KR102157921B1 - 2중 전자 방출체 튜브 지지체 - Google Patents

2중 전자 방출체 튜브 지지체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 방출체(18)에 전력을 제공하고 지지하기 위해 2중 전기-전도식 방출체 튜브(14i, 14o)를 포함하는 x-레이 튜브(10, 40, 50)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 2중 방출체 튜브의 내측 튜브를 통해 x-레이 튜브에 진공을 발생시키고, 그 뒤, 내측 튜브를 핀칭하여 엔클로져를 밀봉하고 내부의 진공 상태를 유지함으로써, x-레이 튜브를 진공화하고 밀봉하는 방법에 관한 것이다.

Description

2중 전자 방출체 튜브 지지체{DUAL TUBE SUPPORT FOR ELECTRON EMITTER}
본 발명은 일반적으로 x-레이 튜브 내에 있는 전자 방출체에 관한 것이다.
x-레이 튜브의 한 핵심 구성요소는 가령, 예를 들어, 필라멘트(filament)와 같은 전자 방출체이다. 이러한 전자 방출체를 위한 강성 지지체(solid support)는 이러한 지지체의 모션(motion)으로 인해 전자 방출체가 구부러지거나 비틀릴 수 있게 되기 때문에 매우 중요하다. 사용하는 동안에, 전자 방출체가 구부러지거나 비틀려지면, 전자 방출체가 조기에 고장나고, 이에 따라 x-레이 튜브가 고장나게 될 수 있다. 전자 방출체 지지체의 비용, 재료 및 제작 비용들은 저비용 x-레이 튜브를 위해 중요할 수 있다. 따라서, 제작 동안, x-레이 튜브 내에 전자 방출체를 정확하고 반복적으로 배치하는 것은 단일의 x-레이 튜브 모델의 상이한 유닛(unit)들 사이에서 x-레이 출력의 균일성(consistency)을 향상시키는 데 있어서 매우 중요할 수 있다. 또한, 긴 x-레이 튜브 수명도 중요할 수 있다.
제작된 x-레이 튜브 내의 정확한 위치에 정확하고 반복적으로 배치될 수 있는 견고하고, 저비용의 전자 방출체 지지체를 가지는 것이 바람직하다고 알려져 왔다. 긴 x-레이 튜브 수명이 중요할 수 있다는 사실도 알려져 왔다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시키는 전자 방출체 지지체를 가진 x-레이 튜브의 다양한 실시예들에 관한 것이다. 이 실시예들은 각각 상기 요구들 중 하나, 몇몇, 또는 이 요구들 전부를 충족시킬 수도 있다. 또한, 본 발명은 상기 요구들 중 하나, 몇몇, 또는 이 요구들 전부를 충족시키는 x-레이 튜브를 진공화하고(evacuating) 밀봉하는 방법에 관한 것이다.
상기 x-레이 튜브는 맞은편 단부들에서 캐소드(cathode)와 애노드(anode)를 가진 진공화된 전기-절연 엔클로져(enclosure)를 포함한다. 2중(dual) 전기-전도식 방출체 튜브가 캐소드로부터 애노드를 향해 연장될 수 있다. 방출체 튜브는 내측 튜브와 외측 튜브를 포함하며 상기 내측 튜브는 외측 튜브 내에 적어도 부분적으로 배열된다. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는, 각각, 애노드에 더 가깝게 위치된 원위 단부(far end)와 캐소드와 연결된 근위 단부(near end)를 포함하는 맞은편 단부들을 가질 수 있다. 애노드와 외측 튜브의 원위 단부 사이에 있는 제1 틈(gap) 및 애노드와 내측 튜브의 원위 단부 사이에 있는 제2 틈을 포함할 수 있다. 전자 방출체가 외측 튜브의 원위 단부와 내측 튜브의 원위 단부 사이에서 결합될 수 있다. 내측 튜브와 외측 튜브는 전자 방출체를 제외하고는 서로 전기적으로 분리될 수 있다(electrically isolated).
