KR20150075081A

KR20150075081A - X-레이 방사선을 생성하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20150075081A
Application number: KR1020157006913A
Authority: KR
Inventors: 피터 사이몬 압타커; 폴 비슬리; 스베틀라나 고스만-레브추크; 올리버 헤이드; 티모시 휴즈
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-07-02
Also published as: EP2883236A1; CN104823262A; WO2014044567A1; DE102012216977A1; DE102012216977B4; RU2015114702A; JP2015529386A; US20150228442A1

Abstract

본 발명은 타겟 층(510)을 갖는 애노드(500)와, 전자 비임(210)을 방출하기 위한 캐소드(200)와, 전기장에 의해 전자 비임을 타겟 층으로 편향시키기 위한 편향 유닛(300)과, 전자 비임을 집속하기 위한 집속 유닛(800)을 포함하는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)에 관한 것이다.

Description

X-레이 방사선을 생성하기 위한 장치 {DEVICE FOR PRODUCING X-RAY RADIATION}

본 발명은 특허 청구항 제1항에 따른 X-레이 방사선을 생성하기 위한 장치와, 특허 청구항 제13항에 따른 X-레이 방사선을 생성하기 위한 장치를 작동시키는 방법에 관한 것이다.

X-레이 방사선을 생성하기 위한 X-레이 튜브가 종래 기술에 공지되어 있다. X-레이 튜브는 전자를 방출하기 위한 캐소드를 포함한다. 방출된 전자는 높은 전압에 의해 애노드를 향해 가속된다. 애노드에서, 전자는 감속되고, 이 과정에서, x-레이 제동복사 및 특성 x-레이 방사선을 생성한다. x-레이 제동복사는 넓은 스펙트럼 분포를 갖는 반면, 특성 x-레이 방사선은 불연속 선형 스펙트럼을 포함한다. x-레이 튜브에 의해 방출된 x-레이 방사선에서, 양 유형의 방사선이 중첩된다.

특정 용례에 대해, 불연속 에너지를 갖는 특성 x-레이 방사선이 x-레이 제동복사보다 더 적합하다. 제동복사 부분을 감소시키기 위해 금속 필터로 x-레이 방사선을 필터링하는 관례가 알려져 있다. 그러나, 이런 필터는 특성 x-레이 방사선의 부분도 감쇠시키게 된다.

또한, x-레이 튜브에 의해 방출된 x-레이 방사선의 제동복사 부분은 이방성이며, 입사 전자의 방향에 의해 규정되는 순방향에서 최대값을 포함한다는 것이 알려져 있다. 대조적으로, 특성 x-레이 방사선은 등방성이다. US 7,436,931 B2는 x-레이 튜브 외부로 x-레이 방사선을 채널링할 목적으로 애노드 상에 입사된 전자의 방향에 대향한 방향으로 윈도우를 배열하는 것을 제안한다. 이 영역의 외부에 전자 소스를 배열할 수 있게 하기 위해 상술한 문헌은 자기 편향 장치에 의해 애노드 상으로 안내되는 전자 비임을 편향시키는 것을 제안한다.

본 발명의 목적은 x-레이 방사선을 생성하기 위한 개선된 장치를 제공하는 것이다. 이 목적은 청구항 제1항의 특징을 포함하는 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 목적은 이런 장치를 작동시키는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제13항의 특징을 포함하는 방법에 의해 달성된다. 양호한 개선형태가 종속 청구항에 제공된다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치는 타겟 층을 갖는 애노드, 전자 비임을 방출하기 위한 캐소드, 전기장에 의해 전자 비임을 타겟 층으로 편향시키기 위한 편향 유닛, 전자 비임을 집속하기 위한 집속 유닛 및 타겟 층 상에 입사된 전자 비임의 방향에 대항하는 역방향으로 애노드의 타겟 층 내에서 생성된 X-레이 방사선을 분리시키기 위한 x-레이 윈도우를 포함한다. 여기서, 캐소드는 애노드로부터 진행하는 역방향에 관하여 측 방향으로 편위되어 배열된다. 유리하게, 이 장치는 특히 축약적인 구현형태를 가질 수 있다. 유리하게, 집속 유닛에 의해 전자 비임의 특히 작은 초점이 애노드 상에 생성될 수 있다. 편향 유닛은 유리하게 애노드에 의해 생성된 X-레이 방사선이 애노드 상에 입사된 전자의 방향에 관하여 역방향으로 채널링될 수 있게 한다. 결과적으로, 채널링된 X-레이 방사선은 낮은 비율의 x-레이 제동복사와 높은 비율의 특성 x-레이 방사선을 포함한다.

