Abstract
A high-brightness electron beam source for a microfocus X-ray tube has been fabricated using a carbon-nanotube (CNT) field emitter. The electron source consists of cathode that includes a CNT field emitter, a beam-extracting grid, and an anode that accelerates that electron beam. The microfocus X-ray tube requires an electron beam with the diameter of less than 5 $\mu$m and beam current of higher than 30 $\mu$A at the position of the X-ray target. To satisfy the requirements, the geometries of the field emitter tips and the electrodes of the gun was optimized by calculating the electron trajectories and beam spatial profile with EGUN code. The CNT tips were fabricated with successive steps: a tungsten wire with the diameter of 200 $\mu$m was chemically etched and was subsequently coated with CNTs by chemical vapor deposition. The experiments of electron emission at the fabricated CNT tips were performed. The design characteristics and basic experimental results of the electron source are reported.
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 $\mu$m 이하, 빔전류가 약 30 $\mu$A 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 $\mu$m 의 텅스텐 와이어를 전기화학적으로 에칭하여 그 끝을 뽀족하게 만든 뒤 텅스텐의 끝 부분에 탄소나 노튜브를 화학기상법으로 증착하여 제작하였다. 제작된 탄소나노튜브를 이용하여 전자빔 인출실험을 수행하였다. 개발 중인 탄소나노튜브 팁을 이용한 고휘도 전자빔원의 설계 특성 및 기초 실험결과를 보고한다.
