KR20160102741A - 전계 방출 엑스선 소스 장치 - Google Patents

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Abstract

비금속인 진공 용기와의 접합성이 우수하면서도 방열 효율이 우수한 애노드 전극을 갖는 전계 방출 엑스선 소스 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 튜브형 진공 용기와 상기 진공 용기의 일단에 접합되는 애노드 전극을 포함하고, 상기 애노드 전극은, 일측은 상기 진공 용기의 내측을 향하여 경사진 엑스선 타겟면을 이루고, 상기 엑스선 타겟면 반대편의 적어도 일부는 상기 진공 용기 외측으로 노출된 방열면을 이루는 제 1 몸체부; 및 일부분은 상기 튜브형 진공 용기의 일단에 링 형태로 접합되고, 다른 일부분은 상기 제 1 몸체부와 결합되어, 상기 제 1 몸체부와 함께 상기 진공 용기의 기밀이 유지되도록 하는 제 2 몸체부를 포함한다.

Description

전계 방출 엑스선 소스 장치{Field Emission X-Ray Source Device}
본 발명은 전계 방출 엑스선 소스 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉음극 측의 전자 방출원으로부터 방출되어 가속된 전자를 애노드 전극 측의 엑스선 타겟에 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 사용하고 있으며, 고전압으로 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 방출시키고 방출된 전자를 애노드 전극 측의 타켓에 충돌시켜 엑스선을 발생시키는 구조로 되어 있다.
하지만, 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 엑스선 소스 장치는 전자를 발생시키는 데에 많은 전력이 소모되며, 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 요구되며, 펄스형태로 엑스선을 방출시키는 것이 어려워 필요 이상의 다량의 엑스선이 조사되어 이용에 제약이 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 기반의 엑스선 소스 장치는 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 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)는 진공 용기 내에, 캐소드(cathode) 전극 상에 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 빔이 애노드 전극의 한 영역으로 집속되도록 하기도 한다. 전계 방출 엑스선 소스 장치를 동작시키기 위해서, 캐소드 전극의 전위를 기준으로 게이트 전극에 양(positive)의 게이트 전압, 그리고 애노드 전극에 양의 가속 전압이 인가된다. 이때, 집속 전극에는 전자 빔의 집속을 위한 전압이 인가되며, 집속 전극에 인가되는 전압은 동작 조건에 따라 변경될 수 있다.
전계 방출 엑스선 소스 장치에서는 전자 빔이 엑스선 타겟을 타격하여 엑스선이 방출될 때 열도 함께 발생한다. 특히, 장치를 에이징(aging) 할 때는 장시간 동안 연속해서 전자빔이 엑스선 타겟에 충돌하기 때문에 매우 많은 열이 발생한다. 이때 발생한 열이 엑스선 타겟에서 신속하게 주변으로 확산되고 외부로 방출되지 못할 경우, 높은 온도까지 상승하여 엑스선 타켓을 애노드 전극 몸체에 접합하는 브레이징 필러(Brazing Filler)가 일부 용융되어 포컬 스팟의 변동을 초래하거나, 브레이징 필러의 아웃개싱(Outgasing)으로 인해 진공도를 저해하는 문제가 발생한다.
