KR20070114741A - Ｘ-선 소스용 자성 헤드 - Google Patents

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KR20070114741A
KR20070114741A KR1020077020774A KR20077020774A KR20070114741A KR 20070114741 A KR20070114741 A KR 20070114741A KR 1020077020774 A KR1020077020774 A KR 1020077020774A KR 20077020774 A KR20077020774 A KR 20077020774A KR 20070114741 A KR20070114741 A KR 20070114741A
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찰스 젠센
아르투로 라이어스
샤운 오그덴
스티븐 리디아드
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목스테크, 인크
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Abstract

X-선 소스(10)는 전자 빔 포커싱을 제공하기 위한 자성 기구(20)를 포함한다. 상기 자성 기구는 가변 포커싱 구성과 비-포커싱 구성을 제공할 수 있다. 상기 자성 기구는 하나 이상의 전자석, 또는 영구 자석(22)을 포함할 수 있다. 전기 전위차가 진공 튜브(12)의 반대편에 측에 배치되는 애노드(30)와 캐소드(40)로 적용된다. 상기 캐소드는 상기 애노드와 캐소드 사이의 전기장에 반응하여 애노드 쪽으로 가속되는 전자를 발생시키기 위한 캐소드 엘리먼트(44)를 포함한다. 상기 애노드는 전자의 충돌에 반응하여 X-선을 발생시키기 위한 표적 물질(38)을 포함한다.

Description

Ｘ-선 소스용 자성 헤드{MAGNETIC HEAD FOR X-RAY SOURCE}
이 출원은 U.S. 가출원 제 60/667,250(2005년 3월 31일)으로부터 우선권을 주장하고 있으며, 상기 U.S. 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 발명은 일반적으로 포커싱되는 전자 빔을 이용하는 X-선 소스에 관한 것이다. 더 세부적으로는, 본 발명은 소형의 모바일 X-선 튜브의 애노드 표적과의 교차점에서의 전자 빔의 단면적을 감소시킴으로써, X-선 방출 구역의 크기를 감소시키고, X-선 출력의 국부적인 강도를 증가시키기 위한 소형 자석 전자 렌즈 조립체에 관한 것이다.
X-선 튜브에서, 캐소드로부터 방출되는 전자는, 캐소드와 애노드 사이에서 유지되는 바이어스 전압에 의해 생성된 전기장에 의해 애노드 쪽으로 가속된다. 중간에 위치하는 공간은, 기체 원자/이온과의 충돌로 인한 전자 에너지 손실 및 산란을 피하기 위해, 그리고 오염 기체의 이온화와 이에 뒤따르는 양이온의 캐소드로의 가속에 따른 전자 방출 소스의 손상과 튜브 수명의 제한을 방지하기 위해, 진공 상태여야 한다. 특성 X-선(Characteristic X-ray)과 제동복사 X-선(Bremsstrahlung X-ray)은 애노드 표적 물질로 전자가 충돌함으로써, 발생된다. 모든 물질은 자신의 고유의 특성 X-방사에 대하여 비교적 투과성을 가지며, 따라서 표적이 충분히 얇을 경우, 전자 충돌 부분의 반대편인 표적의 표면을 여기시키는, 표적 물질을 통과하는 강력한 X-선 방출이 존재할 것이다. 이러한 구조의 장치는 전송 타입, 즉 “종단 윈도우(end window)” X-선 튜브라고 명칭이 정해진다. 비교하자면, 벌크 애노드 튜브, 즉 “측단 윈도우(side-window)”튜브가 진공 공간에서 두껍고, 비-투과성의 표적을 가지며, 그 X-선 방출은, 전자 입사의 표면으로부터 반사되는 것처럼, 튜브로부터, 진공 챔버의 측부에 위치하는 X-선 투과 윈도우를 통과한다. 각각의 애노드 타입은 적용되는 경우에 따른 장점과 단점을 갖는다.
통상적인 고-전력 X-선 튜브는 다소 부피가 크며, 견고하지 못하다. 이러한 X-선 튜브는 크고, 고-전압의 전력 공급기에 의해 전력이 공급되어야 하는데, 이러한 공급기는 장치의 이동성을 제한한다. 일반적으로 분석을 위해서는 검사대상이 수집되고, 정지하고 있는 X-선 소스로 가져가져야 한다. 다수의 X-선 적용예에서 이러한 것은 불편하다. 샘플을 기구로 가져가는 것보다, 기구를 샘플로 가져가는 것이 바람직한 특정한 기술 분야로는, 토양, 물, 금속, 광물, 시추용 구멍(well bore) 등의 X-선 형광분석(XRF)뿐 아니라, X-선 회절 및 물질 두께 측정이 있다.
저-전력 X-선 적용예, 가령 XRF에서, 장치 휴대성에 대한 가장 유명한 하나의 접근법은 x-선 소스로서 109Cd를 사용하는 것이다. 이러한 카드뮴의 방사선 동위 원소는 핵붕괴의 결과로서 X-선을 방출한다. 현재 사용되는 방사성 카드뮴을 사용하는 다수의 기기가 있으며, 이러한 동위원소가 방출하는 에너지를 이용하여 XRF 분석을 감도가 뛰어나게 하고 신뢰할만하게 하기 위한 방법이 개발되어지고 있다. 바람직하지 않게도, 109Cd로부터의 방출 강도는 기하급수적으로 감소한다, 즉 약 1.2년에 대해 반감한다. 이는 동위원소 소스의 잦은 재-교정과 최종 배치를 필요로 한다. 덧붙이자면, XRF에 적합한 카드뮴 소스의 방사능은 대략 1-2 퀴리이며, 따라서 요구되는 수량과 활동 레벨에서 상기 동위원소의 이동과 보관을 위해서는 자격이 요구된다.
의료 목적에서 소형의 비-동위원소 X-선 튜브가 실험되어졌다. 예를 들어, U.S. 특허 출원 제5,729,583호 및 제6,134,300호를 참조하라. 그러나 참조된 장치의 기하학적 형태는 소형의 휴대할 수 있는 XRF 분석에 대해서는 이상적인 것이 아니다. 이러한 의료 X-선 튜브는 방사선을 검출자에 의해 쉽게 접근되는 빔(beam)이나 스팟(spot)으로 집중시키기보다는, π스테라디안으로 전달하고, 치료를 위해 비교적 큰 검사 대상에게 쬐이도록 설계된다. 따라서 X-선 튜브는, 자신의 X-선 출력의 발산(divergence) 때문에, 대부분의 경우에서 부적합하다. 또 다른 종래의 의료 튜브는 X-선이 진단 목적으로 사용되며, 소스가 환자의 신체 내부에 위치하는 조합 장치이다. 방출된 X-선이 조직을 통과하여 신체의 외부에 위치하는 막으로 도달하여, 종양, 또는 해부학적인 병의 위치를 알려준다. 예를 들어, U.S. 특허 제5,010,562호 및 제5,117,829호를 참조하라. ‘562 특허에 관련하여, 박(foil)이 전달 타입 애노드가 아니며, 전자 윈도우(electron window)라는 것을 주지하는 것이 중요하다. '829 특허에 관련하여, 흥미로운 노즐(nozzle)이 제시되나, 장치의 받침대가 커서 이동하기에 부적합하다.
