KR20150023009A - Ｘ­선 소스，그 사용 그리고 ｘ­선들을 생성하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 특히 단색 x-선들이 생성될 수 있는 x-선 소스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 X-선들을 생성하기 위한 방법, 그리고 바디들을 x-레잉하기 위한 x-선 소스의 사용에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 전자 빔(13)으로 범바딩되는 타겟(11)으로서 금속성 필름(metallic film)이 하우징(19)에 배열된다. 그 결과, 상기 금속성 필름은 단색 x-선들(18)을 방출하기 위해 여기되고, 상기 비교적 얇은 벽 타겟(11)은, 단색 x-선들을 생성하기 위한 의도된 사용이 더 이상 가능하지 않도록 수정된다. 그러므로, 유리하게, 생성 디바이스(26)는, 전자 빔을 생성하기 위해 피봇팅될 수 있고, 뿐만 아니라 롤러들(28, 29)에 타겟을 감을 수 있다.

Description

Ｘ­선 소스，그 사용 그리고 Ｘ­선들을 생성하기 위한 방법{X-RAY SOURCE，USE THEREOF AND METHOD FOR PRODUCING X-RAYS}
본 발명은 하우징(housing)을 갖는 X-선 소스(X-ray source)에 관한 것이고, 상기 하우징에는, 전자 빔(electron beam)으로 범바딩(bombarding)되고 있을 때 X-선들을 방출할 수 있는 타겟(target)이 위치된다. 부가하여, 본 발명은 X-선들을 생성하기 위한 방법에 관한 것이고, 여기서 X-선 소스의 하우징에 있는 타겟이 전자 빔으로 범바딩된다. 마지막으로, 본 발명은 또한 단색 X-선들을 방출하는 X-선 소스의 사용에 관한 것이다.
도입부에서 언급된 타입(type)의 X-선 소스, 그 사용 그리고 X-선들을 생성하기 위한 방법은 예컨대 US 2008/014474 A1에서 개시된다. 상기 문서에 따라, 예로서 하우징 내에 전극들을 배열함으로써 X-선 소스가 구현될 수 있다. 0 V의 전위를 갖는 전극이 하우징에서 전자 빔을 생성한다. 전자 방사선에 대해 타겟으로서 사용되는 애노드(anode)가 상기 전극 반대 편에 배열된다. 상기 애노드는 100 ㎸로 있다. 또한, 애노드의 다운스트림(downstream)에는 콜렉터(collector)가 위치되고, 상기 콜렉터는 10 ㎸의 전위에 있다. 전자 빔이 애노드를 가격할 때, (X-선들에 투명한) 적절한 윈도우(window)를 통해 하우징에서 커플링 아웃(coupling out) 될 수 있는 X-선들이 릴리싱(releasing)되고, 사용을 위해 공급된다.
타겟으로서의 역할을 하는 애노드는 얇은 벽 구조물로서 구성될 수 있다. 예로서, 애노드는, 10 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 갖는, 붕소로 만들어진 베이스 플레이트(base plate)를 가질 수 있다. 타겟으로서 사용되는, 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 층 두께를 갖는 텅스텐(tungsten)의 얇은 층이 상기 베이스 플레이트 상에 적용된다. 그러나, 매우 얇은 텅스텐 층은 전자 빔 때문에 높은 레벨(level)의 스트레스(stress)에 노출된다.
본 발명의 목적은, 타겟이 교체될 필요 없이 X-선 소스의 비교적 긴 동작 시간이 가능하도록, 도입부에 언급된 X-선 소스를 개선하는 것이다. 본 발명의 부가적인 목적은, 상기 X-선 소스를 동작시키기 위한 방법을 특정하는 것이다. 마지막으로, 본 발명의 목적은, 그러한 X-선 소스에 대한 사용을 발견하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따라, 타겟 재료로서 금속 포일(metal foil)을 제공함으로써 도입부에 특정된 X-선 소스를 통해 달성되고, 여기서 전자 빔 및 타겟은 서로에 대해 움직일 수 있다. 전자 빔 발생기 및/또는 금속 포일을 움직임으로써, 달성되는 것은 전자 빔이 항상 타겟의 동일한 위치(site)를 가격하는 것이 아니고 그러므로 그 위치에서만 열 부하를 생성한다는 점이다. 대신에, 국부적 열 과부하가 방지될 수 있도록, 전자 빔에 의해 생성된 타겟 상의 액티브 구역(active region)이 움직인다. 부가하여, 전자 빔이 항상 타겟 재료를 타겟으로 삼는 것이 가능하고, 상기 타겟 재료의 무결성은 원하는 양의 X-선들의 생성이 더 이상 보장되지 않을 정도로 손상되지 않는다(전자 빔과 타겟 사이의 상대 움직임을 생성하기 위한 변형들에 관련된 추가적인 세부사항들이 아래에 있다).