한편, 현재 전계 방출 엑스선 소스 장치에서는 주로 애노드 전극이 세라믹 소재로 만들어진 진공 용기에 접합된 구성이 채택되고 있다. 그런데, 진공 브레이징 등의 방법으로 두 부재를 접합하고 진공 용기 내부의 고진공 상태를 유지하기 위해서는 금속 재질의 애노드 전극이 세라믹 재질의 진공 용기와 유사한 수준의 열팽창계수를 가져야 한다는 제약이 따른다. 이로 인해 열전도의 희생을 감수하고 코바(Kovar)라 불리는 철-니켈-코발트 합금이 애노드 전극의 소재로 채택되어 왔다. 그 결과 애노드 전극에서 신속한 열 확산 및 방출을 달성하기 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 애노드 전극의 구조 및 그 소재를 개선함으로써, 전계 방출 엑스선 소스 장치에 있어서 진공 용기의 틀어짐이나 파손, 진공 누설 등의 접합 불량 문제와 포컬 스팟의 변동이나 진공도 저하와 같은 애노드 전극 과열의 문제를 동시에 해결하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위해 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 튜브형 진공 용기와 상기 진공 용기의 일단에 접합되는 애노드 전극을 포함하고, 상기 애노드 전극은, 일측은 상기 진공 용기의 내측을 향하여 경사진 엑스선 타겟면을 이루고, 상기 엑스선 타겟면 반대편의 적어도 일부는 상기 진공 용기 외측으로 노출된 방열면을 이루는 제 1 몸체부; 및 일부분은 상기 튜브형 진공 용기의 일단에 링 형태로 접합되고, 다른 일부분은 상기 제 1 몸체부와 결합되어, 상기 제 1 몸체부와 함께 상기 진공 용기의 기밀이 유지되도록 하는 제 2 몸체부를 포함한다.
상기 제 1 몸체부는 상기 제 2 몸체부보다 열전도율이 높은 제 1 금속 재료로 형성된다. 상기 제 1 금속 재료는 그 열전도율이 상기 엑스선 타겟면을 구성하는 텅스텐의 열전도율 이상인 것일 수 있다.
상기 제 1 금속 재료는 구리, 은, 금, 베릴륨, 및 텅스텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 제 2 몸체부는 상기 제 1 몸체부보다 열팽창계수가 낮은 제 2 금속 재료로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 진공 용기는 세라믹 소재로 형성되고, 상기 제 2 금속 재료는 세라믹 소재와 접합 가능한 코바(Kovar), 철-니켈 합금, 스테인레스스틸 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 제 1 몸체부는 구리로, 상기 제 2 몸체부는 코바(Kovar)로, 그리고 상기 진공 용기는 알루미나 세라믹스로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치는, 애노드 전극의 구조 및 그 소재를 개선함으로써, 진공 용기의 틀어짐이나 파손, 진공 누설 등의 접합 불량 문제와 포컬 스팟의 변동이나 진공도 저하와 같은 애노드 전극 과열의 문제를 동시에 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치를 개략적으로 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 한 예를 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 다른 한 예를 보인다.
도 4는 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 또 다른 한 예를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴본다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치를 개략적으로 보인다.
본 실시예에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치(100)는 튜브형의 진공 용기(10)와 상기 진공 용기(10)의 일단에 접합된 애노드 전극(20)을 포함한다. 상기 진공 용기(10)를 사이에 두고 상기 애노드 전극(20)의 반대편에는 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 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. 또한, 상기 캐소드 전극(40)에 인접하게 게터(getter) 전극(45)이 구비될 수 있다. 게터 전극(45)는 에이징 또는 작동 중에 상기 진공 용기(10) 내부에서 발생한 가스를 포집하여 진공도를 유지하는 기능을 한다.
진공 용기(10)는 세라믹, 유리 또는 실리콘 등의 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 알루미나 세라믹스와 같은 소재로 만들어질 수 있다. 상기 진공 용기(10)가 절연 물질로 이루어짐에 따라 전계 방출 엑스선 소스 장치(100)는 상기 애노드 전극(20) 및 상기 캐소드 전극(40)이 서로 전기적으로 절연된다. 한편, 상기 진공 용기(10)의 일 측, 좀 더 구체적으로 상기 애노드 전극(20)에 가까운 일 측에는 상기 진공 용기(10) 내부에서 발생한 엑스선(XB)이 그 외부로 원활하게 방출되도록 하는 윈도우가 마련될 수도 있다. 상기 윈도우는 비교적 엑스선 투과율이 높은 베릴륨(Be), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄-베릴륨 합금(AlBe), 산화규소(SixOy), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 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(E)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 수십에서 수백 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 진공 용기(10)의 내부에서 전자 빔(E)이 진행하는 방향에 대해 비스듬하게 경사진 엑스선 타겟면(21)을 갖는다. 상기 엑스선 타겟면(21)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)이 주로 적용된다.
