KR20190114732A - X-ray source apparatus and controlling method thereof - Google Patents

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KR20190114732A
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이철진
이상헌
한준수
고한빈
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고려대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/045Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids

Abstract

The present invention relates to an X-ray source device and a control method thereof. According to the present invention, the X-ray source device comprises: an emitter formed on an upper surface of a cathode electrode for electron emission; an anode electrode formed to be spaced apart from the cathode electrode by a predetermined distance; a gate electrode positioned between the emitter and the anode electrode and formed of a metal electrode having at least one opening; a focusing lens positioned between the gate electrode and the anode electrode and focusing electron beams electronically emitted from the emitter onto the anode electrode; and a control module for performing two-dimensional matrix control with respect to the emitter and the gate electrode to adjust dose of X-rays for each position of a subject. The emitter is arranged in a first direction, the gate electrode is arranged in a second direction, and the first and second directions are vertically crossed. The control module determines the dose of the X-rays in accordance with the scale of the arrangement.

Description

엑스선 소스 장치 및 그 제어 방법{X-RAY SOURCE APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}X-ray source device and its control method {X-RAY SOURCE APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 캐소드 전극과 게이트 전극을 행렬 제어가 가능하도록 어레이 배열하여 피사체의 위치에 따라 선량 제어가 가능하도록 하는 엑스선 소스 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray source apparatus and a control method thereof, in which an array of cathode electrodes and a gate electrode is arranged to enable matrix control so that dose control can be performed according to a position of a subject.

엑스선 소스의 특성은 엑스선의 선량, 에너지, 초점에 의해 결정되는 것으로, 의료 또는 산업 검사에 요구되는 엑스선 소스를 얻기 위해서는 고휘도 및 대전류의 전자원이 필요하다. 이때, 전자방출 특성은 휘도로 평가되며, 전자가 특정한 방향으로 고밀도 방출되어야 휘도가 커지게 된다. The characteristics of the X-ray source are determined by the dose, energy, and focus of the X-ray. In order to obtain an X-ray source required for medical or industrial inspection, an electron source of high brightness and high current is required. In this case, the electron emission characteristic is evaluated as luminance, and the luminance is increased when electrons are emitted at a high density in a specific direction.

일반적으로, 냉음극 엑스선 소스는 게이트 전극에 전압을 인가하여 탄소나노튜브 전자방출원으로부터 전자빔을 끌어낸 후, 집속전극을 통하여 전자빔을 고밀도로 집속시켜 애노드 전극으로 유도한다. 또한, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 고전압을 인가하면 전자들은 애노드 전극방향으로 가속이 되며, 애노드 전극에 강하게 충돌함으로써 애노드 전극으로부터 엑스선을 발생시킨다. In general, a cold cathode X-ray source draws an electron beam from a carbon nanotube electron emission source by applying a voltage to the gate electrode, and then concentrates the electron beam at high density through the focusing electrode to guide the anode. In addition, when a high voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode, electrons are accelerated toward the anode electrode, and strongly collide with the anode electrode to generate X-rays from the anode electrode.

종래의 엑스선 소스는 열전자방출에 의해 작동하고, 반사형 애노드 전극을 사용하고 있으며, 엑스선이 점광원에서 방사형으로 방출되어, 선량 제어가 어려우며, 엑스선의 세기가 균일하지 못한 문제점이 있다.Conventional X-ray sources operate by hot electron emission, use a reflective anode electrode, and X-rays are emitted radially from a point light source, which makes it difficult to control the dose and makes the intensity of X-rays uneven.

또한, 종래의 냉음극 전자방출원에서는 CNT를 전자방출소재로 주로 사용하고 있는데, CNT를 전도성 유기물과 섞어서 페이스트 상태로 만들어 전자방출원으로 제작하고 있다. CNT 페이스트 전자방출원은 제작 과정에서 전계방출원인 CNT가 원하지 않는 유기물질로부터 오염이 될 수 있으며, CNT를 수직한 방향으로 배향시키는 것이 매우 어렵다. 또한, CNT 페이스트 전자방출원은 전계방출시 유기물질에 의한 가스가 발생하여 장치 내의 진공도를 떨어뜨림으로써, 전계방출효율이 많이 감소하고 전계전자방출 소자의 수명이 단축되는 등의 심각한 문제를 야기하게 된다.In addition, in the conventional cold cathode electron emission source, CNT is mainly used as an electron emission material, and CNT is mixed with a conductive organic material to form a paste to produce an electron emission source. The CNT paste electron emission source can be contaminated from unwanted organic materials by the field emission source CNT during the manufacturing process, and it is very difficult to orient the CNT in a vertical direction. In addition, the CNT paste electron emission source causes serious problems such as the generation of gas by organic materials and the degree of vacuum in the device, which reduces the field emission efficiency and the life of the field electron emission device. do.

또한, 종래의 엑스선 소스에서는 열전자방출 기반 점광원을 사용하였다. 이 경우에 엑스선 선량 제어가 어렵고, 엑스선이 방사형으로 발생하므로 엑스선의 에너지가 균일하지 못하며, 애노드 전극에 충돌하는 전자빔 초점 크기가 커서 엑스선 영상의 해상도를 높이는데 한계점을 가지고 있다. In addition, the conventional X-ray source used a hot electron emission-based point light source. In this case, it is difficult to control the X-ray dose, X-rays are generated radially, and thus the energy of X-rays is not uniform, and the size of the focal point of the electron beam colliding with the anode electrode is large, which limits the resolution of the X-ray image.

한국등록특허 제10-1239395호 (발명의 명칭: 전계 방출원 및 이를 적용하는 소자 및 그 제조방법)Korea Patent Registration No. 10-1239395 (Invention name: field emission source and device using the same and method for manufacturing the same)

본 발명의 일 실시예는 CNT 박막, 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막 등을 이용한 에미터를 제작하여 전계 방출 효율을 높이고, 투과 형태의 애노드 전극을 사용하여 엑스선이 면광원 형태로 피사체에 방출되도록 하며, 에미터로부터 방출되는 전자빔을 행렬제어 구동함으로써 피사체의 위치별로 최적화된 엑스선 선량을 조사할 수 있도록 하는 엑스선 소스 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention is to produce an emitter using a CNT thin film, a graphene thin film or a nano-carbon material thin film to increase the field emission efficiency, so that X-rays are emitted to the subject in the form of a surface light source using the anode of the transmission type In addition, an object of the present invention is to provide an X-ray source apparatus and a method of controlling the X-ray source that can be irradiated with optimized X-ray dose for each position of a subject by driving the electron beam emitted from the emitter by matrix control.

