KR20240048994A

KR20240048994A - X선 제너레이터

Info

Publication number: KR20240048994A
Application number: KR1020220128970A
Authority: KR
Inventors: 신승훈; 오성덕; 손우녕
Original assignee: 주식회사바텍; (주)바텍이우홀딩스
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2024-04-16

Abstract

본 발명은 X선 제너레이터에 관한 것으로서, 특히, 단일의 내부공간을 제공하는 탱크와; 에미터가 구비된 캐소드 전극, 타겟이 구비된 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 각각 포함하며 상기 내부공간에 적어도 일부가 실장되는 복수의 전극 세트;를 포함하고, 상기 애노드 전극, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 중 2개는 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고, 나머지 하나는 적어도 일부가 전기적으로 분리 가능한 것을 특징으로 하여, 단일의 탱크 내에 X선 소스를 각각 구성하는 전극 세트가 복수 개 모듈레이션되는 형태로 내장되므로 관리 및 유지보수를 매우 용이하게 수행할 수 있고, 복수의 전극 세트에 포함되는 전극 일부가 각각 공통 전극으로 공유되므로 전체적인 구성이 간소해져 컴팩트하게 구성될 수 있는 X선 제너레이터에 관한 것이다.

Description

X선 제너레이터 {X-RAY GENERATOR}

본 발명은 X선 제너레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일의 탱크 내에 X선 소스를 각각 구성하는 전극 세트가 복수 개 실장되어 개별적으로 X선을 생성할 수 있는 멀티 X선 제너레이터에 관한 것이다.

일반적으로 엑스레이(X-RAY)라 부르는 X선은 파장대 0.01~10nm, 주파수대 30×10¹⁵~30×10¹⁸Hz의 단파장 전자기파를 총칭한다. 이러한 X선을 이용하는 X선 촬영은 X선이 지닌 높은 투과력으로 촬영 대상의 내부를 투영 표시하는 방사선사진법(radiography)을 일컫는다.

잘 알려진 것처럼, X선은 물체를 투과하면서 광전효과(photoelectric effect), 콤프턴 산란(compton scattering) 등 물체의 재질, 밀도, 두께에 따른 감쇠 현상을 수반한다. 따라서 X선 촬영은 촬영대상을 통과하는 과정 중에 누적된 위치 별 X선 감쇠량을 기초로 촬영 대상의 내부구조를 평면에 투영 표시하고, 이를 위해서는 별도의 X선 촬영 장치(혹은 X선 촬영 시스템, 이하 동일합니다.)가 사용된다.

X선 촬영 장치는 X선을 생성 및 조사하는 X선 제너레이터(generator), 촬영 대상을 사이에 두고 X선 제너레이터와 대향하게 배치되어 촬영 대상을 통과하는 과정 중에 누적된 위치 별 X선 감쇠량을 검출하는 디텍터(detector)를 필수 구성요소로 한다.

이중 X선 제너레이터는 X선 소스(또는 X선 원, X선 튜브, X선 관, 이하 동일합니다.)를 포함하고, X선 소스는 높은 운동에너지를 지닌 전자를 텅스텐 등의 타겟(target)에 충돌시켜 X선을 생성한다. 참고로, 통상의 X선 제너레이터는 X선의 조사영역(FOV, Field Of View)을 제어하는 콜리메이터(collimator)를 포함할 수 있다.

이와 같은 X선 촬영 장치는, 최근 들어 그 활용 범위를 매우 넓히고 있는 추세이며, 이에 따라 통상적으로 활용되던 의료부문에서부터 재료과학부문, 우주물리학부문, 검사 및 관리부문 등 직간접의 유관산업 전 영역으로 광범위하게 확대되고 있다. 이에 발맞추어 X선 촬영 장치에 대해서도 고도의 휴대성과 현장 및 대상에 대한 적응성을 요구하고 있다. 일례로, 과거에는 주로 실내에 국한되던 엑스레이 촬영장소는 이미 실내외를 불문하며, 엑스레이 촬영대상 또한 인간의 신체 이외에 각종 천연물과 인공물에 이르기까지 다양하게 변화되고 있다.

한편, 일반적으로 X선 소스는 X선을 발생시키기 위한 전자 방출원으로 텅스텐 소재의 열음극을 사용하고 있으며, 고전압으로 텅스텐 필라멘트를 가열하여 전자를 방출시키고 방출된 전자를 애노드 전극 측의 타켓에 충돌시켜 X선을 발생시키는 구조로 되어 있다.

하지만, 이러한 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 X선 소스는 전자를 발생시키는 데에 많은 전력이 소모되며, 발생되는 전자가 스파이럴 구조를 갖는 텅스텐 표면에서 무작위로 방출되기 때문에 X선 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 X선이 조사되어 이용에 제약이 있었다.

