KR101151858B1 - 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치 - Google Patents

다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나 특정한 특성엑스선을 선택적으로 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시킴으로써 용도에 적합한 다양한 특성엑스선을 발생시킬 수 있고, 전자빔과 다중 타겟의 충돌에 의해 회전 양극에서 발생하는 열의 방열효율을 높여 고휘도의 특성엑스선을 장시간 발생시킬 수 있는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치를 제공함에 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 음극 필라멘트(230)로부터 방출된 전자빔이 양극의 다중 타겟(330)에 충돌 및 반사되어 엑스선을 방출하도록 내부에 진공실(120)을 구비하는 케이스(100); 상기 케이스(100)의 내부 일측에 구비되며, 인가되는 전압에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)로 구성된 다중 음극 필라멘트(230)를 구비하는 음극부(200); 상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에 각각 대응하도록 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 축방향으로 이격되어 복수로 구비되며, 서로 다른 원소로 이루어진 타겟(330a,330b,330c)으로 구성된 다중 타겟(330)을 구비하는 양극부(300); 및 상기 전자빔의 충돌 시 상기 양극부(300)에서 발생하는 열을 상기 케이스(100)의 외부로 방열하기 위한 냉각부(400);를 포함하여 구성된다.

Description

다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치{X-ray generating apparatus having multiple targets and multiple electron beams}
본 발명은 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나 특정한 특성엑스선을 선택적으로 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시킴으로써 용도에 적합한 다양한 특성엑스선을 발생시킬 수 있고, 전자빔과 다중 타겟의 충돌 시 발생하는 열의 방열효율을 높여 고휘도의 특성엑스선을 장시간 발생시킬 수 있도록 하는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 엑스선(X-ray)은 산업, 과학, 의료 등 다양한 분야에서 비파괴 검사, 재료의 구조 및 물성 검사, 영상 진단, 보안 검색 등의 용도로 사용되고 있다. 특히, 엑스선 형광(XRF) 및 엑스선 회절(XRD)용 엑스선원이나 유방 촬영용 엑스선원, 컴퓨터 단층촬영(CT; Computed Tomography)용 엑스선원을 사용할 경우에는 고휘도의 엑스선을 장시간 발생시키는 것이 필요하다.
또한 필요에 따라서는 두 가지 이상의 특성엑스선(characteristic X-ray)을 발생시켜야 되는 경우가 있고, 동일한 작업에서 두 가지 이상의 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시켜야 되는 경우가 있으며, 이러한 경우 음극에서 방출된 전자빔이 충돌되어 엑스선을 반사하는 타겟이 두 개 이상 장착되고, 고휘도의 엑스선을 장시간 발생시킬 수 있는 엑스선 발생장치를 필요로 하게 된다.
종래 엑스선 발생장치와 관련된 선행기술로, 대한민국 등록특허공보 10-906148에는 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 전자방출소자를 이용한 음극과, 투과형 타겟을 채용한 마이크로 포커스 엑스선관으로서, 한 종류의 타겟을 구비하는 것을 개시하고 있으나, 이 경우 음극에서 방출된 전자가 양극에 충돌 시 발생하는 열이 타겟에 누적됨에 따라 높은 전력의 엑스선 발생이 불가능하여 엑스선의 출력이 낮은 문제점이 있다.
다른 선행기술로, 미국특허 4,007,375에는 음극선관(CRT) 벌브의 스크린 내면에 각각 다른 복수 개의 타겟이 구비되고, 음극선관 전원의 제어를 통해 전자빔을 타겟에 선택적으로 충돌 시켜 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생장치가 개시되어 있다. 이 경우 다중 타겟을 구비함에 따라 각각 다른 파장의 특성엑스선을 출력할 수 있는 이점은 있으나, 타겟에서 발생되는 열의 방열이 되지 않아 높은 전력의 엑스선 발생이 불가능하여 엑스선의 출력이 낮은 단점이 있고, 스크린 내면에서 발생된 엑스선이 스크린 유리벽을 통과하는 과정에서 산란율 및 흡수율이 높은 단점이 있다.