상기 애노드 전극(20)과 튜브형의 상기 진공 용기(10)의 일단부 사이의 경계면(B)은 진공 브레이징 등을 통해 기밀성을 갖도록 접합 된다. 전술한 바와 같이, 상기 진공 용기(10)는 알루미나 세라믹스 등의 비금속 소재로 이루어졌기 때문에 금속 전극인 애노드 전극(20)과의 접합이 용이하지 않다. 기밀성의 안정적인 접합을 위해서는 상기 진공 용기(10)의 경계면(B) 부분을 메탈라이징하는 등 접합성을 향상시키는 것 외에도, 상기 애노드 전극(20)에서 적어도 상기 경계면(B)과 접하는 일부분을 공정 온도 범위에서 진공 용기(10)의 소재와 열팽창 정도가 유사한 재료로 형성하는 것이 유리하다. 본 도면상의 애노드 전극(20)에는 구체적으로 표시되지 않았으나, 상기 경계면(B)과 접하는 일부분은 알루미나 세라믹스 또는 유리 등의 비금속 소재와 열팽창율이 유사하여 접합 가능한 코바(Kovar) 등의 소재로 이루어질 수 있다. 이 부분을 제외한 나머지 부분은 도전성 금속 재료로서 상대적으로 열전도율이 더 높은 재료로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 상기 엑스선 타겟면(21)으로부터 그 반대편의 애노드 전극(20) 외측의 방열면으로의 열확산 및 방열 효율을 높일 수 있다. 이와 같은 애노드 전극(20)의 구체적인 구성 예에 대해서는 이하에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 한 예를 보인다.
본 실시예에 따르면, 애노드 전극(200)은 크게 제 1 몸체부(210)와 제 2 몸체부(220)로 구성될 수 있다. 상기 제 1 몸체부(210)는 일측이 상기 진공 용기(10)의 내측을 향하여 경사진 엑스선 타겟면(21)을 이루고, 상기 엑스선 타겟면(21) 반대편의 적어도 일부는 상기 진공 용기(10) 외측으로 노출된 방열면(210S)을 이루도록 형성된다. 상기 제 2 몸체부(220)는 그 일부분은 상기 튜브형 진공 용기(10)의 일단과 경계면(B)을 형성하며 링 형태로 접합되고, 다른 일부분은 상기 제 1 몸체부(210)와 결합되어, 상기 제 1 몸체부(210)와 함께 상기 진공 용기의 기밀이 유지되도록 한다. 상기 제 1 몸체부(210)에서 상기 엑스선 타겟면(21)에 텅스텐 등으로 형성된 별도의 타겟 부재가 적용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
상기 애노드 전극(200)을 구성하는 소재의 측면에서, 상기 제 1 몸체부(210)는 상기 제 2 몸체부(220)보다 열전도율이 높은 제 1 금속 재료로 형성된다. 상기 제 1 금속 재료는 그 열전도율이 상기 엑스선 타겟면(21)을 구성하는 텅스텐의 열전도율 이상인 것일 수 있다. 상기 엑스선 타겟면(21)은 가속된 전자의 타격을 받으며 엑스선을 방출하는데, 에이징 과정에서 연속적으로 전자 빔(E)의 타격을 받으면 상기 엑스선 타겟면(21) 상의 초점은 약 2700℃ 이상의 고온에 이르고, 상기 애노드 전극(200) 전체적으로 약 1700℃에 이를 수 있다. 그에 따른 변형 또는 브레이징 필러의 아웃개싱(Outgasing) 등을 방지하기 위해 상기 제 1 몸체부(210)를 이루는 제 1 금속 재료는 구리, 은, 금, 베릴륨, 또는 텅스텐과 같이 엑스선 타겟면(21)을 이루는 금속보다 열전도율이 높거나 같은 금속 재료인 것이 유리하다. 신속하게 열을 확산시키고, 엑스선 타겟면(21) 반대편의 방열면(210S)까지 열을 전도시켜 외부로 방출하도록 하기 위함이다. 전술한 금속 재료의 열전도율은 은, 구리, 금, 베릴륨, 텅스텐의 순으로 높으나, 구리는 은 또는 금보다 녹는점이 높고 가격이 낮아 상기 제 1 금속 재료로서 유력하게 꼽을 수 있다. 구리 중에서도 특히 무산소동(OFC, Oxygen-Free Copper)이 적합한데, 무산소동(OFC)이란 구리 중에 산소가 있으면 산화구리와 수소의 반응으로 수분을 생성하여 수소 취성을 일으키며, 또한 내식성도 나쁘기 때문에 산소를 약 0.008% 이하가 되도록 탈산제로 제거한 구리를 말한다.
