KR101439208B1

KR101439208B1 - X선관 튜브 구조

Info

Publication number: KR101439208B1
Application number: KR1020130047924A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 김석철
Original assignee: (주)선재하이테크
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-09-12

Abstract

본 발명은 X선 발생 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공 유리관 내벽에 소정의 도전성 금속 물질을 도포하여 캐소드 기능을 수행할 수 있도록 한 X선관 튜브 구조에 관한 것이다.
본 발명에서 제안하는 X선관 튜브 구조의 실시예는 유리관과, 상기 유리관의 상단부에 형성되는 X선 조사부와, 상기 유리관의 하단부에 형성되는 스템부를 구비하며, 상기 스템부를 통하여 상기 유리관 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어는 전자 방출용 필라멘트를 통하여 상호 연결되되, 상기 유리관 내벽에는 상기 필라멘트에서 방출되는 전자가 상기 X 선 조사부로 집속 가능하도록 하는 도전성 금속이 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 X선관 튜브의 경우 종래에 사용되는 원통형의 캐소드 대신에 진공 유리관 내벽 원통에 소정의 도전성 금속 물질을 도포함으로써 캐소드 기능을 수행할 수 있도록 하였으며, 따라서 본 발명의 X선관 튜브 구조는 진공 유리관의 사이즈를 종래 대비 상당히 축소시킬 수 있다.

Description

X선관 튜브 구조{X-ray tube structure}

본 발명은 X선 발생 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공 유리관 내벽에 소정의 도전성 금속 물질을 도포하여 캐소드 기능을 수행할 수 있도록 한 X선관 튜브 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 물질투과성에 따라서 얇은 공기층에 의해서도 쉽게 흡수되는 투과성이 낮은 방사선을 연X선이라 하고, 륀트겐 등에 사용하는 투과성이 높은 것을 경X선이라 한다.

연X선의 에너지는 경X선에 비해 수십분의 일 정도로 낮고, 직접 조사에 의한 영향 또한 훨씬 적다.

이러한 연X선과 경X선의 특성을 구분하여 설명하면 표 1과 같다.

구분	파장	에너지	용도
연X선	1~1000Å	1~10keV	분석용, 정전기 제거
경X선	0.01~1Å	10~1000keV	의료용, 공업용

한편, 도1에는 연X선 발생기의 내부구조의 일예가 도시되어 있다.

도1에 도시된 바와같이, 연X선은 가속된 전자가 금속 타켓(Be)에 충돌하면 발생되는 것이므로, 연X선 발생기는 전자를 고속으로 가속시키는 고전압발생장치(도시되지 않음)로 구성되어있다.

극에 인가되는 전압을 가속전압(target voltage) 이라고 하면, 충돌할 때의 전자의 운동에 에너지 E는 다음과 같은 식으로 표시된다.

E=eV=(1/2)mv²

여기서,

e: 전자전하(-1.602X10^-19C)

m: 전자질량(9.109X10^-31kg)

V: 가속전압

v:전자속도.

알려진 바와 같이, 전자의 운동에너지는 극과 충돌할 때 대부분 열로 변하고 약 1% 정도의 에너지만이 연X선으로 발산되고, 연X선 발생 효율은 다음과 같은 식으로 표시된다.

발생 효율=1.1X10^-9ZV

여기서, Z 는 타겟 물질의 원자 번호이다.

이러한 연X선 조사식은 대전제 중화에 필요한 이온 및 전자를 대전체 주위의 가스분자 및 원자의 광자흡수에 의하며 이온을 생성하는 방식으로 이루어지며, 이러한 연X선 조사식의 특징은 고농도의 이온 및 전자를 생성할 수 있기 때문에 단시간 내에 정전 제거가 가능하고 또한 잔류 정전기압을 거의 0 V로 유지할 수 있으며, 대기압 상태의 불활성가스 분위기에서도 정전기 제거가 가능하다는 장점이 있d어 정전기 제거를 위한 이오나이저로 널리 활용되고 있다.

