KR102269004B1 - 방사선 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 내부 공간을 가지는 튜브, 적어도 일부가 튜브 내부에 위치하도록 설치된 애노드를 포함하는 제 1 전극부, 튜브 내부에서 애노드와 마주보도록 설치된 캐소드를 포함하는 제 2 전극부, 튜브의 외부에 연결되도록 설치되며, 튜브 내부에서 발생되어 튜브를 투과한 방사선이 이동하는 통로를 가지고, 튜브와 연결되는 영역에 통로와 연통되는 개구가 마련된 통로부, 통로부가 연결된 튜브의 외주면에 형성된 제 1 절연막을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 방사선 발생 장치에 의하면, 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 발생 장치에 의하면, 절연막에 의해 튜브와 연결된 통로부가 고전류에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 코팅막의 개구부에 형성된 절연막에 의해 방사선은 통로부로 투과되고, 튜브 내의 고전류는 차단된다. 이에, 방사선을 이용하는 장치로 방사선과 함께 고전류가 전달되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.

Description

방사선 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING RADIATION}
본 발명은 방사선 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선을 이용하는 장치의 손상을 방지할 수 있는 방사선 발생 장치에 관한 것이다.
질병 진단을 위한 의료용 촬영 장치는 방사선 또는 엑스선을 이용하며, 촬영 장치로 방사선을 제공하는 방사선 발생 장치는, 내부 공간을 가지는 튜브, 튜브 내부에 위치되며 타겟이 장착된 애노드(anode) 및 타겟과 마주보도록 설치된 에미터를 구비하는 캐소드(cathode), 튜브 외부에 장착되어 튜브를 투과한 방사선을 촬영 장치로 제공하는 통로부를 포함한다. 이러한 방사선 발생 장치에 의하면, 캐소드의 에미터에서 발생된 전자가 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 고전압에 의해 가속되어 애노드의 타겟에 충돌하면서 방사선이 발생된다.
한편, 최근 의료용 촬영 장치가 소형화에 따라, 방사선을 제공하는 방사선 발생 장치를 소형화시킬 필요가 있다.
방사선 발생 장치의 소형화를 위해서는 튜브의 크기를 줄여야하는데, 튜브의 크기가 줄어들수록 전극(애노드 및 캐소드)과 튜브 내벽 간의 이격 거리가 짧아진다. 그런데, 전극과 튜브 내벽 간의 이격 공간은 절연 공간으로 기능하므로, 튜브의 크기가 줄어들수록 이격 거리를 충분히 확보할 수 없어, 전극과 튜브 내벽 간이 충분히 절연될 수 없다. 이에, 튜브 내부에서 방사선 발생 시에 아크(arc)가 함께 발생된다. 튜브 내부에서 아크(arc)가 발생되면 튜브의 적어도 일부가 깨지거나 구멍이 생기는 등의 파손이 발생된다.
그리고, 튜브와 연결된 통로부의 일단은 개구되어 있고, 방사선 발생 장치의 소형화 및 방사선의 투과를 위하여 튜브 벽체의 두께를 얇게 함에 따라, 아크 발생에 의해 통로부와 연결되는 튜브 부위가 쉽게 파손된다.
그런데, 튜브 내부에서는 방사선 발생을 위해 고전류가 흐르게 되는데, 아크에 의해 튜브가 파손되면, 통로부가 고전류에 노출된다. 이에, 통로부 내부로도 고전류가 흘러 아크가 발생될 수 있고, 통로부는 상술한 바와 같이 방사선을 이용하는 촬영 장치와 연결되는데, 통로부로 노출된 고전류가 촬영 장치로 전달되어 촬영 장치가 손상되는 문제가 발생된다.
한국공개특허 10-2017-0062031
본 발명은 방사선을 이용하는 장치가 고전류에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 방사선 발생 장치를 제공한다.
본 발명은 고전류가 방사선을 이용하는 장치로 전달되는 것을 방지할 수 있는 방사선 발생 장치를 제공한다.
본 발명은 소형화가 용이한 방사선 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 내부 공간을 가지는 튜브; 적어도 일부가 상기 튜브 내부에 위치하도록 설치된 애노드를 포함하는 제 1 전극부; 상기 튜브 내부에서 상기 애노드와 마주보도록 설치된 캐소드를 포함하는 제 2 전극부; 상기 튜브의 외부에 연결되도록 설치되며, 상기 튜브 내부에서 발생되어 상기 튜브를 투과한 방사선이 이동하는 통로를 가지고, 상기 튜브와 연결되는 일단에 상기 통로와 연통되는 개구가 마련된 통로부; 및 상기 통로부가 연결된 상기 튜브의 외주면에 형성된 제 1 절연막;을 포함한다.