또 다른 종류의 X-선 튜브는 X-선 검사를 위한 파이프와 기관(汽罐)으로의 삽입을 위해 사용되는 막대(rod) 애노드를 포함한다. 공동 애노드는 반대편 단부에서 전자 빔이 표적 표면으로 들어가는 지점에서부터 비어 있다. 전체 막대 구조는 애노드 전위에서 전기적으로 바이어스된다. 상기 막대의 측부의 윈도우에 의해, X-선은 장치의 내부로부터 방출될 수 있다. 캐소드로부터 가장 먼 막대의 단부에서 전자 빔을 표적으로 포커싱하기 위해, 외부 자성 코일이 전체 길이를 따라서 상기 막대와 동축을 이뤄 위치한다. 전자석은 무거우며, 이동될 경우, 큰 배터리로부터 상당한 전력을 필요로 한다. 덧붙이자면 이 구성의 긴 애노드는 통상의 분석 적용예에 있어서, 어떠한 이점도 제공하지 않는다.
X-선 튜브의 애노드에서 X-선의 집중된 소스를 획득하기 위해, 렌즈 및 애퍼처 등의 전자 광소자가 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 광소자는 전자 빔을 표적 상의 작은 직경으로 포커싱하도록 설계되며, 이는 X-선 소스의 명백한 크기를 감소시킨다. 이러한 광소자의 한 가지 예로는 전자 현미경의 캐소드 가까이에서 사용되는 Wehnelt 애퍼처가 있다. 상기 Wehnelt 애퍼처의 단점은, 캐소드를 빠져나가는 전자 플럭스(electron flux)를 명백하게 제한한다는 것이다. XRF에 대하여, 캐소드보다 애노드로 충돌하는 전자 빔의 직경을 제한하는 것이 더욱 중요하다. 왜냐하면 애노드는 분석대상의 (바람직하게는) 작은 부분으로 향해지는 X-선이 발생하는 장소이기 때문이다. 애노드에서의 작은 빔 단면적의 요구사항은 그 밖의 다른 전극을 빔-포커싱 소자로서 기능하도록 요청한다. 이러한 소자의 한 가지 예로는 캐소드에서 애노드로의 거리의 약 절반을 뻗어 있는 속이 빈 원통형의 포커싱 전극 이 있다. 이러한 종류의 장치는 전자 렌즈라고 여겨질 수 있다. 실제로, 필드-성형(field-shaping) 전극은 애노드와 캐소드 사이의 거리를 감소시키나, X-선 튜브 내부의 전기적 고정의 위험을 높일 수 있다.
원소 분석을 위해 X-선 형광분석을 활성화시키기 위해 사용되는 임의의 장치의 중요한 특징은 X-선이 발생되는 지점이 조사될 샘플에 가능한 가까워야 한다는 것이다. X-선의 강도가 표적으로부터의 거리의 제곱에 반비례로 감소하기 때문에 이는 매우 필수적이다. 공간 분해능을 이유로, X-선 플럭스가 샘플 상의 작은 점으로 포커싱되는 경우, XRF 분석에 대한 추가적인 이점이 존재한다. 작은 X-선 소스는 복합적인 샘플의 개별적인 작은 부분의 분석을 가능하게 한다.
XRF에서, X-선 빔이 사용되어 샘플의 원소를 활성화시킨다. 기구 기하학적 형태가 분석대상을 조명하는 빔과 검출자로 향하는 형광발광하는 X-선 사이에서 약 45°의 각도를 허용하는 경우, 이 원소는 람베르시안 공간 분포(Lambertian spatial distribution)에서의 형광 특성 방사, 따라서 XRF 감도가 최대화된다. 포괄적인 X-선 튜브에 있어서, X-선 소스의 크고 명백한 크기는, 검출자가 입사 방사선에 대하여 바람직한 45° 대신, 90° 이상의 각도로, 하나의 측부에 위치해야함을 요구한다.
Treseder 특허(US 특허 제6,075,839호)의 목적은 표적을 샘플로 접근가능하게 만드는 것이나, 이 출원의 출구 윈도우는 꽤 넓어야 한다(20㎜ 이상). 덧붙이자면, 애노드는 윈도우로부터 크게 떨어져 있다. 왜냐하면 튜브의 전자총이 일반적으로 그렇듯이 애노드의 뒤쪽에 위치하는 것이 아니라, 애노드의 측부에 위치하기 때 문이다. 덧붙이자면, 이러한 기하학적 단점을 해결하기 위해 Treseder 설계를 수정하는 것은 불가능하다. 왜냐하면 전자 빔의 곡선부에 대한 공간을 만들기 위해, 표적은 X-선 윈도우로부터 이격되어야 하기 때문이다. 상기 특허의 도 3에서 나타나는 바와 같이, 결과는 표적과 샘플 간의 큰 간격이다.
감도가 뛰어난 XRF에 대한 또 다른 요구사항은, 검사 중에, 샘플은 물질에 대한 올바른 파장의 X-선으로 조사(irradiate)되어야 한다는 것이다. 더 높은 바이어스 전압이 X-선 플럭스를 증가시킬 뿐 아니라, 출력의 에너지 분포, 또는 스펙트럼 내용을 변화시킨다. 바람직하게는, 애노드-대-캐소드 바이어스 전압이 작동자에 의해 선택가능하며, 애노드 대 캐소드 전류 설정에 독립적으로 제어된다. 일반적으로, X-선 플럭스(와 이에 대응하는 빔 전류)가 더 높아지면, XRF를 위한 것, 또는 물질 두께 측정을 위한 것, 또는 X-선 회절을 위한 것인지에 관계없이, 더 섬세하며, 정확한 측정이 장치에서 수행될 것이다. 검출자가 포화된 도즈(dose)가 되는 경우에만, 추가적인 X-선 플럭스가 어떠한 이점도 제공하지 않는다. 따라서 전자 빔의 전류는 적정한, 그러나 과도하지 않은 X-선 강도를 제공하기 위한 전압의 가속에 독립적으로 조정되어야 한다.
