KR910001514B1 - X 선관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

X 선관

제1도는 본 발명에 따른 한예를 나타내는 일부분을 절개한 단면도이다.

제2도는 본 발명과 종래기술의 특성을 비교하는 그라프로서, 전자 조사의 회수와 상대 X선 방사량의 관계를 나타내는 것이다.

제3도는 본 발명에 따른 한예의 특성을 설명하는 그라프로서, 전자 조사회수를 파라미터로 하여 Ti의 함유량과 상대 X선 방사량의 관계를 나타내는 것이다.

제4도는 본 발명에 따른 다른예의 특성을 설명하는 그라프로서, 상대 X선 방사량과 K₂O+SiO₂함유량의 관계를 나타내는 것이다.

제5도는 제4도의 예에서 시간과 양극전류 특성의 관계를 나타내는 그라프이다.

제6도는 본 발명에 따른 한예에서 타겟트의 전자 초점면을 나타내는 현미경 사진이다

제7도는 제6도의 전자 초점면의 기본부분을 확대시켜 나타낸 현미경 사진이다.

제8도는 본 발명에 따른 다른예에서 타겟트의 전자 초점면을 나타내는 현미경 사진이다.

제9도는 제8도의 전자 초점면을 확대시켜 나타낸 현미경 사진이다.

제10도는 종전기술에 의한 X 선관에서 타겟트의 전자 초점면을 나타내는 현미경 사진이다.

제11도는 제10도의 전자 초점면을 확대시켜 나타낸 현미경 사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 금속제 진공용기 12 : X선 방사창

13 : 로우터(rotor)용기 14 : 음극 구조체

15 : 양극 타겟트 16 : 지지 샤프트

17 : 로우터 18 : 전자 초점면

19 : 지지기판

본 발명은 X 선관에 관한 것으로서, 특히 Mo(몰리브덴)의 특성 X선을 방사하는 타겟트를 구비한 X 선관에 관한 것이다.

저 에너지 X선으로 유방의 X선 촬영을 행하는 유방 X선 검사에서는 파장이 0.4 내지 0.8Å 정도의 긴파장 성분을 많이 함유하고 있는 X선을 방사하는 Mo를 타겟트 금속재료로 한 X 선관이 사용된다.

이 경우에 타겟트(양극) 가속전압은 25 내지 40KV 정도이다.

특히 기하학적 흐림(blur)이 작은 X선 촬영을 하기 위해 초점이 가능한한 작아야 된다.

한편 충분한 양의 X선을 방사시키기 위해 약 100mA 이상의 관전류가 요구되는데 이와같이 하면 초점이 커지게 된다.

일반적으로 X선 촬영을 할 경우 X선을 상당히 긴시간 예로서 1 내지 4초 정도동안 방사시키는데, 이와같은 경우 양극 타겟트의 전자 초점면이 고온으로 가열되게 되므로 반복동작시킬때 전자 초점면은 쉽게 손상되어진다.

즉 전자 초점면은 빈번하게 순수 Mo의 재결정온도인 1700 내지 1800℃ 정도의 온도를 초과하게 된다.

결과적으로, 전자 초점면의 금속 결정은 커지게되고 그리고 전자 초점면의 표면은 거칠어지게 된다.

이러한 열피로가 계속 진행될 경우 X선 방사량이 감소되고 그리고 X선 방사질(quality)이 서서히 경화되게 된다.

그러므로 타겟트의 전자 초점면이 손상되는것을 경감시키기 위해 여러가지의 합금을 전자 초점면의 재료로 사용해 왔다.

예로서, Mo-Hf 합금을 사용한 것이 일본 특개소 제49-45692호에 기술되어있다.

그리고 또 Mo에다 원자번호 39와 46 사이의 금속원자, 예로서 Nb를 25중량% 이하 함유시켜 만든 합금을 사용한 것이 일본 특개소 제46-45693호에 기술되어있다.

그러나 이러한 합금으로된 타겟트를 순수 Mo로된 타겟트와 비교하여 볼때 현저하게 개선된 점이 없었다.

순수 W나 Re와 W의 합금을 전자 초점면의 재료로 사용한 경우에는 원하는 Mo의 특성 X선을 얻을 수가 없었다.