이러한 종래의 열음극 엑스선 소스 장치의 문제점을 해결하고자 최근에는 냉음극 전자 방출원으로 탄소나노튜브(CNT) 등 나노 구조물을 이용한 X선 소스에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 탄소나노튜브를 이용한 X선 소스 장치는 종래의 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 X선 소스와는 달리 전자 방출 메카니즘이 전계 방출(electric field emission) 방식으로서, 기존의 열전자 방출 방식과 다르다. 탄소나노튜브 기반의 X선 소스는 텅스텐 필라멘트 기반의 열음극 X선 소스 장치에 비해 낮은 전압의 인가로 전자 방출이 가능하고, 방출되는 전자가 탄소나노튜브의 길이방향을 따라 방출되기 때문에 애노드 전극 측의 타켓을 향한 전자의 방향지향성이 우수하여 X선 방출 효율이 매우 높다. 또한 펄스형태의 X선을 방출시키는 것이 용이하여 저선량으로 X선 영상획득이 가능할 뿐만 아니라 X선 동영상의 촬영이 가능하여 치과 임플란트 검사 등과 같은 치과 치료용으로 활용 가능성이 매우 높다.

이와 같은, 전계 방출 X선 소스와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-1916711호(이하, 종래기술 1이라 합니다.)에 게재된 것이 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 종래기술 1은, 전계 방출 엑스선 소스(100)에 관한 것으로서, 튜브형의 스페이서(10)와, 스페이서(10)의 일단에 접합된 애노드 전극(20)을 포함한다. 스페이서(10)를 사이에 두고 애노드 전극(20)의 반대편에는 캐소드 전극(40)이 배치된다. 캐소드 전극(40) 상에 전자 방출원이 배치되는데, 전자 방출원은 별도의 에미터 기판(41)에 마련되어 캐소드 전극(40)에 결합 될 수도 있고, 캐소드 전극(40) 표면에 직접 형성될 수도 있다. 전자 방출원은 예컨대 카본나노튜브(CNT)와 같은 다수의 나노 구조물을 이용한 것일 수 있다. 카본나노튜브(CNT)를 이용한 전자 방출원의 경우 에미터 기판(41) 또는 캐소드 전극(40) 표면에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 다수의 카본나노튜브를 직접 성장시키거나, 카본나노튜브 페이스트를 도포한 후 소성하는 등의 방법으로 형성될 수 있다. 전자 방출원은 다수의 도트 패턴의 형태로서 복수의 열을 따라 일정하게 배치될 수 있다.

전자 방출원이 형성된 에미터 기판(41)과 애노드 전극(20)의 사이에는 게이트 전극(50)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(50)은 전자 방출원에 가깝게 배치되어 전자 방출을 일으키는 전계를 형성한다. 게이트 전극(50)은 전자 빔(E)이 통과할 수 있도록 다수의 게이트 홀(51)이 형성된 얇은 금속판 또는 금속 메쉬(mesh)의 형태로 구비될 수 있다.

애노드 전극(20)은 전자 방출원이 배치된 캐소드 전극(40)과 수십에서 수백 kV에 달하는 높은 전위차를 형성하여 가속 전극으로서의 역할을 수행함과 동시에 전자 방출원으로부터 방출되어 가속된 전자의 충돌에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 타켓의 역할을 겸한다. 이를 위해 애노드 전극(20)은 스페이서(10)의 내부에서 전자 빔(E)이 진행하는 방향에 대해 비스듬하게 경사진 엑스선 타겟면(21)을 갖는다. 엑스선 타겟면(21)에는 별도의 타겟 부재가 배치될 수 있다.

종래기술 1은 이와 같이 구성되어 전자 방출원에서 전자빔이 방출되어 게이트 전극(50)을 통과하고, 게이트 전극(50)을 통과한 전자빔이 애노드 전극(50)의 엑스선 타겟면(21)에 충돌하면서 엑스선이 방출될 수 있다.

또한, 종래의 X선 제너레이터와 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-2403161호(이하, 종래기술 2라 합니다.) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2022-0035717호(이하, 종래기술 3이라 합니다.)에 게재된 것이 있다.

종래기술 2는, 엑스선 조사 장치에 관한 것으로서, 엑스선 제너레이터를 갖는 본체, 및 상기 본체의 엑스선 방출구에 인접하게 장착되고, 사용시에 펼쳐져서 후방산란선을 차폐하고, 비 사용시에는 접혀 보관되는 가변 후방 차폐부를 포함하고, 상기 가변 후방 차폐부는, 상기 엑스선 방출구 둘레를 회전하는 회전링; 및 상기 회전링의 회전에 연동하여 접히거나 펼쳐지는 다수의 차폐 블레이드를 포함하여 구성된다.