일반적인 X-선 튜브에서, 전자 충돌에 의한 X-선의 발생이 매우 에너지-비효율적인 프로세스이기 때문에, 충분한 냉각이 요구된다. 실제로 전자 빔의 1% 미만의 운동 에너지가 X-선으로 전환된다. 에너지의 나머지는 표적에서 열로 전환된다. 또한 존재하는 경우, 열이온 전자 소스(가령 필라멘트)에 의해 열이 발생된다. 그러나 X-선 튜브에서 발생되는 열이 장치의 온도를 상승시키도록 하여서는 안된다. 왜냐하면 몇 가지 튜브 부품의 수명은 증가하는 온도에 따라서 감소되기 때문이다. 온도의 빠른 변화와 동반되는 열 충격이 또한 관련되어 있다. 열 고려사항에 대하여, 대부분의 X-선 튜브는 동작 중에 흐르는 액체나 강제 대류되는 공기를 이용하여 냉각될 필요가 있다. 냉각 효과는 튜브의 벌크(가령 애노드)의 열 전도성에 의해 일차적으로 제한된다. 소형화가 이러한 문제를 해결할 수 있으나, 냉각은 여전히 U.S. 특허 제6,075,839호(오일, 또는 SF6, 또는 강제대류되는 공기에 의한 냉각)과, 강제대류되는 공기에 의한 냉각을 보조하는 외부 돌출부를 갖는 U.S. 특허 제6,044,130호의 발명에서 요구된다. 충분한 X-선 플럭스를 얻기 위해, 종래의 X-선 튜브는 너무 커서 능동 냉각을 필요로 했다. 대기 공기와의 열 교환에 의해 냉각되는 충분히 강력한 튜브는 어떠한 출원에서도 공통사항이 아니다.
덧붙이자면, 다수의 X-선 튜브의 X-선 출력은 전자 빔 단면(또는 애노드 표적의 “스팟(spot)”)의 크기, 형태 및 위치의 변화에 따라 영향을 받는 것이 일반적이다. 전자 빔은 표적에 대해서 상대적으로 포커싱되지 않거나, 기형적이거나, 잘못 위치(측, 탈-축)할 수 있으며, 이에 따라서 잘못 집중된 출력, 또는 낮은 레벨의 출력, 또는 안정적이지 못한 출력이 초래된다. 이는 안정적이고 적합한 X-선 방출 레벨을 요구하는 분석 적용예, 가령 XRF에 있어서 명백한 단점이 된다.
X-선 소스, 즉 소형의 모바일 X-선 소스 내에서의 전자 빔의 개선된 포커싱과 안정성을 위한 장치를 개발하는 것이 바람직하다고 인식되었다. 또한 X-선 장치의 물리적인 양태를 수정하지 않고, 고정 포커싱 구성, 또는 가변 포커싱 구성, 또는 비-포커싱(non-focused) 구성으로 사용될 수 있는 X-선 소스를 개발하는 것이 바람직하다고 인식되었다.
본 발명은 X-선 소스 장치에게 전자 빔 포커싱을 제공한다. X-선 소스는 진공 구역의 내부에서 애노드와, 캐소드와, 절연체를 포함하는 진공 튜브를 포함한다. 애노드 조립체는 전자의 충돌에 반응하여 X-선을 발생시키는 물질을 포함한다. 캐소드 조립체는 애노드의 반대편에서, 튜브에 배치된다. 전기 전위차가 애노드와 캐소드 사이에 적용될 수 있다. 전위차 적용의 결과는, 요망 운동 에너지로 전자를 가속시키기에 충분한, 튜브의 진공 구역 내의 전기장이다. 상기 캐소드 조립체는 전자 방출기, 또는 캐소드 엘리먼트를 포함하여, 적용된 전기장에 반응하여, 애노드 쪽으로 가속되는 전자를 발생시킬 수 있다. 환형 자석 기구가 상기 전자-빔을 포커싱하도록 애노드를 감쌀 수 있다.
본 발명의 세부적인 양태에 따라서, X-선 소스 장치는 소형이면서 모바일형이도록 구성될 수 있다. 상기 캐소드 조립체는 1와트 이하의 전력 소모를 갖는 저-전력 캐소드 엘리먼트를 포함할 수 있다. 전력 소스는 애노드와, 캐소드와, 전자 방출기로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 세부적인 양태에 따라서, X-선 전달 윈도우는 장치의 애노드 종단에서 진공 튜브에 배치될 수 있다. 상기 윈도우는 진공 튜브의 세로방향 축과 동축을 이뤄서, X-선을 상기 세로방향 축을 따라 전달할 수 있다.
본 발명의 또 다른 세부적인 양태에 따라서, 상기 X-선 소스 장치는 하나 이상의 영구 자석, 또는 하나 이상의 전자석, 또는 하나 이상의 영구 자석과 하나 이상의 전자석의 조합을 갖는 자성 포커싱 조립체를 포함할 수 있다. 덧붙이자면, 상기 자성 포커싱 조립체는 엘리먼트로 구성되어, 소형의 모바일 X-선 소스 내부의 특정 공간 구역에서 자기장을 형성하고, 보강시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 자성 포커싱 엘리먼트를 갖는 소형의 모바일 X-선 소스의 단면도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 일반적으로 참조번호(10)로 나타나는, 본 발명에 따르는 소형의 모바일 X-선 소스, 또는 튜브가 나타난다. 소형의 모바일 X-선 소스의 다양한 양태가 U.S. 특허 6,661,876에서 나타나며, 이는 본원에서 참조로서 인용된다. X-선 소스(10)는 일반적으로 참조번호(20)로 표시되는 자성을 띄는 기구를 포함하며, 상기 자성을 띄는 기구는 X-선 소스(10)로 연결되며, 전자 빔 포커싱을 제공한다. 상기 자성 기구(20), 또는 그 일부는 이동가능하여, 가변 전자 빔 포커싱을 제공할 수 있다. 덧붙여, 상기 자성 기구(20)는 X-선 소스(10)와 탈부착가능하게 연결되어 있어서, 포커싱 구성과 비-포커싱 구성을 모두 제공할 수 있다. 상기 자성 기구(20)의 구성, 가령 재료의 세부사항과 크기가 변화되어, 특정 적용예에 대해 적합하다고 추정되는 전자 빔 포커싱의 정도에 대한 변화를 제공할 수 있다. 토양, 물, 금속, 광물, 시추용 구멍 등의 X-선 형광분석(XRF) 등의 “실무 적용예”뿐 아니라 회절 및 도금 두께 측정이 이러한 X-선 소스(10)로부터 수혜를 입는 적용예가 된다.
