KR20160059282A - Micro x-ray tube with improved insulation - Google Patents

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KR20160059282A
KR20160059282A KR1020140160965A KR20140160965A KR20160059282A KR 20160059282 A KR20160059282 A KR 20160059282A KR 1020140160965 A KR1020140160965 A KR 1020140160965A KR 20140160965 A KR20140160965 A KR 20140160965A KR 20160059282 A KR20160059282 A KR 20160059282A
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염경태
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주식회사바텍
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Abstract

The present invention relates to a micro x-ray tube with improved insulation properties. The micro x-ray tube with improved insulation properties comprises: a vacuum tube; a cathode positioned on one side of the vacuum tube, and having an emitter for emitting electrons; an anode positioned on the other side of the vacuum tube to be opposite to the cathode with the emitter interposed therebewteen, and providing a target that generates X-rays by the collision between electrons emitted by the emitter; and circular members respectively bonded to both openings of the vacuum tube. Each of the cathode and the anode is assembled to be positioned inside the vacuum tube while being attached to one surface of the circular members, so that the cathode and the anode are not exposed to the outside. The circular members have through holes for connecting the anode and the cathode to an external power source. The micro x-ray tube having the above mentioned structure allows the anode and the cathode not to be exposed to the outside to make very long the path of arc traveling along the outer surface of the micro x-ray tube, thus increasing insulation properties. In addition, the size and material of the anode are changed to increase the thermal capacity and heat dissipation characteristics of the anode, thus preventing the anode positioned inside the vacuum tube from generating heat.

Description

절연성 강화 초소형 엑스선관{MICRO X-RAY TUBE WITH IMPROVED INSULATION}[0001] MICRO X-RAY TUBE WITH IMPROVED INSULATION [0002]

본 발명은 엑스선관에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 절연성이 강화된 초소형 엑스선관에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an X-ray tube, and more particularly, to a miniature X-ray tube having an enhanced insulating property.

현재 상용되고 있는 엑스선관은 진공 튜브 내부에 캐소드와 애노드가 설치되어 있고 캐소드에서 발생된 전자가 캐소드와 애노드 사이에 인가되는 고전압에 의해 가속되어 애노드의 타깃에 충돌하면서 x-선이 발생하는 현상을 이용하고 있다.The X-ray tube, which is currently in use, is equipped with a cathode and an anode inside a vacuum tube, and electrons generated at the cathode are accelerated by a high voltage applied between the cathode and the anode to collide with the anode and generate x- .

최근 열전자 방출 음극 구조 문제점들을 해결하기 위하여, 높은 전기장을 인가하였을 때 전자가 고체 표면의 전위 장벽(일함수)을 넘어서 방출되는 전계 방출 현상을 이용하는 엑스선관에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 일함수가 금속재료에 비해 낮고 전자 방출 전압이 1 ~ 3 V/㎛로서 다른 금속 팁보다 수십 배 정도 낮은 탄소 나노튜브(carbon nanotube)를 전자 방출원(에미터)의 재료로서 이용하는 엑스선관에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.In order to solve the problems of the structure of a cathode for electron emission recently, there has been actively studied an X-ray tube using a field emission phenomenon in which electrons are emitted beyond a potential barrier (work function) of a solid surface when a high electric field is applied. Particularly, a carbon nanotube whose work function is lower than that of a metal material and whose electron emission voltage is 1 to 3 V / μm and which is several tens of times lower than other metal tips is used as an electron emission source (emitter) Researches are actively being conducted.

도 5는 일반적인 전계 방출형 엑스선관의 구조를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the structure of a general field emission type X-ray tube.

전계 방출형 엑스선관(100)은 상기한 엑스선관의 기본 구조와 같이, 진공튜브(160) 내에 캐소드(110)와 애노드(120) 및 게이트(130)를 구비하고 있으며, 캐소드(110) 표면에는 위치하는 에미터부(140)에서 방출된 전자가 게이트(130)에 의해서 가속되어 애노드(120) 표면에 위치하는 타깃(150)에 충돌하여 엑스선이 발생한다. The field emission type X-ray tube 100 has a cathode 110, an anode 120 and a gate 130 in a vacuum tube 160 as in the basic structure of the X-ray tube described above. Electrons emitted from the emitter section 140 are accelerated by the gate 130 and collide with the target 150 located on the surface of the anode 120 to generate x-rays.