종래기술 3은, 엑스선 촬영 장치에 관한 것으로서, 엑스선 제너레이터, 제1 촬영 시 대상체를 사이에 두고 상기 엑스선 제너레이터와 마주보는 제1 센서부, 제1 센서부에 나란하게 배치되며, 제2 촬영 시 상기 엑스선 제너레이터로부터 방출된 엑스선의 조사범위를 재조정하는 콜리메이터, 상기 제2 촬영 시 상기 콜리메이터와 상기 대상체를 사이에 두고 상기 엑스선 제너레이터와 대향하는 제2 센서부를 포함하여 구성된다.

일반적으로 종래기술 1 내지 종래기술 3의 경우, 엑스선 제너레이터는, 단일의 X선 소스만을 구비하고 있다.

이로 인해 종래기술 1 내지 종래기술 3은 3차원 영상 혹은 촬영 위치를 달리해야 할 경우, 사용자가 움직여서 촬영 위치를 변경해야 하거나, 장치 자체의 별도 회전 구조를 통해 촬영 위치를 변경해야 하거나, 또한 이와는 달리 아예 장치 자체를 복수 개 마련한 상태로 원하는 위치에 배열하여 촬영해야 한다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0052596호(이하, 종래기술 4라 합니다.)에 게재된 것이 있다.

종래기술 4는, 피검사체를 사이에 두고 서로 대면하는 엑스선 디텍터와 엑스선원 발생부를 포함하는 엑스선 영상 촬영 장치로서, 상기 엑스선원 발생부는, 적어도 2개의 행과 적어도 2개의 열로 배열되며, 이웃하는 행들의 엑스선원들이 서로 다른 열에 배치되고, 이웃하는 열들의 엑스선원들이 서로 다른 행에 배치되는 다수의 엑스선원을 포함하여 구성된다.

일반적으로 종래기술 4의 경우, 다수의 엑스선원들이 각각의 엑스선 제너레이터로 구성되는 형태이다.

이러한 경우 다수의 엑스선원들에 문제가 발생하거나 다수의 엑스선원들에 대한 점검이 필요하면 불필요하게 엑스선 발생부 전체에 대한 유지보수가 이루어져야 하므로 유지보수가 매우 힘들다는 문제점이 있다. 또한, 다수의 엑스선원들이 각각 개별적으로 양극(애노드 전극), 게이트 전극, 음극(캐소드 전극)을 구비하는 전극 세트를 가져야 하므로 기기의 크기가 커질 수밖에 없고, 전체적인 구성이 복잡해지며, 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.

KR

10-1916711

B1

KR

10-2403161

B1

KR

10-2022-0035717

A

KR

10-2015-0052596

A

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단일의 탱크 내에 X선 소스를 각각 구성하는 전극 세트가 복수 개 모듈레이션되는 형태로 내장되므로 관리 및 유지보수를 매우 용이하게 수행할 수 있고, 복수의 전극 세트에 포함되는 전극 일부가 각각 공통 전극으로 공유되므로 전체적인 구성이 간소해져 컴팩트하게 구성될 수 있는 X선 제너레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 X선 제너레이터는, 단일의 내부공간을 제공하는 탱크와; 에미터가 구비된 캐소드 전극, 타겟이 구비된 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 각각 포함하며 상기 내부공간에 적어도 일부가 실장되는 복수의 전극 세트;를 포함하고, 상기 애노드 전극, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 중 2개는 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고, 나머지 하나는 적어도 일부가 전기적으로 분리 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애노드 전극과 게이트 전극은, 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고, 상기 캐소드 전극은, 적어도 일부가 전기적으로 분리 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애노드 전극, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 중 2개는, 각각 서로 물리적으로 연결되고, 나머지 하나는, 서로 물리적으로 분리된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극은, 각각 서로 물리적으로 연결되고, 상기 캐소드 전극은 서로 물리적으로 분리된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 타겟은, 상기 복수의 전극 세트에 대응되는 복수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애노드 전극에는, 상기 타겟을 각각 둘러싸는 격벽이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 격벽은, 일측이 개방된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 타겟은, 직선의 등간격으로 배열되거나, 상기 탱크 외부의 일 지점을 중심으로 하는 원의 호를 따라 등간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 캐소드 전극은, 적어도 일부가 각각 상기 탱크 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는 다음과 같은 장점이 있다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는, 단일의 탱크 내에 X선 소스를 각각 구성하는 복수의 전극 세트가 모듈레이션되는 형태로 내장되므로 유지보수를 매우 용이하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는, 복수의 전극 세트에 포함되는 전극 일부가 공통 전극으로 공유되므로 X선 제너레이터 자체의 전체적인 구성이 간소해져 컴팩트하게 구성될 수 있고, 생산성이 향상될 수 있는 동시에 제작 비용이 절감될 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는, X선이 생성되는 복수 개의 타겟이 X선 제너레이터의 외부, 일례로 디텍터 상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 호를 따라 등간격을 가지고 배열되므로 각각의 X선으로 촬영된 X선 영상이 동일한 확대율을 나타낼 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는, 복수의 타겟을 구비하고, 각각의 타겟을 둘러싸는 격벽을 형성함으로써 X선이 원치 않는 방향으로 산란되는 스캐터링(scattering) 현상을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 X선 제너레이터는, 복수의 전극 세트를 개별 제어하여 멀티 X선을 개별적으로 온/오프 제어 가능하다는 장점이 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 제너레이터를 도시한 사시도.
도 2는, 도 1에서 전측벽을 제거하여 도시한 사시도.
도 3은, 도 1의 A-A 부분을 절취하여 도시한 단면도.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 제너레이터의 복수의 전극 세트를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는, 복수 개의 타겟이 일 직선 상에 배열된 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은, 복수 개의 타겟이 원호 상에 배열된 상태를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 X선 제너레이터를 도시한 단면도.
도 8은, 종래의 엑스선 발생 장치에서 전계 방출 엑스선 소스의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

