KR102535443B1 - X 선 발생 장치 - Google Patents

Abstract

회전 대음극에 있어서의 냉각 효과를 향상시킨다. 전자빔 (A) 을 방출하는 전자 발생기 (2) 와, 전자빔 (A) 이 조사되어 X 선 (B) 을 방출하는 대음극부 (13) 를 갖고, 또한 회전 축선 (x) 을 중심으로 회전 가능하게 구성된 원통상의 회전 대음극 (1) 을 구비하는 X 선 발생 장치 (100) 로서, 대음극부 (13) 의 외주측에 있어서, 대음극부 (13) 중 전자빔 (A) 이 조사되는 조사 영역 (13b) 을 제외하고 대음극부 (13) 를 따라 형성된 냉각 통로 (4) 를 구비한다.

Description

X 선 발생 장치

본 발명은, 회전 대음극형의 X 선 발생 장치에 관한 것이다.

종래부터, 시료의 분석 분야에 있어서, 전자빔, 예를 들어 열전자가 조사되어 X 선을 방출하는 회전 대음극형의 X 선 발생 장치가 알려져 있다. X 선 발생 장치는, 열전자를 방출하는 전자 발생기와, 당해 열전자가 조사되어 X 선을 방출하는 회전 대음극과, 전자 발생기 및 회전 대음극을 진공 상태에서 수용하는 케이스를 구비한다.

회전 대음극은, 케이스에 장착되는 하우징과, 열전자의 조사를 받음으로써 X 선을 발생시키는 주면부 (周面部) 와, 당해 주면부에 일체로 형성되어 하우징에 대해 자유롭게 회전할 수 있는 중공 축부를 구비한다. 회전 대음극의 내부에는, 주면부와 중공 축부를 냉각시키기 위한 냉매가 흐르는 냉각 유로가 형성되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2011-54412호

회전 대음극은, 주면부에 열전자가 조사되어 X 선을 방출하지만, 당해 주면부의 외주면은, 매우 고온이 되어 냉각되지 않는 경우에는 녹을 우려가 있다. 그 때문에, 회전 대음극은, 그 내부에 형성된 냉각 유로 내를 통류하는 냉매에 의해 내측으로부터 냉각되어 있다.

그런데, 열전자의 방출 출력을 올려 회전 대음극에 닿는 열전자의 양을 늘려, X 선의 발생량을 많게 함과 함께, 휘도가 높은 X 선을 발생시키고자 하는 경우가 있다. 그러나, 열전자의 방출량을 늘린 경우, 열전자의 조사에 의해 가열된 회전 대음극은, 1 회전 중에 충분히 냉각되지 않는다. 냉각이 충분히 행해지지 않은 채 회전 대음극에 열전자가 계속 조사되면, 회전 대음극이 녹아 회전 대음극의 외주면이 변형될 우려가 있다.

그래서, 본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 회전 대음극에 있어서의 냉각 효과가 향상된 X 선 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 전자빔을 방출하는 전자 발생기와, 상기 전자빔이 조사되어 X 선을 방출하는 대음극부를 갖고, 또한 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 구성된 원통상의 회전 대음극을 구비하는 X 선 발생 장치로서, 상기 대음극부의 외주측에 있어서, 상기 대음극부 중 상기 전자빔이 조사되는 조사 영역을 제외하고 당해 대음극부를 따라 형성된 냉각 통로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 냉각 통로는, 상기 회전 대음극의 회전 방향과는 반대의 방향으로 냉매를 흐르게 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 냉각 통로는, 그 외면과 상기 대음극부의 외주면의 간격이 1 ㎜ 이하가 되는 것이 바람직하다.

또, 상기 냉각 통로는, 산화된 금속제의 외벽면을 가지고 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 회전 대음극은, 그 내부에 냉매를 흐르게 하는 냉각 유로를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 회전 대음극에 있어서의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1 은 발명의 실시형태에 관련된 X 선 발생 장치의 평면도이다.
도 2 는 도 1 의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시형태는 일례이며, 본 발명의 범위에 있어서, 여러 가지의 실시형태를 취할 수 있다.

＜X 선 발생 장치의 구성＞

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 X 선 발생 장치를 부분적으로 단면으로 하여 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 2 는, 도 1 의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도이다.

X 선 발생 장치 (100) 는, 이른바 회전 대음극 방식을 사용하여 X 선 (엑스선) 을 발생시키는 장치이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, X 선 발생 장치 (100) 는, 회전 대음극 (1) 과, 전자 발생기 (2) 와, 회전 대음극 (1) 및 전자 발생기 (2) 를 수용하는 진공 케이스 (3) 와, 당해 진공 케이스 (3) 내에 있어서 회전 대음극 (1) 을 그 외주측으로부터 냉각시키는 냉각 통로 (4) 를 구비한다.

