연결됨), 필라멘트 전원(704)은 필라멘트 리드(105)와 동일한 개수의 출력회로를 구비한다. 진공전원(705)은 진공장치(8)와 연결되고, 냉각 제어장치(706)는 냉각장치(10)와 연결된다. 제어시스템(701)은 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704) 진공전원(705), 냉각 제어장치(706)의 작동상태를 로직 제어하고 종합적으로 관리한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 그리드 제어장치(703)는 컨트롤러(70301), 부 고압모듈(70302), 정 고압모듈(70303), 복수의 고압 스위치소자(switch 1, switch 2, switch 3, switch 4, …)를 포함한다. 복수의 고압 스위치소자마다 적어도 1개의 제어단(C), 2개의 입력단(In 1 및 In 2) 및 1개의 출력단(Out)을 포함하며, 각 단자 사이의 내압은 적어도 부 고압모듈(70302)과 정 고압모듈(70303) 사이의 최대전압보다 커야 한다(즉, 부 고압측에서 -500V 출력하고 또한 정 고압측에서 +2000V 출력할 경우, 각 단자 사이의 내압은 적어도 2500V보다 커야 한다). 컨트롤러(70301)는 멀티패스(multipath)의 독립적인 출력이 있고, 각 라인은 1개의 고압스위치소자의 제어단에 연결된다. 부 고압모듈(70302)은 안정적인 부 고압출력을 제공하는 바, 일반적으로 부(-) 수백볼트를 제공하며, 그 범위는 0V내지－10kV일 수 있으며, -500V가 바람직하다. 또한, 상기 부 고압모듈은 각 고압 스위치소자의 1개의 입력단에 연결된다. 이외에, 정 고압모듈(70303)은 안정적인 정 고압출력을 제공하는 바, 일반적으로 정(+) 수천볼트를 제공하며, 그 범위는 0V에서 +10kV일 수 있으며, +2000V가 바람직하다. 또한, 상기 정 고압모듈은 각 고압 스위치소자의 다른 1개의 입력단에 연결된다. 각 고압 스위치소자의 출력단은 각각 제어신호 출력채널(channel 1a, channel 1b, channel 2a, channel 2b, channel 3a, channel 3b, …)에 연결되고, 멀티패스 제어신호로 합류하여 출력한다. 컨트롤러(70301)는 각 고압 스위치소자의 작동상태를 제어하여 각 출력채널의 제어신호가 부 고압이거나 정 고압이 되도록한다.