전체적으로, 본 발명에 따른 방안을 취함으로써, X-선 소스의 더 긴 동작 기간이 보장될 수 있는데, 그 이유는 타겟과 전자 빔 사이의 가능한 상대 움직임으로 인해 기본적으로 사용되지 않은 타겟 재료의 공급이 X-선 소스의 하우징에 저장될 수 있기 때문이다. 그러므로, 타겟의 교체가 덜 빈번하게 필요하고, 그 결과, 타겟을 교체하는 것 없이 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 동작하는 것이 가능하다. 그 결과, X-선 소스의 동작은 유리하게 또한 더욱 경제적이 된다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에 따라, 금속 포일이 경금속 또는 복수의 경금속들, 바람직하게 알루미늄(aluminum)으로 만들어지는 것이 제공된다. 본 출원의 맥락에서의 경금속들은, 그 밀도가 5 g/㎤ 미만인 그러한 금속들 및 그 합금들을 지정하도록 의도된다. 구체적으로, 이러한 정의는 다음의 경금속들에 적용된다: 모든 알칼리 금속(alkali metal)들, 라듐(radium)을 제외한 모든 알칼리 토금속(alkaline earth metal)들, 부가하여 스칸듐(scandium), 이트륨(yttrium), 티타늄(titanium) 및 알루미늄. 금속 포일을 형성하기 위한 다른 유리한 재료 그룹(material group)들은 텅스텐, 몰리브덴(molybdenum), 및 란타나이드(lanthanide)들의 그룹이다. 구체적으로, 이것은 원소 란타넘(element lanthanum), 그리고 주기율표에서 란타넘의 뒤를 잇는 14개 원소들이다.
또한, 얇은 금속 포일의 사용은, 전자 빔을 이용한 타겟의 여기 때문에 단색 X-선들이 유리하게 생성될 수 있다는 장점을 갖는다. 이들은, 예컨대 단색 X-선들을 이용하여 더욱 선명하게 X-라디오그래프(X-radiograph)들이 이미징(imaging)될 수 있다는 장점을 갖는 단 한 개의 파장을 갖는 X-선들이다. 이러한 이유로, 본 발명을 달성하는 대안적 방법은 또한 바디(body)를 X-레잉하기 위해 상기 단색 X-선들을 사용하는 것이고, 상기 바디는, 사용된 단색 X-선들의 파장에서, 바디의 콘트래스트(contrast)들이 이미지 상에 나타나도록 하는 성질을 가져야 한다. 바디는 예컨대 에어 인클루전(air inclusion)들에 대해 검사될 컴포넌트 연결(component connection)과 같은 기계적 구조물(기계적 또는 무생물 바디)일 수 있다. 다른 가능성은 인간 또는 동물 바디의 X-라디오그래프들을 레코딩(recording)하는 것이다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 애노드가, 제1 롤러(roller)로부터 풀릴 수 있고 제2 롤러로 감길 수 있는 테이프(tape)의 형태로 있는 것이 제공된다. 애노드의 테이프-타입 구성은, 애노드가 단순한 핸들링(handling) 단계들에 의해 전자 빔을 지나서 안내될 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그 결과, 타겟과 전자 빔 사이의 이미 언급된 상대 움직임이 생성될 수 있다. 테이프를 롤러의 형태로 X-선 소스에 공급하고 다 사용된 테이프를 대응하는 롤러로 감아, X-선 소스의 동작 동안 테이프를 하우징에 신뢰성 있게 저장하고 상기 테이프를 전자 빔에 공급하는 것이 쉽게 가능함이 특히 유리하다. 부가하여, 일단 테이프가 다 사용되면, 롤러들을 제거함으로써 상기 테이프가 간단히 교체될 수 있다. 특히 유리하게, 이러한 목적을 위해, 제1 롤러 및 제2 롤러가 하우징의 진공 락(vacuum lock)들에 하우징되는 것이 제공될 수 있다. 본 출원의 맥락 내에서의 진공 락은 하우징 내의 별개의 차단된 공간이고, 상기 공간은 하우징의 내부 쪽으로 테이프-타입 타겟 재료를 위한 스루-통로(through-passage)를 갖는다. 또한, 바깥 쪽으로 닫힐 수 있는 락 오프닝(closable lock opening)들이 존재하고, 상기 닫힐 수 있는 락 오프닝들을 통해, 다 사용된 롤러들이 피팅(fitting)된다. 그런 다음 롤러는 이용가능한 락 챔버(lock chamber)들만을 벤팅(venting)하는 것을 통해 교체될 수 있고, 그래서 하우징의 나머지 하우징 공간은 진공이 된 채로 유지된다. 본 맥락에서, X-선들의 생성이 바람직하게 진공이 된 하우징에서 이루어짐이 주의되어야 한다. 적어도, 제2 롤러는 유리하게 또한, 하우징의 바깥에 바람직하게 부착되는 드라이브(drive)에 기계적으로 커플링되어야 한다. 상기 드라이브를 하우징의 바깥에 부착하는 것은, 드라이브가 비교적 쉽게 유지될 수 있다는 장점을 갖는데, 그 이유는 드라이브가 쉽게 액세스 가능하고 유지보수 작업이 하우징 공간의 벤팅을 필요하게 만들지 않기 때문이다.