참고적으로 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형상들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형상들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 제너레이터를 도시한 사시도이다. 도 2는, 도 1에서 전측벽을 제거하여 도시한 사시도이다. 도 3은, 도 1의 A-A 부분을 절취하여 도시한 단면도이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 X선 제너레이터의 복수의 전극 세트를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 X선 제너레이터(10)는, X선 촬영 장치(미도시)에 내장될 수 있다. X선 제너레이터(10)는, 높은 운동에너지를 지닌 전자를 복수개의 타겟(target, 211)에 각각 충돌시켜 멀티 X선을 생성할 수 있다. X선 제너레이터(10)는, 다양한 분야에 걸쳐 사용될 수 있다. 예를 들어, X선 제너레이터(10)는, 각종 의료부문, 재료과학부문, 우주물리학부문, 검사 및 관리부문 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 특히, X선 제너레이터(10)는, 구강 단층 영상 합성(IO Tomo, Intraoral tomosynthesis)에 사용될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, X선 제너레이터(10)는, 탱크(100)를 포함할 수 있다. 탱크(100)는, 단일로 제공될 수 있다. 탱크(100)가 단일로 제공된다는 것은, 하나의 X선 제너레이터(10)가 단 하나의 탱크(100)만을 구비한다는 것일 수 있다. 탱크(100)는, X선 제너레이터(10)의 외관을 이루는 구성일 수 있다.

탱크(100)는, 전측판, 후측판, 좌측판, 우측판으로 이루어진 통의 형상으로 형성될 수 있고, 내부에 서로 연결된 단일공간(100a)을 정의할 수 있다. 즉, 탱크(100)는, 상면 및 하면이 개구면으로 형성될 수 있다. 탱크(100)는, 전체적으로 볼 때, 좌우 방향으로 길게 형성되는 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 탱크(100)는, 상하 높이 보다 전후 폭이 길게 형성될 수 있다. 탱크(100)는, 전면 및 후면이 탱크(100)의 전방면 일 지점을 향해 오목하게 구부러진 곡면 혹은 절곡되는 다각면으로 형성될 수 있다.

탱크(100)에는, 조사슬릿(101)이 형성될 수 있다. 조사슬릿(101)은, 후술할 복수의 타겟(211)에서 각각 생성되는 X선을 탱크(100)의 내부에서 외부로 통과시키기 위해 제공될 수 있다. 조사슬릿(101)은, 탱크(100)의 전측판 상부에 전후 방향으로 관통 형성될 수 있다. 조사슬릿(101)은, 좌우 방향으로 길게 형성되는 장공의 형태로 마련될 수 있다. 조사슬릿(101)에는, 베릴륨 등의 재질로 이루어진 윈도우(window)가 설치될 수 있다.

탱크(100)는, 세라믹(Ceramic)으로 형성될 수 있다. 이 경우 조사슬릿(101)은 밀폐된 형태를 나타내되, 다른 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 나타낼 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, X선 제너레이터(10)는, 복수의 전극 세트(200)를 포함할 수 있다. 전극 세트(200) 각각은, X선을 생성하는 X선 소스를 구성할 수 있다. 한 전극 세트(200)는, 하나의 X선 소스가 될 수 있다. 전극 세트(200) 각각은, CNT(Carbon Nano Tube, 탄소나노튜브) 등의 나노 구조물로 이루어진 에미터로부터 방출된 전자로 X선을 생성하는 전계 방출형 X선 소스를 구성할 수 있다.