장치의 일 실시예에서, 집속 유닛은 전자 비임의 전파 방향으로 편향 유닛의 하류에 배열된다. 유리하게, 집속 유닛은 이때 전자 비임을 애노드의 타겟 층의 일점 상에 직접적으로 집속할 수 있다.

장치의 일 실시예에서, 편향 유닛은 굴곡된 차폐 튜브를 포함한다. 여기서, 제1 전극 및 제2 전극은 차폐 튜브 내에 배열된다. 이때, 유리하게, 차폐 튜브의 만곡부를 따라서, 편향 유닛을 통해 전파하는 전자 비임의 편향을 유발하는 편향 유닛의 구성요소에 전압을 인가할 수 있다.

장치의 일 실시예에서, 집속 유닛은 내부 쉘(inner shell)을 포함할 수 있다. 여기서, 애노드는 내부 쉘 내에 배열된다. 유리하게, 집속 유닛은 이때 애노드 상에 전자 빔을 집속할 수 있다. 여기서, 애노드는 무전계(field-free) 영역 배열된다.

장치의 일 실시예에서, 내부 쉘은 구형 쉘(spherical shell)로 구현된다. 이때, 집속 유닛은 유리하게 고도의 대칭성을 가지며, 그 결과, 잘 규정된 전기장이 생성될 수 있다.

장치의 일 실시예에서, 집속 유닛은 외부 쉘(outer shell)을 포함하며, 외부 쉘은 적어도 부분적으로 내부 쉘을 둘러싼다. 유리하게, 전자 비임은 이때 외부 쉘과 내부 쉘 사이에서 집속될 수 있다. 또한, 전자 비임의 전자는 외부 쉘과 내부 쉘 사이에서 이동 방향으로 가속될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 외부 쉘은 구형 쉘로서 구현된다. 유리하게, 이는 장치의 집속 유닛의 특히 간단하고 대칭적인 구현예를 도출한다.

장치의 다른 실시예에서, 외부 쉘은 구형 캡 쉘(spherical-cap shell)로서 구현된다. 유리하게, 이는 또한 집속 유닛의 축약적이고, 간단하며, 대칭적인 구현예를 도출한다.

장치의 일 실시예에서, 내부 쉘과 외부 쉘 각각은 전자 비임을 통과시키도록 제공된 적어도 하나의 개구를 포함한다. 유리하게, 전자 비임은 이때 내부 쉘에 배열된 애노드 상으로 안내 및 집속될 수 있다.

장치의 일 실시예에서, 장치는 애노드를 통과한 전자 비임의 전자를 포획하기 위해 제공된 집전체를 포함한다. 유리하게, 집전체에 의해 포획된 전자는 전기 회로 내로 반환될 수 있으며, 그 결과, 장치의 에너지 효율이 개선된다.

장치의 일 실시예에서, 집속 유닛의 외부 쉘과 집전체는 함께 집속 유닛의 내부 쉘을 둘러싼다. 유리하게, 집전체는 이때 더 큰 입체각 범위에 걸쳐 산란되는 전자를 포획하기에 적합하다.

