KR100941037B1 - Soft X-ray Tube with free oxygen copper bulb - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열 흡수 및 열 방출을 위한 무산소 동 외관벌브를 구비한 연엑스선 발생관이다. 장치의 구조는 금(Au)이 코팅된 무산소동 양극, 텅스텐 필라멘트와 니켈 집속관으로 되어 있는 음극, 열 흡수 및 열 방출을 용이하게 하는 무산소동 외관 벌브, 고압 절연 세라믹 애자, 엑스선 투과를 위한 베릴륨(Be) 창으로 구성되어 있다. 이들 각 부 부품들은 진공 브레이징을 이용하여 전체 조립되고 특히 양극에서 발생되는 열이 무산소동 외관으로 전달되어 외부로 방출될 수 있도록 무산소동 양극과 무산소동 외관벌브는 접촉 면적이 넓게 밀착 접촉되어 진공 브레이징 되어 있다. 또한 조사각도가 70도로 넓게 형성되도록 베릴륨 창의 면과 초점사이의 거리를 근접하게 조립하였고 베릴륨 창의 면적을 충분히 넓게 하였다.The present invention relates to a soft X-ray generator having an oxygen-free copper appearance bulb for heat absorption and heat release. The structure of the device is an oxygen-free copper anode coated with Au, a cathode consisting of tungsten filament and nickel focus tubes, an oxygen-free copper appearance bulb that facilitates heat absorption and heat dissipation, high pressure insulated ceramic insulators, and beryllium for X-ray transmission (Be) It consists of a window. Each of these sub-components is assembled entirely using vacuum brazing. Especially, the oxygen-free copper anode and oxygen-free copper bulb are closely contacted and vacuum brazed so that heat generated from the anode can be transferred to the oxygen-free copper exterior and released to the outside. It is. In addition, the distance between the surface and the focal point of the beryllium window was closely assembled so that the irradiation angle was formed to be 70 degrees wide, and the area of the beryllium window was wide enough.
연엑스선, 엑스선관, 무산소동 양극, 제전장치X-ray, X-ray tube, Oxygen-free copper anode, Antistatic device
Description
그림 1은 종래의 연엑스선 발생관.
그림 2는 종래의 연엑스선 발생관.
그림 3은 본 발명에 따른 실시예인 연엑스선 발생관.
그림 4는 본 발명에 따른 실시예의 연엑스선 발생관 조립 순서도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1-1 : 베릴륨 창 1-2 : 집속관
1-3 : 타겟 1-4 : 베릴륨 창 지지대
1-5 : 유리 외관벌브
2-1 : 양극 2-2 : 집속관
2-3 : 타겟 2-4 : 유리 외관벌브
2-5 : 베릴륨 창 2-6 : 베릴륨 창 지지대
3-1 : 무산소동 양극부 3-2 : 니켈 집속관
3-3 : 텅스텐 필라멘트 3-4 : 금 박막 타겟
3-5 : 무산소동 외관 벌브 3-6 : 세라믹 절연애자
3-7 : 코바 어뎁터 3-8 : 베릴륨 창
3-9 : 베릴륨 창 지지대 3-10 : 니켈 전극스템
3-11 : 전극스템 지지 디스크 3-12 : 진공배기관
3-13 : 고정탭 3-14 : 방열구조 무산소동 양극
3-15 : 방열구조 무산소동 외관 벌브 3-16 : 전극 스템 관통홀
3-17 : 방열핀 3-18 : 방열핀
3-19 : 지지대Figure 1 shows a conventional soft x-ray generator.
Figure 2 shows a conventional soft x-ray generator.
Figure 3 is a soft x-ray generator tube embodiment according to the present invention.
