KR20120075396A - Field emission x-ray generating apparatus - Google Patents

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KR20120075396A
KR20120075396A KR1020110142240A KR20110142240A KR20120075396A KR 20120075396 A KR20120075396 A KR 20120075396A KR 1020110142240 A KR1020110142240 A KR 1020110142240A KR 20110142240 A KR20110142240 A KR 20110142240A KR 20120075396 A KR20120075396 A KR 20120075396A
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field emission
control resistor
electron
high voltage
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KR1020110142240A
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히토시 이나바
요시히로 오니즈카
도모노리 나카무라
아츠오 조즈카
다카요시 고이케
야스나리 후쿠다
미츠아키 구마노
요시히로 노구치
Original Assignee
다카사고네츠가쿠고오교 가부시키가이샤
오니즈카 글래스 가부시키가이샤
후텍스 가부시키가이샤
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Abstract

PURPOSE: A field emission X-ray generating apparatus is provided to improve a lifetime property by not using a specific electron emission device. CONSTITUTION: A housing(11) is made of glass and insulating materials. A cold cathode(12) and a target(13) are located in the housing. A target is grounded through a window(14). The cold cathode is electrically connected to a DC power source(21) and a high voltage cable(22). A first current control resistor(31) and a second current control resistor(41) are serially installed in the high voltage cable.

Description

전계 방출형 Ｘ선 발생 장치{FIELD EMISSION X-RAY GENERATING APPARATUS}Field emission X-ray generator {FIELD EMISSION X-RAY GENERATING APPARATUS}

본 발명은, 전계 방출형 X선 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a field emission type X-ray generator.

최근, 예컨대 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서는, 연 X선(미약 X선: soft X-ray)을 조사하여 이온을 생성하고, 이것을 이용하여 제전하는 기술이 사용되고 있다. 연 X선을 발생시키는 장치로서는, 이제까지 필라멘트 방식의 X선 발생 장치가 사용되어 왔지만, 이 필라멘트 방식의 X선 발생 장치에서는, 소비 전력이 크다고 하는 문제가 있었다.In recent years, for example, in the manufacturing process of a flat panel display, the technique which irradiates soft X-rays (soft X-rays), produces | generates an ion, and uses this to discharge | charge is used. As a device for generating soft X-rays, a filament-based X-ray generator has been used so far, but the filament-based X-ray generator has a problem of high power consumption.

그래서 최근에는, 전계 방출형 전자원을 이용한 X선관(전계 방출형 X선관)이, 상온에서의 전자 방출이 가능하기 때문에 소비 전력을 낮게 억제할 수 있으므로, 종래의 필리멘트 방식의 X선관을 대신하는 방식으로서 기대되고 있다. 그러나, 수 kV?수십 kV의 고압 전압을 전계 방출형 X선관에 인가하면, 점등 시간의 경과와 함께 전자 방출 특성이 열화된다고 하는 문제가 있다. 이 때문에 수천시간 이상의 수명이 최저한으로 요구되는 용도(예컨대 제전용) 등에서는, 전계 방출형 X선관을 이용한 장치는 실용화되어 있지 않은 것이 실정이다.Therefore, in recent years, since X-ray tubes (field emission-type X-ray tubes) using field emission-type electron sources can emit electrons at room temperature, power consumption can be kept low, so that instead of conventional filament-type X-ray tubes, It is expected as a way to do it. However, when a high voltage of several kV to several tens of kV is applied to the field emission type X-ray tube, there is a problem that the electron emission characteristics deteriorate with the lapse of the lighting time. For this reason, it is a situation that the apparatus using a field emission X-ray tube is not put to practical use in the use (for example, antistatic) etc. which require the minimum lifetime of several thousand hours.

이 점에 관해서, 전계 방출형의 X선 발생 장치의 긴 수명을 확보하는 기술로서, 이미터와 게이트 전극 사이를 정해진 저항을 가진 배선으로 단락시키는 기술이 제안되어 있다.(특허문헌 1)In this regard, as a technique for securing a long life of the field emission type X-ray generator, a technique of shorting the emitter and the gate electrode with a wiring having a predetermined resistance has been proposed (Patent Document 1).

