경 X선 형광분석을 위한 모세관 광학소자 제작

조형욱(Hyungwook Cho),박병훈(Byunghoon Park),김용민(Yongmin Kim),최철희(Chulhee Choi),최성희(Seonghee Choi),김기홍(Kihong Kim),천권수(Kwonsu Chon) 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.6

경 X선 형광분석 기법에 사용되는 X선 튜브는 X선의 휘도가 낮아 분석의 정밀도가 떨어지고 분석 시간 또한 오래 걸린다. 모세관 집광소자를 이용하면 X선 휘도의 이득(gain)을 최소 10 이상 얻을 수가 있다. 모세관 광학소자는 8.4keV의 텅스텐 특성방사선을 효율적으로 집광할 수 있도록 설계되었다. 파이렉스 유리로 된 모세관 모재를 풀러 (puller)를 이용하여 45 g의 추에 650˚의 온도를 가하여 모세관 광학소자를 제작하였다. 모세관 광학소자의 제작은 총 460분이 소요되었으며 제작된 모세관 광학소자의 길이는 87 ㎜, X선 입사부의 직경은 300 ㎛, 출구부의 직경은 192㎛로 제작되었다. 제작된 모세관 광학소자를 경 X선 형광분석에 적용하면 황(S)과 같은 경원소 검출의 정밀도를 높일수 있을 것이다. An X-ray tube used an X-ray fluorescence analysis system has a low X-ray photon intensity which results in reducing measurement accuracy and increasing exposure time. These shortages can be overcame by using a monocapillary optics. A monocapillary optics was optimally designed for focusing the characteristic X-ray of tungsten (8.4 keV). The monocapillary optics can achieve a gain of 10 at the least. The monocapillary optics was fabricated by using puller and pyrex glass, raw material. In fabrication, a weigh of 45g and a temperature of 650˚ was loaded. The total fabrication time was 460 minutes. The fabricated capillary had 87 ㎜ in length and maximum diameter of 300 ㎛ and minimum diameter of 192 ㎛. When the fabricated monocapillary optics is applied to an X-ray fluorescence analysis system, the detection accuracy for soft elements, for example sulfur (S), will be improved.

경 X선 형광분석을 위한 모세관 광학소자 제작

조형욱,박병훈,김용민,최철희,최성희,김기홍,천권수 한국방사선학회 2011 한국방사선학회 논문지 Vol.5 No.5

경 X선 형광분석 기법에 사용되는 X선 튜브는 X선의 휘도가 낮아 분석의 정밀도가 떨어지고 분석 시간 또한 오래 걸린다. 모세관 집광소자를 이용하면 X선 휘도의 이득(gain)을 최소 10 이상 얻을 수가 있다. 모세관 광학소자는 8.4keV의 텅스텐 특성방사선을 효율적으로 집광할 수 있도록 설계되었다. 파이렉스 유리로 된 모세관 모재를 풀러 (puller)를 이용하여 45 g의 추에 650˚의 온도를 가하여 모세관 광학소자를 제작하였다. 모세관 광학소자의 제작은 총 460분이 소요되었으며 제작된 모세관 광학소자의 길이는 87 mm, X선 입사부의 직경은 300 ㎛, 출구부의 직경은 192 ㎛로 제작되었다. 제작된 모세관 광학소자를 경 X선 형광분석에 적용하면 황(S)과 같은 경원소 검출의 정밀도를 높일 수 있을 것이다. An X-ray tube used an X-ray fluorescence analysis system has a low X-ray photon intensity which results in reducing measurement accuracy and increasing exposure time. These shortages can be overcame by using a monocapillary optics. A monocapillary optics was optimally designed for focusing the characteristic X-ray of tungsten (8.4 keV). The monocapillary optics can achieve a gain of 10 at the least. The monocapillary optics was fabricated by using puller and pyrex glass, raw material. In fabrication, a weigh of 45g and a temperature of 650˚ was loaded. The total fabrication time was 460 minutes. The fabricated capillary had 87 mm in length and maximum diameter of 300 ㎛ and minimum diameter of 192 ㎛. When the fabricated monocapillary optics is applied to an X-ray fluorescence analysis system, the detection accuracy for soft elements, for example sulfur (S), will be improved.

