DE1614649B1

DE1614649B1 - Bestrahlungsvorrichtung zum bestrahlen von materialien mit einem teilchenstrahlbündel,insbesondere elektronenstrahlbündel

Info

Publication number: DE1614649B1
Application number: DE1967S0112706
Authority: DE
Inventors: Mosely John De Sola
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-11-04
Filing date: 1967-11-03
Publication date: 1971-09-09
Also published as: GB1175539A; US3536951A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung über einen bestimmten Winkel abgelenkt wird. Die zum Bestrahlen von Materialien mit einem Teilchen- Strahl ablenkende Spannung kann hier sehr verstrahlbündel, insbesondere Elektronenstrahlbündel, schiedenartig geformt sein, jedoch ist in jedem Fall bestehend aus einem Gehäuse, in dem die Strahl- eine Rückkehrspur des Strahles vorhanden, die daher erzeugungseinrichtung mit den Strahlformungs- und 5 effektiv an der Bestrahlung des Materials, mit beteiligt Ablenkmitteln untergebracht ist und das erne mit ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist es zwar einem ebenen Strahlaustrittsfenster versehene, senk- möglich, die Rückkehrspur des Strahles durch einen recht zur Achse des nicht abgelenkten Strahlen- besonderen Mechanismus auszutasten, jedoch ist ein bündeis angeordnete ebene Gehäusewand aufweist, derartiger Mechanismus, der den Elektronenstrahl und einem Steuerspannungsgenerator, der sägezahn- io während der Rückkehrbewegung austastet sehr aufförmige Steuerspannungen erzeugt, welche die wendig und führt auch letzten Endes zu einer nicht Strahlablenkmittel betätigen, wobei das Strahlen- homogenen Bestrahlung des Materials, da die Strombündel das Strahlaustrittsfenster in einer Richtung stärke des abgelenkten Strahles während des Austastauf einer geradlinigen Auftreffspür überstreicht, bei Vorganges nicht plötzlich unterbrochen wird, sondern der das zu bestrahlende Material außerhalb des Ge- 15 allmählich aufhört und ebenso beim Wiedereinsetzen häuses gegenüber dem Strählaustrittsfenster angeord- des Strahles die Stromstärke desselben nicht plötzlich net ist. .._ erreicht wird, sondern allmählich. Es besteht dabei

Es ist bekannt, Materialien in vorgegebenem Ab- nämlich nicht nur die Forderung, daß der Elektronenstand vor einem Strahlenaustrittsfenster einer oder strahl an einer genau definierten Stelle aussetzt, mehrerer Beschleunigungsröhren anzuordnen, die 20 sondern dieser Elektronenstrahl muß auch an einer einen Ladungsträgerstrahl erzeugen und Vorrichtun- genau definierten Stelle wieder einsetzen, und zwar gen aufweisen, die den Strahl über die Ebene des sollte dies, um eine möglichst gleichmäßig homogene Strahlenaustrittsfensters führen. Um die Abtast- bzw. Bestrahlung des Materials vorzusehen, möglichst mit Ablenkbewegung des Strahles zu erzeugen, verwendet voller und konstanter Stromstärke erfolgen. Dies ist man dabei in üblicher Weise eine elektrostatische 25 jedoch praktisch nicht durchführbar und ein dauern- oder elektromagnetisch wirkende Ablenkeinrichtung, des Einschalten und Ausschalten des Kathodenwobei sich das Beschleunigungspotential für den Strahles, der bekanntlich ein hohes Spannungsgefälle Strahl während der Impulsdauer, wenn der Strahl durchläuft, wird auch die Elektronenemissionseinimpulsgesteuert ist, sinusförmig ändert, beispielsweise richtung an der Kathode übermäßig belastet (deutsche durch Verwendung eines Resonanztransformators," so 30 Auslegeschrift 1 010 201).

daß dadurch der Strahl bei allen aufeinanderfolgenden Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-Stromimpulsen an dem gleichen Punkt des Fensters steht darin, mit Hilfe von relativ- einfachen techbeginnt und nach einer Längsbewegung an dem nischen Mitteln bei einer Bestrahlungsvorrichtung der gleichen Punkt endet. Wenn ein sich sinusförmig eingangs definierten Art die Rückkehrspur des änderndes Ablenkfeld vorhanden ist, hat man dabei 35 Strahles für das zu bestrahlende Material unwirksam bereits versucht, die Impulse zeitlich so abzustimmen, zu machen, um eine möglichst homogene Strahlendaß sie mit dem linearen Teil der ablenkenden Sinus- verteilung zu erzielen.

schwingung zusammenfalten, wie dies annäherungs- Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfinweise erreicht wird, wenn die Schwingung von dem dung dadurch gelöst, daß das Fenster außerhalb des positiven zum negativen Wert übergeht. Diese Maß- 40 Strahlungsquerschnittes des nicht abgelenkten NuIlnahme soll dazu dienen, den Strahl mit annähernd Strahles angeordnet ist und daß die lineare Auftrefflinearer Geschwindigkeit zu bewegen oder ' eine ■ spur bereits vor dem Fenster zu laufen beginnt und geringe Verzögerung in der Nähe der Ablenkungs- über das Fenster hinaus läuft und die Rückführung endpunkte zu erzielen. Dazu wird die Ablenkfrequenz des Strahlenbündels zu dem Anfangspunkt der entsprechend ausgewählt und der Impuls phasen- 45 linearen Auftreff spur über die das Fenster enthaltende mäßig so gelegt, daß er andauert, bis die Ablenk- Gehäusewand in einem Zeitraum erfolgt, der erhebspannung die stärker gekrümmten Abschnitte der lieh geringer ist als der zum Durchlaufen der linearen Sinuswelle in der Nähe des Scheitels durchläuft. Auftreffspur.

