KR100789385B1 - 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선의 입사 효율 즉, 도파 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자는 마이크로 크기의 직경을 가지며 일정 길이를 갖는 다수의 모세관이 외부 표피에 의해 감싸져 다발 형태를 이루며, 상기 다발의 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지는 것을 특징으로 하며, 다수의 모세관으로 구성되는 모세관 다발에 있어서 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지도록 함으로써, 외곽부의 모세관에는 외부전반사 조건을 만족하는 엑스선 빔만이 입사하게 되어 엑스선의 입사 효율을 향상시키고 입사된 엑스선 빔은 모세관면을 투과하지 않고 모세관 다발의 끝단까지 전달되므로 전달효율을 증가시키게 된다.

엑스선, 엑스선 광학소자, 다중 모세관 다발, 엑스선 집속

Description

마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학 소자{X-ray optical device with micro-capillary tube}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 단면도.

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도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 측면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 단면 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10 : 다발의 중심부 20 : 다발의 외곽부
30 : 외부 표피 40 : 입사부
50 : 출사부

본 발명은 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엑스선의 입사 효율 즉, 도파 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자에 관한 것이다.

엑스선(X-ray)이 단결정에 조사되면 단결정 내부의 원자에 의해 규칙적인 형태로 반사된다. 이러한 현상을 이용하여 엑스선의 빔의 경로를 변경시킬 수 있는데 일 예로, 수십 나노미터의 박막을 수십층 적층하여 반사거울로 이용하고 있다. 최근에는, 마이크로미터(㎛) 크기의 직경을 가진 모세관을 다수개 모아 다발 형태로 만들어 이를 엑스선 광학렌즈로 이용해 오고 있다.

상기 마이크로미터 크기의 모세관에 입사하는 엑스선 빔은 입사각이 매우 큰 엑스선 빔만이 모세관에 입사되어 도파된다.
한편, 엑스선 빔의 분포 특성을 살펴보면 엑스선은 빔의 중앙에 집중되어 있다. 즉, 빔의 중앙으로부터 가장자리로 멀어질수록 빔의 밀도는 떨어진다.
그런데, 종래 기술에 따른 마이크로미터 크기의 모세관 다발은 각각의 모세관의 직경이 일정하다. 이에 따라, 모세관 다발을 향하여 엑스선을 조사하면 모세관 다발의 중심부에는 입사각이 크고 엑스선 빔의 밀도가 크기 때문에 엑스선 빔이 용이하게 입사되나, 모세관 다발의 외곽부에는 입사각이 작고 즉, 외부전반사 조건을 만족시키기 어렵고 엑스선 빔의 밀도가 작기 때문에 엑스선 빔이 모세관 내부로 입사하지 못하게 된다. 결과적으로, 엑스선 빔의 손실이 커지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 엑스선의 입사 효율 및 도파 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

