Simulations of the Electron Beam Focusing Characteristics of an X-ray Source Structure with a Focusing Cup

(1)

Simulations of the Electron Beam Focusing Characteristics of an X-ray Source Structure with a Focusing Cup

T. D. Lee ^∗ · S.-R. Ryu

Department of Optical Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi 730-701, Korea

Y. C. Kim · I. T. Han

Samsung Advanced Institute of Technology, Yongin 446-712, Korea

(Received 9 December 2014 : revised 13 February 2015 : accepted 16 February 2015)

Focusing electron beams into a small focal spot on the anode surface in an X-ray tube is crucial for obtaining a fine spatial resolution in X-ray radiological images. We introduce a cup-shaped electrode and a planar electrode with a circular hole as focusing elements in an X-ray tube with a carbon-nanotube (CNT)-based field-emission cathode, and we study the focusing characteristics by using electron optics simulations. Focusing was severely limited by aberrations due to electrons originating from the outer region of the emitting area. Fine focusing was obtained by reducing the area of electron emission to the central region near the central axis. The geometrical parameters, including the spacing between the focusing elements and the shape of the cup electrode, were optimized.

PACS numbers: 79.70.+q, 85.35.Kt, 61.48.De

Keywords: CNT X-ray source, Field emission, Cup electrode, Simulation

Focusing Cup ù p § U À W ¥ u ð Ò Å ° Ë ÑÌ ¦ R º; c" e ¹ Å Ä k È ù m É Ò × ¤V R Ë S ö o Ú7 _T Ó Å

T

? ò 6 B ^∗ · © ¼) ç ó j u

F

K ¸/ B N õ @ / < Æ § F g r Û ¼% 7 / B N < Æõ , ½ ¨p 730-701

» ÷ 7 B x · Â 6 Ò - > ß Ì v

$ í 7 á x ½ + Ël Õ ü t" é ¶, 6 x 446-712

(2014¸ 12 Z 4 9{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 2 Z 4 13{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 2 Z 4 16{ 9 > F S X & ñ )

"

l oÛ ¼ ' a \ " f c ` ¦ ª F G ³ ð 0 A_ É r í& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q H כ É r Õ ª " l oÛ ¼ ` ¦ s 6 x # % 3 # Q t

H _ < Æ % ò © _ / B N ç ß ì r K 0 p x` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ ès . ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ > ~ ½ ÓØ ¦` ¦ s 6 x H

"

l oÛ ¼ ' a \ " f c ` ¦ ´ òÖ ¦& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q l 0 AK ( ¸ ª _ F G õ " é ¶+ þ A ½ ¨" í ` ¦ t H · û ª É r ó ø Í ¸

ª _ F G` ¦ & ñ l E $ Ý ¼ Ð í < Ê H ½ ¨ ¸\ ¦ [ O > ¦ F g < Æ r Ó ý t Y Us ` ¦ : x K Õ ª | 9 5 Å q : £ ¤$ í ` ¦

¶ ú

( R Ð ¤ . r Ó ý t Y Us õ 6 £ §F G 0 A_ \ p ' % ò % i © o A á ¤ \ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H c [ þ t s H Ã º

M :ë H \ | 9 5 Å q s d y > ] jô ÇH d` ¦ S X % i ¦, ~ ½ ÓØ ¦ % ò % i ` ¦ × æd » ¡ ¤ î r Â Òì r Ü ¼ Ð ] jô ÇK º

¡

§ Ü ¼ Ð+ Ã º \ ¦ þ j è o # ª ñô Ç | 9 5 Å q` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . ( F G õ | 9 5 Å q F G s _ ç ß õ (

F G _ + þ A © 1 p x` ¦ â < ÊÜ ¼ Ð+ | 9 5 Å q` ¦ þ j& h o % i .

234 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.

(2)

: r Ü ¼ Ð \ P ) a F K5 Å q 9 F ' pà Ô\ " f \ P & h Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H

\ ¦ 5 Å q # F K5 Å q ³ ð& h \ Ø æ[ t r & " l oÛ ¼ ` ¦ % 3 H .

"

l oÛ ¼ 5 Å q _ o\ ¦ : r ¸ o Ð Ä » ¸K Ù ¼ Ð r ç

ß & h 6 £ x ² ú s Ö ¼o ¦, è ¸ § 4 s Z } Ü ¼ 9, \ P x 9 Í ty

© u _ 9 כ ¹$ í M :ë H \ ß ¼l & | 9 Ã ºµ 1 Ú\ \ O Ü ¼ 9,

~

½ ÓØ ¦ ~ ½ Ó ¾ Ós ] j" Á @ / Ðs Ù ¼ Ð | 9 5 Å q` ¦ 0 Aô Ç 4 ¤ ¸ ú ô Ç

F G [ O > 1 p x # Q t ë H ] j& h [ þ t` ¦ .

ò

ø Í è ¸È ÓÚ Ô (carbon nanotube, CNT) ÐÂ Ò' > ~ ½ Ó Ø

¦ (field emission) ÷ & H \ ¦ s 6 x H " l oÛ ¼ ' a É r ©

: r \ " f · ú o Ð É r ¸ 0 p x ¦ è+ þ A o 0

p

x ½ + É כ Ü ¼ Ð l @ /÷ &# Q > hµ 1 Ï` ¦ 0 Aô Ç ½ ¨[ þ t s ´ ú §s '

÷

&# Q M ® o . 2001¸ Sugie 1 p x É r CNT\ ¦ s 6 x ô Ç " l oÛ ¼ µ 1 Ï Ò q

tõ s \ ¦ s 6 x ô Ç " l oÛ ¼ % ò © S \ 1 p q \ $ í / B N % i ¦ [1], 2002¸ University of North Carolina (UNC) ½ ¨ Õ ªÒ ¨

\

" f H 100 kHz s © _ ì ø Í4 ¤Ò ¦` ¦ t H " l oÛ ¼ ` O Û ¼_ µ

1 ÏÒ q t\ $ í / B N % i [2]. s Ð+ : x& h " l oÛ ¼ È ÓÚ Ô_ é ß

&

h

` ¦ F G4 ¤ ¦ Ê ë@ / 0 p x ô Ç è+ þ A " l oÛ ¼ È ÓÚ Ô_ 0 p x$ í s

S X ÷ &% 3 . 2004¸ Cheng 1 p x É r ns % ò % i r ç ß ì r K 0 p x _

CNT " l oÛ ¼ ' a` ¦ > hµ 1 Ï ¦, " l oÛ ¼ ¸Ø ¦` ¦ Ò q t^

ñ\ 1 l x l or & Ò q t^ _ 1 l x& h & ñ Ð\ ¦ % 3 H 1 l x& h ~ ½ Ó O É

% ò (dynamic radiography) r Û ¼% 7 ` ¦ ] jî ß % i Ü ¼ 9 [3], 2005¸ Zhang 1 p x É r > hZ > ] j# Q 0 p x ô Ç CNT × æ o è 6

£

§F G (multi-pixel cathode)` ¦ s 6 x # , l > & h î r1 l x \ O s

× æ È Ò y ` ¦ ] j/ B N H & ñ & h é ß 8 £ xO É % ò (stationary tomosynthesis) _ 0 p x$ í ` ¦ ] jî ß % i [4].