일본 특허 공개 제2008-53241호 공보Japanese Patent Publication No. 2008-53241

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 정전기 대전에 기인하는 전위 발생에 의한 방전 파괴 방지를 목적으로 하고 있고, 후술하는 바와 같이 고압 케이블에 의해, 전원과 전계 방출형 X선관을 연결하는 장치로서 구성한 경우에는, 고압 케이블에 발생하는 과전류나, 특히 점등 시작시에 발생하기 쉬운 돌발적인 이상 전류의 대책에는 충분하지 않다.However, the technique described in Patent Literature 1 aims at preventing discharge destruction due to potential generation due to electrostatic charging, and as described below, a high voltage cable is used to connect the power supply and the field emission type X-ray tube. In this case, it is not sufficient for countermeasures of overcurrent generated in the high-voltage cable, and sudden abnormal currents, which are particularly likely to occur at the start of lighting.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 수명이 긴 전계 방출형 X선 발생 장치를 제공하여, 전술한 문제의 해결을 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.This invention is made | formed in view of such a point, Comprising: It aims at providing the field emission type X-ray generator which has a long lifetime, and aims at solving the above-mentioned problem.

발명자 등이 예의 연구한 바, 수 kV?수십 kV의 고압 전압을 X선관에 인가한 경우에, 전자 방출 특성이 열화하는 큰 원인은, 전계 방출형 X선관 특유의 전자 방출원의 전류의 변동에 유발되는 과전류의 발생인 것을 알 수 있었다.As a result of careful studies by the inventors and the like, when a high-voltage voltage of several kV to several tens of kV is applied to an X-ray tube, a large cause of deterioration in electron emission characteristics is caused by variation in current of an electron emission source peculiar to a field emission type X-ray tube. It was found that this is the occurrence of induced overcurrent.

이것을 도면에 기초하여 설명하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 예컨대 제전용 장치로서 구성하는 경우, 전계 방출형 X선관(101)에 대해서는, 고압 케이블(102)을 통해 직류 전원(103)으로부터 전계 방출형 X선관(101) 내의 전자 방출 소자에 대하여 전압을 인가하는 구성이 된다. 이 고압 케이블(102)에는, 케이블 길이에 유래하여 기생하는 소위 기생 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)가 존재한다. 또한 고압 케이블(102)에서의 직류 전원(103) 근방의 지점에는, 과전류 방지를 위한 과전류 방지 저항(104)을 설치하는 것이 통상적으로 생각된다.If this is demonstrated based on drawing, as shown in FIG. 2, when comprised as an antistatic apparatus, for example, about the field emission type X-ray tube 101, it is an electric field from the DC power supply 103 via the high voltage cable 102. The voltage is applied to the electron-emitting device in the emission type X-ray tube 101. In this high voltage cable 102, there exist so-called parasitic inductance L and capacitance C which are parasitic based on cable length. In addition, it is usual to provide an overcurrent protection resistor 104 for overcurrent prevention at a point near the DC power supply 103 in the high voltage cable 102.

이 상태에서 전계 방출형 X선관(101)이 점등하면, 전계 방출형 X선관(101)은 필라멘트 방식의 X선관보다 전자 방출량의 변동이 크고, 이 변동에 기인하여 전술한 기생 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의해, 고전압이 소위 2차적으로 고압 케이블(102)에 발생하는 것을 알 수 있었다. 이 2차적으로 발생한 전압은, 과전류 방지 저항(104)을 경유하지 않고, 그 결과, 도 2에 도시한 장치 구성은, 결국 도 3에 도시한 회로와 등가가 된다. 이 때문에, 과전류 방지 저항(104)에 의한 과전류 방지 기능이 작용하지 않아, 전자 소스의 전자 방출량이 더 증대되어, 이상 방전에 의한 이미터(전자 방출 소자)의 열화를 야기해 버린다.When the field emission type X-ray tube 101 is turned on in this state, the field emission type X-ray tube 101 has a larger variation in electron emission amount than the filament type X-ray tube, and due to this variation, the parasitic inductance L It was found by the capacitance C that a high voltage was generated in the high voltage cable 102 so-called secondary. This secondary generated voltage does not pass through the overcurrent protection resistor 104, and as a result, the device configuration shown in FIG. 2 becomes equivalent to the circuit shown in FIG. For this reason, the overcurrent prevention function by the overcurrent prevention resistor 104 does not work, and the electron emission amount of an electron source further increases, causing deterioration of the emitter (electron emission element) by abnormal discharge.

