KR102510450B1 - 소형 엑스선 튜브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 엑스레이 튜브에 관한 것으로, 전압이 인가되면 전자를 방출하는 필라멘트, 상기 필라멘트를 고정하고, 상기 필라멘트의 양쪽 극에 전원을 연결할 수 있도록 2개의 필라멘트 관통 구멍을 포함하는 베이스, 상기 베이스와 밀착되며, 상기 필라멘트와 접촉하지 않고 상기 필라멘트를 둘러싸는 원통형의 추출기, 상기 추출기 및 상기 필라멘트의 한 쪽 극 사이에 컷오프 전압을 인가하는 컷오프 전압 제공부, 상기 필라멘트에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스레이를 방출하는 타겟, 일측에 필라멘트가 연결되고, 타측에 타겟이 연결되어, 필라멘트와 타겟 사이를 밀봉상태로 만드는 세라믹 소재의 바디, 상기 타겟을 관통하여 상기 바디의 내부의 공기를 추출하여 진공상태로 만들기 위한 추출관 및 상기 바디의 반대쪽으로 상기 타겟과 밀착되며, 상기 추출관의 끝부분을 둘러싸는 캡을 포함하는 소형 엑스레이 튜브가 제공된다.

Description

소형 엑스선 튜브 {Miniature X-ray tube}

본 발명은 소형 엑스레이 튜브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신체 내부에 삽입이 가능한 소형 엑스레이 튜브를 이용하여, 신체를 촬영할 신체에 노출되는 방사선을 최소화할 수 있도록 하는 소형 엑스레이 튜브에 관한 것이다.

환자의 질병을 진단하기 위한 기술 중에서, 환자의 인체 내부를 촬영할 수 있는 엑스레이 기술은 그 활용 범위가 점점 넓어져가고 있다. 특히, 종래에는 엑스레이 촬영 장치의 크기로 인하여, 흉부, 팔, 다리 등 큰 부위에 대해서만 촬영이 가능하였는데, 치과치료 등에서 인체의 작은 부위에 대한 엑스레이 촬영이 필요하게 되어, 엑스레이 튜브의 소형화가 필요해지고 있다.

선행기술인 한국 등록특허 제10-1915523호 "엑스선 튜브"는 이와 같이 소형화된 엑스레이 튜브의 기본적인 형태를 기술하고 있는데, 에미터에서 전자를 방출하면 아노드 전극에 전자가 충돌하여 엑스레이를 방출하는 구조를 나타내고 있다.

그러나 이와 같은 방식으로 엑스레이를 발생시키는 경우에, 에미터에서 전자가 발생되는 과정 및 전자가 전극에 충돌하여 엑스레이가 발생되는 과정에서 높은 열이 발생되어, 장치의 손상이 오거나 효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 엑스레이 튜브에서 엑스레이가 방출될 때에, 아무리 균일한 엑스레이를 방출하려고 하더라도, 엑스레이의 모든 방출 방향으로 동일한 수준의 엑스레이를 방출하기는 어려우며, 이에 따라, 획득한 엑스레이 영상에 왜곡이 발생되는 문제가 있다.

따라서, 소형 엑스레이 튜브에서 발생되는 열을 외부로 효과적으로 방출함으로써, 엑스레이 장치의 수명을 늘리고 성능을 개선할 수 있도록 하고, 엑스레이를 보다 균일하게 방사할 수 있도록 하여 균일한 엑스레이 영상을 얻을 수 있도록 하면서 엑스레이에 대한 불필요한 피폭을 최소화하는 기술이 요구된다.