Figure 4 is a flow chart of the assembly of the soft X-ray generating tube of the embodiment according to the present invention
* Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1-1: beryllium window 1-2: focusing tube
1-3: Target 1-4: Beryllium Window Support
1-5: Glass appearance bulb
2-1: anode 2-2: focusing tube
2-3: target 2-4: glass appearance bulb
2-5: Beryllium Window 2-6: Beryllium Window Support
3-1: Oxygen-free copper anode part 3-2: Nickel focusing tube
3-3: tungsten filament 3-4: gold thin film target
3-5: Oxygen-free copper appearance bulb 3-6: Ceramic insulator
3-7 Cobar Adapter 3-8 Beryllium Window
3-9: beryllium window support 3-10: nickel electrode system
3-11: electrode stem support disk 3-12: vacuum exhaust pipe
3-13: fixed tab 3-14: heat dissipation structure anoxic copper anode
3-15: Oxygen-free copper exterior bulb 3-16: Electrode stem through hole
3-17: Heat dissipation fin 3-18: Heat dissipation fin
3-19: Support
엑스선은 가열된 필라멘트에서 발생된 열전자가 관전압에 의해 가속되어 타겟에 충돌될 때 발생된다. 가속된 전자의 충돌 순간 속력이 v 라면 전자의 운동에너지 1/2 mv2 이고 가속된 전자가 충돌정지 되면서 이 운동에너지가 엑스선과 열에너지로 전환되며 "전자의 운동에너지 (1/2 mv2 ) = 엑스선 에너지 + 열에너지"의 관계가 성립된다. 일반 의료 진단용 용도의 가속전압 범위(150 kV 이하)에서는 입사 전자빔 에너지의 1%정도만이 엑스선으로 바뀌고 99 %는 열에너지로 전환되며 발생 엑스선중 일부분만이 이용 가능한 조사각도 범위로 방사된다. 그러나 MV 단위의 높은 에너지로 가속되는 경우에는 엑스선 발생효율이 40% 이상까지 이른다. 가속된 전자가 타겟 충돌시 일시에 에너지를 잃지 않고 임의의 몇 단계를 통해서 에너지를 방출하는데 그 단계마다 임의의 해당 진동수의 엑스선을 방출하므로 연속스펙트럼이 형성된다. 이 때 발생 엑스선 스펙트럼의 최대 진동수와 가속전압의 관계는 다음식으로 주어진다(임의의 단계에서 특성선이 발생될 수도 있다).X-rays are generated when hot electrons generated from a heated filament are accelerated by a tube voltage and hit a target. If the momentary velocity of the accelerated electron is v, the kinetic energy of the electron is 1/2 mv 2, and the accelerated electron is stopped and the kinetic energy is converted into X-rays and thermal energy, and the "electron kinetic energy (1/2 mv 2 ) = X-ray energy + heat energy "relationship is established. In the accelerated voltage range (below 150 kV) for general medical diagnostics, only about 1% of incident electron beam energy is converted to X-rays, 99% is converted to thermal energy, and only a fraction of the generated X-rays are radiated in the range of available irradiation angles. However, when accelerated with high energy of MV unit, X-ray generation efficiency reaches up to 40%. The accelerated electrons release energy through any of several steps without losing energy at the time of the target collision, and each step emits X-rays of any corresponding frequency, thereby forming a continuous spectrum. At this time, the relationship between the maximum frequency of the generated X-ray spectrum and the acceleration voltage is given by the following equation (characteristic lines may be generated at any stage).
υM:발생엑스선 최대진동수, ħ:프랑크 상수, V:전자(e) 가속전압(관전압), v:전자의 속도, m:전자의 질량υ M : Maximum frequency of generated X-ray, ħ: Frank constant, V: electron (e) acceleration voltage (tube voltage), v: electron velocity, m: electron mass
또한 발생엑스선의 선량은 타겟 재료의 원자번호에 비례하고 고출력 엑스선관에서는 전자빔이 타겟에 충돌할 때 초점에 발생되는 열로 인한 손상 때문에 타겟재료의 원자번호 외에도 열용량, 열전도도, 융점이 타겟의 재료로서 선택될 수 있는지의 중요한 요소이다. 따라서 일반적으로 타겟 재료는 원자번호가 높고 고융점을 갖는 텅스텐(W)이나 텅스텐 합금이 이용된다. 원자번호가 79인 금(Au)이 타겟으로 이용되면 같은 가속에너지일 경우라도 원자번호 74인 텅스텐에 비해 엑스선 발 생선량이 7% 정도 증가한다. 엑스선 발생선량은 관전류와 관전압에도 의존하는데 관전압을 높이면 엑스선 발생선량은 대략 제곱에 비례하는 증가를 하고 타겟 재료에 따라 특성선이 발생되기도 하며 발생 엑스선 스펙트럼이 고 에너지 쪽으로 이동한다. 엑스선 발생선량(Iint.)은 다음과 같은 식으로 주어진다.In addition, the dose of generated X-rays is proportional to the atomic number of the target material. In high-power X-ray tubes, the heat capacity, thermal conductivity, and melting point of the target material as well as the atomic number It is an important factor of whether it can be chosen. Therefore, generally, the target material is tungsten (W) or tungsten alloy having a high atomic number and high melting point. When Au (79) is used as a target, the amount of X-rays generated is increased by 7% compared to tungsten (74), even at the same acceleration energy. X-ray generation dose also depends on tube current and tube voltage. If the tube voltage is increased, the X-ray generation dose increases approximately in proportion to the square, characteristic lines are generated depending on the target material, and the generated X-ray spectrum is shifted toward high energy. X-ray generating dose (I int. ) Is given by the following equation.