한편, 엑스선장비의 소형화에 대한 요구가 높아지면서 전계방출형 엑스선관을 소형화하려는 노력이 계속되고 있다. 하지만, 현재의 전계 방출형 엑스선관의 구조에서는 소형화 과정에서 내전압 특성이 나빠지는 문제가 발생하여 크기를 줄이는 것에 한계가 있었다. 엑스선관의 내부는 진공상태이기 때문에 절연성이 뛰어나지만, 엑스선관을 소형화하는 과정에서 엑스선관의 외부를 따라서 방전이 발생하여 절연특성이 나빠지는 문제가 발생한다. 구체적으로 현재의 전계 방출형 엑스선관은 도 5에 도시된 것과 같이, 세라믹 재질인 진공튜브의 양단을 금속 재질의 애노드와 캐소드로 막는 형태다. 이러한 구조를 유지한 상태에서 전체적인 엑스선관의 크기를 줄이는 경우에 외부로 노출된 애노드와 캐소드의 간격이 매우 가까워지기 때문에 엑스선관의 외면을 따라서 방전이 발생하여 절연특성이 나빠진다.
Meanwhile, as the demand for miniaturization of the X-ray equipment has increased, efforts to miniaturize the field emission type X-ray tube continue. However, in the current field emission type X-ray tube structure, there is a problem that the withstand voltage characteristic is deteriorated in the miniaturization process, and there is a limitation in reducing the size. Since the inside of the X-ray tube is in a vacuum state, the insulating property is excellent. However, in the process of miniaturizing the X-ray tube, a discharge is generated along the outside of the X-ray tube and the insulation characteristic is deteriorated. Specifically, as shown in FIG. 5, the current field emission type X-ray tube is a structure in which both ends of a vacuum tube made of a ceramic material are covered with an anode and a cathode made of a metal material. When the overall size of the X-ray tube is reduced while maintaining such a structure, the distance between the anode and the cathode exposed to the outside is very close to each other, so that a discharge occurs along the outer surface of the X-ray tube and the insulating property deteriorates.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 전체 크기를 줄이면서도 절연성이 강화된 초소형 엑스선관을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a miniature X-ray tube having improved insulation while reducing the overall size.

상기 목적을 달성하기 위한 절연성 강화 초소형 엑스선관은, 진공 튜브; 상기 진공 튜브의 일 측에 위치하고 전자방출을 위한 에미터부가 형성된 캐소드; 상기 에미터부를 사이에 두고 상기 캐소드와 대향하도록 상기 진공 튜브의 타 측에 위치하고, 상기 에미터부에서 방출된 전자의 충돌에 의해 X선을 발생키는 타깃을 제공하는 애노드; 및 상기 진공 튜브 양단의 개구에 각각 접합된 절연 재질의 원형부재;를 포함하며, 상기 캐소드와 상기 애노드는 각각 상기 원형부재의 일면에 부착된 상태로 상기 진공 튜브의 내부에 위치하도록 조립되어, 상기 캐소드와 상기 애노드가 외부로 노출되지 않으며, 상기 원형부재에는 상기 애노드와 상기 캐소드를 외부 전원과 연결하기 위한 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, an insulating reinforced miniature X-ray tube includes a vacuum tube; A cathode disposed at one side of the vacuum tube and having an emitter portion for electron emission; An anode disposed on the other side of the vacuum tube so as to face the cathode with the emitter portion interposed therebetween, the anode providing a target generating X-rays by collision of electrons emitted from the emitter portion; And a circular member of an insulating material bonded to the openings at both ends of the vacuum tube, wherein the cathode and the anode are assembled to be located inside the vacuum tube in a state of being attached to one surface of the circular member, The cathode and the anode are not exposed to the outside, and the circular member is formed with a through hole for connecting the anode and the cathode to an external power source.

상기한 구조의 초소형 엑스선관은 애노드와 캐소드가 외부로 노출되지 않는 구조를 통해서, 노출된 애노드와 캐소드 사이의 외면을 따라서 아크가 지나가는 아킹 패스를 길게 만듦으로써 절연성을 강화하였으며, 결국 엑스선관을 초소형의 크기로 제작하는 경우에도 절연성 하락의 문제가 발생하지 않는다.In the micro-X-ray tube having the above-described structure, the insulating path is extended by making the arc passing through the outer surface between the exposed anode and the cathode longer, through the structure in which the anode and the cathode are not exposed to the outside. As a result, The problem of deterioration of insulation does not occur.