x-레이 튜브를 진공화하고 밀봉하는 방법이 다음 단계들 중 일부 또는 모두를 포함할 수 있다:
1. x-레이 튜브를 제공하는 단계, 여기서, x-레이 튜브는:
i. 전기-절연 엔클로져의 맞은편 단부들에서 애노드와 캐소드를 포함하고;
ii. 캐소드로부터 애노드를 향해 연장되며 외측 튜브 내에 적어도 부분적으로 배열된 내측 튜브를 포함하는 2중 전기-전도식 방출체 튜브를 포함하고;
iii. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는, 각각, 캐소드와 연결된 근위 단부 및 애노드에 더 가깝게 위치된 원위 단부를 포함하는 맞은편 단부들을 가질 수 있으며;
iv. 외측 튜브의 원위 단부와 내측 튜브의 원위 단부 사이에 결합된 전자 방출체를 포함하고;
v. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는 전자 방출체를 제외하고는 서로 전기적으로 분리되며;
vi. 상기 내측 튜브는 내측 튜브의 근위 단부가 캐소드를 지나 엔클로져 외부로 연장될 때 개방되고;
vii. 상기 엔클로져는 개방된 내측 튜브를 제외하고는 밀봉되며;
2. 개방된 내측 튜브를 통해 엔클로져에 진공을 발생시킴으로써 x-레이 튜브를 실질적으로 진공화하는 단계; 및
3. 내측 튜브의 근위 단부를 핀칭-밀폐시킴으로써(pinching-shut) 실질적으로 진공화된 x-레이 튜브를 밀봉시키는 단계.
도 1-2는 본 발명의 한 실시예에 따라 전자 방출체 지지체로서 2중 전기-전도식 방출체 튜브를 포함하는 x-레이 튜브의 개략적인 세로방향 횡단면 측면도;
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 전자 방출체 지지체로서 2중 전기-전도식 방출체 튜브를 포함하는 x-레이 튜브의 개략적인 가로방향 측면도(이 가로방향 측면도는 도 1-2의 세로방향 측면도에 대해 수직임);
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 도 1-3에 도시된 x-레이 튜브와 유사한 x-레이 튜브를 포함하는 x-레이 공급원, 및 상기 x-레이 튜브에 전기적으로 연결된 파워 서플라이의 개략적인 세로방향 횡단면 측면도;
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 개방된 내측 튜브를 포함하는 x-레이 튜브의 개략적인 세로방향 횡단면 측면도;
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 개방된 내측 튜브에 결부된 진공 펌프를 포함하며 x-레이 튜브의 내부에 진공을 발생시키는 x-레이 튜브의 개략적인 세로방향 횡단면 측면도; 및
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 내측 튜브가 죄여서 닫힌 x-레이 튜브의 개략적인 세로방향 횡단면 측면도이다.
본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 용어 "동심(concentric)"은 동심 방출체 튜브(14)에 관한 것으로서, 내측 튜브(14i)가 외측 튜브(14o)의 실질적으로 중앙에 위치되는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 용어 "진공화된(evacuated)" 또는 "실질적으로 진공화된(substantially evacuated)"은 통상 x-레이 튜브를 위해 사용되는 것과 같은 진공을 의미한다.
도 1-3에 예시된 것과 같이, x-레이 튜브(10)는 서로 맞은편 단부에서 캐소드(13)와 애노드(12)를 가진 진공화된 전기-절연 엔클로져(11)를 포함한다. 엔클로져(11)는 세라믹 재료일 수 있거나 혹은 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 2중 전기-전도식 방출체 튜브(14)가 캐소드(13)로부터 애노드(12)를 향해 연장될 수 있으며, 내측 튜브(14i) 및 외측 튜브(14o)를 포함할 수 있다. 내측 튜브(14i)는 외측 튜브(14o)의 적어도 부분적으로 내부에 배열될 수 있다.
