KR101961759B1 - Xray source comprising bead structures and cnt yarn and xray emitting apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브 실(CNT Yarn)을 이용한 초소형 엑스레이 소스에 관한 것으로, 본 발명에 따른 엑스레이 소스는, 복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성되고 음의 전위(HV-)가 인가되기 위한 음극부; 및 상기 음극부의 둘레 주변에 양극부로서 형성되는 원통형상의 금속관부를 포함하고, 상기 탄소나노튜브 실과 상기 금속관부 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간은 진공상태로 유지되며, 상기 공간 내에는 금속관부의 내경보다 작은 직경을 갖고 중공부가 형성된 복수의 비드 구조물이 충진되고, 탄소나노튜브 실은 상기 복수의 비드 구조물의 중공부를 통과해서 금속관부 내에 유지된다. The present invention relates to a miniature x-ray source using a CNT yarn, wherein an x-ray source according to the present invention is formed by twisting a plurality of carbon nanotube yarns and applying a negative potential (HV-) A cathode portion; And a cylindrical metal tube portion formed as an anode portion around the periphery of the cathode portion, wherein a space is formed between the carbon nanotube chamber and the metal tube portion, the space is maintained in a vacuum state, and the inside diameter of the metal tube portion A plurality of bead structures having a smaller diameter and hollow portions are filled, and the carbon nanotube yarns are held in the metal tube portion through the hollow portions of the plurality of bead structures.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 실(CNT Yarn)을 이용한 초소형 엑스레이 소스 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치에 관한 것으로 구체적으로 탄소나노튜브 실(CNT Yarn)과 비드 구조물을 이용하여 방사상으로 엑스선을 발생시키는 초소형의 방사형 엑스선 발생장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a miniature X-ray source using a CNT yarn and an X-ray generator using the CNT yarn. More particularly, the present invention relates to an X-ray source using a CNT yarn and a bead structure, And an X-ray generator.
통상적인 엑스레이 발생 장치는 의료용 장치, 공업용 계측장치 등의 X 선원(Xray source)으로써 이용되고 있고, 최근 들어 정전기 제전 장치의 X선원으로도 그 용도가 크게 확대되고 있다.
A typical X-ray generating apparatus is used as an X-ray source such as a medical apparatus or an industrial measuring apparatus, and recently its use as an X-ray source of static electricity static eliminating apparatus has been greatly expanded.
또한 통상의 엑스레이 발생 장치는 음극부의 핀이 수직 설치된 세라믹제 스템(Stem, 진공 튜브라고도 함)부와, 하면에 타겟 금속이 증착된 출사창을 세라믹제 밸브로 지지하여 서로 납땜하고, 집속 전극을 세라믹제 밸브의 내주면을 따라서 배치하는 동시에 집속 전극의 하단부를 스템부와 밸브로 끼워진 구성을 갖는다. 즉, 세라믹 부품을 2군데에 사용하고 있으므로 취급에 주의가 필요하다.
The conventional X-ray generating apparatus also includes a ceramic stem (also referred to as a stam (vacuum tube)) portion in which the pin of the cathode portion is vertically installed and an outgoing window in which a target metal is deposited on the lower surface thereof by soldering with a ceramic valve, And the lower end of the focusing electrode is sandwiched between the stem portion and the valve. In other words, the ceramic parts are used in two places.
또한, 종래의 엑스레이 발생 장치는 제조비용을 저렴하게 하는 것이 곤란하다. 스템측과 출사창측 모두 납땜작업을 할 필요가 있으므로 제조에 시간이 걸릴 수 밖에 없다.
Further, it is difficult to reduce the manufacturing cost of the conventional X-ray generating apparatus. Since both the stem side and the outlet side need to be soldered, it takes time to manufacture.
또한, 일반적으로 엑스레이 발생 장치는 스템측과 출사창측의 양측에서 사용하는 납제를 다른 특성의 것으로 할 필요가 있어 작업 공정이 복잡해지며, 이로 인해 양산성이 떨어지게 된다. 또한 출사창측과 세라믹제 밸브의 납땜 공정이 텅스텐코일(음극 필라멘트)을 음극핀에 설치하는 공정보다도 이후가 된다. 그로 인해 텅스텐 코일 및 텅스텐 코일을 고정한 음극핀을 고온에 노출시키게 되고, 텅스텐 핀과 음극핀의 고정부가 가열되는 문제점이 있다. 결과적으로 텅스텐 코일과 음극핀의 고정이 느슨해지는 현상이 나타나며, 이는 필라멘트의 특성 및 수명 열화의 문제로 나타나 신뢰성이 결여될 우려가 있게 된다.