그리고 외부로 노출되지 않은 애노드의 발열문제를 해소하기 위하여, 애노드를 폭이 캐소드의 폭에 대하여 3배 이상이 되도록 구성하여, 열용량과 방열특성을 향상시키는 것이 바람직하다. 애노드의 크기가 커질수록 열용량과 방열특성이 좋아지지만, 엑스선관의 전체 크기에 맞추어 적절한 크기를 선택하여야 하며, 적어도 캐소드의 폭보다는 3배 이상 큰 것이 바람직하다. 또한, 애노드의 형상을 폭이 두께보다 큰 형상으로 구성함으로써, 타겟에서 발생한 열이 넓은 폭의 애노드를 따라서 퍼지면서 짧은 두께에 의해서 애노드의 반대편 끝으로 빠르게 전달되도록 하는 것이 좋다.In order to solve the heat generation problem of the anode which is not exposed to the outside, it is preferable to configure the anode to have a width three times or more of the width of the cathode to improve the heat capacity and the heat dissipation property. As the size of the anode increases, the heat capacity and heat dissipation characteristics are improved. However, it is preferable to select an appropriate size according to the entire size of the X-ray tube, and preferably at least three times larger than the cathode width. In addition, by configuring the shape of the anode larger than the width, it is preferable that the heat generated at the target spreads along the wide-width anode and is quickly transmitted to the opposite end of the anode by the short thickness.

한편, 상기한 애노드는 크기와 재질 선택을 통해서 열용량이 0.130 J/K 이상인 것이 좋다. 상기한 구조의 엑스선관은, 애노드가 진공튜브의 개구를 막는 구조가 아니므로 열팽창계수에 따른 재질 선택의 제한에서 자유로우며, 결국 열용량과 방열특성을 기준으로 재질을 선택할 수 있다. 이러한 열용량을 기준으로 선택 가능한 물질은 텅스텐 이상의 열용량을 갖는 물질을 사용하는 것이 좋으며, 구체적으로 텅스텐, 구리, 티타늄, 알루미늄, 철(iron), 강철(steel) 및 그래파이트 등이 가능하다.
Meanwhile, it is preferable that the anode has a heat capacity of 0.130 J / K or more through size and material selection. The X-ray tube having the above-described structure is not structured such that the anode blocks the opening of the vacuum tube, so that it is free from the restriction of the material selection according to the coefficient of thermal expansion. Consequently, the material can be selected based on the heat capacity and the heat radiation characteristic. The material that can be selected based on such a heat capacity is preferably a material having a heat capacity higher than that of tungsten, and specifically, tungsten, copper, titanium, aluminum, iron, steel, graphite and the like are available.

상술한 바와 같이 구성된 초소형 엑스선관은, 애노드와 캐소드가 외부로 노출되지 않도록 함으로써, 엑스선관의 외면을 따라 진행하는 아크의 경로를 매우 길게 만들기 때문에 절연성이 강화된 초소형 엑스선관을 제공할 수 있는 효과가 있다.Since the anode and the cathode are not exposed to the outside, the ultra-small X-ray tube configured as described above can provide a very small X-ray tube having enhanced insulation because the path of the arc advancing along the outer surface of the X- .