한국등록특허 제10-1915523호

본 발명은 소형의 엑스레이 장치를 제공하여, 작은 부위에 대한 엑스레이 촬영이 용이하도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 엑스레이를 발생시키는 소형 엑스레이 튜브에서 발생되는 열의 방출을 최대한 효율적으로 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 엑스레이 튜브에서 바디와 슬리브 사이의 공간을 오일로 채움으로써, 열 방츨이 보다 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 캡으로 추출관을 핀치오프하여 생성된 뾰족한 부분을 둘러싸도록 하여, 뾰족한 부분에 의하여 아킹 효과가 발생되지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브는 전압이 인가되면 전자를 방출하는 필라멘트, 상기 필라멘트에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스레이를 방출하는 타겟, 일측에 필라멘트가 연결되고, 타측에 타겟이 연결되어, 필라멘트와 타겟 사이를 밀봉상태로 만드는 세라믹 소재의 바디, 상기 타겟을 관통하여 바디의 내부의 공기를 추출하여 진공상태로 만들기 위한 추출관 및 상기 바디의 반대쪽으로 상기 타겟과 밀착되며, 상기 추출관의 끝부분을 둘러싸는 캡을 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 바디 및 상기 타겟 사이에 링과 같은 형태로 부착되며, 상기 바디를 구성하는 세라믹과 열팽창계수가 소정의 범위 이내인 금속으로 이루어지는 연결부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 때, 상기 연결부는 코바르(kovar)로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 캡은 금속 소재로 이루어지며, 외벽에 복수의 주름을 형성하여, 상기 타겟에서 발생되는 열을 외부로 방출하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 바디 및 상기 캡을 모두 둘러싸는 슬리브를 더 포함하고, 상기 슬리브 내부 공간은 오일로 가득 채우도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면 소형의 엑스레이 장치를 제공하여, 작은 부위에 대한 엑스레이 촬영이 용이하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 엑스레이를 발생시키는 소형 엑스레이 튜브에서 발생되는 열의 방출을 최대한 효율적으로 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 엑스레이 튜브에서 바디와 슬리브 사이의 공간을 오일로 채움으로써, 열 방츨이 보다 용이하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 캡으로 추출관을 핀치오프하여 생성된 뾰족한 부분을 둘러싸도록 하여, 뾰족한 부분에 의하여 아킹 효과가 발생되지 않도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브에서 엑스레이가 방출되는 부분을 보다 상세하게 표현한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 장치에서 엑스레이가 방출되는 윈도우 부분을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 소형 엑스레이 장치의 평탄화 필터의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 전압 인가 모듈을 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브에서 열 방출 캡과 관련된 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 열 방출 캡의 예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하며 이에 의하여 발명의 범위가 제한되지 아니한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 구성을 도시한 도면이다.

필라멘트(101)는 전압이 인가되면 전자를 방출한다. 필라멘트(101)는 전기가 가해져서 가열되게 되어 특정 온도를 넘어서게 되면 전자를 방출하기 시작한다. 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브는 이와 같이 필라멘트(101)에서 방출되는 전자를 필라멘트와 타겟(102) 사이에 걸리는 고전압을 이용하여 타겟(102) 방향으로 빠르게 이동시키고, 이동한 전자가 타겟(106)에 충돌하여 엑스레이를 발생시키는 것을 기본 원리로 하고 있다.

필라멘트(101)와 같이 전자를 발생시키는 기능을 하는 부분을 에미터(emitter) 또는 캐소드(cathode)라고 부르며, 이와 같은 용어에 의해 제한되지 않고, 전자를 방출시키는 역할을 하면 본 발명에서의 필라멘트(101)와 동일한 기술적 범위를 가지는 것으로 이해할 수 있다.

필라멘트(101)는 앞서 설명한 바와 같이 전기에 의하여 열이 발생되고 그 열이 임계점을 넘어서게 되면 전자를 방출하도록 하고 있어, 열이 일정 온도 이상이 될 때까지 예열하기 위한 예열 시간이 필요하다. 따라서 종래의 엑스레이 튜브에서는 전원을 인가하고 필라멘트의 예열이 완료되기 전까지 엑스레이 영상을 촬영하기에 부족한 선량의 엑스레이가 방사되어 검사자 또는 환자가 이에 피폭되는 문제가 있었다.

필라멘트(101)는 전압이 인가되었을 때 동작하므로, 필라멘트에 전압을 인가하기 위한 전원 공급 모듈이 연결되는 것이 자명하며, 이 전원 공급 모듈을 통하여 전원을 공급하고 차단하는 것으로 엑스레이 촬영을 제어할 수 있다.

타겟(102)은 상기 바디(105)의 타측 끝단에 연결되고, 상기 필라멘트(101)에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스레이를 방출한다. 타겟(106)은 구리와 같은 금속 소재로 이루어지는 것이 바람직한데, 고전압에 의해 빠른 속도로 이동하는 전자가 금속 표면에 충돌하게 되면 엑스레이가 발생되는 현상을 이용하여 엑스레이가 필요한 곳으로 엑스레이를 발생시킬 수 있다.

