탄소나노튜브를 이용한 고휘도 X-선원용 전자빔원 개발

Abstract

고휘도 마이크로빔 X-선원에 사용할 고휘도 전자빔원을 탄소나노튜브를 이용하여 설계, 제작하였다. 전자빔원은 탄소나노튜브 팁을 이용한 음극, 전자빔 인출용 그리드, 전자빔 가속용 양극으로 이루어진 삼극관 형태의 구조를 가진다. 설계된 휘도 값을 얻기 위하여 X-선 발생부에서의 전자빔 직경이 5 μm 이하, 빔전류가 약 30 μA 이상이 요구된다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위하여, EGUN Code를 이용하여 전자빔의 궤적 및 공간분포 등을 계산함으로써, 탄소나노튜브 팁 및 전자빔원의 구조 등을 최적화 하였다. 제작된 탄소나노튜브 팁은 직경 200 μm 의 텅스텐 와이어를 전기화학적으로 에칭하여 그 끝을 뾰족하게 만든 뒤 텅스텐의 끝 부분에 탄소나노튜브를 화학기상법으로 증착하여 제작하였다. 제작된 탄소나노튜브를 이용하여 전자빔 인출실험을 수행하였다. 개발 중인 탄소나노튜브 팁을 이용한 고휘도 전자빔원의 설계 특성 및 기초 실험결과를 보고한다.