［회전 대음극］

회전 대음극 (1) 은, 축선 (회전 축선) (x) 을 중심으로 회전 가능하게 구성 되고, 전자 발생기 (2) 로부터 고전압으로 가속된 전자빔 (이하, 「열전자」라고도 한다) (A) 이 충돌하여 X 선을 발생시키는 것이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 회전 대음극 (1) 은, 축선 (x) 방향의 일단이 진공 케이스 (3) 내에 삽입된 상태로 진공 케이스 (3) 에 장착되는 하우징 (11) 과, 당해 하우징 (11) 에 대해 축선 (x) 을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 축지지된 중공 축부 (12) 와, 당해 중공 축부 (12) 에 일체로 형성되어 전자 발생기 (2) 로부터 방출된 열전자 (A) 의 조사를 받음으로써 X 선을 발생시키는 원통형의 대음극부 (13) 를 구비한다. 대음극부 (13) 의 외주면에는, 예를 들어 몰리브덴, 구리 등의 금속층이 피복되어 형성된 주면부 (13a) 가 형성되어 있다. 또한, 중공 축부 (12) 및 대음극부 (13) 는, 도시되지 않은 전동기에 의해 하우징 (11) 에 대해 회전 구동된다.

회전 대음극 (1) 의 내부에는, 중공 축부 (12) 와 대음극부 (13) 를 냉각시키기 위한, 예를 들어 물, 오일, 가스 등의 냉매를 흐르게 하는 냉각 유로 (14) 가 형성되어 있다. 냉각 유로 (14) 는, 회전 대음극 (1) 의 내부에 동심상으로 삽입된 세퍼레이터 부재 (15) 에 의해, 왕로 (14a) 와 복로 (14b) 의 2 개의 유로로 나누어져 있다. 왕로 (14a) 는, 가장 고온화되는 대음극부 (13) 에 냉매를 유입시키는 유입측 유로 (16) 의 일부를 구성하는 부분, 복로 (14b) 는, 대음극부 (13) 로부터 냉매를 외부를 향해 유출시키는 유출측 유로 (17) 의 일부를 구성하는 부분이다. 회전 대음극 (1) 의 내부를 흐르는 냉매의 흐름 방향 (Fd) 은, 대음극부 (13) 에 있어서 회전 대음극 (1) 의 회전 방향 (R) 과 동일하다. 구체적으로 냉매는, 회전 대음극 (1) 의 회전에 의해, 당해 회전 대음극 (1) 의 내벽면으로 눌려져 회전 대음극 (1) 의 회전에 추종하도록 흐른다.

［전자 발생기］

전자 발생기 (2) 는, 열전자형, 전계 방출형, 또는 쇼트키형의 전자 발생기여도 되고, 본 실시형태에서는 열전자형을 사용하였다. 전자 발생기 (2) 는, 대략 직방체상의 본체부 (21) 와, 텅스텐·필라멘트 등으로 이루어지고 열전자를 발하는 전자원 (22) 을 구비한다.

［진공 케이스］

진공 케이스 (3) 는, X 선 투과율이 낮은 금속 재료에 의해 대략 직방체상으로 형성되어 있고, 대음극부 (13) 및 전자 발생기 (2) 를 그들의 주위를 진공 분위기로 유지하여 수용한다. 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 진공 케이스 (3) 는, 주벽부 (31) 와, 바닥벽부 (32) 와, 천벽부 (도시 생략) 를 구비하고, 주벽부 (31), 바닥벽부 (32) 및 천벽부에 의해 회전 대음극 (1) 및 전자 발생기 (2) 를 수용하는 수용 공간 (3s) 이 구획되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 전자 발생기 (2) 측으로부터의 열전자 (A) 의 방출 방향에 대해 측방의 진공 케이스 (3) 의 주벽부 (31) 에는, 후술하는 냉각 통로 (4) 를 진공 케이스 (3) 의 외부와 내부 사이에 있어서 안내하는 2 개의 접속 개구가 대향하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 2 개의 접속 개구 중 일방은, 진공 케이스 (3) 의 외부로부터 냉매를 진공 케이스 (3) 의 내부로 보내는 유입 접속 개구 (33) 이고, 타방은, 진공 케이스 (3) 내에 있어서 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 로부터의 열을 흡수한 냉매를 진공 케이스 (3) 의 외부로 배출하는 유출 접속 개구 (34) 이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 진공 케이스 (3) 의 바닥벽부 (32) 에는, 회전 대음극 (1) 을 삽입하는 삽입 개구 (35) 가 형성되어 있다. 또, 진공 케이스 (3) 의 천벽부에는, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 로부터 방출된 X 선이 통과하는 창 개구 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 또한, 삽입 개구 (35) 는, 바닥벽부 (32) 가 아니라 천벽부에 형성되고 있어도 되고, 이 경우, 창 개구는, 천벽부가 아니라 바닥벽부 (32) 에 형성되어 있다.

