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X-ray 기술소개

방사선이란?

  • 전리방사선(Ionized radiation) : 물질을 구성하고 있는 원자의 궤도전자를 밖으로 튀겨내는 현상인 전리현상을 일으키는 방사선
  • Ø알파입자, 베타입자, 중성자, 전자, 양성자, 감마선, X-ray 등
  • 비전리방사선 (Non-ionizing radiation) : 전리현상을 일으키지 않는 방사선
  • 태양광선, 자외선, 적외선, 가시광선 등

 

X-ray란?

  1. 1895년 11월 5일 W.C Roentgen은 음극선 실험을 하는 도중 상당한 거리에 있는 백금 시안화 바륨을 칠한 종이가 형광을 발하는 것을 보게 된 것이 X선 역사의 시작임.
  2. 차폐된 음극관을 이용한 실험 중 형광작용이 미지의 광선에 의해 생기는 것을 확인하고 이를 X선이라고 명명한 후 논문을 발표하였으며 이로 1901년 제 1회 노벨 물리학상을 수상.
  3. 그 당시에는 단순한 X-Ray의 투과력에 의한 Radiography 용도로 활용.
  4. 현재에는 회절, 형광, 전반사를 이용하여 물질의 성질 및 구조를 밝히는데 폭넓게 활용되고 있음.

  • 파장이 10-11~10-9m 사이인 전자기파
  • 물질에 대하여 강한 투과력을 가짐
  • 특히 물질의 밀도에 따라 투과율이 달라져 이 원리를 이용하여 생체 내부를 촬영하는 의료장비와 산업용 비파괴검사장비 등으로 활용

 

X-ray의 특징

  1. 사진작용
  2. 형광작용 – ZnS, CdS, NaI 등에 조사 시키면 형광을 발생 시킨다.
  3. 이온화작용
  4. 높은 투과력
  5. 진공중에서 빛과 같은 속도로 진행.
  6. 회절(Diffraction) 현상을 갖고 있다.
  7. 굴절률이 거의 1이다.

 

X-ray 발생 원리

특성 X선 : 가속되어진 전자가 궤도전자와 상호작용하여 방출시켜 생긴 공공에 외각전자가 전이하며 발생된다. 외각전자가 전이할 때, 그 에너지 차만큼 전자파가 방출되는데, 이 방출되는 전자파를 특성X선이라 한다

연속 X선 : 가속되어진 전자가 원자핵 부근에서 쿨롱힘에 의해 감속되면서 그 감속된 차만큼 전자파를 방출하게 된다. 이 현상을 제동복사라 하며 방출되는 방사선을 제동복사선 또는 연속 X선이라고 한다.

 

X-ray 시스템

X-ray Tube X-ray 의 발생
Table 방사선 장치 내에서 검사체의 이동
Detector 투과 X-ray를 받아 가시광선으로 변환
CCD Camera Detector로 부터 얻은 가시광선을 디지털  데이터로 변환
Controller 이미지 화상 및 검사기 전체 시스템 제어
Shield cabinet 방사선의 차폐

 

X-ray 검사의 장점

  • SEM과는 달리 진공이 불필요
  • 강한 투과력을 이용하기 때문에 내부 관찰을 위해 절단, 파괴와 같은 전처리 작업이 필요없는 비파괴 검사
  • 검사 프로세스가 매우 간단하며 장비 활용 난이도가 낮음

SEC X-ray 검사기의 전체 보기

 

X-ray Tube 종류

Open Tube

시스템에 장착된 진공 펌프를 이용하여 진공 형성
Closed tube에 비해 더 높은 배율, 더 좋은 Resolution 구현.
Target과 Filament 등 소모품 교체 가능하며 반 영구적 사용 가능

대표적인 모델은 X-eye SF160FCT 또는 X-eye 7000B입니다

Closed Tube

제조과정에서 진공 형성 후 진공밀봉 처리함
내부부품 교체 불가능
고장 시 모든 set 교환

대표적인 모델은 X-eye 5100F 또는 X-eye 5000N입니다.

 

X-ray Detector 종류

  • X-ray는 X-ray 고전송과 저확산성의 알루미늄(Al) 금속 입력창을 통해 입사
  • 인광체 스크린(Scintillator)에 의해 흡수되어 가시광선으로 전환
  • 광전음극(Photocathode)에 의해 가시광선이 광전자 이미지로 전환
  • DC 전압에 의해 광전자 가속
  • 전기 렌즈에 의해 Focusing
  • 광전자 이미지를 다시 가시광선으로 전환

1) X-ray 신호가 scintillator에 의해 가시광선으로 전환

2) 전환된 가시광선이 Photodiode에 의하여 전기적 신호로 변환

3) 트랜지스터에 의하여 각 화소에 저장된 신호가 고속으로 컴퓨터에 전달됨

 
 

1) X-ray 신호가 Photoconductor에 의하여 전기적 신호로 직접 변환

2) 트랜지스터에 의하여 각 화소에 저장된 신호가 고속으로 컴퓨터에 전달됨

 

Image Intensifier

FPD

비고

원리

X-ray > 입력인관체(CsI) > 증폭

출력인광체> 가시광선

> Digital Camera Integration

X-ray > 입력인관체(CsI)

> 가시광선

> Camera일체형

–

촬상Sensor

CCD Camera Integration

Cmos Sensor

색감과 품질의 차이 결정

해상도

11 Lp/mm

8 Lp/mm

이미지 설명도 결정

Frame rate

30 ~ 48 f/s

4 ~ 8 f/s

촬영 왜곡 결정

왜곡율

약 3%

약 0%

영상 왜곡 결정

설치공간

대면적

소면적

System 구성 결정

 

Focal spot size

  • Focal Spot

     – 전자가 Target에 충돌하는 지점

  • Focal Spot Size

     – Focal Spot의 지름으로 해상도를 결정하는 가장 주요한 요인이다. Focal spot size가 작을수록 해상도가 더욱 좋아진다.