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마이크로포커스 X선관(개방관) 원리와 구조

전문가 제언: ○ X선관은 고체를 투과하는 정도가 물체에 따라 다르기 때문에 의료분야나 결정물질의 구조를 검사하는데 이용되고 있다. X선관은 전자발생장치인 가열 필라멘트로 된 음극과 일반적으로 텅스텐으로 된 양극이 유리관 내부에 설치되어 있다. X선관은 고속으로 운동하는 전자가 단단한 물질에 충돌하면 X선이 발생하는 원리를 이용한 것이다.

○ X선관 필라멘트에서 발생한 전자는 타깃에 충돌한 후 굴절되어 검사 물체를 투과하여 필름에 영상을 형성한다. 대부분의 전자는 타깃과 충돌한 후 에너지를 잃고 타깃에 흡수되고 일부는 반사되어 주변물질에 흡수되며(후방산란전자: back scattered electron) 일부전자는 다른 전자를 진동시켜 밖으로 나오게 한다(2차 전자: secondary electron). 이들 전자는 에너지가 낮아 물질을 투과하는 깊이가 수 마이크론 정도 밖에 되지 않는데 X선관에 사용하는 전자는 이와 같이 높지 않은 에너지의 전자가 유효하다.

○ 1895년 뢴트겐이 진공방전 연구 중에 발견한 X선은 투과력을 가진 것으로 음극선과 달리 전기장이나 자기장에서 직진하며 거울이나 렌즈에서도 반사나 굴절을 일으키지 않는다는 것을 알았다. 이 X선 회절현상을 이용하여 영국의 브래그(1913년)는 각종 물질의 결정구조를 파악하는데 성공하였으며, 미국의 쿨리지(1913년)가 X선의 양이나 투과력을 조절할 수 있는 열음극 X선관(쿨리지관)을 발명하면서 광범위하게 이용되기 시작하였다. 그 후 실험방법과 장치의 발전으로 현재는 물체의 거시 내부구조나 원자수준의 미시구조 규명에도 중요한 방법이 되었다.

○ 우리나라의 X선관 이용은 그 장치를 주로 수입하여 이용하였으나 최근에는 열음극 X선관의 기본구조를 이용한 제조기술과 이용기술의 발달로 사용목적에 따라 진단용이나 치료용의 의료용 X선관, 비파괴검사나 두께측정의 공업용 X선관, 회절이나 응력측정용의 분석용 X선관이 많이 활용되고 있다.

저자: Koichi Yamada
자료유형: 학술정보