또한, 애노드의 크기와 재질을 변경하여 애노드의 열용량과 방열 특성을 향상시킴으로써, 진공튜브 내에 위치하는 애노드에서 발열문제가 발생하지 않는 효과가 있다.
Further, by changing the size and material of the anode to improve the heat capacity and the heat dissipation property of the anode, a problem of heat generation at the anode located in the vacuum tube does not occur.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출형 엑스선관의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 여러 재질에 대한 열용량 값을 나타낸 것이다.
도 3은 엑스선관에서 애노드와 캐소드 사이의 거리가 1mm인 경우의 절연파괴 전압을 측정한 결과이다.
도 4는 엑스선관의 구조에 따른 아킹 패스를 표시한 도면이다.
도 5는 일반적인 전계 방출형 엑스선관의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a field emission type X-ray tube according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the heat capacity values for various materials.
FIG. 3 shows the result of measuring the breakdown voltage when the distance between the anode and the cathode in the X-ray tube is 1 mm.
4 is a view showing an arcing pass according to the structure of the X-ray tube.
5 is a cross-sectional view showing the structure of a general field emission type X-ray tube.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계방출형 엑스선관의 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a field emission type X-ray tube according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 전계방출형 엑스선관은 세라믹 재질의 진공튜브 양단에 형성된 개구를 절연성 재질의 원형부재(161, 165)로 접합하여 막고, 애노드(120)와 캐소드(110)는 원형부재(161, 165)의 일면에 부착된 상태로 함께 조립되어 진공튜브의 내부에 위치한다.In the field emission type X-ray tube of this embodiment, openings formed at both ends of a vacuum tube made of a ceramic material are bonded by circular members 161 and 165 made of insulating material and the anode 120 and the cathode 110 are connected to the circular members 161 and 165 ) Are assembled together and placed inside the vacuum tube.

절연성 재질의 원형부재(161, 165)에는 관통공(184)이 형성되고, 이 관통공(184)을 통해서 외부 전원과 연결된 플러그를 삽입함으로써, 애노드(120)와 캐소드(110)를 전원과 연결한다.A through hole 184 is formed in the circular members 161 and 165 made of an insulating material and a plug connected to an external power source is inserted through the through hole 184 to connect the anode 120 and the cathode 110 to the power source do.

이와 같이, 본 실시예의 전계방출형 엑스선관은 애노드(120)와 캐소드(110)가 외부에 노출되지 않는다. 따라서 엑스선관의 전체 크기를 매우 작게 하여도 엑스선관의 외부를 따라서 애노드와 캐소드 사이에 방전에 의한 파괴가 발생하지 않으며, 엑스선관의 절연특성을 유지할 수 있다. 본 실시예에 따른 엑스선관의 구체적인 크기에 대해서는 추후에 자세하게 설명한다.Thus, in the field emission type X-ray tube of this embodiment, the anode 120 and the cathode 110 are not exposed to the outside. Therefore, even if the entire size of the X-ray tube is made very small, there is no destruction due to discharge between the anode and the cathode along the outside of the X-ray tube, and the insulation characteristic of the X-ray tube can be maintained. The specific size of the X-ray tube according to the present embodiment will be described in detail later.

한편, 원형부재는 진공튜브와 동일한 재질로 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The circular member may be made of the same material as the vacuum tube, but is not limited thereto.

구체적으로 도 1에 도시된 실시예의 엑스선관의 구조 및 제조과정을 살펴본다.Specifically, the structure and manufacturing process of the X-ray tube of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.

도 1의 실시예는 애노드(120)와 캐소드(110)뿐만 아니라 게이트(130)까지 포함하는 3극 구조의 전계방출형 엑스선관이며, 캐소드(110)의 에미터부(140)에서 방출된 전자선을 애노드(120)의 타깃(150)에 집속하기 위한 포커스전극(132)도 구비한다.The embodiment of FIG. 1 is a field emission type X-ray tube having a three-pole structure including not only the anode 120 and the cathode 110 but also the gate 130. An electron beam emitted from the emitter portion 140 of the cathode 110 A focus electrode 132 is also provided for focusing on the target 150 of the anode 120.

이러한 포커스전극(132)과 게이트전극(130)은 세라믹 재질의 진공튜브 중간에 위치하여야 하므로, 분리되어 있는 복수의 진공튜브부품(162, 163, 164)들의 사이에 게이트(130) 포커스전극(132)을 배치한 상태에서 각 부분들을 접합하여 전체적인 진공튜브의 외형을 제조한다. 이때, 본 실시예에서는 접합방법으로 이종 재질 간의 접합에 적합한 브레이징 접합 공정을 사용하였다.Since the focus electrode 132 and the gate electrode 130 should be positioned in the middle of the vacuum tube of the ceramic material, the gate 130 focus electrode 132 ) Are arranged, and the respective parts are joined together to produce the overall shape of the vacuum tube. At this time, in this embodiment, a brazing process suitable for joining different materials is used as a joining method.