상기 제 1 절연막은 상기 통로부의 내벽면과 접촉되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 통로부와 연결된 영역에 개구부가 마련되도록 상기 튜브의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 튜브 내부에서 발생된 방사선의 투과를 차폐하는 코팅막을 더 포함하고, 상기 제 1 절연막은 상기 개구부 내에 마련되도록 상기 튜브의 외주면에 형성된다.
상기 코팅막은 텅스텐(W), 납(Pb), 산화비스무스 중 적어도 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 절연막의 두께는 40㎛ 내지 120㎛인 것이 바람직하다.
상기 제 1 절연막의 상측에서 상기 통로부의 내벽면에 형성된 제 2 절연막을 더 포함한다.
상기 제 2 절연막의 두께는 40㎛ 이상인 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 절연막은 파릴렌(parylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 형성된다.
상기 제 1 전극부는 상기 제 2 전극부와 마주보는 상기 애노드의 단부에 설치된 타겟을 포함하고, 상기 제 2 전극부는 상기 타겟과 마주보는 상기 캐소드의 단부에 설치된 에미터를 포함하며, 상기 튜브 내부에서 상기 통로의 개구와 마주보는 영역에 상기 타겟이 위치된다.
상기 튜브는 제 1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제 1 전극부와 제 2 전극부는 상기 제 1 방향으로 나열 배치되며, 상기 통로부는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장 형성된다.
상기 제 1 방향에 있어서, 상기 제 1 절연막의 위치와 상기 타겟의 위치가 중첩되도록 마련된다.
상기 제 1 절연막의 제 1 방향의 길이는 상기 타겟의 제 1 방향의 길이에 비해 길다.
상기 에미터와 마주보는 상기 타겟의 일면은 상기 통로부와 멀어질수록 상기 제 2 전극부와 가까워지도록 경사진 형상일 수 있다.
상기 타겟과 에미터 사이에 위치된 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극에는 상기 에미터와 마주하는 일면으로부터 상기 타겟과 마주하는 타면 방향으로 관통하도록 홀이 마련된다.
상기 튜브 및 통로부는 세라믹으로 이루어진다.
본 발명의 실시예들에 따른 방사선 발생 장치에 의하면, 절연막에 의해 튜브와 연결된 통로부가 고전류에 노출되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 코팅막의 개구부에 형성된 절연막에 의해 방사선은 통로부로 투과되고, 튜브 내의 고전류는 차단된다. 이에, 방사선을 이용하는 장치로 방사선과 함께 고전류가 전달되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 이로 인해 방사선 발생 장치의 소형화가 보다 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사선 발생 장치의 요부를 도시한 단면도
도 2는 절연막의 두께에 따른 방사선 투과량을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사선 발생 장치의 요부를 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 방사선을 이용하는 장치가 고전류에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 방사선 발생 장치에 관한 것이다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사선 발생 장치에 대해 설명한다. 여기서 방사선은 엑스선(X-선) 일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사선 발생 장치의 요부를 도시한 단면도이다. 도 2는 절연막의 두께에 따른 방사선 투과량을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방사선 발생 장치는, 내부 공간을 가지는 튜브(100), 적어도 일부가 튜브(100) 내에 수용되도록 설치되며, 애노드(210)를 포함하는 제 1 전극부(200), 제 1 전극부(200)와 마주보도록 설치된 캐소드(310)를 포함하는 제 2 전극부(300), 제 1 전극부(200)와 제 2 전극부(300) 사이에 위치되어 제 2 전극부(300)로부터의 전자(10) 방출을 활성화하는 게이트 전극(400), 내부에 방사선이 통과 또는 이동하는 유로가 마련되어, 튜브(100)를 투과한 방사선의 이동을 안내하는 통로부(500), 통로부(500)와 마주보는 영역에 개구부(810)가 마련되도록 튜브(100)의 외주면을 감싸도록 형성되며, 튜브(100) 내부에서 발생된 방사선의 투과를 차폐하는 코팅막(800), 개구부(810)가 위치된 튜브(100)의 외주면에 형성된 절연막(600)을 포함한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 튜브(100)의 연장 방향 또는 제 1 전극부(200)와 제 2 전극부(300)의 나열 방향을 제 1 방향으로 정의한다. 그리고, 제 1 방향과 교차 또는 직교하는 방향을 제 2 방향으로 정의한다. 또한, 제 1 방향을 X 축 방향, 제 2 방향을 Y 축 방향으로 예를들어 설명한다.
