KR102077664B1 - X-ray tube including hybrid electron emission - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전자 방출원을 구비한 엑스선 튜브에 관한 것으로, 구체적으로 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원을 모두 포함하는 캐소드를 전자 방출원으로 이용하는 엑스선 튜브에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은, 전자빔을 방출하는 전자 방출원 및 상기 방출된 전자빔이 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 물질을 포함하는 타겟부로 구성되되, 상기 전자 방출원은, 열 전자 방출원 및 전계 전자 방출원을 포함하며, 상기 열 전자 방출원 및 상기 전계 전자 방출원 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 전자빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브에 관한 것이다. The present invention relates to an X-ray tube having a hybrid electron emission source, and more particularly, to an X-ray tube using a cathode including both a field electron emission source and a thermal electron emission source as an electron emission source.
Accordingly, the present invention is composed of a target portion including an electron emission source for emitting an electron beam and a target material that emits X-rays by colliding the emitted electron beam, wherein the electron emission source is a thermal electron emission source and a field electron emission source And an electron beam by selectively using at least one of the thermal electron emission source and the field electron emission source.

Figure 112016067039163-pat00002
Figure 112016067039163-pat00002

Description

하이브리드 전자 방출원을 구비한 엑스선 튜브{X-ray tube including hybrid electron emission} X-ray tube with hybrid electron emission source

본 발명은 하이브리드 전자 방출원을 구비한 엑스선 튜브에 관한 것으로, 구체적으로 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원을 모두 포함하는 캐소드를 전자 방출원으로 이용하는 엑스선 튜브에 관한 것이다. The present invention relates to an X-ray tube having a hybrid electron emission source, and more particularly, to an X-ray tube using a cathode including both a field electron emission source and a thermal electron emission source as an electron emission source.

전자를 방출하는 원리는 크게 열 전자 방출(thermal electron emission)과 전계 전자 방출(field electron emission)이 있다. The principle of electron emission is largely thermal electron emission and field electron emission.

엑스선 튜브는 상기한 전자 방출 원리 중에서, 진공 유리관 안의 필라멘트를 가열하는 열 전자 방출 방식을 가장 많이 사용해왔으나, 최근에는 디지털 제어가 용이한 전계 전자 방출 방식의 엑스선 튜브들이 연구, 개발되고 있다. X-ray tube has been the most widely used thermal electron emission method for heating the filament in the vacuum glass tube of the above-described electron emission principle, but in recent years, X-ray tubes of the field electron emission method easy to digitally control has been researched and developed.

전계 전자 방출원은 금속 팁, 탄소 나노 튜브, 나노 와이어 등 여러 종류의 물질을 이용할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 전계 전자 방출원은 디지털 제어가 용이하기 때문에, 엑스선 튜브를 이용한 인체 치료 시에 불필요한 엑스선 노출을 줄일 수 있고, 고속 스캔 구동이 가능하기 때문에 우수한 품질의 결과 영상을 얻을 수 있다. The field electron emission source has an advantage of using various kinds of materials such as metal tips, carbon nanotubes, and nanowires. In addition, since the field electron emission source is easy to digitally control, unnecessary X-ray exposure may be reduced when treating a human body using an X-ray tube, and high-speed scan driving may be performed, thereby obtaining an image having excellent quality.

최근, 건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 치료뿐만 아니라 진단, 예방 등에서 인체가 엑스선에 노출되는 시간이나 양이 증가하고 있다. 그에 따라, 상술한 이점을 갖는 전계 전자 방출 방식의 엑스선 튜브에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In recent years, as the interest in health increases, the time and amount of exposure of the human body to X-rays in diagnosis, prevention, etc., as well as treatment, are increasing. Accordingly, research into the field electron emission type X-ray tube having the above-described advantages is being actively conducted.

그럼에도 불구하고, 전계 전자 방출원은 열 전자 방출원과 비교하여 상대적으로 높은 진공도를 요구하면서 방출되는 전자의 양은 적다는 단점을 가지므로, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법이 요구되는 실정이다. Nevertheless, the field electron emitter has a disadvantage in that the amount of electrons emitted while requiring a relatively high degree of vacuum compared to the thermal electron emitter is small, and thus a method for solving such a problem is required.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원을 모두 포함하는 하이브리드 전자 방출원을 구비한 엑스선 튜브를 제공한다.The present invention has been made to solve the above problems, and provides an X-ray tube having a hybrid electron emission source including both a field electron emission source and a thermal electron emission source.

또한, 본 발명은 하이브리드 전자 방출원을 이용한 엑스선 튜브에서 내부 구성품들에 대한 아웃개싱(가스 방출, 가스 배출, 탈기체, 아웃갯싱)(outgassing)을 충분히 제거하고, 밀봉된 엑스선 튜브의 구동 시 아웃개싱에 의한 내부 진공도 저하를 억제할 수 있는 엑스선 튜브의 구조를 제공한다. In addition, the present invention sufficiently eliminates outgassing (outgassing, outgassing, outgassing, outgassing) of the internal components in the X-ray tube using the hybrid electron emission source, and out when driving the sealed X-ray tube. Provided is a structure of an X-ray tube that can suppress a decrease in internal vacuum degree due to gassing.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 엑스선 튜브는, 전자빔을 방출하는 전자 방출원 및 상기 방출된 전자빔이 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 물질을 포함하는 타겟부로 구성되되, 상기 전자 방출원은, 열 전자 방출원 및 전계 전자 방출원을 포함하며, 상기 열 전자 방출원 및 상기 전계 전자 방출원 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 전자빔을 방출하는 것을 특징으로 한다. The X-ray tube according to the present invention for solving the above problems is composed of a target portion including an electron emission source for emitting an electron beam and a target material that emits X-rays by colliding the emitted electron beam, the electron emission source, And a thermal electron emitter and a field electron emitter, wherein the electron beam is emitted using at least one of the thermal electron emitter and the field electron emitter.