내측 튜브(14i) 및 외측 튜브(14o)는 공통의 중심 영역(8)을 가질 수 있거나 혹은 공유할 수 있다. 내측 튜브(14i) 및 외측 튜브(14o)는 동심구성될 수 있다. 내측 튜브(14i) 및 외측 튜브(14o)는 공통의 세로축(17)을 가질 수 있다. 대안으로, 외측 튜브(14o)의 세로축(17)에 대해, 내측 튜브(14i)의 세로축(17) 사이에는 몇몇 오프셋(offset)이 있을 수 있다. 두 방출체 튜브(14)의 세로축(17)을 서로 나란하게 정렬시켜(align) 전압 분리(voltage isolation)를 위해(전류가 외측 튜브(14o)와 내측 튜브(14i) 사이에서 직접적으로 접촉되는 대신 필라멘트(18)를 통해 흐르게 하기 위해) 외측 튜브(14o)와 내측 튜브(14i) 사이에 충분한 틈(7)이 형성될 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 디자인을 위해서는, 가령, 예를 들어, 제작상의 고려사항으로 인해, 내측 튜브(14i)의 세로축(17)이 외측 튜브(14o)의 세로축(17)에 대해 약간 오정렬(misalignment) 되는 것이 바람직할 수 있다.
방출체 튜브(14)들의 세로축(17)은 엔클로져(11)의 세로축(6)과 실질적으로 나란하게 정렬될 수 있다. 대안으로, 엔클로져(11)의 세로축(6)과 방출체 튜브(14)들의 세로축(17) 사이에는 몇몇 오프셋이 있을 수 있다. 애노드(12) 중심으로부터 x-레이가 방출될 필요가 있으면, 두 방출체 튜브(14)들 모두의 세로축(17)을 엔클로져(11)의 세로축(6)과 나란하게 정렬하는 것이 바람직할 수 있다.
내측 튜브(14i)와 외측 튜브(14o)는, 각각, 캐소드(13)와 연결되거나, 인접하게 위치되거나 혹은 캐소드(13)에 결부된(attached) 근위 단부(N) 및 애노드(12)에 더 가깝게 위치된 원위 단부(F)를 포함하는 맞은편 단부(N 및 F)들을 가질 수 있다. 내측 튜브(14i)의 원위 단부(Fi)와 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo) 사이에 전자 방출체(18)가 결합될 수 있다. 내측 튜브(14i)와 외측 튜브(14o)는 전자 방출체(18)를 제외하고는 서로 전기적으로 분리될 수 있다(electrically isolated). 예를 들어, 전기-절연 재료(9)가 캐소드(13)에 가까이 배치되거나 또는 캐소드(13)에 결부될 수 있으며, 틈(7)(가능하다면, 진공으로 채워진 틈)으로 외측 튜브(14o)로부터 내측 튜브(14i)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이렇게 전기적으로 절연된 재료(9)는 전기-절연성 스페이서 링(spacer ring)일 수 있으며 내측 튜브(14i)와 외측 튜브(14o) 사이의 틈을 부분적으로 채울 수 있고, 내측 튜브(14i)를 외측 튜브(14o)에 대해 적절한 위치에 고정시킬 수도 있다.
전자 방출체(18)는 필라멘트일 수 있다. 필라멘트는 다양한 타입 또는 형태, 가령, 나선형 또는 평면 형태로 구성될 수 있다.
내측 튜브(14i)의 원위 단부(Fi)는 반경 방향으로 외부 방향으로(radially outwardly) 내측 튜브(14i)로부터 외측 튜브(14o)를 향해 연장되는 반경방향 돌출부(16)를 포함할 수 있다. 반경방향 돌출부(16)는 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo) 내에서 홈(15)을 향해 연장될 수 있다. 반경방향 돌출부(16)를 사용하면, 전자 방출체(18)가 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo)를 가로질러 실질적으로 중앙에 위치될 수 있게 한다. 전자 방출체(18)의 중앙(18c)은 엔클로져(11)의 세로축(6)과 실질적으로 나란하게 정렬될 수 있으며, 이에 따라 애노드(12) 상에서 트랜스미션 윈도우(transmission window)의 중앙으로부터 x-레이가 방출될 수 있다.
