KR102226594B1 - 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 x-선 발생장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치가 개시된다. 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치는, 음극(Cathode) 필라멘트로부터 방출된 전자가 양극(Anode)의 복수의 타겟에 충돌 및 반사되어 X-선을 방출하도록 내부가 진공형태로 마련되되, 유리 재질로 형성되는 케이스; 기설정된 시간동안 상기 음극 및 상기 양극 사이에 고전압을 인가시키는 고전압 발생부; 상기 필라멘트가 가열되도록 기설정된 전압을 상기 필라멘트에 인가시키는 필라멘트 전압발생부; 상기 필라멘트로부터 방출된 전자의 진행 방향을 기설정된 방향으로 편항시키는 코일부; 서로 다른 복수의 타겟 원소가 마련된 띠 모양의 다중 타겟을 포함하는 양극회전부; 및 상기 양극회전부의 회전을 제어하는 회전제어부;를 포함한다.

Description

회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법{MULTI-ENERGY X-RAY GENERATOR USING CATHODE TARGET ROTATION AND THE CONTROL METHOD OF THEREOF}

본 발명은 다중의 에너지를 가지는 X-선 발생 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자의 진행방향을 고정시키고, 양극(Anode) 타겟을 회전시켜 서로 다른 타겟 원소에 전자를 충돌시켜 다중 에너지를 가지는 X-선을 얻는 X-선 발생 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 X-선(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 X-선 형광(XRF) 및 X-선 회절(XRD)용 X-선원이나, 유방 촬영용 X-선원, 컴퓨터 단층촬영(CT; Computed Tomography)용 X-선원을 사용할 경우에는 고휘도의 엑스선을 장시간 발생시키는 것이 필요하다.

또한, 필요에 따라서는 두 가지 이상의 특성X-선(Characteristic X-ray)을 발생시켜야 되는 경우가 있고, 동일한 작업에서 두 가지 이상의 특성X-선을 각각 연속해서 발생시켜야 되는 경우가 있으며, 이러한 경우, 음극(Anode)에서 방출되는 전자가 충돌되어 X-선을 반사하는 타겟이 두 개 이상이 장착되고, 고휘도의 X-선을 장시간 발생시킬 수 있는 X-선 발생장치를 필요로 하게 된다.

이와 관련하여 종래기술인 한국등록특허공보 제10-1151858호는 선택적으로 특정한 특성 X-선을 연속해서 발생시킬 수 있는 다중타겟 및 다중전자빔을 구비한 엑스선 발생장치에 대하여 개시하고 있으며, 한국등록특허공보 제10-1413574호는 스위치의 온-오프 동작을 제어하여 하나 이상의 에너지 크기를 갖는 X-선이 연속적으로 발생하도록 제어하는 다중 에너지 X-선 발생장치에 대하여 개시하고 있다.

그러나, 종래와 같은 X-선 발생장치는 필라멘트에서 발생된 전자가 양극(Cathode)에 충돌할 때 발생되는 열의 누적현상에 의해 X-선의 출력이 낮아지는 단점이 있다.

따라서, 타겟을 회전시켜 다중 에너지 X-선이 발생되되, 다중에너지 X-선의 출력 효율 특성이 우수하고, 회전 부하를 최소화시켜 고정자 및 회전자 없이 구성을 단순화 시킬 수 있는 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법에 관한 연구가 필요하다.

본 발명은 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 다중 양극 타겟에 전자를 충돌시킴으로써, 다중 에너지를 가지는 X-선을 획득하고, 고정 양극 구조보다 고전력의 X-선 발생 효율 특성을 향상시킬 수 있는 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 소형 모터 및 베어링을 이용하여 다중 타겟을 회전시킴으로써, 회전 부하를 최소화시켜 고정자 및 회전자 없이 회전이 가능하고, 구성이 단순화되어 제작 시 소형화 가능한 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치는 음극(Anode) 필라멘트로부터 방출된 전자가 양극(Cathode) 타겟에 충돌 및 반사되어 X-선을 방출하도록 내부가 진공형태로 마련되되, 유리 재질로 형성되는 케이스, 기설정된 시간동안 음극 필라멘트 및 양극 타겟 사이에 제1 전압을 인가시키는 고전압 발생부, 음극 필라멘트가 가열되도록 기설정된 제2 전압을 음극 필라멘트에 인가시키는 필라멘트 전압발생부, 음극 필라멘트로부터 방출된 전자의 진행 방향을 기설정된 방향으로 편항시키는 코일부, 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 띠 모양의 양극 타겟을 포함하는 양극회전부 및 양극회전부의 회전을 제어하는 회전제어부를 포함한다.

