KR102334309B1 - 비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑스선관의 핵심기술요소인 진공내구성을 향상시키기ㅣ 위한 비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엑스선관 봉입 후 잔류가스 흡착을 위해 음극에 비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관에 관한 것으로서,
외관벌브와, 상기 외관벌브의 내부에 고정장착되고 필라멘트가 설치되는 음극과, 상기 외관벌브의 내부에 일측이 장착되고 타측은 외부로 돌출되며 상기 필라멘트에서 발생되는 전자빔이 충돌하는 경사진 타겟이 장착된 양극으로 구성되는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관에 있어서, 상기 음극은, 전방에 필라멘트가 장착되는 음극집속관과, 상기 음극집속관의 외부를 커버하면서 지지하는 집속관 지지관과, 상기 음극집속관의 전방에 장착되어 전자를 방출하는 필라멘트로 형성되고, 상기 음극집속관의 전방측에 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관을 제공한다.

Description

비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관{Staionary anode type X-ray Tube to have non-evaporable getter}

본 발명은 엑스선관의 핵심기술요소인 진공내구성을 향상시키기ㅣ 위한 비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엑스선관 봉입 후 잔류가스 흡착을 위해 음극에 비확산 게터를 장착한 고정양극 엑스선관에 관한 것이다.

일반적인 진공배기시스템은 진공배기하고자 하는 용기에 직접 진공펌프를 장착하면서 보조펌프를 직렬로 연결하여 사용한다. 그리고, 진공용기 및 진공배기라인의 재료는 알류미늄, 스테인레스 스틸, 석영 또는 파이렉스 가 주로 이용되고 있다. 진공도 10^-3Torr 정도의 중, 저진공에 필요한 진공배기시스템은 부스터펌프와 로터리 펌프가 직렬로 연결되어 챔버에 부착하거나 로터리펌프를 단독으로 챔버에 부착하여 사용한다. 진공도 10^-4~10^-7Torr의 고진공에 필요한 진공배기시스템은 액체질소 냉각트랩이 부착된 오일확산펌프 또는 터보분자 펌프가 설치되고 보조펌프로서 로터리펌프와 같은 중, 저진공펌프가 직렬로 연결된다. 엑스선관 진공배기를 위해서는 10^-8~10^-11Torr의 초고진공 배기능력을 갖춘 진공시스템을 이용해야 하는데 크라이오펌프 또는 이온펌프가 사용된다.

일반적인 엑스선관의 진공배기는 봉입 전 진공배기와 봉입 후 진공배기로 크게 두 단계로 이루어진다. 봉입전 진공배기는 크라이오펌프 또는 이온펌프가 부착된 초고진공 배기시스템을 이용하여 이루어진다. 엑스선관의 진공배기와 같은 초고진공이 요구되는 진공공정에서는 극히 미량일지라도 산소나 수분은 제품의 성능에 악영향을 미친다. 특히 수분의 물리적 흡착 시간은 수 ms로서 불활성기체와 수소를 비롯한 기타 가스입자에 비해 대단히 길어서 진공공간 중에 오래 머물면서 복잡한 흡착양상을 연출하기 때문에 진공의 질을 떨어뜨리는 주원인을 제공한다. 진공용기 내의 수분을 짧은 시간 내에 배출하여 그 잔류량을 낮추기 위해서는 진공용기를 가열하여 수분의 물리적 흡착시간을 짧게 해주어야 한다. 수분탈착을 위한 진공용기의 가열은 일반적으로 150℃ 정도로 하지만, 진공시스템의 사양과 목표진공도에 따라서 가열온도를 다르게 할 수 있다. 엑스선관의 진공배기와 같은 초고진공을 목적으로 할 때 일반적인 진공배기공정의 순서는 1) 중, 저진공배기, 2) 고진공배기, 3)진공용기 및 진공배기라인 가열상태 진공배기, 4) 가열된 진공용기가 냉각되기 전에 진공게이지와 같은 진공용기 내의 각종 발열소자 탈가스, 5) 베이스 진공배기 등과 같은 과정들로 이루어진다.