맘모그래피용 X-선 마이크로포커스 음극관 설계와 전자빔 시뮬레이션

박태영,이상석,강현충,장창실,박래준 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.10

The focusing tube of a microfocus X-ray cathode tube with a tungsten filament and target was designed for mammography. The orbit of the electron beam was calculated using OPERA-3D/SCALA S/W to analyze the performance and the resolution of the microfocus X-ray cathode tube. The simulation using a finite element analysis included the focusing tube model, the feature design, and the concrete coordinate. The fixed conditions were the applied voltage, the temperature, and the work function of thermal electrons between the cathode and the anode of tungsten. Through an analysis of the distribution of the electron beam for various dividing regions, an optimal X-ray focusing cathode tube was designed by inserting two different shielding block plates. 텅스텐 필라멘트와 타겟을 갖는 맘모그래피용 마이크로 포커스 X-선관의집속관을 설계하였다. OPERA-3D/SCALA SW 프로그램을 이용하여 X-선관의집속관으로부터 나오는 전자빔의 성능과 해상도를 분석하였다. 유한요소법으로 분할 표시한 X-선관의 집속관 모델링과 모양설계 및구체적인 좌표를 설정하고 전자빔 궤적을 시뮬레이션 하였다. 음극과양극인 텅스텐 타겟에 인가한 전압, 온도, 열전자 일함수 등의 조건을고정하였다. 첫 번째 집속관을 설계하고 시뮬레이션 한 후, 세어나가는미세전류를 막기 위한 방지판을 추가하는 방식을 선택하였다. 세가지의다른 집속관을 설계하여 집속관의 구조에 따른 전자빔의 분포와초점변화를 분석하여 마이크로포커스 음극선관 설계를 최적화 하였다.

3차원 X-ray 단층 화상을 이용한 스카른 광석의 정량분석 연구

정미희 ( Mi Hee Jeong ),조상호 ( Sang Ho Cho ),정수복 ( Soo Bok Jeong ),김영훈 ( Young Hun Kim ),박재구 ( Jai Koo Park ),금자승비고 ( Katsuhiko Kaneko ) 한국광물학회 2010 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.23 No.3

스카른 Zn-Pb-Cu 복합광석을 구성하는 주요 구성 광물의 정량분석을 목적으로, 마이크로 포커스 X-ray 단층촬영 장비를 이용한 스카른 복합광석의 3차원 비파괴검사를 수행하였다. X-ray 단층화상의 화상결함을 감소시키고자 제안된 화상보정법을 이용하여 화상들을 보정한 후에 3차원으로 재구성하였다. 주사전자현미경(SEM)에 의한 표면분석과 보정된 X-ray 단층화상을 비교하여 주요광물에 대한 CT 값의 범위를 결정하였다. 재구성화상 내 전체 광물의 체적비율을 분석한 결과, 황화광물 20.5%, 맥석광물 79.5%로 평가되었다. X-ray 3차원 단층화상 정량분석법은 광석 내 유용광물의 부존 형상과 회수율 분석에 유용하게 적용될 것으로 기대된다. A micro-focus X-ray computed tomography (CT) was employed to determine quantitative phase analysis of skarn Zn-Pb-Cu ore by nondestructive visualization of the internal mineral distribution of a skarn ore. The micro CT images of the ore were calibrated to remove beam hardening artifacts, and compared with its scanning electron microscope (SEM) images to set the threshold of CT number range covering sulfide ore minerals. The volume ratio of sulfide and gangue minerals was calculated 20.5% and 79.5%, respectively. The quantitative 3D X-ray CT could be applied to analyse the distribution of economic minerals and their recovery.