또한, 전원 및 제어시스템(7)은 사용조건에 따라 필라멘트 전원(704)의 각 출력회로의 전류 크기를 조절하여, 각 필라멘트(101)가 음극(102)에 대한 가열온도를 조절할 수 있고, 각 전자방출유닛(1)의 방출전류 크기를 변화시킬 수 있으며, 최종적으로 매회의 X선 방출의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 그리드 제어장치(703)의 각 출력채널의 정 고압 제어신호의 강도를 조절하여 각 전자방출유닛(1)의 방출전류 크기를 변화시킬 수 있으며, 최종적으로 매회의 X선방출의 강도를 조절할 수 있다. 또한, 각 전자방출유닛(1)의 작동 타임 시퀀스와 조합 작동모드를 프로그래밍하여 원활하게 제어할 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치는 다양한 응용 수요를 만족시키기 위해 축선은 직선일 수 있고, 원호일 수도 있으며, 전체가 선 형상의 분산형 X선장치거나 고리 모양의 분산형 X선장치일 수 있다. 도 9는 고리 모양의 분산형 X선장치 내부의 전자방출유닛과 양극 배치를 나타낸 설명도이다. 양극(2)은 평면의 원둘레에 배치되고, 전자방출유닛(1)은 양극(2)의 하방에 배치되며, 2열의 전자방출유닛(1)은 양극(2)의 방향을 따라 원둘레에 배열되는 동시에 양극(2)의 중심을 축선으로 하는 원호면에 배열되며, 즉 각 전자방출유닛(1) 그리드(103)의 표면은 양극(2)의 축선을 향한다. 전자빔(E)은 전자방출유닛(1)의 그리드(103)의 표면으로부터 방출되고, 양극(2)과 전자방출유닛(1) 사이의 고압 전기장에 의해 가속화되어, 양극(2)의 하부 가장자리의 타겟면을 충격하여 양극(2)에서 원형으로 배열된 어레이식의 X선 타겟점을 형성하며, 유용한 X선의 방출방향은 모두 양극(2)이 위치한 원둘레의 원심을 향한다. 고리 모양의 분산형 X선장치의 진공박스(3)는 그 내부의 전자방출유닛(1)의 배치 및 양극(2)의 형상과 대응되도록 고리 모양의의 구조이다. 고리 모양의 분산형 X선장치는 완전한 고리 모양일 수 있고, 한 부분의 고리 모양일 수도 있으며, 방출선원이 원형으로 배열된 경우에 적용될 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치는 전자방출유닛의 어레이는 2열이거나 또는 복수의 열일 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명에서 전자방출유닛에 관한 설명에서, “독립”은 각 전자방출유닛이 독립적으로 전자빔을 방출하는 능력을 구비한 것을 가리키며, 구체적인 구조에서 분리된 구조일 수 있고, 어떤 관련된 구조일 수도 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명에서의 곡면 어레이 분산형 X선장치에 관한 설명에 있어서, “곡면”은 다양한 형태의 곡면을 가리키며, 원기둥면, 원환면, 타원면, 또는 분단 직선으로 구성된 곡면을 포함하며, 예를 들면 정다각형 기둥면이거나 분단 원호로 이루어진 곡면을 포함하며, 전술한 바와 같은 원기둥면과 원환면이 바람직하다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명에서 양극 배치 위치에 관한 설명에 있어서, “축선”은 전자방출유닛이 배치된 다양한 형태의 곡면의 실재의 축선이거나 형식적인 축선을 가리키며, 예를 들면 원기둥면의 축선은 원기둥의 중심 축선을 가리키고, 원환면의 축선은 원환 내부의 중심 축선을 가리키며, 타원 곡면의 축선은 상기 타원에 근접한 근축 축선을 가리키며, 정다각형 기둥면의 축선은 정다각형의 중심으로 구성된 축선을 가리킨다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 양극 내부의 파이프의 단면은 원형 홀, 사각형 홀, 다각형 홀, 방열핀(heat dispersion fin) 구조를 가지는 내접 기어 모양의 홀이거나, 방열면적을 증가시킬 수 있는 기타 형상일 수 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛의 곡면 어레이는 한 배열방향은 곡선에 따라 마련되고, 다른 배열방향은 직선, 분단 직선(segmental straight line), 원호 선(arc line), 분단 원호선(segmental arc line), 직선 선분(straight line segment)과 원호 선분(arc line segments)의 조합에 따라 마련된다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 전자방출유닛의 곡면 어레이는 두 방향의 간격이 균일하고 일치할 수 있으며, 또한 각 방향의 간격은 균일하지만 두 방향의 간격은 일치하지 않을 수 있으며, 또한 어느 한 방향의 간격은 균일하고 다른 한 방향의 간격은 균일하지 않을 수 있고, 두 방향의 간격이 모두 균일하지 않을 수도 있다.

또한, 특히 유의할 것은, 본 발명의 2차원 분산형 X선장치에 있어서, 진공박스의 외형은 전체적으로 직육면체(cuboid body) 형상이거나, 원기둥(cylinder body) 형상이거나, 원환체(annulus body) 형상이거나, 다른 전자방출유닛과 양극의 상대적 배치관계에 영향이 없는 기타 구조일 수 있다.

