KR20140093630A

KR20140093630A - 투과형 x선 타겟 및, 이를 구비한 방사선 발생관

Info

Publication number: KR20140093630A
Application number: KR1020140005793A
Authority: KR
Inventors: 요이치 이카라시; 타카오 오구라; 타케오 쓰카모토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-28
Also published as: KR101707833B1; CN106783487B; US9502204B2; JP2014137966A; CN103943442A; US20140205071A1; EP2757570B1; EP2757570A2; CN103943442B; EP2757570A3; JP6253233B2; CN106783487A

Abstract

투과형 X선 타겟은, 제1면과, 상기 제1면에 대향하는 제2면을 가지는 평판형의 다이아몬드 기판과, 상기 제1면 위에 위치된 타겟층을 구비한다. 상기 제1면의 잔류응력은, 상기 제2면의 잔류응력보다 낮다.

Description

투과형 X선 타겟 및, 이를 구비한 방사선 발생관{TRANSMISSION-TYPE X-RAY TARGET AND RADIATION GENERATING TUBE INCLUDING THE SAME}

본 발명은, 의료기기, 비파괴 검사장치등에 적용가능한 파장범위 1ｐｍ∼10ｎｍ에서 X선을 방출하는 방사선 발생장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명의 국면들은, 타겟층과, 상기 타겟층을 지지하는 다이아몬드 기판을 구비한 투과형 X선 타겟에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명의 국면들은, 상기 투과형 X선 타겟을 구비하는 방사선 발생관에 관한 것이고, 상기 방사선 발생관을 구비한 방사선 발생장치에 관한 것이며, 상기 방사선 발생장치를 구비한 방사선 촬영장치에 관한 것이다.

최근에, 재택 의료 체제가 설립되어 있고, 구급 의료 서비스가 제공한 치료의 수준이 향상하고 있다. 이에 따라, 휴대 가능한 소형 경량의 의료 모달리티 장치의 요구가 증가하고 있다. 이러한 니즈(needs)에 응답하도록, 여러 가지 의료 모달리티 장치들은, 의료분야에 있어서의 분석 진단 기술의 진척에 따라 개발되고 있다. 방사선 발생장치를 구비한 사출 방사선 촬영장치는 대형이다. 그러므로, 사출 방사선 촬영장치는, 주로 병원과 의료검사 기관에 사용된 바닥 설치형이다. 지금까지, 이러한 바닥 설치된 의료 모달리티 장치는, 작동 기간과, 메인티넌스 기간을 포함하는 중지 기간을 설정해서 이용되고 있었다.

이러한 방사선 발생장치를 구비한 방사선 촬영장치가 높은 내구성을 갖고 메인티넌스를 쉽게 하도록 설계됨으로써, 상기 장치의 가동율을 향상시킬 수 있고, 상기 장치는 재택의료와, 자연재해나 사고일 경우의 구급 의료 서비스에 적합한 의료 모달리티 장치로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다.

방사선 발생장치의 내구성을 결정하는 주 요인은, X선등의 방사선의 발생원이 되는 타겟의 내구성이다. 타겟은, 일반적으로 적층들을 포함한다. 타겟의 내구성을 향상시키기 위해, 타겟의 층들의 밀착성을 장기간 유지하는 것이 중요하다는 것은 알려져 있다.

전자빔을 타겟에 조사해서 방사선을 발생시키는 방사선 발생장치에 있어서, 그 타겟의 방사선 발생 효율은 1%이하다. 이 때문에, 그 타겟에 투입된 에너지의 대부분이 열로 변환된다. 타겟에서 발생한 열이 외부에 충분히 방열되지 않은 경우에는, 타겟을 구성하는 재료가 나빠질 수도 있거나 층간에 발생된 응력에 기인한 층의 박리 등의 밀착성에 관련된 문제가 생길 수도 있다는 점에서 문제가 생기기도 한다.

방사선 발생 효율이, 중금속을 함유하는 박막인 타겟층과, 방사선을 투과함과 아울러 그 타겟층을 지지하는 기판으로 구성된, 투과형 X선 타겟을 사용함으로써 향상될 수 있다는 것은 알려져 있다. PCT 일본어 번역 특허공개번호 2009-545840호에는, 종래의 회전 양극형의 반사형 타겟보다 방사선 발생 효율이 1.5배 높은 회전 양극형의 투과형 X선 타겟이 기재되어 있다.

열은, 투과형 X선 타겟의 타겟층을 지지하는 기판의 상기 재료로서 다이아몬드를 사용하여서 그 타겟으로부터 외부에 방출될 수 있다는 것이 알려져 있다. PCT 일본어 번역 특허공개번호 2003-505845호에는, 텅스텐으로 이루어진 타겟층을 지지하는 기판의 재료로서 다이아몬드를 사용하여서 방열성을 높이고, 미소 초점 X선 장치를 실현하는 기술이 기재되어 있다.

다이아몬드는, 강한 ｓｐ3결합 및 아주 규칙적인 결정구조로 인해 특이한 특성을 갖는다. 그 다이아몬드의 특성 중, 높은 내열성(융점 1600℃이상), 높은 열전도성(600∼2000W/m/K), 높은 방사선 투과성(원자 번호 6의 경원소에 기인함)은, 투과형 X선 타겟을 지지하는 기판으로서 사용하는데 특히 적절하다. 본 발명에 따른 투과형 X선 타겟에 있어서, 타겟층을 지지하는 기판은 다이아몬드로 제조된다.

그러나, 다이아몬드는, 다이아몬드의 용해금속의 흡습성이 낮고, 또한 선팽창 계수가 고체금속과 다이아몬드간에 다르기 때문에, 타겟 금속과의 친화성이 낮다. 이 때문에, 타겟층과 다이아몬드 기판간의 밀착성을 향상시켜 투과형 X선 타겟의 신뢰성을 향상시키는 것이 필요하기도 하다.

PCT 일본어 번역 특허공개번호 2003-505845호에는, 다이아몬드 기판을 구비하고, 중간층이 다이아몬드 기판과 타겟층의 사이에 배치된 적층구조를 갖는, 투과형 X선 타겟이 기재되어 있다. 그 중간층은 밀착 촉진층으로서의 역할을 하지만, 그 중간층의 재료는 기재되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개 2002-298772호에는, 투과형 X선 타겟을 구비한 방사선 발생관의 과제가 기재되어 있다. 이 과제는, 선팽창 계수의 차이와, 방사선 발생관이 동작하고 있을 때 발생된 열에 기인한, 타겟층이 다이아몬드 기판으로부터 박리되어져 있다는 것이다. 일본국 공개특허공보 특개 2002-298772호에는, 타겟층을 다이아몬드 기판을 향해 볼록하도록 형성하여서 상기 타겟층의 박리를 억제시키는 기술이 기재되어 있다. 또한, 일본국 공개특허공보 특개 2002-298772호에는, 타겟층을, 다이아몬드 기판의 둘레를 넘어서 연장시키고 양극부재를 겹치도록 배치해서, 타겟층과 양극부 재간의 전기적 접속의 신뢰성을 향상시키는 기술이 기재되어 있다.

그러나, PCT 일본어 번역 특허공개번호 2003-505845호와 일본국 공개특허공보 특개 2002-298772호에 기재된, 타겟층과 다이아몬드 기판의 밀착성을 향상시킨 투과형 X선 타겟에 있어서도, 방사선의 출력 변동이 생기는 경우가 있었다.