또한, 회전제어부는, 베어링이 장착된 진공 기밀 구조로 형성되고, 일측에 모터가 연결되어 모터의 회전축을 기준으로 양극회전부를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 고전압 발생부는, 기설정된 크기의 단일 전압이 인가되는 단일 전압모드와 서로 다른 크기의 전압이 기설정된 시간동안 교번하여 인가되는 복수 전압모드 중 적어도 어느 하나의 모드로 동작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 코일부는, 케이스 일측의 외주면을 따라 권선되는 코일에 인가되는 제3전압을 조절하여 케이스 내부에 형성되는 자기장의 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 제어 방법은, 음극(Anode) 필라멘트 및 양극(Cathode) 타겟에 인가되는 제1 전압의 크기, 음극(Anode) 필라멘트에 인가되는 제2 전압의 크기, 제1 전압이 인가되는 시간, 상기 제2 전압이 인가되는 시간 및 음극(Anode) 필라멘트에서 방출된 전자가 충돌할 양극(Cathode) 타겟 내의 타겟 원소 중 적어도 어느 하나에 대한 초기조건을 설정하는 단계, 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 띠 모양의 양극 타겟을 회전시키는 단계, 설정된 음극 필라멘트에 인가되는 제2 전압의 크기에 기초하여 음극 필라멘트에 전압을 발생시키는 단계, 기설정된 크기의 제3 전압을 코일에 인가하여 설정된 양극 타겟 내의 타겟 원소로 전자의 이동방향을 제어하는 단계 및 설정된 제1 전압을 양극 타겟 및 음극 필라멘트에 인가시켜 다중 에너지를 가지는 X-선을 발생시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법은 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 다중 양극 타겟에 전자를 충돌시킴으로써, 다중 에너지를 가지는 X-선을 획득하고, 고정 양극 구조보다 고전력의 X-선 발생 효율 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 소형 모터 및 베어링을 이용하여 다중 타겟을 회전시킴으로써, 회전 부하를 최소화시켜 고정자 및 회전자 없이 회전이 가능하고, 구성이 단순화되어 제작 시 소형화 가능한 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 회전제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 회전제어부를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.

<실시례 1>

도 1을 참고하면, 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치(100)는 케이스(110), 고전압 발생부(120), 필라멘트 전압발생부(130), 코일부(140), 양극회전부(150) 및 회전제어부(160)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 케이스(110)는 음극(Anode) 필라멘트로부터 방출되는 전자가 양극(Cathode) 타겟에 충돌 및 반사되어 X-선을 방출하도록 내부가 진공형태로 마련되되, 유리 재질로 형성되고, 상기 고전압 발생부(120)는 기설정된 시간동안 상기 양극 타겟 및 상기 음극 필라멘트 사이에 제1 전압을 인가시키고, 상기 음극 필라멘트 전압발생부(130)는 상기 음극 필라멘트가 가열되도록 기설정된 제2 전압을 상기 음극 필라멘트에 인가시키고, 상기 코일부(140)는 상기 음극 필라멘트로부터 방출된 전자의 진행방향을 기설정된 방향으로 편향시키고, 상기 양극회전부(150)는 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 띠 모양의 상기 양극 타겟을 포함하고, 상기 회전제어부(160)는 상기 양극회전부(150)의 회전을 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 양극회전부(150)에 포함된 상기 양극 타겟은 크롬(Cr), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 금속 물질을 포함할 수 있다.

일례로, 상기 고전압 발생부(120)는 기설정된 크기의 단일 전압이 인가되는 단일 전압모드와 서로 다른 크기의 전압이 기설정된 시간동안 교번하여 인가되는 복수 전압모드 중 적어도 어느 하나의 모드로 동작될 수 있다.

상기 서로 다른 원소로 구성된 다중 타겟에 상기 음극 필라멘트에서 방출된 전자를 충돌시켜 다중 에너지 X-선을 발생시키는 방법 외에도, 상기 음극 필라멘트 및 상기 양극 타겟에 인가되는 제1 전압의 크기를 조절함으로써, 서로 다른 에너지의 X-선을 얻을 수 있다.

따라서, 복수의 타겟 원소를 포함하는 상기 양극 타겟과 상기 복수 전압모드를 동시에 사용함으로써, 다중 에너지 X-선의 발생 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 코일부(140)는 상기 케이스(110) 일측의 외주면을 따라 권선되는 코일에 인가되는 제3 전압을 조절하여 상기 케이스(110) 내부에 형성되는 자기장의 크기를 제어할 수 있다.

상기 음극 필라멘트에서 방출되는 전자는 직선방향으로 진행되나, 상기 코일 주위로 형성된 자기장에 의해 상기 방출된 전자의 진행방향이 상기 양극회전부(150)의 양극 타겟 내 특정한 타겟 원소로 유도될 수 있다.

예를 들어, 상기 코일에 인가되는 상기 제3 전압의 크기가 클수록 상기 케이스(110) 주위에는 강한 자기장이 형성되고, 상기 음극 필라멘트에서 방출되는 전자가 자기장에 의해 휘어지는 정도가 증가할 수 있다.

따라서, 상기 제3 전압의 크기에 기초하여 상기 방출된 전자가 충돌할 적어도 어느 하나의 타겟 원소가 결정될 수 있다.

한편, 상기 회전제어부(160)는, 베어링이 장착된 진공기밀 구조로 형성되고, 일측에 모터가 연결되어 상기 모터의 회전축을 기준으로 상기 양극회전부(150)를 회전시킬 수 있다.