튜브(100)는 일 방향 즉, 제 1 방향으로 연장된 형상이며, 내부 공간을 가진다. 튜브(100)의 내부 공간은 진공 압력인 것이 바람직하다. 그리고, 실시예에 따른 튜브(100)는 연장 방향의 양 끝단인 일단 및 타단 각각이 개구된 형상일 수 있고, 이들 개구는 후술되는 제 1 및 제 2 전극부(200, 300)에 의해 폐쇄될 수 있다.
튜브(100) 내부에서는 방사선이 발생 또는 생성되고, 발생된 방사선(20)은 통로부(500)로 전달되어야 한다. 또한, 방사선 발생을 위해 제 1 및 제 2 전극부(200, 300)로 고전압이 인가되어 튜브(100) 내부에서 고전류가 흐르며, 고전류에 의해 튜브(100) 내부에서 아크가 발생될 수 있다. 아크 발생을 방지하기 위하여 튜브(100)를 일반적으로 방사선 투과성 및 전기 절연성을 가지는 세라믹 예컨대 알루미나(Al2O3)로 마련한다.
실시예에 따른 방사선 발생 장치는 소형으로, 튜브(100) 내부 공간에 있어서, 제 2 방향(즉, Y 축 방향)의 길이가 예컨대 10mm 내지 40mm일 수 있다. 튜브(100)가 원통형인 경우, 상기 튜브의 직경(Y 축 방향의 길이)이 10mm 내지 40mm일 수 있다.
튜브(100)는 상술한 바와 같이 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹으로 마련되는데, 방사선은 튜브(100)의 투과가 가능하다.
그런데, 튜브(100) 내에서 발생된 방사선은 통로부(500)로 전달되어야 하고, 통로부(500)를 제외한 영역으로 투과되는 것을 차폐해야 한다. 이에 튜브(100)의 외주면에 방사선의 투과를 방지하는 코팅막(800)을 형성하는데, 통로부(500)와 연결되는 영역을 제외한 영역에 코팅막(800)을 형성한다. 다른 말로 설명하면, 코팅막(800)은 튜브(100)의 외주면을 감싸도록 형성되는데, 튜브(100)의 외주면 중 통로부(500)와 마주보는 또는 연결되는 영역이 개방된 개구부(810)를 가지는 형상이다. 이때, 제 1 방향에 있어서, 개구부(810)의 적어도 일부의 위치가 타겟(220)과 중첩되도록 마련된다. 예컨대, 도 1과 같이 튜브(100)의 내부에 위치된 타겟(220)의 상측에 개구부(810)가 위치하도록 마련될 수 있다.
코팅막(800)은 텅스텐(W), 납(Pb), 산화비스무스 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이에, 튜브(100) 내부에서 발생된 방사선은 코팅막(800)의 개구부(810)와 대향 또는 마주하는 튜브 영역(이하, 투과부(110))을 투과한 후, 코팅막(800)의 개구부(810)를 통과하여 통로부(500)로 전달된다. 그리고 통로부(500)으로 투과된 방사선은 이 통로부(500)와 연결되며 방사선을 이용하는 장치 예컨대 촬영 장치로 제공된다.
제 1 전극부(200)는 튜브(100) 내부에서 단부가 제 2 전극부(300)와 마주보도록 설치된 애노드(210) 및 제 2 전극부(300)와 마주보는 애노드(210)의 단부에 설치된 타겟(220)을 포함한다.
애노드(210)는 단부를 포함하는 적어도 일부가 튜브(100) 내부에 위치하도록 삽입 설치되며, 양의 직류 전압이 인가 된다. 튜브(100) 내부에 위치하도록 설치된 애노드(210)는 그 외주면이 튜브(100)의 내벽과 이격되도록 마련된다. 다른 말로 하면, 튜브(100) 내부에 삽입된 애노드(210)에 있어서, 애노드(210)의 제 2 방향의 길이는 튜브(100)의 제 2 방향의 길이에 비해 짧게 형성되며, 튜브(100)의 내벽을 향하는 외주면이 상기 튜브(100)의 내벽과 이격되도록 설치된다. 이때, 튜브(100) 내부에 삽입된 애노드(210)의 제 2 방향의 길이는 튜브(100)의 제 2 방향 길이의 45% 내지 55%, 보다 바람직하게는 48% 내지 52%일 수 있다.
이러한 애노드(210)는 금속 예컨대, 구리(Cu)로 마련될 수 있다. 그리고, 애노드(210)의 일단에는 타겟(220)이 설치되는데, 타겟(220)이 튜브(100) 내부에서 통로부(500)에 대응 위치될 수 있도록 연장 형성된다. 다른 말로 하면, 제 1 방향에 있어서 타겟(220)의 위치가 통로부(500)의 개구 위치와 중첩될 수 있도록 애노드(210)를 연장 형성할 수 있다.