장치의 일 실시예에서, 집전체는 외부 쉘에 인접한 원통형 부분을 포함한다. 여기서, 외부 쉘과 원통형 부분은 서로 전기적으로 절연된다. 유리하게, 집전체는 이때 애노드 상으로 안내되는 전자 비임의 전자의 많은 부분을 포획하기에 적합하다. 여기서, 집전체에는 집속 유닛의 외부 쉘과는 다른 전기 전위가 인가되는 것이 유리할 수 있다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 캐소드에 대비해 제1 전기 전압이 차폐 튜브와 외부 쉘에 인가된다. 여기서, 캐소드에 대비해 제2 전기 전압이 제1 전극에 인가된다. 또한, 캐소드에 대비해 제3 전기 전압이 내부 쉘에 인가된다. 여기서, 제1 전압은 제2 전압보다 더 높은 양의 전압값을 갖는다. 또한, 제3 전압은 제1 전압보다 더 높은 양의 전압값을 갖는다. 유리하게, 이때 편향 유닛에서 전자 비임이 편향된다. 또한, 전자 비임은 집속 유닛의 내부 쉘과 외부 쉘 사이에서 집속된다. 또한, 전자 비임의 전자는 외부 쉘과 내부 쉘 사이에서 이동 방향으로 가속된다.

이 방법의 일 실시예에서, 캐소드에 대비해 제1 전기 전압이 유사하게 제2 전극에 인가된다. 유리하게, 이때 전자 비임의 전자는 편향 유닛 내에서 그 속도의 크기에 변화를 받지 않는다.

이 방법의 일 실시예에서, 캐소드에 대비해 제4 전기 전압이 집전체에 인가된다. 여기서, 제4 전압은 제1 전압보다 더 높은 양의 전압값을 갖는다. 또한, 제3 전압은 제4 전압보다 더 높은 양의 전압값을 갖는다. 유리하게, 애노드를 통과한 전자 비임의 전자는 그후 집전체에 의해 감속되고, 그 결과, 전자의 에너지의 일부가 회수된다. 그 결과, 이 방법은 유리하게 높은 에너지 효율을 갖는다.

도면과 연계하여 더 상세히 설명되어 있는 예시적 실시예에 대한 아래의 설명과 연계하여 본 발명의 상술한 특성, 특징 및 장점과, 이들이 달성되는 방식을 더 명확하고 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치의 개략적 사시도를 도시한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치의 개략적 단면도를 도시한다.
도 4는 제2 실시예의 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치의 개략적 사시도를 도시한다.

도 1은 매우 개략적인 단면도로 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)를 도시한다. 도 1에 도시되어 있는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 구성요소는 진공 튜브 내에 배열될 수 있다. 이 경우에, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)는 x-레이 튜브라고도 지칭될 수 있다. 도 2는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 개략적 사시도를 도시한다. 명료성을 위해, 장치(100)의 일부 구성요소는 도 2에 도시되어 있지 않다.

장치(100)는 캐소드(200)를 포함한다. 캐소드(200)는 전자 비임(210)을 생성하기 위해 전자를 방출하도록 제공된다. 예로서, 캐소드(200)는 전계 방출에 의해 또는 열적 방출에 의해 전자를 방출할 수 있다.

또한, 장치(100)는 편향 유닛(300)을 포함한다. 편향 유닛(300)은 캐소드(200)로부터 발산되는 전자 비임(210)을 편향시키도록, 즉 전자 비임(210)의 방향을 변경하기 위해 제공된다. 편향 유닛(300)은 전기 전도성 재료, 예로서, 금속으로 이루어진 굴곡된 차폐 튜브(330)를 포함한다. 차폐 튜브(330)의 제1 종방향 단부(331)는 캐소드(200)에 대면한다. 캐소드(200)에 의해 방출된 전자 비임(210)의 전자는 제1 종방향 단부(331)를 통해 차폐 튜브(330) 내로 진입할 수 있다.

제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330) 내에 배열된다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 각각은 세장형의 굴곡된 밴드 형태를 가지며, 차폐 튜브(330)의 종방향으로 서로 실질적으로 평행하게 연장한다. 전극(310, 320)의 곡률은 차폐 튜브(330)의 곡률에 실질적으로 대응한다. 전극(310, 320)은 서로 거리를 두고 존재한다. 차폐 튜브(330)의 중심축은 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이에서 연장한다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320) 각각은 전기 전도성 재료, 예로서, 금속으로 이루어진다.

