KR20110093489A - 타겟-조립체 및 ｘ－선 발생장치 - Google Patents

타겟-조립체 및 ｘ－선 발생장치 Download PDF

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Abstract

타겟 조립체 및 X-선 발생장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 발생장치는, 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 열전자들을 발생시키는 열전자 발생유닛; 및 상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 타겟을 포함하는 타겟 조립체;를 포함하며, 상기 타겟은 충돌 전 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되며, 상기 타겟 조립체는 상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재를 더 포함한다.

Description

타겟-조립체 및 Ｘ－선 발생장치{TARGET ASSEMBLY AND X-RAY GENERATING APPARATUS}
본 발명은 타겟-조립체 및 X-선 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타겟의 냉각을 위한 방열부재를 포함하는 타겟 조립체 및 X-선 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, X-선 검사시스템(X-ray inspection system)은 피검사체에 X-선을 조사하여 피검사체에 대한 2차원 또는 3차원 영상정보를 얻고 그로부터 피검사체를 검사하는 시스템이다. 이러한 X-선 검사시스템은 열전자들을 발생시키는 전자총(electron gun)과 같은 열전자 발생유닛과, 가속된 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 타겟(target)을 포함한다.
열전자들과의 충돌 과정에서 타겟은 비교적 높은 온도로 가열되며, 타겟에서 발생되는 고열은 타겟의 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서 타겟의 수명을 증대시키기 위해서는 타겟에서 발생되는 열을 적절히 외부로 방출시키는 것이 필요하다.
한편 타겟은 X-선이 타겟을 통과하는지 여부에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(directional type)으로 구분될 수 있다. 투과형 타겟은 열전자의 이동 방향에 대략 수직하게 배치되며 투과형 타겟에서 발생된 X-선은 타겟을 통과한 후 피검사체를 향하여 조사된다. 이러한 투과형 타겟은 비교적 저출력의 X-선 발생에 이용되며 비교적 고 해상도의 영상 구현에 적합하다. 반면, 반사형 타겟은 열전자의 이동 방향에 대해 경사지게 배치되며 반사형 타겟에서 발생된 X-선은 타겟에서 반사된 후 피검사체를 향하에 조사된다. 이러한 반사형 타겟은 비교적 고출력의 X-선 발생에 이용되며 비교적 저 해상도의 영상 구현에 적합하다.
이처럼 반사형 타겟은 투과형 타겟에 비해 비교적 고출력의 X-선 발생에 이용되므로, 일반적으로 반사형 타겟은 투과형 타겟에 비해 보다 많은 열이 발생된다. 따라서, 타겟 냉각의 효율성은 반사형 타겟에서 더욱 중요한 과제이다.
따라서 본 발명은 타겟의 냉각 효율이 향상되고 그에 따라 타겟의 수명이 증대될 수 있는 타겟 조립체 및 X-선 발생장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 관점에 따라, 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 열전자들을 발생시키는 열전자 발생유닛; 및 상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 타겟을 포함하는 타겟 조립체;를 포함하며, 상기 타겟은 충돌 전 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되며, 상기 타겟 조립체는 상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재를 더 포함하는 X-선 발생장치가 제공된다.
상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 가질 수 있다.
상기 타겟 조립체는, 일단에 상기 타겟이 장착되며 내부에는 상기 타겟의 냉각을 위한 냉각수가 공급되는 냉각 챔버가 형성된 조립체 바디를 더 포함할 수 있다.
상기 조립체 바디는 상기 냉각 챔버를 외측 챔버와 내측 챔버로 구획하는 챔버구획부재를 포함하며, 상기 냉각수는 상기 내측 챔버를 따라 상기 방열부재로 안내되고 상기 외측 챔버를 통해 외부로 유출될 수 있다.
상기 하우징의 외측면에 설치되며 상기 조립체 바디의 삽입 장착을 위한 조립체 장착홀이 형성된 조립체 장착부재를 더 포함할 수 있다.
상기 조립체 장착부재에는 상기 냉각 챔버로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급로가 형성될 수 있다.
상기 조립체 장착부재는 열전도성 재질을 갖는 것이 바람직하며, 예로써 구리 재질을 가질 수 있다.