실시예에 따른 애노드(210)는 튜브(100)의 일측 개구를 폐쇄면서, 타겟(220)이 장착된 단부를 포함하는 적어도 일부가 튜브(100) 내부에 수용되도록 삽입 설치될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 애노드(210)는 튜브(100)의 연장 방향인 제 1 방향(X 축 방향)으로 연장 형성되어 튜브(100) 내부로 삽입 설치되며, 일단에 타겟(220)이 장착되는 삽입 부재(이하, 제 1 삽입 부재(211)) 및 튜브(100)의 일측 개구를 폐쇄하도록 제 1 삽입 부재(211)의 타단에 연결된 폐쇄 부재(제 1 폐쇄 부재(212))를 포함할 수 있다.
여기서, 튜브(100) 내부에 삽입 설치되는 제 1 삽입 부재(211)의 제 2 방향 길이가 튜브(100)의 제 2 방향의 길이에 비해 짧도록 형성되어, 제 1 삽입 부재(211)의 외주면이 튜브(100)의 내벽과 이격된다.
타겟(220)은 튜브(100) 내부에서 캐소드(310)와 대향하는 애노드(210)의 일단에 연결되며, 통로부(500)의 하측에 대응 위치하도록 설치된다. 이러한 타겟(220)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 철(Fe), 철 합금 및 그라파이트 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
이때, 캐소드(310)와 마주보는 타겟(220)의 일면은 통로부(500)가 위치된 방향에서 반대 방향으로 갈수록 캐소드(310)와 가까워지도록 경사진 형상일 수 있다. 다른 말로 하면, 캐소드(310)와 마주보는 타겟(220)의 일면은 통로부(500)와 멀어지는 방향으로 갈수록 캐소드(310)와 가까워지도록 경사지게 형성된다. 이는, 타겟(220)과 캐소드(310) 사이에서 생성된 방사선이 통로부를 향하도록 그 흐름을 유도하기 위함이다. 다른 말로 설명하면, 타겟(220)의 일면이 경사지지 않고, 튜브(100)의 연장 방향인 제 1 방향의 연장 선에 대해 수직일 때에 비해, 상술한 바와 같이 경사진 경우, 통로부(500)로 향하는 방사선량을 증가시킬 수 있다.
제 2 전극부(300)는 타겟(220)과 마주보도록 설치된 캐소드(310) 및 타겟(220)과 마주보는 캐소드(310)의 일단에 장착된 에미터(320)를 포함한다.
캐소드(310)는 에미터(320)가 장착되는 단부를 포함하는 적어도 일부가 튜브(100) 내부에 위치하도록 삽입 설치되며, 음의 직류 전압이 인가된다. 캐소드(310)는 코바르(kovar)로 마련될 수 있다.
튜브(100) 내부에 위치하도록 설치된 캐소드(310)는 그 외주면이 튜브(100)의 내벽과 이격되도록 마련될 수 있다. 다른 말로 하면, 튜브(100) 내부에 삽입된 캐소드(310)에 있어서, 캐소드(310)의 제 2 방향의 길이는 튜브(100)의 제 2 방향의 길이에 비해 짧게 형성되며, 튜브(100)의 내벽을 향하는 외주면이 상기 튜브(100)의 내벽과 이격되도록 설치된다. 이때, 튜브(100) 내부에 삽입된 캐소드(310)의 제 2 방향의 길이는 튜브(100)의 제 2 방향 길이의 45% 내지 55%, 보다 바람직하게는 48% 내지 52%일 수 있다.
실시예에 따른 캐소드(310)는 튜브(100)의 타측 개구를 폐쇄면서, 단부를 포함하는 적어도 일부가 튜브(100) 내부에 수용되도록 삽입 설치될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 캐소드(310)는 튜브(100)의 연장 방향인 제 1 방향(X 축 방향)으로 연장 형성되어 튜브(100) 내부에 삽입 설치되며, 타겟(220)과 마주보는 일단에 에미터(320)가 장착된 삽입 부재(이하, 제 2 삽입 부재(311)) 및 튜브(100)의 타측 개구를 폐쇄하도록 제 2 삽입 부재(311)의 타단에 연결된 폐쇄 부재(제 2 폐쇄 부재(312))를 포함할 수 있다.
여기서, 튜브(100) 내부에 삽입 설치되는 제 2 삽입 부재(311)의 제 2 방향 길이가 튜브(100)의 제 2 방향의 길이에 비해 짧도록 형성되어, 제 2 삽입 부재(311)의 외주면이 튜브의 내벽과 이격된다.
에미터(320)는 캐소드(310)의 전자 방출 수단으로서, 타겟(220)과 마주보는 캐소드(310)의 일단에 설치된다. 실시예에 따른 에미터(320)는 예컨대 CNT(carbon nano tube)로 마련되나, 이에 한정되지 않는다.
