KR102324260B1 - 선으로 정렬된 탄소나노튜브 및 게이트를 갖는 x선 소스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNT 팁과 게이트의 정렬을 빠르게 수행할 수 있어서, X선 소스의 제조 생산성을 향상시키고 CNT 팁과 게이트의 정렬 불량을 현저히 줄일 수 있는 X선 소스에 관한 것으로서, 전자방출용 CNT팁이 형성된 음극과, 상기 CNT 팁 상부에 배치되어 상기 전자방출 팁으로부터 전자를 여기시키기 위한 게이트를 갖는 X선 소스에 있어서, 상기 전자방출 팁은 하나 이상의 선형으로 음극 상에 코팅되고, 상기 게이트는 복수개의 도전체로 이루어져 인접한 도전체 사이에 상기 탄소나노튜브 팁이 대응하도록 정렬되는 X선 소스를 제공한다.

Description

선으로 정렬된 탄소나노튜브 및 게이트를 갖는 X선 소스{X-RAY SOURCE WITH CARBON NANO TUBE AND GATE LINEARLY ALIGNED TO EACH OTHER}

본 발명은 X선 영상을 얻기 위한 X선 소스의 전자 방출부에서 탄소나노튜브와 게이트의 정렬에 관한 것이다.

최근 들어, X선 발생장치의 소형화를 위해 탄소나노튜브(carbon-nano-tube, 이하CNT) 등의 나노물질을 이용한 X선 소스가 소개된바 있다. CNT는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루는 물질이며, 우수한 기계적 강도와 전기전도성을 가지고 있으며, 이로인해 뛰어난 전계 방출 특성을 가진다. 따라서, X선 장치의 X선 소스로 적용되는 경우, 저전력으로 실온에서도 전자빔(electron beam)을 방출할 수 있으며, 짧은 동작주기로 전자를 방출할 수 있어서, 효율적이며, 발생된 전자는 애노드를 향하여 방향성을 가지므로 전계제어 및 전계 집중효과가 매우 우수하다.

X선을 방출하기 위한 X선 소스는 전자를 제공하는 음극(cathode)와, 음극에서 제공된 전자를 여기시키는 게이트와, 게이트에 의해 여기된 전자를 양극으로 집중하여 가속하는 포커스와, 가속된 전자가 부딪혀 X선을 발생시키는 양극(anode)을 포함한다.

이하, 도 1 및 2를 참조하여 종래기술에 의한 X선 소스를 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브(carbon-nano-tube, 이하 "CNT"라 함)를 이용한 X선 소스는 (+)극이 연결되며, 텅스텐 등의 금속물질로 이루어져 전자가 부딪히면 X선을 방출하는 양극(11)을 포함한 양극부(10)와, (-)극이 연결되어 전자가 제공되며, 표면에 CNT 팁이 형성된 음극(21)과 음극(21) 표면의 전자를 여기시키기 위한 추가(+) 전기장을 형성하는 전극인 게이트(22) 및 게이트(22)에 의해 음극의 CNT 팁에서 방출된 전자를 양극의 중심부를 향해 가속시키도록 (+) 전기장을 형성하는 전극인 포커스(23)를 구비하는 음극부(20)와, 양극(10) 및 음극(20) 사이를 진공으로 유지시키며 음극부(20)의 CNT 팁에서 방출된 전자가 가속될 공간을 형성하며 세라믹으로 형성된 하우징(30)과, 양극(11)에서 방출된 X선이 투과하여 대상물로 조사되는 윈도우(40)으로 이루어진다.

도2에 도시된 바와 같이, 게이트(22)는 격자 형태의 메쉬(mesh) 구조이며, CNT 팁(24)은 음극(21) 상에서 상기 격자의 개구와 대응하는 위치에 정렬되어 코팅된다.

그러나 이와 같은 종래의 X선 소스에서는 게이트(22)의 메쉬구조 개구의 위치와 CNT 팁(24)의 위치가 대응되지 않으면, CNT 팁(24)에서 방출된 전자가 양극(11)까지 도달하지 못하고 게이트(22)에 흡수될 수 있는 문제점이 있다. 이 경우 전자 방출 효율이 현저히 떨어질 수 있어서, X선 출력 또한 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 게이트(22)와 CNT 팁(24)의 정렬은 X선 소스의 성능에 큰 영향을 미치므로 정렬을 게이트 격자의 두 개의 축방향을 따라 정밀하게 수행하여야 한다. 즉, 게이트(22)를 회전시켜 격자의 방향을 맞춘 후 게이트(22)를 평면상에서 2축 방향으로 이동시켜 게이트(22)의 개구와 CNT 팁(21)이 대응하도록 정렬하여야 한다. 이 과정에서 X선 소스 생선성이 낮아지고, 정렬 위치가 미세하게 오차가 있는 경우 불량률이 높아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CNT 팁과 게이트의 정렬을 빠르게 수행할 수 있어서, X선 소스의 제조 생산성을 향상시키고 CNT 팁과 게이트의 정렬 불량을 현저히 줄일 수 있는 X선 소스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서, 전자방출 팁이 형성된 음극과, 상기 전자방출 팁 상부에 배치되어 상기 전자방출 팁으로부터 전자를 여기시키기 위한 게이트를 갖는 X선 소스에 있어서, 상기 전자방출 팁은 하나 이상의 선형으로 음극 상에 코팅되고, 상기 게이트는 복수개의 도전체로 이루어져 인접한 도전체 사이에 상기 탄소나노튜브 팁이 대응하도록 정렬되는 X선 소스를 제공한다.