엑스선관의 진공배기를 위한 봉입 후의 진공배기는 진공 봉입된 엑스선관 내의 잔류가스를 줄이기 위해 게터(getter)를 사용하여 내부흡착을 통한 진공배기 과정으로 이루어진다. 주로 확산 게터를 이용하고 있으며 비확산 게터를 이용하는 경우도 있다. 확산 게터의 재료로서는 Ba, Ba-Al-Ni alloy 가 주로 쓰이고, 용도에 따라 Ca(미국특허 US6583559B1)이나 알칼리 금속 종류(미국특허 US4665343)가 쓰이기도 한다. 일반적으로 확산게터는 음극 배면에 장착되어 음극배선 사이에 전기적 접촉이 되지 않는 좁은 영역에 확산 코팅하여 이 코팅층에서 잔류가스 흡착이 이루어 지도록 설계한다. 비확산 게터는 Zr, Ti, Ni 또는 이들을 베이스로 하는 다양한 합금이 이용되며 분말을 성형 후 소성과정을 통하거나 분말 압착과정을 통하여 다공질 구조로 성형하여 이용한다.

엑스선관에 게터를 적용한 선행기술들은 다음과 같은 예가 있다.

두 개의 비확산 게터를 진공봉입된 하우징 벌브 내에 양극과 인접한 위치와 음극부에 장착하는 구조가 있다. 양극이 고온상태가 되었을 때 양극에서 방사되는 고온의 방사열에 의해 흡착이 이루어지는 비확산 게터가 양극에 근접해서 장착되어 있고, 고온의 방사열에 의해 흡착이 이루어지는 비확산 게터가 음극부에 장착되어 엑스선관이 반복 작동되어 양극이 가열되었을 때 흡착이 이루어지는 게터시스템이 제시되었다(US005838761).

또한, 금속 하우징 벌브의 음극측 부위에 확산 게터시스템이 장착되어 있고, 엑스선관 외부에서 전원을 공급하므로서 접지되어 있는 금속하우징 내부의 넓은 영역에 확산게터를 도포하여 잔류가스흡착율이 향상되도록 하고, 또한 현장 사용중에 게터 도포층의 활성이 저하되는 즈음에 반복해서 게터를 확산시킬 수 있는 구조에 대한 예도 있다(미국특허 US6570959B1).

또한, 음극 상단부에 복수개의 확산게터가 장착되어 있으며 엑스선관 외부에서 선택적으로 확산게터 전원을 공급하여 음극상층부에 인접한 하우징 벌브의 제한된 영역에 반복해서 게터를 확산시킬 수 있는 구조에 대한 예도 있다(US6192106A1, US06192106B1).

또한, 캡 내부의 원형 홈에 비확산 게터를 다공성으로 소성시켜 성형을 하여 캡을 엑스선관 내부에 장착하는 구조로서, 비확산 게터를 엑스선관 내부 구조에 부착하면 조립작업공정 중의 대기중 가열로 인한 표면산화로 흡착포화상태에 이르게 되지만 진공 봉입 후 엑스선관 작동중에 발생되는 양극의 열로 인해 게터가 장착된 캡이 가열되면서 게터가 재활성화되어 잔류가스 흡착이 이루어지는 게터구조가 제시된 경우도 있다(US05509045).

이와 같이 진공봉입된 엑스선관의 고진공 상태를 유지하기 위한 다양한 방법이 제시되어 왔는데, 현재 사용되고 있는 엑스선관들은 봉입 후에 내부 탈가스 작용에 의해 압력이 상승하고, 여기에 더해 작동시에는 순간 탈가스가 급격히 일어나서 기능이 파괴되는 현상이 나타난다. 따라서, 내부압력상승을 방지하여 기능을 유지하기 위해서는 잔류가스를 효과적으로 흡착하는 게터의 기능이 필요하다.