이 열화는, 전자 방출 성능을 점차 열화시키기 때문에, 전계 방출형 X선관(101)의 수명이 짧아진다. 또한 전술한 기생 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의해, 특히 점등 시작시에 극히 단시간에 고전압이 고압 케이블(102)에 발생하는 것도 알 수 있다. 발명자 등의 지견으로는, 최대로 전계 방출형 X선관(101)의 정격의 110%의 전압이 인가될 가능성이 있다.This deterioration gradually degrades the electron emission performance, so the life of the field emission type X-ray tube 101 is shortened. In addition, it can be seen that the above-mentioned parasitic inductance L and capacitance C generate a high voltage on the high voltage cable 102 in a very short time, especially at the start of lighting. From the knowledge of the inventors, there is a possibility that a voltage of 110% of the rating of the field emission type X-ray tube 101 is applied to the maximum.

그래서 이러한 문제를 감안하여, 본 발명의 전계 방출형 X선 발생 장치는, 전자를 방출하는 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자의 조사에 의해 X선을 발생시키는 타겟과, 상기 타겟에서 발생한 X선을 외부에 방출하는 창부(窓部)를 갖는 X선관과, 이 X선관에 대하여 고압 케이블을 통해 전압을 인가하는 전원부를 구비하고, 상기 전원부 근방에는, 상기 전원부로부터 상기 고압 케이블에 흐르는 전류를 제한하는 제1 전류 제어 저항이 설치되며, 상기 전자 방출 소자 근방에는, 상기 고압 케이블로부터 전자 방출 소자에 흐르는 전류를 제한하는 제2 전류 제어 저항이 설치되고, 상기 제2 전류 제어 저항의 저항값은, 상기 전자 방출 소자 고유의 저항값과 상기 전자 방출 소자-상기 타겟간의 저항값의 합계 저항값보다 작은 것을 특징으로 하고 있다.Therefore, in view of such a problem, the field emission type X-ray generator of the present invention includes an electron emission element for emitting electrons, a target for generating X-rays by irradiation of electrons emitted from the electron emission element, and the target. An X-ray tube having a window portion for emitting X-rays generated from the outside, and a power supply portion for applying a voltage to the X-ray tube via a high voltage cable, and in the vicinity of the power supply portion, the power supply portion is connected to the high voltage cable. A first current control resistor for limiting the flowing current is provided, and a second current control resistor for limiting the current flowing from the high voltage cable to the electron emission element is provided near the electron emission element, and The resistance value is smaller than the total resistance value of the resistance value inherent to the electron emission element and the resistance value between the electron emission element and the target. And.

본 발명에 의하면, 전술한 전원 근방에 설치되는 과전류 방지용의 제1 전류 제어 저항 외에, 전자 방출 소자 근방에, 상기 고압 케이블로부터 전자 방출 소자에 흐르는 전류를 제한하는 제2 전류 제어 저항이 설치되어 있기 때문에, 전술한 바와 같은, 기생 인덕턴스와 커패시턴스에 의해 극히 단시간에 고전압이 고압 케이블에 발생하여도, 이 제2 전류 제어 저항에 의해, 전자 방출 소자로부터의 전자 방출량을 억제하고, 상기 방출 소자의 보호를 도모하여 긴 수명을 실현할 수 있다.According to the present invention, in addition to the first current control resistor for preventing the overcurrent provided near the power supply described above, a second current control resistor is provided in the vicinity of the electron emission device to limit the current flowing from the high voltage cable to the electron emission device. Therefore, even if a high voltage is generated in the high voltage cable in a very short time due to parasitic inductance and capacitance as described above, the second current control resistor suppresses the amount of electron emission from the electron-emitting device and protects the emission-element. Long life can be achieved.

제2 전류 제어 저항의 저항값 R[Ω]은, 상기 X선관에 인가하는 전압의 절대값을 Vo로 했을 때, R=0.1×Vo?1000×Vo인 것이 바람직하다.It is preferable that the resistance value R [Ω] of the second current control resistor is R = 0.1 x Vo to 1000 x Vo when the absolute value of the voltage applied to the X-ray tube is Vo.

또한 상기 제2 전류 제어 저항은, 상기 전자 방출 소자와 고압 케이블 사이에서, 상기 전자 방출 소자로부터 2 m 이내에 설치되고, 상기 제2 전류 제어 저항과 상기 전자 방출 소자 사이의 고압 케이블에 기생하는 인덕턴스는 2 μH 이하, 커패시턴스는 200 pF 이하인 것이 바람직하다.In addition, the second current control resistor is disposed between the electron emission device and the high voltage cable within 2 m of the electron emission device, and the inductance parasitic in the high voltage cable between the second current control resistor and the electron emission device is increased. It is preferable that it is 2 muH or less, and the capacitance is 200 pF or less.