상기 타겟 조립체는, 상기 조립체 바디의 타단에 결합되며 상기 조립체 장착홀 내로 삽입된 상기 조립체 바디가 일정 위치에 유지되도록 상기 조립체 장착홀보다 더 큰 크기를 갖는 위치고정헤드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 따라, 하우징; 상기 하우징 내에 설치되어 열전자들을 발생시키는 열전자 발생유닛; 상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되며 상기 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되는 타겟; 및 상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재;를 포함하는 X-선 발생장치가 제공된다.
상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 가질 수 있다.
본 발명의 제3 관점에 따라, 내부에 열전자 발생유닛을 구비한 하우징의 외측면에 설치되며, 상기 열전자 발생유닛으로부터 방출된 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 X-선 발생장치의 타겟 조립체로서, 상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되며 상기 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되는 타겟; 및 상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재;를 포함하는 X-선 발생장치의 타겟 조립체가 제공된다.
상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 가질 수 있다.
상기 타겟 조립체는, 일단에 상기 타겟이 장착되며 내부에는 상기 타겟의 냉각을 위한 냉각수가 공급되는 냉각 챔버가 형성된 조립체 바디를 더 포함할 수 있다.
상기 타겟 조립체는, 상기 조립체 바디의 타단에 결합되며 상기 조립체 바디보다 더 큰 단면적을 갖는 위치고정헤드를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 발생장치의 단면도이다.
도 2는 타겟 조립체를 포함하는 도 1의 A 영역의 확대도이다.
도 3은 도 2의 타겟 조립체의 단면 사시도이다.
도 4는 도 2의 타겟 조립체의 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 X-선 발생장치(1)에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 X-선 발생장치(1)는, 하우징(10)과, 열전자 발생유닛(20)과, 자기 렌즈계(30)와, 홀 커터(40: hole cutter)와, 조립체 장착부재(50)와, 타겟 조립체(60: target assembly)를 포함한다.
하우징(10)은 X-선 발생장치의 부품들을 수용하기 위한 내부 공간을 형성하기 위한 것으로서, 후면 하우징(11)과, 전면 하우징(12)과, 연결부재(13)를 포함한다.
후면 하우징(11)은 열전자 발생유닛(20)을 수용하기 위한 진공챔버(S)를 형성한다. 후면 하우징(11)의 일측에는 진공펌프(미도시)가 결합되는 흡입포트(14)가 구비되며, 흡입포트(14)에는 진공챔버(S)와 연통되는 흡입구(15)가 형성된다. 이러한 흡입구(15)를 통해 진공펌프가 진공챔버(S) 내의 공기를 흡입함으로써 진공챔버(S)는 열전자의 형성 및 가속에 적합한 진공 상태로 유지될 수 있다. 한편 후면 하우징(11)의 전단에는 후면 하우징(11)의 전방을 커버하도록 장착된 애노드 전극(16: anode electrode)이 결합되어 있다.
전면 하우징(12)은 내부에 자기 렌즈계(30)를 수용하며, 연결부재(13)는 후면 하우징(11)과 전면 하우징(12)을 상호 연결한다. 이러한 연결부재(13)에는 후면 하우징(11)과 전면 하우징(12)이 상호 회동될 수 있도록 힌지유닛(13a)이 구비되어 있다. 따라서, 필요시 전면 하우징(12)은 후면 하우징(11)에 대해 회동될 수 있으며, 이때 후면 하우징(11)에 결합된 애노드 전극(16)을 분리하면 후면 하우징(11) 내의 진공챔버(S)는 외부로 개방될 수 있다. 따라서 열전자 발생유닛(20)에 구비된 필라멘트(21)는 필요시 언제라도 교체 가능하다. 이와 같이 본 실시예의 X-선 발생장치(1)는 진공챔버(S)가 개방될 수 있는 개방형(open-type) X-선 발생장치이다. 참고로, 이와는 다르게 진공챔버가 영구적으로 밀폐되는 유형의 X-선 발생장치를 폐쇄형(closed-type) X-선 발생장치라고 한다.