전극 세트(200) 각각은, 에미터(미도시)가 구비된 캐소드 전극(230), 타겟이 구비된 애노드 전극(210), 캐소드 전극(230)과 애노드 전극(210) 사이에 배치되는 게이트 전극(220)을 포함할 수 있다. 전극 세트(200), 3극관 또는, 4극관 구조로 구성될 수 있다. 전극 세트(200) 각각은, 3극관 구조를 가질 경우, 앞서 말한 캐소드 전극(230), 게이트 전극(220) 및 애노드 전극(210)을 포함하여 구성될 수 있다. 전극 세트(200) 각각은, 4극관 구조를 가질 경우, 앞서 말한 캐소드 전극(230), 게이트 전극(220), 애노드 전극(210) 그리고 게이트 전극(220)과 애노드 전극(210) 사이에 배치되는 집속 전극(미도시)을 추가로 포함하여 구성될 수 있다.

전극 세트(200) 각각에 포함되는 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 캐소드 전극(230)은, 철·니켈·코발트 합금인 코바르(Kovar)로 형성될 수 있다.

전극 세트(200) 각각은, 탱크(100)에 내장될 수 있다. 전극 세트(220) 각각은 X선 소스로 기능할 수 있는바, 본 발명에 따른 X선 제너레이터(10)는 멀티 X선을 생성하는 멀티 X선 제너레이터가 될 수 있다. 즉, 전극 세트(200) 각각은, 단일의 탱크 내에서 각각 X선을 생성할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 X선 제너레이터(10)는 애노드 전극(210), 게이트 전극(220), 캐소드 전극(230) 중 2개는 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고, 나머지 하나의 적어도 일부는 전기적으로 분리될 수 있다. 일례로 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)은 각각 서로 전기적으로 연결될 수 있고, 캐소드 전극(230)은 적어도 일부가 전기적으로 분리될 수 있다.

이를 위해 구체적으로 본 발명에 따른 X선 제너레이터(10)는 애노드 전극(210), 게이트 전극(220), 캐소드 전극(230) 중 2개는 각각 서로 물리적으로 연결되고, 나머지 하나는 서로 물리적으로 분리될 수 있다. 일례로 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)은 각각 서로 물리적으로 연결되고, 캐소드 전극(230)은 서로 물리적으로 분리될 수 있다. 그리고 타겟은 복수의 전극 세트에 대응되는 복수로 구비될 수 있다.

설명의 편의상, 아래에서는 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)이 각각 서로 전기적/물리적으로 연결되고, 캐소드 전극(230)이 서로 전기적/물리적으로 분리된 경우로 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 애노드 전극(210)은, 탱크(100)의 상단에 위치할 수 있다. 애노드 전극(210)은, 양극부를 형성할 수 있다. 애노드 전극(210)은, 복수의 전극 세트에 걸쳐 단일의 판 형태로 제공될 수 있다.

애노드 전극(210)의 하단은, X선의 방출 방향을 고려하여 조사슬릿(101)을 바라보는 일측이 위에서 아래로 갈수록 조사슬릿(101)으로부터 멀어지는 경사면을 이룰 수 있고, 경사면에는 타겟(211)이 마련될 수 있다. 애노드 전극(210)의 경사면에 형성되는 타겟(211)은, 탱크(100)의 조사슬릿(101)과 유사한 높이에 위치할 수 있다. 타겟(211)은, 금속, 예를 들어, 텅스텐(tungsten)으로 형성될 수 있다. 타겟(211)은, 전극 세트(200)와 일대일 대응되게 복수로 구비될 수 있고, 애노드 전극(210)을 따라 좌우 방향으로 복수 개 배열될 수 있다. 타겟(211)은, 전극 세트(200)의 개수에 대응하는 개수로 제공될 수 있다.

애노드 전극(210)에는, 격벽(212)이 형성될 수 있다. 격벽(212)은, 애노드 전극(210)의 하단에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 격벽(212)은, 애노드 전극(210)의 경사면에서 하측으로 돌출되는 원통형 돌출부일 수 있다. 격벽(212)은, 스테인레스 스틸(Stainless steel)로 형성될 수 있다. 격벽(212)은, 각각의 타겟(211)을 둘러쌀 수 있다. 격벽(212)은, 각각의 타겟(211)에 대응하도록 제공될 수 있다. 격벽(212)은, 타겟(211)을 통해 조사되는 X선이 조사슬릿(101)측으로 방출될 수 있도록 적어도 둘레측 일부분이 일방향으로 개방되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 격벽(212)에는, 타겟(211)에 의해 생성되는 X선의 경로를 따라 내주면에서 외주면을 관통하도록 구멍 또는 절개부가 형성될 수 있다. 격벽(212)은, 타겟(211)을 통해 조사되는 X선이 원치 않는 방향으로 산란되는 스캐터링 현상을 막아줄 수 있다.

