[논문]W-target 투과 양극형 Soft x-ray tube의 개발 및 특성분석

김성수; 김도윤

doi:10.5757/jkvs.2007.16.4.305

W-target 투과 양극형 Soft x-ray tube의 개발 및 특성분석
Development and Characteristics of the Soft x-ray transmission W-target tube 원문보기

W-target 투과양극형 x-ray tube를 개발하고, 특성을 조사하였다. 관전압이 12kV이하에서는 연속 x-ray만 방출되었고, 12kV 이상에서부터 특성 x-ray가 관측되었다. 연속 x-ray와 특성 x-ray의 에너지 분포 및 선량 특성을 조사한 결과 알려진 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다. 또한 상용화된 제품과의 비교에서, 기존 제품 이상의 성능을 가질 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 x-ray tube는 상용화할 수 있을 만큼 충분히 우수한 특성을 가지고 있음을 확인하였다.

The x-ray transmission W-target tube was developed and its characteristics were evaluated. The continuous x-ray was emitted at the tube voltage less than 12kV, and the characteristic x-ray was emitted more than 12kV. From the measurement of the energy distribution and dose of x-ray, it was confirmed that our results are a good agreement with the blown ones. Moreover, in comparison with commercial x-ray tube, it was also found that the characteristics of our x-ray tube is better than the commercial one. Therefore we confirmed that the x-ray tube developed in this study is so good that it can be commercialized.

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문제 정의

선량 특성도 매우 중요하다. 그러므로 이 절에서는 개발된 x-ray tube의 선량 특성을 조사하였다.
과거에는 코로나 방전이나 기타 방법으로 정전기를 제거했지만, soft x-ray를 이용한 제전기가 여러 가지 장점이 있어 최근에는 이 방법이 공정에 적용되고 있다. 본 연구에서는, 정전기 제거장치에 적용하기 위하여 W target 투과양극형 초소형 x-ray tube를 개발하고 x-ray 방출 특성을 조사하였다.

제안 방법

그림 8. H사 Photoionizer의 x-ray 에너지 분포 (H. co.)와 본연구에서 개발한 x-ray tube의 관전압을 9.2, 9.4, 9.6kV로 변화시키면서 측정한 에너지 분포.
필요하다. X-ray tube를 1차적으로 적용할 제품이 제전기이기 때문에, 제전기로 시판되고 있는 일본 H사의 Photoionizer와특성을 비교하였다.
X-ray tube를 구동하기 위한 power supply는 자체 개발하여 사용하였다. AMTEK(미국)사의 XR-100CR(25mm² 500um)Si-PIN detector, MCA8000A 및 PX4 power supply# 사용하여 x-ray의 에너지 분포를 측정하였고, S.
Be window는 x-ray의 흡수율이 매우 낮아 x-ray를 효과적으로 투과시키지만, 최대의 투과율을 얻기 위해서는 Be window의 두께와 코팅된 양극 금속의 두께가 적절히 조절되어야 한다. 본 연구에서는 W이 코팅된 W-target x-ray tube를 개발하였고, 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 바탕으로 하여 Be window 및 코팅 금속의 최적 두께를 결정하였다. 개발된 x-ray tube의 유리 관직 경은 15mm, 양극 금속 디스크의 직경은 20mm이고, 양극과 유리관을 포함한 총길이는 35mm로써 초소형이다.
의 'X-ray—Gamma—Dosimeter type 27091'를 사용하여 x~ray의 선량(dose)을 측정하였다. 선량 측정은 상대적 비교가 중요하기 때문에 x-ray tube와 dosimeter 사이의 거리를 14cm로 고정시켜 측정하였고, 다른 곳에서 산란되어 검출되는 photon을 차단하기 위하여 1mm 두께의 납으로 차폐하였다.
사진이다. 양극으로 사용될 금속은 Be window에 코팅되어 있고, Be window는 KOVAR를 이용하여 유리관과결합시켜 진공상태가 유지되도록 하였다. 필라멘트에서 방출된 전자는 Be window에 코팅된 양극 금속과 충돌하여 x-ray를 발생시 키고, 이때 발생된 x-ray는 Be window를 투과하여 밖으로 방줄된다.
International (독알)사.의 'X-ray—Gamma—Dosimeter type 27091'를 사용하여 x~ray의 선량(dose)을 측정하였다. 선량 측정은 상대적 비교가 중요하기 때문에 x-ray tube와 dosimeter 사이의 거리를 14cm로 고정시켜 측정하였고, 다른 곳에서 산란되어 검출되는 photon을 차단하기 위하여 1mm 두께의 납으로 차폐하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 W이 코팅된 W-target x-ray tube를 개발하였고, 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 바탕으로 하여 Be window 및 코팅 금속의 최적 두께를 결정하였다. 개발된 x-ray tube의 유리 관직 경은 15mm, 양극 금속 디스크의 직경은 20mm이고, 양극과 유리관을 포함한 총길이는 35mm로써 초소형이다.

성능/효과

따라서 Be window의 두께와 코팅된 W 박막의 두께는 x-ray의 방출 특성을 좌우하는 중요한 요소로서, 이 두께들이 적절하지 않으면 (2)식을 따르는 선량을 얻을 수 없다. 따라서 (3) 식의 결과는 개발된 x-ray tube가 최적의 방출특성을 가지고 있음을 의미한다. 아울러 관전압과 관전류만으로 선량을 예측할 수 있기 때문에, 사용상의 편의성뿐만 아니라 자동제어가 가능하여 활용 폭이 넓어진다는 것에 의미가 있다.
또한 관전류를 증가시키면 더 많은 선량을 얻을 수도 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 x-ray tube의 에너지 분포와 선량 특성은, 상용화된 제품에 비해 전혀 손색이 없음을 확인하였다.
4kV 의관 전압과 20811A의 관전류를 인가했을 때 800mSv/h 근처의 선량을 얻을 수 있었다. 또한 관전류를 증가시키면 더 많은 선량을 얻을 수도 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 x-ray tube의 에너지 분포와 선량 특성은, 상용화된 제품에 비해 전혀 손색이 없음을 확인하였다.
이 값은 H사의 것과 동일한 선량(803mSv/h)을 얻기 위하여 본 연구에서 개발한 tube에 인가해 주어야 할 전류이다. 실제로 본 연구에서 개발한 x-ray tube에 9.4kV 의관 전압과 20811A의 관전류를 인가했을 때 800mSv/h 근처의 선량을 얻을 수 있었다. 또한 관전류를 증가시키면 더 많은 선량을 얻을 수도 있음을 확인하였다.

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