CR X-선 장비를 이용한 소아 사지 검사 시 튜브 초점 변화에 따른 영상의 화질 개선에 관한 연구

박순철(Soon-Chul Park),최성현(Sung-Hyun Choi),장윤태(Yoon-Tae Jang),이래곤(Lae-Gon Lee),황선광(Sun-Gwang Hwang) 대한영상의학기술학회 2014 대한영상의학기술학회 논문지 Vol.2014 No.1

목적 : 소아환자 사지 X-선 검사는 검사부위의 양 끝을 붙잡거나 고정하여 검사한다. 특히 Hand, Foot 부위 검사는 양 끝을 붙잡을 수 없으므로, 환자의 협조가 이루어지지 않는다면 운동불선예도로 영상의 번짐이 발생하여 재검사가 요구된다. 이에 본 논문은 협조가 되지 않는 소아환자의 사지 검사 시 X-선 튜브 초점을 변화하여 조사시간을 줄임으로써 운동불선예도로인한 영상의 화질 저하 를 개선하고자 한다. 대상 및 방법 : Philips Digital Diagnost VR 의 CR 장비와 본원의 소아 사지 검사조건인 44 kV , 3.2 mAs 를 이용하여 4 가지의 실험을 하였다. 첫 번째로 움직임에 따른 영상의 질적 변화를 관찰 하기 위하여, 370 ml/cc Iodine 을 Normal saline 과 1:2 로 혼합한 후 수액세트를 연결하여 혼합액 이 1 m 높이에서 자유낙하 되도록 설정하였다. 이때 수액조절기가 완전히 열린 상태로 혼합액을 자 유낙하 하여 대 초점과 소 초점으로 촬영된 영상의 번짐 부분을 측정하였다. 두 번째로 초점변화에 따른 영상의 기하학적 반음영을 평가하기 위하여 아크릴두께 1 cm 으로 소아 사지 팬텀을 제작하 였고, 팬텀의 중심부분과 가장자리 부분에서의 영상을 획득하였다. 세 번째로 획득된 영상은 Image J program 을 사용하여 PSNR을 측정하여 정량적분석을 하였고, 마지막으로 초점 별 ESD 를 통해 선량의 변화를 분석하였다. 결 과 : 첫 번째 실험인 수액세트 도구를 사용한 초점 별 영상의 번짐 길이는 대 초점이 평균 16.80 mm , 소 초점이 평균 47.30 mm 로 대 초점이 소 초점보다 영상 번짐의 길이가 1/3 짧게 나타나 64.5% 감소하였다. 두 번째로 기하학적 불선예도는 중심부분과 가장자리 부분 모두 육안으로 차이 를 확인할 수 없었다. 세 번째로 PSNR 분석에서 영상의 중심부위는 31.175 dB 로 차이가 없었으나, 가장자리 부위에서는 24.981 dB 로 차이를 보였다. 마지막으로 소 초점의 ESD 는 0.075 mGy , 대 초점의 ESD 는 0.083 mGy 로 10.7% 증가하였다 결 론 : 소 초점에서 대 초점으로 바꾸어 검사하면 조사시간이 약 1/3 로 감소되어 소아환자의 움직임으로 인한 번짐 현상을 64.5% 감소시킬 수 있다. 하지만 환자가 받는 선량이 미량 증가하며 기하학적 불선예도로 인해 영상의 가장자리 부위는 화질이 저하된다. 따라서 대 초점을 이용한 소아환자의 사지 X-선 검사는 협조가 힘든 불가피한 경우에 제한적으로 사용되어야 하고, 최적의 영상을 획득하기 위해선 검사부위와 조사야의 중심을 일치시켜 검사해야 한다. Purpose : Children patient s extremity X-ray examination is carried out by holding both ends of the exam part. Especially hand and foot examining could not have both ends fixed, the image will be blurred due to motion artifact if the patient does not cooperate well, calling for a reexamination. Thus this study wanted to enhance the blurred image resolution by changing the X-ray tube focus in order to reduce the exposure time. Subject and Method : Four tests were carried out using Philips Digital Diagnost VR s CR equipment, used at the hospital s children extremity exam condition of 44 kV , 3.2 mAs. First in order to observe the qualitative change, we mixed 370 ml/cc Iodine with normal saline at 1:2 ratio, connected it with a fluid set, and let it free fall from 1m. The fluid controller was perfectly open in order to capture the blurred field of the image during large and small focus. Second, in order to evaluate the geometrical penumbra effect according to the focus change, we made 1 cm thick acrylic children extremity phantom, and captured the image of the center and periphery of the phantom. The thirdly obtained image s PSNR was quantitatively measured with Image J Program, and the last was analyzed of dose change according to focus using ESD. Result : The first experiment, blurring length per focus using fluid set, had average large focus of 16.80 mm and small focus of 47.30 mm. The large focus had 1/3 shorter blurring length than the small focus, 64.5% decreased. Second, the geometrical unsharpness did not give differentiable change between the center and periphery. Third, although the center field s PSNR analysis did not have a difference (31.175 dB), the periphery had a difference, giving 24.981 dB. Lastly, ESD of the small focus was 0.075 mGy, while the large focus was 0.083 mGy, 10.7% increased. Conclusion : If changes from small to large focus, the exposure time reduces to 1/3, decreasing the blurring effect by 64.5%. However, ESD that the patient receives slightly increase, resulting in geometrical unsharpness with worse resolution at the periphery. Thus, large focus should only be used restrictedly when the patient does not cooperate on examination. The best image should be obtained through identical center point between examined body part and radiation field.