실시예

(시스템 구성)

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 곡면 어레이 분산형 X선장치는, 구체적으로 원기둥면 어레이 분산형 X선장치는 복수의 전자방출유닛(1), 양극(2), 진공박스(3), 고압전원 연결장치(4), 필라멘트 전원 연결장치(5), 그리드 제어장치 연결장치(6), 진공장치(8), 냉각 연결장치(9), 냉각장치(10), 그리고 전원 및 제어시스템(7)을 포함한다. 복수의 전자방출유닛(1)은 원기둥면에서 축선방향을 따라 축선에 대향하여 2열로 배열되고, 진공박스(3)의 박스벽에 장착된다. 양극(2)은 원기둥의 축선에 배치되며, 진공박스(3)는 양극(2)을 둘러싼다. 양극(2)은 중공의 파이프구조를 구비하여 냉각제가 내부에서 흐를수 있도록 한다. 양극(2)은 양극 지지대(201), 양극 파이프(202), 양극 타겟면(203)로 구성된다. 양극 파이프(202)는 양극(2)의 몸체구조이고, 일정한 길이를 구비하며, 예를 들면 길이는 30~100cm(센티미터)이다. 양극 지지대(201)는 양극 파이프(202) 중간의 뒷면에 위치하고, 양극 지지대(201)와 고압전원 연결장치(4)의 상단부(작은 단부)가 연결되어 양극(2)을 지지하여 고정시킨다. 양극 파이프(202)는 내부가 연통되도록 양단이 2개의 냉각연결장치(9)의 일단에 각각 연결되며, 냉각제의 흐름 통로가 된다. 냉각제는 고압 절연성능을 구비한 전압기 오일이다. 양극 파이프(202)의 바깥원의 하부 가장자리의 일부분이 절단되어 작은 빗면을 형성하며, 상기 빗면에 양극 타겟면(203)이 장착되어 전자빔의 충격을 받아 X선을 생성시키는데 사용하며, 또한 유용한 X선의 방출 방향을 일치하게 한다. 양극 타겟면(203)은 텅스텐 재료를 사용하고, 두께는 200μm(마이크로미터)이며, 전기도금의 방법을 통하여 고정된다. 또한 전자빔이 양극을 충격하여 생성한 X선은 360도 입체적으로 방출되는 것이지만, 실제사용 시 특정 방향의 일부분만 사용할 수 있으며, 이를 유용한 X선이라고 말한다. 전자방출유닛(1)은 필라멘트(101), 음극(102), 그리드(103), 절연 지지대(104), 필라멘트 리드(105) 및 연결 고정부재(109)로 구성되며, 그리드(103)는 그리드 프레임(106), 그리드 메쉬(107) 및 그리드 리드(108)로 구성된다. 전자방출유닛(1)은 양극(2)의 길이방향을 따라 양극 타겟면(203)의 하방에서 2열로 배열되며, 예를 들면 제1열은 각각 11a, 12a, 13a, ……이고, 제2열은 각각 11b, 12b, 13b, ……이며, 각 전자방출유닛(1)의 상면(그리드(103)의 표면)은 양극(2)에 대향하고, 즉 2열의 전자방출유닛(1)은 한 평면에 있는 것이 아니라 양극(20)를 축선으로 하는 원기둥면에 위치한다. 고압전원 연결장치(4)는 진공박스(3)의 양극에 근접한 일단의 측벽에 장착되고, 진공박스(3) 내부에서 양극(2)과 서로 연결되고 외부는 고압전원(702)과 연결된다. 필라멘트 전원 연결장치(5)는 각 전자방출유닛(1)의 필라멘트 리드(105)를 필라멘트 전원(704)에 연결시킨다. 필라멘트 전원 연결장치(5)는 복수 가닥의 양단에 커넥터를 구비하는 2심 케이블이다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 전자방출유닛(1)의 그리드 리드(108)와 그리드 제어장치(703)를 연결시킨다. 그리드 제어장치 연결장치(6)는 복수 가닥의 양단에 커넥터를 구비하는 고압 동축 케이블이다. 진공장치(8)는 진공박스(3)의 측벽에 장착된다. 2개의 냉각 연결장치(9)는 진공박스(3)의 양극에 근접한 일단의 측면에 장착되며, 또한 진공박스(3)의 내부에서 양극(2)의 양단과 각각 연결되고, 진공박스(3) 외부에서 냉각장치(10)와 서로 연결된다. 전자방출유닛(1), 고압전원 연결장치(4), 진공장치(8), 냉각 연결장치(9) 및 진공박스(3)는 전체적으로 밀봉구조를 이룬다. 전원 및 제어시스템(7)은 제어시스템(701), 고압전원(702), 그리드 제어장치(703), 필라멘트 전원(704), 진공전원(705), 냉각 제어장치(706) 등의 복수의 모듈을 포함하고, 전력 케이블 및 제어 케이블을 통하여, 복수의 전자방출유닛(1)의 필라멘트(101), 그리드(103), 양극(2), 진공장치(8) 및 냉각장치(10) 등의 부재와 서로 연결된다.