본 발명의 목적은, 다이아몬드 기판을 사용하는 장점을 유지하면서, 다이아몬드 기판편의 탈리를 억제하고, 타겟층과 양극부재간의 전기적 접속의 신뢰성이 높은 투과형 X선 타겟을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 출력 변동을 억제하고 신뢰성이 높은 방사선 발생관, 및 그 방사선 발생관을 구비한 방사선 발생장치 및 방사선 촬영장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 국면에 따른 투과형 X선 타겟은, 제1면과, 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖는 평판형의 다이아몬드 기판; 및 상기 제1면 위에 위치된 타겟층을 구비한다. 상기 제1면의 잔류 응력은, 상기 제2면의 잔류 응력보다 낮다.

본 발명의 또 다른 특징들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 예시적 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a, 1b 및 1e는 본 발명의 실시예에 따른 타겟의 단면도이고, 도 1c 및 1d는 타겟의 평면도다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 타겟을 구비하는 방사선 발생관의 단면 블록도이고, 도 2b는 방사선 발생장치의 단면 블록도다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상기 방사선 발생장치를 구비하는 방사선 촬영장치의 블록도다.
도 4a∼4d는 노출 영역이 관찰된 타겟의 평면도이고, 도 4e 및 4f는 상기 타겟의 단면도다.

도 4a∼4f는 투과형 X선 타겟(215)을 구비한 타겟 구조체(214)를 각각 나타낸다. 그 타겟(215)은, 적어도, 다이아몬드 기판(217)과 타겟층(216)을 구비하고 있다. 다이아몬드 기판(217)은, 그 둘레를 따라 납 접합부(219)를 통해 양극부재(218)와 접속되어 있다.

도 4a∼4d 각각은, 타겟층(216)을 통과하는 가상 평면을 따라 자른 타겟 구조체(214)의 개략적인 평면도다. 도 4e는, 도 4b에 도시한 선IVE-IVE를 따라 자른 타겟 구조체(214)의 단면도다. 마찬가지로, 도 4f는, 도 4d에 도시한 IVF-IVF를 따라 자른 타겟 구조체(214)의 단면도다.

도 4a에 도시된 타겟 구조체(214)는, 타겟층(216)의 둘레로부터 다이아몬드 기판(217)의 둘레까지 연장되는 고리 형상의 전극(223)을 구비하고 있다. 그 전극(223)은, 타겟층(216)을 양극부재(218)에 전기적으로 접속한다. 이 타겟 구조체(214)는, 다이아몬드 기판(217)이 노출되는 노출 영역(217e)을 갖는다. 이 노출 영역(217e)은, 다이아몬드 기판(217)편과 상기 전극(223)의 일부 양쪽이 상기 투과형 X선 타겟으로부터 탈리되어 있을 때 형성되었다.

도 4b 및 4f에 도시된 타겟 구조체(214)는, 전극(223)을 사용하지 않고 납 접합부(219)와 타겟층(216)이 전기적으로 서로 접속된 점이 도 4a에 도시된 타겟 구조체(214)와 다르다. 도 4b에 도시된 타겟 구조체(214)는, 다이아몬드 기판(217)이 노출되는 노출 영역(217e)을 갖는다. 이 노출 영역(217e)은, 다이아몬드 기판(217)편과 상기 타겟층(216)의 일부 양쪽이 상기 투과형 X선 타겟(215)으로부터 탈리되어 있을 때 형성되었다.

도 4c에 도시된 타겟 구조체(214)는, 도 4a에 도시된 타겟 구조체(214)와 구조가 동일하다. 도 4c에 도시된 타겟 구조체(214)는, 다이아몬드 기판(217)이 노출되는 노출 영역(217e)을 갖는다. 이 노출 영역(217e)은, 다이아몬드 기판(217)편, 상기 타겟층(216)의 일부, 및 상기 타겟층(216)과 상기 전극(223) 사이의 경계의 양측상의 전극(223)의 일부가 상기 투과형 X선 타겟(215)으로부터 탈리되어 있을 때 형성되었다.

도 4d에 도시된 타겟 구조체(214)는, 스트립형 전극(223)을 통해 납 접합부(219)와 타겟층(216)이 전기적으로 서로 접속된 점이 도 4a에 도시된 타겟 구조체(214)와 다르다. 도 4d에 도시된 타겟 구조체(214)는, 그 스트립형 전극(223)을 분단하는 노출 영역(217f)을 갖는다.

이상의 도 4a∼4f에 도시된 타겟 구조체(214) 중 어느 하나를 구비한 방사선 발생관에 있어서는, 방사선 출력 변동에 상관이 있는 관전류의 변동이 관측되었다. 도 4a∼4f 각각에 도시된 타겟 구조체(214)가 방사선 발생관에 설치되기 전에, 타겟 구조체(214)는 노출 영역을 갖지 않았다. 또한, 출력 변동이 관측되지 않은 그 밖의 방사선 발생관으로부터 제거된 투과형 X선 타겟은, 노출 영역을 갖지 않았다.

도 4a∼4f에 도시된 투과형 X선 타겟에서의 노출 영역 217e 및 217f에 있어서, 전극(223)의 일부와 다이아몬드 기판편 또는 타겟층(216)의 일부와 다이아몬드 기판편이, 투과형 X선 타겟(215)으로부터 탈리되어 있다. 그렇지만, 일부의 경우에, 다이아몬드 기판편이 탈리되지 않고, 상기 전극(223)의 일부 또는 타겟층(216)의 일부는 상기 다이아몬드 기판(217)으로부터 박리되어 있다.

이상의 검토로부터, 아래의 이유, 즉 국소적으로 노출된 절연면(노출 영역 217e 및 217f)에 전계집중으로 인해 노출 영역 217e 및 217f와 다른 부재간에 미소 방전이 단속적으로 발생하는 것; 및 양극부재(218)와 타겟층(216) 사이의 전기 접속의 불안정성이 불안정한 것 때문에 방사선의 출력 변동이 일어난다고 추정된다.

방사선 출력 변동의 상세한 메커니즘이 명확하지 않지만, 적어도, 다이아몬드 기판(217)의 둘레에 있어서의 다이아몬드 기판(217)편의 탈 리가 그 메카니즘에 관계되어 있다는 것을, 본 발명자들이 자세한 연구를 실행하여 발견하였다.

다이아몬드 기판을 구비한 투과형 X선 타겟은, 반사형 타겟과 베릴륨으로 이루어진 지지 기판을 구비한 투과형 X선 타겟과는, 방사선 방출면의 이면측에서 타겟층과 양극전위 공급부와의 전기적 접속을 행하는 것이 어려울 수 있다는 점이 다르다. 따라서, 다이아몬드 기판을 구비한 투과형 X선 타겟을 사용하는 경우, 다이아몬드 기판의 둘레에 있어서 타겟층에의 전기 경로를 제공하는 것이 필요하기도 하다.

상기 투과형 X선 타겟에서의 다이아몬드 기판편의 탈리는, 방사선 발생관내에 도전성의 이물질을 발생시키는 것을 의미한다. 따라서, 도전성의 이물질이 방사선 발생관의 방전을 일으키고 내압을 직접적으로 저하시킨다는 점에서, 방사선 발생관의 신뢰성에 문제가 있다. 이 점에서도, 다이아몬드 기판(217)의 둘레에 있어서의 타겟층 등의 박리와 다이아몬드 기판(217)편의 탈리를 방지하는 것이 필요하기도 하다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

이 실시예에 기재된 부품의 재질, 형상 및 상대 위치들은, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따른 투과형 X선 타겟을 구비한 방사선 발생관, 및 그 방사선 발생관을 구비한 방사선 발생장치를 각각 나타내는 단면도다.