Generally, the X-ray generator needs to have different characteristics of the pellets used on both the stem side and the exit window side, complicating the work process, thereby reducing the mass productivity. Further, the soldering process of the outlet window and the ceramic valve is later than the process of installing the tungsten coil (cathode filament) on the anode pin. As a result, the negative electrode pin fixing the tungsten coil and the tungsten coil is exposed to a high temperature, and the fixing portion of the tungsten pin and the negative electrode pin is heated. As a result, the fixing of the tungsten coil and the anode pin is loosened, which leads to a problem of the characteristics of the filament and deterioration of the service life, which may result in lack of reliability.
한편, 종래의 필라멘트를 이용한 열전자방출 엑스레이 발생 장치의 경우 일반적으로 음극과 양극의 2극형 구조(다이오드 구조)를 채택하고 있다. 좀 더 자세히 설명하면, 음극에서 전자가 방출되면 양극에 고전압을 인가하여 가속시키는 방식을 사용하기 때문에, 전자 집속 및 제어가 어려운 구조를 취하고 있다. 뿐만 아니라 필라멘트에서의 열전자 방출은 전방위 방출이 나타나므로 실제 양극에 도달하는 전자량의 효율은 극히 떨어질 수 밖에 없다.
On the other hand, in the case of a thermoelectronic emission x-ray generator using a conventional filament, a bipolar structure (diode structure) of a cathode and a cathode is generally adopted. More specifically, when electrons are emitted from a cathode, electrons are accelerated by applying a high voltage to the anode. Therefore, electrons are difficult to focus and control. In addition, the emission of hot electrons from the filament causes omnidirectional emission, so that the efficiency of the electrons reaching the actual anode is extremely inferior.
이러한 문제점에 대응하여 엑스레이 발생장치에서 음극 물질로 탄소나노튜브(carbon nanotube(CNT)), 탄소나노와이어(carbon nano wire), 탄소나노튜브 실(CNT yarn) 등이 사용되고 있다.
In response to these problems, carbon nanotubes (CNTs), carbon nano wires, and carbon nanotube yarns (CNT yarns) have been used as cathode materials in x-ray generators.
탄소나노튜브는 튜브 형태로 성장되는 미세 구조물로서 형태상 다양한 유형이 알려져 있다. 이러한 탄소나노튜브는 매우 우수한 전기적, 기계적, 화학적, 열적 특성을 가지며, 이러한 장점으로 인하여 음극 물질 뿐만 아니라 다양한 분야에 응용되고 있다. 탄소나노튜브는 낮은 일함수와 높은 종횡비(high aspect ratio)를 가지며, 그 선단(top end 또는 emission end)이 작은 곡률 반경을 가지기 때문에 매우 큰 전계강화인자(field enhancement factor)를 갖기 때문에, 낮은 포텐셜의 전계(electric field)하에서도 전자를 방출할 수 있는 특성을 갖고 있다.
Carbon nanotubes are microstructures grown in the form of tubes. These carbon nanotubes have very good electrical, mechanical, chemical and thermal properties and are being applied not only to cathode materials but also to various fields. Since carbon nanotubes have a low work function and a high aspect ratio and have a very large field enhancement factor because their top end or emission end has a small radius of curvature, And can emit electrons even under the electric field of the electron beam.
본 출원인은 이러한 탄소나노튜브의 어플리케이션으로서 2009년 10월 29일자로 "탄소나노튜브 실을 갖는 엑스레이 발생 장치"를 출원하였다. 이 출원은 탄소나노튜브 실(carbon nanotube(CNT) yarn)을 갖는 엑스레이 소스(X-ray source), 엑스레이 발생장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 엑스레이를 발생시키는 과정에서 탄소나노튜브 실에 작용하는 스트레스에 따른 손상을 억제하기 위해 엑스레이 소스는 외주면을 갖는 탄소나노튜브 실과, 탄소나노튜브 실의 외주면에 형성된 절연성 보호층을 포함하여 구성된다.
The present applicant filed a patent application entitled " X-ray generator having carbon nanotube yarn "on Oct. 29, 2009 as an application of such a carbon nanotube. The present application relates to an X-ray source having an X-ray source, a carbon nanotube (CNT) yarn, an X-ray generator and a method of manufacturing the same, In order to suppress damage due to stress, the x-ray source includes a carbon nanotube chamber having an outer circumferential surface and an insulating protective layer formed on the outer circumferential surface of the carbon nanotube chamber.
이와 같은 탄소나노튜브 실의 외주면에 절연성 보호층을 형성함으로써, 엑스레이를 발생시키는 과정에서 탄소나노튜브 실에 작용하는 과전류(highcurrent)나 아킹(arcing)과 같은 스트레스에 따른 꼬임풀림(un-twisted)과 같은 손상을 억제하고, 탄소나노튜브 실의 전계방출 효과를 향상시키고 사용 수명을 연상시킬 수 있다.
By forming an insulating protective layer on the outer circumferential surface of such a carbon nanotube chamber, an un-twisted stress due to stress such as high current or arcing acting on the carbon nanotube yarn during the process of generating X- Can be suppressed, the field emission effect of the carbon nanotube chamber can be improved, and the service life can be reminded.