상기 제 2 몸체부(220)는 상기 제 1 몸체부(210)보다 열팽창계수가 낮은 제 2 금속 재료로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 진공 용기(10)는 알루미나 세라믹스 등 세라믹 소재로 형성될 수 있고, 상기 제 2 금속 재료는 상대적으로 낮은 열팽창율을 가져 세라믹 소재와 접합 가능한 코바(Kovar), 철-니켈 합금, 스테인레스스틸 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 코바(Kovar)는 페르니코(Fernico)계의 합금으로, 철(Fe) 54%, 니켈(Ni) 29%, 코발트(Co) 17%의 조성비로 조성된 합금의 상품명(웨스팅하우스사)이다. 코바는 유리 또는 알루미나 세라믹 소재 등의 비금속 소재와 접합 가능한 대표적인 금속 재료이다. 이 외에도 세라믹 소재의 표면에 적절한 처리를 가하면 철-니켈 합금, 서스304(SUS304) 등의 스테인레스스틸 또는 티타늄(Ti)도 기밀성 접합이 가능한 것으로 알려져 있다.
위에서 언급된 열전도율, 열팽창율 등의 특성과 함께 금속 재료의 가격이나 가공성, 그리고 고진공을 유지할 수 있는 기밀성과 내구성 등을 고려하면, 상기 제 1 몸체부(210)는 구리로, 상기 제 2 몸체부(220)는 코바(Kovar)로, 그리고 상기 진공 용기(10)는 알루미나 세라믹스로 형성될 수 있다. 이를 통해, 진공 용기(10)와 애노드 전극(200) 사이의 접합 경계면(B)의 안정성과 애노드 전극(200) 내측의 엑스선 타겟면(21)으로부터 그 외측의 방열면(210S)까지의 높은 방열 효율을 동시에 얻을 수 있다. 상기 방열면(210S)에 별도의 히트싱크를 부착하거나 상기 방열면(210S) 자체의 표면적을 넓게 형성하여 방열 효율을 더 높일 수도 있다.
상기 애노드 전극(200)의 구조적 측면에서, 상기 제 2 몸체부(220)는 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 아래쪽 면이 상기 진공 용기(10) 단부와 접합 경계면(B)을 이루는 링 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 링 형태의 안쪽 면이 상기 제 1 몸체부(210)와 접합될 수 있다. 상기 제 1 몸체부(210)와 상기 제 2 몸체부(220) 사이의 접합 및 상기 제 2 몸체부(220)와 진공 용기(10) 사이의 접합은 기밀성 확보를 위해 브레이징 공정에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 두 경계면에는 브레이징 필러(Brazing Filler) 물질이 개재될 수 있다. 한편, 상기 제 1 몸체부(210)의 외측면, 즉 방열면(210S)은 상기 링 형태의 제 2 몸체부(220)의 위쪽 면과 함께 진공 용기(10) 외측으로 노출된다.
이하에서는, 상기 애노드 전극(200)의 구조적 측면에서, 위와 다른 구성의 두 가지 예를 도면과 함께 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 다른 한 예를 보인다.