또 다른 선행기술로, 미국특허 4,523,327에는 원형구리동체 원주표면 상에 각각 다른 종류의 타겟 단편을 회전축과 평행하게 접합하고, 전자빔이 방출되는 음극 또는 원형 구리동체 양극을 고속 회전시켜서 전자빔이 원주표면 상의 타겟에 충돌되도록 하여 각각 다른 종류의 타겟에서 서로 다른 특성엑스선이 동시에 발생됨으로써 다중 특성엑스선을 복합적으로 포함하는 엑스선을 발생시키는 엑스선 발생원이 개시되어 있으나, 이러한 구성에 의하면 단색 특성선을 갖는 엑스선원으로는 이용할 수 없는 단점이 있다.
다른 선행기술로, 미국특허 4,870,671에는 막대 원통형 끝 표면에 각각 다른 타겟물질을 4분면 각각에 장착하고, 음극부에 각각의 타겟에 대응되는 전자빔 발생용 필라멘트를 각각 장착하여 원하는 특성엑스선에 해당하는 타겟에서 엑스선을 발생시킬 수 있는 엑스선 발생원이 개시되어 있다. 이 경우 단색 특성선을 선택적으로 발생시킬 수 있는 엑스선원으로 이용할 수 있으나, 타겟 상의 엑스선 발생 초점이 일정하지 않고, 출력이 낮아 고휘도의 엑스선원으로 사용하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시킬 수 있도록 하는 다중 타겟 및 이에 대응되는 음극구조를 구비한 엑스선 발생장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 필요에 따라 두 가지 이상의 특성엑스선을 선택하여 각각 연속적으로 발생시킬 수 있도록 하는 다중 타겟 및 이에 대응되는 음극구조를 구비한 엑스선 발생장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 음극 필라멘트의 가열 시 발생하는 열과 음극 필라멘트에서 방출된 전자빔이 양극 타겟에 충돌 시 발생하는 열을 원활하게 방열할 수 있는 냉각기능을 구비함으로써 고휘도의 엑스선을 장시간 발생시킬 수 있는 엑스선 발생장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 음극 필라멘트에서 방출된 전자빔이 양극 타겟에 충돌하는 위치가 일정하도록 음극과 양극을 배치함으로써 엑스선의 발생 초점을 일정하게 하여 고출력 고휘도의 균일한 엑스선을 발생시킬 수 있도록 하는 엑스선 발생장치를 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치는, 음극 필라멘트(230)로부터 방출된 전자빔이 양극의 다중 타겟(330)에 충돌 및 반사되어 엑스선을 방출하도록 내부에 진공실(120)을 구비하는 케이스(100); 상기 케이스(100)의 내부 일측에 구비되며, 인가되는 전압에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)로 구성된 다중 음극 필라멘트(230)를 구비하는 음극부(200); 상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에 각각 대응하도록 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 축방향으로 이격되어 복수로 구비되며, 서로 다른 원소로 이루어진 타겟(330a,330b,330c)으로 구성된 다중 타겟(330)을 구비하는 양극부(300); 및 상기 전자빔의 충돌 시 상기 양극부(300)에서 발생하는 열을 상기 케이스(100)의 외부로 방열하기 위한 냉각부(400);를 포함하여 구성된다.