그러나 전술한 출원에서는 탄소나노튜브 실의 선단을 이용하여 엑스레이를 발생시킴에 따라 엑스레이가 콘형태로 방출되므로, 이러한 엑스레이원을 악성 종양을 검사 및 치료에 사용되는 CT(단층촬영)에서 이용하기 위해서는 엑스레이 소스를 피사체의 주변으로 1도씩 회전시켜 조작해야만 하므로 조작의 불편함과 함께 고속촬영이 곤란하다는 문제점이 있었다.
However, in the above-described application, x-rays are generated in the form of cones by generating X-rays using the tips of carbon nanotube yarns. Therefore, in order to use such X-ray sources in CT (tomography) used for examination and treatment of malignant tumors Ray source has to be rotated by 1 degree to the periphery of the subject, so that it is inconvenient for operation and high-speed shooting is difficult.
또한 엑스레이 소스로부터의 엑스레이를 종양이나 암과 같은 비정상 조직에만 방사하는 브라키테라피 치료에서는 대상 조직 부근에 엑스레이 소스를 매우 삽입해야 하는데 이 경우 매우 작은 크기의 엑스레이 소스를 필요한다. 그러나 전술한 출원의 발명에서는 양전하가 충전되는 양극부가 음극부로부터 이격되어 외부에 형성됨에 따라 사실상 소형화가 불가능하여 브라키테라피 시술에는 적합하지 않다라는 문제점이 있었다.
In addition, brachytherapy treatments that radiate x-rays from an x-ray source only to abnormal tissues such as tumors or cancer require very large x-ray sources to be inserted near the target tissue, requiring a very small x-ray source. However, in the above-described invention of the present application, there is a problem that since an anode portion filled with a positive charge is separated from the cathode portion and formed outside, it is practically impossible to downsize it and is not suitable for brachytherapy.
본 출원인은 또한 전수한 문제점을 해결하고자 2009년 10월 28일자에 탄소나노튜브 실을 갖는 엑스레이 발생 장치를 출원하였다. 이 장치는 탄소 나노 튜브 얀을 유리관 내에 투입하고 유리관 내부에 양극으로서 금속층을 코팅하여 방사선을 유도하도록 구성된다.
The present applicant also filed an application for an x-ray generator having a carbon nanotube chamber on Oct. 28, 2009, in order to solve the inherent problems. The device is configured to introduce carbon nanotube yarn into a glass tube and to coat the metal layer as an anode in the glass tube to induce radiation.
그러나 이와 같이 유리관의 내측에 금속층을 균일하게 코팅함에 있어서 제조 단가등이 올라가는 문제점이 있었고, 또한 탄소나노튜브 실의 꼬임이 풀리거나 오랜 사용으로 인해 금속층 내 유지된 탄소나노튜브의 장력이 유실되어 음극으로 기능하는 탄소나노튜브 실과 양극으로 기능하는 금속층간에 쇼트로 인해 장비가 고장나는 문제점이 있었다.
However, when the metal layer is uniformly coated on the inner side of the glass tube, there is a problem in that the manufacturing cost increases. Also, since the twisting of the carbon nanotube yarn is loosened or the tension of the carbon nanotube held in the metal layer is lost due to long- There is a problem that the equipment is broken due to a short circuit between the carbon nanotube chamber functioning as an anode and the metal layer functioning as an anode.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다. 구체적으로 본 발명은 탄소나노튜브 실을 이용하여 방사상으로 엑스레이가 방출될 수 있는 초소형의 엑스레이 소스 및 이를 이용한 엑스레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. More particularly, the present invention provides a compact x-ray source capable of radiating x-rays in a radial manner using a carbon nanotube chamber, and an x-ray apparatus using the same.
또한 본 발명은 탄소나노튜브 실을 이용하여 방사상으로 엑스레이를 방출하면서 소형화가 가능한 구조의 엑스레이 소스 및 이를 이용한 엑스레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide an x-ray source having a structure capable of miniaturization while emitting x-rays in a radial manner using a carbon nanotube chamber, and an x-ray apparatus using the same.
또한 본 발명은 종래의 탄소나뉴튜브 실을 이용한 구조에서 유리관 내부에 금속층을 코팅하지 않고 방사선을 발생시킬 수 있는 엑스레이 소스 및 이를 이용한 엑스레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide an X-ray source capable of generating radiation without coating a metal layer in a glass tube in a structure using a conventional carbon nanotube seal, and an X-ray apparatus using the same.
또한 본 발명은 탄소나뉴튜브 실의 풀림이나 장력 유실로 인하여 탄소나노튜브와 금속층의 쇼트 현상을 방지할 수 있는 엑스레이 소스 및 이를 이용한 엑스레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide an x-ray source capable of preventing short-circuiting between a carbon nanotube and a metal layer due to loosening of a carbon nanotube yarn or loss of tension, and an x-ray device using the same.