CNT _ > ~ ½ ÓØ ¦ \ l ì ø Íô Ç " l oÛ ¼ ' a` ¦ CT (computed tomography) r Û ¼% 7 \ Ö ¸6 x ¦ H ½ ¨[ þ t ¸ '

÷

&% 3 H X <, s ½ ¨[ þ t É r É r 1 l xÓ ü t ½ ¨\ Ö ¸6 x ½ + É s ß ¼

Ð CT Û ¼H - Ä »~ ½ Ó ` ¦ 0 Aô Ç n t _ O Ä »~ ½ Ó é ß 8 £ x O É

% ò (digital breast tomosynthesis, DBT) r Û ¼% 7 _ > hµ 1 Ï 1

p

x _ ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ' ÷ & ¦ e [5,6].

"

l oÛ ¼ F g " é ¶ _ [ O > \ " f c ` ¦ ª F G ³ ð \ É r

&

h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q H כ É r µ 1 ÏÒ q tô Ç " l oÛ ¼ Ü ¼ Ð % 3 # Qt H % ò

© _ / B N ç ß & h ì r K 0 p x` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ ès . _

~ ½ ÓØ ¦ É r B jr (mesh) + þ AI _ > s à Ô F G (gate elec- trode) s 6 £ §F G ³ ð \ + þ A$ í H l © \ _ K & ñ ÷ &t ë

ß ~ ½ ÓØ ¦ ) a c _ | 9 5 Å q É r > s à Ô F G õ ª F G s \

∗

E-mail: [email protected]

Fig. 1. (Color online) Schematics of an X-ray tube struc- ture with a cup electrode and a focus electrode. (a) 3-D view (b) Vertical cross-sectional view including the cen- tral axis.

+ þ

A$ í ÷ & H l © ì r íü < ' aº ) a . > s à Ô\ ¦ È Òõ H

[ þ t s µ 1 Ïí ß H íl ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ t Ù ¼ Ð > s à Ô F G ë

ß Ü ¼ Ð H c ` ¦ | 9 5 Å q ½ + É Ã º \ O ¦ | 9 5 Å q` ¦ 0 Aô Ç E $ Ý ¼ % i

½

+ É` ¦ Ã º' ½ + É Æ Ò& h F G` ¦ ¿ º# Q Õ ª l < Æ& h Ã º[ þ t

`

¦ þ j& h oK c _ ´ òÖ ¦& h | 9 5 Å q s 0 p x .

s

7 Hë H \ " f H c ` ¦ ª F G ³ ð _ É r í& h Ü ¼ Ð

| 9

5 Å q l 0 AK 6 £ §F G õ ª F G s \ ( + þ A © _ F G õ " é ¶ + þ

A ½ ¨" í ` ¦ t H · û ª É r | 9 5 Å q F G` ¦ C u ô Ç ½ ¨ ¸_ | 9 5 Å q :

£ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i . s ½ ¨ ¸ H { 9 7 á x _ q @ /g A+ þ A Einzel

&

ñ l E $ Ý ¼\ K { © 9 [7], ( F G É r c s | 9 5 Å q

F G \ ¸² ú l \ p o | 9 5 Å q` ¦ r H l 0 p x` ¦ ô Ç

. s ½ ¨ ¸\ " f F G _ C u ü < 0 A\ É r c

_ | 9 5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ F g < Æ r Ó ý t Y Us ` ¦ : x K ½ ¨

% i .

II. { ¢¨ | õ m Í S ö o Ú7 _T Ó Å ºü g Å

Figure 1 É r ( F G` ¦ t H " l oÛ ¼ F g " é ¶ _ c | 9 5

Å

q` ¦ 0 Aô Ç F G[ þ t _ C u \ ¦ Ð# ï r . y F G _ ß ¼l ü <

ç

ß ` ¦ Õ ªa Ë > 5 Å q \ Ð% i . Figure 1(a) H { 9 ^ & h + þ A ©

`

¦ Ð# Å Ò ¦, Fig. 1(b) H × æd » ¡ ¤` ¦ í < Ê H é ß ¸s

.

^ F G ½ ¨ ¸ H " é ¶: x+ þ A @ /g A$ í ` ¦ t H ½ ¨ ¸s .

(

F G (cup electrode) É r | 9 5 Å q ( (focusing cup)s ¦

¸ H X <, ¿ ºa 5 mm Ð" f 0 Aü < A A á ¤ \ y y t 2 £ § 15

mm ü < 10 mm_ " é ¶+ þ A ½ ¨" í ` ¦ t H ( + þ A © ` ¦ t 9

(3)

Fig. 2. (Color online) (a) Overall distribution of equi- potentials, and (b) spatial distribution of electric force on the electron in the region between the cup electrode and focus electrode. (V C = 350 V, V F = −300 V).

_ â y É r 63.4 ^◦ s . s ( É r CNT ¸ í÷ & H 6 £ § F

G Ü ¼ ÐÂ Ò' 50 µm 0 AA á ¤ \ 0 Au ô Ç . ( F G 0 AA á ¤ 5 mm 0 Au \ t 2 £ § 15 mm _ ½ ¨" í ` ¦ t H ¿ ºa 1 mm_

| 9

5 Å q F G (focus electrode)` ¦ é H .

c _ ³ ð& h s | ¨ c ª F G É r 6 £ §F G Ü ¼ ÐÂ Ò' 40 mm Z

} s \ 0 Au H כ Ü ¼ Ð & ñ % i ¦ # l \ ÷ & H 0

A H 50 kV Ð ¦& ñ % i . z ´] j " l oÛ ¼ ' a \ " f H ª F G \

"

f µ 1 ÏÒ q tô Ç " l oÛ ¼ s " l oÛ ¼ ' a µ 1 ÚÜ ¼ Ð ° ú Ã º e ¸2 ¤ ª F

G \ 12 ^◦ & ñ ¸_ â \ ¦ ¿ ºt ë ß , z ´] j ª F G × æd H % _

0 A ì r í H _ Ø Ôt · ú §l M :ë H \ [8], é ß í H o\ ¦ 0 A K

l Ö ¦ # Qt t · ú § É r ª F G` ¦ & ñ % i .