방사선 발생장치

도 2b는, 방사선빔(11)을 방사선 투과창(121)으로부터 방출하는 일 실시예에 따른 방사선 발생장치(101)를 도시한다. 본 실시예에 따른 방사선 발생장치(101)는, 방사선 투과창(121)을 가지는 용기(120)와, 방사선원인 방사선 발생관(102)과, 방사선 발생관(102)을 구동하기 위한 구동회로(103)를 구비한다.

방사선 발생관(102) 및 구동회로(103)를 내장하는 용기(120)는, 용기로서의 충분한 강도와, 높은 방열성을 갖기도 한다. 그 용기(120)는, 놋쇠, 철, 스테인레스 등의 금속으로 제조되어도 된다.

본 실시예에 있어서는, 용기(120)안의 방사선 발생관(102)과 구동회로(103)이외의 여분의 공간(43)은, 절연성 액체(109)가 충전되어 있다. 전기적으로 절연성인 절연성 액체(109)는, 용기(120) 내부에서 전기 절연체로서 기능하고, 또 방사선 발생관(102)을 냉각하는 냉각제로서 기능한다. 절연성 액체(109)는, 광유, 실리콘유 또는 퍼플루오로(perfluoro) 오일 등의 전기절연유이어도 된다.

방사선 발생관

도 2a는, 전자방출원(3)과 그 전자방출원(3)에 대향하는 투과형 X선 타겟(115)(이후, 투과형 X선 타겟을 간략히 타겟이라고 칭한다)을 구비한 상기 실시예에 따른 방사선 발생관(102)을 도시한다.

본 실시예에서는, 전자방출원(3)의 전자방출부(2)로부터 방출된 전자빔(5)을 타겟(115)의 타겟층(116)에 조사함으로써 방사선빔(11)을 발생시킨다. 전자빔(5)에서의 전자는, 전자방출원(3)과 타겟층(116)과의 사이에 형성된 전계에 의해, 방사선을 발생시키는데 필요한 입사 에너지를 갖도록 가속된다. 이러한 가속 전계는, 구동회로(103)로부터 출력되는 관전압Ｖａ에 의해, 음극전위를 전자방출원(3)에, 양극전위를 타겟층(116)에, 각각 제공함으로써 방사선 발생관(102)의 내부공간(13)에서 발생된다.

타겟 구조체(114)는, 타겟(115)과 양극부재(118)로 구성된다. 타겟(115)은, 타겟층(116) 및 그 타겟층(116)을 지지하는 다이아몬드 기판(117)으로 구성된다.

타겟층(116)은, 타겟층(116)에 함유된 타겟 재료와, 그 타겟층(116)의 두께와, 상기 관전압Ｖａ를 선택함에 의해, 원하는 주파수를 갖는 방사선을 방출하게 될 수 있다.

타겟 재료는, Ｍｏ(몰리브덴), Ｔａ(탄탈) 또는 W(텅스텐)등의 원자 번호 40이상의 금속을 함유하여도 된다. 타겟층(116)은, 다이아몬드 기판(117) 위에, 증착법이나 스퍼터링법등의 임의의 성막 방법을 사용하여서 형성되어도 된다. 타겟층(116)과 다이아몬드 기판(117)간의 고 밀착성을 이루기 위해서, PCT 일본어 번역 특허공개번호 2003-505845호에는, 타겟층(116)과 다이아몬드 기판(117)과의 사이에 설치된 (도면에 나타내지 않은) 중간층을 포함한 구조가 기재되어 있다. 또한, 이러한 구조는, 본 발명의 범위내에 있다.

타겟층(116)의 층 두께는, 1μｍ부터 20μｍ까지 있을 수도 있다. 상기 층 두께는, 충분한 방사선 출력 강도의 확보와, 계면응력의 저감의 관점에서, 2μｍ부터 10μｍ까지 있을 수도 있다.

양극부재(118)는, 타겟층(116)의 양극전위를 결정하는 기능을 적어도 갖는다. 양극부재(118)는, 도 1e에 도시된 것처럼, 다이아몬드 기판(117)의 제1면(117a)의 둘레를 따라 위치된다. 또는, 양극부재(118)는, 도 1a 및 1b에 도시된 것처럼, 다이아몬드 기판(117)의 측면(117c)을 따라 위치된다. 도 1a, 1b, 1e 중 어느 하나에 도시된 것처럼 양극부재(118)가 배치 및 접속될 경우, 양극부재(118)는, 한층 더, 타겟(115)을 보유하는 기능과, 원하는 방향으로 방사선을 방출하는 각도(방사각)를 결정하는 기능을 가진다.

양극부재(118)는, 양극부재(118)를 고비중의 재료로 구성 함으로써 방사선 차폐기능을 가질 수 있다. 양극부재(118)는, 이 경우에, 양극부재(118) 및 타겟 구조체(114)의 크기를 축소할 수 있기 때문에, 질량흡수계수μ/ρ[m²/ｋｇ]과 밀도[ｋｇ/m³]의 곱이 큰 재료로 제조되어도 된다.

양극부재(118)는, 이 경우에, 양극부재(118) 및 타겟 구조체(114)의 크기를 축소할 수 있기 때문에, 타겟층(116)으로부터 발생하는 방사선의 특성 X선 에너지에 따라 고유의 흡수단 에너지를 가지는 적당한 금속 원소로 제조되어도 된다. 양극부재(118)는, 구리, 은, Ｍｏ, Ｔａ, W등을 함유하여도 된다. 양극부재(118)는, 타겟층(116)에 함유된 타겟 금속과 같은 금속 원소를 함유하여도 된다.

본 실시예에 있어서는, 양극부재(118)는, 타겟(115)을 둘러싸는 원통형상을 갖는다. 따라서, 양극부재(118)는, 타겟층(116)으로부터 방출된 방사선의 방출각의 범위를 규정하는 전방 차폐체로서 기능한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 양극부재(118)는, 반사 전자(도면에 나타내지 않는다)와 후방산란 방사선(도면에 나타내지 않는다)이 도달하는 영역을 제한하는 후방 차폐체로서 기능한다. 이러한 반사 전자는 타겟층(116)으로부터 전자방출원(3)을 향하는 방향으로 후방산란된다.

방사선 발생관(102)은, 통부로서 절연관(110)을 구비한다. 그 절연관(110)은, 음극전위를 갖는 전자방출원(3)과, 양극전위를 갖는 타겟층(116)을 서로 전기적으로 절연한다. 절연관(110)은, 유리나 세라믹등의 절연성 재료로 제조된다. 절연관(110)은, 전자방출원(3)과 타겟층(116)간의 거리를 결정하는 기능을 가질 수도 있다.

방사선 발생관(102)내의 내부공간(13)은, 전자방출원(3)을 기능시키도록 감압된다. 방사선 발생관(102)내의 내부공간(13)의 진공도는, 10^-8Ｐａ부터 10^-4Ｐａ까지 있을 수도 있다. 전자방출원(3)의 수명의 관점에서, 그 진공도는 10^-8Ｐａ부터 10^-6Ｐａ까지 있을 수도 있다.

방사선 발생관(102)은, 진공용기로서, 이러한 진공도를 유지 가능한 기밀성과 내압력(pressure-resistance)을 가질 수도 있다. 방사선 발생관(102)내측은, (도면에 나타내지 않은) 배기관을 통해 (도면에 나타내지 않은) 진공펌프를 사용해서 공기를 빨아들인 후, 이 배기관을 밀봉하여서 감압될 수도 있다. 방사선 발생관(102)의 내부에는, 진공도를 유지하기 위해서, (도면에 나타내지 않은) 게터(getter)를 배치해도 좋다.