상기 X-선 소스(10)는 진공 튜브(evacuated tube, 12)를 포함한다. 상기 X-선 소스(10)는 전달 타입 X-선 소스일 수 있으며, 상기 튜브도 전달 타입 X-선 튜브일 수 있다. 상기 튜브(12)는 신장가능한 유전 실린더(14)를 포함할 수 있으며, 하나의 양태에서, 상기 실린더는 세라믹 물질, 가령 알루미늄 옥사이드로 형성될 수 있다. 종래에 사용되는 유리보다 세라믹은 자신의 크기 안정성과 높은 전압에서의 내구성 때문에 우수하다고 여겨진다. 그 밖의 다른 유전 물질, 가령 베릴륨, 수정, 마코르(Macor)가 또한 사용될 수 있다. 애노드와 캐소드의 일부분을 형성하는 신장 부분(extension)이 유전성 튜브의 반대쪽 종단에 바로, 그리고 영구적으로 부착될 수 있다. 상기 신장 부분은 금속 물질로 형성되고, 세라믹으로 브레이징(brazing)된다.
앞서 언급된 바와 같이, 상기 X-선 소스(10)는 소형이고 모바일이며, 실무 적용예에 적합할 수 있다. 상기 X-선 튜브(12)는 이동성을 촉진시키도록, 그리고 실무 적용예에서의 사용을 촉진시키도록, 약 3 인치 이하의 길이와, 약 1인치 이하의 직경, 또는 폭을 가질 수 있다.
일반적으로 참조번호(30)로 지시되는 애노드와, 일반적으로 참조번호(40)로 지시되는 캐소드가 튜브(12)의 일부분에 배치되거나, 튜브(12)의 일부분을 형성한다. 상기 애노드(30) 및 캐소드(40)는 튜브(12)의 서로 반대편 종단에서 배치된다. 애노드(30)와 캐소드(40) 사이에 전기적 전위차가 적용된다. 추후 설명되는 바와 같이, 상기 캐소드(40)가 적용된 전압을 가질 수 있는 동안, 상기 애노드(30)는 전 기적으로 접지될 수 있다. 상기 캐소드(40)는 접지된 애노드(30)에 대하여 높은 음(-)의 전압으로 고정될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 캐소드(40)가 접지되는 동안, 상기 애노드(30)는 양(+)의 높은 전압으로 고정될 수 있다. 또 다른 양태에서, 어떠한 전극에도 접지가 적용되지 않으나, 캐소드(40)는 더욱 음으로 바이어스된 소자이며, 애노드(30)는 더욱 양으로 바이어스된 소자이다.
상기 캐소드(40)는 낮은 전력-소모 캐소드일 수 있고, 낮은 질량의 낮은 전력 소모 캐소드 엘리먼트(44), 즉, 필라멘트를 포함할 수 있다. 상기 캐소드 엘리먼트(44)는 열이온 방출기, 가령 소형의 코일된 텅스턴 필라멘트일 수 있다. 상기 캐소드 엘리먼트(44)는 전자를 발생시킨다. 방출된 전자는 애노드(30)와 캐소드(40) 사이의 전기장에 반응하여, 애노드(30) 쪽으로 가속된다. 상기 캐소드 엘리먼트(44)는 낮은 전력 소모를 포함할 수 있으며, 이는 본원에서 약 1와트 이하의 전력 소모를 의미한다. 캐소드 엘리먼트(44)의 더 낮은 전력 소모에 의해, X-선 소스(10)는 배터리에 의해 전력을 공급받는 것이 가능해지고, 따라서 이동도 가능해진다. 덧붙이자면, 캐소드 엘리먼트(44)는 약 100마이크로그램(㎍) 이하의 질량을 가질 수 있다.
헤더, 또는 종단 캡(50)이 상기 신장 부분으로 부착될 수 있고, 캐소드 엘리먼트(44)를 지탱하기 위해 캐소드 조립체에 포함될 수 있다. 핀, 또는 기둥(46)이 헤드, 또는 종단 캡을 통해 뻗어 있을 수 있으며, 이들 사이의 캐소드 엘리먼트를 지탱할 수 있다. 고-전압 와이어(48)가 핀(46)으로 전기적으로 연결될 수 있으며, 따라서 캐소드 엘리먼트(44)로 연결될 수 있다.
상기 캐소드 엘리먼트(44)가 열이온 타입 방출기(필라멘트)일 때, 상기 필라멘트를 가로지르는 약 1 볼트의 전위에 의해, 상기 필라멘트를 통해 약 200mA의 전류가 흐르며, 이에 따라 필라멘트 온도가 약 2300℃까지 상승한다. 이 온도는 대다수의 열이온 소스에 비교할 때 낮은 편이나, 이는 X-선 튜브의 의도된 적용예에 대하여 전자 방출을 충분히 제공한다. 예를 들어, 합금으로부터 충분한 형광을 발생시켜서 반도체 검출기를 포화시키기 위해 단지 20㎂만이 필요하다. 텅스턴 캐소드가 알칼리토류(가령 Cs, Ca, Ba)의 혼합된 옥사이드로 코팅되고 1000K만큼 낮은 온도에서 작업이 이뤄지는 경우, 더 높은 방출 효율이 획득되어진다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 코팅된 캐소드는 낮은 질량과 전력 소모를 갖는다.
종래의 고온의 헤어핀 타입에 비교할 때, 비교적 낮은 온도의 코일된 텅스턴 방출기에 대한 다수의 이점이 존재한다. 냉각기 와이어는 전체적으로 만큼 X-선 장치로의 열을 추가하지 않으며, 이는 냉각 수단의 불편한 요구사항을 제거한다. 더 낮은 온도는 텅스턴 증발을 감소시킬 뿐 아니라, 이에 따라서 텅스턴이 애노드에 증착되지 않게 하며, 부식으로 인하여 와이어가 빠르게 얇아지고 부서지지 않게 한다. 그러나 낮은 온도의 텅스턴 코일은 랭뮤어 한계(Langmuir limit) 이하로 떨어지지 않으며, 텅스턴과 Wehnelt 광소자(또는 캐소드 광소자) 사이에 공간 전하가 축적될 수 있으며, 이는 추후 설명된다.
대안으로, 상기 X-선 소스(10)는, 약 80㎸까지로 전압을 가속하는 것과, 약 0.2㎃까지로 방출 전류를 가속하는 것과, 애노드 표적에서 약 50 내지 100마이크론으로 가속하는 것에 대한 세부사항을 가질 수 있다.