차폐 튜브(330)의 제1 종방향 단부(331)에서 차폐 튜브(330)에 진입하는 전자 비임(210)의 전자는 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이에서 차폐 튜브(330)를 통과할 수 있다. 제1 전극(310), 제2 전극(320) 및 차폐 튜브(330)에 인가되는 적절한 크기의 전기 전압의 결과로서, 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)의 내부에 전기장이 보급되고, 이 전기장은 차폐 튜브(330)를 통한 통과 동안 전자 비임(210)이 차폐 튜브(330)의 곡률을 따르는 방식으로 전자 비임(210)의 전자를 편향시킨다. 이 결과, 전자 비임(210)의 방향이 변한다. 편향 유닛(300)을 통과한 이후, 전자 비임(210)의 전자는 그 제2 종방향 단부(332)에서 차폐 튜브(330)를 벗어난다.

또한, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)는 집속 유닛(400)을 포함한다. 집속 유닛(400)은 애노드(500)의 타겟 층(510)의 초점 상에 전자 비임(210)을 집속하는 역할을 한다. 이는 예를 들어, 혈관촬영 같은 의료 목적을 위해 유리한 바와 같이 가능한 최소 직경으로 초점을 생성하는 목적으로 수행된다.

도시된 실시예에서, 집속 유닛(400)은 내부 쉘(420)과 외부 쉘(410)을 포함한다. 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420) 각각은 전기 전도성 재료, 예로서, 금속으로 구성된다. 외부 쉘(410) 및 내부 쉘(420)은 각각 구형 쉘로서 구현된다. 외부 쉘(410) 및 내부 쉘(420)은 서로에 관하여 동심으로 배열된다. 외부 쉘(410)은 제1 개구(411)를 포함한다. 내부 쉘(420)은 제1 개구(421)를 포함한다. 동축으로 배열된 쉘들(410, 420)의 중심으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 내부 쉘(420)의 제1 개구(421)와 외부 쉘(410)의 제1 개구(411)는 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)의 제2 종방향 단부(332)에 대면하는 공통적 반경 방향으로 배치된다. 제2 종방향 단부(332)를 통해 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)를 벗어나는 전자 비임(210)의 전자는 외부 쉘(410)의 제1 개구(411)와 내부 쉘(420)의 제1 개구(421)를 통해 집속 유닛(400) 내로 침투한다.

집속 유닛(400)의 다른 실시예에서, 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420)은 구형 형태와는 다른 구현형태(예를 들어, 타원체형 구현형태)를 가질 수 있으며, 반드시 동축으로 배열될 필요도 없다.

적절한 크기의 전기 전압이 집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420)에 인가되는 경우, 집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420) 사이에 반경 방향으로 지향된 전기장이 형성되며, 이는 내부 쉘(420)의 제1 개구(421)와 외부 쉘(410)의 제1 개구(411) 사이에서 연장하는 전자 비임(210)의 집속을 유발한다. 여기서, 전자 비임(210)은 전기장의 반경방향 프로파일의 결과로서 대략적으로 집속 유닛(400)의 내부 쉘(420)과 외부 쉘(410)의 공통 중심 상에 집속된다. 추가적으로, 전자 비임(210)의 전자는 전자 비임(210)의 전자의 속도의 크기가 증가하는 방식으로 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420) 사이에서 가속된다. 여기서, 전자 비임(210)의 전자의 운동학적 에너지의 증가는 외부 쉘(410)과 내부 쉘(420) 사이의 전위차로부터 나타난다.

집속 유닛(400)의 내부 쉘(420)에 의해 둘러싸여진 공간 내에는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 애노드(500)가 배열된다. 애노드(500)는 타겟 층(510)을 보유하는 보유기(520)를 포함한다. 예로서, 애노드(500)의 보유기(520)는 다이아몬드를 포함하거나, 다이아몬드로 구성될 수 있다. 예로서, 타겟 층(510)은 텅스텐을 포함하거나 텅스텐으로 구성될 수 있다. 애노드(500)는 전방 측부(501)와 후방 측부(502)를 갖는다. 애노드(500)의 전방 측부(501)는 타겟 층(510)에 의해 형성된다.