캐소드(310) 및 에미터(320)는 상술한 바와 같이 튜브(100) 내부에 위치하는데, 제 1 방향을 기준으로 통로부(500)의 외측에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.
게이트 전극(400)은 제 1 전극부(200)와 제 2 전극부(300) 사이에서 이들과 상호 이격되도록 설치된다. 보다 구체적으로, 게이트 전극(400)은 타겟(220)과 에미터(320) 사이에서 이들과 상호 이격되도록 설치된다. 그리고 게이트 전극(400)은 튜브(100) 내부에 위치되는데, 제 1 방향을 기준으로 통로부(500)의 외측에 위치하도록 설치될 수 있다.
이러한 게이트 전극(400)은 에미터(320)로부터의 전자(10) 방출을 활성화시키면서, 집속시킨다. 즉, 게이트 전극(400)은 캐소드(310)와 게이트 전극(400) 간에 인가되는 전압차에 의하여 에미터(320)로부터 전자 방출을 활성화시킨다.
그리고, 게이트 전극(400)은 에미터(320)에서 방출된 전자(10)가 타겟(220)을 향해 이동할 수 있도록 복수의 홀(410)을 가지는 형상일 수 있다. 즉, 게이트 전극(400)에는 에미터(320)를 향하는 일측면으로부터 타겟(220)을 향하는 타측면까지 연통된 형상의 홀(410)이 마련된다. 그리고, 상술한 홀(410)이 제 2 방향(즉, Y 축 방향)으로 나열되도록 복수개 마련된다. 이에, 에미터(320)에서 방출된 전자(10)가 게이트 전극(400)의 복수의 홀(410)을 통과하여 타겟(220)으로 향한다.
이하, 상술한 튜브(100) 내부의 구성에 따른 방사선 발생에 대해 설명한다.
애노드(210), 캐소드(310) 및 게이트 전극(400) 각각에 전압이 인가되면, 캐소드(310)와 게이트 전극(400) 간의 전압차에 의하여, 에미터(320)로부터 전자(10)가 방출된다. 에미터(320)로부터 방출된 전자(10)는 게이트 전극(400)의 복수의 홀(410)을 통과한 후 타겟(220)에 충돌되며, 이에 방사선(20) 즉, X 선이 발생된다.
이때, 게이트 전극(400)에 인가되는 전압을 제어함으로써 전자(10)가 타겟(220)을 향하도록 그 이동 또는 흐름을 단속할 수 있다. 그리고, 애노드(210)로 인가되는 고전압에 의해 게이트 전극(400)의 홀(410)을 통과한 전자(10)가 타겟(220) 방향으로 가속되어 상기 타겟(220)에 충돌됨에 따라 방사선(20)이 발생된다.
통로부(500)는 튜브(100)의 외부에 연결되어, 튜브(100)에서 발생 또는 생성된 방사선(20)이 방사선을 이용하는 장치 예컨대, 방사선 촬영 장치(Digital Radiography; DR)에 제공될 수 있도록 그 경로를 제공한다. 이러한 통로부(500)는 세라믹 예컨대 알루미나(Al2O3)로 마련될 수 있다.
통로부(500)는 튜브(100)의 연장 방향(제 1 방향)과 교차 또는 직교하는 방향(제 2 방향)으로 연장된 형상이며, 방사선(20)이 이동 또는 통과할 수 있는 내부 공간을 가지고, 적어도 튜브(100)와 연결된 일단이 개구된 형상이다. 그리고, 통로부(500)는 개구된 일단이 코팅막(800)의 개구부(810)와 마주보도록 또는 코팅막(800)의 개구부(810)에 삽입되도록 설치된다. 그리고, 적어도 통로부(500)의 개구는 제 1 방향의 길이가 타겟(200)의 제 1 방향의 길이(L2)에 비해 길도록 마련된다. 이에, 통로부(500)는, 제 1 방향에 있어서, 개구의 적어도 일부의 위치가 타겟(220)과 중첩되도록 마련된다. 예컨대, 도 1과 같이 튜브(100)의 내부에 위치된 타겟(220)의 상측에 통로부(500)가 위치하도록 마련될 수 있다. 따라서, 타겟(220)에 충돌되어 생성된 방사선(20)은 튜브(100)의 투과부(110)를 투과한 후 통로부(500)로 이동할 수 있다.