애노드(30)는 진공 튜브(12)로 브레이징(brazing)되는 신장 부분(32)을 포함할 수 있다. 상기 신장 부분(32)은 강자성의 물질, 가령 Kovar일 수 있으며, 이는 진공 튜브(12)의 세라믹 물질과 CTE-부합한다. 종단 조각, 또는 윈도우 장착부(34)가 상기 신장 부분(32) 상에 배치될 수 있다. 상기 윈도우 장착부(34)는 윈도우 지지 구조를 형성할 수 있다. 상기 윈도우 장착부(34)는 Monel로 형성될 수 있다. 보어(bore, 36)가 튜브 신장 부분(32)과 윈도우 장착부(34)를 통해 형성될 수 있으며, 이를 통해 전자가 통과하여, 전자 드리프트 경로, 즉 “드리프트 튜브(drift tube)”를 형성한다.
표적 윈도우(38)가 애노드(30), 또는 윈도우 장착부(34)에서 배치되어, 전자의 충돌에 반응하여 X-선을 발생시킬 수 있다. 표적 윈도우(38)는 요구되는 에너지의 X-선을 발생시키기 위해, 적정한 물질, 가령 은을 포함할 수 있다. 윈도우, 또는 표적 윈도우(38)는 애노드(30)의 단부에 배치된 물질의 시트(sheet)나 층(layer)일 수 있다. 예를 들어, 표적 윈도우(38)는 250㎛ 두께의 베릴륨 디스크 상에 증착된 2㎛ 두께의 은 층일 수 있다. 캐소드(40)로부터의 전자가 은 표적으로 충돌할 때, 특성 X-선 방출은 대중적인 109Cd 방사능 X-선 소스와 거의 동일한 파장을 갖는다. 표적 윈도우(38)가 윈도우 장착부(34)로 브레이징될 수 있다. 표적 물질은 표적 윈도우(38)의 진공-측부 상에 스퍼터링-증착될 수 있다. 상기 표적 윈도우(38)는 베릴륨, 또는 그 밖의 다른 충분한 X-선 전달 물질로 만들어질 수 있다.
저-에너지 제동복사(Bremsstrahlung radiation)를 제거하기 위해, 필터가 사 용될 수 있다. 상기 필터는 표적 윈도우(38) 상의 애노드(30)에서 위치할 수 있다. 상기 필터는 필터 물질, 가령 베릴륨을 포함할 수 있다. 상기 필터는 베릴륨의 얇은 층, 또는 시트일 수 있다. 상기 필터, 또는 필터의 물질은 표적 윈도우(38)를 코팅할 수 있다. 이러한 구성에서, 특정 에너지의 X-선, 가령 은 L 라인이 방출될 수 있으나, 이들은 공기 중의 매우 짧은 거리를 이동한 후 흡수될 수 있다. 상기 베릴륨 후에, 또는 상기 베릴륨을 대신하여 추가적인 필터링이 더해질 수 있다. 예를 들어, U.W. Arndt 및 B.T.M. Willis의 Single Crystal Diffractometry(뉴욕 캠브리지 대학 출판사, 1996, p301)에서 기재된 타입의 밸런스 필터(balanced filter)를 이용할 수 있다.
앞서 기재된 다양한 구성요소, 가령 튜브(12)와, 튜브 신장 부분(32, 42)과, 캐소드 조립체(40)와, 윈도우 장착부(34)와, 표적 윈도우(38)가 진공 X-선 소스(10)를 형성한다. 쉴드(shield, 60)가 X-선 소스 장치(10) 주위에 배치되어, 탈-축(off-axis) X-선으로부터의 전기 차폐와 그 밖의 다른 차폐를 제공할 수 있다. 상기 쉴드(60)는 애노드(30)와 전기적으로 연결되어, 상기 애노드(30)에 대한 전기적 바이어스 경로를 제공할 수 있다. 덧붙여, 상기 쉴드(60)는 전기 전도성과 X-선 불투과성에 대해 선택된 물질로 구성될 수 있다. 상기 쉴드(60)는 애노드(30)와 접촉하는 동안, X-선 소스 장치(10)와 쉴드(60) 사이에서 절연을 가능하게 해주는 공동의, 관형, 또는 원뿔형 껍질(shell)일 수 있다. 상기 쉴드는 X-선 소스 장치(10)로부터 X-선을 전달하기 위한, 오프닝(opening), 또는 출구 애퍼처를 포함할 수 있다.
상기 쉴드(60)는 또한 출구 애퍼처(62)에서 추가적인 X-선 필터, 또는 윈도우를 장착하기 위한 특징부를 포함할 수 있다. 또한 주변 부스러기가 X-선 장치(10)로 도달하는 것을 방지하기 위해, 필터, 또는 표적 윈도우(38)가 물리적인 배리어(barrier)를 제공할 수 있다. 상기 쉴드(60)는 또한 외부 장치로의 부착을 위해, 핀, 구멍, 나선형 돌출부, 나선형 구멍 등의 특징부를 포함할 수 있다. 덧붙이자면, 쉴드(60)는 또한, 고온 환경, 또는 높은 듀티 사이클(duty cycle) 경우에서 X-선 소스(10)의 냉각을 촉진시키기 위해, 내부 도관, 또는 외부 돌출부, 또는 “핀(fin)”등의 특징부를 포함할 수 있다. 쉴드(60)와 튜브(12) 사이의 구역(64)은 실리콘 고무 등의 유전체 포팅 화합물(potting compound)로 충진될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 포팅 화합물은 열 분산 및 냉각을 보조하기 위해, 높은 열 전도율을 가질 수 있고, 붕소 나이트라이드 등의 높은 열 전도성 물질을 포함할 수 있다. 상기 포팅 물질은 또한 X-선 불투과성 물질, 가령 비스무트, 납, 알루미늄, 또는 이들의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 X-선 소스 장치(10)는 배터리에 의해 전력이 공급되는 고 전압 전력 공급기(70)를 포함하고, 이에 의해 동작될 수 있으며, 상기 고 전압 전력 공급기(70)는 애노드(30)와, 캐소드(40)와, 캐소드 엘리먼트(44)로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 전력 소스(70)는 캐소드 엘리먼트(44)에 대한 전력과, 애노드(30)와 캐소드(40) 사이의 전기장에 대한 전력을 공급할 수 있다. 상기 배터리 전력 소스(70)와 낮은 전력 소모 캐소드 엘리먼트(44)에 의해, 상기 X-선 소스(10)는 실무 적용예에서 이동형이 될 수 있다.
분석 적용예에서, X-선 방출의 일정한 레벨을 유지하는 것이 중요하다. 따라서 전력 공급기(70)의 특징은, 방출 전류에 비례하는 피드백을 이용하여 출력 안정성이 유지된다는 것이다. 이러한 수단에 의해, 튜브 저항의 임의의 드리프트가 빠르게 보상되어, 상기 튜브 전류가 일정함을 유지할 수 있다. 상기 전력 공급기(70)는 US 특허 제5,400,385호에서 제시된 것과 유사할 수 있으나, 본 발명의 전력 공급기는 소형이고, 배터리에 의해 전력을 공급받는다.