본 실시예에서는, 다이아몬드 기판(117)은, 타겟층(116)에서 발생한 방사선을 방사선 발생관(102)의 밖으로 방출하기 위한 투과창으로서 기능하고, 또한 상기 진공용기의 일부로서 기능한다.

전자방출원(3)은, 타겟(115)의 타겟층(116)에 대향하도록 설치된다. 전자방출원(3)으로서는, 예를 들면 텅스텐 필라멘트나 함침형 캐소드 등의 열음극이나, 카본 나노튜브 등의 냉음극을 사용할 수도 있다. 전자방출원(3)은, 전자빔(5)의 빔 지름 및 전자전류밀도, 및 온-오프 제어를 행하도록 (도면에 나타내지 않은) 그리드 전극이나 정전렌즈 전극을 구비하여도 된다.

타겟

다음에, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 타겟(115)(투과형 X선 타겟)을 상세히 설명한다.

도 1a 및 1b는, 타겟(115)과 양극부재(118)가 납 접합부(119)를 통해 서로 접합된 타겟 구조체(114)를 나타낸다. 타겟(115)은, 다이아몬드 기판(117)의 제1면(117a)에 형성된 타겟층(116)을 포함한다. 도 1c 및 1d는, 타겟층(116)이 형성된 측에 본, 도 1a 및 1b에 도시된 타겟 구조체(114)를 각각 나타내는 평면도다. 도 1e는, 양극부재(118)와 타겟(115)이 타겟층(116)을 형성한 측에 서로 전기적으로 접속된 도 1a에 도시된 타겟 구조체(114)의 변형 예를 나타낸다.

다이아몬드 기판(117)은, 천연 다이아몬드 또는 인공 다이아몬드로 제조되어도 된다. 재현성, 균질성 및 비용의 관점에서, 고압고온법 또는 화학적 기상성장법으로 제조된 인공 다이아몬드를 사용하여도 된다. 특히, 고압고온법을 사용하여 이루어진 인공 다이아몬드는, 그 방법을 사용하여 균질한 결정구조를 얻을 수 있기 때문에, 사용되어도 된다.

다이아몬드 기판(117)은, 도 1a, 1b, 1e에 나타나 있는 바와 같이, 제1면과 그 제1면에 대향하는 제2면을 갖는 평판형 형상을 갖기도 한다. 예를 들면, 다이아몬드 기판(117)의 형상은, 직육면체 형상이나 디스크형상이어도 된다.

다이아몬드 기판(117)의 디스크 형상이 직경 2mm부터 10mm까지인 경우에, 적절한 초점지름을 다이아몬드 기판(117)에 형성가능한 타겟층(116)을 설치하는 것이 가능하다. 다이아몬드 기판(117)의 디스크 형상이 두께 0.5부터 4.0mm까지인 경우에, 다이아몬드 기판은 적절한 방사선 투과성을 갖는다. 다이아몬드 기판(117)이 직육면체 형상을 갖는 경우에, 직육면체 형상의 짧은 변과 긴 변 각각은 상술한 범위에서의 길이를 가질 수도 있다.

다이아몬드 기판(117)은, 측면(117c)을 가진다. 측면(117c)은, 제1면(117a)의 둘레가 제2면(117b)의 둘레와 접속하는 원통면이다.

다이아몬드 기판(117)의 어스펙트비(두께/직경)는, 방사선의 투과성을 고려하여 1미만이어도 된다. 따라서, 적절한 어스펙트비를 갖는 다이아몬드 기판(117)을, 적절한 두께를 갖고 그 두께 방향에 수직한 주(principal)면을 가진 판자 모양의 모재의 일부를 분리하는 것이 경제적이다.

이 방법은, 고압고안법에 의해 제조된 다이아몬드를 사용하는 경우, 또는 화학적 기상성장법에 의해 제조된 다이아몬드를 사용하는 경우 중 한쪽에 대한 제법상의 장점을 갖는다. 전자의 경우에, 다이아몬드 기판의 결정구조를 감안하여, 두께 치수에 있어서 보다 작은 치수를 갖는 모재로부터 다이아몬드 기판을 절단하기 때문에, 그 절단처리시에 상기 모재의 결정방위의 영향을 억제할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 결정방위의 영향은, 벽개를 포함한다. 후자의 경우에는, 이 성막법은, 두께방향보다 평면내 방향으로의 치수를 갖는 모재를 형성하는데 적절하다.

고압합성 다이아몬드 기판은 단결정 구조를 갖고, 소정의 결정방위는 주면에 할당될 수 있다. 고체결정의 표면장력은, 그 면의 결정방위에 의존한다. 따라서, 고압합성 다이아몬드를 다이아몬드 기판(117)에 적용함에 의해, 타겟층(116)을 형성하는 제1면(117a)에 대하여 적절한 결정방위가 할당될 수 있다. 예를 들면, (100)면을 제1면(117a)으로서 사용함으로써, 타겟층(116)과 다이아몬드 기판(117)간의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

다이아몬드 기판(117)의 제1면(117a)에는, 적어도, 타겟층(116)이 형성된다. 따라서, 제1면(117a)은, 다이아몬드 기판(117)의 다른 면보다 형상정밀도와 세정성이 높게 요구된다. (도면에 나타내지 않은) 판자 모양의 다이아몬드 모재로부터 다이아몬드 기판(117)을 분리하는 방법을 사용할 때, 다이아몬드 기판을 모재로부터 분리하기 전에, 판자 모양의 모재의 주면의 전체를 평활처리하는 것이 가능하다. 이 방법에 의해, 고정밀도와 고재현성의 제1면(117a)을 각각 갖는 다이아몬드 기판(117)이 제조될 수 있다.

다이아몬드 기판(117)은, 여러 가지의 방법, 예를 들면 기계연마, 에칭, 국소가열광 조사, 수렴이온빔 조사 등에 의해 상기 모재로부터 분리되어도 된다. 다이아몬드 기판(117)의 측면이외의 면(예를 들면, 제1면(117a))에의 데미지를 억제하기 위해서는, 국소가열광 조사 또는, 수렴이온빔 조사가 적합한 방법들이다. 특히, 분위기 제어가 불필요하고 다이아몬드 기판에 이온이 주입되지 않기 때문에, 레이저 광원을 사용한 국소가열광 조사가, 특히 적합하다.

도 4에 도시된 타겟 구조체(214)에 상기 노출 영역(217e, 217f)이 형성된 이유에 대해서 이하에 설명한다.

노출 영역(217e, 217f)의 발생 분포와 계측한 잔류응력 분포간에 상관이 있었고, 타겟층이 형성되었을 때 다이아몬드 기판에 잔류하고 있는 잔류응력의 양에 있어서 면간의 차이로 인해 노출 영역(217e, 217f)의 발생이 생겼던 것을, 본 발명자들이 자세한 연구를 실행하여 발견하였다.

다이아몬드 기판에 잔류하고 있는 잔류응력의 면간의 차이의 정확한 원인이 명확하지 않았지만, 추정된 원인 중 하나는, 다이아몬드 기판을 모재로부터 절단할 때 절단 공정의 이방성이었다. 또 다른 추정된 원인은, 다이아몬드 기판의 대향면과 측면으로 형성된 형상의 영향이었다.

예를 들면, 레이저 가공에 의해 모재로부터 분리된 다이아몬드 기판에 있어서, 잔류응력이 상대적으로 높은 영역을 갖는 면은, 레이저빔이 입사된 면의 반대면이었다.