(작동원리)

본 발명의 원기둥면 어레이 분산형 X선장치에 있어서, 전원 및 제어시스템(7)은 필라멘트 전원(704), 그리드 제어장치(703) 및 고압전원(702) 등을 제어한다. 필라멘트 전원(704)의 작용 하에, 필라멘트(101)는 음극(102)을 1000~2000℃까지 가열시켜서 음극(102)의 표면에 대량의 전자가 생성한다. 그리드 제어장치(703)는 각 그리드(103)가 부 전압으로 되게 하고, 예를 들면 -500V로 되게 하고 각 전자방출유닛(1)의 그리드(103)와 음극(102) 사이에 부의 전기장을 형성하고, 전자는 음극(102)의 표면에 구속된다. 고압전원(702)은 양극(2)을 매우 높은 정 고압으로 되게하고, 예를 들면 +180KV로 되게 하여 전저방출유닛(1)과 양극(2) 사이에 정의 가속 전기장을 형성한다. X선을 생성할 필요가 있을 경우, 제어시스템(701)은 명령에 따라 또는 프로그램을 설정하여 그리드 제어장치(703)의 어느 하나의 출력을 부 전압으로부터 정 전압으로 전환시키며, 또한 타임 시퀀스에 따라 각 출력신호를 변환시킨다. 예를 들면, 시점 1에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 1a)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(11a) 내부에서 그리드(103)와 음극(102) 사이의 전기장은 정의 전기장으로 되어 전자는 음극(102)의 표면에서 그리드(103)로 움직이면서 그리드 메쉬(107)를 관통하고, 전자방출유닛(11a)과 양극(2) 사이의 정의 전기장에 진입하여 가속화되어 고 에너지를 획득하며, 최종적으로 양극 타겟면(203)을 충격하여 타겟(21a)의 위치에서 X선을 형성하여 방출시킨다. 시점 2에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 1b)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(11b)은 전자를 방출하여 양극 타겟면(203)을 충격하며, 타겟(21b)의 위치에서 X선을 생성하여 방출시킨다. 시점 3에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channe1 2a)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(12a)은 전자를 방출하여 양극 타겟면(203)을 충격하며, 타겟(22a)의 위치에서 X선을 형성하여 방출시킨다. 시점 4에서 그리드 제어장치(703)의 출력채널(channel 2b)은 -500V로부터 +2000V로 변하고, 이에 대응되는 전자방출유닛(12b)은 전자를 방출하여 양극 타겟면(203)을 충격하며, 타겟(22b)의 위치에서 X선을 형성하여 방출시킨다. 이러한 방식으로 유추하여, 다음에 23a의 위치에서 X선을 형성하고, 그 다음에 23b의 위치에서 X선을 형성하고, 순환적으로 반복한다. 따라서 제어시스템은 그리드 제어를 통하여 각 전자방출유닛(1)이 특정한 타임 시퀀스에 따라 번갈아 작동하여 전자빔을 방출하면서 양극 타겟면(203)의 다른 위치에서 번갈아 X선을 생성하여 분산형 X선원이 된다.