상기 열 전자 방출원은, 코일 모양의 텅스텐 필라멘트가 연결된 캐소드부, 상기 캐소드부 주위를 둘러싸고 상기 캐소드에서 방출된 전자빔을 집속시키는 집속 전극 및 상기 집속 전극 내에 구비되며, 상기 엑스선 튜브에서 발생하는 아웃개싱을 흡착하여 제거하는 게터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The hot electron emission source is provided in a cathode portion to which a coil-shaped tungsten filament is connected, a focusing electrode surrounding the cathode portion and focusing an electron beam emitted from the cathode, and an outgassing generated in the X-ray tube. It characterized in that it comprises a getter to remove by adsorbing.

상기 전계 전자 방출원은, 전계를 형성하는 게이트 전극 및 상기 전계에 의하여 유도된 전자를 방출하는 에미터를 포함하는 캐소드 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The field electron emission source is characterized in that it comprises a cathode including a gate electrode to form an electric field and an emitter to emit electrons induced by the electric field.

상기 타겟부는, 상기 타겟 물질을 포함하는 아노드 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The target unit may be configured to include an anode electrode including the target material.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 집속 전극 및 상기 게터를 상기 열 전자 방출원과 공유하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.The field electron emission source is arranged to share the focusing electrode and the getter with the hot electron emission source.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 집속 전극 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.The field electron emission source is disposed in the focusing electrode.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 열 전자 방출원과 수평으로 배치되는 것을 특징으로 한다. The field electron emission source is characterized in that it is disposed horizontally with the hot electron emission source.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 집속 전극 내에서, 상기 열 전자 방출원의 상기 캐소드부와 수평으로 배치되는 것을 특징으로 한다. The field electron emission source is disposed in the focusing electrode in a horizontal direction with the cathode portion of the hot electron emission source.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 열 전자 방출원의 하부에 배치되는 것을 특징으로 한다. The field electron emission source is characterized in that it is disposed below the thermal electron emission source.

상기 캐소드부는, 상기 집속 전극 외부에 배치되며, 상기 집속 전극 내의 상기 전계 전자 방출원과 대응되는 상부에 배치되는 것을 특징으로 한다. The cathode part is disposed outside the focusing electrode, and is disposed on an upper portion corresponding to the field electron emission source in the focusing electrode.

상기 전계 전자 방출원은, 상기 열 전자 방출원의 상부에 배치되는 것을 특징으로 한다. The field electron emission source is characterized in that it is disposed above the thermal electron emission source.

상기 캐소드부는, 상기 집속 전극 내에서, 상기 전계 전자 방출원의 하부에 배치되는 것을 특징으로 한다. The cathode unit is disposed in the focusing electrode below the field electron emission source.

상기 열 전자 방출원으로부터 방출된 전자빔은 상기 타겟부 및 상기 캐소드 전극에 충돌하여 상기 아노드 전극 및 상기 캐소드 전극의 아웃개싱을 제거하는 것을 특징으로 한다.The electron beam emitted from the thermal electron emission source collides with the target portion and the cathode to remove the outgassing of the anode electrode and the cathode electrode.

상기 게이트 전극은 상기 에미터로 고전류를 인출하여 상기 에미터의 아웃개싱이 제거되도록 하는 것을 특징으로 한다. The gate electrode draws a high current to the emitter so that the outgassing of the emitter is removed.

상기 아웃개싱의 제거는, 상기 엑스선 튜브의 제조 과정에서 수행되는 것을 특징으로 한다. The removal of the outgassing is characterized in that performed in the manufacturing process of the X-ray tube.

상기 게터는, 상기 엑스선 튜브의 구동 중 발생하는 아웃개싱을 제거하기 위하여, 상기 엑스선 튜브의 밀봉 전에 활성화되는 것을 특징으로 한다. The getter is activated prior to sealing of the X-ray tube in order to remove outgassing generated during driving of the X-ray tube.