외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo)는, 홈(15)을 제외하고는, 내측 튜브(14i)의 원위 단부(Fi)의 외주(circumference)를 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 이러한 디자인은 방출체 튜브(14)들의 원위 단부(F)와 전자 방출체(18) 주위의 전기장 구배(electrical field gradient)를 펼 수 있다(smooth out).
내측 튜브(14i)의 길이(Li)는 외측 튜브(14o)의 길이(Lo)보다 더 길 수 있다. 한 실시예에서, 외측 튜브(14o)의 근위 단부(No)는 엔클로져(11) 내에서 끝을 이룰 수 있으며(terminate) 캐소드(13)의 내측 표면(13i)과 접촉될 수 있다. 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)는 엔클로져(11) 외부에서 캐소드(13)를 통해 연장될 수 있다.
내측 튜브(14i)는 초기에는 개방된 상태로 유지되며, 내측 튜브(14i)가 진공 포트(vacuum port)에 위치되어 x-레이 튜브의 내부에 진공을 발생시키게 할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 개방된 내측 튜브(14i)와 도 6에서 가스를 방출하는 진공 펌프(61)를 참조하라. 그러면, 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)는, 가령, 튜브 벽들을 함께 크림핑(crimping) 시킴으로써, 핀칭-밀폐될 수 있다(pinched shut). 이러한 크림핑 또는 핀칭은 고압에서, 가령, 500 psi 이상의 압력에서 작동되는 유압 공구(hydraulic tool)로 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서, 내측 튜브(14i)를 핀칭하기 위한 공구(71)와 핀칭 공정(pinching process)을 참조하라. 그러면, 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)는 핀칭-밀폐된 단부(pinched-shut end)로 정의될 수 있다. 내측 튜브(14i)를 사용하여, 진공 포트로서 작용시키면, 이러한 기능을 위해 독립적인 구성요소(component)를 사용할 필요가 제거될 수 있으며, 이에 따라 제작 비용이 절감될 수 있다.
내측 튜브(14i)는 핀칭-밀폐될 수 있는 부드러운 또는 연성 재료, 가령, 예를 들어, 구리 또는 니켈을 포함하거나 또는 이들로 형성될 수 있다. 외측 튜브(14o)는 티타늄을 포함할 수 있다. 티타늄을 사용하면, 엔클로져(11) 내에 진공 상태를 유지하는 데 도움을 줄 수 있는데, 이는 티타늄이 수소(hydrogen)를 흡수할 수 있기 때문이다. 작은 크기의 H2 분자로 인해, 수소는 x-레이 튜브 내에 극소의 틈을 통과하여, 내부에 압력을 증가시키고, x-레이 튜브가 오작동하게 할 수 있다. 따라서, 티타늄 외측 튜브(14o)를 사용하면, x-레이 튜브 내에 원하는 레벨(level)의 진공 상태를 유지시키고 이에 따라 x-레이 튜브의 수명을 연장시키는 데에도 바람직할 수 있다. 높은 함량의 티타늄을 가진 티타늄 외측 튜브(14o)를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 티타늄과 합금이 된(alloyed) 그 외의 다른 금속은 탈기되고(outgas) x-레이 튜브 내의 진공이 감소될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 외측 튜브(14o)는 한 양태에서 적어도 85% 티타늄 질량 분율(mass percent)을 포함할 수 있으며, 또 다른 양태에서는 적어도 95% 티타늄, 또 다른 양태에서는 적어도 99% 티타늄, 혹은 또 다른 양태에서는 적어도 99.8% 티타늄 질량 분율을 포함할 수 있다.