전자 초점면에 W나 Re-W 합금을 사용하고, 그것을 지지하는 타겟트 기판을 열용량이 큰 Mo 합금으로 형성시킨 복합 타겟트가 일본 특개소 제60-198045호와 영국 특허 제1,121,407호에 기술되어있다.

이러한 것에서도 Mo 특성 X선을 얻을 수가 없었다. 순수 Mo로 만들어진 타겟트를 가진 종래형의 X 선관을 상당히 긴 시간의 반복작동에 대응하는 강제 작동시험 시켰을때 타겟트의 표면상태는 제10도와 제11도에 도시된 것과같이 시험 종료될때 나쁜상태로 되었다.

제10도는 순수 Mo 제의 회전양극 타겟트 면을 5배로 확대시킨 현미경 사진이고, 제11도는 그 전자 초점면의 일부를 30배로 확대시킨 현미경 사진이다.

이러한 현미경 사진으로부터 순수 Mo 제의 타겟트의 전자 초점면이 더 커졌고 그리고 깊은 홈(crack)이 많이 발생되었다는 것을 확인할 수 있다.

이러한 시험은 양극 가속전압이 40KV, 과전류가 150mA, 75초의 간격으로 4초간씩 방사를 400회 반복시키는 조건으로 행하여 졌다.

부가적으로 다른 강제 작동시험이 양극 가속전압이 40KV, 과전류가 260mA, 50초간격으로 1초간씩 방사를 5000회 반복시키는 조건으로 행하여 졌다.

이러한 시험후 X선의 방사량이 본 발명과 종래기술의 X선 방사특성을 비교하여 나타낸 제2도의 곡선(L)으로부터 볼수 있는 것과같이 초기량의 약 46% 정도로 감소되어졌다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 목적은 긴 시간동안 반복작동시켜도 전자 초점면의 결정이 커지지 않게하고 그리고 X선 방사량이 감소되지 않게하는 Mo 제의 타겟트를 가진 X 선관을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 관점에 따라 X 선관은 전자를 방출시키는 음극과 전자의 충격을 받도록된 전자 초점면을 가지고서 Mo의 특성 X선을 주로 방사하는 타겟트로 구성되어있다.

타겟트는 전자 초점면이 배치되어있는 지지기판으로 구성되어 있고, 전자 초점면은 Ti, K₂O· SiO₂또는 이들 혼합물을 함유하는 Mo 합금을 포함한다.

Mo 합금이 Ti를 0.3 내지 4중량% 또는 K₂O를 0.01 내지 0.1중량% 그리고 SiO₂를 0.02 내지 0.2중량%의 조합을 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따라 만든 전자 초점면은 과부하에서 반복작동시킨 후에도 표면이 거칠게 되지 않는다.

그러므로 요구되는 방향에서 X선 방사량이 감소되는 현상은 크게 저지되어진다.

이러한 것의 덕분으로 수명이 긴 특성을 가진 X 선관을 얻을수가 있다.

타겟트 상의 전자면의 표면온도는 전자 충격에 의해 약 2600℃ 정도로 되고, 이것은 지지기판의 표면온도인 약 1200℃ 보다 훨씬 더 높으므로 열적 영향이 두께 약 0.01mm에 까지 미치게된다.

그러므로 전자 초점면의 두께는 최소 0.2mm 이상이어야 한다.

이하 본 발명은 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명을 유방 X선 검사용 회전양극형 X 선관에 적용시킨 것을 나타내는 개략 구성도이다.

제1도에서, 금속제 진공용기(11)의 일부분에는 베릴리움제의 얇은 판으로된 X선 방사창(12)이 용접 밀봉되어져 있고, 유리로된 로우터(rotor)용기(13)가 관축방향으로 뻗어져 있다.

음극 구조체(14)가 로우터 용기(13)와 대향하는 금속제 진공용기(11)의 끝에 배치되어져 있다.

로우터(17)는 로우터 용기(13)에 의해 회전가능하게 지지되어져 있고, 회전가능한 디스크형 양극 타겟트(15)는 로우터(17)로 뻗어있는 지지 샤프트(16)에 의해 지지되어져 있다.

타겟트(15)와 음극(14) 사이에 타겟트측을 정전위로 하는 고전압이 인가된다.

음극(14)에서부터 전자 비임이 방출되면 전자 비임은 가속되고 집속되어서 타겟트(15)의 전자 초점면(18)에서부터 화살표(X)의 방향으로 X선 비임이 나온다.