Coherent Diffraction Imaging Using Focused Hard X-rays

Sunam Kim,Sangsoo Kim,Su Yong Lee,Chan Kim,Yoonhee Kim,Do Young Noh,Shashidhara Marathe,Changyong Song,Marcus Gallagher-Jones,Hyon Chol Kang 한국물리학회 2016 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.68 No.9

A quantitative height profile image of a silicon nano-trench structure was obtained via coherent diffraction imaging (CDI) utilizing focused X-rays at a photon energy of 5.5 keV. The ability to optimize the spatial coherence and the photon flux density of a focused X-ray beam was the key technique for achieving such technical progress at a given X-ray photon flux. This was achieved by investigating the tunability of the focused beam’s optical properties and performing a CDI experiment with the focused X-rays. The relationship between the focused X-rays’ optical properties (e.g., photon flux density and spatial coherence length) and the incident beam’s size, which can be tuned by adjusting the slits in front of the Fresnel zone plate (FZP) was elucidated. We also obtained a quantitative image of a nano-trench sample produced via the reconstruction process of CDI, which utilizes carefully tuned, focused X-rays.

중공업용 X - ray 영상 검사 자동화를 위한 렌즈 초점 자동조절장치 개발

윤두용(Doo-Yong Yun),김인호(In-Ho Kim),박종현(Jong-Hyeon Park),김대광(Dae-Goang Kim) (사)한국CDE학회 2013 한국 CAD/CAM 학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.1

This paper introduces the development of auto-lens focusing system for automating X-ray image examination in heavy industry. The system constitutes with a focus control unit of worm and its gear, a motor, driving part of the motor and control part of the motor. The auto focus control unit is composed of worm and its gear that is appropriately assembled with the groove of lens. The worm gear is modeled using CATIA V5R20 and manufactured with rapid prototyping machine, and the prototype gives us a chance to find and revise the problem of the assembly. The software of the developed system is communicated with RS 232 network and controls the stepping motor, and rotates the lens to counterclockwise or clockwise direction. As a test result of the system, the auto-lens focusing system developed precisely rotates 0.5° in one rotation.

