CN101416255A - 电子束发射器 - Google Patents

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Abstract

一种包括具有一定宽度的真空室的电子束发射器。电子发生器可放置在真空室内用于生成电子。细长喷嘴可从真空室沿着纵轴延伸并具有喷嘴上部的出射窗。该喷嘴可具有比真空室宽度更小的宽度。电子发生器可被定形并按所需尺寸制作，放置在真空室内形成并导向进入并穿过喷嘴、射出出射窗的细电子束。用于瓶内部的辐照。

Description

电子束发射器
相关申请
该申请权利要求了2006年2月14日提出的美国临时申请No.60/773,047的优势。上述申请的全部教导通过引述合并于本文中。
背景技术
电子束发射器已经用于使用电子束辐照和灭菌容器。通常，电子束发射器位于该容器上部并引导电子束向下进入容器内。然而，当容器为细颈瓶时，瓶子的充分灭菌变得困难。窄口可阻碍大部分电子束进入瓶子。
发明内容
本发明可提供包括具有一定宽度的真空室的电子束发射器。电子发生器可位于真空室内用于生成电子。细长喷嘴可从真空室沿着纵轴延伸并在喷嘴顶端处具有出射窗。喷嘴具有比真空室宽度更小的宽度。电子发生器可定形并按所需尺寸制作，定位在真空室内形成并导向进入并穿过喷嘴、射出出射窗的细电子束。
在具体的实施方案中，喷嘴通常具有圆周和直径。真空室通常具有圆周并且具有比喷嘴直径更大的直径。电子发射器可具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳。电子发生器可定形并按所需尺寸制作、定位而形成具有会聚部分和扩散部分的电子束，该会聚部分会聚于喷嘴内，扩散部分在到达出射窗之前在喷嘴内扩散。电子束可在射出出射窗之后进一步扩散。电子发生器可包括电子生成丝，这种电子生成丝的一部分通常纵向定向在与喷嘴纵轴成一直线上。喷嘴可具有一定长度，该长度与直径比至少为3:1。发射器具有真空室直径与喷嘴直径比例至少约为2:1。
本发明也可提供了一种生成电子束的方法，包括采用位于真空室内的电子发生器生成电子，真空室具有一定宽度。细长喷嘴可从真空室沿着纵轴延伸。喷嘴具有在喷嘴顶端处的出射窗。喷嘴具有比真空室宽度小的宽度。电子发生器可定形并按所需尺寸制作、放置在真空室内以形成并引导细电子束进入并穿过喷嘴、射出出射窗。
在具体的实施方案中，喷嘴通常具有圆周和直径。真空室通常具有圆周并且具有比喷嘴直径更大的直径。电子发生器可具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳。电子发生器可定形并按所需尺寸制作、放置以形成具有会聚部分和扩散部分的电子束，该会聚部分会聚于喷嘴内，扩散部分在到达出射窗之前在喷嘴内扩散。电子束可在射出出射窗之后进一步扩散。电子发生器可包括电子生成丝。这种电子生成丝的一部分通常纵向定向在与喷嘴纵轴成一直线上。喷嘴可具有一定长度，长度与直径比至少为3:1。真空室和喷嘴具有至少约2:1的真空室直径与喷嘴直径比例。
本发明也可提供一种辐照瓶内部的方法，其中瓶子具有瓶颈。电子可利用位于真空室内的电子发生器生成，真空室具有一定宽度。细长喷嘴可从真空室沿着纵轴延伸。喷嘴具有在喷嘴顶端处的出射窗。喷嘴具有比真空室宽度小的宽度。电子发生器可定形并按所需尺寸制作、放置在真空室内形成并导向进入并穿过喷嘴、射出出射窗的细电子束。喷嘴可穿越瓶子的瓶颈并用电子束辐照内部。