다만, 본 발명의 일 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiment of the present invention is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면에 따른 엑스선 소스 장치는, 피사체에 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스 장치에 있어서, 전자 방출을 위해 캐소드 전극의 상면에 형성되는 에미터; 상기 캐소드 전극과 기설정된 거리만큼 이격되어 형성되는 애노드 전극; 상기 에미터와 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 금속 전극으로 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 에미터로부터 전자 방출된 전자빔을 상기 애노드 전극으로 집속시키는 집속 렌즈; 및 상기 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 수행하여 상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량을 조절하는 제어모듈을 포함하되, 상기 에미터는 제1 방향으로 어레이 배열되고, 상기 게이트 전극은 제2 방향으로 어레이 배열되며, 제1 방향과 제2 방향은 수직으로 교차되고, 상기 제어 모듈은 상기 어레이 배열의 규모에 따라 엑스선 선량을 결정하는 것이다.As an technical means for achieving the above technical problem, an X-ray source device according to an aspect of the present invention, the X-ray source device for emitting X-rays to the subject, the emitter formed on the upper surface of the cathode electrode for electron emission; An anode formed to be spaced apart from the cathode by a predetermined distance; A gate electrode formed between the emitter and the anode electrode and formed of a metal electrode having at least one opening formed therein; A focusing lens positioned between the gate electrode and the anode electrode and focusing an electron beam emitted from the emitter to the anode electrode; And a control module for controlling X-ray dose for each position of the subject by performing two-dimensional matrix control on the emitter and the gate electrode, wherein the emitters are arranged in an array in a first direction and the gate electrode is in a second direction. The first direction and the second direction intersect vertically, and the control module determines the X-ray dose according to the size of the array array.

본 발명의 다른 일측면에 따른 엑스선 소스 장치의 제어 방법은, 피사체에 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 엑스선 소스 장치는, 캐소드 전극의 상면에 에미터가 제1 방향으로 어레이 배열되며, 상기 에미터와 애노드 전극 사이에 게이트 전극이 상기 제1 방향과 수직으로 교차되는 제2 방향으로 어레이 배열된 것이고, 상기 어레이 배열된 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 수행하여 상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량을 조절하는 단계를 포함하되, 상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량은 상기 어레이 배열의 규모에 따라 결정되는 것이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an X-ray source apparatus. The method of controlling an X-ray source apparatus that emits X-rays to a subject, wherein the X-ray source apparatus has an emitter arranged on an upper surface of a cathode electrode in a first direction. The gate electrodes are arrayed in a second direction perpendicular to the first direction and interposed between the emitter and the anode electrodes, and performing 2-dimensional matrix control on the arrayed emitters and gate electrodes. And adjusting the X-ray dose for each position of the subject, wherein the X-ray dose for each position of the subject is determined according to the size of the array array.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 캐소드 전극과 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어가 가능함으로써 피사체의 위치별로 최적화된 엑스선 선량을 조사할 수 있어 필요 이상의 엑스선이 피사체에 조사되는 것을 방지할 수 있고, 고해상도 및 고품질의 엑스선 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다. According to the above-described problem solving means of the present invention, the two-dimensional matrix control of the cathode electrode and the gate electrode can be controlled to irradiate the X-ray dose optimized for each position of the subject to prevent the irradiation of more X-rays to the subject than necessary In addition, there is an effect of obtaining a high resolution and high quality X-ray image.

이와 같이, 2차원 행렬 제어를 통해 엑스선 선량 제어가 용이하면서 피사체에 엑스선을 균일하게 조사할 수 있기 때문에 전자빔 초점 크기 의존성이 작은 고해상도 면광원 엑스선 소스를 제작할 수 있는 효과도 있다.As described above, since X-ray dose control is easily performed through the two-dimensional matrix control and X-rays are uniformly irradiated onto the subject, a high-resolution surface light source X-ray source having a small dependence on the electron beam focal size can be produced.

또한, 본 발명은 진공여과방법으로 유기물이 포함되지 않은 CNT 소재만을 이용하여 CNT 박막을 제작한 후 CNT 박막을 포인트 형태 또는 라인 형태로 가공하여 에미터를 제조하거나, 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막을 이용하여 에미터를 제조한 후, 이러한 에미터를 어레이 형태로 배열하여 냉음극 전자방출원으로 사용함으로써, 이로 인해 점 또는 면 형태의 전자빔을 다양한 크기로 발생시킬 수 있으며 또한, 방출 전류의 크기를 조절하는 것이 가능하며, 전자빔 투과량과 밀도가 높은 엑스선 소스의 제작이 가능한 효과가 있다. In addition, the present invention by producing a CNT thin film using only the CNT material containing no organic matter by vacuum filtration method to produce an emitter by processing the CNT thin film in the form of points or lines, graphene thin film or nano-carbon material thin film After the emitter is manufactured by using the emitter, the emitter is arranged in an array and used as a cold cathode electron emission source, thereby generating a dot or plane-shaped electron beam in various sizes, and the magnitude of the emission current. It is possible to adjust the, and the electron beam transmittance and high density of the X-ray source can be produced.