6 £

§F G 0 A\ " f c ` ¦ ~ ½ ÓØ ¦ r v H % i ½ + É` ¦ H B jr

>

s à Ô F G É r ( F G A A á ¤ ½ ¨" í õ 1 l x{ 9 ô Ç s Õ

ª Ð ç ß A A á ¤ 0 Au \ Z ~ s > | ¨ c כ s t ë ß c _

@ /| Ä Ì& h | 9 5 Å q 1 l x õ ' aº ) a y F G _ % i ½ + É` ¦ ¶ ú ( R

Ðl 0 AK > s à Ô F G É r \ O ¦ & ñ # , ( F G _ A

A á ¤ ½ ¨" í x 9 _ 6 £ §F G \ " f t 2 £ § 10 mm " é ¶+ þ A % ò % i ` ¦ CNT ¸ í ) a \ p ' Ð t & ñ # > í ß ` ¦ Ã º' % i .

r

Ó ý t Y Us \ H Ä »ô Ç כ ¹ èZ O (finite element method) \ l ì ø Íô Ç © 6 x > ì r$ 3 á Ô ÐÕ ªÏ þ Cob- ham _ Opera-3d\ ¦ s 6 x % i ¦, ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ { 9

< ÊÃ º H 5.0 eV\ ¦ 6 x % i [9]. ô Ç¼ # ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_

l © y © o β H È ÓÚ Ô_ f â , U ´s , ì r í x 9 ¸\

Ø Ôt ë ß 300Ü ¼ Ð & ñ % i [10].

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

è ^ \ " f + þ A& h 0 A x 9 l © ì r í\ ¦ Fig. 2 \ Ð% i . Õ ªa Ë >_ © S ! É r ( F G 0 A V ^C = 350 V s ¦, | 9 5 Å q F G 0 A\ ¦ V F = −300 V Ð ô Ç â Ä ºs .

Figure 2(a) H " l oÛ ¼ ' a ^ % ò % i _ 1 p x 0 A ì r ís

. ª F G Ü ¼ ÐÂ Ò' | 9 5 Å q F G \ © { © y î r / B M \ s

Fig. 3. (Color online) Electron trajectories in case (a) without focus electrode, (b) with focus electrodes at

−300 V, (c) with focus electrode at 0 V. Voltage of cup electrode is 350 V in (b) and (c).

Ø

Ôl t 1 p x 0 A É r _ 1 p x ç ß ¨ î s ¦ s כ É r l

© s _ ç H{ 9 > A A á ¤ ~ ½ Ó ¾ Óe ` ¦ _ p ô Ç . | 9 5 Å q

F G \ 0 >t " f × æd » ¡ ¤ H % _ 1 p x 0 A É r ¸F Km

?

/ 9 · ú ¦ A Ð ^ ¦2 ¤ ô Ç + þ A © ` ¦ t H X <, s כ É r × æd

»

¡

¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' Y O # Qt H ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð l © _ Ã º¨ î $ í ì r[ þ t s Ò q

t^ ` ¦ _ p ô Ç . s l © $ í ì r É r [ þ t` ¦ » ¡ ¤ A á ¤ Ü ¼ Ð

¸ Å Ò H j Ë µ` ¦ ] j/ B N > ) a . | 9 5 Å q F G _ \ P 2 ; ½ ¨" í ` ¦ t

A A á ¤ Ü ¼ Ð ? / 9 ¸ " f 1 p x 0 A É r 8¹ ¡ ¤ 8 A

Ð ^ ¦2 ¤ ô Ç + þ A © ` ¦ f ` ¦ ^ ¦ Ã º e H X < s H \ 6

x H l § 4 s » ¡ ¤ \ Ã ºf ô Ç A á ¤ Ü ¼ Ð 8 l Ö ¦ # Qf ` ¦ _ p

ô Ç . ½ ¨ ¸_ × æd » ¡ ¤` ¦ ` ¦ H \ H > 5 Å q K

" f » ¡ ¤ õ ê ø Íô Ç j Ë µ` ¦ 6 x # > á ¤ Ð 0 A Ð 5 Å q r v

¦, » ¡ ¤ \ " f # Á # Qè ß c \ H > 5 Å q K " f » ¡ ¤ A á ¤ Ü ¼ Ð ¸ [

þ

t s H j Ë µ` ¦ 6 x K Å Ò H ½ ¨ ¸ ½ + É Ã º e .

Figure 2(b) H ( F G õ | 9 5 Å q F G H % % ò % i \ " f

\ 6 x H l § 4 © ` ¦ Ð# ï r . ( F G _ A A á ¤

½

¨" í © o ü < | 9 5 Å q F G _ ½ ¨" í H % \ y y " é ¶+ þ Aõ

y + þ AÜ ¼ Ð ³ ðr ) a ¿ º % ò % i s Å Ò \ q K l § 4 s y ©

¦ Ã º¨ î $ í ì r s H % ò % i s . s / B M[ þ t É r % ò % i ? /_ É r 0

Au \ q K l § 4 s © @ /& h Ü ¼ Ð ß ¼ " f ~ ½ Ó ¾ Ó ¢ ¸ô Ç Ã º

¨ î

$ í ì r s ß ¼l M :ë H \ c _ | 9 5 Å q : £ ¤$ í \ & ñ & h

% ò

¾ Ó` ¦ Å Ò> ) a . " é ¶+ þ A % ò % i É r j Ë µs ¾ ú A á ¤` ¦ ¾ Ó Ù ¼ Ð s

/ B M s \ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H c É r » ¡ ¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' µ 1 Ïí ß

÷

& 9, | 9 5 Å q F G © o _ W 1 ¸ Â Òì r É r » ¡ ¤ A á ¤` ¦ ¾ Ó

H H Ã º¨ î $ í ì r` ¦ t Ù ¼ Ð s / B M` ¦ t H c s î ß A

á

¤ Ü ¼ Ð y © > 6 f# Qt > H % i ½ + É` ¦ ½ + É כ Ü ¼ Ð l @ / ) a

.

| 9

5 Å q F G _ > r F # Â Òü < 0 A c C & h \ p u

H @ /| Ä Ì& h % ò ¾ Ó` ¦ Ðl 0 Aô Ç r Ó ý t Y Us õ \ ¦ Fig. 3 \ Ð% i . Figure 3(a) H | 9 5 Å q F G \ O s ( F

G ë ß s e H â Ä º Ð" f ª F G \ p u t 3 l w H 0 Au \ " f

| 9

5 Å q ) a Ê ê r µ 1 Ïí ß ) a . Figure 3(b)ü < (c) H | 9 5 Å q F G

(4)

â

Ä º\ 8 y © > { 9 # Q ¦ Õ ª Ð K í& h ¸ 8 A A á ¤

\

+ þ A$ í ) a . ª F G \ í& h ` ¦ ë BÜ ¼ 9 í& h ` ¦ 8 = å J # Q` ¦

9 ¦ s \ ¦ 0 AK í& h 0 A\ ¦ ª (+)Ü ¼ Ð K " f Ã º¨ î

~ ½

Ó ¾ Ó l © $ í ì r` ¦ y èr & ½ + É כ s .