브레이징 공정은 두 재질에 모두 잘 달라붙는(젖음성이 좋은) 필러를 접합 부위에 접착제처럼 녹여 접합한 후 냉각하는 접합 방법이다. 그리고 진공 브레이징 공정은 진공 챔버로 구성된 브레이징 로의 내부에 접착대상인 두 모재를 실장시킨 후 접합부위에 필러를 개재한 상태로 압착 및 가열함으로써 필러를 녹여 접합한 후 냉각하는 과정으로 수행된다. 도 1에는 브레이징 공정에 따른 필러에 의한 접합부(170)를 표시하였다. 이러한 접합부(170)는 표시를 위하여 그 범위를 과장되게 표현한 것이며, 실제의 브레이징 공정에 의한 접합부(170)는 매우 좁은 영역으로 형성된다.The brazing process is a bonding method in which a filler (good wettability) that sticks to both materials is melted and bonded to the joint at the joint, and then cooled. In the vacuum brazing process, the two base materials to be bonded are mounted in a brazing furnace formed of a vacuum chamber, and the filler is melted and bonded by pressing and heating the filler over the bonding portion, followed by cooling. FIG. 1 shows a bonding portion 170 formed by a filler according to a brazing process. The joint 170 is an exaggerated representation of the range for display purposes, and the joint 170 by the actual brazing process is formed into a very narrow region.

종래에는 진공튜브의 양단에 형성되는 원형의 개구를 금속 재질의 애노드와 캐소드를 접합하여 막았지만, 본 실시예는 애노드(120) 또는 캐소드(110)가 부착된 절연재질의 원형부재(161, 165)를 양단에 접합하였다. 본 실시예에서는 애노드(120) 및 캐소드(110)를 원형부재(161, 165)에 부착하는 방법 및 원형부재(161, 165)를 진공튜브에 접합하는 방법으로 브레이징 접합을 수행하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 내용을 해치지 않는 범위에서 모든 종류의 접합방법을 사용할 수 있다.Conventionally, circular openings formed at both ends of a vacuum tube are sealed by bonding an anode and a cathode made of a metal. However, in the present embodiment, the circular members 161 and 165 having insulating material and attached with the anode 120 or the cathode 110 ) Were bonded to both ends. In this embodiment, the brazing joint is performed by attaching the anode 120 and the cathode 110 to the circular members 161 and 165 and joining the circular members 161 and 165 to the vacuum tube. However, And all kinds of joining methods can be used within the scope of not damaging the contents of the present invention.

한편, 종래의 엑스선관에 채용된 애노드와 캐소드를 외부에 노출시킨 구조는 전자선이 애노드의 타깃에 충돌하면서 발생하는 열을 외부로 배출하기 위한 목적도 일부 포함된다. 본 실시예에서는 절연성 강화를 위하여 애노드(120)가 노출되지 않는 구조를 채택함과 동시에, 애노드(120)에 발생하는 발열문제를 해결하기 위하여 애노드(120)의 크기와 재질을 조절하였다.Meanwhile, the structure in which the anode and the cathode used in the conventional X-ray tube are exposed to the outside includes a part of the purpose of discharging the heat generated when the electron beam collides with the target of the anode to the outside. In this embodiment, the anode 120 is not exposed in order to enhance the insulating property, and the size and material of the anode 120 are adjusted in order to solve the problem of heat generated in the anode 120.

우선, 애노드(120)의 폭이 캐소드(110)의 폭에 대하여 3배가 되도록 구성하여 표면적과 부피를 크게 늘림으로써, 발생하는 열을 수용하는 열용량을 높임과 동시에 표면을 통한 방열 효과도 향상시켰다. 또한, 애노드의 형상을 폭이 두께보다 큰 형상으로 구성함으로써, 타겟에서 발생한 열이 넓은 폭의 애노드를 따라서 퍼지면서 짧은 두께에 의해서 애노드의 반대편 끝으로 빠르게 전달되도록 구성하였다.First, the width of the anode 120 is set to be three times the width of the cathode 110 to greatly increase the surface area and the volume, thereby increasing the heat capacity for accommodating the generated heat and improving the heat radiation effect through the surface. Further, by configuring the shape of the anode larger than the width, the heat generated at the target spreads along the wide width of the anode and is quickly transmitted to the opposite end of the anode by the short thickness.