진공 케이스 (3) 에 있어서의 유입 접속 개구 (33) 및 유출 접속 개구 (34) 는, 도시하는 실시형태에서는 대향하는 벽부에 형성되어 있지만, 유입 접속 개구 (33) 및 유출 접속 개구 (34) 의 배치 관계는, 이것에 한정되지 않는다.

［냉각 통로］

냉각 통로 (4) 는, 진공 케이스 (3) 의 수용 공간 (3s) 내에 있어서 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 로부터 외부로 방사되는 열 (복사열) 을 흡수하기 위한, 예를 들어, 물, 오일, 가스 등의 냉매가 흐르기 위한 유로를 형성한다. 냉각 통로 (4) 는, 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철 또는 이들의 합금 등의 금속제의 관로로서 단면이 대략 사각형상으로 형성되어 있다. 또한, 특히, 냉매로 물을 선택하고, 냉각 통로 (4) 는 구리에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.

대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 로부터 방사되는 복사열의 흡수율을 높이는 관점에서, 냉각 통로 (4) 는, 산화된 외면 (외벽면) (41) 을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또, 냉각 통로 (4) 의 산화된 외면 (41) 에 의해, 회전 대음극 (1) 이 서로 마주보는 냉각 통로 (4) 의 외면 (41) 의 표면적이 확대되기 때문에, 복사열의 열 흡수 효율이 더욱 높아진다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 냉각 통로 (4) 는, 전자 발생기 (2) 로부터 방출된 열전자 (A) 를 차단하지 않도록, 진공 케이스 (3) 의 수용 공간 (3s) 내에서 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 를 외주측으로부터 부분적으로 덮도록 하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 냉각 통로 (4) 는, 주면부 (13a) 의 외주측에 있어서, 주면부 (13a) 중 열전자 (A) 가 조사되는 조사 영역 (13b) 을 제외한 주면부 (13a) 를 따라 형성되어 있다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 냉각 통로 (4) 는, 회전 대음극 (1) 의 축선 (x) 방향을 따라 대음극부 (13) 전체에 대향하도록 형성되어 있다.

냉각 통로 (4) 는, 예를 들어, 대음극부 (13) 의 둘레 길이의 약 1/2 (50 ％) 이상에 걸쳐 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 를 덮고 있으며, 약 3/4 (75 ％) 을 덮고 있는 것이 바람직하다. 또, 냉각 통로 (4) 는, 그 내부를 흐르는 냉매를, 회전 대음극 (1) 의 회전 방향 (R) 에 대해 반대 방향 (역방향) (Rr) 으로 흐르게 하도록 되어 있다.

냉각 통로 (4) 는, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 의 외주면에 대해 소정의 간격 (d) 을 두고 형성되어 있다. 주면부 (13a) 에 면한 냉각 통로 (4) 의 외면 (41) 과, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 의 외주면 사이의 간격 (d) 은, 최대 1 ㎜ (1 ㎜ 이하) 인 것이 바람직하다.

또한, 냉각 통로 (4) 가 유입 접속 개구 (33) 및 유출 접속 개구 (34) 에 삽입 통과된 상태에서, 냉각 통로 (4) 의 외면 (41) 과, 유입 접속 개구 (33) 및 유출 접속 개구 (34) 의 둘레 가장자리 사이에는, 수용 공간 (3s) 내를 기밀하게 유지하기 위한 시일 부재 (도시 생략) 가 구비되어 있다.

＜회전 대음극의 냉각 효과＞

상기 실시형태에 관련된 X 선 발생 장치 (100) 에 있어서, 냉각 통로 (4) 는, 열전자 (A) 가 조사되는 주면부 (13a) 의 외주면을 외주측에서 따르도록 형성되어 있기 때문에, 열전자 (A) 의 조사에 의해 고온이 된 주면부 (13a) 의 외주면으로부터 방사되는 열을 적극적으로 흡수할 수 있다.