회전가능한 양극 타겟트(15)는 전자 초점면(18)과 지지기판(19)으로 구성되어있고, 전자 초점면(18)과 지지기판(19)은 Mo가 대부분이고 Ti가 소량 첨가되어 있으며 또 탈산화제로 C가 소량 첨가되어있는 합금으로 만들어져 있다.

상기 합금은 Ti를 0.3 내지 4중량% 함유하고 그리고 C를 50 내지 400ppm(타겟트에서 잔존량) 정도 함유하는 것이 좋다.

즉, 제3도는 전자 초점면의 Mo에 대한 Ti의 함유량(중량%)과 상대 X 선량(%) 관계를 전자 조사회수를 파라미터로 하여 나타내는 것이다.

여기에서 C의 양은 약 200ppm 정도이다.

전자 조사는 40KV의 전압을 타겟트(15)와 음극(14)에다 인가시키고 그리고 260mA의 전자류를 50초 간격으로 1초동안 조사시켜서 행하였다.

제3도에서, 곡선(A)은 전자 조사를 1000번 한후 얻어진 값을 나타내고, 곡선(B)은 전자 조사를 5000번 한후 얻어진 값을 나타낸다.

이러한 곡선(A)(B)으로부터 Ti의 함유량이 0.6 내지 2.0중량%일때 최고로 양호한 X선 방사량을 얻을수 있지만, 전자 조사를 5000회한후 60% 이상의 X선 방사량을 보장할 수 있는 0.3 내지 4.0중량%가 실용적이라는 것을 알 수 있다.

C는 탈산화제의 역할을 하는 것으로서 반드시 요구되는 것은 아니다.

그러나, C가 존재할때 그 C는 Mo 원소와 Ti 원소 사이에 분산되어서 잔존하고, 그리고 C의 일부는 진공소결후 TiC의 형태로도 잔존하므로, 타겟트이 전자 초점면의 금속 결정 구조가 불균일하게 되는 것이 억제되어진다 .

결과적으로 전자 초점면(18)의 표면이 평평하게 된다.

Ti 함유량이 작을 경우에는 Mo-Ti의 합금은 순수 Mo의 합금인 경우와 거의 같지만, Ti의 함유량이 과다하게 많을 경우에는 Mo와 결합하지 않은 자유 Ti가 발생하게 된다.

전자 초점면(18)의 온도가 2600℃에 도달하면 자유 Ti는 증발하게 되고, 이와같이 자유 Ti가 증발되면 전자 초점면(18)이 울퉁불퉁하게 되는수가 있다.

이하 본 발명의 구체적인 예에 대하여 설명하기로 한다. TiH₂분말 1중량%, C 분말 100ppm 그리고 나머지를 모두 Mo 분말로 한 혼합분말을 균일하게 잘 혼합시켰다.

다음으로 혼합분말을 펠릿(pellet)으로 만들어서 2000℃의 진공로에서 약 2시간동안 가열시켜서 소결체를 얻었다.

그후 이와같이 얻어진 소결체를 단조시켜 강화시키고, 그리고 일정형상으로 단조 가공하였다.

그 다음에, 가공된 단조체를 기계가공한후 10^-5Torr 이하의 진공속에서 그의 재결정온도(약 1400℃) 이하의 온도에서 2시간동안 가열시켜서 탈가스 처리를 하여 X 선관용 타겟트를 만들어서 X 선관용기에 조립시켰다.

이와같이 하여 얻어진 X 선관을 상술한 종전기술에서와 같이 양극 가속전압이 40KV, 관 전류가 150mA, 75초간의 간격으로 4초간씩 조사를 400회 반복동작시켰다.

이러한 감제동작 시험후의 전자 초점면(18)은 5배로 확대한 제6도 및 30배로 확대한 제7도의 현미경 사진과 같이 흠이 많이 발생하였지만 순수 Mo의 경우에 것과 비교하면 결정이 불균일하게 되는것은 크게 억제된 것이 확인되었다.

또, 상술한 것과같은 양극 가속전압이 40KV, 관전류가 260mA, 50초 간격으로 1초간씩 조사를 5000회 반복동작시키는 강제시험을 실시하였다.