타겟(102)은 애노드(anode)라고도 부르는데, 도면에 도시한 바와 같이, 엑스레이가 방출되어야 하는 방향으로 기울어진 형태를 가짐으로써, 필라멘트(101)에서 방출된 전자가 충돌하였을 때, 해당 방향으로 엑스레이가 방출될 수 있도록 구성할 수 있다. 타겟(106)의 구조와 기울기, 소재 등에 따라서, 동일한 전자에 대해서 다른 엑스레이 방출 형태를 가질 수 있어, 엑스레이의 활용 방법 등에 따라 다른 구조를 가지도록 할 수 있다.

바디(103)는 일측에 필라멘트(101)가 연결되고, 타측(102)에 타겟이 연결되어, 필라멘트와 타겟 사이를 밀봉상태로 만든다. 엑스레이 튜브의 내부는 전자가 방해받지 않고 이동할 수 있도록 진공으로 되어 있는데, 이를 위해서 필라멘트(101)와 타겟(102)을 포함하여 엑스레이 튜브 전체를 감싸는 바디(103)가 필요하다.

바디(103)의 내부에서 전자가 이동하고 엑스레이가 방출되기 때문에, 전자의 이동에 영향을 주지 않고 인가되는 고전압이 절연될 수 있도록 바디(105)는 세라믹 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 높은 열에 대응할 수 있도록 세라믹 소재의 바디(103)와 맞닿는 금속 부분은 코바르(kovar)와 같이 세라믹 소재와 열팽창계수가 유사한 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

추출관(104)은 상기 타겟을 관통하여 상기 바디(103) 내부의 공기를 추출하여 진공상태로 만든다. 앞서 설명한 바와 같이, 전자의 이동에 방해를 받지 않도록 하기 위하여 바디(103) 내부는 진공 상태로 만들어야 하는데, 이를 위해서는 바디(103)에 필라멘트(101) 및 타겟(102) 등을 결합한 뒤에, 바디(103) 내부의 공기를 추출해 내야 한다. 이를 위해서는 공기를 추출하는 추출관(104)이 필요한데, 추출관이 바디(103)의 내부에 아무 곳에나 위치하면, 뾰족한 관의 형태 때문에, 전자의 이동을 방해하고, 아킹(arching) 현상이 발생되어 원하는 형태로 엑스레이를 발생시키기 어려울 수 있다.

따라서, 추출관(104)은 타겟(102)을 관통하여 바디(103) 내부의 공기를 추출할 수 있는 형태로 배치하되는데, 타겟(102)에서 필라멘트(101)에서 방출되는 전자가 도달하는 위치에는 관통 구멍이 생기면 안되기 때문에, 도면에 보이는 것과 같이 T자 형태로 구성되어, 타겟(102)의 좌우측면에서 공기를 흡입하여 뒤쪽으로 빼도록 구성될 수 있다. 이와 같이 구성할 경우, 필라멘트(101)에서 방출된 전자가 타겟(102)에 도달하는 과정에 전혀 지장을 주지 않고도 공기의 흡입이 가능하도록 할 수 있다.

추출관(104)의 형태는 이와 같은 형태로 제한되는 것은 아니며, 앞서 설명한 바와 같이 전자가 타겟(102)에 충돌되는 과정에서 영향을 주지 않으면서, 바디(103) 내부의 공기를 외부로 추출해 낼 수 있는 것이라면 어떤 형태로든지 가능하다.

캡(105)은 상기 바디(103)의 반대쪽으로 상기 타겟과 밀착되며, 상기 추출관(104)의 끝부분을 둘러싼다. 필라멘트(101)에서 발생된 전자가 타겟(103)으로 이동할 때, 주변에 뾰족한 부분이 있으면 아킹(arching) 현상이 발생되어 의도한 것과 다른 방향으로 전자가 이동하는 경우가 발생될 수 있다. 추출관(104)은 엑스레이 튜브를 제조할 때, 바디(103) 내부의 공기를 추출하도록 사용된 뒤, 다시 공기가 유입되지 않도록 밀봉되는데, 이와 같이 밀봉하는 것을 핀치오프(pinch-off)라고 한다.

공정상, 가늘은 추출관(104)의 끝을 잘라내고 밀봉하는 핀치오프 과정을 거치게 되면, 추출관의 끝이 뾰족하게 드러날 수밖에 없고, 이것이 아킹(arching) 현상의 원인이 될 수 있다. 따라서, 캡(105)은 도면에서와 같이 타겟(102)의 뒤쪽에 위치하면서, 추출관(104)의 핀치오프된 끝 부분을 둘러싸도록 하여, 이와 같은 현상을 미연에 방지하도록 할 수 있다.