DUPIC 핵연료봉 봉단 용접부 건전성 확인을 위한 미세초점 X-선 투과시험에 관한 연구

김웅기,김수성,이정원,양명승 대한용접접합학회 2001 대한용접·접합학회지 Vol.19 No.1

DUPIC (Direct use of spent PWR fuel in CANDU reactors) nuclear fuel is a CANDU fuel fabricated remotely from spent PWR fuel materials in a hot cell. The soundness of the end closure welds of nuclear fuel elements is an important factor for the safety and performance of nuclear fuel. To evaluate the soundness of the end closure welds of DUPIC fuel element, a precise X-ray inspection system is developed using a micro-focus X-ray generator with an image intensifier and a real time camera system. The fuel elements made of Zircaloy-4 and stainless steel by an Nd:YAG laser welding and a TIG welding aye inspected by the developed inspection system. The soundness of the welds of the fuel elements was confirmed by the X-ray inspection process, and the irradiation test of DUPIC fuel elements has been successfully completed at the HANARO research reactor.

Electrostatic Focusing Lens Module With Large Focusing Capability in Carbon Nanotube Emitter-Based X-Ray Sources

Jae-Woo Kim,Min-Sik Shin,Jin-Woo Jeong,Jun-Tae Kang,Sungyoul Choi,Sora Park,Ji-Hwan Yeon,Seungjoon Ahn,Yoon-Ho Song IEEE 2015 IEEE electron device letters Vol.36 No.4

<P>We fabricated and analyzed an electrostatic focusing lens (FL) module comprising a micro-FL with many holes near the gate and a macro-FL of single aperture toward the anode for carbon nanotube (CNT) emitter-based X-ray sources. The micro-FL suppresses the divergence of the electron beams whereas the macro-FL governs the shape of the beam bundle. The FL module can be controlled over a wide range of gate and anode voltages while maintaining the focal spot. We achieved a small focal spot of 300 μm from CNT emitter dot arrays of 10 mm × 1.6 mm with line pairs of 3 lp/mm maintained for different anode voltages.</P>

기술보고 : 미소 촛점 X선 CT를 이용한 암석 내 공극의 분포 및 공극률 분석

정교철 ( Gyo Cheol Jeong ),( Manabu Takahashi ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.4

암석에서의 풍화 및 투수성은 방사성폐기물 지하동굴처분 및 암반구조물의 안정성 확보 및 장기적 관리측면에서 매우 중요한 역할을 한다. 이들 암석의 풍화 및 투수성은 암석의 내부구조 특성에 따라 크게 영향을 받는다. 즉 암석 내부의 공극, 미소크랙 등의 양적 정도에 의해 풍화가 빨리 진행되기도 한다. 또한 암석 내부구조의 양적 평가는 그 암석의 풍화 정도를 정량적으로 평가할 수 있는 수단이 되기도 한다. 따라서 암석의 내부구조를 3차원적으로 정확하게 파악한다는 것은 암반구조물의 장기적 관리 측면에서 매우 중요하다고 하겠다. 이 연구는 국내 신선한 화강암과 풍화된 화강암을 대상으로 X선 CT촬영을 실시하여 3차원적으로 공극의 분포를 분석하였다. 분석 결과는 암석 내부의 공극의 분포와 공극률을 잘 표현하고 있다. Weathering and permeability in rocks play a very important role in underground disposal of radioactive waste and their long-term management as well as stability security of rock structures. Weathering and permeability of rocks are largely controlled by the characters of inner structures of rocks. In other words, weathering rate can be accelerated depending on the quantity of pore and microcrack in rocks. Quantitative evaluation of inner structures of rocks can serve as a tool that can assess the degree of weathering of rocks. Therefore it can be said that the understanding of three dimensional distribution of the inner structure of rocks is important for long-term management of rock structures. This study was performed to analyze three dimensional distribution of pore in rocks using Micro Focus X-ray CT on fresh granite and weathered granite from Korea. Results of the analysis clearly show distribution of pore and porosity of the inner rock.