이 경우 상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에는 각각 전압이 개별적으로 인가되어, 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c)으로부터 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나, 특정한 특성엑스선을 선택적으로 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 음극부(200)는 상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)가 각각 장착되는 복수의 집속홈(220a,220b,220c)이 형성되어 상기 케이스(100)의 일측에 고정되는 집속관(210)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 케이스(100)의 일측면에는 상기 다중 타겟(330)으로부터 반사된 엑스선이 투과하는 엑스선 투과창(110)이 구비되고, 상기 전자빔이 충돌하는 상기 다중 타겟(330)의 반사면은 상기 엑스선 투과창(110) 면에 수직한 면을 기준으로 상기 엑스선 투과창(110)을 향하는 방향으로 소정 각도 하향 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치는, 음극 필라멘트(230-1)로부터 방출된 전자빔이 양극의 다중 타겟(330)에 충돌 및 반사되어 엑스선을 방출하도록 내부에 진공실(120)을 구비하는 케이스(100); 상기 케이스(100)의 내부 일측에 구비되며, 인가되는 전압에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 단일 음극 필라멘트(230-1)를 구비하는 음극부(200-1); 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)에서 방출되는 전자빔이 충돌되도록 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 축방향으로 이격되어 복수로 구비되며, 서로 다른 원소로 이루어진 타겟(330a,330b,330c)으로 구성된 다중 타겟(330)을 구비하는 양극부(300); 상기 전자빔의 충돌 시 상기 양극부(300)에서 발생하는 열을 상기 케이스(100)의 외부로 방열하기 위한 냉각부(400); 및 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)와 상기 다중 타겟(330) 사이에 구비되어 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)로부터 방출된 전자빔이 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c) 중 특정 타겟에 충돌되도록 자계를 형성하여 상기 전자빔의 이동 경로를 제어하는 편향장치(600);를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 실시예들에서, 상기 회전 양극 원통부(310)의 일측에는 상기 케이스(100)를 관통하는 양극 회전축부(320)가 일체로 연결되고, 상기 회전 양극 원통부(310)와 상기 양극 회전축부(320)의 내부에는 상기 케이스(100)의 외부와 소통되는 중공부(340)가 마련되어 상기 냉각부(400)의 냉각수 순환유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉각부(400)는, 상기 케이스(100)의 외측으로 노출된 단부에 냉각수 입구(411)가 형성되고, 상기 양극 회전축부(320)와 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 연장되며, 연장된 단부에서 양측으로 연장된 유로변환부(410a)가 형성된 제1방열관(410); 상기 제1방열관(410)의 외측 단부가 관통되어 결합되고, 상기 제1방열관(410)의 외측 둘레에 이격되어 상기 양극 회전축부(320)의 내주면에 밀착되며, 상기 양극 회전축부(320)의 외측으로 노출된 단부 일측에 냉각수 출구(421)가 형성된 제2방열관(420);을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
또한 상기 냉각수 입구(411)로 유입된 냉각수는, 상기 제1방열관(410) 내부의 제1수평유로(412)을 따라 수평방향으로 이동한 뒤, 상기 유로변환부(410a) 내부의 제1수직유로(413)를 통해 수직방향으로 유로가 변경되어 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 배출되고, 상기 회전 양극 원통부(310)로부터 전달된 열을 회수한 후, 상기 유로변환부(410a)와 제2방열관(420) 사이의 제2수직유로(414)를 통해 유입되어 상기 제1방열관(410)과 제2방열관(420) 사이의 제2수평유로(415)를 따라 수평방향으로 이동한 후, 상기 냉각수 출구(421)를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 양극 회전축부(320)의 외주면과 상기 양극 회전축부(320)가 삽입되는 케이스(100)의 내주면 사이와, 상기 양극 회전축부(320)의 내주면과 상기 제2방열관(420)의 외주면 사이에는 진공기밀 슬라이더(500)가 개재된 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치에 의하면, 전압이 개별적으로 인가되는 복수의 음극 필라멘트와 이에 각각 대응되는 복수의 양극 타겟을 구비함으로써 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나, 특정한 특성엑스선을 선택적으로, 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시킴으로써 용도에 적합한 다양한 특성엑스선의 출력이 가능해진다.