또한, 캡(105)은 상기 타겟(102)에 밀착되어 열을 방출시킨다. 앞서 설명한 바와 같이, 필라멘트(101)에서 발생된 전자가 타겟(102)에 도달하여 충돌함으로써, 엑스레이가 발생되게 되는데, 이 과정에서 충돌에 의한 효과로 열이 발생되게 된다. 특히 대형 엑스레이 장치가 아닌 소형 엑스레이 장치에서 높은 에너지의 엑스레이를 방출하도록 하면, 좁은 타겟 영역에서 많은 열이 발생하게 되어, 기기의 변형을 초래하거나 성능에 영향을 줄 우려가 있다.

따라서, 캡(105)은 많은 열이 발생되는 타겟(102)과 연결되어 타겟(102)의 열을 빠르게 방출시키는 역할을 한다. 이를 위하여 캡(105)은 전기전도도가 높은 금속 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 캡(105)의 외부 표면은 주름이 형성되도록 하여 열을 방출하는 면적을 극대화하여 열 방출 효율을 높이도록 할 수 있다.

캡(105)은 타겟(103)의 열을 빠르게 방출하도록 타겟과 동일한 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있는데, 엑스레이 방출을 용이하게 하는 구리와 같은 금속이 그 소재로 사용될 수 있다.

연결부(106)는 상기 바디(103) 및 상기 타겟(102) 사이에 링과 같은 형태로 부착되며, 상기 바디(103)를 구성하는 세라믹과 열팽창계수가 소정의 범위 이내인 금속으로 이루어진다. 앞서 설명한 바와 같이 바디(103)는 세라믹 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 바디의 타측에 연결되는 타겟(102)은 엑스레이 방출이 용이한 구리 등의 금속 물질로 구성되는데, 세라믹과 구리가 직접 연결되게 되면, 세라믹과 구리 사이의 열팽창계수 차이로 인하여, 고온과 저온 사이를 오가는 과정에서 장치에 파손이 발생될 가능성이 높다.

따라서, 바디(103) 및 타겟(102)을 직접 연결하지 않고, 중간에 연결부(106)를 두도록 할 수 있는데, 이 경우, 바디(103)를 구성하는 세라믹과 열팽창계수가 유사한 코바르(kovar)등의 금속 소재를 적용함으로써, 바디(103)와 연결부(106) 사이에 열로 인한 파손이 발생되지 않고, 연결부(106)와 타겟(102)은 모두 금속이라 파손 발생 가능성이 낮게 되어 엑스레이 튜브의 내구성을 높일 수 있다. 코바르는 Fernico계의 합금으로 Fe 54%, Ni 29%, Co 17%의 조성으로 된 합금이며, 열팽창계수가 경질 유리와 비슷한 수준으로 세라믹과 차이가 없어, 유리 또는 세라믹과의 봉합 부분에서 널리 사용되는 소재이다.

슬리브(107 및 108)는 상기 바디(103) 및 상기 캡(105)을 모두 둘러싼다. 도면에 도시한 바와 같이, 바디(103) 및 캡(105)을 모두 감싸는 슬리브는 고분자 슬리브(107) 및 납 슬리브(108)로 구성될 수 있는데, 내부에 고전압이 오가기 때문에, 이를 절연하기 위하여 비전도성의 고분자 물질을 이용하여 1차적으로 감싸고, 그 뒤에, 불필요한 엑스레이에 대한 노출을 차단하기 위하여, 방사선 차폐 성능이 우수한 납으로 2차적으로 감싸도록 하여, 절연과 방사선 차폐의 효과를 모두 얻을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

납 슬리브(108)로 인한 차폐효과 때문에, 발생된 엑스레이가 필요한 곳으로 전달되기 위해서는 엑스레이의 투과가 가능한 윈도우가 슬리브(107 및 108)에 형성되어 있어야 하며, 본 발명의 엑스레이 튜브에서는 윈도우를 통해서만 엑스레이가 방출되게 되어 엑스레이 피폭을 최소화할 수 있다.