알려진 바와 같이, 코로나 방전식에서는 이온의 이송을 위하여 별도의 송풍장치가 필요하나, 연X선 조사식은 무풍 상태의 분위기 속에서도 제전할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 연X선 조사식은 에너지가 높기 때문에(파장은 약 1.3Å 이하) 산소분자 또는 원자도 신속히 이온화할 수 있고 따라서 오존의 발생을 거의 유발하지 않는다(참고로, 공기중에 오존이 생성되면 오존에 의해 반도체웨이퍼 산화, 플라스틱 물질의 산화, 특히 인체의 영향을 미친다)

코로나방전시에는 이 에너지 영역대의 빛이 발생하고 전자의 생성이 많기 때문에 산소 라디칼이 발생하여 오존이 생성된다는 문제점이 있으나, 연X선의 경우에는 광자에너지가 수백~수천eV로 높고, 광자를 흡수한 산소원자 또는 분자가 전부 이온화 에너지로 작용하여 오존 생성원인 산소 라디칼을 거의 생성하지 않아 오존이 거의 발생하지 않는다는 이점이 있다.

도 2에는 본 출원인이 생산하여 시판중인 연X선 조사 장치 중에서 고전압발생기와 연결되어 연X선을 조사하는 연X선관 튜브의 일예가 도시되어 있으며, 도 3 및 도 4에는 도 2 에 도시된 연X선관 튜브의 정면도와 배면도가 각각 추가로 도시되어 있다(참고로 집속관 역할을 하는 원통형의 캐소드 내부에는 코바 와이어와 연결되는 필라멘트가 존재하나 본 도면에서는 도시되지 아니하였다).

도 2에 도시된 바와 같이, 연X관 튜브의 외형 구조는 유리관(100)과, 유리관의 일측 종단부에 결합되는 X선 조사부(200: Be 등의 타겟 포함), 유리관(100)의 타측 종단부에 결합되는 유리로 된 스템(300)으로 이루어지며,

연X관 튜브는 유리관 내부에 위치하여 전자를 집속시키는 역할을 수행하는 원통형의 캐소드(110: 집속관이라고도 함), 고전압 발생기(도시되지 않음)에서 출력되는 약 -11kV의 전압이 인가되는 도전 와이어(120: 코바 와이어(kovar wire)), 유리관(100) 내부로 삽입된 도전 와이어(120)를 상호 연결시키는 유리 재질의 클립부(130), 일측이 원통 형상의 캐소드(110) 외측에 부착되고 타측이 유리관(100) 내벽에 밀착되어 캐소드(110)를 지지하는 가이드 스프링(140), 유리관(100) 내부의 진공 상태를 유지하기 위한 게터(150: getter) 등과 같은 구성 요소를 포함한다.

그런데 도 2 내지 도 3에 도시된 종래의 연X선관 튜브에서는 전자의 이동 경로를 집속시키는 캐소드(집속관)가 소정 형상(즉, 원형통 형상)으로 공간을 차지하고 있는 까닭에 진공 유리관의 사이즈를 적정 사이즈 이하로 소형화함에 한계를 가진다는 문제점이 있었다.

1. 출원번호 10-2008-0088834, 발명의 명칭-저출력 엑스선관 및 광 이오나이저, 출원인: 선재하이테크 2. 출원번호 10-2003-0056410, 발명의 명칭- 연 엑스선을 이용한 정전기 제거장치, 출원인: 선재하이케크

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 전자 이동 경로를 집속시키기 위하여 집속관 대신 유리관 내벽을 도전성 금속으로 도포함으로써 연X선 튜브의 사이즈를 소형화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 제안하는 X선관 튜브 구조의 실시예는 유리관과, 상기 유리관의 상단부에 형성되는 X선 조사부와, 상기 유리관의 하단부에 형성되는 스템부를 구비하며, 상기 스템부를 통하여 상기 유리관 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어는 전자 방출용 필라멘트를 통하여 상호 연결되되, 상기 유리관 내벽에는 상기 필라멘트에서 방출되는 전자가 상기 X 선 조사부로 집속 가능하도록 하는 도전성 금속이 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유리관 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어의 일측과 상기 도전성 금속으로 이루어지는 캐소드는 도전성의 가이드 스프링에 의하여 상호 연결되어 있으며, 상기 X 선 조사부에는 타겟 물질이 형성되고, 상기 유리관 내부에는 진공 상태를 유지하기 위한 게터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제안하는 연X선 튜브를 사용하는 경우 다음과 같은 효과가 있다.