상기 전자방출 팁은 하나 이상의 직선 형태로 상기 음극 상에 코팅되며, 상기 게이트의 상기 도전체들은 직선 형태이며 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 전자방출 팁은 탄소나노튜브로 이루어질 수 있다.

전술한 본 발명에 따르면, 음극부를 조립하는 과정에서 선형으로 음극 상에 코팅된 CNT 팁의 길이 방향을 따라 게이트의 복수개의 도전체가 위치하도록 정렬하면 되기 때문에, 정렬작업을 신속히 수행할 수 있고, 정렬오차가 줄어들어 불량율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, CNT 팁은 음극상에 선형으로 코팅될 수 있으므로, 종래에 점 형태로 코팅된 경우에 비해 코팅된 표면적이 넓으므로 전자 방출량을 현저히 증대시키고, 나아가, 고출력의 X선을 방출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 CNT X선 소스를 도시한 개념도,
도 2는 종래기술에 따른 X선 소스의 CNT 팁과 게이트의 정렬관계를 도시한 평면도, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 X선 소스의 CNT 팁과 게이트의 정렬관계를 도시한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.

한편, 본 발명은 CNT 등의 나노물질을 이용한 X선 소스로서, 특히 전자방출 팁이 형성된 음극과 상기 전자방출 팁 상부에 배치되어 전자방출 팁으로부터 전자를 여기시키기 위한 게이트의 구성 및 작용에 특징이 있다. 따라서 이들을 제외한 나머지 구성은 일반적인 기술사상이 폭넓게 적용될 수 있는바, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 내용에 대해서는 불필요한 중복설명을 생략하는 대신 본 발명의 특징부에 대해 상세히 살펴본다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 음극부(120)에서, 음극(121) 상의 전자방출 팁, 일례로 CNT 팁(124)은 선형으로 도포되며, 게이트(122)는 일정간격으로 배치된 복수개의 선형 도전체로 이루어져 개구가 CNT팁(124)과 대응하는 위치에 정렬된다.

음극부(120)를 조립하는 과정에서 선형으로 음극(121) 상에 코팅된 CNT 팁(124)의 형성 방향, 다시 말해 CNT 팁(124)의 길이 방향을 따라 게이트(122)의 복수개의 도전체가 위치하도록 회전 시켜 CNT 팁(124)과 게이트(122)를 정렬 한 후, 상기 CNT 팁(124)의 길이 방향에 직교한 방향으로 이동시켜 CNT 팁(124)과 게이트(122) 사이 간격을 결정할 수 있으므로 게이트(122)의 정렬시간이 현저히 짧아질 수 있다.

또한, 도 3에서 CNT 팁(124)과 게이트(122)의 도전체의 방향이 정해지면 도면상에서 세로 방향의 위치만 조절하여 정렬하면 된다. 따라서, 게이트(122)의 정렬오차가 줄어들 수 있기 때문에 정렬 불량율이 현저히 떨어질 수 있다.

또한, CNT 팁(124)은 선형으로 코팅될 수 있으므로, 종래에 점 형태로 코팅된 경우에 비해 코팅된 표면적이 넓어질 수 있기 때문에, 전자 방출량을 현저히 증대시킬 수 있고, 결과적으로 종래 기술에 비해 더 높은 X선 출력을 낼 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 도면에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

10: 양극부 11: 양극
20, 120: 음극부 21, 121: 음극
22, 122: 게이트 23: 포커스
24, 124: CNT 팁

Claims (2)

1. 전자방출 팁이 형성된 음극과;
   상기 전자방출 팁으로부터 전자를 방출시키는 게이트 전극;
   상기 전자방출 팁에서 방출된 전자의 충돌에 의해 X선을 발생시키는 타겟이 형성된 양극을 포함하고,
   상기 게이트 전극은 상기 전자방출 팁과 상기 타겟의 사이에서 상기 전자방출 팁과 이격하여 배치되는 복수개의 서로 나란한 선형 도전체를 포함하여 상기 선형 도전체 사이로 적어도 하나의 이상의 선형의 개구를 제공하고,
   상기 전자방출 팁은 상기 선형의 개구와 일대일 대응 정렬되게 상기 음극 상에 하나 이상의 선형으로 형성되는 X선 소스.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자방출 팁은 탄소나노튜브를 포함하는 X선 소스.
   

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