Iint. ∝ iZVb , i : 관전류, Z : 원자번호, V : 가속전압(관전압), b : 임의상수(∼2)I int. ∝ iZV b , i: tube current, Z: atomic number, V: acceleration voltage (tube voltage), b: arbitrary constant (~ 2)
본 발명에서는 출력이 5W 정도이고 가속전압이 10 kV 정도인 연엑스선 발생관에 대한 것으로서 타겟 초점에 발생되는 열로 인한 손상과 관련된 문제에 제한을 받지 않기 때문에 타겟 재료를 선택하는데 자유로울 수 있으므로 금(Au)을 코팅하여 타겟으로 활용하였다.In the present invention, since the output power is about 5W and the acceleration voltage is about 10 kV, it is free to select the target material because it is not limited to the problems related to the damage caused by heat generated at the target focus. ) Was used as a target by coating.
연엑스선을 발생하기 위해서는 해당 파장에 대응되는 가속전압을 인가하는데 가속전압이 10 kV 내외이므로 발생 엑스선의 에너지가 낮아서 유리벌브 등 외관을 통과하지 못하므로 엑스선관 구조에서 베릴륨(Be) 창이 반드시 필요하다.In order to generate soft X-rays, an acceleration voltage corresponding to the corresponding wavelength is applied. Since the acceleration voltage is around 10 kV, the energy of the generated X-rays is low, and thus the beryllium (Be) window is necessary in the X-ray tube structure because the energy does not pass through the glass bulb. .
종전의 정전기 제거용 연엑스선 발생관은 그림 1과 그림 2의 구조를 하고 있다. 그림1 과 같은 구조에서는 베릴륨 창 내면에 타겟 물질이 코팅되어 있어서 전자빔과 같은 방향으로 방출되는 엑스선을 이용한다. 이와 같은 구조에서는 조사각도가 커서 유리하지만 엑스선의 투과율 때문에 코팅된 타겟의 두께에 제한이 따르므로 타겟 손상으로 인한 짧은 수명이 단점이다. 또한 엑스선 발생시 창의 내면에 코팅된 타겟에서 발생되는 열의 일부는 창을 통해 외부에 발산되고 나머지는 베릴륨 창 지지대로 전달되어 바깥표면을 통해서 발산되나 베릴륨 창 지지대로의 전달율이 낮아 타겟에서 발생되는 열로 인해 타겟의 손상이 촉진되는 단점이 있다.Conventional anti-static soft x-ray generators have the structure of Figure 1 and Figure 2. In the structure shown in Fig. 1, the target material is coated on the inner surface of the beryllium window and uses X-rays emitted in the same direction as the electron beam. In such a structure, the irradiation angle is large and advantageous, but the short lifetime due to the target damage is disadvantageous because the thickness of the coated target is limited due to the X-ray transmittance. In addition, some of the heat generated from the target coated on the inner surface of the window during the X-rays is dissipated to the outside through the window, and the rest is transmitted to the beryllium window support, which is dissipated through the outer surface. There is a disadvantage that damage to the target is promoted.
그림 2와 같은 구조에서는 전자빔과 90도 방향으로 방출되는 엑스선을 이용한다. 이와 같은 구조에서는 타겟의 내구성은 있으나 조사각도(40도 내외)가 작은 단점이 있으며 연속 가동시 양극의 구조상 양극에 축적된 열이 원활하게 외부로 방출되지 못해서 전체의 온도가 상승하여 문제를 야기시키는 단점이 있다. 또한 그림 1과 그림 2의 구조에서 모두 외관 벌브가 유리로 되어 있어서 충격에 약한 단점을 가지고 있다.The structure shown in Figure 2 uses an electron beam and X-rays emitted in the 90-degree direction. In such a structure, the durability of the target is small, but the irradiation angle (about 40 degrees) is small, and in the continuous operation, the heat accumulated in the anode cannot be released to the outside smoothly, which causes problems because the temperature of the whole rises. There are disadvantages. In addition, in the structure of Fig. 1 and Fig. 2, the appearance bulb is made of glass, which has a weak point of impact.