1. 기존에 사용하던 원통형의 캐소드(집속관)을 사용하지 않음으로써 진공 유리관의 소형화가 가능하다.

2. 도전성 재질로 이루어진 소정 형상의 캐소드가 불필요한 까닭에 제조 공정이 단순화되는 이점이 있다.

도1은 연X선 발생기의 내부구조의 일예이다.
도 2는 본 출원인이 생산하여 시판중인 연X선 조사 장치 중에서 고전압발생기와 연결되어 연X선을 조사하는 연X선관 튜브의 일예이다.
도 3 및 도 4에는 도 2 에 도시된 연X선관 튜브의 정면도와 배면도이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 X선관 튜브의 구조를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 X선관 튜브 내부에 설치되는 구조물 중에서 스템부와 결합되어 있는 구성 요소의 결합체를 예시적으로 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 X선관 튜브 구조의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 5의 (a)에는 도 2 내지 도 4에서 설명한 종래의 X선관 튜브의 구조의 단면도가 예시되어 있으며, 도 5의 (b)에는 본 발명에서 제안하는 X선관 튜브 구조의 실시예가 도시되어 있고 도 6 및 도 7은 X선관 튜브 내부에 설치되는 구조물 중에서 스템부와 결합되어 있는 구성 요소의 결합체를 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 경우 원통형의 진공 유리관(Glass)의 내부에는 원통형의 캐소드(집속관)가 구비되고, 캐소드(집속관)는 전자를 방출하는 필라멘트(도시되지 않음)를 에워싸는 방식으로 제공된다.

이러한 종래의 X선관 튜브 구조의 경우 캐소드(집속관)가 소정 크기로 제공되는 까닭에 진공 유리관의 사이즈를 감소시키데 한계가 있을 수 밖에 없었다.

이에 대하여 본 발명에 따른 X선관 튜브 구조는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 원통형의 진공 유리관(Glass)과, 유리관(Glass) 상단부에 형성되는 X선 조사부와, 진공 유리관(Glass)의 하단부에 형성되는 스템부(Stem)를 포함하며, 스템부(Stem)를 통하여 진공 유리관(Glass) 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어(본 발명의 경우 Kovar 와이어를 사용하였으나 이는 일예에 불과하다)는 전자 방출용 필라멘트(filament)를 통하여 상호 연결되되, 진공 유리관(Glass) 내벽에는 필라멘트에서 방출되는 전자가 상기 X 선 조사부로 집속 가능하도록 하는 도전성 금속이 도포되어 캐소드(종래 기술의 집속관 기능을 수행)를 형성한다.

보다 상세히 설명하면, X선 조사부는,

중앙 개구부가 형성되어 있는 스테인레스 스틸 재질의 플랜지(SUS Flange)와, 플랜지의 개구부를 폐쇄하는 방식으로 부설되어 있는 베릴륨 등의 타겟(Target)과, 상기 스테인레스 스틸 재질의 플랜지(SUS Flange)가 안착되며 중앙 개구부가 형성되어 있는 Kovar와 같은 도전성 재질로 이루어진 플랜지(도면의 Kovar Flange)를 포함하여 이루어지는 부분을 의미한다.

본 발명의 X선 조사부의 형태는 일예에 불과한 것으로 이러한 구조의 변경은 당업계에서 취사 선택 가능할 것이다.

다음, 진공 유리관(Glass)의 하단부에 형성되어 있는 스템부(Stem)는 그 재질이 유리로 되어 있으며, 진공 유리관(Glass)의 하단부와 접합되어 있다.