열전자 발생유닛(20)은 흔히 전자총(electron gun)이라고도 불리는 것으로서 진공챔버(S) 내에 장착된다. 열전자 발생유닛(20)은 열전자들을 방출하는 텅스텐 재질의 필라멘트(21)와, 필라멘트(21)를 수용하는 그리드(22)와, 열전자들의 가속을 위한 캐소드 전극(23: cathode electrode)을 포함한다. 전압발생장치(미도시)로부터 필라멘트(21)에 가열전류가 인가되면 필라멘트(21) 표면으로부터 열전자들이 방출되며, 방출된 열전자들은 캐소드 전극(23)와 애노드 전극(16) 사이에 형성된 전기장에 의해 자기 렌즈계(30) 측으로 가속된다. 전술한 바와 같이 본 실시예의 X-선 발생장치(1)는 개방형이므로 열전자 발생유닛(20)의 필라멘트(21)는 교체 가능하다.
자기 렌즈계(30)는 열전자 발생유닛(20)에서 발생되어 가속된 열전자들을 타겟 조립체(60) 쪽으로 유도하기 위한 것으로서, 코어(31: core)와, 코어(31) 둘레에 감겨진 코일(32: coil)과, 코어(31) 내부에 삽입된 열전자 가이드(33)를 포함한다. 코일(32)에 의해 코어(31) 부근에는 자기장이 형성되며, 이러한 자기장에 의해 열전자들은 열전자 가이드(33) 내로 집속될 수 있다. 열전자 가이드(33) 내에는 집속된 열전자들의 이동을 가이드하는 가이드 채널(34)이 형성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 홀 커터(40)는 원통형의 포커싱 채널(41)이 관통 형성되어 있으며, 일단은 열전자 가이드(33)에 삽입되어 있고 타단은 조립체 장착부재(50)의 홀 커터 삽입홀(53)에 삽입되어 있다. 홀 커터(40)에 형성된 포커싱 채널(41)은 열전자 가이드(33)에 형성된 가이드 채널(34)보다 작은 단면적을 가지며, 따라서 홀 커터(40)의 포커싱 채널(41)을 통과한 열전자들은 타겟(90)의 중앙 영역에 보다 정확하게 포커싱될 수 있다.
조립체 장착부재(50)는 전면 하우징(12)의 외측에 장착된다. 조립체 장착부재(50)에는 전술한 홀 커터(40)의 타단이 삽입 고정되는 홀 커터 삽입홀(53)이 형성되어 있다. 또한 조립체 장착부재(50)에는 타겟 조립체(60)의 삽입 장착을 위한 조립체 장착홀(51)이 형성되어 있다. 이러한 조립체 장착홀(51)은 열전자의 이동 방향을 따르는 가이드 채널(34) 및 포커싱 채널(41)에 대해 일정 각도 경사진 방향을 따라 형성된다. 조립체 장착부재(50)에는 타겟(90) 부근에 투과부재(52)가 구비되며, 타겟(90)에서 발생된 X-선은 투과부재(52)를 통해 피검사체 측으로 조사될 수 있다. 조립체 장착부재(50)는 전체적으로 열전도성이 높은 재질을 갖는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 조립체 장착부재(50)는 구리 재질을 갖는다. 다만, 투과부재(52)는 구리보다 X-선 투과성이 높은 재질을 갖는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 투과부재(52)는 알루미늄 재질을 갖는다.
타겟 조립체(60)는 조립체 바디(70)와 위치고정헤드(80)를 포함한다.
조립체 바디(70)는 대략 실린더 형상을 가지며 조립체 장착부재(50)에 형성된 조립체 장착홀(51) 내에 삽입 고정된다. 이러한 조립체 바디(70)는 열팽창률이 낮은 재질을 갖는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 조립체 바디(70)는 텅스텐-구리(W-Cu) 합금으로 제조된다. 조립체 바디(70)가 열팽창률이 낮은 재질로 제조됨으로써, 타겟(90)에서 발생되는 열에 의한 조립체 바디(70)의 변형량이 감소될 수 있으며, 이에 따라 조립체 바디(70)의 열변형에 의해 타겟(90)에 대한 열전자의 집속 위치가 변경되는 것이 방지될 수 있다. 조립체 바디(70)의 일단에는 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 타겟(90)이 장착되어 있다. 도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 타겟(90)은 가이드 채널(34) 및 포커싱 채널(41)이 형성된 방향에 대해 일정 각도 경사지게 배치된다. 다시 말해서, 타겟(90)은 충돌 전 열전자의 이동 방향에 대해 일정 각도 경사지게 배치된다. 이와 같이 본 실시예의 타겟(90)은 투과형 타겟이 아니라 X-선이 타겟 표면에서 반사되어 피검체로 향하는 반사형 타겟에 해당한다.
