A new concept for a non-destructive testing device using a novel carbon nanotube (CNT) based miniature X-ray tube is proposed. The device can be used for small-scale internal inspection of objects. To investigate the effectiveness of the proposed concept, the device was fabricated and its performance was systematically analyzed. The non-destructive testing device consists of a CNT based miniature X-ray tube, a scintillator, an optical lens, and a detector. The size of the focal spot needed to identify objects as small as $5$ $\mu m$ was calculated through simulation. An electron optics simulation software, E-GUN, was used to optimize the geometries of both the focusing cup and the X-ray target to achieve the desired focal spot size of X-ray tube. CNT based miniature X-ray tube was fabricated using the brazing process and an NdFeB focusing lens was used to further reduce the focal spot size. XR images were obtained using the fabricated device and the spatial resolutions of the images were evaluated using the modulation transfer function. The fields of view (FOV) per probe are $7.1$ $mm^2$ and $1.8$ $mm^2$ when using a 5x optical lens and a 10x optical lens, respectively. The FOV can be increased by increasing the number of probes incorporated into the device. MTF10 values were determined to be $105$ $lp/mm$ and $230$ $lp/mm$ when using 5x optical lens and 10x optical lens, respectively. By using an optical lens to enlarge the XR images, the effect of focal spot was minimized and clear XR images were obtained. The fabricated non-destructive testing device exhibits sufficient capability to effectively inspect the internal components of objects.
탄소나노튜브 기반의 초소형 X-선관을 이용한 새로운 개념의 비파괴시험장치가 제안되었다. 장치는 미세 결함의 검사를 위해 사용될 수 있으며 이를 확인하기 위해 장치를 구성하고 장치의 성능을 평가하였다. 장치는 탄소나노튜브 기반의 초소형 X-선관, 신틸레이터, 광학 렌즈, 센서로 구성된다. $5$ $\mu m$ 정도의 물체를 식별하는 데 필요한 초점을 계산하였고, 해당 수준의 초점을 갖을 수 있도록, X-선관의 부품인 X-선 타겟 및 집속음극의 기하학적 구조를 최적화하였다. X-선관은, 최적 설계 된 부품을 이용하여 브레이징 공정을 통해 제작하였으며 Nd-Fe-B 전자석을 외부에 장착함으로 초점의 크기를 추가로 감소시켰다. 제작 된 X-선관 및 나머지 구성을 이용하여 장치를 완성시켰으며 변조전달함수를 이용하여 해상도를 평가하였다. 5배율 렌즈를 사용했을 때와 10배율 렌즈를 사용했을 때 각각 $105$ $lp/mm$, $230$ $lp/mm$의 해상도를 가졌으며 각각의 해상도에서 $7.1$ $mm^2$, $1.8$ $mm^2$의 면적을 관측할 수 있었다. 광학 렌즈를 사용하여 영상을 확대함으로써 초점의 효과를 최소화하고 선명한 X-선 영상을 얻을 수 있었다. 개발 된 장치는 미세 결함을 검사하기에 충분한 성능을 갖는다는 것을 확인하였다.