또, 냉각 통로 (4) 내를 흐르는 냉매가, 회전 대음극 (1) 의 축선 (x) 을 중심으로 한 회전 방향 (R) 에 대해 반대 방향 (Rr) 으로 흐르기 때문에, 유입 접속 개구 (33) 측으로부터 유입된 냉매는, 먼저, 가장 고온화된 상태를 이미 벗어난 회전 대음극 (1) 의 옆을 통류한다. 냉각 통로 (4) 내의 냉매는, 비교적 저온 상태를 유지한 채로 유출 접속 개구 (34) 에 도달하기 때문에, 가장 고온화된 상태에 있는 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 를 효과적으로 냉각시킨다. 이렇게 하여, 회전 대음극 (1) 의 냉각 효과를 높일 수 있다.

또, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 의 외주면과 당해 주면부 (13a) 에 면한 냉각 통로 (4) 의 외면 (41) 사이의 간격 (d) 을 1 ㎜ 이하로 하여, 냉각 통로 (4) 가 회전 대음극 (1) 의 근방에 배치되어 있기 때문에, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 에 있어서의 냉각 효과가 높아진다.

또, 냉각 통로 (4) 는, 열전도율이 높은 금속, 예를 들어 구리에 의해 형성되어 있기 때문에, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 로부터 발해지는 열을 적극적으로 흡수할 수 있다.

또한, 회전 대음극 (1) 의 내부에는 냉각 유로 (14) 가 형성되어 있기 때문에, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 는, 냉각 유로 (14) 와 냉각 통로 (4) 사이에 끼워져 내측 및 외측으로부터 냉각시킬 수 있다. 본 실시형태에 관련된 X 선 발생 장치 (100) 에 의하면, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 를 계속적으로 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 이렇게 하여, 시료의 검사 기간이 수시간 또는 수일에 이르는 경우가 있었다고 해도, X 선 발생 장치 (100) 에 의해 장기에 걸쳐 정밀도가 높은 검사를 실시할 수 있다.

＜기타＞

또한, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 냉각 통로 (4) 는, 상기 실시형태와 같이 관로로서 형성된 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 냉각 통로 (4) 를, 전자 발생기 (2) 에 대향하는 진공 케이스 (3) 의 주벽부 (31) 내에 회전 대음극 (1) 에 면한 외면 (41) 을 노출시킨 상태로 매립해도 된다. 이 경우, 진공 케이스 (3) 의 주벽부 (31) 는, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 의 외주면을 따라 형성되어 있다.

냉각 통로 (4) 의 단면 형상은, 대략 사각형상에 한정되지 않고, 대략 원형, 대략 타원형, 대략 장원형 등의 다른 단면 형상이어도 된다. 또, 냉각 통로 (4) 는, 축선 (x) 방향을 따라, 대음극부 (13) 의 주면부 (13a) 중 적어도 일부와 대향하고 있기만 해도 된다.

1 : 회전 대음극
11 : 하우징
12 : 중공 축부
13 : 대음극부
13a : 주면부
13b : 조사 영역
14 : 냉각 유로
2 : 전자 발생기
22 : 전자원
3 : 진공 케이스
4 : 냉각 통로
41 : 외면
100 : X 선 발생 장치
A : 열전자 (전자빔)
B : X 선
R : 회전 방향
d : 간격
x : 축선 (회전 축선)

Claims (5)

1. 전자빔을 방출하는 전자 발생기와,
   상기 전자빔이 조사되어 X 선을 방출하는 대음극부를 갖고, 또한 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 구성된 원통상의 회전 대음극과,
   상기 전자빔이 조사되는 상기 대음극부의 외주면에 대해, 상기 대음극부 중 상기 전자빔이 조사되는 조사 영역을 제외하고, 소정의 간격을 두고 대향하도록 당해 대음극부의 외주면을 따라 형성된 냉각 통로를 구비하고,
   상기 전자 발생기는, 상기 회전 축선에 교차하는 방향으로부터 상기 전자빔을 상기 외주면에 조사하도록 상기 회전 대음극에 대해 배치되어 있고,
   상기 냉각 통로는, 상기 전자빔이 조사되는 상기 외주면을 상기 회전 대음극의 회전 방향을 따라 부분적으로 덮는
   것을 특징으로 하는 X 선 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 통로는, 상기 회전 대음극의 회전 방향과는 반대의 방향으로 냉매를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 X 선 발생 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 통로는, 그 외면과 상기 대음극부의 외주면의 간격이 1 ㎜ 이하가 되는 것을 특징으로 하는 X 선 발생 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 통로는, 산화된 금속제의 외벽면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 X 선 발생 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전 대음극은, 그 내부에 냉매를 흐르게 하는 냉각 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 X 선 발생 장치.

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