애노드(500)는 외부 쉘(410)의 제1 개구(411) 및 내부 쉘(420)의 제1 개구(421)를 통해 집속 유닛(400)에 진입하는 전자 비임(210)이 애노드(500)의 전방 측부(501) 상의 타겟 층(510) 상에 입사되는 방식으로 배열된다. 바람직하게는, 전자 비임(210)은 타겟 층(510) 상에 대략 수직으로 입사된다. 바람직하게, 애노드(500)는 타겟 층(510)이 집속 유닛(400)에 의해 유발되는 전자 비임(210)의 집속의 초점에 위치하는 방식으로 집속 유닛(400)의 내부 쉘(420) 내부에 배열된다. 이때, 전자 비임(210)의 전자가 애노드(500)의 타겟 층(510)에 입사되는 초점은 최소의 직경을 갖는다.

애노드(500)의 타겟 층(510) 상에 입사되는 전자 비임(210)의 전자가 타겟 층(510)에서 감속되어 x-레이 방사선이 생성된다. 이 x-레이 방사선은 수개 또는 모든 공간적 방향으로 방사된다. 여기서, x-레이 방사선은 x-레이 제동복사와 특성 x-레이 방사선을 포함한다. x-레이 제동복사의 부분은 대향한 역방향에서보다 순방향에서 더 높고, 여기서, 순방향은 타겟 층(510) 상에 입사되는 전자 비임(210)의 방향으로 정의된다.

x-레이 제동복사의 부분은 다양한 의료 및 기술적 목적에 대하여 가능한 작은 것이 바람직하기 때문에, 애노드(500)의 타겟 층(510)에 생성된 x-레이 방사선을 채널링 방출하기 위한 x-레이 윈도우(110)가 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)에서 역방향, 즉, 타겟 층(510) 상에 입사되는 전자 비임(210)의 방향에 대향한 방향에 배치된다. 여기서, x-레이 윈도우(110)는 예로서, +/-20°의 입체각 범위를 덮을 수 있다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 장점은 x-레이 윈도우(110)를 통해 채널링 배출되는 x-레이 방사선이 애노드(500)의 타겟 층(510)으로부터의 그 경로에서 통과하게 되는 공간적 영역 외부에 캐소드(200)가 적어도 부분적으로 배열된다는 사실을 포함한다. 결과적으로, x-레이 방사선은 캐소드(200)에 의해 차폐 또는 감쇠되지 않거나 단지 소량으로만 차폐 또는 감쇠된다. x-레이 윈도우(110)에 의해 덮여진 공간적 영역의 외부에 캐소드(200)를 배열하는 것은 편향 유닛(300)에 의해 가능해진다. 편향 유닛은 역방향에 관하여 측방향 편위를 두고 캐소드(200)를 배열하는 것을 가능하게 하며, 그럼에도 불구하고, 역방향에 대향한 순방향으로 애노드(500)의 타겟 층(510) 상으로 전자 비임(210)을 안내할 수 있게 한다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)는 또한 집전체(600)를 포함한다. 타겟 층(510) 상에 입사된 전자 비임(210)의 방향에 의해 정의되는 순방향에서, 집전체(600)는 집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)의 외측에서 집속 유닛(400)의 하류에 배열된다.