또한 본 발명에서 사용되는 상기 전자 방출 소자는, 그래파이트(graphite)를 기재(基材)로 한 냉음극인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said electron emission element used by this invention is a cold cathode which made graphite the base material.

본 발명에 의하면, 특수한 전자 방출 소자를 이용하지 않고, 수명이 긴 전계 방출형 X선 발생 장치를 얻을 수 있다.According to the present invention, a long field emission type X-ray generator can be obtained without using a special electron emitting device.

도 1은 실시형태에 따른 전계 방출형 X선 발생 장치의 구성을 모식적으로 도시한 설명도.
도 2는 종래 기술로 구성한 전계 방출형 X선 발생 장치의 구성을 모식적으로 도시한 설명도.
도 3은 도 2의 전계 방출형 X선 발생 장치의 사용시의 등가 회로를 도시하는 설명도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows typically the structure of the field emission type X-ray generator which concerns on embodiment.
2 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a field emission type X-ray generator constructed in the prior art.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an equivalent circuit in use of the field emission type X-ray generator of FIG. 2. FIG.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하면, 도 1은 실시형태에 따른 전계 방출형 X선 발생 장치(1)의 전체의 구성을 모식적으로 도시하고 있고, 전계 방출형 X선관(10)은, 진공 용기로서의 하우징(housing)(11), 전자 방출 소자로서의 냉음극(cold cathode)(12), 타겟(13), 및 하우징(11) 안에서 발생한 X선을 외부에 방출시키는 창(14)을 갖고 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, when demonstrating embodiment of this invention, FIG. 1 has shown typically the whole structure of the field emission type X-ray generator 1 which concerns on embodiment, and the field emission type X-ray tube 10 is , A housing 11 as a vacuum vessel, a cold cathode 12 as an electron-emitting device, a target 13, and a window 14 for emitting X-rays generated inside the housing 11 to the outside. Have

하우징(11)은, 내부를 기밀(氣密)하게 유지할 수 있는 절연성이 있는 재질로 구성되어 있다. 예컨대 유리재와 절연재로 구성된다. 하우징(11) 내부에는, 냉음극(12)과 타겟(13)이 대향하고 있다.The housing 11 is comprised from the insulating material which can hold | maintain airtight inside. For example, it consists of a glass material and an insulating material. Inside the housing 11, the cold cathode 12 and the target 13 face each other.

전자 방출 소자가 되는 냉음극(12)은, 도전성의 박판으로 구성하여도 좋지만, 그래파이트에 의해 구성하여도 좋다. 본 실시형태에서는, 그래파이트를 기재로 한 전자 재료(그래파이트 나노 스파인즈: graphite-nano-spines)를 사용하였다. 그 외, 탄소를 주재료로 하는 소재, 예컨대 카본 나노 튜브를 이용할 수도 있다.The cold cathode 12 serving as the electron emission element may be made of a conductive thin plate, but may be made of graphite. In this embodiment, an electronic material (graphite nano spines: graphite-nano-spines) based on graphite was used. In addition, a carbon-based material such as carbon nanotubes may be used.

타겟(13)은 창(14)을 통해 접지되고, 타겟(13) 및 창(14)은 접지 전위이다. 타겟(13)의 재질은, 예컨대 텅스텐(tungsten), 구리 등, 도전성이 양호한 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 창(14)은, 타겟(13)에서 발생한 X선을 외부에 방출하는 기능을 갖는 재료가 사용되고, 예컨대 X선의 투과성이 우수한 베릴륨(beryllium)에 의해 구성되어 있다.Target 13 is grounded through window 14, and target 13 and window 14 are at ground potential. The material of the target 13 is comprised by the metal material with good electroconductivity, such as tungsten and copper. The window 14 is made of a material having a function of releasing X-rays generated by the target 13 to the outside, for example, beryllium having excellent X-ray permeability.

냉음극(12)은, 직류 전원(21)과 고압 케이블(22)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(21)은, 양극측이 접지되어 있고, 냉음극(12)에 대하여, 고압의 음전압, 예컨대 -9 kV?-16 kV를 인가하는 것이 가능하게 되어 있다.The cold cathode 12 is electrically connected by the DC power supply 21 and the high voltage cable 22. In the DC power supply 21, the anode side is grounded, and it is possible to apply a high voltage negative voltage, for example, -9 kV to -16 kV, to the cold cathode 12.