본 발명의 첫 번째 목적은 엑스선 발생시 타겟에서 발생되는 열이 무산소동양극 및 외관 벌브로 원활히 전달되어 외부에 방출될 수 있도록 하여 내부 열 축적으로 인한 열화를 방지하는 것이다. 이를 위해 양극을 외부에 노출시켜 자체 열용량을 높이고 외부 열 방출을 용이하게 하며 필요시 별도의 방열구조를 장착할 수 있다. 외관 벌브는 양극과 진공 브레이징 조립하여 양극에서 발생된 열이 외관벌브를 통해서도 외부로 발산되도록 하였다. 또한 양극과 외관벌브는 그 자체가 방열구조를 갖게 함으로서 외부 열 방출을 더욱 용이하게 하였다.The first object of the present invention is to prevent the deterioration due to internal heat accumulation by allowing the heat generated from the target during X-ray generation to be smoothly transferred to the oxygen-free copper anode and the appearance bulb to be released to the outside. To this end, the anode is exposed to the outside to increase its own heat capacity, facilitate external heat dissipation, and can be equipped with a separate heat dissipation structure if necessary. The outer bulb was vacuum brazed with the anode so that the heat generated from the anode could be dissipated to the outside through the outer bulb. In addition, the anode and the bulb have a heat dissipation structure by itself, thereby facilitating external heat dissipation.
두 번째 목적은 유리 외관벌브를 무산소동으로 대체하여 내충격성을 높이는 것이다.The second purpose is to replace the glass bulb with oxygen-free copper to increase impact resistance.
세 번째 목적은 각 부품을 진공 브레이징 조립하여 재현성 있는 조립공정을 확립하는 것이다.The third purpose is to vacuum-assemble each component to establish a reproducible assembly process.
본 발명은 일측면에는 고정을 위한 고정탭이 형성되고, 타측면에는 외주면으로 단턱이 형성되고 심부에는 소정길이의 돌출부가 형성되며, 상기 돌출부의 단부에는 소정각도로 경사진 타겟이 형성되는 무산소동 양극부; 상기 무산소동 양극의 단턱에 일측이 밀착결합되어 브레이징 조립되고, 상부에는 베릴륨창이 형성되고 하부에는 진공배기관이 형성되는 무산소동 외관벌브; 상기 무산소동 외관벌브의 타측 내주면에 브레이징 결합되는 코바 어댑터; 코바 어댑터의 타측에 브레이징 결합되고, 심부에는 니켈 전극스템이 관통되는 관통홀이 형성되는 세라믹 절연애자; 및 상기 니켈 전극스템 관통홀에 관통되어 외부와 차단되는 니켈 전극스템과, 상기 니켈 전극스템의 단부에 결합되는 텅스텐 필라멘트와, 상기 텅스텐 필라멘트의 후단에서 상기 텅스텐 필라멘트에서 발생한 열전자를 집속하는 니켈 집속관으로 구성되는 음극부;로 구성된다.In the present invention, a fixing tab for fixing is formed on one side, a stepped portion is formed on the outer circumferential surface, and a protrusion having a predetermined length is formed on the core portion, and an anaerobic copper having a target inclined at a predetermined angle is formed at the end of the protrusion. An anode portion; An oxygen-free copper exterior bulb in which one side is closely bonded to the step of the oxygen-free copper anode, and a beryllium window is formed at an upper portion thereof and a vacuum exhaust pipe is formed at a lower portion thereof; Coba adapter is brazed to the other inner peripheral surface of the oxygen-free copper external bulb; A ceramic insulator which is brazed to the other side of the coba adapter and has a through hole through which a nickel electrode system penetrates; And a nickel electrode tube penetrating the nickel electrode stem through hole to be blocked from the outside, a tungsten filament coupled to an end of the nickel electrode system, and a nickel focusing tube for focusing hot electrons generated from the tungsten filament at a rear end of the tungsten filament. It consists of; a cathode portion consisting of.