양극 타겟면(203)이 전자빔의 충격을 받아 생성한 기체는 진공장치(8)에 의하여 리얼타임으로 흡입(drawn out)되어 진공박스(3) 내부는 고진공을 유지하며, 장기간 안정적인 가동에 유리하다. 양극 타겟면(203)은 전자빔의 충격을 받는 동시에 대량의 열을 발생하여 온도가 높아지며, 열량은 곧 양극 파이프(202)에 전달되면서 양극 파이프(202) 내부에서 순환되는 냉각제에 의해 가져감으로서(taken away), 양극 타겟면(203)이 높지 않은 온도를 유지하도록 한다. 제어시스템은 각 전원이 설정된 프로그램에 따라 각 부재를 조화롭게 작동 및 구동하도록 제어하는 이외에, 고압전원, 진공전원, 냉각제어 등에 의한 피드백 신호를 수신하여 연쇄적으로 제어하는 외에, 동시에 통신 인터페이스와 맨-머신 인터페이스(Man Machine Interface)를 통하여 외부 명령을 수신할 수 있고, 시스템의 핵심 파라미터를 수정 및 설정하고, 프로그램을 업데이트하고 자동적으로 제어 및 조절을 할 수 있다.

또한, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선장치를 CT장비에 적용하여 시스템 안정성 및 신뢰성이 우수하고 검사효율이 높은 CT장비를 얻을 수 있다.

(효과)

본 발명은 하나의 광원장비에서 특정한 순서에 따라 주기적으로 초점위치를 변환시키는 X선을 생성하는곡면(원기둥면과 원환면을 포함) 어레이 분산형 X선장치를 제공한다. 본 발명의 전자방출유닛은 열음극을 사용하여 방출 전류가 크고 수명이 긴 장점을 구비하며, 그리드 제어 또는 음극 제어를 통하여 각 전자방출유닛의 작동상태를 제어하여 편리하고 원활하며, 파이프 형상의 양극은 냉각 설계를 구비하여 양극의 과열 문제를 해결하고, 전자방출유닛은 곡면 어레이에 따라 배열되어 타겟점 밀도를 향상시키며, 전자방출유닛의 곡면 배열은 원기둥면 또는 원환면일 수 있으며 전체적으로 직선형 분산형 X선장치거나 고리 모양의 분산형 X선장치로 구현되어 응용이 원활하다.

또한, 본 발명의 곡면 어레이 분산형 X선광원을 CT장비에 적용할 경우, 광원을 이동할 필요가 없이 다 시각의 X선을 생성하여 슬립링 움직임을 생략할 수 있으며, 구조를 간소화하고, 시스템의 안정성, 신뢰성의 향상 및 검사효율의 향상에 유리하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지의 범위내에서 다양한 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1: 전자방출유닛 2: 양극
1a: 전자방출유닛(제1열) 1b: 전자방출유닛(제2열)
3: 진공박스 4: 고압전원연결장치
5: 필라멘트 전원 연결장치 6: 그리드 제어장치 연결장치
7: 전원 및 제어시스템 8: 진공장치
9: 냉각 연결장치 10: 냉각장치
101: 필라멘트 102: 음극
103: 그리드 104: 절연 지지대
105: 필라멘트 리드 106: 그리드 프레임
107: 그리드 메쉬 108: 그리드 리드
109: 연결고정부재 701: 제어시스템
702: 고압전원 703: 그리드 제어장치
704: 필라멘트 전원 705: 진공전원
706: 냉각제어장치 70301: 컨트롤러
70302: 부 고압모듈 70303: 정 고압모듈
E: 전자빔 X: X선
Switch: 고압스위치소자 Channel: 제어신호 출력채널

Claims (12)