직류 전원(21)은, 제어 장치(23)에 의해 그 전압, 전류가 제어된다. 이러한 제어는, 고압 케이블(22)에 흐르는 전류, 또는 전계 방출형 X선관(10)에 인가되는 전압값을 검출하는 모니터(24)로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 전압이나 전류를 일정값으로 제어하는 피드백 제어에 의해 이루어진다.The voltage and current of the DC power supply 21 are controlled by the control device 23. This control is based on the detection signal from the monitor 24 which detects the electric current which flows in the high voltage cable 22, or the voltage value applied to the field emission type X-ray tube 10, and makes the said voltage or electric current constant. Control by feedback control.

그리고 고압 케이블(22)에서의 직류 전원(21)의 근방에는, 제1 전류 제어 저항(31)이 고압 케이블(22)에 대하여 직렬로 설치되어 있다. 이 제1 전류 제어 저항(31)의 저항값은, 본 실시형태에서는, 예컨대 100 kΩ이다.In the vicinity of the DC power supply 21 in the high voltage cable 22, a first current control resistor 31 is provided in series with the high voltage cable 22. The resistance value of this first current control resistor 31 is, for example, 100 k? In this embodiment.

또한 고압 케이블(22)에서의 직류 전원(21)의 근방에는, 제2 전류 제어 저항(41)이 고압 케이블(22)에 대하여 직렬로 설치되어 있다. 이 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값은, 전계 방출형 X선관(10)에 인가되는 전압의 절대값을 Vo[V]로 했을 때, 0.1×Vo?1000×Vo[Ω]이다.In the vicinity of the DC power supply 21 in the high voltage cable 22, a second current control resistor 41 is provided in series with the high voltage cable 22. The resistance value of this second current control resistor 41 is 0.1 x Vo-1000 x Vo [Ω] when the absolute value of the voltage applied to the field emission type X-ray tube 10 is Vo [V].

발명자의 지견에 의하면, 이미 기술한 과전류를 신뢰성 높게 방지하기 위해서는, 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값은 0.1 Ω 이상, 바람직하게는 10 Ω 이상이면 좋고, 이것보다 높게 하면 할수록, 이상 방전 방지 기능은 보다 향상된다. 즉, 이미 기술한 바와 같이, 전계 방출형 X선관(10)에서의 전류 변동에 따르는 기생 인덕턴스에 기인하는 전압이 발생한 경우, 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값이 높을수록, 보다 많은 전압이 제2 전류 제어 저항(41)에 부가되고, 그 만큼 전계 방출형 X선관(10)에의 음의 과전압이 적어져, 과전류를 발생시키는 리스크가 작아진다.According to the inventor's knowledge, in order to reliably prevent the above-described overcurrent, the resistance value of the second current control resistor 41 may be 0.1 Ω or more, preferably 10 Ω or more. The prevention function is further improved. That is, as described above, when a voltage due to parasitic inductance due to the current variation in the field emission type X-ray tube 10 occurs, the higher the resistance value of the second current control resistor 41 is, the more the voltage is. The negative current over the field emission type X-ray tube 10 is added to the second current control resistor 41 so that the risk of generating an overcurrent is reduced.

한편, 제2 전류 제어 저항(41)을 직렬로 접속하는 것은, 전계 방출형 X선관(10)의 정상 점등시, 예컨대 500 μA로 점등중, 제2 전류 제어 저항(41)에는, 이 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값×0.0005 A의 전압이 걸린다. 그렇게 하면, 예컨대 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값이 100 kΩ인 경우에는, 50 v의 전압이 걸리기 때문에, 그 결과, 제2 전류 제어 저항(41)에서는, 50[v]×0.0005[A]=0.025[W]의 전력이 소비되게 된다.On the other hand, connecting the second current control resistor 41 in series means that the second current control resistor 41 is turned on during the normal lighting of the field emission type X-ray tube 10, for example, at 500 μA. The voltage of the resistance value x 0.0005 A of the current control resistor 41 is applied. In this case, for example, when the resistance value of the second current control resistor 41 is 100 k ?, a voltage of 50 v is applied. As a result, the second current control resistor 41 has 50 [v] × 0.0005 [ A] = 0.025 [W] is consumed.

이와 같이 0.025 W 정도의 레벨이면 문제는 없지만, 제2 전류 제어 저항(41)에서 소비되는 전력이 수 W 이상이 되면, 전계 방출형 X선관(10)을 이용함으로써 종래의 필라멘트형 X선관보다 적은 전력으로 정해진 X선이 발생한다고 하는, 전계 방출형 X선관의 메리트는 줄고, 우위성이 없어져 버린다.If the level is about 0.025 W in this way, there is no problem. However, when the power consumed by the second current control resistor 41 becomes a few W or more, the field emission type X-ray tube 10 is used to reduce the amount of the conventional filament-type X-ray tube. The merit of the field emission X-ray tube that X-ray determined by electric power is generated decreases, and the superiority is lost.