Damit läßt sich eine Vermehrung der Elektronen an . Mit dieser Anordnung wird nun erreicht, daß unter den Rändern des Fensters erreichen und das übliche 50 Verwendung eines Sägezahnimpulses die RückAbfallen der Strahlstromstärke in der Nähe des führung des Strahles wesentlich schneller erfolgt als Anfangs und des Endes eines jeden Impulses wird die Strahlführung über das Fenster, so daß auch ein kompensiert. Dies geschieht zu dem Zweck, daß über nur geringer Anteil an Strahlenergie^vender Gehäusedem überstrichenen Abschnitt des Fensters die wand absorbiert wird.

gleiche Elektronendichteverteilung entsteht. Hierfür 55 Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der vorsind jedoch erhebliche elektronische Einrichtungen liegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Achse erforderlich und es kann darüber hinaus in jeder des nicht abgelenkten Strahles auf einem gekühlten Halbwelle eine Sättigung eintreten, woraus sich ergibt, Gehäuseabschnitt neben dem Fenster weist. Das daß die Verweilzeit an den Enden des Fensters ein Fenster selbst kann aus Titan oder Aluminium be-Verbrennen des Fensters bewirken kann und trotzdem 60 stehen.

eine ungleichmäßige Bestrahlung des Materials statt- Die das Fenster enthaltende Gehäusewand kann

findet. Auf Grund der Form der verwendeten Wellen- bei einer zweckmäßigen Ausführungsform hohl und

form wird das behandelte Material also entweder zu mit Kühlemrichtungen ausgebildet sein oder es kann

wenig oder zu viel bestrahlt (deutsche Patentschrift zur besseren Wärmeabstrahlung und Wärmeverteilung

1188 225). 65 diese Gehäusewand geriffelt oder Fortsätze aufweisen,

Weiter ist ein Verfahren und eine Vorrichtung so daß dadurch die effektive abstrahlende Fläche

zum Bestrahlen von Materie mit einem Elektronen- vergrößert wird. Diese Gehäusewand kann durch

strahl bekannt, wobei auch hier ein Elektronenstrahl einen Strom von Kaltwasser gekühlt werden und das

permeable Fenster in der Gehäusewand kann durch Anblasen mit Luft gekühlt sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 schematisch die Wesentlichen Merkmale der Bestrahlungsvorrichtung,

F i g. 2 in Draufsicht einen Teil der Bestrahlungsvorrichtung und iö

F i g. 3 und 4 zwei Wellenformen, die weiter unten im einzelnen erläutert werden.

Mit 1 ist in F i g. 1 ein einstellbarer Sägezahnsignalgenerator bezeichnet, der eine Ablenkeinrichtung in einer Ablenkkammer 2, die Teil eines Gehäuses ist, steuert. An der Ablenkkammer 2 ist ein hornartiges Bauteil 3 befestigt. Die Kammer 2 besteht aus korrosionsfestem Material; das Material hat ferner einen vernachlässigbaren Hysteresiseffekt auf die Ablenkmagnete, und das Horn 3 besteht aus rostfreiem Stahl. Die Öffnung des Homes ist durch eine hohle, ebene Gehäusewand 4 abgeschlossen, deren Außenfläche geriffelt ist, um zu Kühlzwecken eine vergrößerte Oberfläche zu schaffen. Die Wand weist eine längliche Ausnehmung für ein Fenster 5 aus für Elektronen durchlässigem Material, z. B. dünn gewalztem Titanium oder Aluminium auf. Die Dicke des Fensters ist so gewählt, daß möglichst viel Elektronen mit möglichst wenig Energieverlust hindurchtreten können und daß — was im Gegensatz zu dieser Forderung steht — das Fenster so kräftig ist, daß es durch das Vakuum im Inneren des Gehäuses nicht zerstört wird.

In der Kammer 2 ist ein Generator für schnelle Elektronen angeordnet und ferner ein Ablenksystem, welches vom Signalgenerator 1 gespeist wird. Die Achse 6 des Elektronenstrahlgenerators ist seitlich bezüglich des durchlässigen Fensters 5 versetzt, wodurch in der eingangs erwähnten Weise Sicherheitsprobleme im wesentlichen ausgeschaltet werden. Wegen der hohen Betriebstemperaturen des Generators wird die Wand durch einen kontinuierlichen turbulenten Kaltwasserstrom gekühlt und das Fenster wird durch Anblasen mit Luft gekühlt. Zu diesem letzteren Zweck umgibt eine Luft mit hoher Geschwindigkeit abgebende Düse die Unterseite des Homes, welche Düse derart ausgebildet ist, daß Luft auf das Fenster gerichtet wird. Ein zweiter, nicht gezeigter Anschluß ist dazu vorgesehen, die Luft vom Fenster abzusaugen und vom zu bestrahlenden Material wegzuleiten.