기계가공에 의해 모재로부터 분리된 다이아몬드 기판에 있어서, 절단기의 커터가 다이아몬드 기판 내부에 들어간 방향과 잔류응력간의 상관이 있었고, 그 커터가 다이아몬드 기판을 빠져나가는 면의 잔류응력이 높았다.

다음에, 다이아몬드 기판의 대향면과 측면으로 형성된 형상에 관하여 상세히 설명한다. 잔류응력은, 다이아몬드 기판(117)의 끝면의 형상에도 의존하고, 타겟층(216) 형성면으로부터 다이아몬드편의 크랙 및 탈리의 발생에 관련되어 있는 것을 알았다. 구체적으로는, 측면과 주면이 이루는 각도가 예각인 경우에, 상기 주면에 잔류하는 잔류응력이 상기 각도가 둔각인 경우보다 컸다는 것을 알았다. 본 명세서에 있어서, 주면과 측면이 이루는 각도는, 다이아몬드 기판의 단면형상의 내각이다.

본 발명의 제1실시예에 있어서는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 타겟층(116)을 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)에 형성한다. 따라서, 다이아몬드 기판(117)의 크랙 발생, 타겟층(116)의 탈리, 및 전극(123)의 박리를 억제한다.

본 발명의 제2실시예에 있어서는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1면(117a)과 측면(117c)이 이루는 각도가, 상기 제1면(117a)과 대향하는 제2면(117b)과 상기 측면(117c)이 이루는 각도보다 크다. 상기 제1면(117a)에, 타겟층(116)을 설치한다.

제2실시예에 있어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1면(117a)과 측면(117c)이 이루는 각도가 둔각이다.

다이아몬드 기판(117)이 제1실시예의 특징과 제2실시예의 특징의 양쪽을 가질 때, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력을 확실하게 저감시키고, 신뢰성이 보다 높은 타겟(115)을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 다이아몬드 기판(117)의 제1면(117a)과 제2면(117b)의 각각의 면 위에 잔류응력의 분포가 존재하는 경우에 있어서, 그 밖의 면보다 낮은 최대 잔류응력을 갖는 면들 중 하나의 면을, 저잔류응력면이라고 칭한다.

다이아몬드 기판(117)의 저잔류응력면인 제1면(117a)은, 복굴절법 또는 레이저 라만(Raman) 분광법을 이용하여 확인될 수 있다. 본 발명에서는, 그 밖의 잔류응력 측정 방법을 사용하여도 된다.

응력에 의해 물질의 결정구조가 변화되었을 때, 그 물질을 투과하는 광의 진동 방향에 의존한 굴절률의 이방성이 생기는 복굴절이 생긴다. 이때, 상기 물질을 투과한 광에는, 광의 진동 방향에 의존한 위상차가 있기 때문에, 광학적인 관찰에 의해 상기 응력을 분류하는 것이 가능해진다. 복굴절 위상차에 의해 분류 가능한 상기 응력을 광탄성 응력이라고 칭한다. 따라서, 입사빔과, 다이아몬드 기판을 투과한 투과빔 사이의 복굴절 위상차를 검출함으로써, 응력발생 장소를 분류하는 것이 가능해진다. 제1 저잔류응력면을 분류하는 방법은, 광탄성 응력을 계측하는 복굴절 위상차법이다.

레이저 라만 분광법은, 물질에 레이저빔을 조사할 때 그 물질의 결정구조나 분자진동에 기인하여 생성된 라만 산란광의 파장변화를 검출하는 방법이다. 이 방법은, 결정구조와 분자진동이 그 물질에 고유한 것이기 때문에, 일반적으로 그 물질의 분류에 이용된다. 그렇지만, 이 방법은, 응력의 존재로 인해 원자들의 결합길이와 결합각 등의 결정구조가 변화되고, 그것에 따라 산란광의 파장이 변화되기 때문에, 응력의 분포를 계측하는데도 사용될 수 있다. 그 파장변화를 레이저 라만 분광법으로 검출함으로써, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력 분포를 측정할 수 있다. 제2 저잔류응력면의 분류 방법은, 라만 산란광의 파장변화를 검출하는 레이저 라만 분광법이다.

저인성 부재에 잔류응력이 있는 경우, 잔류응력으로 인해 0.1∼100μｍ정도의 폭을 갖는 마이크로크랙이 발생할 경우가 있다. 마이크로크랙이 발생될 때, 다이아몬드 기판으로부터 상기 응력이 석방되는 것이라고 예상되었다. 그렇지만, 본 발명자 및 다른 사람에 의해 행해진 검토의 결과, 마이크로크랙 영역이나 마이크로크랙 영역 근방에, 복굴절 위상차가 관측되었다. 따라서, 본 발명자는, 마이크로크랙의 발생으로 인해, 가공시 생성된 응력은 다이아몬드 기판으로부터 완전하게 해방되지 않고, 마이크로크랙 근방에 잔류하고 있고, 그 잔류응력은 추가로 마이크로크랙 또는 다이아몬드 기판편의 탈리의 요인이 되어 있는 것을 알았다.

제3 저잔류응력면의 분류 방법은, 현미경으로 다이아몬드 기판을 관찰하여서 다이아몬드 기판의 마이크로크랙 분포를 평가하는 것이다. 상기 제3 저잔류응력면의 분류 방법을 이용함으로써, 저잔류응력면을 간접적으로 분류하는 것이 가능해진다. 다이아몬드 기판(117)의 표면형상을 관찰하는데 사용될 수 있는 어떠한 현미경도 사용될 수 있다. 이러한 현미경의 예들로서는, 광학현미경, 주사형 전자현미경(ＳＥＭ, ＳＴＭ 또는 ＴＥＭ), 및 원자 현미경(ＡＦＭ)이 있다.

제4 저잔류응력면의 분류 방법은, 다이아몬드 기판의 끝부 형상을 분류하는 미시적 관찰이다. 본 발명자는, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력분포와, 측면(117c)과 제1면(117a)(주면) 또는 제2면(117b)(주면)이 이루는 각도간에 상관이 있는 것을 찾아냈다. 구체적으로는, 2개의 주면이 측면(117c)을 거쳐서 서로 대향하고, 제1면(117a)과 측면(117c)이 이루는 각도가 제2면(117b)과 측면(117c)이 이루는 각도보다 컸을 때, 제1면(117a)은 제2면(117b)보다 작은 나머지 면을 갖는 저잔류 응력면이었다고 분류하는 것이 가능하였다.

타겟층(116)은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)의 전체에 형성해도 좋다. 또는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 타겟층(116)은, 다이아몬드 기판(117)의 둘레(끝부)로부터 이격된 상기 제1면(117a)의 일부에 형성해도 좋다.

도 1b에 도시된 실시예에 있어서는, 타겟층(116)과 양극부재(118)를 전기적으로 서로 접속하기 위해서, 타겟층(116)의 둘레와 다이아몬드 기판(117)의 둘레와의 사이에 도전성의 재료로 이루어진 전극(123)이 형성되어 있다.

다이아몬드 기판(117)에 직접 접촉하는 본 실시예에서의 전극(123)은, 다이아몬드 기판과의 밀착성의 관점에서, 탄화물 표준 생성 자유 에너지가 부(negative)인 금속을 함유하여도 된다. 탄화물 표준 생성 자유 에너지가 부인 금속의 예들로서는, 티타늄, 지르코늄 및 크롬이 있다. 상기 전극(123)은 100ｎｍ부터 10μｍ까지 있는 막두께를 갖는데, 그 이유는 그 막이 양호한 전기적 접속과 고밀착성 양쪽을 제공하기 때문이다.