양극부는 Au가 타겟(3-4)으로 코팅된 무산소동 양극(3-1)으로 구성되고 가속된 열전자가 타겟에 충돌될 때 엑스선이 발생되는 부위이다. 입력전력이 낮아 전자빔이 타겟에 충돌할 때 초점에서 발생되는 순간 발열문제는 발생되지 않으므로 타겟은 엑스선 발생선량이 높아지도록 Au 코팅막(3-4)을 이용한다. 다만 장시간 작동하였을때 축적되는 열로 인한 문제를 방지하기 위하여 타겟 초점에서 발생되는 열이 양극에 원활히 전달되어 외부에 방출될 수 있도록 양극의 재료는 무산소동으로 되어 있고 그 형상은 외부에 노출되어 있다.
방열 구조를 위한 도 3의 (가) 실시예를 살펴보면, 필요시 별도의 방열구조를 조립할 수 있도록 외부 노출부위가 테이퍼 형상으로 되어 있고 탭(3-13)이 가공된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 도 3의 (나) 실시예를 살펴보면, 그 자체의 형상이 방열핀(3-17)이 형성된 방열 구조(3-14)로 되어 있으며, 이러한 형태는 외부로 방열하기가 한층 용이하다. 지속적인 열 축적으로 온도가 상승되면 타겟 박막(3-4)의 손상이 촉진되어 엑스선 발생기능이 급격히 저하되고 내부진공도가 저하되어 수명이 단축될 수 있으므로, 본 실시예에 의한 형상은 열축적을 효과적으로 줄일 수 있다는 장점을 가진다.The anode portion is composed of an oxygen-free copper anode 3-1 coated with Au with a target 3-4, and is an area where X-rays are generated when the accelerated hot electrons collide with the target. As the input power is low, the heating problem does not occur at the moment when the electron beam collides with the target, so the target uses the Au coating layer 3-4 to increase the X-ray generation dose. However, the material of the anode is oxygen-free copper and the shape of the anode is exposed to the outside so that the heat generated at the target focus can be smoothly transferred to the anode to be released to the outside in order to prevent the problem caused by the heat accumulated during the long time operation.
Referring to (a) of FIG. 3 for a heat dissipation structure, the external exposed portion may be tapered and a tab 3-13 may be formed in a form in which a separate heat dissipation structure is assembled if necessary.
In addition, referring to the embodiment (b) of FIG. 3, the shape thereof is a heat dissipation structure 3-14 having a heat dissipation fin 3-17 formed therein, which is more easily dissipated to the outside. If the temperature is increased by continuous thermal accumulation, the damage of the target thin film 3-4 is promoted, and thus the X-ray generation function may be drastically degraded and the internal vacuum degree may be shortened to shorten the lifespan. The advantage is that it can be reduced.
음극 부는 텅스텐 필라멘트(3-3)가 니켈 전극 스템(3-10)에 스팟 웰딩 접합되어 니켈 집속관(3-2)에 조립된 집속관 부와 니켈 전극 스템(3-10)과 코바 어댑터(3-7)가 브레이징 되어 있는 세라믹 절연애자 부로 구성되어 있다. 세라믹 절연애자(3-6)는 외관벌브(3-5)와 결합시키기 위한 코바 어댑터(3-7)가 브레이징 되는 부위와 니켈 전극스템(3-10)을 지지하는 디스크(3-11)가 브레이징 되는 부위 에는 Mo 페이스트를 이용한 메탈라이징이 선행되어야 한다. 또한 전극 스템(3-10)에 10 kV 내외의 전압을 인가하였을 때 충분하게 절연이 이루어 질 수 있도록 세라믹 절연애자(3-6)의 재료는 알루미나 96 %를 이용하였고 외관 형상은 20 kV 내전압 설계를 하였다. 음극 부에서는 외부의 별도의 전원에 의해 필라멘트(3-3)를 가열 시키므로 서 열전자를 발생시키고 고전압을 인가하여 열전자가 가속될 때 에너지를 공급하며 가속된 전자빔이 집속관(3-2)에 의해 집속되게 하는 기능을 수행한다. 본 발명 장치에서의 고전압 인가는 정전기 제거 조건에 따라서 음극 부의 전극 스템(3-10)에 -9 kV∼-11 kV 가 인가된다.The cathode part is a focus tube part in which a tungsten filament (3-3) is spot welded to the nickel electrode stem (3-10) and assembled to the nickel focus tube (3-2), the nickel electrode stem (3-10), and a coba adapter ( 3-7) consists of a brazed ceramic insulator part. The ceramic insulator (3-6) has a portion where the Koba adapter (3-7) is to be brazed and the disk (3-11) for supporting the nickel electrode stem (3-10) for coupling with the external bulb (3-5). The part to be brazed must be preceded by metallization with Mo paste. In addition, in order to provide sufficient insulation when a voltage of about 10 kV is applied to the electrode stem 3-10, the material of the ceramic insulator 3-6 is 96% of alumina and the appearance shape is 20 kV withstand voltage design. Was done. In the cathode part, the filament 3-3 is heated by an external separate power source to generate hot electrons and apply a high voltage to supply energy when the hot electrons are accelerated, and the accelerated electron beam is driven by the focusing tube 3-2. Perform the function of focusing. In the high voltage application in the apparatus of the present invention, -9 kV to -11 kV are applied to the electrode stem 3-10 of the negative electrode section according to the static electricity removing condition.