이때, 본 발명은 CNT 페이스트 냉음극 전자방출원 대신에 CNT 박막을 에미터로 사용함으로써 유기물을 함유하는 페이스트나 다른 접착제 없이도 나노 소재인 CNT 박막 내 강한 결합력 및 CNT 에미터와 캐소드 전극 사이의 강한 전기적/기계적 접착 특성을 확보할 수 있어 기존에 유기물에 의한 진공도 저하 문제를 해결하면서 전계방출효율이 높으며 수명 특성이 우수한 엑스선 소스의 제작이 가능한 효과가 있다.In this case, the present invention uses a CNT thin film as an emitter instead of a CNT paste cold cathode electron emission source, and thus a strong bonding force in the CNT thin film, which is a nanomaterial, and a strong electrical force between the CNT emitter and the cathode electrode without a paste or other adhesive containing an organic material. It is possible to manufacture X-ray source with high field emission efficiency and excellent lifespan while solving the problem of deterioration of vacuum caused by organic material because it can secure mechanical adhesive property.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 행렬 제어가 가능한 엑스선 소스 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 3의 CNT 에미터를 형성하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 4에 의해 CNT들의 네트워크가 형성된 CNT 박막을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 4에 의해 다각형으로 가공된 CNT 박막을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 4에 의해 점 형태 또는 면 형태로 가공되는 CNT 에미터의 다양한 예시를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 의해 형성된 CNT 에미터의 어레이 배열 상태를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 3의 게이트 전극을 형성하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 도 9에서 그래핀 박막을 금속 전극 위에 전사하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9에 의해 어레이 배열된 게이트 전극의 예시를 설명하는 도면이다.
1 is a view illustrating an X-ray source apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an X-ray source apparatus capable of 2D matrix control according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method of an X-ray source apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a flow chart illustrating a method of forming the CNT emitter of FIG. 3.
FIG. 5 is a diagram illustrating a CNT thin film in which a network of CNTs is formed by FIG. 4.
FIG. 6 is a diagram illustrating a CNT thin film processed into a polygon by FIG. 4.
7 is a view for explaining various examples of the CNT emitter processed in the form of points or planes by FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an array arrangement state of the CNT emitters formed by FIG. 7.
9 is a flowchart illustrating a method of forming the gate electrode of FIG. 3.
FIG. 10 is a diagram illustrating a process of transferring the graphene thin film onto the metal electrode of FIG. 9.
FIG. 11 is a view for explaining an example of the gate electrodes arrayed by FIG. 9.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" between other elements in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components, unless specifically stated otherwise, one or more other features It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of adding or presenting numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.In the present specification, the term 'unit' includes a unit realized by hardware or software, and a unit realized by using both, and one unit may be realized by using two or more pieces of hardware. The above unit may be realized by one piece of hardware.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스 장치를 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 행렬 제어가 가능한 엑스선 소스 장치를 설명하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an X-ray source apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an X-ray source apparatus capable of 2D matrix control according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참고하면, 피사체에 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스 장치(100)는 캐소드 전극(101), 에미터(110), 애노드 전극(120), 게이트 전극(130), 집속 렌즈(140), 전자빔 시준기(150)를 포함한다.1 and 2, the X-ray source apparatus 100 that emits X-rays to a subject includes a cathode electrode 101, an emitter 110, an anode electrode 120, a gate electrode 130, and a focusing lens 140. ), An electron beam collimator 150.

캐소드 전극(101), 애노드 전극(120) 및 게이트 전극(130)은 전계 인가를 위해 외부 전원(도시되지 않음)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(101)은 음의 전압 소스 또는 양의 전압 소스와 연결되고, 애노드 전극(120)과 게이트 전극(130)은 캐소드 전극(101)에 연결된 전압 소스의 전위보다 상대적으로 높은 전위를 인가할 수 있는 전압 소스와 연결될 수 있다. The cathode electrode 101, the anode electrode 120, and the gate electrode 130 may be connected to an external power source (not shown) for applying an electric field. For example, the cathode electrode 101 is connected with a negative voltage source or a positive voltage source, and the anode electrode 120 and the gate electrode 130 are relatively higher than the potential of the voltage source connected to the cathode electrode 101. It can be connected to a voltage source capable of applying a potential.

에미터(110)는 캐소드 전극(101) 상에 형성되고, 전자가 방출되는 냉음극 전자방출원으로 사용된다. 즉, 에미터(110)는 캐소드 전극(101), 애노드 전극(120) 및 게이트 전극(130)에 인가된 전압에 의해 형성된 전계에 의해 전자를 방출할 수 있다. 이러한 CNT(Carbon NanoTube) 박막을 이용하여 제조된 에미터(110)는 CNT 박막을 포인트 형태 또는 라인 형태로 가공하여 점 형태 또는 면 형태의 전자빔을 발생시킬 수 있다. The emitter 110 is formed on the cathode electrode 101 and used as a cold cathode electron emission source from which electrons are emitted. That is, the emitter 110 may emit electrons by an electric field formed by voltages applied to the cathode electrode 101, the anode electrode 120, and the gate electrode 130. The emitter 110 manufactured using the carbon nanotube (CNT) thin film may process the CNT thin film in a point shape or a line shape to generate an electron beam having a point shape or a surface shape.

이때, 에미터(110)는 낮은 문턱 전계와 높은 전계 방출 전류 밀도를 제공하기 위해 CNT 박막을 사용하고 있지만, CNT 박막 외에도 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막(예를 들어, 나노그래파이트 박막 등)을 사용하여 제조된 고성능의 전계 방출 특성을 갖는 에미터를 사용할 수도 있다.In this case, the emitter 110 uses a CNT thin film to provide a low threshold electric field and a high field emission current density, but in addition to the CNT thin film, a graphene thin film or a nano carbon material thin film (for example, a nano graphite thin film) is used. It is also possible to use emitters having high performance field emission characteristics manufactured using.

애노드 전극(120)은 캐소드 전극(101)으로부터 전자빔이 방출되는 방향으로 기설정된 거리만큼 이격되어 형성된다. The anode electrode 120 is formed to be spaced apart from the cathode electrode 101 by a predetermined distance in the direction in which the electron beam is emitted.

게이트 전극(130)은 에미터(110)와 애노드 전극(120) 사이에 위치하고, 에미터(110)의 상측으로 이격될 수 있다. 게이트 전극(130)은 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 금속 전극의 상부에 적어도 하나 이상의 층으로 이루어진 그래핀(graphene) 박막을 전사하여 형성된다. The gate electrode 130 may be located between the emitter 110 and the anode electrode 120 and may be spaced apart above the emitter 110. The gate electrode 130 is formed by transferring a graphene thin film made of at least one layer on top of the metal electrode having at least one opening.

또한, 게이트 전극(130)은 홀이 형성된 금속 평판 또는 다각형 형태의 금속 메쉬(mesh)를 금속 전극으로 사용한 형태이거나, 금속 전극의 상부에 그래핀 박막을 부착시킨 형태, 2개의 금속 전극 사이에 적어도 하나 이상의 그래핀 박막을 삽입한 형태 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. In addition, the gate electrode 130 may be formed of a metal plate having a hole or a metal mesh having a polygonal shape as a metal electrode, or a graphene thin film attached to an upper portion of the metal electrode, at least between two metal electrodes. One or more of the graphene thin films may be formed into one of the shapes inserted.

이때, 에미터(110)와 게이트 전극(130)은 어레이 형태로 배열된다. 예를 들어, 서로 나란하게 이격된 복수의 에미터(110)가 제1 방향을 따라 등간격으로 나란하게 배치되는 형태로 어레이 배열되고, 게이트 전극(130)은 제2 방향을 따라 등간격으로 나란하게 배치되는 형태로 어레이 배열되며, 제1 방향과 제2 방향은 수직으로 교차될 수 있다. In this case, the emitter 110 and the gate electrode 130 are arranged in an array form. For example, the plurality of emitters 110 spaced apart from each other side by side are arranged in an array so as to be arranged side by side at equal intervals along the first direction, and the gate electrodes 130 are parallel at equal intervals along the second direction. The array is arranged in such a way that the first direction and the second direction may vertically intersect.