또한 본 발명에 의하면, 음극은 고정체로 하고 양극을 회전체로 구성함과 아울러 회전 양극 원통부의 외주면에 원주방향으로 타겟을 형성함으로써 음극에서 방출되는 전자빔이 타겟에 충돌 시 발생하는 열을 분산시킬 수 있고, 회전 양극 원통부와 양극 회전축부의 내부에 냉각수 순환유로가 형성된 냉각부를 구비함으로써 엑스선 발생장치 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있게 되므로 타겟의 열적 손상을 방지하고 고휘도의 특성엑스선을 장시간 발생시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 회전 양극 원통체의 외주면에 원주방향을 따라 타겟이 형성되므로 양극을 회전체로 구성하면서도 음극에서 방출된 전자빔이 양극의 타겟에 충돌하여 반사되는 엑스선의 발생 초점을 일정하게 할 수 있게 되어 고출력 고휘도의 균일한 엑스선을 출력할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양극부에 다중 타겟이 배치된 모습을 보여주는 측면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양극부에 다중 타겟이 배치된 모습을 보여주는 측면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 엑스선 발생장치는, 3방향으로 개구부(101,102,103)가 형성되고 내부에는 진공실(120)이 마련되는 케이스(100), 상기 개구부(101)의 케이스(100) 내측에 구비되며 외부로부터 인가되는 전압에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 다중 음극 필라멘트(230)를 구비한 음극부(200), 상기 케이스(100) 내부에 회전 가능하게 설치되며 상기 다중 음극 필라멘트(230)에 대응되는 다중 타겟(330)을 구비하여 상기 전자빔과의 충돌 및 반사에 의해 엑스선을 방출하는 양극부(300), 상기 전자빔의 다중 타겟(330)에의 충돌 시 양극부(300)에서 발생하는 열을 케이스(100) 외부로 방열하기 위한 냉각부(400) 및 상기 양극부(300)를 회전가능하게 지지하는 동시에 진공실(120) 내부의 진공 상태를 유지하기 위한 진공기밀 슬라이드(500)를 포함하여 구성된다.
상기 케이스(100)는, 엑스선 발생을 위한 음극부(200) 및 양극부(300)를 지지하고 내부에는 음극부(200)로부터 방출된 전자가 양극부(300)에 충돌하여 방사선을 방출하도록 하는 진공실(120)을 제공한다. 케이스(100)의 상부에 형성된 개구부(101)에는 음극부(200)가 기밀이 유지된 상태로 설치되고, 상기 개구부(101)는 케이스(100) 외부에 구비되는 복수의 전원공급원(미도시됨)으로부터 음극부(200)의 다중 음극 필라멘트(230)를 구성하는 복수의 음극 필라멘트(230a,230b,230c) 각각에 전원을 공급하기 위한 도선의 연결 통로를 제공한다. 케이스(100)의 일측에 형성된 개구부(102)에는 양극부(300)의 양극 회전축부(320)가 진공기밀 슬라이드(500)에 의해 지지되어 회전 가능하게 삽입되어 있다. 케이스(100)의 하부에 형성된 개구부(103)는 케이스(100) 내부를 진공 상태로 형성하기 위한 진공 배기구의 역할을 하며, 상기 개구부(103)의 외측에는 진공펌프(미도시됨)가 연결 설치된다.
상기 케이스(100)의 일측면에는 양극부(300)로부터 방출되는 엑스선이 투과과하는 얇은 판재로 이루어진 엑스선 투과창(110)이 설치되며, 상기 엑스선 투과창(110)은 엑스선의 투과시 산란을 최소화하고 저흡수 고투과 기능을 제공할 수 있도록 베릴륨 소재로 구성됨이 바람직하다.
상기 음극부(200)는, 외부 전원이 개별적으로 인가되는 복수의 다중 음극 필라멘트(230;230a,230b,230c)로 구성되며, 상기 다중 음극 필라멘트(230)는 집속관(210)의 하부에 서로 이격되어 복수로 형성된 집속홈(220;220a,220b,220c)에 각각 삽입되어 장착되며, 상기 집속관(210)은 개구부(101)의 내측에 기밀이 유지된 상태로 밀착 고정된다. 상기 집속관(210)의 저면은 상기 엑스선 투과창(110) 면에 수직한 면을 기준으로 상기 엑스선 투과창(110)을 향하는 방향으로 소정 각도 하향 경사지게 형성되어, 상기 집속홈(220)에 장착되는 다중 음극 필라멘트(230)는 수직선을 기준으로 일측으로 소정의 경사각을 이루는 방향을 향하도록 배치된다. 상기 다중 음극 필라멘트(230)는 전기적 특성이 우수한 텅스텐 재질로 구성될 수 있으며, 각각의 필라멘트(230a,230b,230c)에 인가되는 전압의 크기에 비례하여 전자의 방출수가 변하게 된다.