전술한 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 하나의 양태에 따르면 탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스가 제공되고, 엑스레이 소스는, According to an aspect of the present invention, there is provided an X-ray source using a carbon nanotube chamber,
복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성되고 음의 전위(HV-)가 인가되기 위한 음극부; 및 상기 음극부의 둘레 주변에 양극부로서 형성되는 원통형상의 금속관부를 포함하고, 상기 탄소나노튜브 실과 상기 금속관부 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간은 진공상태로 유지되며, 상기 공간 내에는 금속관부의 내경보다 작은 직경을 갖고 중공부가 형성된 복수의 비드 구조물이 충진되고, 상기 탄소나노튜브 실은 상기 복수의 비드 구조물의 중공부를 통과해서 금속관부 내에 유지되는 것을 특징으로 한다.
A cathode portion formed by twisting a plurality of carbon nanotube yarns and adapted to apply a negative potential (HV-); And a cylindrical metal tube portion formed as an anode portion around the periphery of the cathode portion, wherein a space is formed between the carbon nanotube chamber and the metal tube portion, the space is maintained in a vacuum state, and the inside diameter of the metal tube portion A plurality of bead structures having a smaller diameter and hollow portions are filled, and the carbon nanotube yarns are held in the metal tube portion through the hollow portions of the plurality of bead structures.
본 발명의 전술한 양태에서 금속관부는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti), OFC(또는 무산소 동)에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
In the above-described embodiment of the present invention, any one selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), titanium (Ti), and OFC (or oxygen free copper) may be used.
전술한 양태에서 금속관부의 외측면에는 투명 절연층이 더 형성되는 것이 바람직하다.
In the above-described embodiment, it is preferable that a transparent insulating layer is further formed on the outer surface of the metal tube portion.
또한 전술한 양태에서 금속관부는 OFC이고, OFC는 1083℃의 융점과 20~300℃의 범위에서 17.6×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 것이 이용된다.
Also, in the above-described embodiment, the metal pipe portion is OFC, and OFC has a melting point of 1083 占 폚 and a thermal expansion coefficient of 17.6 占10-6 / 占 폚 in the range of 20 to 300 占 폚.
또한 전술한 양태에서 OFC는 20℃에서 1.71마이크로옴/cm의 전기 저항과 0.591메가지멘(megasiemens)/cm의 전기전도도를 갖는 것이 이용된다.
Also, in the above-described embodiment, OFC is used having an electrical resistance of 1.71 micro ohms / cm at 20 DEG C and an electrical conductivity of 0.591 megasiemens / cm.
본 발명의 다른 양태에 따르면 엑스레이 소스를 이용하여 엑스레이스를 발생하기 위한 엑스레이 발생장치가 제공되는데, 이 발생 장치는 According to another aspect of the present invention, there is provided an x-ray generator for generating x-rays using an x-ray source,
양의 전위(HV+)를 양극부에 인가하고, 음의 전위(HV-)를 음극부에 인가하기 위한 전위공급부;와 상기 양극부와 음극부를 포함하는 엑스레이 소스를 포함하고,A potential supply portion for applying a positive potential (HV +) to the anode portion and applying a negative potential (HV-) to the cathode portion, and an X-ray source including the anode portion and the cathode portion,
상기 엑스레이 소스는, 복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성되고 음의 전위(HV-)가 인가되는 음극부; 및 상기 음극부의 둘레 주변에 원통형상으로 형성된 금속관부를 포함하고, 상기 탄소나노튜브 실과 상기 금속관부 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간은 진공상태로 유지되며, 상기 공간 내에는 금속관부의 내경보다 작은 직경을 갖고 중공부가 형성된 복수의 비드 구조물이 충진되고, 상기 탄소나노튜브 실은 상기 복수의 비드 구조물의 중공부를 통과해서 금속관부 내에 유지되는 것을 특징으로 한다.
The x-ray source includes a cathode portion formed by twisting a plurality of carbon nanotube yarns and to which a negative potential (HV-) is applied; And a metal tube portion formed in a cylindrical shape around the periphery of the cathode portion, wherein a space is formed between the carbon nanotube chamber and the metal tube portion, the space is maintained in a vacuum state, and a diameter smaller than an inner diameter of the metal tube portion And a plurality of bead structures each having a hollow portion are filled, and the carbon nanotube yarn passes through the hollow portion of the plurality of bead structures and is held in the metal tube portion.
전술한 양태에서 금속관부는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti), OFC(또는 무산소 동)에서 선택된 어느 하나가 이용된다.
In the embodiment described above, any one selected from aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), titanium (Ti), and OFC (or oxygen free copper) is used.
또한 전술한 양태에서 금속관부의 외측면에는 투명 절연층이 더 형성되는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that a transparent insulating layer is further formed on the outer surface of the metal tube portion in the above embodiment.