외관벌브(3-5)는 타겟 초점에서 발생된 열이 양극(3-1)을 통해 전달되어 외부에 방출 될 때 원활하게 되도록 무산소동 재료를 이용한다. 엑스선관 내부에서 발생되는 열은 타겟 초점뿐만 아니라 필라멘트(3-3) 가열시 에도 발생된다. 필라멘트(3-3)에서 방사되는 열도 또한 많은 부분을 무산소 동 외관 벌브(3-5)내면을 통해 전달되어 외부에 신속히 방출시킬 수 있다. 양극(3-1)과 외관 벌브(3-5)는 열전도도가 좋은 무산소동으로 되어 있기 때문에 온도편차가 거의 없다. 그 자체의 형상이 도 3의 (나) 실시예와 같이 방열핀(3-18)이 형성된 방열구조 외관벌브(3-15)로 되어 있으면 외부로 방열하기가 한층 용이하다.The outer bulb 3-5 uses an oxygen-free copper material so that the heat generated at the target focal point is smoothly transmitted through the anode 3-1 and released to the outside. Heat generated inside the X-ray tube is generated when the filament 3-3 is heated as well as the target focal point. Heat radiated from the filament 3-3 can also be transmitted through the inner surface of the oxygen-free copper exterior bulb 3-5 to be released quickly to the outside. Since the anode 3-1 and the appearance bulb 3-5 are made of oxygen-free copper having good thermal conductivity, there is almost no temperature deviation. If the shape thereof is a heat dissipation structure external bulb 3-15 having heat dissipation fins 3-18 as shown in Fig. 3B, it is easier to dissipate heat to the outside.
Be 창(3-8)은 엑스선 투과를 위한 Be foil 디스크가 창 지지대(3-9)에 브레이징 조립되어 있다. 정전기 제거용 엑스선관에서 발생되는 엑스선은 연엑스선 영역의 낮은 에너지를 갖기 때문에 0.12t 의 Be foil을 투과 창으로 이용해야만 된다. 또한 정전기 제거용에서는 엑스선 조사각도가 매우 중요한 요소인데 Be 창 사 이즈와 Be 창(3-8)과 타겟 초점사이의 거리에 의존한다.Be window (3-8) is a Be foil disk for X-ray transmission is brazed to the window support (3-9). Since X-rays generated from the static elimination X-ray tube have low energy in the soft X-ray region, 0.12t Be foil must be used as the transmission window. Also, for static elimination, the X-ray irradiation angle is a very important factor, depending on the Be window size and the distance between the Be window (3-8) and the target focal point.
각 부의 조립 및 전체조립은 진공 브레이징으로 조립 되었으며 그 순서는 도 4에 나타내었다. 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 무산소동 외관벌브를 구비한 연엑스선 발생관의 제조방법을 설명하면, 우선 세라믹 절연애자(3-6)를 메탈라이징하여야 한다. 절연애자에 각 부품이 브레이징 되는 곳에 상기 몰리브덴(Mo)으로 메탈라이징이 선행된다. 세라믹 절연애자(3-6)의 일측에 먼저 코바(kovar) 어댑터(3-7)를 브레이징 결합한다. 또한 세라믹 절연애자(3-6)에 형성된 니켈 전극스템 관통홀(3-16)을 통해 니켈 전극 스템(3-10)을 관통시키고, 니켈 전극 스템(3-10)의 말단에는 전극 지지 디스크(3-11)가 형성되어, 상기 전극 지지 디스크(3-11)가 절연애자(3-6)에 브레이징 결합된다.