상기 양극부(300)는, 외부로부터 인가된 전압에 의해 전계를 형성하여 상기 음극부(200)로부터 방출된 전자를 가속하여 타겟에 충돌 시킴으로써 엑스선을 방출하기 위한 것으로, 상기 다중 음극 필라멘트(230)를 구성하는 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에 각각 대응되는 복수의 타겟(330;330a,330b,330c)이 외주면에 둘레에 축방향으로 이격되어 구비된 회전 양극 원통부(310)와, 상기 회전 양극 원통부(310)의 일측에 일체로 연장 형성되며 외부의 구동장치에 결합되어 회전하는 양극 회전축부(320)로 구성된다.
상기 다중 타겟(330)을 구성하는 각각의 타겟(330a,330b,330c)은 서로 다른 원소(예컨대, W, Mo, Cu, Ta)로 구성될 수 있으며, 상기 음극 필라멘트(230a,230b,230c)의 하측으로 이격되어 대면하도록 위치되며, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 타겟(330a,330b,330c)은 회전 양극 원통부(310)의 외주면에 원주방향으로 연결되고 축방향으로 서로 이격된 배치 구조를 갖는다.
상기 회전 양극 원통부(310)는 소정의 경사각(θ)으로 축경된 원추체 형상으로 구성되며, 그 외주면은 집속관(210)의 저면과 평행한 위치에 배치된다. 따라서 음극 필라멘트(230a,230b,230c) 하측으로 대면하는 위치에 해당 타겟(330a,330b,330c)이 위치하게 되며, 상기 음극 필라멘트(230a,230b,230c)로부터 방출된 전자빔은 해당 타겟(330a,330b,330c)의 일정한 위치에 충돌하게 되고, 전자와의 충돌에 의해 타겟(330a,330b,330c)을 구성하는 원소의 전자 위치가 이동되면서 그 에너지 차에 의해 방출되는 엑스선은 엑스선 투과창(110)을 투과하여 방출된다. 이 경우 상기 복수의 음극 필라멘트(230a,230b,230c)에는 각각 전원이 개별적으로 인가되므로, 전원의 인가 여부와 시간 및 세기를 조절함으로써 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c)으로부터 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나, 특정한 특성엑스선을 선택적으로 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시키는 것이 가능해진다.
또한 양극부(300)를 회전체로 구성하고, 다중 타겟(330)을 회전 양극 원통부(310)의 외주면에 회전방향과 나란한 원주방향으로 형성함으로써 다중 타겟(330)에 전자빔이 충돌하는 위치를 일정하게 하면서도 충돌되는 지점이 회전방향을 따라서 가변되므로 전자빔의 충돌에 의해 발생하는 열을 분산시켜 과열을 방지함으로써 다중 타겟(330)의 열적 손상을 방지할 수 있게 된다.
이와 더불어, 본 발명에서는 상기 다중 음극 필라멘트(230)의 가열 시 발생하는 열과 전자빔이 다중 타겟(330)에 충돌 시 발생하는 양극부(300)의 열을 방열하기 위한 구성으로, 냉각부(400)를 회전 양극 원통부(310)와 양극 회전축부(320) 내부에 마련된 중공부(340)에 형성한 것에 특징이 있다.
상기 냉각부(400)는, 케이스(100)의 일측에 형성된 개구부(102)의 외측으로 노출된 단부에 냉각수 입구(411)가 형성되고, 상기 양극 회전축부(320)와 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)를 가로지르며 연장 형성되며, 상기 회전 양극 원통부(310)의 내부로 연장된 단부에서 상하 양측으로 연장된 유로변환부(410a)가 형성된 제1방열관(410)과, 상기 제1방열관(410)의 외측 단부가 관통되어 지지되고, 상기 제1방열관(410)의 외측 둘레에 이격되어 양극 회전축부(320)의 내주면에 밀착되는 제2방열관(420)에 의해 냉각수 순환유로가 형성된다.