Figure 4 H s 9 כ ¹\ V C H 400 V Ð ¦& ñ ¦ V _F \ ¦ or v 9 > í ß ô Ç c _ C & h [ þ t _ r − z plot [

þ

t` ¦ Ð# ï r . Ð» ¡ ¤ É r z−» ¡ ¤ Ü ¼ Ð" f " l oÛ ¼ ' a _ » ¡ ¤ ~ ½ Ó

¾ Ó 0 Au \ ¦, [ j Ð» ¡ ¤ É r r−» ¡ ¤ Ü ¼ Ð" f × æd » ¡ ¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' _ Ã º f

o \ ¦ · p . (a), (b), (c), (d)\ " f V ^F H y y 1, 3, 5, 6 kV s . V F _ 7 £ x \ c _ í& h 0 Au

H & h ª F G` ¦ ¾ ÓK ` ¦ t ë ß ª F G \ É r & h Ü ¼ Ð í

&

h s ë B n = כ Ü ¼ Ð l @ /÷ & H V F = 6 kV _ â Ä º\ ¦ Ð

c \ ¿ º $ í ì r s e # Q" f » ¡ ¤ \ î r H í& h ` ¦ ë

Bt ë ß ¾ ú A á ¤ $ í ì r É r ¸y 9 ª F G \ H & h ` ¦ + þ A$ í >

÷

&# Q ] j@ / Ð í& h s ë By t · ú § H .

V _C = 400 V, V _F = 1 kV Fig. 4(a)\ ¦ Ð , c

É r z = 30.0 mm H % \ " f © É r & h Ü ¼ Ð ¸s ¦ Õ ª /

B

M \ " f c t 2 £ § É r 1.6 mm s . s í& h H % _ % ò

% i

` ¦ S X @ /K Ð \ p ' _ © o ü < × æ © Â Ò\ " f ~ ½ Ó Ø

¦ ÷ & H c _ C & h s © { © y 2 £ §` ¦ ^ ¦ Ã º e . © o

c É r íl \ » ¡ ¤ ¾ ú A á ¤ Ü ¼ Ð µ 1 Ïí ß Ã º§ 4 # H

»

¡

¤ c _ í& h Ð · ú ¡A á ¤ \ Ðl í& h (apparent focus) F a \ ¦ + þ A$ í ô Ç Ê ê F µ 1 Ïí ß ô Ç . CNT \ p ' _ × æ © Â

Ò\ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H H» ¡ ¤ c É r © o c Ð / B N ç ß & h

o s ` & h É r l © \ _ K 5 Å q ÷ &Ù ¼ Ð © o c

Ð 8 + 'A á ¤ \ H» ¡ ¤ í& h (paraxial focus) F p \ ¦ + þ A$ í ô

Ç . s Qô Ç ´ òõ H ½ ¨ F g < Æ E $ Ý ¼\ " f F g» ¡ ¤ Ü ¼ ÐÂ Ò' _

Z } s \ " f í& h s ² ú t H ½ ¨ Ã º (spherical aberration) ü < Ä » ô Ç ´ òõ Ð" f c _ | 9 5 Å q` ¦ ~ ½ ÓK ô

Ç [11].

Figure 4 _ y â Ä º\ @ / # c _ C & h ` ¦ S X @ /,

'

a ¹ 1 Ï # , Ðl í& h õ H» ¡ ¤ c _ í& h ` ¦ Z > ¸ Ð 8

£ ¤& ñ # Fig. 5\ Ð% i . Ðl í& h É r | 9 5 Å q F G 0

A\ Á º ' a > ª F G \ ¸² ú t 3 l w ô Ç . H» ¡ ¤ c É r V _F = 6 kV & ñ ¸\ " f ª F G \ í& h ` ¦ + þ A$ í t ë ß íl \ µ

1 Ïí ß H © o c s { 9 n í& h ` ¦ ë B É r Ê ê > 5 Å q µ

1 Ïí ß Ù ¼ Ð ² D G c s ª F G \ É r & h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q ÷ &

t

· ú § H .

Fig. 4. (Color online) r − z plots of electron beam tra- jectories at various voltages of focus electrode. Voltage of Focus electrode V F is (a) 1 kV (b) 3 kV (c) 5 kV (d) 6 kV. Voltage of cup electrode V C is fixed at 400 V. Inset in (a) is expanded view of rectangular area and shows the apparent focus F a and paraxial focus F p .

s

Qô Ç ë H ] j& h _ K ` ¦ 0 A # ½ ¨ ¸_ â ` ¦ ¿ º t

~ ½ Ó ¾ Ó\ " f r ¸ % i . Ä º í& h o \ ¦ 7 á § 8 U ´> l

0 Aô Ç ~ ½ Óî ß Ü ¼ Ð | 9 5 Å q F G _ 0 Au \ ¦ ª F G A á ¤ Ü ¼ Ð 2 mm

8 s 1 l x r ( . s s 1 l x Ü ¼ Ð ( F G õ | 9 5 Å q F G s l

o÷ &# Q í& h ` ¦ 0 A Ð = å J # Q` ¦ o H ´ òõ l @ /÷ &% 3 ¦, ± ú

(5)

Fig. 5. (Color online) Dependence of positions of ap- parent focus and paraxial focus on the voltage of focus electrode. Voltage of cup electrode V C is 400 V.

Fig. 6. (Color online) Dependence of focal position on the voltage of focus electrode V F when the voltage of cup electrode V C is 300, 350, 400 V.