한편, 튜브(100) 내부에서 발생된 방사선(20)이 통로부(500)로 투과 또는 이동량을 향상시키기 위해서는, 적어도 투과부(110)의 두께를 얇게 할 필요가 있으며, 그 두께는 1.5mm 내지 2mm일 수 있다. 여기서, 투과부(110)는 내부 공간을 둘러싸는 튜브(100)의 벽체 중 코팅막(800)의 개구부(810)와 마주하는 영역으로서, 튜브(100)의 벽체 전체를 얇게 함으로써 투과부(110)의 두께를 얇게하거나, 튜브(110) 중 투과부(110) 부분만 얇게 할 수 있다. 즉, 튜브(100)를 구성하는 벽체의 전체 두께 또는 튜브(100) 중 투과부(110)의 두께를 1.5mm 내지 2mm일 수 있다.
그런데, 튜브(100)의 벽체 또는 투과부(110)의 두께가 얇아질수록 방사선의 투과율은 향상되나, 그 절연 성능이 감소된다.
또한, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100)의 내벽 간의 이격 공간은 절연 공간으로서 기능한다. 그런데, 방사선 발생 장치의 소형화됨에 따라, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100)의 내벽 간의 이격 거리가 감소된다. 이에, 방사선 발생 장치가 소형화될 수록, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100) 내벽 간의 이격 거리를 충분히 확보할 수 없어, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100) 내벽이 충분히 절연될 수 없다.
한편, 방사선 발생을 위해 튜브(100) 내부에서는 고전류가 흐르는데, 투과부(110)의 두께가 얇아 절연 성능이 부족하면, 튜브(100) 내부의 고전류가 투과부(110)를 통과하여 통로부(500)로 전달될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 튜브(100)의 두께 감소 및 소형화에 따른 절연 성능 저하로 인해, 튜브(100) 내부로 흐르는 고전류에 의한 아크(arc)가 발생될 수 있다. 즉, 튜브(100) 내부의 고전류와 튜브(100) 내벽 간의 전기적인 반응에 의해 아크(arc)가 발생될 수 있다.
그리고, 튜브(100) 내부에서 발생된 아크에 의해 튜브(100)가 깨지거나 구멍이 생기는 등의 파손이 발생될 수 있다. 이때, 통로부(500)와 연결된 튜브(100)의 투과부(110)에 파손이 발생되면, 상기 파손 부위를 통해 통로부(500)가 고전류에 노출된다. 이에, 통로부(500) 내부로도 고전류가 흐르게 되며, 이는 통로부(500)와 연결된 장치 예컨대 방사선 촬영 장치로 전달될 수 있으며, 이에 따라 방사선 촬영 장치가 손상될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 튜브(100) 내의 방사선이 투과하는 투과부(110)의 외면 또는 개구부(810)에 방사선을 투과시키면서, 고전류의 전달을 차단 또는 차폐하는 절연막(600)을 형성한다. 즉, 튜브(100)의 외주면 중, 코팅막(800)의 개구부(810) 내에 절연막(600)을 형성한다. 이에, 절연막(600)은 코팅막(800)의 개구부(810) 또는 통로부(500)의 개구 내에 수용되도록 형성될 수 있다. 그리고, 절연막(600)의 제 1 방향의 길이(L1)는 타겟(220)의 제 1 방향의 길이(L2)에 비해 길도록 마련된다.
또한, 절연막(600)은 통로부(500)의 내면(또는 내측면)과 접촉 또는 연결되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상술한 바와 같이, 제 1 방향에 있어서 타겟(220)의 위치가 통로부(500)의 개구 위치와 중첩되도록 형성되고, 통로부(500)의 개구 내에 수용되도록 절연막(600)이 형성된다. 이에, 제 1 방향에 있어서, 절연막(600)의 위치와 타겟(220)의 위치가 중첩되도록 마련된다.
절연막(600)은 파릴렌(parylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 형성할 수 있다. 그리고 절연막(600)은 상술한 재료들을 열증착(Thermal Evaporation) 방법 및 스퍼터링(sputtering) 방법 중 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 이에 한정되지 않고 코팅 방법으로 형성할 수도 있다.
절연막(600)을 형성하는 상기 재료들은 동일 두께 조건에서 튜브(100)의 재료인 세라믹 즉, 알루미나(Al2O3)에 비해 절연성이 높다. 또한, 세라믹에 비해 코팅이 용이한 장점이 있다.
절연막(600)은 그 두께가 40㎛ 내지 120㎛가 되도록 형성한다. 이는 절연막(600)의 방사선 투과량이 4.0mGy 이상으로 충분하면서, 고전류의 전달을 차단시키기 위한 절연 성능을 가지기 위함이다. 도 2를 참조하면, 파릴렌(parylene)으로 형성된 절연막(600)의 두께가 120㎛ 이하일 때, 방사선 투과량이 4.0mGy 이상임을 알 수 있다.