다음으로 애노드(120)의 재질을 열용량과 방열특성이 뛰어난 재질로 선택하였다. 종래의 전계방출형 엑스선관은 진공튜브 양단의 개구를 각각 애노드와 캐소드로 막았기 때문에, 진공도 유지를 위하여 열팽창계수가 낮은 코바르(KOVAR: Fe 54%, Ni 29% 및 Co 17%의 조성을 갖는 페르니코계 합금의 상품명) 합금 등으로 재질이 제한되었다. 그러나 본 실시예는 진공튜브 양단의 개구를 절연재질의 원형부재(161, 165)를 접합하여 막았기 때문에, 원형부재(161, 165)에 부착된 애노드와 캐소드의 재질에 대한 제한이 상대적으로 적으며, 본 실시예에서는 다음과 같은 기준으로 발열의 문제가 없는 애노드(120)의 재질을 선택하였다.Next, the material of the anode 120 was selected as a material having excellent heat capacity and heat dissipation characteristics. Since the conventional field emission type X-ray tube had the openings at both ends of the vacuum tube sealed by the anode and the cathode respectively, KOVAR (Fe 54%, Ni 29% and Co 17%) having a low coefficient of thermal expansion Ferronickel-based alloy) alloy and the like. However, since this embodiment is closed by bonding the openings at both ends of the vacuum tube to the insulating members 161 and 165, the restrictions on the materials of the anode and the cathode attached to the circular members 161 and 165 are relatively small In this embodiment, the material of the anode 120 having no heat generation is selected based on the following criteria.

이와 같은 발열 문제를 해결하기 위한 재질을 선택하는 기준으로서 중요한 물성은 열용량(heat capacity)이다. 본 실시예의 엑스선관에 사용된 애노드의 재질을 변경하며 확인한 결과 열용량이 0.134J/K 인 텅스텐을 사용하는 경우에 발열문제가 없었으나, 이보다 낮은 0.129J/K의 열용량을 갖는 재질을 사용하는 경우에는 발열문제가 발생하였다. 이로부터 애노드 재질로서 적합한 물질은 열용량이 0.130J/K 이상인 것이 좋으며, 구체적인 물질로서는 텅스텐 이상의 열용량을 갖는 물질을 사용하면 발열에 의한 문제를 해소할 수 있다.As a criterion for selecting a material for solving such a heat generation problem, an important physical property is a heat capacity. As a result of checking the material of the anode used in the x-ray tube of this embodiment, there was no heat generation problem when tungsten having a heat capacity of 0.134 J / K was used, but when a material having a heat capacity of 0.129 J / K is used A heating problem occurred. A suitable material for the anode material is a material having a heat capacity of 0.130 J / K or more. When a material having a heat capacity higher than that of tungsten is used as a specific material, the problem caused by heat generation can be solved.

도 2는 여러 재질에 대한 열용량 값을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the heat capacity values for various materials.

도 2에 기재된 물질들 중에서 열용량이 텅스텐보다 크고 전극으로서 사용할 수 있을 정도의 전기적 특성을 갖기 때문에 본 실시예의 애노드로서 적절한 물질로는, 텅스텐, 구리, 티타늄, 알루미늄 등이 있으며, 철(iron), 강철(steel) 및 그래파이트 등도 가능하다.
Among the materials shown in FIG. 2, tungsten, copper, titanium, aluminum and the like are suitable materials for the anode of the present embodiment because the heat capacity of the material is higher than that of tungsten, Steel and graphite are also possible.

이하에서는 본 실시예에 따른 초소형 엑스선관의 크기에 대하여 살펴본다.Hereinafter, the size of the micro-X-ray tube according to the present embodiment will be described.

상기한 종래기술의 문제점에서 살펴본 것과 같이, 엑스선관의 내부는 진공상태이기 때문에 금속증기나 전하입자의 확산에 의한 소호 작용(아크를 만드는 작용)이 현저히 저하되어 절연 내성이 매우 좋다. 하지만, 무제한적으로 애노드와 캐소드 사이의 간격을 줄일 수 있는 것은 아니다. 엑스선관 내부의 압력은 10-6torr 이하의 진공도를 갖는 것이 일반적이나, 사용에 따라서 진공도가 낮아지는 점을 고려하여 10-4torr를 기준으로 절연파괴 특성을 확인한 결과, 애노드와 캐소드 사이의 최단 지점을 기준으로 한 간격이 1mm인 경우에 매우 안정적인 절연 파괴 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.As described above, since the inside of the X-ray tube is in a vacuum state, the arc-like action (action of making an arc) due to the diffusion of metal vapor or charge particles is remarkably reduced, and the insulation resistance is very good. However, the gap between the anode and the cathode can not be reduced indefinitely. The pressure inside the X-ray tube is generally less than 10 -6 torr. However, considering the fact that the degree of vacuum is lowered depending on the use, insulation breakdown characteristics were checked based on 10 -4 torr. As a result, It was confirmed that the insulation breakdown characteristics are very stable when the distance based on the point is 1 mm.