전술한 양태에서 금속관부는 OFC이고, OFC는 1083℃의 융점과 20~300℃의 범위에서 17.6×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는 것이 이용된다.
In the above embodiment, the metal pipe portion is OFC, and OFC has a melting point of 1083 캜 and a thermal expansion coefficient of 17.6 10 -6 / 캜 in the range of 20 to 300 캜.
또한 전술한 양태에서 OFC는 20℃에서 1.71마이크로옴/cm의 전기 저항과 0.591메가지멘(megasiemens)/cm의 전기전도도를 갖는 것이 이용된다.
Also, in the above-described embodiment, OFC is used having an electrical resistance of 1.71 micro ohms / cm at 20 DEG C and an electrical conductivity of 0.591 megasiemens / cm.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 실의 둘레부로부터 전자가 방출되어 그 둘레에 OFC 금속층에 입사되어 엑스레이가 방사됨에 따라 방사형상으로 엑스레이가 방출될 수 있고, 또한 탄소나노튜브 실의 둘레에 양극부가 직접 형성됨에 따라 소형화가 가능하며 또한 유리관 내부에 금속층을 형성하지 않기 때문에 제조 단가가 감소되는 효과가 얻어질 수 있다.
According to the present invention, electrons are emitted from the periphery of the carbon nanotube yarn, and are incident on the OFC metal layer around the carbon nanotube yarn. As the x-ray is radiated, x-rays can be emitted radially, It is possible to achieve miniaturization with the direct formation, and the manufacturing cost can be reduced because the metal layer is not formed in the glass tube.
또한 본 발명에 따르면 탄소나노튜브 실과 금속관 사이에 비드 구조물이 제공됨에 따라 탄소나노튜브의 꼬임 풀림이나 장력 유실로 인한 전기적 쇼트 현상을 방지할 수 있다는 효과가 얻어질 수 있다.
According to the present invention, since a bead structure is provided between the carbon nanotube chamber and the metal tube, an effect of preventing electrical short-circuiting due to twisting of the carbon nanotubes or loss of tensile strength can be obtained.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스레이 소스의 외관을 나타낸 사시도.+
도 1b는 도 1a에 따른 엑스레이 소스의 횡단면도.
도 1c는 도 1a에 따른 엑스레이 소스의 종단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 엑스레이 소스를 이용한 엑스레이 발생장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2b는 본 발명에 따른 엑스레이 발생장치에서 생성되는 엑스레이의 형상을 개략적으로 도시한 도면.1A is a perspective view showing an appearance of an X-ray source according to a first embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view of the x-ray source according to Fig.
1C is a longitudinal cross-sectional view of the x-ray source according to Fig.
FIG. 2A schematically illustrates an X-ray generator using an X-ray source according to the present invention; FIG.
FIG. 2B is a view schematically showing the shape of an X-ray generated in the X-ray generator according to the present invention. FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is thoroughly disclosed and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. And the present invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Moreover, terms used herein (to be referred to) are intended to illustrate embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Also, components and acts referred to as " comprising (or comprising) " do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소나노튜브 실을 가진 엑스레이 소스를 나타낸 도면으로, 도 1a는 엑스레이 소스의 외관 사시도, 도 1b는 도 1a에 도시된 엑스레이 소스를 선분 A-A' 방향으로 절단한 횡단면도, 도 1c는 도 1a에 도시된 엑스레이 소스를 선분 B-B' 방향으로 절단한 종단면도를 나타낸다.
1A is an external perspective view of an X-ray source, FIG. 1B is a cross-sectional view of an X-ray source shown in FIG. 1A as a line AA 1 ', and FIG. 1C is a vertical sectional view of the X-ray source shown in FIG. 1A cut along the line BB'.
도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이, 탄소나노튜브 실(200)은 원통형상을 가지며 엑스레이 소스로서 사용될 수 있는 길이로 적당히 선택될 수 있다. 탄소나노튜브 실(200)의 양단에 전위(HV-)가 인가되며, 탄소나노튜브 실의 둘레부에서 엑스레이 발생에 필요한 전자가 방출된다.
1A to 1C, the
탄소나노튜브 실(200)은 기판에 수직으로 성장시킨 탄소나노튜브에서 실을 인출 및 꼬아서(yarning) 형성할 수 있다. 본 명세서에서 별다른 언급이 없는 한 탄소나노튜브 실(200)은 복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성한 것으로 정의 된다.
The
탄소나노튜브 실(200)은 탄소나노튜브 실의 직경에 수직한 방향으로 도 2a에 도시된 바와 같이 전계를 인가하게 되면, 일반적인 탄소나노튜브가 선단에서만 전자를 방출하는 것과는 달리 전체 표면에서 전자를 방출하고, 진공중에서 전자방출의 단방향 직진성을 가지므로 매우 높은 효율을 제공할 수 있다.
2A, when the electric field is applied in the direction perpendicular to the diameter of the
도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 실(200)의 외측으로 금속관(120)이 형성된다. 금속관(120)은 그 표면에 투명 절연층(110)을 포함한다. 투명 절연층(110)은 바람직하게 유리로 형성되며, 금속관(120)은 전기전도성으로 알려진 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti), OFC(또는 무산소 동)에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있지만 본 발명에 이에 한정되는 것은 아니고 방사선 투과형의 금속이라면 어느 것이라도 포함할 수 있다. 그러나 바람직하게는 낮은 에너지의 방사선이 방출되는 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 무산소동(OFC), 특히 바람직하게는 무산소동이 이용되는 것이 좋다.
As shown in the figure, the
특히 무산소동은 정제된 고품질의 전기동(LME A등급, 순도99.99%)을 사용하여 진공 상태 또는 CO 가스에 의한 환원성 분위기 상태에서 용해 주조하여 산소함유량이10ppm 미만(ASTM기준)인 동을 말하며 일반 산소 함유 동보다 높은 도전율, 열전도도, 재 결정온도와 함께 우수한 가공성을 갖는다.
In particular, anaerobic copper refers to copper having less than 10ppm (ASTM) oxygen content by melting and casting in a vacuum state or a reducing atmosphere using CO gas using high quality copper alloy (LME A grade, purity 99.99%), And has excellent workability as well as high conductivity, thermal conductivity and recrystallization temperature.
이하의 표 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 실을 포함한 초소형 엑스레이 소스에 이용되는 무산소동의 주요 물리적 성질을 나타낸 표이다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 무산소동이 양극부로서 이용될 수 있는 한 다른 또는 유사한 범위의 물리적 성질을 가진 무산소동이 이용될 수도 있다.Table 1 below is a table showing the major physical properties of oxygen-free copper used in a micro-X-ray source including a carbon nanotube yarn according to the present invention. However, the present invention is not limited to this and an oxygen-free copper having another or similar range of physical properties may be used as long as oxygen-free copper can be used as the anode portion.
[표 1][Table 1]
다시 도 1b를 참조하면 탄소나노튜브 실(200)은 금속관(120)의 내측에서 유지되도록 형성되고 탄소나노튜브 실(200)과 금속관(120)의 사이에 공간이 형성되고, 이 공간은 절연성을 가진 밀봉부재(300)에 의해 밀봉되어 진공상태를 유지하도록 구성된다. 절연성의 밀봉부재(300)는 SiO2, MgO, BN, HfO2 및 AlN 중에 적어도 하나의 소재를 이용하여 형성될 수 있다.
Referring again to FIG. 1B, the
또한 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브 실(200)의 양단은 금속관(100)으로부터 돌출되어 형성되어 외부의 음전위(HV-)에 연결된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 금속관(100)의 양단부에 전극단자부를 형성하고 금속관(100)의 내측에서 전극단자부를 통해 전위를 인가받도록 형성될 수도 있다.
As shown in FIGS. 1A and 1B, both ends of the
도 1b에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 실(200)과 금속관(120) 사이에 공간이 형성되고 이 공간은 밀봉부재(300)에 의해 진공 상태를 유지하게 된다. 그러나 이와 같은 초소형(2~5mm)의 탄소나노튜브를 이용한 방사선 소스는 오랜 시간 사용시 꼬여진 상태의 탄소나노튜브 실의 꼬임이 풀리거나 장력의 유실로 인해 음극부로서의 탄소나노튜브 실이 양극부인 금속관(120)에 접촉되어 전기적으로 쇼트되고 결과적으로 장치가 동작하지 않게 된다.
1B, a space is formed between the
이를 방지하기 위해 본 발명에서는 탄소나노튜브 실과 금속관(120) 사이의 공간에 구형상의 비드 구조물(130)이 체워지고, 각각의 비드 구조물은 중공구조로 형성된다.
In order to prevent this, a
탄소나노튜브 실(200)은 금속관(120) 내에서 복수의 비드 구조물(130)의 중공을 꿰뚫고 지나감에 따라 금속관(120) 내의 비드 구조물(130)에 지지되게 된다. 따라서 이와 같은 구조에서 방사선 소스의 탄소나노튜브 실(200)을 장시간 사용하여 탄소나노튜브 실의 꼬임이 풀리거나 장력이 유실된다고 하더라도 해당하는 부분은 비드 구조물(130)의 중공부 내에 유지되기 때문에 전기적 쇼트가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
The
도 2a은 전술하여 설명한 엑스레이 소스들을 이용하여 구현한 엑스레이 발생장치를 나타낸 도면이다. 여기서 엑스레이 소스들은 하나의 금속관을 포함한다.
FIG. 2A is a diagram illustrating an X-ray generator constructed using the X-ray sources described above. Where the x-ray sources include one metal tube.
엑스레이 소스의 탄소나노튜브 실(이하 음극부라고 함)에는 전위 HV-가 인가되고, 탄소나노튜브 실을 감싸고 있는 금속관(120)에는 전위 HV+가 인가된다.