앞서 언급된 바와 같이, 캐소드 엘리먼트(44)가 열이온 방출기일 수 있다. 그 밖의 다른 종류의 전자 방출기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전계 방출기가 사용될 수 있다. 전자 방출기의 또 다른 예로서, 강유전성 고체가 전자를 방출시키기 위해 제공될 수 있다. 또한, 상기 전력 공급기의 캐소드 부분이 적응될 수 있다. 이 경우, 상기 전력 공급기(70)가 적정한 전압의 펄스를 강유전성 캐소드에게 제공할 수 있다.
그 밖의 다른 전자 방출기, 가령 금속 팁 어레이(metal tip array), 어레이의 형태이거나 필드 방출 표면의 형태인 게이트-변조 방출기(gate-modulated emitter), 게이트의 변조를 이용하거나 이용하지 않는 탄소 나노튜브, 가열된 란탄 헥사보라이드(LaB6) 등이 사용될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 상기 X-선 장치(10)는 자신의 세로방향 축(점선(16)으로 표시됨)을 따라 X-선을 방출시키도록 구성된다. 캐소드 엘리먼트(44)와 표적 윈도우(38)가 상기 X-선 튜브의 세로방향 축과 동축이도록 정렬될 수 있다.
상기 튜브(12)는 유연한 전기 케이블(72)에 의해, 전력 공급기(70)로 연결되 어, 장치(10)를 조작하고 위치를 선정하는 것이 더 쉬워질 수 있고, 장치를 길고 좁은 공간으로 맞출 수 있다. 상기 전기 케이블(72)은 유전체 구역(64) 내부의 캐소드 헤더(50) 상의 핀(48)으로 연결되고, 애노드(30), 또는 쉴드 내부(60)로 연결될 수 있다. 대안예로는 X-선 소스를 전력 공급기의 일체화된 부분으로서 구출하는 것이 있으며, 이에 따라서 어떠한 노출되는 케이블도 없는 단일 유닛이 만들어진다. 상기 소스/전력 공급기 조합은 적정한 크기의 공간에 대하여 충분히 작을 수 있다.
덧붙이자면, X-선 소스 장치(10)는, 표적과의 충돌 지점으로 전자 빔을 포커싱하기 위해 자성을 띄는 기구(20)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 자성 기구(20)는 X-선 소스의 애노드(30)를 감싸는 환형 자석(annular magnet, 22)을 포함한다. 상기 환형 자석(22)은 애노드(30), 또는 윈도우 장착부(34)를 수용하도록 크기가 정해진 중앙 애퍼처를 가질 수 있다. 대안적으로, 약 1의 투자율(magnetic permittivity)를 갖는 물질, 가령 알루미늄의 환형 스페이서(24)가 자석(22)과 애노드(30) 사이에 위치할 수 있다.
하나의 양태에서, 상기 마그넷922)은 하나 이상의 영구 자석으로 구성될 수 있다. 바람직하게도, 영구 자석은 전력을 소모하지 않으며, 어떠한 전기적 연결, 또는 전력 공급기를 필요로 하지 않는다. 또 다른 양태에서, 상기 자석(22)은 하나 이상의 전자석으로 구성되거나, 하나 이상의 영구 자석과 하나 이상의 전자석의 조합으로 구성될 수 있다. 바람직하게도, 전자석, 또는 영구자석과 전자석의 조합은, 장치나 장치의 구성의 물리적인 수정을 가하지 않고, 전자 빔 포커싱의 정도의 조 정이 가능하다는 것을 뜻한다. 예를 들어, 전자석에서 코일 전류를 변화시킴으로써, 가변 포커스가 이뤄질 수 있다.
상기 자석은 또한 다양한 크기, 형태, 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 자석은 약 10 내지 50 메가가우스 에르스텟(MGOe: Magaguss Oersted)의 최대에너지적(BHmax)을 갖는 영구 자석일 수 있다. 상기 환형 자석(23)은 애노드 주변에 이동가능하도록 배치될 수 있다.
또한 상기 자성 기구(20)는 상기 환형 자석(22)의 인접부 및 앞쪽(캐소드에서 먼쪽)에 배치된 환형 출극 조각(exit pole piece, 26)을 포함할 수 있다. 상기 환형 출극 조각(26)은 강자성 물질, 가령 강철, 또는 니켈로 형성될 수 있다. 상기 환형 출극 조각(26)은, 표적 윈도우(38)에서 생성된 X-선의 장치(10) 외부로의 축 전달(axial transmission)을 가능하게 하기 위한 애퍼처(28)를 포함할 수 있다. 상기 애퍼처(28)는 표적 윈도우(38) 가까이 위치하는 후방 오프닝에서 작고, 애노드 표적 윈도우(38)에서 먼 전방 오프닝에서 더 큰 원뿔형일 수 있다. 덧붙이자면, 상기 극 조각(26)은 후방에서 상기 윈도우 장착부(34), 또는 애노드(30)로 뻗어 있는 환형의, 중앙 돌출부(29)를 포함할 수 있다. 상기 극 조각(26)은 애노드(30), 또는 표적 윈도우(38), 또는 윈도우 장착부(34)를 접촉할 수 있다.
상기 환형 출극 조각(26)은 서로에 대하여 이동될 수 있는 둘 이상의 강자성 물질의 개별적인 동심(concentric) 조각으로 형성되어, 기계적인 수단에 의해, 자성 렌즈의 포커싱 동작의 변화를 이룰 수 있다. 동심 부분의 조합은, 조정가능한 단일 복합 극 조각을 형성할 수 있다. 상기 조각은, 중앙 조각의 외부 방사 표면과 외부 조각의 내부 방사 표면 상에서의 나선형 나사산(helical threading)에 의해, 단단하게 고정될 수 있으며, 서로에 대하여 배치될 수 있다. 애퍼처(28)와 중앙 돌출부(29)를 포함하는 중앙 조각이, 외부 조각과 X-선 장치(10)의 나머지에 관련하여, 세로방향 축(16)에 대하여 회전할 수 있으며, 이에 따라서 장치(10)의 세로방향 축(16)을 따라 극 조각의 중심의 직선 운동이 도출된다. 복합 극 조각의 중심의 직선 운동에 의해, X-선 튜브(12) 내에서, 애노드 표적 윈도우(38) 근처에서 자기장 강도의 변화가 나타날 것이며, 이에 따라 전자 빔의 단면이 표적 윈도우(38) 상에서 감소하는 정도의 변화가 나타날 것이다. 이러한 조정의 효과는 X-선 방출의 크기, 형태 및 위치의 변화일 수 있고, 또는 장치에 의해 발생되는 X-선 “스팟(spot)”일 수 있다.