집속 렌즈(140)는 게이트 전극(130)과 애노드 전극(120) 사이에 위치하고, 에미터(110)로부터 전자 방출된 전자빔을 애노드 전극(120)으로 집속시킨다.The focusing lens 140 is positioned between the gate electrode 130 and the anode electrode 120 to focus the electron beam emitted from the emitter 110 to the anode electrode 120.

전자빔 시준기(150)는 집속 렌즈(140)와 애노드 전극(120) 사이에 위치하고, 집속 렌즈(140)를 통과한 전자빔이 직진하여 애노드 전극(120)에 집속되도록 한다. 이러한 전자빔 시준기(150)는 집속 렌즈(140)를 통과한 전자빔의 직진성을 더욱 향상시킬 수 있다. The electron beam collimator 150 is positioned between the focusing lens 140 and the anode electrode 120 to direct the electron beam passing through the focusing lens 140 to focus on the anode electrode 120. The electron beam collimator 150 may further improve the straightness of the electron beam passing through the focusing lens 140.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 엑스선 소스 장치(100)는 제어 모듈(160)을 통해 어레이 배열된 에미터(110)와 게이트 전극(130)에 대해 2차원 행렬 제어를 수행한다. 이때, 2차원 행렬 제어는 위치별로 에미터(110)와 게이트 전극(130) 사이의 전압 크기를 조절하여 인체에 필요한 부위별로 전자빔의 발생 밀도를 조절하는 제어 방식이다. 2차원 행렬 제어 방식은 전자빔의 밀도가 달라짐에 따라 애노드 전극(120)에서 발생되는 엑스선의 밀도가 달라지게 되므로 인체의 뼈 두께에 따른 엑스선 밀도를 조절하는 것이 가능해진다.As illustrated in FIG. 2, the X-ray source apparatus 100 performs two-dimensional matrix control on the emitter 110 and the gate electrode 130 arranged in an array through the control module 160. In this case, the two-dimensional matrix control is a control method of controlling the generation density of the electron beam for each portion necessary for the human body by adjusting the voltage magnitude between the emitter 110 and the gate electrode 130 for each position. In the two-dimensional matrix control method, since the density of the electron beam is changed, the density of X-rays generated by the anode electrode 120 is changed, thereby making it possible to adjust the X-ray density according to the bone thickness of the human body.

제어 모듈(160)은 피사체(200)의 위치별로 적절하게 엑스선 선량을 조절하여 엑스선을 발생시키는데, 어레이 배열의 규모에 따라 엑스선 소스의 크기를 조절하는 것이 가능하므로 대면적 엑스선 소스의 구현이 가능하게 된다. The control module 160 generates X-rays by appropriately adjusting the X-ray dose for each position of the subject 200. Since the size of the X-ray source can be adjusted according to the size of the array array, the control module 160 can realize a large-area X-ray source. do.

한편, 제어 모듈(160)은 피사체(200)의 성별, 나이, 신체 정보 등의 특성 정보를 취합하고, 이렇게 취합된 피사체(200)의 특성 정보에 따라 촬영 부위, 뼈의 위치, 뼈의 두께 등에 따라 엑스선 선량에 대한 방출 정보를 국소적으로 특정하여 출력하도록 할 수 있다. Meanwhile, the control module 160 collects characteristic information such as gender, age, and body information of the subject 200, and according to the characteristic information of the collected subject 200, the photographing site, the location of the bone, the thickness of the bone, and the like. Accordingly, the emission information on the X-ray dose may be locally specified and output.

예를 들면, 각 사용자에 따라 뼈의 위치나 뼈의 두께 분포 등이 상이하므로, 이에 따라 적절한 엑스선의 국소적인 방출량을 조절하도록 한다. 이를 위해 피사체(200)의 성별, 나이, 신체 정보(키, 몸무게, 체형 등) 등의 특성 정보나 각 피사체를 구별할 수 있는 추가적인 정보를 수집하고, 각 피사체(200)별 뼈의 위치나 뼈의 두께와 같은 해부학적 구조 정보를 수집하여 각각 배합한다. 이와 같이 피사체의 특성 정보를 이용하면, 피사체(200)의 성별, 나이, 신체 정보 등의 특성 정보만으로도 뼈의 위치나 뼈의 두께에 대한 해부학적 구조 정보를 추정할 수 있고, 이후에는 추정된 뼈의 위치나 두께에 대한 해부학적 구조 정보를 기초로 적절한 엑스선 선량의 방출 정보를 위치별로 결정할 수 있다.For example, since the location of the bones and the thickness distribution of the bones are different for each user, the amount of local X-ray emission is adjusted accordingly. To this end, collect characteristic information such as gender, age, body information (height, weight, body type, etc.) of the subject 200 or additional information for distinguishing each subject, and position or bone of each subject 200. Collect anatomical information, such as the thickness of, and combine them. By using the characteristic information of the subject as described above, anatomical structural information about the bone position or the thickness of the bone can be estimated only by the characteristic information of the subject 200 such as gender, age, and body information, and the estimated bone thereafter. Based on the anatomical structure information of the position or thickness of the X-ray dose emission information can be determined for each location.

한편, 각 위치별로 엑스선 선량의 방출 정보가 결정되면, 에미터(110)와 게이트 전극(130)에 대해 2차원 행렬 제어를 수행하여, 엑스선 소스 장치(100)에 대하여 어드레싱을 수행하고, 캐소드 전극(101)과 게이트 전극(130)에 인가되는 전압의 크기를 각각 조절하여, 에미터(110)의 위치별 엑스선 방출량을 조절한다.Meanwhile, when the emission information of the X-ray dose is determined for each position, two-dimensional matrix control is performed on the emitter 110 and the gate electrode 130 to perform addressing on the X-ray source device 100, and the cathode electrode. The amount of voltage applied to the 101 and the gate electrode 130 is adjusted to adjust the amount of X-ray emission for each position of the emitter 110.

이때, 제어 모듈(160)은 통신, 자동 제어, 데이터 처리, 영상 정보 처리 등을 지원하는 지능형 단말로서, 사용자가 원하는 다수의 응용 프로그램(즉, 애플리케이션)을 설치하여 실행할 수 있는 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있고, 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치일 수도 있다. In this case, the control module 160 is an intelligent terminal that supports communication, automatic control, data processing, image information processing, and the like, and a smartphone capable of installing and executing a plurality of applications (ie, applications) desired by a user. It may be a handheld-based wireless communication device of any kind, such as a tablet PC, or may be a wired communication device such as a PC that may be connected to another terminal or server through a network.