고전압 발생기(도시되지 않음)로부터 인가되는 예컨대 대략 -11KV의 고전압은 적어도 2개의 도전 와이어(Kovar wire)에 공급되며, 진공 유리관 내부로 유입된 도전 와이어(Kovar wire)는 필라멘트를 통하여 상호 연결되는 구조로 되어 있고, 필라멘트를 통하여 방출되는 다량의 음전하는 방출된다.

진공 유리관 내부로 유인된 도전 와이어(Kovar wire)의 일측에는 도전성의 가이드 스프링이 일 종단부가 연결되어 있고 타 종단부는 진공 유리관 내벽에 도포된 도전성 금속 물질에 접촉하는 방식으로 이루어진다.

따라서, 진공 유리관 내벽에 원통형으로 도포되는 도전성 금속 물질(즉, 캐소드)은 종래 기술에서의 캐소드와 동일한 기능을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 핵심적인 사항은 아니지만, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 스템부를 통하여 유입된 또 다른 도전성 와이어의 일측에는 진공 상태를 유지하기 위한 게터가 부착된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 X선관 튜브의 경우 종래에 사용되는 원통형의 캐소드 대신에 진공 유리관 내벽 원통에 소정의 도전성 금속 물질을 도포함으로써 캐소드 기능을 수행할 수 있도록 하였으며, 따라서 도 5의 (a)와 (b)의 단면도로부터 알 수 있듯이 본 발명의 X선관 튜브 구조는 진공 유리관의 사이즈를 종래 대비 상당히 축소시킬 수 있다.

또한, 작업 공정에 있어서도 종래의 경우 캐소드를 부착하는 공정에 소정의 시간이 필요하였으나 본 발명의 경우 그러한 공정 단계가 누락됨으로써 X선관 튜브를 용이하게 구현할 수 있다.

참고로, 본 발명의 구현에 있어서 진공 유리관 내벽에 도포되는 도전성 금속 물질은 종래의 캐소드에 사용되는 도전성 재질을 포함하며 바람직하게는 그 용융점이 진공 유리관의 용융점 보다는 낮은 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 경우 진공 유리관 내벽에 도전성 금속 물질을 원통형 형상으로 도포하여 필라멘트에서 방출되는 음전하가 타겟으로 이동하게끔 유도하는 캐소드 기능을 수행할 수 있도록 하여 X선관 튜브의 소형화 및 제조 공정을 간소화를 이룩하였다.

이러한 본 발명의 기술적 사상은 소정 형상의 도전성 재질로 이루어진 캐소드를 대신하여 진공 유리관 내벽에 소정의 금속 물질을 도포하여 캐소드 기능을 수행하는 모든 종류의 X선관 튜브에도 동일하게 적용된다고 보아야 한다.

참고로, 본 발명의 경우 정전기 제거용의 연X선관 튜브에 사용되는 것도 가능하며 본 발명에서 언급한 구조를 갖는 모든 종류의 X선관 튜브에도 그 기술적 사상은 동일하게 적용된다.

Claims

X선관 튜브 구조에 있어서,
유리관과,
상기 유리관의 상단부에 형성되는 X선 조사부와
상기 유리관의 하단부에 형성되는 스템부를 구비하며,
상기 스템부를 통하여 상기 유리관 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어는 전자 방출용 필라멘트를 통하여 상호 연결되되, 상기 유리관 내벽에는 상기 필라멘트에서 방출되는 전자가 상기 X 선 조사부로 집속 가능하도록 하는 도전성 금속 물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 X선관 튜브 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 유리관 내부로 유입된 적어도 2개의 도전 와이어의 일측과 상기 도전성 금속 물질로 이루어지는 캐소드는 도전성의 가이드 스프링에 의하여 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 X선관 튜브 구조.
제 1 항에 있어서, 상기 X 선 조사부에는 타겟 물질이 형성되고, 상기 유리관 내부에는 진공 상태를 유지하기 위한 게터가 설치되는 것을 특징으로 하는 X선관 튜브 구조.