본 발명에 따른 하이브리드 전자 방출원을 구비한 엑스선 튜브는, 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원을 모두 구비하여 고선량의 엑스선이 필요한지 또는 고속 스캔이 필요한지 여부에 따라 전자 방출원을 선택적으로 사용할 수 있도록 한다.The X-ray tube having a hybrid electron emission source according to the present invention may include both an electron emission source and a thermal electron emission source to selectively use an electron emission source depending on whether a high dose of X-ray or a high speed scan is required. Make sure

또한, 본 발명에 따른 엑스선 튜브는, 하이브리드 전자 방출원이 내부 구성품들에 대한 아웃개싱을 충분히 제거할 수 있는 구조를 가짐으로써 엑스선 튜브 구동 시의 진공도 저하를 막고, 엑스선 튜브의 특성 및 수명이 향상되도록 한다. In addition, the X-ray tube according to the present invention has a structure in which the hybrid electron emission source can sufficiently remove the outgassing of the internal components, thereby preventing a decrease in the vacuum degree when driving the X-ray tube, and improving the characteristics and the life of the X-ray tube. Be sure to

도 1은 일반적인 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 엑스선 튜브의 구동 시의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a typical X-ray tube.
2 is a view showing the structure of an X-ray tube according to the first embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an operation during the driving of the X-ray tube according to the present invention.
4 is a view showing the structure of an X-ray tube according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing the structure of an X-ray tube according to a third embodiment of the present invention.

본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다. In the following description of embodiments of the present disclosure, when it is determined that a detailed description of a related well-known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description may be omitted.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다," "포함할 수 있다." 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작, 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작, 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 　As used herein, "includes," "can include." And the like refer to the existence of the corresponding function, operation, component, etc. disclosed, and do not limit one or more additional functions, operations, components, and the like. Also in this specification, "includes." Or "have." And the like are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or It should be understood that they do not preclude the presence or possibility of adding these in advance.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly indicates otherwise.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention.

도 1은 일반적인 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a typical X-ray tube.

도 1에는 열 전자 방출원을 전자 방출원으로 이용하는 일반적인 엑스선 튜브(100)의 구조가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 엑스선 튜브(100)는 열 전자 방출원(110) 및 타겟부(120)를 포함하여 구성된다. 1 shows a structure of a general X-ray tube 100 using a thermal electron emitter as an electron emitter. Referring to FIG. 1, the X-ray tube 100 includes a hot electron emission source 110 and a target unit 120.

열 전자 방출원(110)은 열 전자 방출원(110)에 공급되는 열 에너지에 의해 전자를 전자빔(1)의 형태로 방출한다. 열 전자 방출원(110)은 방출된 전자빔(1)이 확산되지 않도록 집속시키는 집속 전극(focusing cup)(111)을 포함하여 구성될 수 있다. The thermal electron emitter 110 emits electrons in the form of the electron beam 1 by the thermal energy supplied to the thermal electron emitter 110. The hot electron emission source 110 may include a focusing cup 111 for focusing the emitted electron beam 1 so as not to diffuse.

다양한 실시 예에서, 열 전자 방출원(110)은 게터(getter)(112)를 포함하여 구성될 수 있다. 게터(112)는 엑스선 튜브(100)의 구동 시 내부 흡착을 이용하여 엑스선 튜브(100) 내부에서 발생하는 아웃개싱을 제거하기 위해 구비된다. In various embodiments, the thermal electron emitter 110 may include a getter 112. The getter 112 is provided to remove outgassing generated inside the X-ray tube 100 by using internal adsorption when the X-ray tube 100 is driven.

타겟부(120)는 열 전자 방출원(110)에서 방출된 전자빔(1)이 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 물질(121)을 포함하는 아노드(anode) 전극(122)으로 구성된다. The target unit 120 includes an anode electrode 122 including a target material 121 that emits X-rays by colliding with the electron beam 1 emitted from the thermal electron emission source 110.

엑스선 튜브(100)의 제조 과정에서는 엑스선 튜브(100)의 구동 시 발생할 수 있는 아웃개싱을 일차적으로 미리 제거할 수 있다. 구체적으로, 엑스선 튜브(100)는 배기관을 통해 진공 펌프에 연결된 상태에서 고온으로 가열되고, 그에 따라 열 전자 방출원(110)에서 방출된 전자빔(1)은 타겟부(120)의 타겟 물질(121)에 충돌한다. 전자빔(1) 충돌에 의하여 타겟부(120)에서 방출되는 가스는 진공 펌프를 통해 외부로 배출된다. In the manufacturing process of the X-ray tube 100, the outgassing that may occur when the X-ray tube 100 is driven may be primarily removed in advance. Specifically, the X-ray tube 100 is heated to a high temperature in the state connected to the vacuum pump through the exhaust pipe, and thus the electron beam 1 emitted from the thermal electron emission source 110 is the target material 121 of the target portion 120 ) The gas emitted from the target part 120 by the collision of the electron beam 1 is discharged to the outside through the vacuum pump.

이때, 엑스선 튜브(100)가 고온으로 가열될수록 아웃개싱은 더 효율적으로 제거된다. 그러나, 엑스선 튜브(100)의 외관을 형성하는 유리관(130)이 일반적으로 약 700~800℃의 연화점(softening temperature)을 갖는 보로실리게이트(borosilicate) 계열의 유리를 사용하기 때문에, 아웃개싱 제거 시 엑스선 튜브(100)의 가열 온도는 이보다 낮아야 한다. 또한, 외부에서 엑스선 튜브(100)를 유리관(130)의 연화점에 상당하는 온도로 가열하더라도, 엑스선 튜브(100)의 내부 구성품들은 실제 외부 가열 온도보다 낮은 온도로 가열된다. At this time, as the X-ray tube 100 is heated to a high temperature, the outgassing is more efficiently removed. However, since the glass tube 130 forming the appearance of the X-ray tube 100 generally uses a borosilicate-based glass having a softening temperature of about 700 to 800 ° C., the outgassing is removed. The heating temperature of the X-ray tube 100 should be lower than this. In addition, even if the X-ray tube 100 from the outside to the temperature corresponding to the softening point of the glass tube 130, the internal components of the X-ray tube 100 is heated to a temperature lower than the actual external heating temperature.