이와 같이, 엑스선 소스 장치(100)는 피사체(200)에 위치별로 최적화된 엑스선을 조사하는 냉음극 엑스선 소스를 구현하기 위해 캐소드 전극(101) 상에 어레이 배열된 에미터(110), 어레이 배열된 게이트 전극(130), 집속 렌즈(140), 전자빔 시준기(150) 및 애노드 전극(120)을 글래스 또는 세라믹으로 진공 실장한다.As such, the X-ray source apparatus 100 includes an emitter 110 arrayed on the cathode electrode 101 and an array arrayed to implement a cold cathode X-ray source that irradiates X-rays optimized for each location on the subject 200. The gate electrode 130, the focusing lens 140, the electron beam collimator 150, and the anode electrode 120 are vacuum mounted with glass or ceramic.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스 장치의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a control method of an X-ray source apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 엑스선 소스 장치의 제어 방법은 어레이 배열된 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 수행함으로써 피사체의 위치별로 적절하게 엑스선 선량을 조절하여 엑스선을 발생시킨다.Referring to FIG. 3, the control method of the X-ray source apparatus generates X-rays by appropriately adjusting X-ray dose for each position of a subject by performing two-dimensional matrix control on arrayed emitters and gate electrodes.

이를 위해, 엑스선 소스 장치는 캐소드 전극의 상면에 전자 방출을 위해 진공여과방식으로 유기물이 포함되지 않은 에미터가 형성되면(S110), 에미터를 제1 방향으로 어레이 배열한다. 이때, 에미터는 CNT 박막을 이용하여 제조된 CNT 에미터 외에도 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막 중 어느 하나를 이용하여 제조된 에미터를 사용할 수 있다. To this end, the X-ray source device arrays the emitters in the first direction when an emitter is formed that does not contain an organic material by vacuum filtration to emit electrons on the top surface of the cathode (S110). In this case, the emitter may use an emitter manufactured using any one of a graphene thin film or a nano-carbon material thin film in addition to the CNT emitter manufactured using the CNT thin film.

애노드 전극은 캐소드 전극과 기설정된 거리만큼 이격되어 형성되고(S120), 게이트 전극이 적어도 하나 이상의 층으로 이루어진 그래핀 박막을 이용하여 에미터와 애노드 전극 사이에 제1 방향과 수직으로 교차되는 제2 방향으로 형성된다(S130). 이때, 애노드 전극은 베릴륨 금속판 위에 얇은 텅스텐 박막을 증착시켜 투과 형태로 제작된다. 이렇게 제작된 투과형 애노드 전극은 면광원 엑스선을 발생할 수 있도록 한다. The anode electrode is formed to be spaced apart from the cathode electrode by a predetermined distance (S120), and the second electrode in which the gate electrode crosses perpendicularly to the first direction between the emitter and the anode using a graphene thin film composed of at least one layer. It is formed in the direction (S130). At this time, the anode electrode is manufactured in a transmissive form by depositing a thin tungsten thin film on the beryllium metal plate. The transmissive anode electrode thus manufactured can generate surface light source X-rays.

집속 렌즈가 게이트 전극과 애노드 전극 사이에 형성되어 에미터로부터 전자 방출된 전자빔을 애노드 전극으로 집속시키고(S140), 전자빔 시준기가 집속 렌즈와 애노드 전극 사이에 집속 렌즈를 통과한 전자빔의 직진성을 향상시키기 위해 추가 설치된다(S150). 이때, 집속 렌즈는 일반적인 홀 형태를 사용하여 제작되거나, 렌즈 위에 한층 또는 여러 층의 그래핀을 전사하여 제작될 수도 있다. 또한, 집속 렌즈는 1개 또는 2개를 사용할 수 있다.A focusing lens is formed between the gate electrode and the anode electrode to focus the electron beam emitted from the emitter to the anode electrode (S140), and the electron beam collimator improves the straightness of the electron beam passing through the focusing lens between the focusing lens and the anode electrode. It is additionally installed (S150). In this case, the focusing lens may be manufactured using a general hole shape, or may be manufactured by transferring one or more layers of graphene on the lens. In addition, one or two focusing lenses can be used.

에미터와 게이트 전극이 서로 수직하게 교차되도록 어레이 배열된 엑스선 소스 장치는2차원 행렬 제어가 가능한 대면적 에미터 및 게이트 전극이 될 수 있다.An X-ray source device arranged in an array so that the emitter and the gate electrode vertically cross each other may be a large area emitter and gate electrode capable of two-dimensional matrix control.

엑스선 소스 장치는 피사체의 성별, 나이, 신체 정보 등의 특성 정보를 취합하고, 이렇게 취합된 피사체의 특성 정보에 따라 촬영 부위, 뼈의 위치, 뼈의 두께 등에 따라 엑스선 선량에 대한 방출 정보를 국소적으로 특정하여 출력하도록 한다(S160). 즉, 엑스선 소스 장치는 각 위치별로 엑스선 선량의 방출 정보가 결정되면, 어레이 배열된 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 통해 어드레싱을 수행하고, 캐소드 전극과 게이트 전극에 인가되는 전압의 크기를 각각 조절하여, 에미터의 위치별 엑스선 방출량을 조절하여 엑스선을 방출한다(S170).The X-ray source device collects characteristic information such as gender, age, and body information of the subject, and locally emits emission information on X-ray dose according to the photographing site, bone location, bone thickness, etc. according to the collected characteristic information of the subject. To be specified and output (S160). That is, when the emission information of the X-ray dose is determined for each position, the X-ray source device performs addressing through two-dimensional matrix control on the arrayed emitter and the gate electrode, and the magnitude of the voltage applied to the cathode electrode and the gate electrode. By adjusting the respective, the X-rays are emitted by adjusting the amount of X-rays for each emitter position (S170).

도 4는 도 3의 CNT 에미터를 형성하는 방법을 설명하는 순서도이고, 도 5는 도 4에 의해 CNT들의 네트워크가 형성된 CNT 박막을 설명하는 도면이며, 도 6은 도 4에 의해 다각형으로 가공된 CNT 박막을 설명하는 도면이다. 도 7은 도 4에 의해 점 형태 또는 면 형태로 가공되는 CNT 에미터의 다양한 예시를 설명하는 도면이고, 도 8은 도 7에 의해 형성된 CNT 에미터의 어레이 배열 상태를 설명하는 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method of forming the CNT emitter of FIG. 3, FIG. 5 is a view illustrating a CNT thin film in which a network of CNTs is formed by FIG. 4, and FIG. 6 is processed into a polygon by FIG. 4. It is a figure explaining a CNT thin film. FIG. 7 is a view for explaining various examples of the CNT emitters processed in the form of dots or planes by FIG. 4, and FIG. 8 is a view for explaining an array arrangement state of the CNT emitters formed by FIG. 7.