A potential HV- is applied to a carbon nanotube chamber (hereinafter referred to as a cathode portion) of the x-ray source, and a potential HV + is applied to a
이와 같은 본 실시예에 따른 탄소나노튜브 실(200)을 이용한 전자빔 또는 엑스-레이 발생 장치(100)에서 전자빔 또는 엑스레이를 발생시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.
A process of generating electron beams or x-rays in the electron beam or x-ray generator 100 using the
먼저 양극부로 이용되는 금속관(120)에 DC 전압(HV+)이 인가되고, 음극부(200)의 탄소나노튜브 실(200)의 양단에 전위(HV-)가 인가되면, 탄소나노튜브 실(200)의 외주면의 표면에서 전자가 방출된다. 이어서 탄소나노튜브 실(200)에서 방출된 전자는 양극부(120)으로 입사된다. 양극부(110)에 전자가 입사되면 도 2b에 도시한 바와 같이 금속부(120)에서 엑스레이가 방출되고 투명 절연층(110)을 통과해 방출된다.
The DC voltage HV + is applied to the
이와 같은 본 실시예에 따른 엑스레이 발생 장치는 음극으로 탄소나노튜브 실(200)을 이용하기 때문에, 상온에서 양극부인 금속부(120)에 고전압(HV++)이 인가되더라도 음극부(200)에서 전자가 방사상으로 방출된다.
Since the
음극에 인가되는 전위(HV-) 조절을 통하여 전자 발생 강도를 제어할 수 있고, 전자를 균일하게 발생시킬수 있다. 즉 전자방출을 결정짓는 음극과, 전자의 가속을 담당하는 양극부의 전위차 조절을 통하여 전자 발생 강도를 제어할 수 있다. 예컨대 사용 용도에 따라 전압을 높이고 전류를 낮추어 사용할 수도 있고, 반대로 전압을 낮추고 전류를 높여 사용할 수 있다.
The electron generation intensity can be controlled through the adjustment of the potential (HV-) applied to the cathode, and electrons can be uniformly generated. That is, the electron generation intensity can be controlled by controlling the potential difference between the cathode for determining electron emission and the anode for accelerating electrons. For example, the voltage can be increased and the current can be lowered depending on the application, or conversely, the voltage can be lowered and the current can be increased.
또한 본 실시예에 따른 엑스레이 발생 장치는 탄소나노튜브 실(200)을 감싸는 금속관의 외주면을 통해 방사상으로 엑스레이를 방출할 수 있고 또한 브라키테라피와 같은 조직근접치료에 적합한 초소형의 크기로 형성될 수 있다.
In addition, the x-ray generator according to the present embodiment can radiate x-rays radially through the outer circumferential surface of the metal tube surrounding the
탄소나노튜브 실(20)을 이용하면 전자가 균일하게 발생되어, 전자 발생 균일도가 가우시안(Gaussian) 형태를 이루어 매우 안정적으로 엑스레이를 방출할 수 있다.
When the carbon nanotube chamber 20 is used, electrons are uniformly generated, and the uniformity of electron generation is Gaussian, so that the x-ray can be emitted very stably.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the scope of the present invention should be construed as being covered by the following claims rather than being limited by the above embodiments, and all technical ideas within the scope of the claims should be construed as being included in the scope of the present invention.
110: 투명 절연층 120: 금속관
130: 비드 구조물 200: 탄소나노튜브실
300: 밀봉부재110: transparent insulating layer 120: metal tube
130: bead structure 200: carbon nanotube yarn
300: sealing member
Claims (10)
복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성되고 음의 전위(HV-)가 인가되기 위한 음극부; 및
상기 음극부의 둘레 주변에 양극부로서 형성되는 원통형상의 금속관부를 포함하고,
상기 탄소나노튜브 실과 상기 금속관부 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간은 진공상태로 유지되며, 상기 공간 내에는 금속관부의 내경보다 작은 직경을 갖고 중공부가 형성된 비도전성의 복수의 비드 구조물이 충진되고,
상기 탄소나노튜브 실은 상기 비도전성의 복수의 비드 구조물의 중공부를 통과해서 금속관부 내에 유지됨에 따라 금속관과 탄소나노튜브실의 전기적 쇼트가 방지되는 것을 특징으로 하는
탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스.
In an X-ray source using a carbon nanotube chamber,
A cathode portion formed by twisting a plurality of carbon nanotube yarns and adapted to apply a negative potential (HV-); And
And a cylindrical metal tube portion formed as an anode portion around the periphery of the cathode portion,
A plurality of non-conductive bead structures having a hollow portion smaller than an inner diameter of the metal tube portion are filled in the space, a space is formed between the carbon nanotube chamber and the metal tube portion, the space is kept in a vacuum state,
Wherein the carbon nanotube yarn is held in the metal tube portion through the hollow portion of the plurality of non-conductive bead structures to thereby prevent electrical short-circuiting between the metal tube and the carbon nanotube yarns
X - ray source using carbon nanotube.