이러한 온도 제약으로 인해, 엑스선 튜브(100) 제조 시에 아웃개싱의 제거가 충분히 이루어지지 않는 문제가 발생한다. 아웃개싱이 충분히 제거되지 않은 엑스선 튜브(100)를 구동하게 되면, 구동 시에 발생하는 아웃개싱에 의해 유리관(130) 내부의 진공도가 낮아지므로, 엑스선 튜브(100)의 성능 및 수명이 감소하게 된다. Due to such temperature constraints, there is a problem that the removal of the outgassing during the X-ray tube 100 is not made sufficiently. When driving the X-ray tube 100 that is not sufficiently removed outgassing, because the degree of vacuum inside the glass tube 130 is lowered by the outgassing generated during driving, the performance and life of the X-ray tube 100 is reduced. .

도 1에서는 열 전자 방출원을 이용하는 엑스선 튜브(100)를 예로 들어 설명하였으나, 이러한 문제는 전계 전자 방출원을 이용하는 엑스선 튜브에서도 동일하게 발생한다. 특히, 전계 전자 방출원은 유리관(130) 내부의 진공도가 낮으면 열화(degradation)가 급속히 발생하여 방출하는 전자의 양이 줄어들고, 불안정한 방출 전류 특성을 보이게 된다. 뿐만 아니라, 유리관(130) 내부의 진공도가 낮아지는 경우, 전계 전자 방출원은 아크(arc) 발생에 의한 손상으로 엑스선 튜브(100)의 성능 및 수명이 심각하게 감소하는 문제점을 갖는다. In FIG. 1, the X-ray tube 100 using the heat electron emission source has been described as an example, but the same problem occurs in the X-ray tube using the field electron emission source. In particular, in the field electron emission source, when the degree of vacuum inside the glass tube 130 is low, degradation occurs rapidly, the amount of electrons emitted is reduced, and the unstable emission current characteristics are exhibited. In addition, when the degree of vacuum inside the glass tube 130 is lowered, the field electron emission source has a problem in that performance and lifespan of the X-ray tube 100 are seriously reduced due to damage caused by arc generation.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원을 모두 구비하는 하이브리드 전자 방출원을 이용하여, 엑스선 튜브(100)의 제조 시 아웃개싱이 충분히 제거될 수 있는 구조를 제공한다. In order to solve this problem, the present invention provides a structure that can be sufficiently removed outgassing during the manufacture of the X-ray tube 100 by using a hybrid electron emission source having both a field electron emission source and a thermal electron emission source. do.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of an X-ray tube according to the first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 열 전자 방출원 및 전계 전자 방출원을 포함하는 하이브리드 전자 방출원(210) 및 타겟부(230)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 2, the X-ray tube 200 according to the present invention includes a hybrid electron emission source 210 and a target unit 230 including a thermal electron emission source and a field electron emission source.

열 전자 방출원은 열 전자 방출원에 공급되는 열 에너지에 의해 전자를 전자빔(1)의 형태로 방출한다. 열 전자 방출원은 코일 모양의 텅스텐 필라멘트가 연결된 캐소드부(211) 및 캐소드부(211) 주위를 둘러싸고 캐소드부(211)에서 방출된 전자빔(1)을 집속시키는 집속 전극(212)을 포함하여 구성된다. 집속 전극(212)에는 전자빔(1)이 통과할 수 있는 적어도 하나의 홀(구멍)이 형성된다. The hot electron emitter emits electrons in the form of the electron beam 1 by thermal energy supplied to the hot electron emitter. The hot electron emission source includes a cathode portion 211 connected to a coil-shaped tungsten filament and a focusing electrode 212 that surrounds the cathode portion 211 and focuses the electron beam 1 emitted from the cathode portion 211. do. At least one hole (hole) through which the electron beam 1 can pass is formed in the focusing electrode 212.

본 발명의 다양한 실시 예에서, 열 전자 방출원은 게터(213)를 포함하여 구성될 수 있다. 게터(213)는 집속 전극(212) 내에 구비되며, 엑스선 튜브(200)의 구동 시 내부 흡착을 이용하여 엑스선 튜브(200) 내부에서 발생하는 아웃개싱을 제거하는 역할을 수행한다. In various embodiments of the present disclosure, the thermal electron emitter may comprise a getter 213. The getter 213 is provided in the focusing electrode 212 and serves to remove outgassing generated inside the X-ray tube 200 by using internal adsorption when the X-ray tube 200 is driven.

전계 전자 방출원은 전계 전자 방출원에 형성된 전계에 의하여 유도되는 전자를 전자빔(1) 형태로 방출한다. 전계 전자 방출원은 전계 전자 방출원에 전계를 형성하기 위한 게이트 전극(221) 및 전계에 의하여 전자를 방출하는 에미터(emitter)가 부착된 캐소드 전극(222)을 포함하여 구성된다. 다양한 실시 예에서, 에미터는 탄소 나노 튜브 등으로 구성될 수 있다. The field electron emission source emits electrons induced by an electric field formed in the field electron emission source in the form of an electron beam 1. The field electron emission source includes a gate electrode 221 for forming an electric field in the field electron emission source and a cathode electrode 222 having an emitter attached to emit an electron by the electric field. In various embodiments, the emitter may be comprised of carbon nanotubes, or the like.