전자 빔과 타겟 재료 사이의 상대 움직임을 보장하는 다른 가능성은, 전자 빔을 위한 생성 디바이스(production device)에 피봇팅(pivoting) 가능한 설계를 제공하는 것이다. 생성 디바이스를 피봇팅시킴으로써, 전자 빔은 또한 타겟 재료 상에서 앞뒤로 움직이고, 그 결과, 전체 타겟 재료의 균일한 노출이 가능하다. 물론, 피봇팅 가능한 생성 디바이스가 또한 롤러 메커니즘(roller mechanism)과 결합될 수 있다. 롤러 메커니즘이 감기는 방향의 방향으로 테이프 상에서 전자 빔의 움직임에 영향을 끼칠 수 있는 반면에, 생성 디바이스는 테이프의 움직임 방향에 특히 수직으로 피봇팅 가능할 수 있다. 이것은, 테이프가 또한 자신의 전체 폭에 걸쳐 활용될 수 있고, 그 결과, 타겟 재료를 최적 방식으로 활용하는 것이 가능함을 보장한다.
금속 포일은 유리하게, 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 바람직하게 0.5 ㎛의 두께를 갖는다. 진술된 두께는, 타겟을 형성하는 금속 포일이 충분히 안정적이고 그래서 상기 금속 포일이 예컨대 롤러들 상에서 핸들링될 수 있을 필요에 의해 영향받은 기술적 타협이다. 부가하여, 타겟 재료는 또한 전자 빔에 대한 특정 저항을 제공해야 하는데, 특히 그 이유는 더 두꺼운 타겟 재료들이 또한 더 나은 열 분배를 허용하기 때문이다. 그런 다음 다시, 단색 X-선들을 생성하기 위해, 타겟은 가능한 한 얇은 벽을 가져야 한다.
추가적인 세부사항들은 도면을 참조하여 아래에 설명될 것이다. 개별 도면들에서 동일한 또는 상호 대응하는 도면 엘리먼트(element)들은, 각각의 경우, 동일한 참조 사인(reference sign)을 갖고, 개별 도면들 사이에 차이들이 존재하는 경우에만 다시 설명된다. 도면들에서는:
도 1은 개략적인 섹션으로, 포일에서 단색 X-선들의 생성을 개략적으로 예시한다.
도 2는 개략적인 섹션으로, 본 발명에 따른 X-선 소스의 예시적 실시예를 도시한다.
도 1에서, (세부사항으로서 예시된) 금속 포일(12)이 타겟(11)으로서 제공된다. 전자 빔(13)은, 전자들(14)을 이용하여, 타겟 재료(예컨대, 알루미늄)의 원자(15)를 가격한다. 원자(15)의 K-쉘(shell)(16)이 또한 예시되고, 여기서 전자 빔은 K-쉘(16)의 전자들(17) 중 하나의 여기를 상이한 쉘까지 유발한다. 이러한 전자들이 점핑 백(jumping back)할 때, 단색 X-선들(18)이 방출된다.
도 2는 본 발명에 따른 X-선 소스의 구성을 도시한다. X-선 소스 자체는 진공 가능한 하우징(19)에 하우징되고, 상기 진공 가능한 하우징(19)은 윈도우(22)를 갖는다. 전자 빔(13)이 하우징(19)에 들어간다. 후속하여, 전자 빔이 타겟(11)을 가격하고, 여기서 상기 타겟은 자신의 얇은 두께로 인해 전자 빔의 어떠한 에너지도 거의 흡수하지 않는다. 그러나, 에너지의 일부가, 이미 설명된 방식으로 원자들(15)(도 1을 보라)의 여기로 인해 단색 X-선들(18)로 변환되고, 그런 다음 상기 단색 X-선들(18)은 윈도우(22)를 통해 하우징을 떠날 수 있다. 전자 빔(13)의 전자들(14)을 충분히 가속하기 위하여, E-총(즉, 전자 총)으로서 알려진 것이 제공된다. 상기 E-총은, 전기장이 존재한다면 전자들을 방출하는 캐소드(cathode)(23)를 갖는다. 렌즈(lens)(24)를 이용하여, 상기 전자들이 번들링(bundling)된다. 타겟을 애노드로서 스위칭(switching)함으로써 전기장이 설정된다. 상기 애노드는 100 ㎸ 내지 300 ㎸의 전위에서 동작될 수 있고, 여기서 40 ㎸ 내지 120 ㎸의 전위로 있는 콜렉터(27)가 부가하여 타겟의 다운스트림에 사용된다. 콜렉터는 타겟(11)을 거의 완전히 통과한 전자 빔(13)을 정전기적으로 감속시키고, 그로부터 운동 에너지를 추출한다. 감속된 빔의 저-에너지 전자들이 콜렉터에 의해 흡수되고, 전류로서 다른 데로 전도된다.