그래서, 전술한 바와 같이, 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값의 상한은, 1000×Vo[Ω]로 하였다. 또한 발명자의 지견으로는, 보다 적합하고 실용적인 범위는, 전계 방출형 X선관(10)에 인가되는 전압의 절대값을 Vo[V]로 했을 때, 수 Vo?수백 Vo[Ω]이다.Therefore, as described above, the upper limit of the resistance value of the second current control resistor 41 is set to 1000 x Vo [?]. In addition, from the inventor's knowledge, a more suitable and practical range is several Vo to several hundred Vo [Ω] when the absolute value of the voltage applied to the field emission type X-ray tube 10 is Vo [V].

이 예에서는, 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값은, 105 Ω으로 하였다. 이것은 냉음극(12)의 저항[이미터 저항: 냉음극(12)을 구성하는 소자 고유의 저항값과 상기 소자-타겟(13)간의 저항값의 합계 저항값]보다 작은 것이다. 즉 본 실시형태에서는, 냉음극(12)의 저항이, 2×107 Ω(10 kV 인가로 0.5 ㎃가 측정되는 것으로 부터 산출)일 때, 바람직한 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값의 범위는, 0.1×104?1000×104 Ω, 즉 103?107 Ω이다. 이것은, 냉음극(12)의 저항(이미터 저항)보다 작은 것이다.In this example, the resistance value of the second current control resistor 41 was 10 5 Ω. This is smaller than the resistance of the cold cathode 12 (emitter resistance: the total resistance value of the resistance value inherent to the elements constituting the cold cathode 12 and the resistance value between the element and target 13). In other words, in the present embodiment, when the resistance of the cold cathode 12 is 2 × 10 7 Ω (calculated from 0.5 kV measured by applying 10 kV), the resistance value of the preferable second current control resistor 41 is obtained. The range is 0.1 × 10 4 to 1000 × 10 4 Ω, that is, 10 3 to 10 7 Ω. This is smaller than the resistance (emitter resistance) of the cold cathode 12.

또한 제2 전류 제어 저항(41)을 전계 방출형 X선관(10)의 근방에 직렬로 설치하는 위치에 대해서는, 냉음극(12)으로부터 2 m 이내가 바람직하다. 이것은 냉음극(12)으로부터 멀어지면 멀어질수록, 고압 케이블(22)에 기생하는 인덕턴스와 커패시턴스가 커져, 그 만큼 이들을 원인으로 하는 과전류에 의한 리스크가 증대한다. 한편 발명자가 실험으로 확인한 바, 냉음극(12)으로부터 2 m 이내이면, 본 발명의 소기의 효과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 상기 리스크를 고려하면, 제2 전류 제어 저항(41)은, 냉음극(12)과 직접 접속하여도 좋지만, 그렇게 하면, 냉음극(12) 자체의 구조를 개변(改變)해야 한다. 따라서, 실용상은, 냉음극(12)으로부터 1 ㎝?10 ㎝ 이내가 바람직하다. 이것에 의해, 고압 케이블(22)의 재질에도 의하지만, 일반적인 이 종류의 용도에 사용되는 실리콘 고무(silicone rubber) 등으로 절연된 구리선의, 수십 kV용 고압 케이블에 기생하는 인덕턴스를 2 μH 이하, 커패시턴스는 200 pF 이하로 억제할 수 있다.The position where the second current control resistor 41 is provided in series near the field emission type X-ray tube 10 is preferably within 2 m from the cold cathode 12. As the distance from the cold cathode 12 increases, the inductance and capacitance parasitic on the high voltage cable 22 increase, so that the risk of overcurrent causing these increases. On the other hand, when the inventor confirmed by experiment, it could be confirmed that the desired effect of this invention can be acquired as it is within 2 m from the cold cathode 12. In view of the above risk, the second current control resistor 41 may be directly connected to the cold cathode 12, but if so, the structure of the cold cathode 12 itself must be modified. Therefore, practically, within 1 cm-10 cm is preferable from the cold cathode 12. Thereby, the inductance parasitic of the high-voltage cable for tens of kV of copper wire insulated with silicon rubber or the like used for this kind of general application is 2 μH or less, Capacitance can be suppressed to 200 pF or less.