한편, 절연막(600)의 두께가 40㎛ 미만인 경우, 절연성이 작아 튜브(100) 내 고전류를 차단하지 못하여 통로부(500)로 전달될 수 있다. 반대로, 절연막(600)의 두께가 120㎛를 초과하는 경우, 그 두께가 두꺼워 투과부(110)의 방사선 투과량이 4.0mGy 미만으로 작다. 이러한 경우, 방사선량이 부족하여 방사선 촬영 장치의 동작이 불가하거나, 방사선 촬영 장치로부터 획득되는 영상의 품질이 낮은 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 그 두께가 40㎛ 내지 120㎛가 되도록 절연막(600)을 형성한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사선 발생 장치의 요부를 도시한 단면도이다.
상술한 제 1 실시예에서는 절연막(600)이 개구부(810)에 형성되었다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 제 2 실시예와 같이 통로부(500)의 내벽에도 절연막(700)을 추가로 더 형성할 수 있다. 다른 말로 하면, 통로부(500)의 내부 공간을 구획하는 또는 내부 공간을 둘러싸는 내측벽에 절연막(700)을 더 형성할 수 있다.
이에, 제 2 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 코팅막(800)의 개구부(810)에 형성된 절연막(이하, 제 1 절연막(600)) 외에, 통로부(500)의 내측벽에 형성되는 절연막(이하, 제 2 절연막(700))을 포함한다.
제 2 절연막(700)은 투과부의 외면에 형성되는 제 1 절연막(600)과 동일한 재료 및 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 제 2 절연막(700)은 파릴렌(parylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나를 열증착(Thermal Evaporation) 방법 및 스퍼터링(sputtering) 방법 중 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다.
한편, 통로부(500)는 튜브(100)와 연결되어 있으므로, 제 1 전극부(200) 및 제 2 전극부(300)에 전압을 인가하면 통로부(500)에도 전류가 흐를 수 있다. 이에, 통로부(500) 내부에서 아크가 발생될 수 있다.
그런데, 투과부(110)의 외면 뿐만 아니라, 통로부(500)의 내측벽에도 제 2 절연막(700)을 추가로 형성하면, 통로부(500)의 절연능이 향상된다. 이에, 튜브(100)의 전류가 통로부(500) 내부로 전달되는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있어, 통로부(500) 내부에서 아크가 발생되는 것을 보다 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있다.
실시예에서는 제 2 절연막(700)의 두께가 40㎛ 이상이 되도록 형성하는데, 이는 통로부(500) 내부에서 아크 발생을 억제 또는 방지하기 위하여 통로부(500)의 절연성을 확보하기 위함이다.
그리고, 제 2 절연막(700) 두께가 두꺼울수록 방사선 투과율이 저하되고, 통로부(500)에서의 방사선의 투과율이 작을수록 유리하므로, 통로부(500) 내부에 방사선이 통과할 수 있는 내부 공간이 마련될 수 있다면 제 2 절연막(700)의 두께의 상한치는 특별히 한정되지 않으나, 500㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 발생 장치의 동작에 대해 설명한다. 이때, 방사선 발생 장치에서 발생된 방사선을 이용하는 장치로 방사선 촬영 장치를 예를들어 설명한다.
방사선 발생을 위해 애노드(210), 캐소드(310) 및 게이트 전극(400) 각각에 전압을 인가한다. 이때, 캐소드(310)와 게이트 전극(400) 간의 전압차에 의해 에미터(320)로부터 전자(10)가 방출된다. 방출된 전자(10)는 애노드(210)로 인가되는 고전압에 의해 게이트 전극(400)의 복수의 홀(410)을 통과한 후 타겟(220)에 충돌되며, 이때 방사선(20) 즉, X 선이 발생된다.
이렇게 발생된 방사선(20)은 튜브(100)의 투과부(110), 절연막(600)을 투과하여 통로부(500)를 따라 방사선 촬영 장치로 이동한다.
실시예에 따른 방사선 촬영 장치는 소형으로서, 튜브(100)의 제 2 방향의 길이 또는 직경이 10mm 내지 40mm일 수 있고, 튜브(100) 내부에 설치되는 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각의 제 2 방향의 길이 또는 직경이 튜브(100)의 45% 내지 55%일 수 있다. 이에, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100) 내벽 간의 이격 거리를 충분히 확보할 수 없어, 제 1 및 제 2 전극부(200, 300) 각각과 튜브(100) 내벽이 충분히 절연될 수 없다. 또한, 투과부(110)의 두께는 1.5mm 내지 2mm로 얇아 절연 성능이 작다.