상기 니켈 전극 스템의 타단에 지지대(3-19)가 점용접되기 전에, 상기 니켈 전극 스템(3-10)과 함께 음극부를 구성하는 텅스텐 필라멘트(3-3), 지지대(3-19) 및 니켈 집속관(3-2)이 조립되어야 한다. 조립순서는 지지대(3-19)에 텅스텐 필라멘트(3-3)이 점용접(spot weling)되고, 지지대(3-19)에는 니켈 집속관(3-2)이 결합고정된다. 상기 텅스텐 필라멘트 및 니켈 집속관이 결합된 지지대(3-19)는 상기 니켈 전극 스템의 타단에 점용접(spot welding) 결합된다.
다음으로, 무산소동 양극부(3-1)의 경사면인 타겟(3-4)에는 금(Au) 박막을 코팅한다.
다음으로는, 상기의 절연애자(3-6)에 코바 어댑터(3-7)가, 상기 코바 어댑터(3-7)에는 무산소동 외관벌브(3-5)가, 상기 무산소동 외관벌브(3-5)에는 무산소동 양극부(3-1)가 각 브레이징 결합된다.
다음으로는 상기 무산소동 외관벌브(3-5)의 상부에 형성되는 공간에 베릴륨(Be) 창이 형성되어야 한다. 일단 상기 무산소동 외관벌브의 상부에 베릴륨 창 지지대가 브레이징 결합되고, 상기 지지대에는 베릴륨 포일로 구성된 베릴륨 창(3-8)이 브레이징 결합된다.
마지막으로는 벌브의 내부를 진공으로 만들기 위해 외관벌브의 하부에 형성된 진공 배기관(3-12)을 통해 내부를 진공으로 만든 후에, 상기 진공 배기관(3-12)을 밀봉하여 작업을 마무리한다. 조립이 완료된 상태에서의 진공배기는 베이스 진공도 ∼10-9 torr 가 되도록 진공배기를 한 다음 에이징 및 베이킹 가열상태에서 진공도 ∼10-7 torr가 되도록 진공배기 한 다음 봉입한다.Assembly and total assembly of each part was assembled by vacuum brazing and the sequence is shown in FIG. Referring to FIG. 4, a method for manufacturing a soft X-ray generator having an oxygen-free copper external bulb according to the present invention will first need to metallize the ceramic insulator 3-6. Where each component is brazed to the insulator, metallization is preceded by molybdenum (Mo). On one side of the ceramic insulator 3-6, a kovar adapter 3-7 is brazed. In addition, the nickel electrode stem 3-10 penetrates through the nickel electrode stem through hole 3-16 formed in the ceramic insulator 3-6, and an electrode support disk (at the end of the nickel electrode stem 3-10). 3-11 is formed, and the electrode support disk 3-11 is brazed to the insulator 3-6.
Before the support (3-19) is spot welded on the other end of the nickel electrode stem, the tungsten filament (3-3), the support (3-19) and nickel forming the cathode part together with the nickel electrode stem (3-10). The focusing tube (3-2) should be assembled. In the assembling procedure, the tungsten filament 3-3 is spot welded to the support 3-19, and the nickel focus tube 3-2 is fixedly coupled to the support 3-19. The support (3-19) in which the tungsten filament and the nickel focus tube are combined is spot welded to the other end of the nickel electrode stem.
Next, a thin film of gold (Au) is coated on the target 3-4, which is the inclined surface of the oxygen-free copper anode portion 3-1.
Next, the above-described insulator 3-6 has a coba adapter 3-7, and the coba adapter 3-7 has an oxygen-free copper external bulb 3-5, and the oxygen-free copper external bulb 3 An oxygen-free copper anode portion 3-1 is brazed to each other at -5).
Next, a beryllium (Be) window should be formed in a space formed on the oxygen-free copper external bulb 3-5. A beryllium window support is brazed on top of the oxygen-free copper appearance bulb, and a beryllium window 3-8 consisting of beryllium foil is brazed on the support.