Der Generator 1 erzeugt eine Sägezahnwellenform etwa nach F i g. 3, deren Abfallflanke bezüglich der Anstiegsflanke zeitmäßig äußerst kurz ist. Der Strahl beginnt sein lineares Laufen über das Fenster am Punkt 7 in Fig. 2, d. h. also noch über der wassergekühlten Wand 4, bevor er auf das permeable Fenster kommt. Die lineare Bewegung des Strahles setzt sich bis zum Punkt 8 außerhalb der Fensterumrandung fort, wonach dann erst die Rückkehrbewegung 9 beginnt. Ein Rechteckimpuls, wie er in F i g. 4 gezeigt ist, wird dazu verwendet, elektrostatische oder elektromagnetische Mittel in der Ablenkeinrichtung derart zu erregen, daß die Rückfuhrspur nicht über das Fenster führt, sondern bei 9 über die gekühlte Wand 4. Der Elektronenstrahlgenerator ist dabei mit den üblichen Fokussierungsmitteln zur Erzeugung eines Auftreffpunktes bestimmter Abmessungen versehen, und es ist ein weiteres Linsensystem vorgesehen, welches die aus dem Fenster tretenden Strahlen 10 divergieren läßt und so einen breiten Streifen von Elektronen auf das zu bestrahlende Material legt. Das auftreffende »Band« von Elektronen ist zweckmäßig etwa 2 V₂ bis 5 cm breit und das zu bestrahlende Material liegt auf einem bewegten Förderer 11 oder einer festen Halterung. ImFaIIe der Verwendung eines bewegten Förderers wird die Fördergeschwindigkeit in Beziehung zur Strahlintensität und zu den Eigenschaften des zu behandelnden Materials gesetzt. Im Falle der Verwendung einer festen Unterlage für das Material wird die Verweilzeit des Strahls durch entsprechende Schaltmittel bestimmt, die den Strahl iü der erforderlichen Weise ein- und ausschalten.

Die vorliegende Bestrahlungsvorrichtung wird vorteilhaft beispielsweise beim Aushärten chemischer Verbindungen und insbesondere von Farben angewandt.

Die vorliegende Bestrahlungsvorrichtung hat einen besseren Wirkungsgrad als die bekannte mit dreieckiger Wellenform. Durch Verwendung einer einstellbaren Zeitbasiseinstellung kann man die Bestrahlungsdosis insbesondere bei veränderlicher Geschwindigkeit eines Förderers besonders genau einstellen.

Die vorliegende Bestrahlungsvorrichtung kann auch zur Erzeugung von Röntgenstrahlen für einen ähnlichen Zweck dienen, wobei dann die Ablenkeinrichtung für den Strahl so gesteuert würde, daß sie den Strahl auf ein Material im Generator selbst fallen läßt, welches bei Bestrahlung mit Elektronen Röntgenstrahlen abgibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen von Materialien mit einem Teilchenstrahlenbündel, insbesondere Elektronenstrahlenbündel, bestehend aus einem Gehäuse, in dem die Strahlerzeugungseinrichtung mit den Strahlformungsund Ablenkmitteln untergebracht ist und das eine mit einem ebenen Strahlaustrittsfenster versehene, senkrecht zur Achse des nicht abgelenkten Strahlenbündels angeordnete ebene Gehäusewand aufweist, und einem Steuerspannungsgenerator, der sägezahnförmige Steuerspannungen erzeugt, welche die Strahlablenkmittel betätigen, wobei das Strahlenbündel das Strahlaustrittsfenster in einer Richtung auf einer geradlinigen Auftreff spur überstreicht, bei der das zu bestrahlende Material außerhalb des Gehäuses gegenüber dem Strahlaustrittsfenster angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) außerhalb des Strahlquerschnitts des nicht abgelenkten Nullstrahles (6) angeordnet ist und daß die lineare Auftreffspur bereits vor dem Fenster zu laufen beginnt und über das Fenster hinausläuft und die Rückführung des Strahlenbündels zu dem Anfangspunkt (7) der linearen Auftreffspur über die das Fenster enthaltende Gehäusewand (4) in einem Zeitraum erfolgt, der erheblich geringer ist als der zum Durchlaufen der linearen Auftreffspur.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die das Fenster enthaltende ebene Gehäusewand (4) gekühlt ist.

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Gehäusewand (4) hohl ist.

4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Gehäusewand (4) geriffelt ist oder andere Fortsätze zur Vergrößerung der wärmeabstrahlenden Fläche aufweist.

5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene

Gehäusewand (4) durch einen Strom von Kaltwasser gekühlt ist.

6. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) aus Titan besteht.

7. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) aus Aluminium besteht.

8. Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das permeable Fenster (5) durch Anblasen mit Luft gekühlt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen