KR101361793B1 - 광이오나이저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선관에 관한 것으로서, 두 개의 전극을 통해 필라멘트에 전류가 인가되면 필라멘트의 전기저항에 의해 열이 발생되어 필라멘트로부터 열전자가 방출이 되기 시작한다. 이렇게 방출된 열전자는 집속렌즈에 의해 집속이 되고 음극부와 양극부 양단에 걸려있는 전압차에 따라 가속되어 전자빔을 형성하며 유리관튜브의 진공내부측에 코팅되어 있는 코팅부에 충돌하며 충돌된 전자에너지는 코팅부에서 엑스선의 형태로 변환이 되어 엑스선이 코팅부에서 발생된다. 그리고 발생된 엑스선은 엑스선 투과율을 좋은 베릴륨판을 통해 방사가 된다. 방사된 엑스선은 공기를 전리시켜 이온화하며 이온화된 공기는 대전체의 하전을 중화시켜 정전기를 제거한다.
필라멘트 재질의 하나인 텅스텐의 경우 높은 융점(3,650℃), 경제성 등을 가지고 있지만 높은 일함수(4.5eV)를 가지고 있으므로 본 발명의 목적을 달성하는 데는 부적합하여 텅스텐의 표면에 텅스텐보다 일함수가 낮은 물질 토륨(3.4eV), 바륨(2.52~2.7eV) 세슘(2.14eV), 란탄(3.5eV), 바륨(2.7eV), 스트론튬(2.59eV), 사마륨(2.7eV), 칼슘(2.87eV)중 하나 또는 복수 개의 물질을 포함하는 물질을 코팅하여 일함수를 낮추게 되면 보다 많은 열전자를 방출할 수 있는 엑스선관 및 광이오나이저에 대한 것이다.

Description

광이오나이저{PHOTO IONIZER}

본 발명은 광이오나이저에 관한 것이다.

물체에 정전기가 축적되면 방전 스파크에 의한 폭발, 화재, 분진부착에 의한 문제가 발생할 수 있기 때문에 이를 방지할 필요가 있다.

일반적으로 사람이 피부로 느끼는 정전기는 약 3,000볼트 정도이나, 반도체와 같이 민감한 전기 제품은 10볼트의 정전기에 의해서도 파괴될 수 도 있으므로 반도체 공정이나 정전기에 민감한 LCD, PDP, OLED, 반도체 등 첨단 산업 등의 생산공정에는 높은 수준의 정전 환경이 요구되어 정전기 제거장치가 절대적으로 필요하다.

정전기를 제거하기 위한 방법에는, 접지하는 방법, 가습에 의한 방법, 대전방지제나 대전용품을 사용하는 방법 또는 이오나이저를 사용하는 방법 등이 있다.

이오나이저는 고전압을 방전시켜 얻어지는 양,음이온을 상대물에 보내어 대전된 정전기와 반대극성으로 중화시켜 소멸시키는 장치로 소재에 대하여 접촉되지 않고 사용하므로 대상물의 복잡성에 상관없이 소재를 상하게 하지 않고 제전 시킬 수 있는 장점이 있다.

이오나이저 중에서는 연엑스선을 이용한 광 이오나이저가 소형화 및 효과적인 면에서 가장 널리 사용되어 지고 있다.

이러한 광 이오나이저는 엑스선관을 이용하여 20kV 이하의 연 엑스선을 발생시켜 대전체를 향하여 방사하여 기체분자를 이온화하여 대전체의 표면에 존재하는 정전기를 중화시키는 것이다.

제전용 광 이오나이저는 양극투과형 엑스선 튜브에 텅스텐(W)과 같은 금속 물질을 얇은 베릴륨 판위에 코팅하여 사용한다.

음극인 필라멘트에서 발생된 전자는 양극의 전압차이에 의해 가속되어 양극의 베릴륨 판 위에 코팅된 금속물질에 충돌하여 엑스선을 발생시킨다.

광이오나이저에 사용되는 엑스선관은 엑스선을 발생시키기 위해 열전자를 발생시키는 필라멘트를 사용하는데 고온에서 녹는점이 높아야 하고 낮은 일함수를 가져야 한다.