타겟부는 하이브리드 전자 방출원(210)에서 방출된 전자빔(1)이 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 물질(231)을 포함하는 아노드 전극(232)으로 구성된다. The target portion is composed of an anode electrode 232 including a target material 231 which emits X-rays by collision of the electron beam 1 emitted from the hybrid electron emission source 210.

본 발명의 다양한 실시 예에서, 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원을 모두 포함하는 하이브리드 전계 방출원(210)은 다음과 같은 구조를 가진다. In various embodiments of the present disclosure, the hybrid field emitter 210 including both the thermal electron emitter and the field electron emitter has the following structure.

열 전자 방출원과 전계 전자 방출원은 열 전자 방출원의 집속 전극(212)을 공유한다. 이를 위하여, 전계 전자 방출원은 열 전자 방출원의 집속 전극(212) 내에 배치된다. 전계 전자 방출원은 집속 전극(212) 내에 배치됨에 따라, 열 전자 방출원과 게터(213)를 공유할 수 있다. The hot electron emitter and the field electron emitter share the focusing electrode 212 of the hot electron emitter. For this purpose, the field electron emitter is arranged in the focusing electrode 212 of the hot electron emitter. As the field electron emitter is disposed in the focusing electrode 212, the getter 213 may be shared with the hot electron emitter.

본 발명의 제1 실시 예에서, 전계 전자 방출원과 열 전자 방출원은 수평으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 열 전자 방출원의 캐소드부(211)와 전계 전자 방출원은 집속 전극(212) 내에 수평으로 배치될 수 있다. 즉, 열 전자 방출원의 캐소드부(211)는 집속 전극(212) 내에서 전계 전자 방출원과 함께 배치된다. 이때, 집속 전극(212)에는 전계 전자 방출원 및 열 전자 방출원에서 방출되는 전자빔이 각각 통과할 수 있는 홀이 형성될 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the field electron emission source and the thermal electron emission source may be arranged horizontally. Specifically, the cathode portion 211 and the field electron emission source of the hot electron emission source may be disposed horizontally in the focusing electrode 212. That is, the cathode portion 211 of the hot electron emitter is disposed together with the field electron emitter in the focusing electrode 212. In this case, the focusing electrode 212 may be formed with holes through which electron beams emitted from the field electron emission source and the thermal electron emission source pass.

그러나 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원의 배치는 이에 한정되지 않으며, 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원은 엑스선 튜브(200)의 효율이 극대화되도록 다양한 방식으로 정렬될 수 있다. 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원의 배치에 따른 다양한 실시 예들은 이하에서 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다. However, the arrangement of the thermal electron emitter and the field electron emitter is not limited thereto, and the thermal electron emitter and the field electron emitter may be aligned in various ways to maximize the efficiency of the X-ray tube 200. Various embodiments according to the arrangement of the hot electron emitter and the field electron emitter will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원을 모두 포함하는 하이브리드 전자 방출원(210)을 구비함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 필요에 따라 전자 방출원을 선택적으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 고선량의 엑스선이 필요한 경우에는 열 전자 방출원이 구동되고, 고속 스캔이 필요한 경우에는 전계 전자 방출원이 구동될 수 있다. As described above, the X-ray tube 200 according to the present invention includes a hybrid electron emission source 210 including both a thermal electron emission source and a field electron emission source, thereby emitting electrons as necessary as shown in FIG. 3. The circle can be driven selectively. For example, a hot electron emission source may be driven when a high dose of X-rays is required, and a field electron emission source may be driven when a high speed scan is required.

또한, 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원이 집속 전극(212)과 게터(213)를 공유하는 구조를 가짐으로써, 효율적으로 아웃개싱을 제거할 수 있도록 한다. In addition, the X-ray tube 200 according to the present invention has a structure in which the hot electron emitter and the electric electron emitter share the focusing electrode 212 and the getter 213, thereby efficiently removing outgassing. .

구체적으로, 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 제조 과정에서 진공 펌프에 연결한 상태로 가열된다. 가열된 열 전자 방출원에서 방출된 전자빔(1)은 아노드 전극(232)에 충돌하여 타겟부(230) 표면의 흡착물들을 탈착시키고, 아노드 전극(232)에서 발생한 아웃개싱은 진공 펌프를 통해 외부로 배출(3)됨으로써 제거된다. Specifically, the X-ray tube 200 according to the present invention is heated while being connected to a vacuum pump in the manufacturing process. The electron beam 1 emitted from the heated hot electron emission source collides with the anode electrode 232 to desorb the adsorbates on the surface of the target portion 230, and the outgassing generated from the anode electrode 232 causes the vacuum pump to operate. It is removed by being discharged to the outside (3).