(문헌 1) 등록특허공보 10-1434821 (문헌 2) 등록특허공보 10-1064928 (문헌 3) 등록특허공보 10-1151859 (문헌 4) 공개특허공보 10-2017-0037007

본 발명은 내부 탈가스 작용에 의해 압력이 상승 및 작동시 순간 탈가스에 의한 엑스선관 압력상승을 방지하는 게터의 구조 및 기능을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 외관벌브와, 상기 외관벌브의 내부에 고정장착되고 필라멘트가 설치되는 음극과, 상기 외관벌브의 내부에 일측이 장착되고 타측은 외부로 돌출되며 상기 필라멘트에서 발생되는 전자빔이 충돌하는 경사진 타겟이 장착된 양극으로 구성되는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관에 있어서, 상기 음극은, 전방에 필라멘트가 장착되는 음극집속관과, 상기 음극집속관의 외부를 커버하면서 지지하는 집속관 지지관과, 상기 음극집속관의 전방에 장착되어 전자를 방출하는 필라멘트로 형성되고, 상기 음극의 전방측에 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관을 제공한다.

본 발명에서 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 필라멘트의 양측에 음극집속관을 관통하여 형성되는 게터 장착홀과, 상기 게터 장착홀에 양극과 배향 노출되도록 비확산 게터가 장착되는 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 집속관 지지관이 게터재질로 이루어지는 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 음극집속관이 게터재질로 이루어지는 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 음극에 비확산 게터가 장착되는 구조이기 때문에, 필라멘트의 가열로 음극의 온도가 상승하면서 활성화가 진행되고, 그에 따라 잔류가스의 흡착율이 상승하는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 엑스선관 작동시 발생되는 엑스선이 음극에 장착된 게터에 조사되기 때문에 엑스선에 의해 활성화가 급속히 진행되어 잔류가스의 흡착율이 급상승하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 엑스선관의 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선관의 음극의 구조도.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

우선, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 여러 실시예에 있어서 기술적 특징이 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용함을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 엑스선관의 구조도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엑스선관의 음극의 구조도이다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 고정양극 엑스선관(1)은 외관벌브(30)와, 외관벌브(30)의 내부에 고정장착되고 필라멘트(24)가 설치되는 음극(20)과, 외관벌브(30)의 내부에 일측이 장착되고 타측은 외부로 돌출되며 필라멘트(24)에서 발생되는 전자빔이 충돌하는 경사진 타겟이 형성된 양극(10)으로 구성된다.

양극(10)의 일단에는 전극(11)이 형성되어, 전원이 연결된다. 양극(10)은 경사진 타겟이 형성되어, 음극(20)에서 발생한 열전자가 방출되면서 타켓에 충돌된 후 외관벌브(30)를 통해 외부로 조사된다. 양극(10)은 코바 어댑터(31)를 이용하여 외관벌브(30)에 고정한다.

음극(20)은 전방에 필라멘트(24)가 장착되는 음극집속관(22)과, 음극집속관(22)의 외부를 커버하면서 지지하는 집속관 지지관(21)과, 음극집속관(22)의 전방에 장착되어 전자를 방출하는 필라멘트(24)로 이루어진다. 음극(20)에는 필라멘트(24)가 장착되기 때문에, 필라멘트(24)를 통해 열전자가 방출된다. 그에 따라 필라멘트(24) 주변은 고온으로 바뀌게 되며, 또한 필라멘트(24) 주변으로 엑스선이 조사될 수 있다.

필라멘트(24)를 통해 조사되는 엑스선과, 필라멘트(24)에 의해 발생되는 열을 이용하여 비확산 게터의 활성화를 도모할 수 있도록, 음극(20)의 전방측에 비확산 게터가 양극(10)과 배향 노출되는 구조로 형성된다.

음극(20)의 전방측에 비확산 게터가 양극(10)과 배향 노출되는 구조는 다양하게 형성될 수 있다.