도 4 내지 도 8을 참고하면, CNT 에미터(110)는 증류수(DI Water) 200ml에 도데실황산나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate, SDS) 200mg, 단일벽 탄소 나노튜브(Single-Walled Carbon NanoTube) 4mg을 분산시켜서 CNT 분산수용액을 제조한다(S410). CNT 분산 수용액은 65분간 음파처리 공정(S420), 40분간 원심 분리 공정(S430)을 거친 후에 이 CNT분산수용액을 양극산화알루미늄 막(AAO membrane) 에 여과시켜 증류수만을 통과시키면 CNT들이 AAO 막에 걸려져서 쌓이는 형태가 된다(S440).4 to 8, the CNT emitter 110 disperses 200 mg of sodium dodecyl sulfate (SDS) and 4 mg of single-walled carbon nanotube in 200 ml of distilled water (DI Water). To prepare a CNT dispersion aqueous solution (S410). The CNT dispersion aqueous solution is subjected to the sonication process (S420) and the centrifugation process (S430) for 65 minutes, and then the CNT dispersion solution is filtered through an aluminum anodized membrane (AAO membrane) to pass only distilled water. Becomes stacked form (S440).

도 5에 도시된 바와 같이, AAO 막에 걸려진 CNT들은 반데르발스 힘에 의해 서로 강하게 얽히게 되고, 이후 수산화나트륨 용액(NaOH)을 이용하여 AAO 막을 용해시키면, CNT 들의 네트워크가 형성된 CNT 박막이 제조된다(S450). 이때, 치밀화 공정을 수행하여 CNT 박막을 이소프로필알콜 용액(IPA)에 담갔다가 빼서 건조시키면 각 CNT들이 더욱더 조밀하게 얽히도록 한다. 치밀화 공정이 수행된 CNT 박막(111)의 표면을 주사전자현미경으로 분석하면 CNT들이 네트워크를 형성하여 조밀하게 얽혀있는 모습을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5, the CNTs hung on the AAO membrane are strongly entangled with each other by van der Waals forces, and then, when the AAO membrane is dissolved using sodium hydroxide solution (NaOH), a network of CNTs is formed. It becomes (S450). At this time, the CNT thin film is immersed in isopropyl alcohol solution (IPA) by performing a densification process, and then dried by removing the CNT thin film so that each CNT is more densely entangled. When the surface of the CNT thin film 111 subjected to the densification process is analyzed with a scanning electron microscope, the CNTs form a network and can be seen to be densely entangled.

이렇게 형성된 CNT 박막(111)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 삼각형 또는 사각형 등의 다각형으로 절단된 후에 평판으로 압착되어 전자방출원으로 제작되고, 캐소드 전극(101)의 상면에 CNT 에미터(110)를 형성한다(S460). 이때, CNT 에미터(110)가 더욱 안정적으로 동작하기 위해 탄소화 공정을 수행한다. 탄소화 공정은 CNT 박막(111)에 고분자 유기물, 즉 탄소 기반의 물질을 코팅하여 고온 및 진공 상태에서 열처리를 진행하면 CNT들의 네트워크 내 각 CNT 들 사이사이에 탄소 기반의 물질이 삽입되어 빈자리를 메우게 되고, 이러한 과정을 통해 CNT 들 간의 결합력을 더욱 강화시킬 수 있다. The CNT thin film 111 thus formed is cut into polygons such as triangles or squares, and then compressed into a flat plate to form an electron emission source, and a CNT emitter ( 110 is formed (S460). At this time, the CNT emitter 110 performs a carbonization process to operate more stably. In the carbonization process, when a CNT thin film 111 is coated with a polymer organic material, that is, a carbon-based material, and heat-treated at a high temperature and a vacuum, a carbon-based material is inserted between the CNTs in the network of CNTs to fill a void. This process can enhance the binding between the CNTs.

도 7에 도시된 바와 같이, CNT 박막은 절단 방법에 따라 포인트 형태 또는 라인 형태의 CNT 에미터(110)로 제작될 수 있는데, CNT 박막(111)을 부채꼴이나 삼각형 형태로 절단한 경우에 상부가 점(Point)으로 수렴하는 형태가 되고, 사각형 형태로 절단한 경우에 상부가 라인(Line)으로 수렴하는 형태가 될 수 있다.As shown in FIG. 7, the CNT thin film may be manufactured as a CNT emitter 110 having a point shape or a line shape according to a cutting method. When the CNT thin film 111 is cut into a fan or triangle shape, In the case of cutting into a rectangular shape, the upper part may be in the shape of converging to a line.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 복수 개의 CNT 박막(111)을 포인트 형태 또는 라인 형태로 가공한 후 캐소드 전극(101) 사이에 삽입하여 어레이 배열된 CNT 에미터(110)를 형성하면, CNT 에미터는 CNT 박막의 절단 방법에 따라 점 형태 또는 면 형태의 전자빔을 다양한 크기로 발생시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8, when the plurality of CNT thin films 111 are processed into a point shape or a line shape, the CNT emitters 110 arranged in the array are inserted between the cathode electrodes 101 to form CNT emitters. The emitter may generate an electron beam having a point shape or a plane shape in various sizes according to the cutting method of the CNT thin film.

도 9는 도 3의 게이트 전극을 형성하는 방법을 설명하는 순서도이고, 도 10은 도 9에서 그래핀 박막을 금속 전극 위에 전사하는 과정을 설명하는 도면이며, 도 11은 도 9에 의해 어레이 배열된 게이트 전극의 예시를 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a flowchart illustrating a method of forming the gate electrode of FIG. 3, and FIG. 10 is a diagram illustrating a process of transferring the graphene thin film onto the metal electrode in FIG. 9, and FIG. 11 is an array arranged by FIG. 9. It is a figure explaining an example of a gate electrode.

도 9 내지 도 11을 참고하면, 게이트 전극의 제조 방법은 구리 호일 위에 열 CVD(chemical vapor deposition) 방법으로 그래핀을 합성한 후, 스핀 코터(Spin coater)를 이용해 그래핀 위에 메타크릴수지(polymethylmethacrylate, PMMA)를 코팅한다(①). 9 to 11, a method of manufacturing a gate electrode may be obtained by synthesizing graphene by thermal CVD (chemical vapor deposition) on a copper foil, and then using a spin coater on a graphene (polymethylmethacrylate). , PMMA) (①).