집전체(600)는 장치(100)의 에너지 효율을 향상시키기 위해 완전히 애노드(500)를 관통한 전자 비임(210)의 전자를 수집하도록 기능한다. 이를 위해, 내부 쉘(420)은 제2 개구(422)를 포함한다. 외부 쉘(410)은 유사하게 제2 개구(412)를 포함한다. 외부 쉘(410)의 제2 개구(412) 및 내부 쉘(420)의 제2 개구(422)는 제1 개구들(411, 421)에 대향하여 배치되는 내부 쉘(420) 및 외부 쉘(410)의 측부 상에 배열된다. 결과적으로, 타겟 층(510) 상에 입사된 이후 애노드(500)를 완전히 통과한 전자 비임(210)의 전자는 외부 쉘(410)의 제2 개구(412) 및 내부 쉘(420)의 제2 개구(422)를 통해 집속 유닛(400)을 벗어날 수 있고, 집전체(600)에 도달할 수 있다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 동작 동안, 다양한 전기 전위들이 장치(100)의 다양한 구성요소들에 인가된다. 여기서, 캐소드(200)는 접지 또는 기준 전위를 형성할 수 있다.

바람직하게, 공통적인 양의 전기 전위가 집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)과 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)에 인가된다. 여기서, 전기 전압은 예로서, 캐소드(200)에 대비하여 10 kV일 수 있다. 이 전위가 편향 유닛(300)의 제2 전극(320)에도 인가되는 것이 바람직하다. 그러나, 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330), 편향 유닛(300)의 제2 전극(320) 및 집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)에 각각 다른 전위들을 인가하는 것도 가능할 수 있다.

편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)의 전위보다 작은 양의 전위가 편향 유닛(300)의 제1 전극(310)에 인가된다. 예로서, 캐소드(200)에 대비해 1 kV의 전위가 제1 전극(310)에 인가될 수 있다.

집속 유닛(400)의 외부 쉘(410)의 전위보다 큰 양의 전위가 집속 유닛(400)의 내부 쉘(420)에 인가된다. 예로서, 캐소드(200)에 대비한 150 kV의 전위가 내부 쉘(420)에 인가될 수 있다.

집속 유닛(400)의 내부 쉘(420)과 외부 쉘(410)의 전위들 사이에 있는 양의 전위가 집전체(600)에 인가될 수 있다. 예로서, 캐소드(200)에 대비해 40 kV의 전위가 집전체(600)에 인가될 수 있다.

도 3은 제2 실시예에 따른 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)를 통한 단면을 매우 개략적인 예시도로 도시하고 있다. 도 4는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)의 개략적 사시도를 도시한다. 명료성을 위해, 장치(700)의 일부 구성요소는 도 4에 도시되어 있지 않다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)는 x-레이 방사선 생성을 위한 도 1 및 도 2에 도시된 장치(100)에 상응한다. 따라서, 서로 대응하는 구성요소에는 동일 참조 부호가 제공되고 이하의 설명에서는 다시 상세히 설명하지 않는다.

집속 유닛(400) 대신, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)는 집속 유닛(800)을 포함한다. 집속 유닛(800)은 전기 전도성 구형 쉘로서 구현되는 내부 쉘(820)을 포함한다. 내부 쉘(820)은 제1 개구(821)를 포함하고, 이 제1 개구를 통해 전자 비임(210)의 전자가 내부 쉘(820)에 의해 둘러싸여진 공간 내로 진입할 수 있다. 애노드(500)는 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)의 내부에 배열된다. 애노드(500)를 완전히 관통한 전자 비임(210)의 전자는 제2 개구(822)를 통해 내부 쉘(820)을 벗어날 수 있다. 이에 관하여, 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)은 도 1 및 도 2의 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 집속 유닛(400)의 내부 쉘(420)에 대응한다.

x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)의 집속 유닛(800)은 또한 외부 쉘(810)을 포함한다. 외부 쉘(810)은 전기 전도성 재료, 예로서, 금속으로 구성된다. 외부 쉘(810)은 구형 쉘의 부분의 형태를 갖는다. 외부 쉘(810)은 구형 쉘의 절반부로서 구현된다. 따라서, 외부 쉘(810)은 구형 캡 쉘이라고 지칭될 수도 있다. 외부 쉘(810)은 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)을 부분적으로 둘러싼다. 여기서, 외부 쉘(810)이 그 일부를 형성하는 구형 쉘의 중심은 내부 쉘(820)의 중심과 일치한다. 외부 쉘(810)은 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)의 제2 종방향 단부(332)에 대면하는 내부 쉘(820)의 측부 상에 배열된다. 외부 쉘(810)은 개구(811)를 포함하며, 제2 종방향 단부(332)를 통해 편향 유닛(300)의 차폐 튜브(330)를 벗어나는 전자 비임(210)의 전자가 이 개구(811)를 통해 집속 유닛(800) 내에 진입할 수 있다.