在具体的实施方案中，细长喷嘴可具有圆周和直径。真空室通常具有圆周并且具有比喷嘴直径更大的直径。电子发射器通常具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳。电子发生器可定形并按所需尺寸制作，放置以形成具有会聚部分和扩散部分的电子束，该会聚部分会聚于喷嘴内，扩散部分在到达出射窗之前在喷嘴内扩散。电子束可在射出出射窗之后进一步扩散。电子发生器可包括电子生成丝，这种电子生成丝的一部分通常纵向定向在与喷嘴纵轴成一直线上。喷嘴可具有一定长度，该长度与直径比至少为3:1。真空室和喷嘴具有至少约2:1的真空室直径与喷嘴直径比例。瓶子和喷嘴在辐照过程中可相对于彼此移动。可利用邻接瓶子的至少一个电子导向构件辅助瓶内电子束的分布。瓶子内部具有周围气体环境。气体环境可在瓶内改变。
附图说明
如下面附加附图中举例说明的，本发明的前述从本发明的示例性实施例的更详细描述中将是显而易见的，其中相同参考字符统指贯穿不同视图中的相同部分。这些附图不必按比例规定，重点不在于举例说明本发明的原理。
图1为灭菌系统的实施方案的侧面图解视图。
图2为带有喷嘴的电子束发射器的透视分解图。
图3为插进瓶内的电子束发射器喷嘴的侧面图解视图。
图4为带有喷嘴的电子束发射器的一部分的侧面图解视图。
图5为电子束枪或发生器的透视图。
图6为图5的电子束发生器的示意截面图。
图7-11为具有圆形部分的灯丝的示意图。
具体实施方式
示例性实施例的描述如下。参考图1，灭菌系统15可包括具有真空室11的电子束发射器10。导管、管道、管子或喷嘴12(图2)可延伸出去，与真空室11的轴末端10a连接或者固定并密封住。电子束44可经喷嘴12喷射出去。喷嘴12可窄且细长，使喷嘴12插入到容器如瓶20的细颈瓶的开孔中，电子束44辐照瓶20内部18用于辐照、处理或者消毒内部18的表面。真空室11位于瓶20外面，而喷嘴12插入瓶颈16内。电子束发射器10的电能可由电源13经线17a和17b供给。
当喷嘴12插入瓶20和/或插入后被抽出时，瓶20的内部18被辐照。喷嘴12插入瓶20的距离可取决于瓶20的尺寸，包括高度、宽度或者直径，以及电子束44的强度。瓶20内部的处理或者灭菌可达到内部18内和瓶20内表面20a上微生物和生物质被抑制、杀死、破坏、蒸发、氧化、改变效果中一个或多个。此外，非生物质可被处理中和、减少或者除去有害作用。
瓶20可放置于支撑体50上，支撑体50可使瓶20相对于喷嘴12上下移动。需要时，支撑体50也可围绕瓶20旋转均匀辐照瓶20的内部18。可供选择地，电子束发射器10可相对于瓶20上下移动和/或旋转。一个或多个电子定形、扩展或者导向盘或者构件52可邻接瓶20分布、成形、扩展、导向或辅助电子束44中的电子c-(图3)以预期方式、或模式或构型，到达瓶20内表面20a上处理或灭菌。电子导向构件52可利用磁、或者电势或电荷辅助分布、成形、扩展或者导向电子。一个或多个电子导向构件52可定位在侧邻接瓶20的一个或多个位置上，或者可供选择地，侧向圆周地围绕瓶20的外部。此外，支撑体50也可用作成形、扩展或导向盘或者构件，用于分布、成形、扩展导向、或辅助电子e-以预期方式、模式或者构型至瓶20的底部内表面20b。支撑体50具有磁、或者电势或电荷。电子导向构件52和支撑体50可收到来自电源13的电力。