상기 냉각수 입구(411)로 유입된 냉각수는, 상기 제1방열관(410) 내부의 제1수평유로(412)을 따라 수평방향으로 이동한 뒤, 상기 유로변환부(410a) 내부의 제1수직유로(413)를 통해 수직방향으로 유로가 변경되어 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 배출되고, 상기 회전 양극 원통부(310)로부터 전달된 열을 회수한 후, 상기 유로변환부(410a)와 제2방열관(420) 사이의 제2수직유로(414)를 통해 유입되어 상기 제1방열관(410)과 제2방열관(420) 사이의 제2수평유로(415)를 따라 수평방향으로 이동한 후, 상기 냉각수 출구(421)를 통해 배출된다.
이와 같이 상기 중공부(340)에 제1방열관(410)과 제2방열관(420)을 설치하여 냉각수의 순환유로를 형성함으로써, 다중 음극 필라멘트(230)의 가열 시 발생되어 복사에 의해 양극부(300)에 전달되는 열과, 전자빔이 다중 타겟(330)에 충돌 시 발생하는 열을 냉각수와의 직접 열교환 방식에 의해 회수하여 외부로 방열할 수 있게 되므로, 다중 음극 필라멘트(230)에 높은 전압을 장시간 인가하더라도 양극부(300)의 과열이 방지되어 고휘도의 특성엑스선을 연속적으로 출력할 수 있게 된다.
또한 외부 구동장치의 구동에 의해 양극부(300)가 원활히 회전되도록 지지하고, 양극부(300)의 회전시 진공실(120) 내부의 진공을 유지하기 위한 구성으로, 상기 양극 회전축부(320)의 외주면과 상기 양극 회전축부(320)가 삽입되는 케이스(100)의 내주면 사이와, 상기 양극 회전축부(320)의 내주면과 상기 제2방열관(420)의 외주면 사이에는 진공기밀 슬라이더(500)가 개재된다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 구성에 의하면, 전원이 개별적으로 인가되는 다중 음속 필라멘트(230)를 구비한 음극부(200)와, 이에 각각 대응하는 다중 타겟(330)을 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 구비함으로써, 하나의 엑스선 발생장치를 이용하여 다양한 조합의 특성엑스선을 발생시킬 수 있게 되며, 다중 타겟(330)을 구비한 양극부(300)를 회전체로 구성하여 전자빔이 충돌되는 위치를 일정하게 하면서도 충돌지점이 회전방향을 따라 가변되도록 함과 아울러 양극부(300) 내부에 냉각수가 순환되는 냉각부(400)를 구비함으로써 직접 열전달에 의해 냉각효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 다중 음극 필라멘트(230)와 다중 다겟(330)이 3개소에 형성된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 설치 개수는 이에 한정되지 않으며 그 수를 달리하여 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 발생장치는, 상술한 실시예의 구성과 기타의 구성은 동일하게 구성되고, 음극부(200-1)가 단일 음극 필라멘트(230-1)로 구성되고, 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)를 장착하기 위한 장착홈(220-1)이 형성된 집속관(210-1)이 개구부(101)의 내측에 설치되고, 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)와 상기 다중 타겟(330) 사이에 구비되어 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)로부터 방출된 전자빔이 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c) 중 특정 타겟에 충돌되도록 자계를 형성하여 상기 전자빔의 이동 경로를 제어하는 편향장치(600)를 구비한 점에 특징이 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 음극 필라멘트(230-1)를 단일 구조로 구성하면서도 편향장치(600)에서의 자계를 변화시켜 전자빔의 이동 경로를 다중 타겟(330) 중 서로 다른 원소로 구성된 임의의 타겟(330a,330b,330c)을 향하도록 집속시켜 충돌되도록 변화시킬 수 있게 되므로, 단일 음극 필라멘트(230-1)에 인가되는 전압과 상기 편향장치(600)의 자계 조절을 통하여 원하는 특정의 특성엑스선을 출력할 수 있게 되며, 음극 필라멘트(230-1)가 단일 구조로 설치되므로 엑스선 발생장치를 소형화할 수 있는 이점이 있다.