한편, 방사선 발생을 위해 튜브(100) 내부에서는 고전류가 흐르는데, 투과부(110)의 두께가 얇아 절연 성능이 부족하여, 튜브(100) 내부의 고전류가 투과부(110)를 통과하여 통로부(500)로 전달될 수 있다.
또한, 튜브(100) 내부에서 방사선 발생시에 아크가 발생될 수 있고, 튜브(100) 내부에서 발생된 아크에 의해 통로부(500)와 연결된 튜브(100)의 투과부(110)에 파손이 발생될 수 있다. 그리고 파손 부위를 통해 통로부(500)가 튜브(100)에 노출되어, 튜브(500) 내 고전류가 파손 부위를 통해 통로부(500)로 전달될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예들에서는 코팅막(800)의 개구부(810)에 절연막(600)을 형성함으로써, 튜브(100) 내 방사선(20)은 투과시키면서, 튜브(100) 내 고전류는 전달되지 못하도록 차단한다.
이에 따라, 통로부(500)에 고전류가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 통로부(500)와 연결된 방사선 촬영 장치로 고전류가 전달되는 것을 방지할 수 있어, 방사선 촬영 장치의 손상을 방지할 수 있다.
100: 튜브 210: 애노드
220: 타겟 310: 캐소드
320: 에미터 600: 절연막
800: 코팅막 810: 개구부

Claims (16)

  1. 내부 공간을 가지며, 방사선이 투과되는 튜브;
    적어도 일부가 상기 튜브 내부에 위치하도록 설치된 애노드를 포함하는 제 1 전극부;
    상기 튜브 내부에서 상기 애노드와 마주보도록 설치된 캐소드를 포함하는 제 2 전극부;
    상기 튜브의 외부에 연결되도록 설치되며, 상기 튜브 내부에서 발생되어 상기 튜브를 투과한 방사선이 이동하는 통로를 가지고, 상기 튜브와 연결되는 일단에 상기 통로와 연통되는 개구가 마련된 통로부;
    상기 통로부가 연결된 상기 튜브의 외주면에 형성된 제 1 절연막; 및
    상기 통로부와 연결된 영역에 개구부가 마련되도록 상기 튜브의 외주면을 감싸도록 형성되며, 상기 튜브 내부에서 발생된 방사선의 투과를 차폐하는 코팅막;
    을 포함하고,
    상기 튜브는 연장 방향의 양 끝단인 일단 및 타단 각각이 개구된 형상이고, 상기 제 1 및 제 2 전극부는 상기 튜브의 일단 및 타단의 개구를 폐쇄하며,
    상기 제 1 절연막은 상기 코팅막의 개구부 내에 마련되도록 상기 튜브의 외주면에 형성된 방사선 발생 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 절연막은 상기 통로부의 내벽면과 접촉되도록 형성된 방사선 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅막은 텅스텐(W), 납(Pb), 산화비스무스 중 적어도 하나로 형성된 방사선 발생 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 절연막의 두께는 40㎛ 내지 120㎛인 방사선 발생 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 절연막의 상측에서 상기 통로부의 내벽면에 형성된 제 2 절연막을 더 포함하는 방사선 발생 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 2 절연막의 두께는 40㎛ 이상인 방사선 발생 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 절연막은 파릴렌(parylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 형성된 방사선 발생 장치.
  9. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극부는 상기 제 2 전극부와 마주보는 상기 애노드의 단부에 설치된 타겟을 포함하고,
    상기 제 2 전극부는 상기 타겟과 마주보는 상기 캐소드의 단부에 설치된 에미터를 포함하며,
    상기 튜브 내부에서 상기 통로의 개구와 마주보는 영역에 상기 타겟이 위치된 방사선 발생 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 튜브는 제 1 방향으로 연장 형성되고,
    상기 제 1 전극부와 제 2 전극부는 상기 제 1 방향으로 나열 배치되며,
    상기 통로부는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장 형성된 방사선 발생 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 방향에 있어서, 상기 제 1 절연막의 위치와 상기 타겟의 위치가 중첩되도록 마련된 방사선 발생 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 절연막의 제 1 방향의 길이는 상기 타겟의 제 1 방향의 길이에 비해 긴 방사선 발생 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 에미터와 마주보는 상기 타겟의 일면은 상기 통로부와 멀어질수록 상기 제 2 전극부와 가까워지도록 경사진 형상인 방사선 발생 장치.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 타겟과 에미터 사이에 위치된 게이트 전극을 더 포함하는 방사선 발생 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 게이트 전극에는 상기 에미터와 마주하는 일면으로부터 상기 타겟과 마주하는 타면 방향으로 관통하도록 홀이 마련된 방사선 발생 장치.
  16. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브 및 통로부는 세라믹으로 이루어진 방사선 발생 장치.
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