엔클로져(11)와 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo) 사이에는 환형 중공부(annular hollow)(19)가 배열될 수 있다. 달리 말하면, 엔클로져(11)와 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo) 사이에는 중실 재료(solid material)가 없을 수 있다. 공통 특징을 가진 x-레이 튜브 디자인은 전자 방출체를 둘러싸서 전자가 반경 방향으로 외부를 향해 연장되어 엔클로져(11)까지 이동되는 것을 차단하는(block) 캐소드 광학장치(cathode optic)이다. 이 전자들은 엔클로져(11)를 전기적으로 충전시킬 수 있으며(electrically charge) x-레이 튜브가 조기에 고장나게(early failure) 할 수 있다. 본 발명의 x-레이 튜브 디자인을 사용하면, 상기 광학장치는 필요 없을 수 있는데, 그 이유는 전자가 반경 방향으로 외부를 향해 연장되어 엔클로져(11)까지 이동되는 것을 외측 튜브가 실질적으로 차단할 수 있기 때문이다. 이러한 캐소드 광학장치를 사용하지 않음으로써, 제작 비용이 줄어들 수 있다. 하지만, 본 발명에서도, 매우 포커싱된(highly focused) 전자빔들을 위해서, 필요 시에는, 캐소드 광학장치가 사용될 수도 있다.
애노드(12)와 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo) 사이에는 제1 틈(G1)이 형성될 수 있고, 애노드(12)와 내측 튜브(14i)의 원위 단부(Fi) 사이에는 제2 틈(G2)이 형성될 수 있다. 제1 틈(G1)은 제2 틈(G2)과 거의 똑같을 수 있으며, 따라서, 전자 방출체(18)의 평면은 애노드(12)의 면(face)에 대해 실질적으로 평행한 상태로 유지될 수 있다.
발산형(divergent) x-레이 방출이 필요하면, 전자 방출체(18)를 애노드(12) 근처에 배열시키는 것이 바람직할 수 있다. x-레이의 발산형 방출 외에도, 전자 방출체(18)를 애노드(12)에 더 가까이 배치하는데 따른 또 다른 이점은, 전자 방출체(18)가 낮은 온도에서 동일한 전력(power)을 출력할 수 있으며 따라서 필라멘트 수명이 증가될 수 있다는 점이다. 전자 방출체(18)가 캐소드(13)로부터 애노드(12)를 향해 실질적인 거리만큼 연장된다 할지라도, 2중 전기-전도식 방출체 튜브(14)는 전자 방출체(18)를 위한 견고한 지지(support)를 제공할 수 있다. 한 실시예에서, 제1 틈(G1)은 외측 튜브(14o)의 길이(Lo)보다 더 작을 수 있다. 제1 틈(G1)은 한 실시예에서 외측 튜브(14o)의 길이의 4% 내지 25% 사이일 수 있거나 혹은 또 다른 실시예에서는 외측 튜브(14o)의 길이의 7% 내지 15% 사이일 수 있다. 전자 방출체(18)는 한 실시예에서는 애노드(12)로부터 0.4 밀리미터 내지 8 밀리미터 사이에 배열될 수 있거나 혹은 또 다른 실시예에서는 애노드(12)로부터 0.3 밀리미터 내지 4 밀리미터 사이에 배열될 수 있다.
도 4에 x-레이 공급원(40) 상에 도시된 것과 같이, 파워 서플라이(41)가 x-레이 튜브(48)에 전기력(electrical power)을 제공할 수 있다. 파워 서플라이(41)는 캐소드 전기 연결부(45) 및 애노드 전기 연결부(46)를 포함할 수 있다. 캐소드 전기 연결부(45)와 애노드 전기 연결부(46) 사이에는 가령, 수 킬로볼트의 커다란 바이어스 전압차(bias voltage differential)가 있을 수 있다. 캐소드 전기 연결부(45)는 애노드 전기 연결부(46)의 바이어스 전압보다 수 킬로볼트(어쩌면, 수십 킬로볼트) 더 작은 바이어스 전압을 가질 수 있다. 애노드 전기 연결부(46)는 지면(47)에 전기적으로 연결될 수 있다.