슬리브(107 및 108)의 내부 공간은 오일로 채울 수 있는데, 오일은 비극성으로 엑스레이 튜브에서 발생되는 전기를 외부로 유출하지 않으면서, 엑스레이 튜브에서 발생되는 고온의 열을 빠르게 식히는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해서, 보다 안전하고 내구성 높은 엑스레이 튜브를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브에서 엑스레이가 방출되는 부분을 보다 상세하게 표현한 도면이다.

도 1과 유사한 실시예로, 필라멘트(101), 타겟(102), 바디(103) 및 캡(105)은 도 1의 설명에 따르면 되고, 추출관(104)의 형태가 위에서 설명한 바와 같이, T자 형태로 되어 타겟(102)의 좌우측으로부터 흡입이 이루어지도록 하는 것이 아니라, T자의 양쪽 끝이 다시 꺾여서, 필라멘트(101) 방향으로 흡입이 이루어질 수 있도록 하되, 타겟(102)의 중앙부분에서 전자 충돌이 일어나는데는 영향이 없도록 되어 있다.

도 1의 예시는 타겟(102)이 좁고 튀어나와 있는 구조에서 적용이 가능한데, 공기를 흡입해야 하는 부분이 필라멘트(101)쪽 방향이기 때문에, 흡입에 어려움이 있을 수 있는 반면, 도 2의 예시에서는 필라멘트(101) 방향으로 관이 형성되어 흡입이 보다 용이할 수 있지만, 관이 한 번 더 꺾여 있다는 단점이 있다. 이와 같이 추출관(104)은 다양한 형태로 구현이 가능하다.

또한, 도 2에는 추출기(109)가 추가로 설명되어 있는데, 추출기(109)는 상기 필라멘트(101)와 접촉하지 않고, 상기 필라멘트를 둘러싼다. 추출기는 금속으로 구성하고 필라멘트(101)를 둘러싸고 있어서, 필라멘트(101)에서의 전자 방출시 전자의 이동에 영향을 줄 수가 있다. 따라서, 추출기(109)의 내부 경사, 홀의 크기 등에 따라서 방출된 전자가 타겟(102)의 어느 위치로 초점이 맞춰질지가 결정될 수 있다.

따라서, 추출기(109)의 형태를 조절함으로써, 엑스레이가 발생되는 형태를 다르게 구현할 수 있고, 초점 영역을 집중시킴으로써, 엑스레이 영상의 선명도를 증가시킬 수 있다.

특히, 추출기(109)는 필라멘트(101)와 접촉하고 있지 않아, 필라멘트(101)와 추출기(109) 사이에 전압이 인가되게 되면, 그 사이의 공간에 전기장이 발생되게 되는데, 이 전기장을 이용하면, 필라멘트(101)에서 발생되는 전자를 외부로 방출되지 할 수 있어, 타겟(102)에서 엑스레이가 방출되는 것을 막을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 필라멘트(101)는 임계치의 온도를 넘어간 이후에 본격적으로 전자가 방출되어 예열 시간이 필요한데, 종래의 기술에서는 이와 같은 예열 시간 동안에 조금씩 발생되는 전자가 타겟에 충돌하여 엑스레이가 발생되고, 불필요한 엑스레이에 검사자 또는 환자 등이 피폭될 수 있는 문제가 있었으나, 본 발명에서 이와 같이 추출기(109)와 필라멘트(101) 사이에 컷오프 전압을 인가하여 전기장을 발생시키면 전자의 방출을 차단하여 정말 필요한 순간에만 엑스레이가 발생되도록 제어할 수 있다.

추출기(109)는 고전압을 인가하기 위해 금속 소재로 이루어져야 하는데, 도면에 나타난 바와 같이, 추출기(109)가 세라믹 소재로 이루어진 바디(103)와 밀착하여 내부 공간을 진공으로 만들어야 하며, 높은 열이 발생될 수 있는 엑스레이 튜브의 특성을 고려하면, 가열시 열팽창계수 차이로 인해 충격이 발생되는 것을 방지하기 위해 세라믹과 열팽창계수가 유사한 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 소재로는 앞서 살펴본 바와 같이 코바르(kovar)가 있다.

앞서 설명한 바와 같이 추출관(104)의 끝부분(110)은 추출관(104)에서 공기 추출이 완료된 후 이를 밀봉하도록 구성되는데, 도면에 표시된 바와 같이, 뾰족하게 되어 있어, 아킹(arching) 현상이 발생될 우려가 있다. 따라서, 캡(105)으로 이를 감싸 뾰족한 곳이 드러나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 장치에서 엑스레이가 방출되는 윈도우 부분을 보다 구체적으로 도시한 도면이다.