É r | 9 5 Å q F G 0 A Ð Ðl í& h ` ¦ ª F G t = å J # Q` ¦w n = Ã

º H e % 3 Ü ¼ í& h _ t 2 £ §` ¦ 1.5 mm s Ð × ¦{ 9 Ã º H

\ O

` ¦ " é ¶ ;& h Ü ¼ Ð ] j l 0 AK ¿ º P : Ã º& ñ Ü ¼ Ð

Ç % i . s כ É r F g < Æ\ " f ¸o > h Ð H» ¡ ¤F g ë ß ` ¦

× þ

# Ã º \ ¦ × ¦ s H כ õ Ä » .

s

Qô Ç ¿ º t Ã º& ñ ` ¦ ô Ç ½ ¨ ¸\ " f ( F G 0 A 300, 350, 400 V y y \ @ /K | 9 5 Å q F G 0 A\ ¦ or v " f

>

í ß ô Ç í& h 0 Au _ o\ ¦ Fig. 6 \ Ð% i . ª F G ³ ð

| 9

Fig. 7. (Color online) (a) Electron Trajectories, (b) r − z plot of e-beam, (c) focal spot on the anode when V _C = 400 V, V _F = 6 kV.

É

r \ O # Qt ¦ H» ¡ ¤ c ë ß s ¸> ÷ & ¦ Õ ª\ ª F

G í& h _ t 2 £ § ¸ & ³$ y . ( F G 0 A 300, 350, 400 V \ @ /K + þ A$ í ÷ & H ª F G í& h _ t 2 £ § É r y y 160, 50, 40 µm Ð" f, % i r ( 0 A 400 V{ 9 M : © É r

&

h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q s s À Ò# Q . Figure 7 É r V C = 400 V, V F

= 6 kV â Ä º_ ^ c _ C & h õ r − z plot x 9

ª F G _ | 9 5 Å q & h _ ì r í\ ¦ Ð# ï r .

(

> # , ~ ½ ÓØ ¦ ) a c s þ j í Ð ë ß > ÷ & H l

Ð+ | 9 5 Å q _ ´ òõ \ ¦ . 1 p x 0 A _ A Ð ^ ¦2 ¤ ô Ç

&

ñ ¸_ ] j# Q H ( F G _ Z } s , ( F G _ â 1 p x _

Ã º\ ¦ Ë ¨# Q º ¡ § Ü ¼ Ð+ s À Ò# Q| 9 Ã º e H X <, Æ Ò Ð Ã

º' ô Ç r Ó ý t Y Us \ Ø Ô ( Z } s \ ¦ × ¦ s H â Ä º, Õ ª o

¦ â ¢ - a ë ß ô Ç â Ä º\ 8 ± ú É r | 9 5 Å q F G · ú \ " f

8 É r ª F G í& h ` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . ½ ¨^ & h Ü ¼ Ð ( F

G _ Z } s ë ß ` ¦ 3 mm Ð × ¦ s ¦ â y É r 63.4 ^◦ Ð Ä »t ô Ç

â

Ä º, V ^C = 400 V, V F = 2.3 kV{ 9 M : ª F G í& h _ t 2 £ § 30 µm\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 ¦, ( F G Z } s \ ¦ 3 mm Ð × ¦ s

¦ â y ¸ 50.2 ^◦ Ð × ¦ â Ä º, V C = 400 V{ 9 M :

%

6 £ § | 9 5 Å q 0 A 6,0 kV_ 1/3 V _F = 2.0 kV \ " f þ j è

ª F G í& h t 2 £ § 10 µm` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 .

s

r Ó ý t Y Us \ " f H CNT ÐÂ Ò' \ ¦ Æ ÒØ ¦ H B j r

> s à Ô_ > r F \ ¦ { 9 é ß Á ºr # ~ ½ ÓØ ¦ [ þ t s ¼ # ¨ î ô

Ç 6 £ §F G \ Ã ºf ô Ç ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ( F G % ò % i Ü ¼ Ð [ þ t # Q : r

(6)

s

| ¨ c כ Ü ¼ Ð « Ñ ) a .

IV. ~ ¿W d l õ m Í + s Ç Â ] Ø

ò

ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ > ~ ½ ÓØ ¦ \ l ì ø Íô Ç " l oÛ ¼ ' a \ " f

c ` ¦ ª F G ³ ð _ É r í& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q l 0 AK ( F

G õ Æ Ò | 9 5 Å q F G` ¦ t H ½ ¨ ¸_ c | 9 5 Å q : £ ¤

$ í

H

d` ¦ S X % i ¦ ~ ½ ÓØ ¦ % ò % i ` ¦ × ¦ # s Ã º \ ¦ ] j

< ÊÜ ¼ Ð+ ª ñô Ç | 9 5 Å q` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . F G[ þ t _ ç ß õ 0 A 1 p x` ¦ Ã º Ð > í ß ô Ç õ c _ í& h t 2

£

§` ¦ 40 µm Ð × ¦{ 9 Ã º e % 3 ¦, ( F G _ Z } s \ ¦ ± ú Æ Ò ¦

â

y ` ¦ × ¦e Ü ¼ Ð+ 1/3 & ñ ¸ Ð ± ú É r | 9 5 Å q 0 A\ " f þ j

è í& h t 2 £ § 10 µm\ ¦ % 3 % 3 , s ½ ¨ õ H c _

íl ~ ½ ÓØ ¦ s \ p ' \ Ã ºf < Ê` ¦ & ñ % i H \

"

f ô Ç> e Ü ¼ " l oÛ ¼ ' a _ íl [ O > \ Ã Ð ¦ | ¨ c כ Ü

¼ Ð « Ñ ) a .

P

c p 8 ý ò k >

s

½ ¨ H $ í ü <_ l Õ ü ta ?§ 4 õ ] j (Project No.:

IO120413-02790-01) \ _ K ½ ¨÷ &% 3 _ þ v m .

[3] Y. Cheng, J. Zhang, Y. Z. Lee, B. Gao and S. Dike et al., Rev. Sci. Instrum. 75, 3264 (2004).

[4] J. Zhang, G. Yang, Y. Cheng, B. Gao and Q. Qiu et al., Appl. Phys. Lett. 86, 184104 (2005).

[5] G. Cao, Y. Z. Lee, R. Peng, Z. Liu and R. Rajaram et al., Phys. Med. Biol. 54, 2323 (2009).

[6] W. Zhou, X. Qian, J. Lu, O. Zhou and Y. Chen, in Proceedings of SPIE Vol. 7622, Medical Imag- ing 2010: Physics of Medical Imaging, edited by E.

Samei and N. J. Pelc (San Diego, Calif., 2010), p.

76220.

[7] O. Klemperer and M. E. Barnet, Electron Optics (Cambridge University Press, Cambridge, 1971), p.

84. [8] S. Sultana, Ph. D thesis, University of North Car- olina, 2010.

[9] R. Gao, Z. Pan and Z. L. Wang, Appl. Phys. Lett.

78, 1757 (2001).

[10] T. D. Lee and S.-R. Ryu, New Phys.: Sae Mulli 62, 294 (2012).

[11] H. Liebl, Applied Charged Particle Optics (Springer,

New York, 2008), Chap. 4.