또한, 적절한 전기 전압을 인가함으로써 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)과 외부 쉘(810) 사이에 전기장이 생성될 수 있으며, 이 전기장은 외부 쉘(810)과 내부 쉘(820) 사이에서 연장하는 전자 비임(210)의 집속을 유발한다. 여기서, 전자 비임(210)은 대략적으로 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)의 중심에 다시 한번 집속된다. 동시에, 전기장은 다시 한번 전자 비임(210)의 전자의 속도의 크기의 증가를 유발한다.

집전체(600) 대신, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)는 집전체(900)를 구비한다. 집전체(900)는 전기 전도성 재료, 예로서, 금속으로 구성되며, 애노드(500)를 완전히 관통한 전자 비임(210)의 전자를 수집하도록 기능하여 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)의 에너지 효율을 증가시킨다.

집전체(900)는 일 측부에서 베이스 부분에 의해 폐쇄되어 있는 원통형 부분(910)을 포함한다. 따라서, 집전체(900)는 컵형 구현형태를 갖는다. 집전체(900)의 원통형 부분(910)은 집속 유닛(800)의 외부 쉘(810)과 동일한 직경을 갖는다. 집전체(900)의 원통형 부분(910)의 개방 단부는 외부 쉘(810)의 개방 단부에 인접한다. 결과적으로, 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)은 외부 쉘(810) 및 집전체(900)에 의해 둘러싸여진다.

집전체(900)의 원통형 부분(910)과 외부 쉘(810) 사이에 절연부(920)가 배열되고, 이는 외부 쉘(810)을 집전체(900)로부터 전기적으로 절연한다. 이는 외부 쉘(810)과 집전체(900)에 서로 다른 전기 전위를 인가할 수 있게 한다.

애노드(500)를 통과한 전자 비임(210)의 전자는 넓은 각도 분포로 애노드(500)를 벗어날 수 있다. 애노드(500)의 전방 측부(501)로 안내된 전자 비임(210)의 방향에 관한 전자의 방향의 변화는 애노드(500)의 보유기(520)의, 그리고, 타겟 층(510)의 원자상에 전자 비임(210)의 전자가 충돌함으로써 유발된다. 예로서, 애노드(500)가 다이아몬드로 이루어진 보유기(520)와 500 nm의 두께를 갖는 텅스텐으로 이루어진 타겟 층(510)을 포함하는 경우, 애노드(500)를 통과한 전자의 각도 분포는 약 +/-60°의 범위에 있을 수 있다. 도 1 및 도 2의 집전체(600)에 비하여, 집전체(900)는 집전체(900)가 이러한 큰 입체각 범위 전체로부터 전자를 포획할 수 있는 장점을 제공한다. 결과적으로, 장치(700)는 특히 높은 에너지 효율을 갖는다. 바람직하게, 내부 쉘(820)의 제2 개구(822)는 전체 가능 산란 각도 범위로부터 전자가 통과할 수 있게 하기 위해 대응적으로 큰 구현형태를 갖는다.

장치(700)의 동작 동안, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700)의 구성요소에는 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100)의 대응 구성요소와 동일한 전위가 인가될 수 있다. 특히, 캐소드(200)에 대비한 10 kV의 전위가 외부 쉘(810)에 인가될 수 있다. 캐소드(200)에 대비한 150 kV의 전위가 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)에 인가될 수 있다. 캐소드(200)에 대비한 40 kV의 전위가 집전체(900)에 인가될 수 있다.

양호한 예시적 실시예에 의거하여 본 발명이 더욱 자세하고 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않는다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고 이들로부터 다른 변형을 안출할 수 있다.

