쿨리지관(Coolidge管, Coolidge tube)은 1913년 미국의 물리학자 윌리엄 쿨리지(William D. Coolidge)가 발명한 열음극 X선 발생 진공관이다. 현대 의료용 및 산업용 X선 장치의 표준적인 핵심 부품으로 널리 알려져 있다.
구조 쿨리지관은 진공 상태의 유리관으로 구성된다. 한쪽 끝에는 텅스텐(W) 필라멘트로 이루어진 음극(열음극)이 있고, 반대쪽 끝에는 물로 냉각되는 구리 블록 형태의 양극(대음극)이 위치한다. 양극 블록 끝에는 원하는 타깃 금속이 삽입되어 있다. 필라멘트 주변에는 필라멘트와 동일한 높은 음전압이 걸린 작은 금속 컵이 있어 전자를 초점(focal spot)이라 불리는 타깃의 좁은 영역에 모이게 한다. X선이 빠져나오는 창은 베릴륨(Be)으로 만들어지는데, 이는 진공을 유지하면서도 X선에 대해 높은 투과성을 가지기 때문이다.
작동 원리 필라멘트에 약 3A의 필라멘트 전류를 흘려 가열하면 열전자가 방출된다. 방출된 전자는 관에 걸린 높은 전압에 의해 양극 타깃 방향으로 가속되어 충돌하며, 이 충돌 지점에서 X선이 모든 방향으로 방출된다. 관전류(tube current)는 보통 10~25mA 정도이며, 필라멘트 가감저항기로 조절할 수 있다. 필라멘트에는 약 5V의 저전압이 걸리지만, 필라멘트 변압기는 접지에 비해 높은 음전압 상태에 있으므로 절연이 중요하다.
특징 및 의의 쿨리지 이전의 X선관(가스관)은 잔류 가스의 이온화에 의존하여 작동이 불안정하고 조절이 어려웠다. 쿨리지관은 고진공 상태에서 열음극을 사용함으로써 X선의 강도와 에너지를 독립적이고 안정적으로 조절할 수 있게 하였다. 이로 인해 X선 기술이 비약적으로 발전하였으며, 100여 년이 지난 현재까지도 대부분의 X선 발생 장치는 쿨리지관의 기본 원리인 열음극 방식을 따르고 있다.
종류 밀봉형(sealed tube)과 분해가능형(demountable tube)이 있다. 밀봉형은 공장에서 진공 밀봉되어 별도의 진공 펌프 없이 사용 가능하나 관의 수명이 필라멘트 수명에 의해 결정된다. 분해가능형은 필라멘트와 타깃을 교체할 수 있으나 작동 중 지속적인 진공 펌핑이 필요하다.