애노드 전극(210)은, 상판 테두리 부분이 탱크(100)의 상단 테두리에 올려져 맞닿은 채 브레이징(brazing) 방식 등을 통해 결합될 수 있다. 애노드 전극(210)은, 탱크(100)의 상단 개구면을 밀폐할 수 있다. 애노드 전극(210)의 상판 중앙 부분은, 하측으로 돌출하여 탱크(100)의 공간(100a) 내에 위치하고, 돌출된 중앙 부분의 하면에 타겟(211)이 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 게이트 전극(220)은, 탱크(100)의 하단에 위치할 수 있다. 게이트 전극(220)은, 후술할 캐소드 전극(230)의 에미터(미도시)로부터 전자 방출을 유도하여 타겟을 향하도록 하는 역할을 할 수 있다. 게이트 전극(220)은, 복수의 전극 세트에 걸쳐 단일의 판 형태로 제공될 수 있다.

게이트 전극(220)에는, 캐소드 전극에 일대일 대응되어 전자가 통과할 수 있도록 상하 방향으로 관통 형성되는 복수의 게이트홀(221)이 형성될 수 있고, 게이트홀(221)에는 에미터(미도시)에 구비된 CNT 등 나노구조물의 도트 패턴과 일대일 대응되는 홀이 구비된 게이트 메쉬(미도시)가 마련될 수 있다. 게이트홀(221) 및 게이트 메쉬(미도시)는, 전극 세트(200)가 복수로 제공됨에 따라 각각의 전극 세트(200)와 일대일 대응되게 좌우 방향으로 복수 개 배열될 수 있다. 게이트홀(221) 및 게이트 메쉬(미도시)는, 전극 세트(200)의 개수에 대응하는 개수로 제공될 수 있다.

게이트 전극(220)은, 둘레측에 형성된 플랜지 부분의 상면이 탱크(100)의 하단 테두리에 맞닿은 채 브레이징(brazing) 방식 등을 통해 결합될 수 있다. 게이트 전극(220)은, 탱크(100)의 하단 개구면을 밀폐할 수 있다. 게이트 전극(220)의 상부 일부분은, 탱크(100)의 공간(100a) 내에 위치할 수 있고, 이에 따라 게이트홀(221)은, 상단부가 공간(100a)과 연통될 수 있고, 하단부가 후술할 캐소드 케이스(231) 내부와 연통될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 캐소드 전극(230)은, 애노드 전극(210)에 대향하도록 게이트 전극(220)의 하부에 위치할 수 있다. 캐소드 전극(230)은, 음극부를 형성할 수 있다. 캐소드 전극(230)은, 복수의 전극 세트(200)에 대응하여 서로 전기적, 물리적으로 분리된 복수로 제공될 수 있다.

캐소드 전극(230)의 상단에는, 전자를 생성하여 방출하는 에미터(미도시)가 마련될 수 있다. 에미터(미도시)에는 CNT 등의 나노구조물로 이루어진 도트 패턴이 형성될 수 있다. 에미터(미도시)의 도트 패턴에서 생성된 전자는, 게이트홀(221)을 통과하여 타겟(211)측으로 이동할 수 있다.

캐소드 전극(230)은, 게이트홀(221)의 하단 둘레를 감싸도록 게이트 전극(220)의 하면에 결합되는 캐소드 케이스(231)에 결합될 수 있다. 캐소드 케이스(231)는, 탱크(100)의 외부에 위치할 수 있고, 캐소드 전극(230)은, 캐소드 케이스(231)에 결합되므로 캐소드 케이스(231)와 함께 탱크(100)의 외부에 위치할 수 있다. 캐소드 전극(230)은, 상판 테두리 부분이 캐소드 케이스(231)의 하단 테두리에 맞닿은 채 결합될 수 있다. 캐소드 전극(230)의 중앙부는, 캐소드 케이스(231)의 내부에 위치할 수 있다.

캐소드 전극(230')은, 도 7에 도시된 바와 같이, 탱크(100)의 내부에 마련될 수도 있다. 도 7을 참조하면, 캐소드 케이스(231')는, 탱크(100)의 하단 개구면을 완전히 밀폐하여 공간(100a)의 하부를 막는 하판 역할을 하고, 캐소드 전극(230')은, 캐소드 케이스(231')와 게이트 전극(220) 사이에 배치되는 형태로 탱크(100)의 내부 하단에 위치할 수도 있다.