이러한 결과는 제2도에서 곡선(M)으로 도시되어 있고, 여기서 상기의 시험후 X선 방사량은 초기에 비해서 약 76% 정도로 되었는데 이정도의 하강은 순수 Mo 경우에서의 하강과 비교하면 상당히 작은 것이다.

그리고 X선 방사질은 Mo의 X선 방사질과 실제적으로 같고 거의 변화가 없었다.

상술한 것과같이 본 발명에 따른 X 선관은 유방 X선 검사용 X선 발생원으로서 아주 긴 수명 특성을 나타낸다.

타겟트에다 Ti와 C 이외에 아주 미세한 양의 다른 금속원소를 함유시킬 수 있다.

또다른 예를 후술하기로 한다.

회전가능한 양극 타겟트(15)의 전자 초점면(18)은 주성분으로 Mo를 함유하고 그리고 부가물로서 K₂O와 SiO₂등과 같은 산화물을 미세한 양 함유한 Mo 기판 합금으로 만들어져 있다.

지지기판(19)은 초점면과 같은 Mo 합금으로 만들어져 있다.

K₂O의 함유량은 0.01 내지 0.1중량%의 범위, SiO₂의 함유량을 0.02 내지 0.3중량%의 범위로 하는 것이 좋지만, 특히 K₂O를 0.02 내지 0.06중량% 함유하고 그리고 SiO₂를 0.06 내지 0.1중량% 함유하는 것이 더좋다.

K₂O와 SiO₂의 함유량이 상기한 양 이하일 경우에는 전자 초점면의 결정화의 억제가 잘 행해지지 않게 되고, 그리고 상기와 반대로 K₂O와 SiO₂의 함유량이 상기한 양 이상일 경우에는 이러한 과잉의 금속은 X 선관이 동작하는 동안 증발하게 된다.

이와같이 금속이 증발하게 되면 관내에 가스가 증가하게 되고 그리고 내전압 특성이 나빠지게 된다.

제4도는 K₂O·SiO₂즉 K₂O+SiO₂의 함유량(중량%)과 5000회 조사후의 상대 X선 방사량 사이의 관계를 나타내는 것으로서, 여기에서 초기 X선 방사량을 100%로 규정한다.

제4도로부터 볼수 있는 것과같이 K₂O+SiO₂의 양은 0.03 내지 0.4중량%이고, 상대 X선 방사량은 실제상에 있어서 수용가능한 60% 이상이다.

K₂O+SiO₂의 양이 0.07 내지 0.2중량%일때 상대 X선 방사량은 아주 양호한 정도의 양인 80% 이상이 유지된다.

K₂O· SiO₂의 양이 극도로 많을 경우에는 양극 전류(Ip)는 제5도에 도시된 것과같이 불안정해져서 동요하게 된다.

제5도는 40KV의 전압이 음극과 타겟트 사이에 인가되고 그리고 전자 초점면이 K₂O를 0.2중량%와 SiO₂를 0.5중량% 함유하고 있을때 양극전류의 특성을 나타내고 있는 것이다.

다음으로 구체적인 예를 후술하기로 한다.

먼저 KCl과 SiO₂의 수용액을 Mo의 중간 산화물 분말에다 첨가시켜 K₂O가 0.07중량% 그리고 SiO₂가 0.10중량%가 되도록 혼합시켰다.

그후 혼합물을 건조시키고 그리고 그때 약 1시간동안 750℃의 수소로에서 가열시켜 환원시켜서 도프된 Mo(doped Mo) 분말을 얻었다.

이와같이 얻어진 분말을 펠릿으로 만들고, 그리고 이것을 약 1800℃ 온도의 수소로에서 7시간동안 가열시켜서 소결체를 얻었다.

그후 소결체를 단조시켜 강하게 만들어서 다시 일정한 형상으로 단조 성형 가공시켰다.

다음에 가공된 단조체를 기계가공 시킨후 10^-5Torr 이하의 진공속에서 그것의 재결정온도(약 1400℃)이하의 온도에서 약 2시간동안 가열시켜 탈가스 처리를 하여 X 선관용 타겟트를 만들었다.

이러한 X 선관을 상술한 예에서와 같이 양극 가속전압이 40KV, 관전류가 150mA, 75초 간격으로 4초간씩 조사를 400회 반복동작시켰다.