Simulations of the Electron Beam Focusing Characteristics of an X-ray Source Structure with a Focusing Cup

Simulations of the Electron Beam Focusing Characteristics of an X-ray Source Structure with a Focusing Cup

T. D. Lee ∗ · S.-R. Ryu

Department of Optical Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi 730-701, Korea

Y. C. Kim · I. T. Han

Samsung Advanced Institute of Technology, Yongin 446-712, Korea

(Received 9 December 2014 : revised 13 February 2015 : accepted 16 February 2015)

PACS numbers: 79.70.+q, 85.35.Kt, 61.48.De

Keywords: CNT X-ray source, Field emission, Cup electrode, Simulation

Focusing Cup ù p § U À W ¥ u ð ­  Ò Å ° Ë ÑÌ ¦ R   º; c" e  ¹ Å Ä k È ù m É  Ò ×  ¤V R Ë S ö o Ú7 _T  Ó Å

T

?  ò 6 B ∗ · © ¼) ç  ó j u

F

K  ¸/ B N õ @ / < Æ § F g r Û ¼% 7 / B N  < Æõ , ½ ¨p  730-701

 » ÷ 7 B  x · Â 6 Ò - > ß Ì v





$ í 7 á x ½ + Ël Õ ü t" é ¶, 6 x  446-712

(2014¸  12 Z 4 9{ 9  ~ Ã Î6 £ §, 2015¸  2 Z 4 13{ 9  Ã º& ñ  : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸  2 Z 4 16{ 9  > F  S X & ñ )

"

l oÛ ¼   ' a \ " f     c  `  ¦  ª F G ³ ð  0 A_     É r  í& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q   H  כ  É r Õ ª " l oÛ ¼  `  ¦ s 6 x #  % 3 # Q t

  H _  < Æ % ò  © _  / B N ç ß  ì  r K 0 p x`  ¦   & ñ   H ×  æ כ ¹ô  Ç כ ¹ ès  . ò ø Í è  ¸È ÓÚ Ô_    > ~ ½ ÓØ  ¦`  ¦ s 6 x   H

"

l oÛ ¼   ' a \ " f     c  `  ¦ ´ òÖ  ¦& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q l  0 AK  (    ¸ ª _    F G õ  " é ¶+ þ A ½ ¨" í `  ¦ t   H · û ª É r ó ø Í  ¸



ª _    F G`  ¦ & ñ   l  E $ Ý ¼ Ð  í < Ê   H ½ ¨ ¸\  ¦ [ O >   ¦     F g  < Æ r Ó ý t Y Us   `  ¦ :  x K  Õ ª | 9 5 Å q : £ ¤$ í `  ¦

¶ ú

( R Ð  ¤ . r Ó ý t Y Us     õ  6 £ §F G 0 A_  \ p '  % ò % i  ©  o  A á ¤ \ " f ~ ½ ÓØ  ¦ ÷ &  H     c  [ þ t s      H Ã º

 M :ë  H \  | 9 5 Å q s  d  y   >  ] jô  ÇH  d`  ¦ S X    % i  ¦,     ~ ½ ÓØ  ¦ % ò % i `  ¦ ×  æd  » ¡ ¤  î  r Â Òì  r Ü ¼ Ð ] jô  ÇK  º

¡

§ Ü ¼ Ð+  Ã º \  ¦ þ j è o #   ª  ñô  Ç | 9 5 Å q`  ¦ % 3 `  ¦ Ã º e  % 3  . (     F G õ  | 9 5 Å q   F G  s _  ç ß   õ  (  



 F G _  + þ A ©  1 p x`  ¦    â  < ÊÜ ¼ Ð+  | 9 5 Å q`  ¦ þ j& h o % i  .

234

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any

medium, provided the original work is properly cited.



: r Ü ¼ Ð \ P  ) a F K5 Å q  9  F ' pà Ô\ " f \ P & h Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ  ¦ ÷ &  H  



\  ¦ 5 Å q #  F K5 Å q ³ ð& h \  Ø  æ[  t r &  " l oÛ ¼  `  ¦ % 3   H .

"

l oÛ ¼    5 Å q _    o\  ¦  : r  ¸   o Ð Ä » ¸K   Ù ¼ Ð r  ç

ß & h 6 £ x ² ú s  Ö ¼o  ¦,  è ¸   § 4 s  Z  } Ü ¼ 9, \ P  x 9 Í  ty  



© u _   9 כ ¹$ í M :ë  H \  ß ¼l  & | 9  Ã ºµ 1 Ú\  \ O Ü ¼ 9,    

~

½ ÓØ  ¦ ~ ½ Ó ¾ Ós  ] j" Á @ / Ðs Ù ¼ Ð     | 9 5 Å q`  ¦ 0 Aô  Ç 4  ¤ ¸ ú ô  Ç



 F G [ O >  1 p x #  Q t  ë  H ] j& h [ þ t`  ¦   .

ò

ø Í è  ¸È ÓÚ Ô (carbon nanotube, CNT) ÐÂ Ò'    > ~ ½ Ó Ø

 ¦ (field emission) ÷ &  H    \  ¦ s 6 x   H " l oÛ ¼   ' a É r  © 



: r \ " f   · ú    o Ð   É r    ¸ 0 p x  ¦  è+ þ A o  0

p

x ½ + É  כ Ü ¼ Ð l @ /÷ &# Q > hµ 1 Ï`  ¦ 0 Aô  Ç   ½ ¨[ þ t s  ´ ú §s    '  

÷

&# Q M ® o . 2001¸  Sugie 1 p x É r CNT\  ¦ s 6 x ô  Ç " l oÛ ¼  µ 1 Ï Ò q

tõ  s \  ¦ s 6 x ô  Ç " l oÛ ¼  % ò  ©  S \ 1 p q \  $ í / B N % i  ¦ [1], 2002¸  University of North Carolina (UNC)   ½ ¨ Õ ªÒ  ¨

\

" f  H 100 kHz s  © _  ì ø Í4  ¤Ò  ¦`  ¦ t   H " l oÛ ¼  ` O Û ¼_  µ

1 ÏÒ q t\  $ í / B N % i   [2]. s  Ð+    :  x& h " l oÛ ¼  È ÓÚ Ô_  é ß 

&

h

`  ¦ F G4  ¤  ¦ Ê ë@ / 0 p x ô  Ç  è+ þ A " l oÛ ¼  È ÓÚ Ô_  0 p x$ í s

 S X    ÷ &% 3  . 2004¸  Cheng 1 p x É r ns % ò % i r ç ß ì  r K 0 p x _

 CNT " l oÛ ¼   ' a`  ¦ > hµ 1 Ï  ¦, " l oÛ ¼   ¸Ø  ¦`  ¦ Ò q t^   

ñ\  1 l x l  or &  Ò q t^ _  1 l x& h & ñ  Ð\  ¦ % 3   H 1 l x& h ~ ½ Ó   O É

% ò (dynamic radiography) r Û ¼% 7 `  ¦ ] jî ß  % i Ü ¼ 9 [3], 2005¸  Zhang 1 p x É r > hZ >  ] j# Q 0 p x ô  Ç CNT ×  æ o è 6

£

§F G (multi-pixel cathode)`  ¦ s 6 x # , l > & h î  r1 l x \ O  s

 ×  æ È Ò y  `  ¦ ] j/ B N   H & ñ & h é ß 8 £ xO É % ò (stationary tomosynthesis) _  0 p x$ í `  ¦ ] jî ß  % i   [4].