전극 세트(200)는, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 캐소드 전극(230)을 포함하여 X선 소스를 구성할 수 있으며, 각각의 캐소드 전극(230)의 상단에 위치한 에미터(미도시)를 통해 방출된 전자는 각각의 게이트홀(221)을 통해 애노드 전극(210)측으로 가속되고, 가속된 전자를 애노드 전극(210)의 하단에 위치한 타겟(211)에 충돌하여 X선을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 발생되는 X선은, 조사슬릿(101)을 통해 X선 탱크(100)의 외부의 디텍터(300)를 향해 조사될 수 있다. 이를 위해 애노드 전극(210)에는 애노드 전압이, 캐소드 전극(230)에는 캐소드 전압이, 게이트 전극(220)에는 게이트 전압이 각각 인가될 수 있다. 애노드 전압을 V1, 캐소드 전압을 V2, 게이트 전압을 V3라 하면, V1>V3>V2의 전위차를 나타낼 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 세트(200)는, 전술했던 바와 같이, 탱크(100)에 복수로 내장될 수 있다. 복수의 전극 세트(200)는, 게이트 전극(220)을 공통 전극으로 공유할 수 있다. 또한, 복수의 전극 세트(200)는, 애노드 전극(210)을 공통 전극으로 공유할 수 있다. 또한, 복수의 전극 세트(200)는, 캐소드 전극(230)을 개별 전극으로 각각 하나씩 포함할 수 있다. 즉, 전극 세트(200)가 복수로 구성되더라도 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)은, 단일로 제공되고, 캐소드 전극(230)은, 전극 세트(200)의 수에 대응하여 동일한 수로 제공될 수 있다. 이에 따라, 복수의 전극 세트(200)에 대해 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)에는, 애노드 전압과 게이트 전압이 각각 공통 전압(common valtage)으로 인가될 수 있고, 각각의 캐소드 전극(230)에는, 개별적으로 캐소드 전압이 인가될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 전극 세트(200)는, 일곱 개의 전극 세트(200)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극 세트(200)는, 제1전극 세트(200a), 제2전극 세트(200b), 제3전극 세트(200c), 제4전극 세트(200d), 제5전극 세트(200e), 제6전극 세트(200f) 및 제7전극 세트(200g)를 포함할 수 있다.

제1전극 세트(200a), 제2전극 세트(200b), 제3전극 세트(200c), 제4전극 세트(200d), 제5전극 세트(200e), 제6전극 세트(200f) 및 제7전극 세트(200g)는, 공통의 애노드 전극(210)과 공통의 게이트 전극(220)을 각각 공유하고, 제1캐소드 전극(230a), 제2캐소드 전극(230b), 제3캐소드 전극(230c), 제4캐소드 전극(230d), 제5캐소드 전극(230e), 제6캐소드 전극(230f) 및 제7캐소드 전극(230g)을 각각 개별 적으로 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1전극 세트(200a)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제1캐소드 전극(230a)을 포함할 수 있다. 제2전극 세트(200b)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제2캐소드 전극(230b)을 포함할 수 있다. 제3전극 세트(200c)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제3캐소드 전극(230c)을 포함할 수 있다. 제4전극 세트(200d)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제4캐소드 전극(230d)을 포함할 수 있다. 제5전극 세트(200e)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제5캐소드 전극(230e)을 포함할 수 있다. 제6전극 세트(200f)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제6캐소드 전극(230f)을 포함할 수 있다. 제7전극 세트(200g)는, 도 4에서와 같이, 애노드 전극(210), 게이트 전극(220) 및 제7캐소드 전극(230g)을 포함할 수 있다.

이때, 애노드 전극(210)에 형성되는 타겟(211)과 게이트 전극(220)에 형성되는 게이트홀(221) 및 게이트 메쉬(미도시)는, 전극 세트(200)의 수 및 캐소드 전극(230)의 수에 대응하여 일곱 개씩 형성될 수 있고, 서로 대응하는 타겟(211), 게이트홀(221), 게이트 메쉬(미도시), 캐소드 전극(230)은, 수직 방향으로 대향하게 배치될 수 있다.

복수의 전극 세트(200)는, 이와 같이 구성되어 탱크(100)의 공간에 내장되도록 설치될 수 있고, 이로 인해 탱크(100)에는, 일곱 개의 X선 소스가 멀티 X선 소스로써 모듈레이션될 수 있다. 복수의 전극 세트(200)에 의해 멀티 X선 소스로 구성되는 각각의 X선 소스는, 제1 내지 제7캐소드 전극(230a ~ 230g)에 인가되는 캐소드 전압을 각각 개별 제어함에 따라 개별적으로 온/오프 제어 가능할 수 있다.

본 실시예에서는, 복수의 전극 세트(200)를 일곱 개의 세트로 설명하였지만, 복수의 전극 세트(200)는, 필요에 따라 그 수가 달라질 수 있다. 복수의 전극 세트(200)의 수가 달라질 경우, 이에 대응하여 타겟(211)의 수, 게이트홀(221)의 수, 게이트 메쉬(미도시)의 수 및 캐소드 전극(230)의 수도 달라질 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 애노드 전극(210)과 게이트 전극(220)을 각각 공통 전극으로 하고, 캐소드 전극(230)을 개별 전극으로 한다고 하였으나, 이와 달리 애노드 전극(210)과 캐소드 전극(230)을 각각 공통 전극으로 하고, 게이트 전극(220)을 개별 전극으로 할 수도 있고, 게이트 전극(220)과 캐소드 전극(230)을 각각 공통 전극으로 하고, 애노드 전극(210)을 개별 전극으로 할 수도 있다.