이러한 강제 동작시험후의 전자 초점면(18)은 5배로 확대시킨 제8도 및 30배로 확대시킨 제9도의 현미경 사진과 같이 흠이 많이 발생하였지만 순수 Mo의 경우에 것과 비교하면, 결정이 불균일하게 되는것은 크게 억제된 것이 확인되었다.

또, 상술한 것과같은 양극 가속전압이 40KV 관전류가 260mA, 50초 간격으로 1초간씩 조사를 5000회 반복동작시키는 강제시험을 실시하였다.

이러한 결과는 제2도에서 곡선(N)으로 도시되어 있고, 여기서 상기의 시험후 X선 방사량은 초기에 비해서 약 83% 정도로 되었는데 이 정도의 하강은 순수 Mo 경우에서의 하강과 비교하면 상당히 작은 것이다.

그리고 X선 방사질은 Mo의 X선 방사질과 실제적으로 같고 거의 변화가 없었다.

상술한 것과같이 본 발명에 따른 X 선관은 유방 X선 검사용 X선 발생원으로서 아주 긴 수명 특성을 나타낸다.

또한 다른 실시 예로서, 주성분인 Mo에다 Ti와 K₂O·SiO₂를 상기 실시예의 성분비의 범위로 혼합첨가시켜 타겟트를 만들 수 있는데, 이런 경우 C를 첨가하지 않아도 된다.

상기한 예에서는 타겟트를 전자 초점면과 지지기판을 일체로 형성시켰지만 지지기판이 순수 Mo와 Mo-W 합금등과 같은 다른 재료로 형성된 복합 타겟트를 사용할 수도 있다. 전자 충격에 의해 생기는 열의 영향을 받아 길이 약 0.1mm 정도의 흠이 생길 염려가 있으므로 전자 초점면의 두께를 0.2mm 이상으로 해야 한다.

이와같이, 본 발명에 있어서는 몰리브덴 합금에 Ti, (K₂O+SiO₂)중 적어도 한 종류를 첨가함으로서 이들 첨가물이 몰리브덴 결정 억제화 작용에 의해 초점궤도면에 있어서 몰리브덴 결정이 불균일하게 되는것은 대폭적으로 억제되는 것이 확인되었다.

즉, 몰리브덴이 재결정될때에는 에너지가 안정적인 방향으로 결정 입계가 이동하여 미세결정은 불균일하게 된다.

그러나, 본 발명과 같이 강제적으로 첨가물들을 가하므로서 몰리브덴이 재결정화될때 이들 첨가물에 의해 결정 입계의 이동이 저지된다.

이결과, 몰리브덴 결정이 불균일하게 되는것을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 전자를 발생시키는 음극과, 발생된 상기 전자에 의해 생긴 충격을 받도록된 전자 초점면을 가지고 있고 Mo의 특성 X선을 주로 방사시키는 타겟트를 구비하고, 상기 전자 초점면이 Ti, (K₂O+SiO₂)중 적어도 하나 이상을 포함하는 몰리브덴 합금으로된 것을 특징으로 하는 X 선관.
2. 제1항에 있어서, 타겟트가 전자 초점면을 지지하도록된 지지기판을 포함하고, 상기 지지기판이 티타늄과 산화칼륨·산화규소중 하나 이상을 함유하고 있는 몰리브덴 합금으로된 것을 특징으로 하는 X 선관.
3. 제1항에 있어서, 몰리브덴 합금이 티타늄과 탄소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 X 선관.
4. 제1항에 있어서, 몰리브덴 합금이 티타늄을 0.3 내지 4중량% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 X 선관.
5. 제3항에 있어서, 몰리브덴 합금이 티타늄을 0.3 내지 4중량% 함유하고 탄소를 50 내지 400ppm 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 X 선관.
6. 제1항에 있어서, 몰리브덴 합금이 0.01 내지 0.1중량%의 산화칼륨과 0.02 내지 0.3중량%의 산화규소로된 화합물을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 X 선관.
7. 제1항에 있어서, 몰리브덴 합금이 티타늄을 0.3 내지 4중량% 함유하고, 산화칼륨을 0.01 내지 0.1중량% 포함하며, 산화규소를 0.02 내지 0.3중량% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 X 선관.
8. 제1항에 있어서, 전자 초점면의 두께가 0.2mm 이상인 것을 특징으로 하는 X 선관.

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