1. 4면이 밀봉되고 내부가 고 진공인 진공박스;
   곡면 상에서 상기 곡면의 축선방향을 따라 상기 축선을 향해 복수의 열로 배열되는 형태로 상기 진공박스의 박스벽에 배치되는 복수의 전자방출유닛; 및
   금속으로 구성되고, 상기 축선에 배치되는 형태로 상기 진공박스 내부에 배치되는 양극을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 X선장치는,
   상기 양극과 연결되는 고압전원; 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 필라멘트 전원; 상기 복수의 전자방출유닛 각각과 연결되는 그리드 제어장치; 및 각 전원을 제어하는 제어시스템;을 구비하는 전원 및 제어시스템을 더 포함하고,
   상기 양극은,
   금속으로 구성되고 중공의 파이프 형상을 가진 양극 파이프; 상기 양극 파이프에 배치된 양극 지지대; 상기 양극 파이프의 외면에 설치되고, 상기 전자방출유닛과 서로 대향되는 양극 타겟면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원의 일부분을 절단하여 형성된 빗면인 것을 특징으로 하는 X선장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 양극 타겟면은 상기 양극 파이프의 바깥원의 일부분을 절단하여 형성된 빗면에 중금속 재료인 텅스텐 또는 텅스텐 합금을 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 X선장치.
5. 제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자방출유닛은 필라멘트; 상기 필라멘트와 연결되는 음극; 개구를 구비하고 상기 필라멘트와 상기 음극을 둘러싸는 절연 지지대; 상기 필라멘트의 양단으로부터 인출되는 필라멘트 리드; 상기 음극에 대향하는 형태로 상기 음극의 상방에 배치되는 그리드; 상기 절연 지지대와 연결되며, 상기 전자방출유닛을 상기 진공박스의 박스벽에 장착하여 진공의 밀봉연결을 형성하는 연결 고정부재;를 구비하고,
   상기 그리드는 금속으로 구성되고 중간에 홀이 형성되는 그리드 프레임; 금속으로 구성되고 상기 그리드 프레임의 상기 홀의 위치에 고정되는 그리드 메쉬; 상기 그리드 프레임으로부터 인출되는 그리드 리드;를 구비하며,
   상기 필라멘트 리드와 상기 그리드 리드는 상기 절연 지지대를 관통하여 전자방출유닛 외부로 인출되고, 상기 필라멘트 리드는 상기 필라멘트 전원과 연결되고, 상기 그리드 리드는 상기 그리드 제어장치와 연결되고, 상기 그리드의 표면은 상기 축선을 향하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 하단 가장자리에 연결되고,
   상기 전자방출유닛의 음극단(cathode end)은 상기 진공박스 내부에 위치하며,
   상기 전자방출유닛의 리드단(lead end)은 상기 진공박스 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 연결 고정부재는 상기 절연 지지대의 상단에 연결되고,
   상기 전자방출유닛 전체는 상기 진공박스 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
8. 제2항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
   냉각장치;
   상기 양극에 연결되고, 상기 진공박스 외부에서 상기 냉각장치와 연결되며, 진공박스의 양극에 근접하는 일단의 측면에 장착되는 냉각 연결장치; 및
   상기 전원 및 제어시스템에 포함되고 상기 제어장치를 제어하는 냉각 제어장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
9. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 양극과 상기 고압전원의 케이블을 연결시키고, 상기 진공박스의 상기 양극에 근접하는 일단의 측벽에 장착되는 고압전원 연결장치;
   상기 필라멘트와 상기 필라멘트 전원을 연결하는 필라멘트 전원 연결장치;
   상기 전자방출유닛의 상기 그리드와 상기 그리드 제어장치를 연결하는 그리드 제어장치 연결장치;
   상기 전원 및 제어시스템에 포함되는 진공전원; 및
   상기 진공박스의 측벽에 장착되고, 상기 진공전원을 이용하여 작동하며, 상기 진공박스 내부의 고진공을 유지하는 진공장치;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 X선장치.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 축선은 직선이거나 분단 직선(segmental straight line)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
11. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 축선은 원호이거나 분단 원호(segmental arc)인 것을 특징으로 하는 X선장치.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 기재된 X선장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 CT장비.

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