이때, 집속 전극(212) 내에 구비되는 전계 전자 방출원의 캐소드 전극(222)에도 전자빔(1)이 조사되며, 전자빔(1) 조사에 의해 캐소드 전극(222)의 흡착물과 아웃개싱이 제거될 수 있다. At this time, the electron beam 1 is also irradiated to the cathode electrode 222 of the field electron emission source provided in the focusing electrode 212, and the adsorbed material and the outgassing of the cathode electrode 222 are removed by the electron beam 1 irradiation. Can be.

또한, 구체적으로, 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 제조 과정에서 게이트 전극(221)에 전압을 인가하여 에미터에 고전류가 인출되도록 한다. 고전류는 에미터 표면에 줄 열을 발생시켜 에미터 표면에 흡착된 가수들을 탈착 및 제거시킨다. 이때, 줄 열로 인한 에미터의 열화를 방지하기 위해, 게이트 전극(221)에는 짧은 펄스의 전류가 인출될 수 있다. In detail, the X-ray tube 200 according to the present invention applies a voltage to the gate electrode 221 during the manufacturing process so that a high current is drawn to the emitter. The high current generates Joule heat on the emitter surface, which desorbs and removes the valences adsorbed on the emitter surface. In this case, in order to prevent deterioration of the emitter due to Joule heat, a short pulse current may be drawn to the gate electrode 221.

엑스선 튜브(200)의 구동 시에는, 공유된 게터(213)에 의하여 아웃개싱이 제거될 수 있다. 이를 위하여, 엑스선 튜브(200)는 게터(213)가 활성화된 이후 밀봉된다. When the X-ray tube 200 is driven, the outgassing may be removed by the shared getter 213. To this end, the X-ray tube 200 is sealed after the getter 213 is activated.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 아웃개싱을 충분히 제거함으로써, 엑스선 튜브(200)의 구동 시에 전자빔(1)과 엑스선(2)이 아노드 전극(232)이나 캐소드 전극(222) 등 내부 구성품과 충돌하여도 아웃개싱이 과다하게 발생하는 것을 방지한다. 그에 따라 본 발명에 따른 엑스선 튜브(200)는 아웃개싱에 의한 진공도 저하가 최소화되고, 특성 및 수명이 향상될 수 있다. As described above, the X-ray tube 200 according to the present invention sufficiently removes the outgassing, so that the electron beam 1 and the X-ray 2 are the anode electrode 232 or the cathode electrode when the X-ray tube 200 is driven. 222) prevents excessive outgassing even if it collides with internal components. Accordingly, the X-ray tube 200 according to the present invention may minimize the decrease in the degree of vacuum due to outgassing, and may improve characteristics and lifespan.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the structure of an X-ray tube according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시 예에서, 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원을 모두 포함하는 하이브리드 전자 방출원(310)은 다음과 같은 구조를 가진다.In the second embodiment of the present invention, the hybrid electron emission source 310 including both the thermal electron emission source and the field electron emission source has the following structure.

열 전자 방출원과 전계 전자 방출원은 집속 전극(312)을 공유한다. 이를 위하여, 전계 전자 방출원은 열 전자 방출원의 집속 전극(312) 내에 배치된다. 전계 전자 방출원은 집속 전극(312) 내에 배치됨에 따라, 열 전자 방출원과 게터(313)를 공유할 수 있다. The hot electron emitter and the field electron emitter share a focusing electrode 312. For this purpose, the field electron emitter is arranged in the focusing electrode 312 of the hot electron emitter. As the field electron emitter is disposed in the focusing electrode 312, the getter 313 may be shared with the hot electron emitter.

본 발명의 제2 실시 예에서, 열 전자 방출원은 전계 전자 방출원의 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 열 전자 방출원의 캐소드부(311)는 집속 전극(312) 위에 배치될 수 있다. 즉, 열 전자 방출원의 캐소드부(311)는 집속 전극(312)을 기준으로 전계 전자 방출원의 상부에 배치된다. 이를 위하여, 열 전자 방출원은 원형 띠 형태를 가질 수 있다. 이때, 집속 전극(312)에는 전계 전자 방출원 및 열 전자 방출원에서 방출되는 전자빔이 통과할 수 있는 홀이 형성될 수 있다. 열 전자 방출원의 캐소드부(311)와 전계 전자 방출원은 집속 전극(312)에 형성된 홀을 기준으로 마주보도록 배치될 수 있다. In a second embodiment of the present invention, the hot electron emitter may be disposed on top of the field electron emitter. Specifically, the cathode portion 311 of the hot electron emission source may be disposed on the focusing electrode 312. That is, the cathode portion 311 of the hot electron emission source is disposed above the field electron emission source based on the focusing electrode 312. To this end, the hot electron emitter may have a circular band shape. In this case, the focusing electrode 312 may be formed with a hole through which the electron beam emitted from the field electron emission source and the thermal electron emission source can pass. The cathode 311 and the field electron emission source of the hot electron emission source may be disposed to face each other based on a hole formed in the focusing electrode 312.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 구조를 갖는 하이브리드 전자 방출원(310)은, 가열된 열 전자 방출원에서 방출된 전자빔(1)이 집속 전극(312) 내에 구비되는 전계 전자 방출원의 캐소드 전극(322)에도 조사되어, 캐소드 전극(322)의 흡착물과 아웃개싱이 제거될 수 있도록 한다. In the hybrid electron emission source 310 having the structure according to the second embodiment of the present invention, the cathode electrode of the field electron emission source in which the electron beam 1 emitted from the heated thermal electron emission source is provided in the focusing electrode 312. 322 is also irradiated to allow the adsorbate and outgassing of cathode electrode 322 to be removed.