이후, 구리 식각 용액을 이용하여 구리 호일을 식각하고(②), 증류수에 세척하여 남아있는 구리 호일을 제거한다(③). 이 과정을 여러 번 반복하여 겹겹이 쌓인 여러 층의 그래핀 박막을 제작하고, 도 10에 도시된 바와 같이 한 층 또는 여러 층의 그래핀 박막을 금속 전극 위에 전사한다(④, ⑤, ⑥, ⑦). 이때 금속 전극은 원형 홀을 가지는 금속 평판이거나, 사각형, 원형, 육각형 등의 금속 메쉬일 수 있다.Then, the copper foil is etched using the copper etching solution (②), and the remaining copper foil is removed by washing in distilled water (③). By repeating this process several times, several layers of graphene thin films are stacked, and one or more layers of graphene thin films are transferred onto the metal electrode as shown in FIG. 10 (④, ⑤, ⑥, and ⑦). . In this case, the metal electrode may be a metal plate having a circular hole, or a metal mesh such as a square, a circle, a hexagon, or the like.

그래핀 박막(131)을 금속 전극 위에 전사한 후에 그래핀 박막(131) 상에 남아 있는 메타크릴수지를 제거하기 위해 아세톤 용액에 담갔다가 빼서 건조시킨 후, 10-5 Torr 이하의 진공분위기에서 300℃의 열처리를 진행하면 안정적으로 그래핀 박막이 전사된 게이트 전극(130)을 제작할 수 있다(⑧, ⑨). 아울러, 도 11에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(130)은 어레이 배열되어 행렬제어가 가능한 대면적 게이트 전극으로 제작될 수 있다. 이때, 게이트 전극은 2개의 금속 전극 사이에 한 층 또는 여러 층의 그래핀 박막을 삽입하여 제작할 수도 있다.Oh, yes pins thin film 131 after the transfer pins on the metal electrode thin film 131 was dipped in a dry, remove the acetone solution to remove the methacrylic resin remaining on, in a vacuum environment of less than 10 -5 Torr 300 By proceeding the heat treatment at ℃ it can be produced a gate electrode 130 to which the graphene thin film is transferred stably (⑧, ⑨). In addition, as shown in FIG. 11, the gate electrodes 130 may be arrayed and manufactured as a large area gate electrode capable of matrix control. In this case, the gate electrode may be manufactured by inserting one or more layers of graphene thin films between two metal electrodes.

적어도 한 층 이상의 그래핀 박막을 이용하여 제조된 게이트 전극은 전계가 균일하게 인가될 수 있어 전자빔의 직진성이 향상될 수 있고, 그래핀이 원자 스케일의 메쉬이므로 전자빔의 투과 효율이 증가될 수 있으며, 열전달 효율이 매우 우수한 그래핀으로 인해 전자빔 충돌에 의해 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있어 게이트 전극 자체의 열적 안정성이 향상될 수 있다. The gate electrode manufactured by using at least one layer of graphene thin film may have an electric field uniformly applied to improve the linearity of the electron beam, and since graphene is an atomic scale mesh, the transmission efficiency of the electron beam may be increased. Graphene having excellent heat transfer efficiency can effectively dissipate heat generated by electron beam collision, thereby improving thermal stability of the gate electrode itself.

한편, 집속 렌즈는 게이트 전극과 마찬가지로 금속 평판이나 금속 메쉬에 한층 또는 여러 층의 그래핀을 전사하여 제작되거나, 2개의 집속 렌즈 위에 적어도 하나 이상의 그래핀 박막을 끼워 넣어 제작될 수 있다. Meanwhile, the focusing lens may be manufactured by transferring one or more layers of graphene to a metal plate or a metal mesh like the gate electrode, or may be manufactured by sandwiching at least one graphene thin film on two focusing lenses.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 소스 장치 및 그 제어 방법은 CNT 박막을 이용한 냉음극 전자 방출원을 사용하고, 투과형 애노드 전극을 통해 면광원 형태의 엑스선을 피사체에 조사할 수 있으며, CNT 에미터로부터 발생되는 전자빔을 행렬 제어로 구동함으로써 피사체의 위치별로 최적화된 엑스선 선량을 조사할 수 있다. As described above, the X-ray source apparatus and the control method thereof according to an embodiment of the present invention may use a cold cathode electron emission source using a CNT thin film, and irradiate a X-ray in the form of a surface light source to a subject through a transmissive anode electrode. By driving the electron beam generated from the CNT emitter by matrix control, the optimized X-ray dose may be irradiated for each position of the subject.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 엑스선 소스의 제조 방법 및 엑스선 소스 장치에 의해 구현되는 행렬 제어 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The method for manufacturing an X-ray source and the matrix control method implemented by the X-ray source apparatus according to the embodiments of the present invention described above are in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. It can also be implemented. Such recording media includes computer readable media, and computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media includes computer storage media, which are volatile and nonvolatile implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Both removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 조사 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is intended for illustration, and a person of ordinary skill in the art may understand that the present invention can be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수도 있다.In addition, while the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. .

100: 엑스선 소스 장치
101: 캐소드 전극 110: 에미터
120 : 애노드 전극 130 : 게이트 전극
140 : 집속 렌즈 150 : 전자빔 시준기
160 : 제어 모듈
100: X-ray source device
101 cathode electrode 110 emitter
120: anode electrode 130: gate electrode
140: focusing lens 150: electron beam collimator
160: control module

Claims (13)