도 1a에 도시된 실시예에서는, 타겟층(116)을 다이아몬드 기판(117)의 둘레까지 연장되도록 형성하고, 또 다이아몬드 기판(117)의 둘레를 따라 상기 전극(123)을 설치하고 있다. 본 실시예에 있어서의 전극(123)은, 전기적으로 접속하고, 납 접합부(119)와 상기 타겟층과의 사이의 상호 확산을 방지한다. 본 실시예에 있어서의 전극(123)은, 타겟층(116) 위에 형성되어 있다. 또는, 그 전극(123)은, 타겟층(116)과 다이아몬드 기판(117)의 사이에 형성해도 좋다.

납 접합부(119)는, 방사선 발생관(102)의 동작 온도와, 피접합 대상에 대한 접착성에 근거하여 적당하게 선택할 수도 있다. 납 접합부(119)의 구체적인 예로서는, Ｃｒ-Ｖ계 합금, Ｔｉ-Ｔａ-Ｍｏ계 합금, Ｔｉ-V-Ｃｒ-Ａｌ계 합금, Ｔｉ-Ｃｒ계 합금, Ｔｉ-Ｚｒ-Ｂｅ계 합금, Ｚｒ-Ｎｂ-Ｂｅ계 합금, Ａｕ-Ｃｕ를 주성분으로 하는 합금, 니켈 납, 황동납, 및 은납이 있다.

이상과 같은 실시예에 따른 타겟(115)에 의해, 도전성 물질이 부착된 다이아몬드 파편들이 방사선 발생관(101)안에 비산하는 것을 방지하므로, 방사선 발생관(101)안의 방전을 억제할 수 있다. 또한, 다이아몬드 기판의 크랙과 다이아몬드 기판의 일부의 탈리로 인한 타겟층(116)과 구동회로(103)간의 전기적 접속 불량을 방지할 수 있다. 이에 따라, 신뢰성이 높은 방사선 발생장치를 제공할 수 있다.

방사선 촬영장치

다음에, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 타겟을 구비하는 방사선 촬영장치의 구조에 관하여 설명한다.

시스템 제어 유닛(202)은, 방사선 발생장치(101)와 방사선 검출기(206)를 통합 제어한다. 구동회로(103)는, 시스템 제어 유닛(202)에 의한 제어하에, 방사선 발생관(102)에 각종의 제어신호를 출력한다. 본 실시예에 있어서는, 구동회로(103)와 방사선 발생관(102)은, 방사선 발생장치(101)의 용기(120)의 내부에 배치된다. 또는, 구동회로(103)는, 용기(120)의 외부에 배치해도 좋다. 구동회로(103)가 출력하는 제어신호에 의거하여, 방사선 발생장치(101)로부터의 방사선빔(11)의 방출이 제어된다.

방사선 발생장치(101)로부터 방출된 방사선빔(11)은, 가동 조리개를 구비한 (도면에 나타내지 않은) 콜리메이터 유닛에 의해 그 조사 범위가 조정되어서 방사선 발생장치(101)의 외부에 방출되어, 피검체(204)를 투과해서 방사선 검출기(206)에 의해 검출된다. 상기 검출기(206)는, 검출된 방사선을 화상신호로 변환해서 신호 처리부(205)에 출력한다.

신호 처리부(205)는, 시스템 제어 유닛(202)에 의한 제어하에, 상기 화상신호에 소정의 신호 처리를 실시하고, 그 처리된 화상신호를 시스템 제어 유닛(202)에 출력한다.

시스템 제어 유닛(202)은, 표시장치(203)에 화상을 표시시키기 위한 표시 신호를 그 표시장치(203)에 출력한다.

표시장치(203)는, 표시 신호에 근거하는 화상을, 피검체(204)의 화상으로서 스크린에 표시한다.

일반적으로, 본 발명의 실시예들에 관계하는 방사선은 X선이다. 본 발명의 실시예들에 따른 방사선 발생장치(101)와 방사선 촬영장치는, X선 발생 유닛과 X선 촬영 시스템으로서 각각 이용될 수 있다. X선 촬영 시스템은, 공업제품의 비파괴 검사와 인체나 동물의 진단에 사용될 수 있다.

예시

예시1

도 1a 및 1c에 도시된 타겟 구조체(114)를 이하의 처리에 의해 작성했다.

다이아몬드 기판(117)은, 고압고온법을 사용하여 제조된 단결정 다이아몬드로 이루어진 판자 모양의 모재로부터, 레이저빔으로 분리되었다. 다이아몬드 기판(117)의 형상은, 두께 1mm, 직경 5mm의 디스크 형상이었다.

다이아몬드 기판(117)의 잔류응력은 시판의 복굴절 측정 장치를 사용해서 측정함으로써, 다이아몬드 기판(117)의 끝부의 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)을 분류하였다. 추가로, 주사형 전자현미경과 광학현미경으로 마이크로크랙의 유무를 관찰하였다. 잔류응력이 낮은쪽의 면에서는, 마이크로크랙이 없었다. 예시 1에서는, 폭이 1μｍ이상인 마이크로크랙의 수를 카운트했다.

다음에, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)의 전체에 두께 5μm의 텅스텐 막을 타겟층(116)으로서 성막했다. 타겟층(116)은, 아르곤을 캐리어 가스로서 사용하는 스퍼터링법에 의해 형성하였다.

다음에, 다이아몬드 기판(117)과 타겟층(116)으로 이루어진 타겟 구조체의 둘레로부터 내측방향으로 100μm폭으로 연장되도록, 티타늄으로 제조된 고리 형상의 전극(123)을 스퍼터링법으로 형성했다.

다음에, 다이아몬드 기판(117)의 측면(117c)과, 관 형상의 양극부재(118)의 내벽을, 은납으로 이루어진 납 접합부(119)를 통해 서로 접합했다. 이 공정에서는, 납 접합부(119)의 일부가, 적어도 상기 전극(123)과 접촉하도록 납땜했다. 양극부재(118)의 재료는 텅스텐이었다.

이상과 같이 해서 작성한 타겟 구조체(114)를, 도 2a에 도시된 방사선 발생관(102)에 부착하고, 도 2b에 도시된 방사선 발생장치(101)를 작성했다. 다음에, 방사선 발생장치(101)를 작동시켜서, 출력 동작의 안정성과 방사선 출력의 변동을 평가했다. 그 결과, 방사선 발생관(102)안에서의 방전은 관측되지 않았고, 방사선 발생장치(101)를 안정하게 작동시킬 수 있는 것이 확인되었다. 게다가, 방사선 출력 변동을 측정한 바, 현저한 출력 변동은 관측되지 않았다. 즉, 본 예시 1에 따른 방사선 발생장치(101)에 있어서, 타겟층(116)과 양극부재(118)간의 전기적인 접속 불량으로 인한 결점이 일어나지 않았다.

예시 1에 있어서, 방전의 검출은, 양극부재(118), 전류도입 단자(4), 접지 단자(16)와 구동회로(103)를 접속하는 접속선, 및 용기(120)와 접지 단자(16)를 접속하는 접속선을 구비한 방사선 발생장치(101)의 4군데에 대하여, (도면에 나타내지 않은) 방전 카운터를 접속해서 행해졌다.

예시 1에 있어서 방사선 출력 변동의 평가는, 아래와 같이 행하였다. 전자방출부(2)와 타겟층(116)의 중심을 잇는 선의 연장선상에서, 다이아몬드 기판(117)으로부터 용기(120)의 외측방향을 향해서 100cm 떨어진 위치에, (도면에 나타내지 않은) 선량계를 배치했다. 선량계는, 반도체 검출기를 구비하고, 방사선빔(11)의 강도에 있어서의 순서적 변동을 검출 가능하였다.