캐소드 전기 연결부(45)는 외측 튜브(14o)의 근위 단부(No)에 전기적으로 결합된 제1 캐소드 전기 연결부(45o) 및 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)에 전기적으로 결합된 제2 캐소드 전기 연결부(45i)를 포함할 수 있다. 파워 서플라이(41)는 제1 및 제2 캐소드 전기 연결부(45) 사이에서 작은 전압차, 가령, 예를 들어, 수 볼트를 제공하여, 전류가 전자 방출체(18)를 통해 흘러 전자 방출체(18)를 가열시킬 수 있다. 전자 방출체(18)의 열 및 애노드(12)와 전자 방출체(18) 사이의 큰 바이어스 전압은 전자가 전자 방출체(18)로부터 애노드(12)를 향해 방출될 수 있게 한다.
나선형 스프링(42)이 외측 튜브(14o)의 근위 단부(No)와 제1 캐소드 전기 연결부(45o) 사이에 전기 접촉(electrical contact)을 제공하도록 사용될 수 있다. 나선형 스프링(42)은 탈착식 x-레이 튜브 디자인으로 형성되는 것이 특히 바람직할 수 있는데, 그 이유는 x-레이 튜브를 삽입하고 제거하는 동안 전기 연결을 용이하게 하고 외측 튜브(14o)에 큰 용량의 전기 접촉을 제공할 수 있기 때문이다. 외측 튜브(14o)와 나선형 스프링(42) 사이의 전기 접촉은 외측 튜브(14o)가 엔클로져(11) 내에서 끝을 이룰 때(terminate) 캐소드(13)의 베이스 플레이트(base plate)를 통과할 수 있다.
내측 튜브(14i)의 핀칭-밀폐된 근위 단부(Ni)는 전기 접촉부(electrical contact)일 수 있으며 파워 서플라이(41)에 전기적으로 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 내측 튜브(14i)의 핀칭-밀폐된 근위 단부(Ni)는 다양한 수단으로, 가령, 힌지 스프링(hinge spring) 또는 리프 스프링(44)에 의해 제2 캐소드 전기 연결부(45i)와 전기적으로 접촉될 수 있다. 리프 스프링(44)은 탈착식 x-레이 튜브 디자인으로 내측 튜브(14i)에 전기 접촉을 제공하기에 편리할 수 있다.
또한, 방출체 튜브(14)들과 캐소드 전기 연결부(45)들 사이의 전기 연결을 위하여, 플런저 핀(plunger pin), 또는 그 외의 다른 다양한 타입의 전기 커넥터(electrical connector)가 사용될 수 있다.
나선형 스프링(42) 및/또는 리프 스프링(44)은 캐소드(13)로 캡이 제거된(capped off) 전기-전도식 컵(43) 내에 실질적으로 포함될 수 있거나 혹은 완전히 포함될 수 있다. 상기 컵은 나선형 스프링(42), 리프 스프링(44), 및/또는 방출체 튜브(14)들의 날카로운 에지(sharp edge)를 보호하는(shield) 코로나 가드(corona guard)로서 작용할 수 있다. 상기 코로나 가드는 큰 전압차를 가진 근처 구성요소 또는 주변(surrounding) 및 상기 구성요소들 사이의 아크 방전(arcing)을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다.