Finally, the inside of the bulb is vacuumed through a vacuum exhaust pipe 3-12 formed in the lower part of the outer bulb to make the vacuum, and the vacuum exhaust pipe 3-12 is sealed to finish the work. The vacuum exhaust in the state where assembly is completed is evacuated to a base vacuum degree of -10 -9 torr, and then evacuated and encapsulated to a vacuum degree of -10 -7 torr in an aging and baking heating state.
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본 발명에 의한 엑스선관의 작동 실시 예는 다음과 같다.An embodiment of the operation of the X-ray tube according to the present invention is as follows.
실시 예 1의 작동조건은 음극부에 관전압 -10 kV, 관전류 0.7 mA, 필라멘트 가열전압 6 V, 필라멘트 가열전류 0.9 A 일 때 실내 대기 중에서 Be 창면으로부터 1m 떨어진 지점의 엑스선선량을 서베이메터(Survey meter)를 이용하여 측정하였다. 측정된 엑스선 선량은 중심부에서는 30,000mR/hr, 20도에서는 25,000mR/hr, 35도에서는 20,000mR/hr, 35도 이상 각도에서는 수천 mR/hr 선량으로 급감하였다. 측정된 값에 따르면 본 발명에 의한 엑스선관은 조사각도가 70도인 것을 확인할 수 있다.The operating conditions of Example 1 were measured by measuring the X-ray dose at a point 1m away from the Be window in the indoor atmosphere at a tube voltage of -10 kV, a tube current of 0.7 mA, a filament heating voltage of 6 V, and a filament heating current of 0.9 A. ) Was measured. The measured X-ray dose dropped sharply to 30,000 mR / hr at the center, 25,000 mR / hr at 20 degrees, 20,000 mR / hr at 35 degrees, and thousands of mR / hr at angles above 35 degrees. According to the measured value, the X-ray tube according to the present invention can confirm that the irradiation angle is 70 degrees.
실시 예 2의 작동조건은 음극부에 관전압 -10 kV, 관전류 0.7 mA, 필라멘트 가열전압 6 V, 필라멘트 가열전류 0.9 A, 실내온도 20℃ 일 때 작동 후 시간이 경과함에 따라 양극부(3-1)의 온도를 측정하였다. 측정된 온도는 양극부(3-1)와 외관 벌브(3-5)사이에 온도 차이는 거의 없었으며 그 값은 다음과 같다. 10 분 55 ℃, 20 분 65 ℃, 30 분 80 ℃, 40 분 80 ℃, 50 분 85 ℃, 60 분 85 ℃ 이다. 만약 양극부에 별도의 방열구조를 장착을 하거나 방열구조 양극(3-14)과 방열구조 외관벌 브(3-15)형상일 때는 온도를 40 ℃ 이하로 내릴 수 있다.The operating conditions of the second embodiment are the anode portion (3-1) as the time elapsed after the operation at the tube voltage -10 kV, tube current 0.7 mA, filament heating voltage 6 V, filament heating current 0.9 A, room temperature 20 ℃. ) Was measured. The measured temperature showed little difference in temperature between the anode portion 3-1 and the outer bulb 3-5, and the values are as follows. It is 10 minutes 55 degreeC, 20 minutes 65 degreeC, 30 minutes 80 degreeC, 40 minutes 80 degreeC, 50 minutes 85 degreeC, 60 minutes 85 degreeC. If a separate heat dissipation structure is attached to the anode portion or the heat dissipation structure anode (3-14) and the heat dissipation structure external bulb (3-15) shape, the temperature can be lowered to 40 ° C or less.
엑스선 발생시 타겟에서 발생되는 열이 무산소동 양극 및 외관 벌브로 원활하게 전달되어 외부에 방출될 수 있도록 하여 축적된 열로 인한 타겟 박막의 손상이 진행되는 것을 지연시킬 수 있으며 내부 진공도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한 유리 외관벌브를 무산소동으로 대체하므로 서 내충격성을 높이고 각 부품을 진공 브레이징 조립하므로 서 유리부품을 접합 가공하는 것에 비해 재현성 있는 정밀조립이 가능하다.When X-rays are generated, the heat generated from the target can be smoothly transferred to the oxygen-free copper anode and the external bulb to be released to the outside, thereby delaying the damage of the target thin film due to the accumulated heat and preventing the internal vacuum from decreasing. Can be. In addition, by replacing the glass outer bulb with oxygen-free copper, the impact resistance is increased, and by vacuum brazing assembling each part, reproducible and precise assembly is possible as compared to joining glass parts.
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