위치고정헤드(80)는 조립체 바디(70)의 타단에 결합되며 조립체 장착홀(51) 보다 더 큰 크기의 실린더 형상을 갖는다. 이러한 위치고정헤드(80)에 의해 조립체 바디(70)는 조립체 장착홀(51)에 용이하게 장착될 수 있다. 또한 위치고정헤드(80)에 의해 조립체 바디(70)는 조립체 장착홀(51) 내에서 정해진 위치에 정확하게 배치될 수 있다. 즉, 위치고정헤드(80)는 조립체 장착홀(51)보다 더 큰 단면적을 가지므로 조립체 바디(70)와는 달리 조립체 장착홀(51) 내로 삽입될 수 없으며, 이로 인하여 조립체 바디(70)의 위치고정이 가능해진다. 더욱이, 진공챔버(S) 내의 진공압은 가이드 채널(34)과 포커싱 채널(41)을 통해 타겟 조립체(60)에까지 전달될 수 있는데, 이러한 진공압에 의해 타겟 조립체(60)는 조립체 장착홀(51)의 내측 방향으로 끌려들어갈 수 있다. 하지만, 위치고정헤드(80)에 의해 진공압에 의한 조립체 바디(70)의 불필요한 이동이 방지된다.
도 3 및 4를 참조하여 타겟 조립체(60)에 대해 추가 설명한다.
타겟 조립체(60)의 조립체 바디(70)의 일단에는 디스크 형상의 타겟(90)이 부착되어 있으며, 타겟(90)의 후면에는 디스크 형상의 방열부재(91)가 부착되어 있다. 여기서 방열부재(91)는 브레이징(brazing) 용접을 통해 타겟(90)에 부착될 수 있다. 타겟(90)은 X-선 발생을 위해 텅스텐 재질을 갖는 반면, 방열부재(91)는 텅스텐보다 훨씬 열전도율이 높은 CVD 다이아몬드 재질을 갖는다. 하지만 방열부재(91)의 재질은 CVD 다이아몬드에 한정되는 것은 아니며 열전도성이 높은 다른 다이아몬드들 또는 다른 물질들이 적용될 수 있다. 이러한 높은 열전도성의 방열부재(91)에 의해, X-선 발생시 타겟(90)에서 발생되는 열이 효율적으로 방출될 수 있다.
조립체 바디(70) 내에는 냉각수 공급펌프(미도시)에 의해 냉각수가 공급되어 순환되는 냉각 챔버(71)가 형성되어 있다. 냉각 챔버(71) 내에서 이루어지는 냉각수와 방열부재(91) 간의 열교환에 의해 타겟(90) 냉각이 촉진된다. 조립체 바디(70)에는 냉각수 유입구(75) 및 냉각수 배출구(76)가 형성되어 있으며, 타겟 조립체(60)가 장착되는 조립체 장착부재(50)에는 냉각수 유입구(75) 및 배출구(76)와 연결된 냉각수 공급로(미도시)가 형성되어 있다. 그리고 조립체 바디(70)에는 냉각 챔버(71)를 외측 챔버(72)와 내측 챔버(73)로 구획하는 실린더 형상의 챔버구획부재(74)가 형성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각수 유입구(75)를 통해 조립체 바디(70) 안으로 유입된 냉각수는 챔버구획부재(74) 내의 내측 챔버(73)를 따라 방열부재(91)로 안내되어 방열부재(91)에 접촉된 후 챔버구획부재(74) 밖의 외측 챔버(72)를 따라 냉각수 배출구(76)로 안내되어 조립체 바디(70)로부터 배출된다.
이와 같이 냉각수가 타겟 조립체(60)의 냉각 챔버(71)를 순환하는 과정에서 타겟(90) 발생열이 냉각수로 전달될 수 있다. 특히 타겟(90)의 후면에는 높은 열전도성의 방열부재(91)가 부착되어 있으므로, 타겟(90)과 냉각수 간의 열교환이 극대화될 수 있고 그에 따라 타겟(90)의 냉각은 높은 효율로 달성될 수 있다. 본 실시예와 같은 반사형 타겟(90)은 일반적으로 투과형 타겟에 비해 고출력의 X-선 발생에 이용되므로, 타겟(90)의 발생열도 클 수 밖에 없다. 본 실시예에서는 타겟(90) 냉각을 위한 냉각수를 이용하는 한편 냉각수와 타겟(90) 간의 열교환 증진을 위해 높은 열전도성의 냉각부재(91)를 구비함으로써, 타겟(90)은 높은 효율로 냉각될 수 있다. 이에 따라 타겟(90)은 고출력의 X-선을 발생하면서도 수명이 향상될 수 있다.