본 발명의 제2 실시 예에 있어서 엑스선 튜브(200)의 다른 구성 요소들 및 그의 효과에 대한 설명은 제1 실시 예에 관하여 설명한 바와 동일하다. In the second embodiment of the present invention, descriptions of other components of the X-ray tube 200 and the effects thereof are the same as those described with respect to the first embodiment.

도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엑스선 튜브의 구조를 나타낸 도면이다.5 is a view showing the structure of an X-ray tube according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3 실시 예에서, 열 전자 방출원과 전계 전자 방출원을 모두 포함하는 하이브리드 전자 방출원(410)은 다음과 같은 구조를 가진다.In a third embodiment of the present invention, the hybrid electron emitter 410 including both the thermal electron emitter and the field electron emitter has the following structure.

열 전자 방출원과 전계 전자 방출원은 집속 전극(412)을 공유한다. 이를 위하여, 전계 전자 방출원은 열 전자 방출원의 집속 전극(412) 내에 배치된다. 전계 전자 방출원은 집속 전극(412) 내에 배치됨에 따라, 열 전자 방출원과 게터(413)를 공유할 수 있다. The hot electron emitter and the field electron emitter share the focusing electrode 412. To this end, the field electron emitter is disposed in the focusing electrode 412 of the hot electron emitter. As the field electron emitter is disposed in the focusing electrode 412, it may share the getter 413 with the thermal electron emitter.

본 발명의 제3 실시 예에서, 열 전자 방출원은 전계 전자 방출원의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 열 전자 방출원의 캐소드부(411)는 전계 전자 방출원 아래에 배치될 수 있다. 즉, 열 전자 방출원의 캐소드부(411)는 전계 전자 방출원의 캐소드 전극(422) 아래에 배치된다. 이때, 집속 전극(412)에는 전계 전자 방출원 및 열 전자 방출원에서 방출되는 전자빔이 통과할 수 있는 하나의 홀이 형성될 수 있다.In a third embodiment of the present invention, the thermal electron emitter may be disposed under the field electron emitter. Specifically, the cathode portion 411 of the hot electron emitter may be disposed below the field electron emitter. That is, the cathode portion 411 of the hot electron emission source is disposed below the cathode electrode 422 of the field electron emission source. At this time, the focusing electrode 412 may be formed with one hole through which the electron beam emitted from the field electron emission source and the thermal electron emission source can pass.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 구조를 갖는 하이브리드 전자 방출원(410)은, 가열된 열 전자 방출원에서 방출된 전자빔(1)이 집속 전극(412) 내에 구비되는 전계 전자 방출원에도 조사되어 전계 전자 방출원을 국부적으로 고온으로 가열시키며, 그에 따라 캐소드 전극(422)의 흡착물과 아웃개싱이 충분히 제거될 수 있도록 한다. The hybrid electron emission source 410 having the structure according to the third embodiment of the present invention is irradiated to the field electron emission source in which the electron beam 1 emitted from the heated thermal electron emission source is provided in the focusing electrode 412. The field electron emission source is locally heated to a high temperature so that the adsorbate and outgassing of the cathode electrode 422 can be sufficiently removed.

앞서 설명했듯이, 엑스선 튜브(200)의 외관을 형성하는 유리관의 열화점 제한으로 인해 종래 기술에서는 충분한 고온으로 엑스선 튜브(200)의 아웃개싱을 제거하지 못하는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 제3 실시 예에 따르면, 열 전자 방출원이 전계 전자 방출원의 아래에 배치되므로, 유리관의 열화점 이상의 온도를 열 전자 방출원에 공급하여도 전계 전자 방출원을 포함한 구성 요소들에 의해 유리관에 열이 도달하지 못하게 되어, 국부적인 고온 가열을 통해 보다 효율적으로 아웃개싱을 제거할 수 있다. As described above, due to the deterioration point of the glass tube forming the appearance of the X-ray tube 200 in the prior art there was a problem that can not remove the outgassing of the X-ray tube 200 at a sufficient high temperature. However, according to the third embodiment of the present invention, since the hot electron emitter is disposed below the field electron emitter, the components including the field electron emitter even when the temperature above the deterioration point of the glass tube is supplied to the hot electron emitter. This prevents heat from reaching the glass tube, so that the outgassing can be removed more efficiently through local high temperature heating.

본 발명의 제3 실시 예에 있어서 엑스선 튜브(200)의 다른 구성 요소들 및 그의 효과에 대한 설명은 제1 실시 예에 관하여 설명한 바와 동일하다. In the third embodiment of the present invention, descriptions of other components of the X-ray tube 200 and effects thereof are the same as those described with reference to the first embodiment.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. In addition, the embodiments disclosed in the specification and the drawings merely present specific examples to easily explain the contents of the present invention and help understanding thereof, and are not intended to limit the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed that all changes or modifications derived based on the technical spirit of the present invention are included in the scope of the present invention in addition to the embodiments disclosed herein.