도면에서 e로 표시된 영역이 윈도우, f로 표시된 영역이 평탄화 필터에 해당하는 부분으로, 도면에 표시된 바와 같이, 엑스레이가 방출되는 각도에 따라, 평탄화 필터는 중앙 부분에서는 수직에 가까운 기울기를 가지며, 좌측과 우측 끝으로 가면서는 각각 해당 방향으로 기울어진 기울기를 가지도록 구성될 수 있다.

이와 같이 평탄화 필터의 각 영역에서 엑스레이가 지나가는 방향에 따라 두께가 형성되도록 함으로써, 하나의 영역을 지나는 엑스레이는 해당 영역의 필터를 온전히 통과하도록 하여, 원하는 위치에 원하는 만큼의 엑스레이 감쇄가 이루어지도록 하여, 보다 정확한 평탄화가 이루어지도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 다른 소형 엑스레이 장치의 평탄화 필터의 예를 도시한 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 평탄화 필터는 복수 개의 영역으로 이루어지고, 각각의 영역별로 두께가 다르게 구성될 수 있다. 본 도면의 평탄화 필터는 중앙부분이 가장 두껍게 구성되어 많은 엑스레이 감쇄가 이루어지도록 하고 있으며, 좌측과 우측 중에서는 좌측 부분이 상대적으로 더 두꺼운 형태로 이루어진 것을 확인할 수 있다.

또한, 각각의 영역의 두께는 수직 방향으로 형성되는 것이 아니라, 각각의 영역을 지나는 엑스레이의 방출 방향에 따라 기울어진 각도를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 도 2에서와 같이 좌우 방향으로만 기울어지는 것이 아니라, 중앙점을 기준으로 모든 방향으로 가장자리로 갈수록 기울기가 커지는 형태로 구성되는 것이 실제 엑스레이의 방출 방향에 맞출 수 있는 방법이 된다.

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 전압 인가 모듈을 도시한 구성도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 기본적으로 본 발명에 따른 소형 엑스레이 튜브는 필라멘트에 전압을 인가하는 필라멘트 전원 공급부의 전압에 의해 필라멘트가 가열되고 이 과정에서 발생되는 전자들이 타겟 방향으로 이동함으로써, 이루어진다.

이 때, 필라멘트 고전압 제공부와 타겟 고전압 제공부로 인하여, 필라멘트와 타겟 사이에 높은 전압차가 형성되게 되고, 타겟쪽이 양극이 되어, 필라멘트에서 발생된 전자가 빠르게 타겟 방향으로 이동하도록 한다. 필라멘트와 타겟(106) 사이에 형성되는 전압은 70kV가량의 고전압이 될 수 있으며, 이는 엑스레이의 용도 등에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에서는 여기에 추출기에 전압을 부가하는 컷오프 전압 제공부가 포함되어, 필라멘트의 한 쪽 극과 추출기 사이에 컷오프 전압을 인가하고, 이를 통해 필라멘트에서 발생된 전자들이 타겟 방향으로 이동하는 것을 막아 스위치 역할을 할 수가 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 동작을 나타내는 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 필라멘트는 전압이 인가되면, 가열이 시작되어 전자가 방출되는 온도에 도달할 때까지 예열의 시간이 필요하게 된다. 도면의 예시와 같이 2초가량의 예열 시간이 소요되는데 이 때에도 소량의 전자가 방출되면서 불필요하게 엑스레이가 방출되는 문제가 있을 수 있다.

필라멘트와 타겟 사이의 고전압도 목적 전압까지 도달하는 데에 시간이 소요될 수 있으며, 이 과정에서 불필요하게 발생되는 엑스레이를 차단하기 위한 방법이 종래에는 없었다. 하지만, 본 발명에 따른 엑스레이 튜브와 같이 추출기에 컷오프 전압을 인가하도록 하면, 컷오프 전압을 기초로 전자의 방출을 정밀하게 제어할 수 있고, 이를 통하여, 필요한 순간에만 엑스레이를 방출할 수 있도록 시스템을 구성하는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브에서 열 방출 캡과 관련된 부분을 보다 상세하게 도시한 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 캡(105)은 추출관(104)의 끝부분의 뾰족한 부분을 감싸는 형태로 구성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 핀치오프로 인해 뾰족한 부분이 생기게 되면 아킹(arching) 현상 등이 발생하여, 원하는 대로 전자가 이동하는데 방해를 받게 되기 때문에, 이를 최대한 가려야 하는데, 캡(105)이 도면에 보이는 것과 같이 그 역할을 수행하게 된다.