먼저 음극집속관(22)을 관통하여 필라멘트(24)의 양측에 형성되는 게터장착홀(25)에 비확산 게터(23) 장착됨으로써 양극(10)과 배향 노출되는 구조를 가질 수 있다. 비확산 게터(23)가 필라멘트(24)의 양측에 장착되기 때문에, 필라멘트(24)에 의해 발생되는 열로 인해 비확산 게터(23)가 활성화될 수 있으며, 비확산 게터(23)가 활성화됨으로써 잔류가스의 흡착율을 높일 수 있다. 또한, 필라멘트(24)에서 방출되는 열전자에 의해 비확산 게터(23)가 활성화될 수 있다. 그에 따라 비확산 게터(23)가 잔류가스를 쉽게 흡착할 수 있다.

다음으로, 음극집속관(22)을 감싸는 집속관 지지관(21)을 게터재질로 형성하여 양극(10)과 배향 노출되는 구조를 가질 수 있다. 집속관 지지관(21)이 게터재질로 형성됨으로써, 집속관 지지관(21)이 양극(10)과 배향 노출되는 구조를 가질 수 있다. 필라멘트(24)에 의해 발생되는 열전자가 집속관 지지관(21)에 조사되고, 조사된 열전자에 의해 게터재질이 활성화되어 잔류가스를 쉽게 흡착할 수 있다. 그에 따라 가스의 흡착율이 증가된다.

다음으로, 음극집속관(22)을 게터재질로 형성하여 양극(10)과 배향 노출구조를 가질 수 있다. 음극집속관(22)을 게터재질로 형성함으로써, 음극집속관(22)의 전방에 장착된 필라멘트(24)로부터 발생되는 열에 의해 게터재질이 활성화될 수 있고, 또한 필라멘트(24)에서 방출되는 열전자가 음극집속관(22)에 조사됨으로 인해 게터재질이 활성화될 수 있다. 그에 따라 잔류가스를 흡착하는 가스 흡착율이 증가된다.

상기의 구조와 같이, 음극집속관(22)에 게터가 형성되는 구조이고, 음극집속관(22)에는 필라멘트(24)가 장착되어 있기 때문에, 필라멘트(24)를 통한 열전달로 인해 비확산게터의 활성화가 쉽게 이루어지고, 그에 따라 흡착율이 급상승할 수 있다. 따라서, 음극(20)을 비확산게터로 형성함으로써, 게터의 활성화를 급속히 진행될 수 있도록 하고, 그에 따라 흡착율이 급상승하면서 잔류가스를 쉽게 흡착할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1 : 고정양극 엑스선관
10 : 양극 11 : 전극
20 : 음극 21 : 집속관 지지관
22 : 음극 집속관 23 : 비확산 게터
24 : 필라멘트 25 : 게터장착홀
26 : 전극스템
30 : 외관벌브 31 : 코바 어댑터

Claims (4)

1. 외관벌브와, 상기 외관벌브의 내부에 고정장착되고 필라멘트가 설치되는 음극과, 상기 외관벌브의 내부에 일측이 장착되고 타측은 외부로 돌출되며 상기 필라멘트에서 발생되는 전자빔이 충돌하는 경사진 타겟이 형성된 양극으로 구성되는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관에 있어서,
   상기 음극은, 전방에 필라멘트가 장착되는 음극집속관과, 상기 음극집속관의 외부를 커버하면서 지지하는 집속관 지지관과, 상기 음극집속관의 전방에 장착되어 전자를 방출하는 필라멘트로 형성되고,
   상기 음극의 전방측에 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조로 형성되며,
   상기 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 상기 필라멘트의 양측에 상기 음극집속관을 관통하여 형성되는 게터 장착홀과, 상기 게터 장착홀에 양극과 배향 노출되도록 비확산 게터가 장착되는 구조이고,
   상기 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 상기 집속관 지지관이 게터재질로 이루어지는 구조이며,
   상기 비확산 게터가 양극과 배향 노출되는 구조는, 상기 음극집속관이 게터재질로 이루어지는 구조인 것을 특징으로 하는 비확산 게터가 장착된 고정양극 엑스선관.
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