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상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자는 마이크로 크기의 직경을 가지며 일정 길이를 갖는 다수의 모세관이 외부 표피에 의해 감싸져 다발 형태를 이루며, 상기 다발의 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지는 것을 특징으로 한다.
상기 다발의 길이 방향의 일단은 엑스선의 입사부로 정의되고 다른 일단은 엑스선의 출사부로 정의되며, 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이루어 상기 입사부의 반경과 출사부의 반경이 서로 다르다.
구체적으로, 상기 출사부의 반경이 상기 입사부의 반경보다 상대적으로 작도록 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이루거나, 상기 입사부의 반경이 상기 출사부의 반경보다 상대적으로 작도록 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이룰 수 있다.
한편, 상기 다발의 단면 구조는 6각형, 타원 및 원형 중 어느 한 형태일 수 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 다수의 모세관으로 구성되는 모세관 다발에 있어서 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지도록 함으로써, 외곽부의 모세관에 대한 입사각이 커지도록 하여 엑스선의 입사 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자는, 마이크로 크기의 직경을 가지며 일정 길이를 갖는 다수의 모세관이 다발 형태를 이루며 상기 다수의 모세관은 외부 표피(30) 감싸져 다발 형태가 유지된다. 여기서, 상기 각각의 모세관 및 외부 표피는 실리카 유리 또는 보로 실리카 유리로 구성될 수 있다. 참고로, 상기 각각의 모세관의 직경은 광원으로부터 발생되는 엑스선 빔의 파장 등을 고려하여 설계하는 것이 바람직하며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자의 단면 사진이다.
한편, 상기 외부 표피에 의해 감싸진 상기 모세관 다발은 직경 방향의 단면 구조는 일 실시예로 6각형, 타원, 원형 등의 형태로 구현될 수 있는데, 이하에서는 원형을 기준으로 설명하기로 한다.
상기 모세관 다발의 직경 방향의 단면 구조를 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 중심부(10)로부터 외곽부(20)로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아짐을 알 수 있다. 즉, 중심부에 위치한 모세관의 직경 크기가 가장 크며 외곽부에 가까울수록 모세관의 직경 크기가 작아진다.
이와 같이, 모세관 다발에 있어서 중심부(10)로부터 외곽부(20)로 향할수록 모세관의 직경 크기를 작아지도록 하는 이유는 엑스선 빔의 분포 특성 및 엑스선 입사 조건을 반영하여 엑스선 빔의 모세관으로의 입사 효율 즉, 도파 효율을 향상시키기 위함이다.
전술한 바와 같이, 광원으로부터 발생되는 엑스선 빔은 중앙 부위가 빔의 밀도가 가장 크며 가장자리로 갈수록 빔의 밀도가 떨어진다.
본 발명에 있어서, 중심부(10)의 모세관은 직경 크기를 상대적으로 크게 하고 외곽부(20)의 모세관은 직경 크기를 상대적으로 작게 함에 따라, 상기 외곽부의 모세관에 대한 입사각이 커지게 된다. 이에, 빔의 밀도가 높은 중앙 부위의 엑스선 빔은 기존과 같이 용이하게 중심부의 모세관으로 입사될 뿐만 아니라, 빔의 밀도가 낮은 가장자리의 엑스선 빔은 전반사 조건을 만족하는 엑스선빔 만이 작은 직경에 나누어 입사하게 되어 입사율이 향상됨과 함께 외부전반사 조건을 만족하며, 입사된 엑스선 빔은 입사후 모세관 벽을 투과하기 않고 전파되어 엑스선 빔 도파효율이 향상된다.
한편, 상기 모세관 다발의 길이 방향의 측면 구조를 살펴보면 도 2에 도시한 바와 같이 일단이 입사부(40)로 정의되고 다른 일단이 출사부(50)로 정의된다. 즉, 상기 입사부(40)로 엑스선 빔이 입사되어 모세관 내부를 도파하여 상기 출사부(50)로 출사된다.
도 2에 있어서, 상기 출사부(50)의 반경이 상기 입사부(40)의 반경보다 상대적으로 작음을 알 수 있다. 즉, 모세관 다발의 측면 구조가 테이퍼(taper) 형상을 이룬다. 이와 같이 모세관 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이룸에 따라 상기 외부 표피 내에 위치하는 각각의 모세관 역시 길이 방향을 따라 테이퍼 형상을 이루게 된다.
한편, 상기 출사부(50)의 반경을 입사부(40)의 반경보다 상대적으로 작도록 설정하는 이유는 상기 입사부로 입사된 엑스선을 출사부에서 수렴(convergence)하기 위함이며, 이를 통해 엑스선 렌즈를 구현할 수 있게 된다.
도 2에 있어서, 상기 출사부의 반경이 입사부의 반경보다 상대적으로 작게 설계한 것을 도시하였으나, 반대의 경우도 가능하다. 즉, 상기 입사부의 반경을 상기 출사부의 반경보다 상대적으로 작게 설계할 수도 있다. 이 경우, 출사부로부터 출사되는 엑스선 빔은 일정 거리 이격되어 출사되며 이를 통해 엑스선 평행광을 구현할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자는 다음과 같다.

다수의 모세관으로 구성되는 모세관 다발에 있어서 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지도록 함으로써, 외곽부의 모세관에 대한 입사각이 커지도록 하여 엑스선의 입사 효율을 향상시킴과 함께 엑스선의 도파효율도 개선시킬 수 있게 된다.
이와 같이 엑스선의 입사 효율이 향상됨에 따라, 고출력의 마이크로 크기의 집속된 엑스선 빔을 얻을 수 있게 되며, 이러한 집속된 엑스선 빔은 엑스선 광 영상기기와 엑스선 분석장치에 적용 가능하다. 또한, 엑스선 현미경에 적용될 경우, 집속된 엑스선 빔의 광자의 수가 매우 많아 실시간 엑스선 영상정보 디스플레이가 가능하며, 정지영상의 경우 방사선 조사량을 감소시킬 수 있어 생체에 피폭량을 줄여 생체에 손상을 줄일 수 있다.
덧붙여, 마이크로미터급 엑스선 빔 크기는 엑스선 분석 장치의 시료 크기를 최소화 할 수 있어, 미세 생체시료 준비에 요구되는 시간을 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 마이크로 크기의 직경을 가지며 일정 길이를 갖는 다수의 모세관이 외부 표피에 의해 감싸져 다발 형태를 이루며, 상기 다발의 중심부로부터 외곽부로 향할수록 모세관의 직경 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다발의 길이 방향의 일단은 엑스선의 입사부로 정의되고 다른 일단은 엑스선의 출사부로 정의되며, 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이루어 상기 입사부의 반경과 출사부의 반경이 서로 다른 것을 특징으로 하는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 출사부의 반경이 상기 입사부의 반경보다 상대적으로 작도록 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 입사부의 반경이 상기 출사부의 반경보다 상대적으로 작도록 상기 다발의 측면 구조가 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 다발의 단면 구조는 6각형, 타원 및 원형 중 어느 한 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로 모세관을 이용한 엑스선 광학소자.

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