상기 실시예에서 X-선 발생장치(1)는 진공챔버(S)가 필요시 개방될 수 있는 개방형 X-선 발생장치인 것으로 예시되었다. 하지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자들이라면, 타겟의 후면에 CVD 다이아몬드와 같은 높은 열전도성 재질의 방열부재를 부착하는 것을 포함하는 본 발명의 기술적 사상이 폐쇄형 X-선 발생장치에도 동일하게 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
1 : X-선 발생장치 10 : 하우징
20 : 열전자 발생유닛 30 : 자기 렌즈계
33 : 열전자 가이드 34 : 가이드 채널
40 : 홀 커터 41 : 포커싱 채널
50 : 조립체 장착부재 51 : 조립체 장착홀
60 : 타겟 조립체 70 : 조립체 바디
71 : 냉각 챔버 72 : 외측 챔버
73 : 내측 챔버 74 : 챔버구획부재
80 : 위치고정헤드 90 : 타겟
91 : 방열부재

Claims (15)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되어 열전자들을 발생시키는 열전자 발생유닛; 및
    상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 타겟을 포함하는 타겟 조립체;를 포함하며,
    상기 타겟은 충돌 전 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되며, 상기 타겟 조립체는 상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재를 더 포함하는 X-선 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 갖는 X-선 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 조립체는, 일단에 상기 타겟이 장착되며 내부에는 상기 타겟의 냉각을 위한 냉각수가 공급되는 냉각 챔버가 형성된 조립체 바디를 더 포함하는 X-선 발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조립체 바디는 상기 냉각 챔버를 외측 챔버와 내측 챔버로 구획하는 챔버구획부재를 포함하며, 상기 냉각수는 상기 내측 챔버를 따라 상기 방열부재로 안내되고 상기 외측 챔버를 통해 외부로 유출되는 X-선 발생장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하우징의 외측면에 설치되며 상기 조립체 바디의 삽입 장착을 위한 조립체 장착홀이 형성된 조립체 장착부재를 더 포함하는 X-선 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조립체 장착부재에는 상기 냉각 챔버로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급로가 형성된 X-선 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조립체 장착부재는 열전도성 재질을 갖는 X-선 발생장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조립체 장착부재는 구리 재질을 갖는 X-선 발생장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 타겟 조립체는, 상기 조립체 바디의 타단에 결합되며 상기 조립체 장착홀 내로 삽입된 상기 조립체 바디가 일정 위치에 유지되도록 상기 조립체 장착홀보다 더 큰 크기를 갖는 위치고정헤드를 더 포함하는 X-선 발생장치.
  10. 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되어 열전자들을 발생시키는 열전자 발생유닛;
    상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되며 상기 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되는 타겟; 및
    상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재;를 포함하는 X-선 발생장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 갖는 X-선 발생장치.
  12. 내부에 열전자 발생유닛을 구비한 하우징의 외측면에 설치되며, 상기 열전자 발생유닛으로부터 방출된 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되는 X-선 발생장치의 타겟 조립체로서,
    상기 열전자들이 충돌하여 X-선이 발생되며 상기 열전자들의 이동 방향에 대해 경사진 방향을 따라 배치되는 타겟; 및
    상기 타겟에서 발생되는 열을 방출하도록 상기 타겟의 후면에 부착되는 방열부재;를 포함하는 X-선 발생장치의 타겟 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 방열부재는 CVD 다이아몬드 재질을 갖는 X-선 발생장치의 타겟 조립체.
  14. 제12항에 있어서,
    일단에 상기 타겟이 장착되며 내부에는 상기 타겟의 냉각을 위한 냉각수가 공급되는 냉각 챔버가 형성된 조립체 바디를 더 포함하는 X-선 발생장치의 타겟 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조립체 바디의 타단에 결합되며 상기 조립체 바디보다 더 큰 단면적을 갖는 위치고정헤드를 더 포함하는 X-선 발생장치의 타겟 조립체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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