본 실시예에 따르면, 애노드 전극(201)에서 제 2 몸체부(221)는 상기 도 2의 실시예에 따른 애노드 전극(200)의 경우와 마찬가지로 아래쪽 면이 상기 진공 용기(10) 단부와 접합 경계면(B)을 이루는 링 형태로 형성될 수 있다. 그와 다른 점은 상기 제 2 몸체부(221)에서 링 형태의 위쪽 면이 제 1 몸체부(211)와 접합 된다는 점이다. 여기서도 상기 제 1 몸체부(211)와 상기 제 2 몸체부(221) 사이의 접합 및 상기 제 2 몸체부(221)와 진공 용기(10) 사이의 접합은 기밀성 확보를 위해 브레이징 공정에 의해 이루어질 수 있다. 상기 제 1 몸체부(211)에서 진공 용기(10) 외측의 방열면(211S)은 상기 제 2 몸체부(221)의 상부까지 확장되어 더 넓은 면적에서 외측으로 노출될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전계 방출 엑스선 소스 장치에서 애노드 전극 측 구성의 또 다른 한 예를 보인다. 도 4의 (a)는 본 실시예에 따른 애노드 전극(202)과 진공 용기(10) 상부의 중심 단면을 보이고, 도 4의 (b)는 상기 애노드 전극(202)을 상기 진공 용기(10) 외측에서 본 평면을 보인다.
본 실시예에 따른 애노드 전극(202)에서 제 2 몸체부(222)는 상기 도 2의 실시예에 따른 애노드 전극(200)에서와 같이 진공 용기(10)의 단부를 덮는 링 형태로 형성된 부분을 가지고, 거기에 링 형태의 가운데 부분을 가로질러 연결하는 부분을 갖도록 형성될 수 있다. 바꿔 말하면, 상기 진공 용기(10)의 단부를 덮는 뚜껑에서 일부분이 삭제되어 둘 또는 그 이상의 관통홀(222H)을 이루고, 상기 관통홀(222H)을 통해 그와 접합된 제 1 몸체부(212)의 일부가 외측으로 노출되어 방열면(212S)을 이루는 구조로 형성될 수 있다.
전술한 도 3 및 도 4의 실시예 역시, 소재의 측면에서 전술한 도 2의 실시예와 같이 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 진공 용기(10)와 애노드 전극(201,202) 사이의 접합 경계면(B)에 기밀성 접합이 유지되고, 동시에 엑스선 타겟면(21)으로부터 외측의 방열면(221S, 222S)까지 신속하게 열 확산 및 방출이 이루어지도록 할 수 있다.
100: 전계 방출 엑스선 소스 장치
10: 진공 용기 20, 200, 201, 202: 애노드 전극
21: 엑스선 타겟면 40: 캐소드 전극
41: 전자 방출원 50: 게이트 전극
60: 집속 전극 210, 211, 221: 제 1 몸체부
220, 221, 222: 제 2 몸체부 B: 접합 경계면

Claims (7)

  1. 튜브형 진공 용기와 상기 진공 용기의 일단에 접합되는 애노드 전극을 포함하는 전계 방출 엑스선 소스 장치에 있어서,
    상기 애노드 전극은,
    상기 진공 용기의 내측을 향하여 경사진 엑스선 타겟면을 제공하고, 상기 엑스선 타겟면 반대편의 적어도 일부는 상기 진공 용기 외측으로 노출된 방열면을 이루는 제 1 몸체부; 및
    일부분은 상기 튜브형 진공 용기의 일단에 접합되고, 다른 일부분은 상기 제 1 몸체부와 결합되어, 상기 제 1 몸체부와 함께 상기 진공 용기의 기밀이 유지되도록 하는 제 2 몸체부를 포함하는,
    전계 방출 엑스선 소스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 몸체부는 상기 제 2 몸체부보다 열전도율이 높은 제 1 금속 재료로 형성된, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 재료는 그 열전도율이 상기 엑스선 타겟면의 열전도율 이상인, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 재료는 구리, 은, 금, 베릴륨, 및 텅스텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 몸체부는 상기 제 1 몸체부보다 열팽창계수가 낮은 제 2 금속 재료로 형성된, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 진공 용기는 세라믹 소재로 형성되고,
    상기 제 2 금속 재료는 코바(Kovar), 철-니켈 합금, 스테인레스스틸 및 티타늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 몸체부는 구리로, 상기 제 2 몸체부는 코바(Kovar)로, 그리고 상기 진공 용기는 알루미나 세라믹스로 형성된, 전계 방출 엑스선 소스 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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