需要时，轻的气体56(图3)如氦气可经喷嘴或管子54引入到瓶20内改变周围或者现有气体环境并提高电子束44的射程。此外，气体56可用于形成与电子束44联合的等离子体，可辅助处理或者灭菌过程。可供选择地，喷嘴或者管子54可为真空喷嘴或者管子，用于除去瓶20内的空气来改变气体环境，产生真空或者局部真空。这也可提高电子束44的射程并辅助处理或者灭菌过程。
参考图3-6，电子束发射器10的真空室11通常为圆柱形并且加长成具有一定宽度或者直径D1(图4)的形状。喷嘴12也可为圆柱形或者管形的形状，其长度L1，外部宽度或者直径D2，内部宽度或者直径D3。喷嘴12可插入到小开口中，这个开口太小而不能插入电子束发射器10，电子束发射器10没有细喷嘴12，相反具有真空室11的轴末端10a处的出射窗42。具有直径D1的真空室11可使电子束发射器10在比电子束发射器10构造成具有与喷嘴12同样尺寸的单一小直径更高电力下操作。真空室11和喷嘴12可按一种方式连接在一起而具有永久密封真空。
用于生成电子e-的电子枪或发生器24可放置在真空室11内部22中，离喷嘴22的轴向近端距离L2远，离喷嘴22的轴向近端处的出射窗42距离L3远。电子发生器24可包括外壳26，外壳26可通常为具有圆周形状的圆柱并具有直径D4的宽度。外壳26可包括两个连接在一起的外壳部分26a和26b(图5和6)。外壳26的侧面可被真空室11的内表面11a间隔距离W，可提供高压差。电子生成灯丝32可放置在外壳26的内部34内。电子生成丝32的电力可由电源13经导线32a和32b供给，可经绝缘体28从外壳26延伸出去。电子生成丝32可具有径向位于方向与喷嘴12和真空室11的纵轴＂X＂大体在一条直线上的一部分(图4)。电子生成丝32具有轻微V-形(图6)，导线32a和32b从顶端或彼此成一定角度的点33延伸出去并伸向绝缘体28。当通过经过灯丝32的电能加热时，电子生成丝32能生成自由电子。电子发生器24内串列方向的电子生成灯丝32可提供一定构型、排列、或位置的电子e-，适于聚焦、或成形和传送或导入喷嘴12。V-形电子生成灯丝32也可提供适宜构型的电子e-。电子生成丝32可经静电、聚焦或成形透镜或构件30中的开口36延伸出去。静电透镜30可提供电子e-的初聚焦或成形，并具有帮助提供预期聚焦的开口40。外壳26的轴端具有电子可渗透区或发射区或具有直径
Figure A200780005515D0011163346QIETU
的开口38，来自灯丝32和静电透镜30的电子e-穿过，可形成另一个静电聚焦或成形透镜或构件，用于进一步聚焦或成形从电子发生器24发射出的电子e-。高电压可通过电源13供给在电子发生器24的外壳和出射窗42之间。出射窗42具有底材48。电子发生器24和出射窗42之间的电压可加速从电子生成丝32发射的电子e-，从电子发生器24朝向和经过出射窗42。尽管电子生成丝32通常纵向放置，在一些实施方案中，电子生成丝32可被侧向放置。此外，在一些实施方案中，多个灯丝32可被采用。此外，电子生成丝32可被侧向或者纵向放置圆形灯丝。一些实施方案的实施例在图7-11中进行了描述。图8-11描述了灯丝32弯曲成具有圆形外围灯丝部分的实施例，这部分灯丝大体上围绕圆形内部灯丝部分。