100 : 케이스 101,102,103 : 개구부
110 : 엑스선 투과창 200,200-1 : 음극부
210,210-1 : 집속관 220,220-1 : 집속홈
230 : 다중 음극 필라멘트 230-1 : 단일 음극 필라멘트
300 : 양극부 310 : 회전 양극 원통부
320 : 양극 회전축부 330 : 다중 타겟
340 : 중공부 400 : 냉각부
410 : 제1방열관 410a : 유로변환부
411 : 냉각수 입구 412 : 제1수평유로
413 : 제1수직유로 414 : 제2수직유로
415 : 제2수평유로 420 : 제2방열관
421 : 냉각수 출구 500 : 진공기밀 슬라이더
600 : 편향장치

Claims (9)

  1. 다중 음극 필라멘트(230)로부터 방출된 전자빔이 양극의 다중 타겟(330)에 충돌 및 반사되어 엑스선을 방출하도록 내부에 진공실(120)을 구비하는 케이스(100);
    상기 케이스(100)의 내부 일측에 구비되며, 인가되는 전원에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)로 구성된 다중 음극 필라멘트(230)를 구비하고, 상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)가 각각 장착되는 복수의 집속홈(220a,220b,220c)이 형성되어 상기 케이스(100)의 일측에 고정되는 집속관(210)을 포함하는 음극부(200);
    상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에 각각 대응하도록 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 축방향으로 이격되어 복수로 구비되며, 서로 다른 원소로 이루어진 타겟(330a,330b,330c)으로 구성된 다중 타겟(330)을 구비하는 양극부(300); 및
    상기 전자빔의 충돌 시 상기 양극부(300)에서 발생하는 열을 상기 케이스(100)의 외부로 방열하기 위한 냉각부(400);를 포함하되,
    상기 복수의 필라멘트(230a,230b,230c)에는 각각 전원이 개별적으로 인가되며 전원의 인가 여부와 시간 및 세기를 조절함으로써, 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c)으로부터 두 가지 이상의 특성엑스선을 동시에 발생시키거나, 특정한 특성엑스선을 선택적으로 또는 두 가지 이상의 특정한 특성엑스선을 각각 연속해서 발생시키고,
    상기 케이스(100)의 일측면에는 상기 다중 타겟(330)으로부터 반사된 엑스선이 투과하는 엑스선 투과창(110)이 구비되고, 상기 전자빔이 충돌하는 상기 다중 타겟(330)의 반사면은 상기 엑스선 투과창(110) 면에 수직한 면을 기준으로 상기 엑스선 투과창(110)을 향하는 방향으로 소정 각도 하향 경사지게 형성되며, 상기 집속관(210)의 저면은 상기 다중 타겟(330)의 반사면과 평행한 위치에 배치되어 상기 음극 필라멘트(230a,230b,230c)의 하측으로 대면하는 위치에 해당 타겟(330a,330b,330c)이 위치하게 되며,
    상기 회전 양극 원통부(310)의 일측에는 상기 케이스(100)를 관통하는 양극 회전축부(320)가 일체로 연결되고, 상기 회전 양극 원통부(310)와 상기 양극 회전축부(320)의 내부에는 상기 케이스(100)의 외부와 소통되는 중공부(340)가 마련되어 상기 냉각부(400)의 냉각수 순환유로를 형성하되,
    상기 냉각부(400)는, 상기 케이스(100)의 외측으로 노출된 단부에 냉각수 입구(411)가 형성되고, 상기 양극 회전축부(320)와 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 연장되며, 연장된 단부에서 양측으로 연장된 유로변환부(410a)가 형성된 제1방열관(410); 상기 제1방열관(410)의 외측 단부가 관통되어 결합되고, 상기 제1방열관(410)의 외측 둘레에 이격되어 상기 양극 회전축부(320)의 내주면에 밀착되며, 상기 양극 회전축부(320)의 외측으로 노출된 단부 일측에 냉각수 출구(421)가 형성된 제2방열관(420);을 포함하고,