보다 상세하게는, 도 2를 참고하면, 상기 회전제어부(160)는 상기 양극회전부(150) 내부에 베어링(161)를 삽입시키고, 상기 베어링(161)과 상기 회전제어부(160)의 축이 결합되는 방식으로 연결되어 상기 양극회전부(150)를 회전시킬 수 있다.

따라서, 상기 회전제어부(160)의 축에 걸리는 회전 부하가 최소화되므로 상기 회전제어부(160)는 소형 모터만을 이용하여 상기 양극회전부(150)를 회전시킬 수 있으며, 제작 시 상기 회전제어부(160)의 크기를 소형화시킬 수 있다.

한편, 상기 회전제어부(160)가 상기 양극회전부(150)와 결합될 때, 상기 케이스(110) 내부가 진공상태로 유지될 수 있도록 원형 구조로 마련된 제1 실링부재(162)가 상기 회전제어부(160)의 모터 일단과 상기 양극회전부(150) 사이에 배치될 수 있다.

일례로, 원형 구조로 마련된 제2 실링부재(163)를 더 포함하여 이중 기밀구조를 형성함으로써, 상기 케이스(110) 내부의 진공 상태를 보다 효과적으로 유지시킬 수 있다.

<실시례 2>

도 3을 참고하면, 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치(100)의 제어방법은, 음극(Anode) 필라멘트 및 양극(Cathode) 타겟에 인가되는 제1 전압의 크기, 상기 음극(Anode) 필라멘트에 인가되는 제2 전압의 크기, 상기 제1 전압이 인가되는 시간, 상기 제2 전압이 인가되는 시간 및 상기 음극(Anode) 필라멘트에서 방출된 전자가 충돌할 양극(Cathode) 타겟 내의 타겟 원소 중 적어도 어느 하나에 대한 초기조건을 설정하는 단계(S110), 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 띠 모양의 양극 타겟을 회전시키는 단계(S120), 상기 설정된 음극 필라멘트에 인가되는 제2 전압의 크기에 기초하여 상기 음극 필라멘트에 전압을 발생시키는 단계(S130), 기설정된 크기의 제3 전압을 코일에 인가하여 상기 설정된 양극 타겟 내의 타겟 원소로 전자의 이동방향을 제어하는 단계(S140) 및 상기 설정된 제1 전압을 상기 양극 타겟 및 상기 음극 필라멘트에 인가시켜 다중 에너지를 가지는 X-선을 발생시키는 단계(150)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 효과에 따르면, 서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 다중 양극 타겟을 회전시킴으로써, 다중 에너지를 가지는 X-선을 획득하되, 고정 양극 구조보다 고전력의 X-선 발생 효율 특성을 향상시킬 수 있는 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법이 제공되는 효과를 가진다.

또한, 소형 모터 및 베어링을 이용하여 다중 타겟을 회전시킴으로써, 회전 부하를 최소화시켜 고정자 및 회전자 없이 회전이 가능하고, 구성이 단순화되어 소형화 가능한 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치 및 그 제어 방법이 제공되는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 일실시례에 따른, 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치의 제어 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110 : 케이스
120 : 고전압발생부
130 : 필라멘트 전압발생부
140 : 코일부
150 : 양극회전부
160 : 회전제어부 161 : 베어링
162 : 제1 실링부재
163 : 제2 실링부재

Claims (5)

1. 음극(Anode) 필라멘트로부터 방출된 전자가 양극(Cathode) 타겟에 충돌 및 반사되어 X-선을 방출하도록 내부가 진공형태로 마련되되, 유리 재질로 형성되는 케이스;
   기설정된 시간동안 상기 음극 필라멘트 및 상기 양극 타겟 사이에 제1 전압을 인가시키는 고전압 발생부;
   상기 음극 필라멘트가 가열되도록 기설정된 제2 전압을 상기 음극 필라멘트에 인가시키는 필라멘트 전압발생부;
   상기 음극 필라멘트로부터 방출된 전자의 진행 방향을 기설정된 방향으로 편항시키는 코일부;
   서로 다른 복수의 타겟 원소로 구성된 띠 모양의 상기 양극 타겟을 포함하는 양극회전부; 및
   상기 양극회전부의 회전을 제어하는 회전제어부;
   를 포함하고,
   
   상기 회전제어부는,
   베어링이 장착된 진공 기밀 구조로 형성되고, 일측에 모터가 연결되어 상기 모터의 회전축을 기준으로 상기 양극회전부를 회전시키되,
   상기 양극회전부 내부에 상기 베어링이 삽입되어 상기 모터의 회전축과 결합되고, 상기 베어링 양측면에 원형의 제1 실링부재 및 제2 실링부재가 마련되며,
   
   상기 고전압 발생부는,
   기설정된 크기의 단일 전압이 인가되는 단일 전압모드와 서로 다른 크기의 전압이 기설정된 시간동안 교번하여 인가되는 복수 전압모드 중 적어도 어느 하나의 모드로 동작되고,
   
   상기 코일부는,
   상기 케이스 일측의 외주면을 따라 권선되는 코일에 인가되는 제3 전압을 조절하여 상기 케이스 내부에 형성되는 자기장의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 회전 다중 양극을 이용한 다중 에너지 X-선 발생장치.
   
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