또한 환형 출극 조각(26), 또는 그 중심부는, X-선 소스(10)의 일체 부분이 아닌 X-선 윈도우, 또는 필터를 수용하기 위한 특징부를 포함할 수 있다. 상기 X-선 필터는, 장치로부터의 X-선 방출의 스펙트럼 내용, 또는 에너지 분포를 선택적으로 수정하도록 선택된 물질로 만들어질 수 있다. 주변 파편이 상기 표적 윈도우로 도달하는 것을 막기 위해, 필터, 또는 윈도우가 물리적인 배리어를 제공할 수 있다. 특히, 자상 기구(20)의 부근에 위치하는 자기장에 부착될 수 있는 금속 파편이 장치(10)의 표적 윈도우에 도달하는 것이 방지될 수 있으며, 이때 상기 파편은 정체불명이거나, 아니면 애노드 표적 윈도우(38)에서 발생된 X-선 방출을 변경시킬 수 있다. 덧붙이자면, 상기 환형 출극 조각(26), 또는 그 중심 부분은 장치를 X-선 모세 광소자, 또는 그 밖의 하드웨어와 물리적으로 연결되기 위해 필수적인 특징부 를 포함할 수 있다.
상기 환형 출극 조각(26), 또는 그 중심부는 X-선 형광 속성에 대해 선택된 물질의 층으로 코팅될 수 있다. 이러한 코팅은 애노드 표적 윈도우(38)의 스펙트럼 속성에 부합하는 물질, 또는 장치로부터 X-선 방출의 스펙트럼 내용, 또는 에너지 분포를 선택적으로 수정하도록 선택된 물질로 이뤄질 수 있다.
상기 자성 기구(20)는 환형 자석(22)의 근접한 후방(캐소드에 가까이)에 배치된 분로(shunt)와, 튜브 신장 부분(32)으로 구성된 제 2 복합 환형 극 조각(80)을 포함할 수 있다. 상기 분로(80)는 애노드(30), 또는 튜브 신장 부분(32)의 둘레에 위치할 수 있다. 상기 분로(80)는 진공 튜브(12)의 직경보다 작은 직경을 갖는 애퍼처(82)를 가질 수 있다. 상기 분로(80)는 두 개의 조각으로 쪼개질 수 있으며, 튜브(12), 또는 신장 부분(32)의 둘레에서 합쳐질 수 있다. 상기 분로(80)는 신장 부분(32)과 접촉할 수 있다. 확실한 물리적 배치와, 바람직한 자성 결합을 위해, 상기 분로(80)는 신장 부분(32) 상의 특징부, 가령 환형 그루브(groove)와 맞물릴 수 있다. 상기 분로(80)는 강자성 물질, 가령 강철, 또는 니켈로 형성될 수 있다.
애노드 부품, 신장부분(32) 및 윈도우 장착부(34), 환형 자석(22), 분로(80) 및 극 조각(26)이 자성 렌즈를 형성할 수 있다. 윈도우 장착부(34)가 약 1의 상대 투자율(relative magnetic permeability)을 갖는 물질, 가령 Monel로 형성될 수 있는 것에 비하여, 상기 신장 부분(32)은 강자성 물질, 가령 Kovar로 형성될 수 있다. 렌즈 부품의 기하학적 관계 및 물질 조성은 X-선 장치(10)에서 전자 빔을 애노드 표적 윈도우(38)의 부근으로 포커싱하는 조합된 효과를 갖는다. 상기 자성 렌즈 는, 자성 기구(20) 없이 생성된 포커싱되지 않은 빔에 비해, 1/2 이상 내지 1/50으로 감소된 단면 직경으로 빔을 포커싱한다. 예를 들어, 포커싱된 빔 스팟의 크기는 특정 실시예에서, 약 50 내지 100㎛에서 측정되었다.
애노드(30), 환형 자석(22), 분로(80), 극 조각(26)이 애노드 전위로 전기적으로 바이어스될 수 있다.
덧붙이자면, 진공 튜브(12)와, 유전 구역(64)을 차지하고 있는 유전체와, 자성 기구(20)는 상기 쉴드 내부(60)에 탈부착가능하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 고정 나사(86)가 쉴드 내부(60)에 조립체가 위치할 수 있게 한다. 상기 고정 나사(86)는 이동될 수 있다. X-선 소스 장치(10)와 자성 기구(20)는 상기 쉴드 내부(60)로부터 이동될 수 있다.
상기 자석(22)은 렌즈 조립체로부터 제거되어, 포커싱되지 않은 전자 빔이 허용될 수 있다. 대안적으로, 자석(22)이 전자석인 경우, 포커싱되지 않은 전자 빔에 대해 허용하도록, 상기 전자석은 0(zero) 전류에서 동작되거나, 물리적으로 제거될 수 있다. 상기 튜브(12)는 자성 기구(20)를 포함하거나, 포함하지 않는 서로 다른, 또는 동일한 쉴드 내부(60)에 위치할 수 있다. 따라서 장치(10)는 환형 자석(22)이 애노드(30) 주위에 배치되는 포커스 구성과, 환형 자석(22)이 애노드(30)로부터 제거되는 비-초점 구성을 가질 수 있다.
상기 자성 기구(20)는 빔 스팟 크기를 감소시키도록, 빔 스팟 위치의 안정성을 개선시키도록, 전자 빔 후방산란과 그 영향을 감소시키도록 실험적으로 발견되었다.
2005년 3월 31일자 U.S. 가출원 60/667,250이 본원에서 참조로서 인용된다.