CNT _    > ~ ½ ÓØ  ¦ \  l ì ø Íô  Ç " l oÛ ¼   ' a`  ¦ CT (computed tomography) r Û ¼% 7 \   Ö ¸6 x  ¦    H   ½ ¨[ þ t  ¸   '  

÷

&% 3   H X <, s    ½ ¨[ þ t É r    É r 1 l xÓ ü t   ½ ¨\   Ö ¸6 x ½ + É s ß ¼



Ð CT Û ¼H  -  Ä »~ ½ Ó       `  ¦ 0 Aô  Ç n t _ O  Ä »~ ½ Ó é ß 8 £ x O É

% ò (digital breast tomosynthesis, DBT) r Û ¼% 7 _  > hµ 1 Ï 1

p

T. D. Lee ^∗ · S.-R. Ryu

Focusing Cup ù p § U À W ¥ u ð Ò Å ° Ë ÑÌ ¦ R º; c" e ¹ Å Ä k È ù m É Ò × ¤V R Ë S ö o Ú7 _T Ó Å

? ò 6 B ^∗ · © ¼) ç ó j u

K ¸/ B N õ @ / < Æ § F g r Û ¼% 7 / B N < Æõ , ½ ¨p 730-701

» ÷ 7 B x · Â 6 Ò - > ß Ì v

$ í 7 á x ½ + Ël Õ ü t" é ¶, 6 x 446-712

(2014¸ 12 Z 4 9{ 9 ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 2 Z 4 13{ 9 Ã º& ñ : r ~ Ã Î6 £ §, 2015¸ 2 Z 4 16{ 9 > F S X & ñ )

l oÛ ¼ ' a \ " f c ` ¦ ª F G ³ ð 0 A_ É r í& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q H כ É r Õ ª " l oÛ ¼ ` ¦ s 6 x # % 3 # Q t

H _ < Æ % ò © _ / B N ç ß ì r K 0 p x` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ ès . ò ø Í è ¸È ÓÚ Ô_ > ~ ½ ÓØ ¦` ¦ s 6 x H

l oÛ ¼ ' a \ " f c ` ¦ ´ òÖ ¦& h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q l 0 AK ( ¸ ª _ F G õ " é ¶+ þ A ½ ¨" í ` ¦ t H · û ª É r ó ø Í ¸

ª _ F G` ¦ & ñ l E $ Ý ¼ Ð í < Ê H ½ ¨ ¸\ ¦ [ O > ¦ F g < Æ r Ó ý t Y Us ` ¦ : x K Õ ª | 9 5 Å q : £ ¤$ í ` ¦

( R Ð ¤ . r Ó ý t Y Us õ 6 £ §F G 0 A_ \ p ' % ò % i © o A á ¤ \ " f ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H c [ þ t s H Ã º

M :ë H \ | 9 5 Å q s d y > ] jô ÇH d` ¦ S X % i ¦, ~ ½ ÓØ ¦ % ò % i ` ¦ × æd » ¡ ¤ î r Â Òì r Ü ¼ Ð ] jô ÇK º

§ Ü ¼ Ð+ Ã º \ ¦ þ j è o # ª ñô Ç | 9 5 Å q` ¦ % 3 ` ¦ Ã º e % 3 . ( F G õ | 9 5 Å q F G s _ ç ß õ (

F G _ + þ A © 1 p x` ¦ â < ÊÜ ¼ Ð+ | 9 5 Å q` ¦ þ j& h o % i .

: r Ü ¼ Ð \ P ) a F K5 Å q 9 F ' pà Ô\ " f \ P & h Ü ¼ Ð ~ ½ ÓØ ¦ ÷ & H

\ ¦ 5 Å q # F K5 Å q ³ ð& h \ Ø æ[ t r & " l oÛ ¼ ` ¦ % 3 H .

l oÛ ¼ 5 Å q _ o\ ¦ : r ¸ o Ð Ä » ¸K Ù ¼ Ð r ç

ß & h 6 £ x ² ú s Ö ¼o ¦, è ¸ § 4 s Z } Ü ¼ 9, \ P x 9 Í ty

© u _ 9 כ ¹$ í M :ë H \ ß ¼l & | 9 Ã ºµ 1 Ú\ \ O Ü ¼ 9,

½ ÓØ ¦ ~ ½ Ó ¾ Ós ] j" Á @ / Ðs Ù ¼ Ð | 9 5 Å q` ¦ 0 Aô Ç 4 ¤ ¸ ú ô Ç

F G [ O > 1 p x # Q t ë H ] j& h [ þ t` ¦ .

ø Í è ¸È ÓÚ Ô (carbon nanotube, CNT) ÐÂ Ò' > ~ ½ Ó Ø

¦ (field emission) ÷ & H \ ¦ s 6 x H " l oÛ ¼ ' a É r ©

: r \ " f · ú o Ð É r ¸ 0 p x ¦ è+ þ A o 0

x ½ + É כ Ü ¼ Ð l @ /÷ &# Q > hµ 1 Ï` ¦ 0 Aô Ç ½ ¨[ þ t s ´ ú §s '

&# Q M ® o . 2001¸ Sugie 1 p x É r CNT\ ¦ s 6 x ô Ç " l oÛ ¼ µ 1 Ï Ò q

tõ s \ ¦ s 6 x ô Ç " l oÛ ¼ % ò © S \ 1 p q \ $ í / B N % i ¦ [1], 2002¸ University of North Carolina (UNC) ½ ¨ Õ ªÒ ¨

