이중 적층 구조 표적을 갖는 투과형 엑스선관의 몬테카를로 전산모사

Monte Carlo Simulation of Transmission-Type X-ray Tube with Dual-Structured Target

엑스선형광분석은 비파괴적으로 시료에 포함된 원소와 농도를 분석할 수 있는 기법으로 과학 및 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 다양한 물질을 포함한 혼합물 또는 화합물 분석의 정밀도 향상을 위해 10 keV 근방의 저에너지와 20 keV 근방의 에너지 영역에 높은 강도 분포를 갖는 엑스선관이 요구된다. 두 에너지 영역에서 높은 강도 분포를 갖는 스펙트럼을 얻기 위하여 9.65 keV의 특성엑스선을 가지는 텅스텐과 17.48 keV의 몰리브덴 두 물질을 적층한 구조의 표적을 가지는 투과형 엑스선관을 몬테카를로 전산모사를 통해 스펙트럼을 분석하였다. W-Mo 구조의 표적을 통해 10 keV와 20 keV 근방의 강한 강도를 갖는 특성엑스선을 얻었다. 또한 4 μm 두께의 Mo-W multilayers 구조의 표적을 통해 최적의 강도 분포를 갖는 스펙트럼을 얻을 수 있음을 확인하였다. 다양한 표적 물질을 선택 조합하고 두께 최적화를 통해 원하는 에너지 대역에서 높은 강도 분포를 갖는 스펙트럼을 얻는 것이 가능하다.

X-ray fluorescence analysis has been widely used in the field of science and industry because it gives information about elements and their concentrations without destruction of samples. To increase analysis accuracy of fluorescence generated by photons of the transmission-type X-ray tube for mixture and compound samples would be recommend to have strong energy near 10 keV and 20 keV simultaneously. Tungsten of 9.65 keV and molybdenum of 17.48 keV were considered as targets with dual deposition structure for obtaining two strong characteristic X-rays, and the transmission-type X-ray tube was analyzed using Geant4 Monte Carlo simulation. The W-Mo structure resulted in strong characteristic X-ray near 10 keV and 20 keV simultaneously. A structure with Mo-W multilayers of 5 μm thick also gave optimal spectrum. Various material combination and thickness optimization for the dual-structured target can give X-ray spectrum with strong characteristic X-ray of specific energies.