또한, 맨 아래 도면에는 도 1에서 설명한 바와 같이 T자형의 추출관이 형성되어 있는 예시를 나타내고 있으며, 구리(Cu)로 이루어진 타겟(102)과 세라믹(Al2O3)으로 이루어진 바디(103)의 사이에 코바르(kovar)로 이루어진 연결부가 위치하도록 되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 엑스레이 튜브의 열 방출 캡의 예를 도시한 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 캡(105)은 타겟(102)에서 전자의 충돌에 의하여 발생되는 열을 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있는데, 보다 효과적으로 열을 방출해 내기 위해서는 외부의 공기 또는 오일과 만나는 표면적이 넓을수록 좋다. 따라서, 도면에 표시된 것처럼, 캡(105)의 뒷부분은 주름이 형성되어 있는 형태로 구성될 수 있으며, 표면적을 넓힐 수 있는 구조라면 어떠한 형태도 적용이 가능하다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.

101: 필라멘트 102: 타겟
103: 바디 104: 추출관
105: 캡 106: 연결부
107, 108: 슬리브

Claims (5)

1. 전압이 인가되면 소정의 전자를 방출하는 필라멘트;
   상기 필라멘트를 고정하고, 상기 필라멘트의 양쪽 극에 전원을 연결할 수 있도록 2개의 필라멘트 관통 구멍을 포함하는 베이스;
   상기 베이스와 밀착되며, 상기 필라멘트와 접촉하지 않고 상기 필라멘트를 둘러싸는 원통형의 추출기;
   상기 추출기 및 상기 필라멘트의 한 쪽 극 사이에 소정 시간동안 필라멘트에서 방출되는 전자를 차단하는 컷오프 전압을 인가하는 컷오프 전압 제공부;
   상기 필라멘트에서 방출되는 전자를 수신하여 엑스레이를 방출하는 타겟;
   일측에 필라멘트가 연결되고, 타측에 타겟이 연결되어, 필라멘트와 타겟 사이를 밀봉상태로 만드는 세라믹 소재의 바디;
   상기 바디의 내부의 공기를 추출하여 진공상태로 만들기 위하여 상기 타겟을 관통하여 배치되며, 상기 타겟의 전자가 도달하는 위치가 아닌, 타겟의 좌우측면에서 공기를 흡입하도록 T자 형태로 구성된 추출관;
   상기 바디의 반대쪽으로 상기 타겟과 밀착되며, 상기 추출관의 끝부분을 둘러싸는 캡;
   을 포함하는 소형 엑스레이 튜브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타겟과 동일한 소재로 이루어지며, 상기 바디의 반대쪽으로 상기 타겟과 밀착되되 상기 추출관의 끝부분을 수용하도록 둘러싸고, 외부 표면에 복수의 주름을 형성하여, 상기 타겟에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 캡;
   을 추가로 포함하는 소형 엑스레이 튜브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 컷오프 전압 제공부는,
   상기 추출기 및 상기 필라멘트의 한 쪽 극 사이에 컷오프 전압을 인가하고,
   상기 필라멘트의 양쪽 극 사이에 전압이 인가된 시점부터 소정의 예열 시간이 경과된 이후에 상기 컷오프 전압을 차단하는 것;
   을 특징으로 하는 소형 엑스레이 튜브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 추출기는,
   상기 필라멘트로부터 방출된 전자를 타겟의 특정 위치로 초점 영역을 집중시키도록 소정 각도의 내부 경사 및 소정 크기의 홀을 가지는 구조로 형성되며, 상기 바디를 구성하는 세라믹과 열팽창계수가 소정의 범위 이내인 금속으로 이루어지는 것;
   을 특징으로 하는 소형 엑스레이 튜브.
5. 제3항에 있어서, 상기 컷오프 전압 제공부가 컷오프 전압을 인가하는 상기 필라멘트의 소정의 예열 시간은 2초인 것;
   을 특징으로 하는 소형 엑스레이 튜브.

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