도 3은 엑스선관에서 애노드와 캐소드 사이의 거리가 1mm인 경우의 절연파괴 전압을 측정한 결과이다.FIG. 3 shows the result of measuring the breakdown voltage when the distance between the anode and the cathode in the X-ray tube is 1 mm.

앞서 확인된 열용량에 따른 적합한 애노드 재질인 텅스턴 전극을 사용하여, 애노드와 캐소드 사이의 거리를 1mm로 하고, 진공도를 달리하면서 파괴전압을 측정하였다. 도시된 것과 같이, 10-4torr이하에서 100KV의 파괴전압을 일정하고 안정적으로 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라서 본 실시예의 엑스선관은 내부에 위치한 애노드와 캐소드 사이의 간격이 1mm이상인 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 참고로, 애노드와 캐소드 사이의 간격은 최대 10mm 정도가 가능하다. Using a tungsten electrode, which is a suitable anode material according to the previously identified heat capacity, the breakdown voltage was measured while varying the degree of vacuum with a distance of 1 mm between the anode and the cathode. As shown in the figure, it can be seen that the breakdown voltage of 100 KV is kept constant and stable at 10 -4 torr or less. Accordingly, it is preferable that the distance between the anode and the cathode located in the x-ray tube of this embodiment is 1 mm or more. For reference, the gap between the anode and the cathode can be at most about 10 mm.

다음으로, 본 실시예에 따른 초소형 엑스선관의 외부 크기에 대하여 확인한다. 상기한 종래기술의 문제점에서 살펴본 것과 같이, 엑스선관을 초소형으로 만드는 경우에 외면을 따라 발생하는 아크(acr)가 문제된다. 결국, 엑스선관의 진공튜브가 갖는 절연파괴 전압보다 아크에 의한 전압이 높으면 절연파괴가 발생한다.Next, the external size of the micro-X-ray tube according to the present embodiment will be confirmed. As described above, when the X-ray tube is miniaturized, an arc occurring along the outer surface is a problem. As a result, insulation breakdown occurs when the arc voltage is higher than the insulation breakdown voltage of the vacuum tube of the X-ray tube.

진공튜브의 절연파괴 전압은 그 재질에 따라서 차이가 있지만, 본 실시예에서는 일반적으로 사용되는 Al2O3를 사용하였으며, 순도 99.6%의 Al2O3는 13kV/mm의 절연파괴 전압을 갖는다.Breakdown voltage of the vacuum tube, but differ according to the material, in the present embodiment was generally used for Al 2 O 3 is used, with a purity of 99.6% Al 2 O 3 has a breakdown voltage of 13kV / mm.

한편, 아크에 의해서 진공튜브에 가해지는 전압은 관전압 값과 외부로 노출된 애노드와 캐소스 사이에 아크가 발생하여 진행하는 경로인 아킹 패스(arcing path)에 의해서 결정된다. 따라서, 본 실시예의 엑스선관의 관전압인 65kV를 사용하는 엑스선관의 경우에 아킹 패스가 5mm 이상인 경우에 외부에 발생한 아크에 의해서 파괴되지 않는다.On the other hand, the voltage applied to the vacuum tube by the arc is determined by the tube voltage value and the arcing path, which is the path through which an arc is generated between the anode and the cathode exposed to the outside. Therefore, in the case of the X-ray tube using 65 kV, which is the tube voltage of the X-ray tube of this embodiment, it is not destroyed by the arc generated in the outside when the arcing pass is 5 mm or more.

도 4는 엑스선관의 구조에 따른 아킹 패스를 표시한 도면이다.4 is a view showing an arcing pass according to the structure of the X-ray tube.