Claims (21)

  1. 전자 빔 포커싱을 위해 애노드(anode)로 연결된 자성 기구(magnetic appliance)를 갖는 X-선 소스 장치에 있어서, 상기 장치는
    a) 진공 튜브(evacuated tube),
    b) 전자 충돌에 반응하여 X-선을 발생시키도록 구성된 물질을 포함하는, 상기 튜브로 연결된 애노드,
    c) 애노드의 반대편에 위치하면서 튜브로 연결된 캐소드로서, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 전기장에 반응하여 상기 애노드 쪽으로 가속되는 전자를 발생시키도록 구성된 캐소드 엘리먼트(cathode element)를 포함하는 상기 캐소드,
    d) 전자 빔을 포커싱하기 위해, 상기 애노드를 감싸고 있는 환형 자성 기구(annular magnetic appliance)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 튜브는 3인치 이하의 길이와, 1인치 이하의 직경, 또는 폭을 가지며,
    상기 캐소드는 1와트 이하의 저-전력 소모를 갖는 저-전력 소모 캐소드 엘리먼트를 포함하며, 상기 X-선 소스 장치는
    상기 캐소드 엘리먼트에 대한 전력을 공급하기 위하여, 그리고 상기 애노드 와 상기 캐소드 사이의 전기장을 제공하기 위하여, 상기 애노드와, 상기 캐소드와, 상기 캐소드 엘리먼트로 전기적으로 연결된 배터리 전력 소스(battery power source)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 배터리 전력 소스는 배터리에 의해 동작되는 고 전압 전력 공급기를 포함하며, 애노드와 캐소드 사이로 4 내지 80킬로볼트에서 전기장을 제공하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 자성 기구는 X-선 소스 장치 내에서 전자 빔의 포커싱을 제공하며, 최종 포커싱된 전자 빔은, 환형 자석 기구 없이 생성된 포커싱되지 않은 전자 빔에 비교하여, 1/2 내지 1/50 축소된 단면 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 자성 기구는
    상기 애노드를 감싸고 있는 자성 극을 갖는 환형 자석으로서, 상기 자성 극은 상기 환형 자석과 진공 튜브의 세로방향 축과 평행이도록 향하는 상기 환형 자석,
    상기 환형 자석에 인접하게, 그리고 상기 환형 자석의 축방향 전방에서 배치되며, 상기 진공 튜브의 세로방향 축과 동축을 이루는 세로방향 축을 갖는 환형 극 조각(annular pole piece), 그리고
    상기 환형 자석에 인접하게, 그리고 상기 환형 자석의 축방향 후방에서 배치되며, 상기 진공 튜브의 세로방향 축과 동축을 이루는 세로방향 축을 갖는 환형 분로(annular shunt)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 애노드는
    강자성 물질로 형성된, 상기 진공 튜브에 부착된 튜브 신장 부분(tube extension),
    표적을 갖는, 상기 튜브 신장 부분에 부착된 윈도우 장착부(window mount), 그리고
    상기 튜브 신장 부분과, 윈도우 장착부를 통해 뻗어 있으며, 이에 의해 형성되고, 표적에서 끝나는 드리프트 튜브(drift tube)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 윈도우 장착부는 1의 투자율(magnetic permeability)을 가지며, 환형 자석은 10 내지 50 메가가우스 에르스텟(Megagauss Oersted)의 최대에너지적(BHmax)을 갖는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 분로와 극 조각은 10의 투자율을 갖는 것을 특징으 로 하는 X-선 소스 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 분로와 극 조각은 1 이상의 투자율을 갖는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 극 조각은 X-선 전달을 위한 출구 애퍼처(exit aperture)를 갖는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 극 조각 애퍼처는, 애노드에서 X-선 발생 지점에서 가장 가까운 후방 오프닝은 더 작고, X-선 발생 지점으로부터 더 먼 전방 오프닝을 더 큰 원뿔형인 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 극 조각은 상기 윈도우 장착부, 또는 애노드의 후방에서 뻗어 있는 중앙 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 분로는 두 개의 조각으로 나뉘며, 진공 튜브의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 중앙 애퍼처를 갖는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 진공 튜브와, 애노드와, 환형 자석과, 분로와, 극 조각은 쉴드 내부에서 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  15. 제 6 항에 있어서, 상기 환형 자석은 상기 애노드 상에서 탈부착가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 자석 기구의 일부, 또는 전체는 이동가능한 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 자성 기구는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 진공 튜브의 종단에서 배치되며, X-선을 방출하도록 구성되는 윈도우로서, 상기 진공 튜브의 세로방향 축으로 정렬되어, 상기 세로방향 축을 따라 X-선을 방출하도록 구성되는 상기 윈도우
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  19. 전자 빔 포커싱을 위한 자성 헤드(magnetic head)를 갖는 X-선 소스 장치에 있어서, 상기 장치는
    a) 세라믹 물질로 형성된 진공 튜브
    b) 튜브의 하나의 종단에 배치되는 애노드로서,
    ⅰ) 강자성 물질로 형성된, 진공 튜브로 브레이징(brazing)되는 튜브 신장 부분,
    ⅱ) 전자 충돌에 반응하여 X-선을 발생시키도록 구성된 물질을 포함하는 표적을 포함하는, 상기 튜브 신장 부분으로 부착되는 윈도우 장착부,
    ⅲ) 상기 튜브 신장 부분과 상기 윈도우 장착부를 통하여 뻗어 있고, 이들에 의해 형성되는 드리프트 튜브(drift tube)
    를 포함하는 상기 애노드,
    c) 상기 애노드의 반대편에 위치하는 튜브의 나머지 종단에 배치되는 캐소드로서, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 전기장에 반응하여, 상기 애노드쪽으로 가속되는 전자를 발생시키도록 구성되는 캐소드 엘리먼트(cathode element)를 포함하는 상기 캐소드,
    d) 상기 애노드를 감싸는 환형 자석(annular magnet),
    e) 상기 환형 자석에 인접하여, 그리고 상기 환형 자석의 전방에서 상기 윈도우 장착부로 뻗어 있는 환형 출극 조각(annular exit pole piece), 그리고
    f) 상기 환형 자석에 인접하여, 그리고 상기 환형 자석의 후방에서 제 2 극 조각을 형성하면서 상기 튜브 신장 부분으로 뻗어 있는 환형 분로(annular shunt)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 진공 튜브는 3인치 이하의 길이와, 1인치 이하의 직경, 또는 폭을 가지 며,
    상기 캐소드는 1 와트 이하의 저 전력 소모를 갖는 저-전력 소모 캐소드 엘리먼트를 포함하며, 상기 X-선 소스 장치는
    상기 애노드와, 캐소드와, 캐소드 엘리먼트로 전기적으로 연결되어, 상기 캐소드 엘리먼트에 대한 전력을 공급하고, 상기 애노드와 캐소드 사이에 전기장을 제공하기 위한 배터리 전력 소스(battery power source)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
  21. X-선의 전자 빔을 포커싱하기 위한 자성 헤드(magnetic head) 장치에 있어서, 상기 장치는
    애노드를 감싸도록 구성되는 환형 자석,
    상기 환형 자석에 인접하게, 그리고 상기 환형 자석의 전방에 배치되는 환형 극 조각(annular pole piece),
    상기 환형 자석에 인접하게, 그리고 상기 환형 자석의 후방에 배치되어 제 2 극 조각을 형성하는 환형 분로(annular shunt)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-선 소스 장치.
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