    상기 양극 회전축부(320)의 외주면과 상기 양극 회전축부(320)가 삽입되는 케이스(100)의 내주면 사이와, 상기 양극 회전축부(320)의 내주면과 상기 제2방열관(420)의 외주면 사이에는 진공기밀 슬라이더(500)가 개재된 것을 특징으로 하는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 단일 음극 필라멘트(230-1)로부터 방출된 전자빔이 양극의 다중 타겟(330)에 충돌 및 반사되어 엑스선을 방출하도록 내부에 진공실(120)을 구비하는 케이스(100);
    상기 케이스(100)의 내부 일측에 구비되며, 인가되는 전원에 의해 가열되어 전자빔을 방출하는 단일 음극 필라멘트(230-1)를 구비하는 음극부(200-1);
    상기 단일 음극 필라멘트(230-1)에서 방출되는 전자빔이 충돌되도록 회전 양극 원통부(310)의 외주면 둘레에 축방향으로 이격되어 복수로 구비되며, 서로 다른 원소로 이루어진 타겟(330a,330b,330c)으로 구성된 다중 타겟(330)을 구비하는 양극부(300);
    상기 전자빔의 충돌 시 상기 양극부(300)에서 발생하는 열을 상기 케이스(100)의 외부로 방열하기 위한 냉각부(400); 및
    상기 단일 음극 필라멘트(230-1)와 상기 다중 타겟(330) 사이에 구비되어 상기 단일 음극 필라멘트(230-1)로부터 방출된 전자빔이 상기 복수의 타겟(330a,330b,330c) 중 특정 타겟에 충돌되도록 자계를 형성하여 상기 전자빔의 이동 경로를 제어하는 편향장치(600)를 포함하되,
    상기 회전 양극 원통부(310)의 일측에는 상기 케이스(100)를 관통하는 양극 회전축부(320)가 일체로 연결되고, 상기 회전 양극 원통부(310)와 상기 양극 회전축부(320)의 내부에는 상기 케이스(100)의 외부와 소통되는 중공부(340)가 마련되어 상기 냉각부(400)의 냉각수 순환유로를 형성하되,
    상기 냉각부(400)는, 상기 케이스(100)의 외측으로 노출된 단부에 냉각수 입구(411)가 형성되고, 상기 양극 회전축부(320)와 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 연장되며, 연장된 단부에서 양측으로 연장된 유로변환부(410a)가 형성된 제1방열관(410); 상기 제1방열관(410)의 외측 단부가 관통되어 결합되고, 상기 제1방열관(410)의 외측 둘레에 이격되어 상기 양극 회전축부(320)의 내주면에 밀착되며, 상기 양극 회전축부(320)의 외측으로 노출된 단부 일측에 냉각수 출구(421)가 형성된 제2방열관(420);을 포함하고,
    상기 양극 회전축부(320)의 외주면과 상기 양극 회전축부(320)가 삽입되는 케이스(100)의 내주면 사이와, 상기 양극 회전축부(320)의 내주면과 상기 제2방열관(420)의 외주면 사이에는 진공기밀 슬라이더(500)가 개재된 것을 특징으로 하는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 냉각수 입구(411)로 유입된 냉각수는, 상기 제1방열관(410) 내부의 제1수평유로(412)을 따라 수평방향으로 이동한 뒤, 상기 유로변환부(410a) 내부의 제1수직유로(413)를 통해 수직방향으로 유로가 변경되어 상기 회전 양극 원통부(310) 내부의 중공부(340)로 배출되고, 상기 회전 양극 원통부(310)로부터 전달된 열을 회수한 후, 상기 유로변환부(410a)와 제2방열관(420) 사이의 제2수직유로(414)를 통해 유입되어 상기 제1방열관(410)과 제2방열관(420) 사이의 제2수평유로(415)를 따라 수평방향으로 이동한 후, 상기 냉각수 출구(421)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치.

  9. 삭제
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