도 4의 왼쪽에 도시된 종래의 엑스선관 구조에 따르면, 엑스선관의 진공튜브 자체의 길이가 5mm 이상의 길이를 가져야 하는 것을 알 수 있다.According to the conventional X-ray tube structure shown on the left side of FIG. 4, it can be seen that the length of the vacuum tube itself of the X-ray tube must have a length of 5 mm or more.

반면에, 도 4의 오른쪽에 도시된 본 실시예의 엑스선관에 따르면, 애노드 및 캐소드를 원형부재에 부착하였기 때문에, 아킹 패스가 원형부재에 형성된 관통공까지 연장된다. 결국, 본 실시예의 엑스선관은 종래 구조의 엑스선관에 비하여 진공튜브 및 엑스선관 전체의 길이를 짧게 하여도, 아킹 패스는 더 길어지기 때문에 절연파괴가 발생하지 않는다.
On the other hand, according to the x-ray tube of this embodiment shown in the right side of Fig. 4, since the anode and the cathode are attached to the circular member, the arcing pass extends to the through hole formed in the circular member. As a result, even if the entire length of the vacuum tube and the X-ray tube is made shorter than that of the X-ray tube of the conventional structure, the arcing path becomes longer, and the insulation breakdown does not occur.

본 실시예는 이상의 구조를 통해서, 크기가 매우 작으면서도 절연특성이 유지될 뿐만 아니라 애노드의 발열 문제가 없는 초소형의 전계방출형 엑스선관을 제조할 수 있었다.
The present embodiment can produce a very small field emission type X-ray tube having a very small size and maintaining insulation characteristics as well as a problem of heat generation of the anode through the above structure.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Those skilled in the art will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 엑스선관 110: 캐소드
120: 애노드 130: 게이트전극
140: 에미터부 150: 타깃
160: 진공튜브 161, 166: 원형부재
162, 163, 164: 진공튜브부품 170: 접합부
184: 관통공100: x-ray tube 110: cathode
120: anode 130: gate electrode
140: Emitter part 150: Target
160: vacuum tube 161, 166: circular member
162, 163, 164: vacuum tube part 170:
184: Through hole

Claims (4)

진공 튜브;
상기 진공 튜브의 일 측에 위치하고 전자방출을 위한 에미터부가 형성된 캐소드;
상기 에미터부를 사이에 두고 상기 캐소드와 대향하도록 상기 진공 튜브의 타 측에 위치하고, 상기 에미터부에서 방출된 전자의 충돌에 의해 X선을 발생키는 타깃을 제공하는 애노드; 및
상기 진공 튜브 양단의 개구에 각각 접합된 절연 재질의 원형부재;를 포함하며,
상기 캐소드와 상기 애노드는 각각 상기 원형부재의 일면에 부착된 상태로 상기 진공 튜브의 내부에 위치하도록 조립되어, 상기 캐소드와 상기 애노드가 외부로 노출되지 않으며,
상기 원형부재에는 상기 애노드와 상기 캐소드를 외부 전원과 연결하기 위한 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 절연성 강화 초소형 엑스선관.
Vacuum tube;
A cathode disposed at one side of the vacuum tube and having an emitter portion for electron emission;
An anode disposed on the other side of the vacuum tube so as to face the cathode with the emitter portion interposed therebetween, the anode providing a target generating X-rays by collision of electrons emitted from the emitter portion; And
And a circular member of insulating material bonded to the openings at both ends of the vacuum tube,
Wherein the cathode and the anode are assembled to be positioned inside the vacuum tube in a state of being attached to one surface of the circular member so that the cathode and the anode are not exposed to the outside,
Wherein the circular member is formed with a through hole for connecting the anode and the cathode to an external power source.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드의 폭이 상기 캐소드의 폭에 대하여 3배 이상인 것을 특징으로 하는 절연성 강화 초소형 엑스선관.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the anode is three times or more the width of the cathode.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드의 폭이 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 절연성 강화 초소형 엑스선관.
The method according to claim 1,
And the width of the anode is larger than the thickness.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드가 갖는 열용량이 0.130 J/K 이상인 것을 특징으로 하는 절연성 강화 초소형 엑스선관. The method according to claim 1,
Wherein the anode has a heat capacity of 0.130 J / K or more.
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WO2018092939A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-24 주식회사 바텍 Field-emission x-ray source device
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