Claims

타겟 층(510)을 갖는 애노드(500),
전자 비임(210)을 방출하기 위한 캐소드(200),
전자 비임(210)을 전기장에 의해 타겟 층(510) 상으로 편향시키기 위한 편향 유닛(300),
전자 비임(210)을 집속하기 위한 집속 유닛(400, 800), 및
타겟 층(510) 상에 입사되는 전자 비임(210)의 방향에 대향한 역방향으로 애노드(500)의 타겟 층(510)에서 생성된 x-레이 방사선을 분리시키기 위한 x-레이 윈도우를 포함하는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700)이며,
캐소드(200)는 애노드(500)로부터 진행하는 상기 역방향에 관하여 측방향으로 편위되어 배열되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제1항에 있어서, 집속 유닛(400, 800)은 전자 비임(210)의 전파 방향으로 편향 유닛(300)의 하류에 배열되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제1항 또는 제2항에 있어서, 편향 유닛(300)은 굴곡된 차폐 튜브(330)를 포함하고, 차폐 튜브(330) 내에 제1 전극(310)과 제2 전극(320)이 배열되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 집속 유닛(400, 800)은 내부 쉘(420, 820)을 포함하고, 애노드(500)는 내부 쉘(420, 820) 내에 배열되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제4항에 있어서, 내부 쉘(420, 820)은 구형 쉘로서 구현되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제4항 또는 제5항에 있어서, 집속 유닛(400, 800)은 외부 쉘(410, 810)을 포함하고, 외부 쉘(410, 810)은 적어도 부분적으로 내부 쉘(420, 820)을 둘러싸는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제6항에 있어서, 외부 쉘(410)은 구형 쉘로서 구현되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제6항에 있어서, 외부 쉘(810)은 구형 캡 쉘로서 구현되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 쉘(420, 820) 및 외부 쉘(410, 810) 각각은 전자 비임(210)이 통과할 수 있게 하도록 제공된 적어도 하나의 개구(411, 412, 421, 422, 811, 821, 822)를 포함하는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(100, 700)는 집전체(600, 900)를 포함하고, 집전체(600, 900)는 애노드(500)를 통과한 전자 비임(210)의 전자를 포획하도록 제공되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700).
제6항, 제8항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 따른 장치(700)에 있어서, 집전체(900)와 집속 유닛(800)의 외부 쉘(810)은 함께 집속 유닛(800)의 내부 쉘(820)을 둘러싸는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700).
제11항에 있어서, 집전체(900)는 원통형 부분(910)을 포함하고, 집전체(900)의 원통형 부분(910)은 외부 쉘(810)과 인접하며, 외부 쉘(810)과 원통형 부분(910)은 서로 전기적으로 절연되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(700).
제3항 또는 제6항에 따른 x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700)를 작동시키는 방법이며,
캐소드(200)에 대비한 제1 전기 전압이 차폐 튜브(330)와 외부 쉘(410, 810)에 인가되고,
캐소드(200)에 대비한 제2 전기 전압이 제1 전극(310)에 인가되고,
캐소드(200)에 대비한 제3 전기 전압이 내부 쉘(420, 820)에 인가되고,
상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 더 높은 양의 전압값을 가지고,
상기 제3 전압은 상기 제1 전압보다 더 높은 양의 전압값을 가지는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700)를 동작시키는 방법.
제13항에 있어서, 캐소드(200)에 대비한 상기 제1 전기 전압은 제2 전극(320)에도 마찬가지로 인가되는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700)를 동작시키는 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 장치(100, 700)는 제10항에 따라서 x-레이 비임을 생성하기 위해 구성되고, 캐소드(200)에 대비한 제4 전기 전압이 집전체(600, 900)에 인가되고, 상기 제4 전압은 상기 제1 전압보다 더 높은 양의 전압값을 가지며, 상기 제3 전압은 상기 제4 전압보다 더 높은 양의 전압값을 갖는, x-레이 방사선을 생성하기 위한 장치(100, 700)를 동작시키는 방법.