초록
텅스텐 타겟인 양극의 각도에 의존하는 X-선관 집속관의 전자빔 초점 크기를 오페라-3차원/스칼라(OPERA-3D/SCALAR) 프로그램을 이용하여 구하였다. 시뮬레이션 분석은 X-선관을 음극과 양극 그리고 4영역을 나누어 유한요소법을 적용하였다. X-선 집속관의 필라멘트로부터 방출되는 열전자 궤적은 전자밀도 분포함수에 따라 양극에 도달할 때 실초점으로 집속되고 양극에 부딪쳐서 유효 초점 크기로 X-선을 발생하게 된다. 전자빔 실초점 크기는 X-선 집속관 모양을 결정짓는 폭, 길이, 높이를 조절하여 줄일 수 있었고, 양극각도의 크기에 따라 미세하게 변하였다. 양극각도가 $10^{\circ}{\sim}17^{\circ}$에서는 전자빔 실초점 크기를 $70{\mu}m$ 이내로 유지하였고, 가장 최소 초점크기는 $15^{\circ}$에서 실초점 크기가 $40{\mu}m$로 나타났다. 최적화된 X-선 집속관의 변수들로 시뮬레이션하는 열전자의 방출 궤적을 분석하여 얻은 마이크로 크기인 실초점을 활용하는 새로운 의료 영상진단기기 개발이 가능할 것으로 보여진다.
The focal spot of electron beam depending on the anode angle in the structure and major parts of the X-ray tube was investigated by the OPERA-3D/SCALAR simulation program. The simulation worked on four spaces with with two spaces, including anode and cathode of X-ray tube, by applying the finite element method analysis. The analytical model and dimension for the emission orbit of thermal electrons made from one filament of the focused X-ray cathode is affected to the penumbra of detector for the X-ray depending on any real focal spot size. The model shape of focusing cap and focusing tube with an anode target angle and a cathode filament is analyzed by the current density distribution of thermal electrons. The focusing width of thermal electrons for the X-ray tube depended on the anode angle (${\theta}$). The focusing value of electron beams at a region of anode angle having $10^{\circ}{\sim}17^{\circ}$ maintained to below value of $70{\mu}m$. The minimum focal size of the electron beam was $40{\mu}m$ at an anode angle of $15^{\circ}$. The focused X-ray tube of many variables depended on the thermionic emission of hot electrons from the target trajectory. The focusing tube will contribute to the real design of X-ray for the development of future diagnosis medical device.