상기 금속관부는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti), OFC(또는 무산소 동)에서 선택된 어느 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는
탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스.
The method according to claim 1,
Wherein the metal pipe portion is made of any one selected from aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), titanium (Ti), and OFC
X - ray source using carbon nanotube.
상기 금속관부의 외측면에는 투명 절연층이 더 형성된 것을 특징으로 하는
탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스.
3. The method of claim 2,
And a transparent insulating layer is further formed on the outer surface of the metal tube portion
X - ray source using carbon nanotube.
상기 금속관부는 OFC이고,
상기 OFC는 1083℃의 융점과 20~300℃의 범위에서 17.6×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는
탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스.
The method of claim 3,
The metal pipe portion is an OFC,
The OFC has a melting point of 1083 DEG C and a thermal expansion coefficient of 17.6 x 10 < -6 > / DEG C in the range of 20 to 300 DEG C
X - ray source using carbon nanotube.
상기 OFC는 20℃에서 1.71마이크로옴/cm의 전기 저항과 0.591메가지멘(megasiemens)/cm의 전기전도도를 갖는
탄소나노튜브 실을 이용한 엑스레이 소스.
5. The method of claim 4,
The OFC had an electrical resistivity of 1.71 micro ohms / cm at 20 DEG C and an electrical conductivity of 0.591 megasiemens / cm
X - ray source using carbon nanotube.
양의 전위(HV+)를 양극부에 인가하고, 음의 전위(HV-)를 음극부에 인가하기 위한 전위공급부;와
상기 양극부와 음극부를 포함하는 엑스레이 소스를 포함하고,
상기 엑스레이 소스는,
복수의 탄소나노튜브 실을 꼬아서 형성되고 음의 전위(HV-)가 인가되는 음극부; 및
상기 음극부의 둘레 주변에 원통형상으로 형성된 금속관부를 포함하고,
상기 탄소나노튜브 실과 상기 금속관부 사이에 공간이 형성되고, 상기 공간은 진공상태로 유지되며, 상기 공간 내에는 금속관부의 내경보다 작은 직경을 갖고 중공부가 형성된 비도전성의 복수의 비드 구조물이 충진되고,
상기 탄소나노튜브 실은 상기 비도전성의 복수의 비드 구조물의 중공부를 통과해서 금속관부 내에 유지됨에 따라 금속관과 탄소나노튜브실의 전기적 쇼트가 방지되는 것을 특징으로 하는
엑스레이 발생장치.
An X-ray generator for generating X-rays using an X-ray source,
A potential supply part for applying a positive potential HV + to the anode part and applying a negative potential HV- to the cathode part;
And an X-ray source including the anode portion and the cathode portion,
The x-
A cathode portion formed by twisting a plurality of carbon nanotube yarns and to which a negative potential (HV-) is applied; And
And a metal tube portion formed in a cylindrical shape around the circumference of the cathode portion,
A plurality of non-conductive bead structures having a hollow portion smaller than an inner diameter of the metal tube portion are filled in the space, a space is formed between the carbon nanotube chamber and the metal tube portion, the space is kept in a vacuum state,
Wherein the carbon nanotube yarn is held in the metal tube portion through the hollow portion of the plurality of non-conductive bead structures to thereby prevent electrical short-circuiting between the metal tube and the carbon nanotube yarns
X-ray generator.
상기 금속관부는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti), OFC(또는 무산소 동)에서 선택된 어느 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는
엑스레이 발생장치.
The method according to claim 6,
Wherein the metal pipe portion is made of any one selected from aluminum (Al), copper (Cu), molybdenum (Mo), gold (Au), titanium (Ti), and OFC
X-ray generator.
상기 금속관부의 외측면에는 투명 절연층이 더 형성된 것을 특징으로 하는
엑스레이 발생장치.
8. The method of claim 7,
And a transparent insulating layer is further formed on the outer surface of the metal tube portion
X-ray generator.
상기 금속관부는 OFC이고,
상기 OFC는 1083℃의 융점과 20~300℃의 범위에서 17.6×10-6/℃의 열팽창계수를 갖는
엑스레이 발생장치.
9. The method of claim 8,
The metal pipe portion is an OFC,
The OFC has a melting point of 1083 DEG C and a thermal expansion coefficient of 17.6 x 10 < -6 > / DEG C in the range of 20 to 300 DEG C
X-ray generator.
상기 OFC는 20℃에서 1.71마이크로옴/cm의 전기 저항과 0.591메가지멘(megasiemens)/cm의 전기전도도를 갖는
엑스레이 발생장치.10. The method of claim 9,
The OFC had an electrical resistivity of 1.71 micro ohms / cm at 20 DEG C and an electrical conductivity of 0.591 megasiemens / cm
X-ray generator.
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