상기 방사선 출력 변동은, 구동회로(103)에 의해 전자방출원(3)을, 30초마다 3초간 구동시키고, 3초간의 중앙에서 2초 간격으로 순서적 방사선 출력 변동을 측정하여서, 측정되었다. 방사선 변동의 카운트 조건은, 2초간의 방사선 출력의 평균 강도에 대하여 2%이상의 변동 발생을, 현저한 방사선 출력 변동으로서 카운트하는 것이었다. 방사선의 출력 변동의 평가시에, 타겟층(116)으로부터 접지 단자(16)에 흐르는 관전류를 (도면에 나타내지 않은) 검지부를 갖는 (도면에 나타내지 않은) 부귀환 회로에 의해, 관전류의 변동이 1%이하로 제한되도록 제어했다.

또한, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 예시 1에 따른 방사선 발생장치(101)를 구비한 방사선 촬영장치(60)를 작성하고, 그 방사선 촬영장치(60)의 테스트 동작을 행하였다. 그 결과, 안정하게 방사선 촬영을 행하였다. 상기의 테스트 동작과 방사선 촬영에 있어서, 관전압Ｖａ는 110kV로 설정했다.

다음에, 방사선 발생관(102)으로부터 타겟 구조체(114)를 제거해서, 그 타겟 구조체(114)를 관찰하였다. 그 타겟(115)에는 노출 영역은 관찰되지 않았다.

비교 예 1

종래의 기술에서는, 다이아몬드 기판의 끝부에서의 잔류응력을 분류하지 않고, 타겟층을 다이아몬드 기판 위에 형성하였으므로, 잔류응력이 높은 쪽의 면에 타겟층을 형성하여도 되었다. 본 발명의 실시예와 비교를 행하기 위해서, 비교 예 1에 있어서, 다이아몬드 기판의 끝부에서의 잔류응력이 높은 쪽을 갖는 다이아몬드 기판의 면에 타겟층을 형성하였다.

예시 1과 같은 형상의 다이아몬드 기판을 사용하였다. 복굴절 측정 장치로 잔류응력이 높은 쪽의 면을 분류하였다. 추가로, 전자현미경과 광학현미경으로 마이크로크랙의 유무를 관찰하였다. 잔류응력이 높은 쪽의 면에서는, 마이크로크랙이 3개 발견되었다. 마이크로크랙의 수는, 예시 1과 같은 방식으로 카운트되었다.

다음에, 다이아몬드 기판의 잔류응력이 높은 쪽의 면에 예시 1과 마찬가지로 타겟층(216)과 전극(223)을 형성하였다. 그리고 나서, 전극(223)과 양극부재(218)를 납 접합부(219)를 통해 서로 접합하여서 타겟 구조체(214)를 작성했다. 그 타겟 구조체(214)를 방사선 발생관에 부착하고, 그 방사선 발생관과 방사선 발생관에 전기적으로 접속된 구동회로를 용기에 설치해서 방사선 발생장치를 작성하였다. 이어서, 예시 1과 같은 방식으로 테스트 동작을 행하였다.

비교 예 1에서는, 1시간의 평가시간 동안에, 관전압을 지속적으로 인가 가능하였다. 그렇지만, 방사선 출력 변동이 그 평가시간 동안에 2회 관측되었다. 이 변동은 미소 방전에 기인하여 일어난다고 추정되었다.

다음에, 비교 예 1에서 사용한 방사선 발생관으로부터, 타겟 구조체(214)를 제거해서 광학현미경으로 관찰하였다. 도 4a에 도시된 노출 영역(217e)은 전극(223)의 형성 영역에서 발견되었다.

예시 2

도 1b 및 1d에 도시된 타겟 구조체(114)를 이하의 처리를 통해 작성하였다.

다이아몬드 기판(117)은, 예시 1에서와 같이, 레이저빔 조사에 의해, 단결정 다이아몬드로 이루어진 모재로부터 절단되었다. 다이아몬드 기판(117)은 광학현미경을 사용해서 측정되었다. 제1면(117a)과 측면(117c)이 이루는 각도는 93.2도이며, 제2면(117b)과 측면(117c)이 이루는 각도는 86.8도이었다.

예시 1과 마찬가지로, 복굴절법을 사용하여, 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)을 분류하였다. 전자현미경과 광학현미경을 사용하여서 제1면(117a)을 관찰하였다. 그 결과, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력이 낮은 쪽의 제1면(117a)에서 마이크로크랙이 관찰되지 않아다. 상기 제1면(117a)과 측면(117c)이 이루는 각도가 상술한 것과 같은 93.2도이었다.

다음에, 두께 6μm의 텅스텐 막을 타겟층(116)으로서 형성했다. 이 타겟층(116)은, 다이아몬드 기판(117)의 잔류응력이 낮은쪽의 제1면(117a)의 φ2mm의 원형부분에 형성되었다. 타겟층(116)은, 예시 1과 마찬가지로, 아르곤을 캐리어 가스로서 사용한 스퍼터링법에 의해 형성되었다.

다음에, 타겟층(116)과 양극부재(118)를 전기적으로 접속하기 위해서, 폭 100μm의 스트립이고 동(copper) 티탄합금을 함유하는 전극(123)은, 타겟층(116)의 둘레로부터 다이아몬드 기판(117)의 둘레까지 연장되도록 형성되었다. 전극(123)은 타겟층(116)과 폭 50μm가 겹치도록 형성되었다. 전극(123)은, 스크린 인쇄법과 소성법에 의해 금속 함유량을 갖는 페이스트로 형성되었다.

다이아몬드 기판(117)의 측면(117c)과 양극부재(118)는, 은납으로 제조된 납 접합부(119)를 통해 서로 접합되었다. 납 접합부(119)의 일부가, 전극(123)과 접촉하도록 납땜하였다. 양극부재(118)의 재료는, 예시 1과 같이 텅스텐이었다.

이상과 같이 해서 작성한 타겟 구조체(114)를, 예시 1과 마찬가지로, 도 2a에 도시된 방사선 발생관(102)에 부착하여서, 도 2b에 도시된 방사선 발생장치(101)를 제조하였다. 그리고 나서, 방사선 발생장치(101)를 작동시키고 방사선 출력의 안정성을 검사하였다.

예시 2에 있어서도, 방사선 발생관(102)안에서의 방전은 관찰되지 않았고, 방사선 발생장치(101)를 안정하게 작동시킬 수 있는 것을 확인했다. 게다가, 방사선 출력 변동이 측정되었고, 현저한 출력 변동이 관찰되지 않았다. 즉, 본 예시 1에 따른 방사선 발생장치(101)에 있어서도, 타겟층(116)과 양극부재(118)간의 전기적인 접속 불량으로 인한 결점이 일어나지 않았다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 예시 2에 따른 방사선 발생장치(101)를 구비한 방사선 촬영장치(60)를 작성하고, 그 방사선 촬영장치(60)의 테스트 동작을 행하였다. 그 결과, 안정하게 방사선 촬영을 행하였다. 상기의 테스트 동작과 방사선 촬영에 있어서, 관전압Ｖａ는 110kV로 설정하였다.

다음에, 방사선 발생관(102)으로부터, 타겟 구조체(114)를 제거해서 타겟 구조체(114)를 관찰하였다. 타겟(115)에는, 노출 영역이 관찰되지 않았다.