본 실시형태는, 이상의 구성을 갖고 있기 때문에, 직류 전원(21)으로부터 고압 케이블(22)을 통해 전계 방출형 X선관(10)의 전계 방출 소자인 냉음극(12)에 대하여, 절대값이 수십 kV인 전압을 인가했을 때, 도 1에 도시한 바와 같이, 고압 케이블(22)에 기생하는 인덕턴스(L)나 커패시턴스(C)에 기인하는 기전력에 의해 과전류가 발생하여도, 제2 전류 제어 저항(41)에 의해, 상기 과전류가 그대로 냉음극(12)에 흐르는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 냉음극(12) 즉, 전계 방출형 X선관(10)의 수명을 종래보다 훨씬 연장할 수 있고, 예컨대 제전 용도에 필요한 수천 시간 이상의 수명을 확보할 수 있다.Since this embodiment has the above structure, the absolute value of the cold cathode 12 which is the field emission element of the field emission type X-ray tube 10 from the DC power supply 21 through the high voltage cable 22 is tens of times. When a voltage equal to kV is applied, as shown in FIG. 1, even when overcurrent occurs due to electromotive force resulting from parasitic inductance L or capacitance C in the high voltage cable 22, the second current control resistor is used. By 41, the overcurrent can be prevented from flowing to the cold cathode 12 as it is. Therefore, the life of the cold cathode 12, i.e., the field emission type X-ray tube 10 can be extended much longer than before, and the life of thousands of hours or more necessary for static elimination applications, for example, can be ensured.

또한 점등 시작시에, 전류의 흔들림(전류의 변동)과 전술한 기생 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)의 상호 작용에 의해 발생하는 기전력에 의한 전압이 방지되기 때문에, 점등 시작시에서, 극히 단시간에 흐르는 예컨대 펄스(pulse)적인 전압 인가도 방지할 수 있다.In addition, since the voltage due to the electromotive force generated by the fluctuation of the current (variation of the current) and the above-mentioned parasitic inductance L and capacitance C is prevented at the start of lighting, extremely short time at the start of lighting It is also possible to prevent the application of a pulsed voltage flowing in the for example.

도 1에 도시한 전계 방출형 X선 발생 장치(1)를 이용하여 발명자가 실험한 바, 다음과 같은 결과가 얻어졌다. 즉, 전계 방출형 X선관(10)에 인가되는 전압이 -14 kV, 제2 전류 제어 저항(41)의 저항값이 100 kΩ, 고압 케이블(22)의 길이가 15 m인 경우, 점등 초기와 1000 시간 경과 후의 냉음극(12)에 흐르는 전류를 측정한 바, 모두 500 μA로 안정적이었다.When the inventor experimented using the field emission type X-ray generator 1 shown in FIG. 1, the following result was obtained. That is, when the voltage applied to the field emission type X-ray tube 10 is -14 kV, the resistance value of the second current control resistor 41 is 100 kΩ, and the high-voltage cable 22 is 15 m in length, The current flowing through the cold cathode 12 after 1000 hours was measured, and all were stable at 500 µA.

이것에 대하여, 제2 전류 제어 저항(41)을 갖지 않는 도 2에 도시한 장치로, 동일한 조건으로 조사한 바, 점등 초기는, 냉음극(12)에 흐르는 전류는 500 μA였지만, 24시간 경과 후에는, 이미 200 μA까지 저하되어 있고, 24시간 후에는 이미 냉음극(12)이 소기의 기능을 발휘할 수 없게 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, with the apparatus shown in FIG. 2 which does not have the 2nd current control resistor 41, when it irradiated on the same conditions, the initial stage of lighting was 500 microA although the current which flows in the cold cathode 12 was 24 hours later, It was confirmed that the temperature was already lowered to 200 µA, and after 24 hours, the cold cathode 12 was not able to exhibit the desired function.

또한 본 실시형태에서는, 전자 방출 소자가 되는 냉음극(12)에, 그래파이트를 기재로 한 전자 재료(그래파이트 나노 스파인즈)를 사용했지만, 그와 같은 그래파이트를 이용한 전자 재료를 이용하지 않아도, 본 발명의 소기의 효과인, 필라멘트 방식보다 에너지 효율이 좋고, 수명이 긴 전계 방출형 X선 발생 장치를 실현할 수 있다.In addition, in this embodiment, although the graphite-based electronic material (graphite nano spines) was used for the cold cathode 12 which becomes an electron emission element, even if it does not use the electronic material using such graphite, this invention The field emission type X-ray generator which is more energy efficient than the filament method and has a long life can be realized.