도 5는, 복수 개의 타겟이 일 직선 상에 배열된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6은, 복수 개의 타겟이 원호 상에 배열된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 애노드 전극(210)에 형성되는 복수 개의 타겟(211)은, 일정 배열을 갖도록 배열될 수 있다. 복수 개의 타겟(211)은, 직선 형태로 배열되거나, 곡선 형태로 배열될 수 있다.

도 5를 참조하면, 복수 개의 타겟(211), 예를 들면, 일곱 개의 타겟(211)이 X선 제너레이터(10)의 외부, 일례로 디텍터(300)의 수광면과 평행한 일 직선(L)을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 타겟(211)은, 디텍터(300)를 향해 X선이 조사될 수 있도록 각도를 달리할 수 있다.

도 6을 참조하면, 복수 개의 타겟(211), 예를 들면, 일곱 개의 타겟(211)이 X선 제너레이터(10)의 외부, 일례로 디텍터(300) 상의 일 지점(310)을 중심으로 하는 가상의 원의 호(C)를 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 타겟(211)은, 디텍터(300) 상의 일 지점(310)으로부터 모두 동일 거리에 위치할 수 있다. 이때, 각각의 타겟(211)은, 배열 상태로 인한 곡률로 인해 X선이 자연스럽게 디텍터(300)를 향해 조사될 수 있다. 복수 개의 타겟(211)이 도 6과 같이 배열될 경우, 탱크(100)는, 디텍터(300) 상의 일 지점(310)을 중심으로 하는 가상의 원의 호(C)에 대응하여 곡선 또는 다각형 형태의 구조로 형성될 수 있다.

도 5와 도 6에서는, 복수 개의 타겟(211)이 1열로만 형성되어 있으나, 복수 개의 타겟(211)은, 필요에 따라 좌우 방향을 따라 복수 열로 배열될 수도 있다. 이때, 전후로 상호 인접한 두 열의 타겟(211)들은, X선의 조사 시, 서로 간의 간섭을 피할 수 있도록 전후 방향으로 어긋나게 배열될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10: X선 제너레이터 100: 탱크
101: 조사슬릿 110a: 공간
200: 전극 세트 200a: 제1전극 세트
200b: 제2전극 세트 200c: 제3전극 세트
200d: 제4전극 세트 200e: 제5전극 세트
200f: 제6전극 세트 200g: 제7전극 세트
210: 애노드 전극 211: 타겟
220: 게이트 전극 221: 게이트 홀
230, 230': 캐소드 전극 230a: 제1캐소드 전극
230b: 제2캐소드 전극 230c: 제3캐소드 전극
230d: 제4캐소드 전극 230e: 제5캐소드 전극
230f: 제6캐소드 전극 230g: 제7캐소드 전극
231, 231':캐소드 케이스 300: 디텍터
301: 디텍터 상의 일 지점 L: 일 직선
C: 원의 호

Claims

단일의 내부공간을 제공하는 탱크;
에미터가 구비된 캐소드 전극, 타겟이 구비된 애노드 전극, 상기 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 게이트 전극을 각각 포함하며 상기 내부공간에 적어도 일부가 실장되는 복수의 전극 세트;를 포함하고,
상기 애노드 전극, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 중 2개는 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고, 나머지 하나는 적어도 일부가 전기적으로 분리 가능한,
X선 제너레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드 전극과 게이트 전극은, 각각 서로 전기적으로 연결 가능하고,
상기 캐소드 전극은, 적어도 일부가 전기적으로 분리 가능한,
X선 제너레이터.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드 전극, 상기 캐소드 전극, 상기 게이트 전극 중 2개는, 각각 서로 물리적으로 연결되고, 나머지 하나는, 서로 물리적으로 분리된,
X선 제너레이터.
제 3 항에 있어서,
상기 애노드 전극과 상기 게이트 전극은, 각각 서로 물리적으로 연결되고,
상기 캐소드 전극은 서로 물리적으로 분리된,
X선 제너레이터.
제 1 항에 있어서,
제1항에 있어서,
상기 타겟은, 상기 복수의 전극 세트에 대응되는 복수로 구비되는,
X선 제너레이터.
제 5 항에 있어서,
상기 애노드 전극에는, 상기 타겟을 각각 둘러싸는 격벽이 형성되는,
X선 제너레이터.
제 6 항에 있어서,
상기 격벽은, 일측이 개방된,
X선 제너레이터.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 타겟은, 직선의 등간격으로 배열되거나, 상기 탱크 외부의 일 지점을 중심으로 하는 원의 호를 따라 등간격으로 배열되는,
X선 제너레이터.
제 2 항에 있어서,
상기 캐소드 전극은, 적어도 일부가 각각 상기 탱크 외부로 노출되는,
X선 제너레이터.