하우징에는 제1 롤러(28) 및 제2 롤러(29)가 또한 제공된다. 테이프(30)의 형태로 존재하는 타겟은 제1 롤러(28)로 감기고, 그리고 작동기(M2)(롤러(29)를 회전시키기 위한 드라이브 샤프트(drive shaft) 상에, 그 자체로 알려진 방식으로, 하우징의 바깥에 위치됨)를 이용하여, 추가로 예시되지 않는 방식으로 구동된다. 프로세스(process)에서, 타겟(11)은 롤러(28)로부터 풀리고 롤러(29)로 감긴다. 롤러들(28, 29)의 간단한 교체를 허용하기 위해, 파선-점선들로 표시되는 진공 락들(31)이, 롤러들(28, 29)이 교체될 때 하우징의 나머지 공간이 벤팅될 필요가 없도록 제공된다. 롤러들(28, 29)은 표시된 문들(32)을 통해 제거된다.
전자 총은 마찬가지로 샤프트(33)를 통해 피봇팅 가능하게 장착된다. 모터(motor)(M1)를 이용하여, 상기 샤프트(33)가 구동된다. 샤프트(33)는 마운트(mount)들(34)의 드로잉(drawing) 평면에 평행하고, 그래서 전자 총을 피봇팅시킴으로써, 전자 빔(13)이 테이프(30)의 전체 폭에 걸쳐 피봇팅될 수 있다. 롤러들(28, 29)의 구동 효과는, 전자 빔이 또한 테이프(30)의 길이방향 크기의 방향으로 타겟 상의 충격 위치를 바꿀 수 있다는 점이다.

Claims (11)

  1. 하우징(housing)(19)을 갖는 X-선 소스(X-ray source)로서,
    전자 빔(electron beam)(13)으로 범바딩(bombarding)되고 있을 때 X-선들을 방출할 수 있는 타겟(target)(11)이 상기 하우징(19)에 위치되고,
    금속 포일(metal foil)(12)이 타겟 재료로서 제공되고, 여기서 상기 전자 빔(13) 및 상기 타겟은 서로에 대해 움직일 수 있는,
    X-선 소스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 포일은 경금속 또는 복수의 경금속들, 바람직하게 알루미늄(aluminum)으로 만들어지는,
    X-선 소스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 포일은 란타나이드(lanthanide), 텅스텐(tungsten), 몰리브덴(molybdenum), 또는 언급된 금속들 중 적어도 두 개의 합금으로 구성되는,
    X-선 소스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    애노드(anode)가 테이프(tape)(30)의 형태로 있고, 상기 테이프(30)는 제1 롤러(roller)(28)로부터 풀려서 제2 롤러(29)로 감길 수 있는,
    X-선 소스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 롤러(28) 및 상기 제2 롤러(29)는 상기 하우징(19)의 진공 락(vacuum lock)들(31)에 하우징되는,
    X-선 소스.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 롤러는 상기 하우징의 바깥에 부착되는 드라이브(drive)에 기계적으로 커플링(coupling)되는,
    X-선 소스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 빔(13)을 위한 생성 디바이스(23, 24, 26)가 피봇팅(pivoting) 가능한 설계를 갖는,
    X-선 소스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 포일(12)은 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 바람직하게 0.5 ㎛의 두께를 갖는,
    X-선 소스.
  9. X-선들을 생성하기 위한 방법으로서,
    X-선 소스의 하우징(19)에 있는 타겟(11)이 전자 빔(13)으로 범바딩되어, X-선들을 방출하며,
    금속 포일(12)이 타겟 재료로서 사용되고, 여기서 상기 전자 빔(13) 및 상기 타겟은 서로에 대해 움직여지는,
    X-선들을 생성하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 타겟을 이용하여, 단색 X-선들이 생성되는,
    X-선들을 생성하기 위한 방법.
  11. 사용된 X-선들의 파장에서 구별할 수 있는 콘트래스트(differentiable contrast)들을 생성하는 바디(body)를 X-레잉하기 위해 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 단색 X-선들을 방출하는 X-선 소스의 사용.
KR1020157000864A 2012-06-14 2012-06-14 Ｘ­선 소스，그 사용 그리고 ｘ­선들을 생성하기 위한 방법 KR101874029B1 (ko)

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