일함수는 어떤 고체의 표면에서 한 개의 전자를 고체 밖으로 빼내는 데 필요한 에너지로 eV(electron volt)로 표시된다.

이러한 물질 중 필라멘트에 널리 사용되는 재료들 중의 하나가 텅스텐으로 융점은 3,650℃이고 일함수가 4.5 eV이다.

양극투과형 엑스선관에서 방사선인 엑스선에 대한 작업자 안전과 소형화를 도모하기 위해 관전압을 낮출 경우 다음 식에 따라 엑스선의 강도(Intensity)가 떨어져 제전효율이 줄어드는 문제가 있다.

일예로 관전압을 반으로 줄이게 되면 아래의 식에 의해 관전류는 4배를 증가시켜야 동일한 엑스선의 강도를 유지할 수 있다.

I = kNV²i

여기서 I는 강도, k는 비례상수, N은 원자번호, V는 관전압, i는 관전류이다.

하지만 관전류를 4배 이상 증가 시킬 경우 엑스선관 내에서 높은 열이 발생하게 되므로 진공유리관 및 필라멘트의 수명이 단축되는 단점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 진공유리관의 두께를 두껍게 하거나 필라멘트의 굵기를 굵게 할 수도 있으나 이 경우에는 소형화가 힘들고 소비전력이 많이 소요가 되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 양극투과형 엑스선관의 필라멘트를 개선하여 엑스선의 강도를 높여 제전효율을 높이기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 낮은 관전압 에서도 관전류의 증가 없이 엑스선의 강도를 유지하도록 하여 제전효율을 유지하고자 한다.

본 발명의 한 실시 예에 따른 광이오나이저의 엑스선관은 유리관으로 내부진공을 유지하고 필라멘트에서 발생한 열전자를 양극물질이 코팅된 엑스선 투과창에 직접 충돌시켜 엑스선을 발생시키는 양극투과형 엑스선관내에 필라멘트 물질보다 일함수가 낮은 물질을 필라멘트의 표면에 형성하여 더욱 많은 전자가 방출 되도록 한 것이다.

이때, 일함수가 낮은 물질은 도포, 도금 혹은 용융되어 필라멘트에 형성 된다.

이러한 특징에 따르면 코팅된 낮은 일함수의 물질로부터 동일한 관전압과 관전류하에서도 높은 열전자 방출에 따른 높은 엑스선 강도를 가지며 제전효율이 높은 엑스선관을 만들 수 있다.

또한 관전압을 낮추더라도 관전류를 조절할 필요 없이 동등한 엑스선 강도를 얻을 수 있어 사용자의 안전성이 확보되고 엑스선관의 전력소모가 줄어드는 효과가 있다.

또한 관전압을 낮출 수 있음에 따라 엑스선관 전원장치의 소형화가 가능하여 공간활용도를 높일 수 있다.

도 1는 본 발명의 한 실시예에 따른 양극투과형 엑스선관을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 양극투과형 엑스선관의 코팅된 필라멘트를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 자의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 양극투과형 엑스선관에 대하여 설명한다.

먼저 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 양극투과형 엑스선관에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참고로 하면 본 발명의 한 실시예에 따른 양극투과형 엑스선관(100)은 양극부(10)와 음극부(20) 및 음극부(20)을 보호하는 유리관튜브(30)으로 구성되며, 필라멘트(21)에서 발생한 전자의 충돌로 인해 엑스선을 발생시키는 코팅부(12), 코팅부(12)에서 발생한 엑스선이 외부로 방출이 되도록 하는 베릴륨판(11), 코팅부(12), 베릴륨판(11) 및 완충링(14)이 결합되는 플랜지(13)로 구성되어 있는 양극부(10), 외부로부터 전원을 공급받는 두 개의 전극(23), 열전자를 발생시키기 위해 텅스텐으로 제작되고 텅스텐의 표면에 텅스텐보다 일함수가 낮은 물질로 도포, 도금 혹은 용융되어 있는 필라멘트(21), 필라멘트(21)에 전원을 공급하는 전선을 연결하고 집속렌즈(22)를 고정하는 와이어지지체(26), 필라멘트(21)를 이온충격으로부터 보호하고 열전자를 양극부(10)로 유도하여 필라멘트(21)에서 발생된 전자빔을 집속시키는 집속렌즈(22)로 구성되어 있는 음극부(20) 그리고 상기 엑스선관 내부를 진공상태로 유지시켜 주는 유리관튜브(30)으로 구성되어 있다.