100: 엑스선 튜브
110: 열 전자 방출원
111: 집속 전극
112: 게터
120: 타겟부
121: 타겟 물질
122: 아노드 전극
130: 유리관
1: 전자빔100: X-ray tube
110: heat electron emission source
111: focusing electrode
112: getter
120: target part
121: target substance
122: anode electrode
130: glass tube
1: electron beam

Claims (16)

전자빔을 방출하는 전자 방출원; 및
상기 방출된 전자빔이 충돌하여 엑스선을 방출하는 타겟 물질을 포함하는 타겟부로 구성되되,
상기 전자 방출원은,
열 전자 방출원 및 전계 전자 방출원을 포함하며, 상기 열 전자 방출원 및 상기 전계 전자 방출원 중 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 상기 전자빔을 방출하는 것을 특징으로 하고,
상기 열 전자 방출원은,
코일 모양의 텅스텐 필라멘트가 연결된 캐소드부; 및
상기 캐소드부 주위를 둘러싸고 상기 캐소드에서 방출된 전자빔을 집속시키는 집속 전극;을 포함하고,
상기 전계 전자 방출원은,
상기 집속 전극 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브.An electron emission source for emitting an electron beam; And
Consists of a target portion containing a target material for emitting the X-rays collide with the emitted electron beam,
The electron emission source is
And a thermal electron emitter and a field electron emitter, wherein the electron beam is emitted using at least one of the thermal electron emitter and the field electron emitter.
The heat electron emission source,
A cathode portion to which coil tungsten filaments are connected; And
And a focusing electrode surrounding the cathode part and focusing an electron beam emitted from the cathode.
The field electron emission source is
And an X-ray tube disposed in the focusing electrode. 제1항에 있어서, 상기 열 전자 방출원은,
상기 집속 전극 내에 구비되며, 상기 엑스선 튜브에서 발생하는 아웃개싱을 흡착하여 제거하는 게터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브.The method of claim 1, wherein the hot electron emission source,
And a getter provided in the focusing electrode to absorb and remove outgassing generated from the X-ray tube. 제2항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
전계를 형성하는 게이트 전극; 및
상기 전계에 의하여 유도된 전자를 방출하는 에미터를 포함하는 캐소드 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브.The method of claim 2, wherein the field electron emission source,
A gate electrode forming an electric field; And
And a cathode electrode comprising an emitter for emitting electrons induced by the electric field. 제3항에 있어서, 상기 타겟부는,
상기 타겟 물질을 포함하는 아노드 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 3, wherein the target unit,
And an anode electrode including the target material. 제4항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
상기 집속 전극 및 상기 게터를 상기 열 전자 방출원과 공유하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브.The method of claim 4, wherein the field electron emission source,
And share the focusing electrode and the getter with the hot electron emission source. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
상기 열 전자 방출원과 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the field electron emission source,
And an X-ray tube disposed horizontally with the heat electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
상기 집속 전극 내에서, 상기 열 전자 방출원의 상기 캐소드부와 수평으로 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the field electron emission source,
The X-ray tube of the focusing electrode, characterized in that it is disposed horizontally with the cathode portion of the hot electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
상기 열 전자 방출원의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the field electron emission source,
X-ray tube, characterized in that disposed under the thermal electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 캐소드부는,
상기 집속 전극 외부에 배치되며, 상기 집속 전극 내의 상기 전계 전자 방출원과 대응되는 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the cathode portion,
An X-ray tube disposed outside the focusing electrode and disposed above the focusing electrode and corresponding to the field electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 전계 전자 방출원은,
상기 열 전자 방출원의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the field electron emission source,
X-ray tube, characterized in that disposed on top of the heat electron emission source. 제1항에 있어서, 상기 캐소드부는,
상기 집속 전극 내에서, 상기 전계 전자 방출원의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 1, wherein the cathode portion,
The X-ray tube of the focusing electrode, characterized in that disposed under the field electron emission source. 제4항에 있어서,
상기 열 전자 방출원으로부터 방출된 전자빔은 상기 타겟부 및 상기 캐소드 전극에 충돌하여 상기 아노드 전극 및 상기 캐소드 전극의 아웃개싱을 제거하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 4, wherein
And an electron beam emitted from the thermal electron emission source collides with the target portion and the cathode electrode to remove the outgassing of the anode electrode and the cathode electrode. 제3항에 있어서,
상기 게이트 전극은 상기 에미터로 고전류를 인출하여 상기 에미터의 아웃개싱이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 3,
And the gate electrode draws a high current to the emitter so that the outgassing of the emitter is removed. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 아웃개싱의 제거는,
상기 엑스선 튜브의 제조 과정에서 수행되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브. The method of claim 13 or claim 14, wherein the removal of the outgassing,
X-ray tube, characterized in that carried out in the manufacturing process of the X-ray tube. 제2항에 있어서, 상기 게터는,
상기 엑스선 튜브의 구동 중 발생하는 아웃개싱을 제거하기 위하여, 상기 엑스선 튜브의 밀봉 전에 활성화되는 것을 특징으로 하는 엑스선 튜브.The method of claim 2, wherein the getter,
X-ray tube, characterized in that activated before the sealing of the X-ray tube, in order to eliminate the outgassing generated during the operation of the X-ray tube.
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