본 명세서에 기술된 2중 전기-전도식 방출체 튜브(14) 디자인이 갖는 여러 이점들이 있다. 이러한 디자인은, 진공 포트로서, 내측 튜브(14i)의 잠재적인 사용(potential use) 및 2중 방출체 튜브(14)들의 작은 비용 및 간단성으로 인해, 상대적으로 작은 비용에서 제작될 수 있다. 이러한 디자인들은 전자 방출체(18)를 위해 안정적인 지지(stable support)를 제공할 수 있으며, 따라서, 전자 방출체(18), 및 x-레이 튜브의 수명을 증가시킬 수 있다. 상기 디자인들은 전자 방출체(18)가 애노드(12)에 가까이 배열될 때 도움이 될 수 있는데, 그 이유는 2중 튜브(14)들이 상기 연장된 거리에 걸쳐 포스트(post)보다 더 강력한 지지를 제공할 수 있기 때문이다. 방출체 튜브(14)들, 캐소드(13), 및 전자 방출체(18)는 모두 사전-조립될(pre-assembled) 수 있으며, 따라서 엔클로져(11)에 연결되는 것이 바람직하고, 따라서 제작 동안 x-레이 튜브 내에 전자 방출체(18)를 정확하고 반복적으로 배치할 수 있게 하여, 따라서 단일의 x-레이 튜브 모델의 상이한 유닛(unit)들 사이에서 x-레이 출력(output)의 균일성(consistency)을 향상시킬 수 있다.
방법
x-레이 튜브를 진공화하고 밀봉하는 방법이 다음 단계들 중 일부 또는 모두를 포함할 수 있는데, 이 단계들은 다음과 같은 순서로 수행될 수 있다:
1. x-레이 튜브(50)를 제공하는 단계(도 5 참조), 여기서, x-레이 튜브(50)는:
i. 전기-절연 엔클로져(11)의 맞은편 단부들에서 애노드(12)와 캐소드(13)를 포함하고;
ii. 캐소드(13)로부터 애노드(12)를 향해 연장되며 외측 튜브(14o) 내에 적어도 부분적으로 배열된 내측 튜브(14i)를 포함하는 2중 전기-전도식 방출체 튜브(14)를 포함하고;
iii. 상기 내측 튜브(14i)와 외측 튜브(14o)는, 각각, 캐소드(13)와 연결되거나, 인접하게 위치되거나 혹은 캐소드(13)에 결부된(attached) 근위 단부(N) 및 애노드(12)에 더 가깝게 위치된 원위 단부(F)를 포함하는 맞은편 단부들을 가질 수 있으며;
iv. 외측 튜브(14o)의 원위 단부(Fo)와 내측 튜브(14i)의 원위 단부(Fi) 사이에 결합된 전자 방출체(18)를 포함하고;
v. 상기 내측 튜브(14i)와 외측 튜브(14o)는 전자 방출체(18)를 제외하고는 서로 전기적으로 분리되며;
vi. 상기 내측 튜브(14i)는 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)가 캐소드(13)를 지나 엔클로져(11) 외부로 연장될 때 개방되고;
vii. 상기 엔클로져(11)는 개방된 내측 튜브(14i)를 제외하고는 밀봉되며;
2. 개방된 내측 튜브(14i)를 통해 엔클로져(11)에 진공을 발생시킴으로써 x-레이 튜브(50)를 실질적으로 진공화하는 단계(도 6 참조); 및
3. 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)를 핀칭-밀폐시킴으로써 실질적으로 진공화된 x-레이 튜브(50)를 밀봉시키는 단계(도 7 참조).
x-레이 튜브(50)를 밀봉시키는 단계는, 내측 튜브(14i)가 여전히 진공에 연결되어 있으면서, 고압에서, 가령, 500 psi 이상의 압력에서 작동되는 유압 공구(hydraulic tool)로, 내측 튜브(14i)의 근위 단부(Ni)를 핀칭시킴으로써 수행될 수 있다.