그러면 이와 같은 구조를 갖는 광이오나이저의 엑스선관(100)의 동작에 대하여 설명을 한다.

두 개의 전극(23)을 통해 필라멘트(21)에 전류가 인가되어 필라멘트(21)의 전기저항에 의해 열이 발생되면 필라멘트(21)로부터 열전자가 방출이 된다. 이렇게 방출된 열전자는 집속렌즈(22)에 의해 집속이 되고 음극부(20)와 양극부(10) 양단간에 걸려있는 전압차에 따라 가속되어 전자빔을 형성하며 유리관튜브(30)의 진공내부측에 코팅되어 있는 코팅부(12)에 충돌하며 충돌된 전자에너지는 코팅부(12)에서 엑스선의 형태로 변환이 되어 엑스선이 코팅부(12)에서 발생된다.

그리고 발생된 엑스선은 엑스선 투과율이 좋은 베릴륨판(11)을 통해 방사가 된다. 방사된 엑스선은 공기를 전리시켜 이온화하며 이온화된 공기는 대전체의 하전을 중화시켜 정전기를 제거한다.

본 발명의 엑스선관의 필라멘트 재질로 사용될 수 있는 물질은 여러가지가 있으나 주로 사용되는 물질은 4.5eV의 일함수를 갖는 텅스텐과 4.3eV의 일함수를 갖는 몰리브덴이 주로 사용이 되는데 본 발명에서는 텅스텐을 실시예로 기술한다.

본 발명의 엑스선관의 필라멘트 재질로 주로 사용되는 텅스텐의 경우 높은 융점(3,650℃), 경제성 등을 가지고 있지만 높은 일함수(4.5eV)를 가지고 있으므로 본 발명의 목적을 달성하는 데는 부적합하여 텅스텐의 표면에 텅스텐보다 일함수가 낮은 물질 토륨(3.4eV), 바륨(2.52~2.7eV) 세슘(2.14eV), 란탄(3.5eV), 바륨(2.7eV), 스트론튬(2.59eV), 사마륨(2.7eV), 칼슘(2.87eV)중 하나 또는 복수 개의 물질을 코팅하여 일함수를 낮추게 되면 보다 많은 열전자를 방출할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 엑스선관 10: 양극부
11: 베릴륨판 12: 코팅부
13: 플랜지 20: 음극부
21: 필라멘트 22: 집속렌즈
23: 전극 30: 유리관튜브

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 텅스텐과 상기 텅스텐 위에 위치하고 상기 텅스텐보다 낮은 일함수를 갖는 물질을 구비하며, 전자를 방출하는 필라멘트,
   상기 필라멘트에서 방출한 상기 전자가 충돌하여 엑스선을 발생시키는 코팅 물질로 이루어진 코팅부,
   상기 코팅부 하부에 상기 코팅부와 접하게 위치하고, 상기 코팅부에서 발생한 엑스선을 외부로 방출시키는 베릴륨판,
   상기 필라멘트의 양 단부에 각각 연결되어 있고, 외부로부터 전압을 인가 받는 두 개의 전극, 그리고
   상기 필라멘트에서 발생한 전자를 집속시키는 집속 렌즈
   를 포함하는 광이오나이저.
5. 제4항에서,
   상기 텅스텐보다 낮은 일함수를 갖는 상기 물질은 토륨, 세슘, 란탄 및 사마륨 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 광이오나이저.
6. 제5항에서,
   상기 텅스텐보다 낮은 일함수를 갖는 상기 물질은 상기 텅스텐 위에 도포, 도금 또는 용융되어 위치하는 광이오나이저.

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