또한 상기 실시형태는, 주로 제전용으로 구성한 예였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지않고, 종래의 이 종류의 X선 장치와 동일한 용도에 대해서도 적용할 수 있다.In addition, although the said embodiment was the example mainly comprised for static elimination, this invention is not limited to this, It is applicable also to the same use as this conventional X-ray apparatus of this kind.

본 발명은, 장시간 연속하여 사용하는 전계 방출형 X선 발생 장치에서 특히 유용하다.This invention is especially useful in the field emission type X-ray generator used continuously for a long time.

1: 전계 방출형 X선 발생 장치, 10: 전계 방출형 X선관, 11: 하우징, 12: 냉음극, 13: 타겟, 14: 창, 21: 직류 전원, 22: 고압 케이블, 23: 제어 장치, 24: 모니터, 31: 제1 전류 제어 저항, 41: 제2 전류 제어 저항DESCRIPTION OF SYMBOLS: Field emission-type X-ray generator, 10: Field emission-type X-ray tube, 11: Housing, 12: Cold cathode, 13: Target, 14: Window, 21: DC power supply, 22: High voltage cable, 23: Control device, 24: monitor, 31: first current control resistor, 41: second current control resistor

Claims (4)

전계 방출형 X선 발생 장치로서,
전자를 방출하는 전자 방출 소자와, 상기 전자 방출 소자로부터 방출된 전자의 조사에 의해 X선을 발생시키는 타겟과, 상기 타겟에서 발생한 X선을 외부에 방출하는 창부(窓部)를 갖는 X선관과,
이 X선관에 대하여 고압 케이블을 통해 전압을 인가하는 전원부를 구비하고,
상기 전원부 근방에는, 상기 전원부로부터 상기 고압 케이블을 흐르는 전류를 제한하는 제1 전류 제어 저항이 설치되며,
상기 전자 방출 소자의 근방에는, 상기 고압 케이블로부터 전자 방출 소자에 흐르는 전류를 제한하는 제2 전류 제어 저항이 설치되고,
상기 제2 전류 제어 저항의 저항값은, 상기 전자 방출 소자의 고유의 저항값과 상기 전자 방출 소자-상기 타겟간의 저항값의 합계 저항값보다 작은 것을 특징으로 하는 전계 방출형 X선 발생 장치.A field emission type X-ray generator,
An X-ray tube having an electron-emitting device for emitting electrons, a target for generating X-rays by irradiation of electrons emitted from the electron-emitting device, and a window portion for emitting X-rays generated from the target to the outside; ,
A power supply unit for applying a voltage to the X-ray tube through a high voltage cable,
In the vicinity of the power supply unit, a first current control resistor is provided to limit the current flowing through the high voltage cable from the power supply unit.
In the vicinity of the electron-emitting device, a second current control resistor for limiting the current flowing from the high voltage cable to the electron-emitting device is provided.
And the resistance value of the second current control resistor is smaller than the total resistance value of the resistance value inherent to the electron emission element and the resistance value between the electron emission element and the target. 제1항에 있어서, 상기 X선관에 인가하는 전압의 절대값을 Vo[V]로 했을 때, 상기 제2 전류 제어 저항 R[Ω]은, R=0.1×Vo?1000×Vo인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 X선 발생 장치.The second current control resistor R [Ω] is R = 0.1 x Vo to 1000 x Vo when the absolute value of the voltage applied to the X-ray tube is Vo [V]. Field emission type X-ray generator. 제2항에 있어서,
상기 제2 전류 제어 저항은, 상기 전자 방출 소자와 고압 케이블 사이에서, 상기 전자 방출 소자로부터 2 m 이내에 설치되고,
상기 제2 전류 제어 저항과 상기 전자 방출 소자 사이의 고압 케이블에 기생하는 인덕턴스는 2 μH 이하, 커패시턴스는 200 pF 이하인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 X선 발생 장치.The method of claim 2,
The second current control resistor is provided within 2 m from the electron emission element between the electron emission element and the high voltage cable,
The field emission type X-ray generator of claim 2, wherein the inductance parasitic in the high-voltage cable between the second current control resistor and the electron-emitting device is 2 μH or less, and the capacitance is 200 pF or less. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 방출 소자는, 그래파이트를 기재(基材)로 한 냉음극 소자인 것을 특징으로 하는 전계 방출형 X선 발생 장치.4. The field emission type X-ray generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the electron emission device is a cold cathode device based on graphite.
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