Claims (20)

  1. x-레이 튜브에 있어서, 상기 x-레이 튜브는:
    a. 맞은편 단부들에서 캐소드와 애노드를 가진 진공화된 전기-절연 엔클로져를 포함하고;
    b. 2중 전기-전도식 전자 방출체를 포함하되, 상기 전자 방출체는:
    i. 캐소드로부터 애노드를 향해 연장되고;
    ii. 외측 튜브의 내부에 적어도 부분적으로 배열된 내측 튜브를 포함하며;
    iii. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는, 각각, 애노드에 더 가깝게 위치된 원위 단부와 캐소드와 연결된 맞은편 근위 단부를 포함하는 맞은편 단부들을 가지고;
    c. 애노드와 외측 튜브의 원위 단부 사이에 있는 제1 틈 및 애노드와 내측 튜브의 원위 단부 사이에 있는 제2 틈을 포함하며;
    d. 외측 튜브의 원위 단부와 내측 튜브의 원위 단부 사이에서 전기-결합된 전자 방출체를 포함하며, 상기 내측 튜브와 외측 튜브는 전자 방출체를 제외하고는 서로 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  2. 제1항에 있어서,
    a. 내측 튜브의 원위 단부는 반경 방향으로 외부 방향으로(radially outwardly) 내측 튜브로부터 외측 튜브를 향해 연장되는 반경방향 돌출부를 포함하고,
    b. 반경방향 돌출부는 외측 튜브의 원위 단부 내에서 홈을 향해 연장되며;
    c. 외측 튜브의 원위 단부는, 홈을 제외하고는, 내측 튜브의 원위 단부의 외주(circumference)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  3. 제1항에 있어서,
    a. 내측 튜브의 길이가 외측 튜브의 길이보다 더 길고;
    b. 내측 튜브의 근위 단부는 엔클로져 외부로 연장되며;
    c. 내측 튜브의 근위 단부는 핀칭-밀폐된 단부이고;
    d. 내측 튜브의 핀칭-밀폐된 단부는 파워 서플라이에 전기적으로 결합되도록 구성된 전기 접촉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  4. 제1항에 있어서, 나선형 스프링에 의해 외측 튜브의 근위 단부에 전기적으로 결합된 제1 캐소드 전기 연결부를 포함하는 파워 서플라이를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  5. 제4항에 있어서, 나선형 스프링은 캐소드로 캡이 제거된(capped off) 전기-전도식 컵 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  6. 제1항에 있어서, 제1 틈은 외측 튜브의 길이보다 더 작은 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  7. 제1항에 있어서, 전자 방출체는 애노드로부터 0.5 밀리미터 내지 8 밀리미터 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  8. 제1항에 있어서,
    a. 외측 튜브는 티타늄을 포함하고;
    b. 내측 튜브는 구리, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  9. 제1항에 있어서, 엔클로져와 외측 튜브의 원위 단부 사이에 환형 중공부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브.
  10. x-레이 튜브를 진공화하고 밀봉하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    a. x-레이 튜브를 제공하는 단계를 포함하되, 여기서, x-레이 튜브는:
    i. 전기-절연 엔클로져의 맞은편 단부들에서 애노드와 캐소드를 포함하고;
    ii. 캐소드로부터 애노드를 향해 연장되며 외측 튜브 내에 적어도 부분적으로 배열된 내측 튜브를 포함하는 2중 전기-전도식 방출체 튜브를 포함하고;
    iii. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는, 각각, 캐소드와 연결된 근위 단부 및 애노드에 더 가깝게 위치된 원위 단부를 포함하는 맞은편 단부들을 가지며;
    iv. 외측 튜브의 원위 단부와 내측 튜브의 원위 단부 사이에 결합된 전자 방출체를 포함하고;
    v. 상기 내측 튜브와 외측 튜브는 전자 방출체를 제외하고는 서로 전기적으로 분리되며;
    vi. 상기 내측 튜브는 내측 튜브의 근위 단부가 캐소드를 지나 엔클로져 외부로 연장될 때 개방되고;
    vii. 상기 엔클로져는 개방된 내측 튜브를 제외하고는 밀봉되며;
    b. 개방된 내측 튜브를 통해 엔클로져에 진공을 발생시킴으로써 x-레이 튜브를 진공화하는 단계를 포함하고;
    c. 내측 튜브의 근위 단부를 핀칭-밀폐시킴으로써 진공화된 x-레이 튜브를 밀봉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 x-레이 튜브를 진공화하고 밀봉하는 방법.
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