" f H 100 kHz s © _ ì ø Í4 ¤Ò ¦` ¦ t H " l oÛ ¼ ` O Û ¼_ µ

1 ÏÒ q t\ $ í / B N % i [2]. s Ð+ : x& h " l oÛ ¼ È ÓÚ Ô_ é ß

` ¦ F G4 ¤ ¦ Ê ë@ / 0 p x ô Ç è+ þ A " l oÛ ¼ È ÓÚ Ô_ 0 p x$ í s

S X ÷ &% 3 . 2004¸ Cheng 1 p x É r ns % ò % i r ç ß ì r K 0 p x _

CNT " l oÛ ¼ ' a` ¦ > hµ 1 Ï ¦, " l oÛ ¼ ¸Ø ¦` ¦ Ò q t^

ñ\ 1 l x l or & Ò q t^ _ 1 l x& h & ñ Ð\ ¦ % 3 H 1 l x& h ~ ½ Ó O É

% ò (dynamic radiography) r Û ¼% 7 ` ¦ ] jî ß % i Ü ¼ 9 [3], 2005¸ Zhang 1 p x É r > hZ > ] j# Q 0 p x ô Ç CNT × æ o è 6

§F G (multi-pixel cathode)` ¦ s 6 x # , l > & h î r1 l x \ O s

× æ È Ò y ` ¦ ] j/ B N H & ñ & h é ß 8 £ xO É % ò (stationary tomosynthesis) _ 0 p x$ í ` ¦ ] jî ß % i [4].

CNT _ > ~ ½ ÓØ ¦ \ l ì ø Íô Ç " l oÛ ¼ ' a` ¦ CT (computed tomography) r Û ¼% 7 \ Ö ¸6 x ¦ H ½ ¨[ þ t ¸ '

&% 3 H X <, s ½ ¨[ þ t É r É r 1 l xÓ ü t ½ ¨\ Ö ¸6 x ½ + É s ß ¼

Ð CT Û ¼H - Ä »~ ½ Ó ` ¦ 0 Aô Ç n t _ O Ä »~ ½ Ó é ß 8 £ x O É

% ò (digital breast tomosynthesis, DBT) r Û ¼% 7 _ > hµ 1 Ï 1

x _ ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ' ÷ & ¦ e [5,6].

l oÛ ¼ F g " é ¶ _ [ O > \ " f c ` ¦ ª F G ³ ð \ É r

h Ü ¼ Ð | 9 5 Å q H כ É r µ 1 ÏÒ q tô Ç " l oÛ ¼ Ü ¼ Ð % 3 # Qt H % ò

© _ / B N ç ß & h ì r K 0 p x` ¦ & ñ H × æ כ ¹ô Ç כ ¹ ès . _

~ ½ ÓØ ¦ É r B jr (mesh) + þ AI _ > s à Ô F G (gate elec- trode) s 6 £ §F G ³ ð \ + þ A$ í H l © \ _ K & ñ ÷ &t ë

ß ~ ½ ÓØ ¦ ) a c _ | 9 5 Å q É r > s à Ô F G õ ª F G s \

A$ í ÷ & H l © ì r íü < ' aº ) a . > s à Ô\ ¦ È Òõ H

[ þ t s µ 1 Ïí ß H íl ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ t Ù ¼ Ð > s à Ô F G ë

ß Ü ¼ Ð H c ` ¦ | 9 5 Å q ½ + É Ã º \ O ¦ | 9 5 Å q` ¦ 0 Aô Ç E $ Ý ¼ % i

+ É` ¦ Ã º' ½ + É Æ Ò& h F G` ¦ ¿ º# Q Õ ª l < Æ& h Ã º[ þ t

¦ þ j& h oK c _ ´ òÖ ¦& h | 9 5 Å q s 0 p x .

7 Hë H \ " f H c ` ¦ ª F G ³ ð _ É r í& h Ü ¼ Ð

5 Å q l 0 AK 6 £ §F G õ ª F G s \ ( + þ A © _ F G õ " é ¶ + þ

A ½ ¨" í ` ¦ t H · û ª É r | 9 5 Å q F G` ¦ C u ô Ç ½ ¨ ¸_ | 9 5 Å q :

£ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ % i . s ½ ¨ ¸ H { 9 7 á x _ q @ /g A+ þ A Einzel

ñ l E $ Ý ¼\ K { © 9 [7], ( F G É r c s | 9 5 Å q

F G \ ¸² ú l \ p o | 9 5 Å q` ¦ r H l 0 p x` ¦ ô Ç

. s ½ ¨ ¸\ " f F G _ C u ü < 0 A\ É r c

_ | 9 5 Å q : £ ¤$ í ` ¦ F g < Æ r Ó ý t Y Us ` ¦ : x K ½ ¨

% i .

II. { ¢¨ | õ m Í S ö o Ú7 _T Ó Å ºü g Å

Figure 1 É r ( F G` ¦ t H " l oÛ ¼ F g " é ¶ _ c | 9 5

q` ¦ 0 Aô Ç F G[ þ t _ C u \ ¦ Ð# ï r . y F G _ ß ¼l ü <

ß ` ¦ Õ ªa Ë > 5 Å q \ Ð% i . Figure 1(a) H { 9 ^ & h + þ A ©

¦ Ð# Å Ò ¦, Fig. 1(b) H × æd » ¡ ¤` ¦ í < Ê H é ß ¸s

.

^ F G ½ ¨ ¸ H " é ¶: x+ þ A @ /g A$ í ` ¦ t H ½ ¨ ¸s .

(

F G (cup electrode) É r | 9 5 Å q ( (focusing cup)s ¦

¸ H X <, ¿ ºa 5 mm Ð" f 0 Aü < A A á ¤ \ y y t 2 £ § 15

mm ü < 10 mm_ " é ¶+ þ A ½ ¨" í ` ¦ t H ( + þ A © ` ¦ t 9

_ â y É r 63.4 ^◦ s . s ( É r CNT ¸ í÷ & H 6 £ § F

G Ü ¼ ÐÂ Ò' 50 µm 0 AA á ¤ \ 0 Au ô Ç . ( F G 0 AA á ¤ 5 mm 0 Au \ t 2 £ § 15 mm _ ½ ¨" í ` ¦ t H ¿ ºa 1 mm_

5 Å q F G (focus electrode)` ¦ é H .

c _ ³ ð& h s | ¨ c ª F G É r 6 £ §F G Ü ¼ ÐÂ Ò' 40 mm Z

} s \ 0 Au H כ Ü ¼ Ð & ñ % i ¦ # l \ ÷ & H 0

A H 50 kV Ð ¦& ñ % i . z ´] j " l oÛ ¼ ' a \ " f H ª F G \

f µ 1 ÏÒ q tô Ç " l oÛ ¼ s " l oÛ ¼ ' a µ 1 ÚÜ ¼ Ð ° ú Ã º e ¸2 ¤ ª F

G \ 12 ^◦ & ñ ¸_ â \ ¦ ¿ ºt ë ß , z ´] j ª F G × æd H % _