피사체에 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스 장치에 있어서,
전자 방출을 위해 캐소드 전극의 상면에 형성되는 에미터;
상기 캐소드 전극과 기설정된 거리만큼 이격되어 형성되는 애노드 전극;
상기 에미터와 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 금속 전극으로 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극과 상기 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 에미터로부터 전자 방출된 전자빔을 상기 애노드 전극으로 집속시키는 집속 렌즈; 및
상기 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 수행하여 상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량을 조절하는 제어모듈을 포함하되,
상기 에미터는 제1 방향으로 어레이 배열되고, 상기 게이트 전극은 제2 방향으로 어레이 배열되며, 제1 방향과 제2 방향은 수직으로 교차되고,
상기 제어 모듈은 상기 어레이 배열의 규모에 따라 엑스선 선량을 결정하는 것인, 엑스선 소스 장치.
An X-ray source device for emitting X-rays to a subject,
An emitter formed on the top surface of the cathode electrode for electron emission;
An anode formed to be spaced apart from the cathode by a predetermined distance;
A gate electrode formed between the emitter and the anode electrode and formed of a metal electrode having at least one opening formed therein;
A focusing lens positioned between the gate electrode and the anode electrode and focusing an electron beam emitted from the emitter to the anode electrode; And
It includes a control module for controlling the X-ray dose for each position of the subject by performing a two-dimensional matrix control for the emitter and the gate electrode,
The emitters are arrayed in a first direction, the gate electrodes are arrayed in a second direction, the first direction and the second direction intersect vertically,
And the control module determines the X-ray dose according to the size of the array of arrays.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 모듈은 상기 에미터와 게이트 전극 사이의 전압 크기를 조절하여 인체에 필요한 부위별로 전자빔의 발생 밀도를 조절하는 2차원 행렬 제어를 수행하는 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The control module is to perform a two-dimensional matrix control for controlling the generation density of the electron beam for each portion necessary for the human body by adjusting the voltage magnitude between the emitter and the gate electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 집속 렌즈와 애노드 전극 사이에 위치하고, 상기 집속 렌즈를 통과한 전자빔이 직진하여 상기 애노드 전극에 집속되도록 하는 전자빔 시준기(Electron Beam Collimator)를 더 추가하는 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
And an electron beam collimator further positioned between the focusing lens and the anode electrode to direct the electron beam passing through the focusing lens to focus on the anode electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 에미터는 진공여과방식으로 제작된 CNT 박막을 사용하여 제조되고,
상기 CNT 박막은 알코올용액을 사용하는 고밀도화(Densification) 공정 또는 고분자 유기물을 코팅시킨 후에 고온 및 진공 상태에서 열처리를 하는 탄화(Carbonization) 공정을 통해 제조된 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The emitter is manufactured using a CNT thin film manufactured by vacuum filtration,
The CNT thin film is an X-ray source apparatus manufactured by a densification process using an alcohol solution or a carbonization process in which heat treatment is performed at a high temperature and a vacuum state after coating a polymer organic material.
제 4 항에 있어서,
상기 에미터는 CNT 박막을 점(point) 형태 또는 선(line) 형태로 가공하여 제조하되,
적어도 하나 이상의 CNT 박막을 다각형으로 절단한 후 상기 절단된 다각형의 CNT 박막을 평판으로 압착하여 상기 캐소드 전극 사이에 삽입하는 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 4, wherein
The emitter is manufactured by processing the CNT thin film in the form of points (points) or lines (line),
Cutting at least one CNT thin film into a polygon and then compressing the cut polygonal CNT thin film into a flat plate and inserting it between the cathode electrodes.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극은 홀이 형성된 금속 평판 또는 다각형 형태의 금속 메쉬(mesh)를 금속 전극으로 사용한 형태, 상기 금속 전극의 상부에 그래핀 박막을 부착시킨 형태, 2개의 금속 전극 사이에 적어도 하나 이상의 그래핀 박막을 삽입한 형태 중 어느 하나의 형태로 형성되는 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The gate electrode may be formed using a metal plate or polygonal metal mesh having a hole as a metal electrode, a graphene thin film is attached to an upper portion of the metal electrode, and at least one graphene between two metal electrodes. X-ray source device that is formed in any one of the form of a thin film inserted.
제 1 항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 홀 형태로 제조되거나, 적어도 하나 이상의 그래핀 박막이 전사된 형태로 제조된 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The focusing lens is manufactured in the form of a hole, or at least one graphene thin film is manufactured in the form of being transferred, X-ray source device.
제 1 항에 있어서,
상기 에미터는 CNT 박막, 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막 중 어느 하나를 이용하여 제조된 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The emitter is an X-ray source device that is manufactured using any one of the CNT thin film, graphene thin film or nano carbon material thin film.
제 1 항에 있어서,
상기 엑스선 소스 장치는 유리 재질, 세라믹 재질 또는 금속 재질 중 어느 하나의 재질로 형성된 진공 용기 내부에 상기 에미터, 게이트 전극, 집속 렌즈, 시준기, 애노드 전극을 순차적으로 배치한 것인, 엑스선 소스 장치.
The method of claim 1,
The X-ray source apparatus is to sequentially arrange the emitter, the gate electrode, the focusing lens, the collimator, the anode electrode in a vacuum container formed of any one of a glass material, a ceramic material or a metal material.
피사체에 엑스선을 방출시키는 엑스선 소스 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 엑스선 소스 장치는, 캐소드 전극의 상면에 에미터가 제1 방향으로 어레이 배열되며, 상기 에미터와 애노드 전극 사이에 게이트 전극이 상기 제1 방향과 수직으로 교차되는 제2 방향으로 어레이 배열된 것이고,
상기 어레이 배열된 에미터와 게이트 전극에 대해 2차원 행렬 제어를 수행하여 상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량을 조절하는 단계를 포함하되,
상기 피사체의 위치별로 엑스선 선량은 상기 어레이 배열의 규모에 따라 결정되는 것인, 엑스선 소스 장치의 제어 방법.
In the control method of the X-ray source device for emitting X-rays to the subject,
In the X-ray source device, emitters are arrayed in a first direction on a top surface of a cathode electrode, and gate electrodes are arrayed in a second direction perpendicular to the first direction between the emitter and the anode electrode. ,
And controlling X-ray dose for each position of the subject by performing 2-dimensional matrix control on the arrayed emitter and the gate electrode.
The X-ray dose for each position of the subject is determined according to the size of the array array, the control method of the X-ray source device.
제 10 항에 있어서,
상기 제어 모듈은 상기 에미터와 게이트 전극 사이의 전압 크기를 조절하여 인체에 필요한 부위별로 전자빔의 발생 밀도를 조절하는 2차원 행렬 제어를 수행하는 것인, 엑스선 소스 장치의 제어 방법.
The method of claim 10,
The control module performs a two-dimensional matrix control to adjust the generation density of the electron beam for each region necessary for the human body by adjusting the voltage magnitude between the emitter and the gate electrode.
제 10 항에 있어서,
상기 에미터는, CNT 박막, 그래핀 박막 또는 나노탄소물질 박막 중 어느 하나를 다각형 형태로 절단한 후 상기 절단된 다각형을 평판으로 압착하여 제조된 점(point) 형태 또는 선(line) 형태의 전자 방출원인 것인, 엑스선 소스 장치의 제어 방법.
The method of claim 10,
The emitter is a point-type or line-type electron emission produced by cutting any one of the CNT thin film, graphene thin film or nano-carbon material thin film in a polygonal shape and then press the cut polygon to a flat plate That is, the control method of the X-ray source device.
제 10 항에 있어서,
상기 엑스선 소스 장치는 유리 재질, 세라믹 재질 또는 금속 재질 중 어느 하나의 재질로 형성된 진공 용기 내부에 상기 에미터, 게이트 전극, 집속 렌즈, 시준기, 애노드 전극을 순차적으로 배치한 것인, 엑스선 소스 장치의 제어 방법.
The method of claim 10,
The X-ray source device is to sequentially arrange the emitter, gate electrode, focusing lens, collimator, anode in a vacuum container formed of any one of a glass material, a ceramic material or a metal material, Control method.
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