비교 예 2

예시 2와 같은 형상을 갖는 다이아몬드 기판이 사용되었다. 복굴절 측정 장치로 잔류응력이 높은쪽의 면을 분류하였다. 추가로, 전자현미경과 광학현미경으로 마이크로크랙의 유무를 관찰하였다. 잔류응력이 높은쪽의 면에서는, 마이크로크랙이 3개 발견되었다. 마이크로크랙의 수는, 예시 1과 같은 방식으로 카운트되었다.

다음에, 다이아몬드 기판의 잔류응력이 높은쪽의 면에 예시 1과 마찬가지로 타겟층(216)과 전극(223)을 형성하였다. 그리고 나서, 전극(223)과 양극부재(218)를 납 접합부(219)를 통해 서로 접합하여서 타겟 구조체(214)를 작성했다. 그 타겟 구조체(214)를 방사선 발생관에 부착하고, 그 방사선 발생관과 방사선 발생관에 전기적으로 접속된 구동회로를 용기에 설치해서 방사선 발생장치를 작성하였다. 이어서, 예시 2와 같은 방식으로 테스트 동작을 행하였다.

비교 예 2에서는, 1시간의 평가시간 동안에, 관전압을 지속적으로 인가 가능하였다. 그렇지만, 미소 방전에 기인하여 일어났다고 추정된 출력 변동은, 그 평가시간 동안에 4회 관측되었다.

다음에, 비교 예 2에서 사용한 방사선 발생관으로부터, 타겟 구조체(214)를 제거해서, 그 타겟 구조체(214)를 광학현미경으로 관찰하였다. 도 4d 및 4f에 도시된 노출 영역(217f)이, 전극(223)의 형성 영역에서 발견되었다. 그 노출 영역(217f)은, 주사형 전자현미경을 사용하여 상세하게 관찰되었다. 그 결과, 전극(223)이 다이아몬드 기판(217)으로부터 박리된 노출 영역과, 상기 전극(223)과 상기 다이아몬드 기판의 파편 양쪽이 타겟(215)으로부터 탈리된 노출 영역이 발견되었다.

전자의 노출 영역은, 다이아몬드 기판편과 전극(223) 양쪽이 탈리한 후, 이차적으로 생성된 것이라고 추정된다.

예시 1,2와 비교 예 1,2의 각각에 있어서, 방사선 발생관에 상기 타겟(115,215)을 부착하기 전에, 타겟 115와 215의 양쪽에서 다이아몬드 기판편의 탈리가 관찰되지 않았다. 비교 예 1,2에 있어서, 방사선 발생관으로부터 타겟(215)을 제거한 후에 발견된 노출 영역(217e, 217f)이 이하와 같은 메커니즘으로 인해 생겼다고 추정된다.

타겟층(216)이 형성된 다이아몬드 기판의 면의 잔류응력과 아울러, 인장응력이 그 면에 가해졌다. 그 인장응력은, 방사선 발생관의 온도상승으로 인해 타겟층 또는 팽창된 전극(선팽창 계수비α 텅스텐/α다이아몬드=4.5>1)으로서 생겼다. 그 결과, 다이아몬드 기판에 마이크로크랙이 생성되고 진전되어, 다이아몬드 기판이 탈리하게 된다.

본 발명에 의해서, 신뢰성이 높은 투과형 X선 타겟을 제공할 수 있다. 상기 투과형 X선 타겟에 의해서, 다이아몬드 기판편이 타겟으로부터 탈리하는 것을 방지한다. 게다가, 신뢰성이 높은 방사선 발생관을 제공할 수 있다. 이 방사선 발생관에 의해, 방사선의 출력 변동을 억제하고, 도전성 물질이 부착된 다이아몬드 파편의 방사선 발생관내에의 비산을 방지할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 방사선 발생관을 구비한 방사선 발생장치 및 방사선 촬영장치를 제공할 수 있다.

본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형예와 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 폭 넓게 해석해야 한다.

Claims

제1면과, 상기 제1면에 대향하는 제2면을 갖는 평판형의 다이아몬드 기판; 및
상기 제1면 위에 위치된 타겟층을 구비하고,
상기 제1면의 잔류응력이 상기 제2면의 잔류응력보다 낮은, 투과형 X선 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 제1면 및 상기 제2면의 각각의 면 위에 잔류응력의 분포가 존재할 경우, 만약 상기 제1면의 잔류응력이 상기 제2면의 잔류응력보다 낮다면, 상기 제1면의 최대 잔류응력이 상기 제2면의 최대 잔류응력보다 낮은, 투과형 X선 타겟.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다이아몬드 기판은 측면을 한층 더 갖고,
상기 제1면과 상기 측면이 이루는 각도가, 상기 제2면과 상기 측면이 이루는 각도보다 큰, 투과형 X선 타겟.
제 3 항에 있어서,
상기 제1면과 상기 측면이 이루는 상기 각도가 둔각인, 투과형 X선 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 기판은 단결정 다이아몬드인, 투과형 X선 타겟.
제 5 항에 있어서,
상기 다이아몬드 기판은, 단결정 다이아몬드로 제조된 모재의 일부를 상기 모재로부터 분리하여서 제조된, 투과형 X선 타겟.
제 6 항에 있어서,
상기 다이아몬드 기판은, 국소가열광의 조사에 의해, 상기 모재로부터, 상기 모재의 일부를 분리하여서 제조된, 투과형 X선 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟층의 층 두께는 1μｍ부터 20μｍ까지 있는, 투과형 X선 타겟.
제 1 항에 있어서,
상기 타겟층의 둘레로부터 상기 다이아몬드 기판의 둘레까지 연장되도록 상기 다이아몬드 기판상에 설치된 전극을 더 구비하되, 상기 타겟층의 둘레가 상기 다이아몬드 기판의 둘레로부터 분리된, 투과형 X선 타겟.
제 9 항에 있어서,
상기 전극이 탄화물 표준 생성 자유 에너지가 부(negative)인 금속 원소를 함유하는, 투과형 X선 타겟.
제 10 항에 있어서,
상기 전극이 티타늄, 지르코늄, 또는 크롬을 함유하는, 투과형 X선 타겟.
제 9 항에 있어서,
상기 전극의 층 두께는, 100ｎｍ부터 10μｍ까지 있는, 투과형 X선 타겟.
청구항 4에 따른 투과형 X선 타겟; 및
상기 측면과 상기 제1면의 둘레 중 적어도 한쪽을 따라서 위치되고, 또 상기 타겟층에 전기적으로 접속된, 양극부재를 구비한, 타겟 구조체.
제 13 항에 있어서,
상기 타겟층과 상기 양극부재는, 납 접합부를 거쳐서 서로 전기적으로 접속되는, 타겟 구조체.
청구항 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12 중 어느 한 항에 따른 투과형 X선 타겟;
상기 타겟층과 대향하는 전자방출부를 구비한 전자방출원; 및
상기 타겟층과 상기 전자방출원을 서로 전기적으로 절연하는 절연관을 구비한, 방사선 발생관.
청구항 15에 따른 방사선 발생관; 및
상기 타겟층과 상기 전자방출부의 각각에 전기적으로 접속되어, 상기 타겟층과 상기 전자방출부에 걸쳐 인가된 관전압을 출력하는 구동회로를 구비한, 방사선 발생장치.
청구항 16에 따른 방사선 발생장치;
상기 방사선 발생장치에서 발생한 방사선을 검출하는 방사선 검출기; 및
상기 방사선 발생장치와 상기 방사선 검출기를 통합 제어하는 제어 유닛을 구비한, 방사선 촬영장치.