电子发生器24可放置在真空室11的内部22内并构造、成形和按所需尺寸制作以形成内部细电子束46，其具有能穿过喷嘴12并与电子束44一样从出射窗42射出的形状和构型。静电透镜30的构型、静电透镜30内开口36的直径、静电透镜30放置距离开口38的距离H，开口38的直径D5，和灯丝32的方向和构型，可被安排或构造成形使得电子发生器24中存在的电子以预期构型射出。内部电子束46可以一定方式离开电子发生器24，缩小或者聚焦在变窄部分或聚焦部分46a。外壳26的直径D4通常约与喷嘴12内径D3相同，外壳26上开口38的直径D5比喷嘴12的内径D3小。这使得内部电子束46的聚焦部分46a进入少量封阻或者无封阻的细喷嘴12内。电子发生器24也可与喷嘴12的轴近端间隔充分长距离L2而使聚焦部分46a进入。内部电子束46聚焦在喷嘴12内的汇合点或者焦点处，然后在加宽、扩展或扩散外部电子束44内加宽、扩散或者扩展。电子束44可导向电子e-纵向延纵轴＂X＂远离出射窗42以及相对于轴＂X＂环形辐向外。电子束44具有外向成角度的类锥形。在一些实施方案中，外壳26的直径D4和开口38的直径D5比喷嘴12的内径D3大。在这种情况中，电子发生器24可构造成并间隔足够距离L2提供具有会聚部分46a的内电子束46，会聚部分46a充分变窄或聚焦进入喷嘴12，扩散部分46b到达出射窗42。
内电子束46的变窄或会聚，然后变宽或扩散构型可使内电子束46保持狭窄，而使电子束46穿过喷嘴12，可使用长且细的喷嘴12。例如，在一些实施方案中，长度L1与喷嘴12内部宽度或直径D3的比例可至少约为3:1，例如约6:1或者更大，在其他实施方案中，约10:1或者更大。此外，真空室的宽度或直径D1与喷嘴12的外部宽度或直径D2的比例可约为2:1，在其他实施方案中约3:1。取决于即时应用，这些比例可变化。在一些实施方案中，电子束46可仅以扩散方式形成，但可造成给定内径D3的喷嘴更短，可为一半长。在一些实施方案中，喷嘴12可为锥形的。电子发生器24的构型，距离L2和L3，可调整提供进入给定长度L1并且内径D3的喷嘴12的预期内部电子束46构型，并得到从出射窗42射出的预期电子束44构型。喷嘴12可具有插入不同尺寸容器或瓶20中的不同长度L1，外部宽度或直径D2。例如，不同尺寸喷嘴12可用于12盎司瓶20和32盎司或两升瓶20。例如，较宽喷嘴12可用于较高瓶12。在一些实施方案中，相同喷嘴12可用在瓶20的不同尺寸范围内容器。
真空室11和喷嘴12可由金属、陶瓷、或其联合体构成。在一个实施方案中，真空室11具有约12英寸宽度或直径。真空室11具有较大或较小宽度和直径，这取决于即时应用和预期电力水平。电子发生器24的外壳26可由导电材料构成，例如金属，如不锈钢。灯丝32可由适宜材料如钨构成。电子束发射器10可在约40至150KV范围内，约0至5毫安条件下操作。可供选择地，较高电压或较低电压也可被使用。应理解的是，尺寸和电压和电力水平可取决于即时应用而变化。电子束发射器10的一些构件与美国专利5,962,995、6,407,492、和6,545,398中公开的实施方案相似，其内容通过完全引述合并于本文中。
出射窗口42可横过轴顶部14处喷嘴12内径D3宽度延伸。出射窗42可由适宜材料构成，例如具有12.5微米或者更薄厚度的钛构成。在一些实施方案中，厚度可在4-12微米之间。其他实施方案可具有较大厚度或较小厚度。出射窗42可具有防蚀层，例如，金、金刚石等。出射窗42可被密封或键合喷嘴12而采用喷嘴12和真空室11保留密封真空。带有孔洞的支撑盘可用于支撑出射窗42。其他适宜材料和构型可用于出射窗42。出射窗42可包括2004年1月5日提出的美国申请10/751,676中公开的构型，其内容通过全部引述合并于本文中。在一些实施方案中，支撑盘可忽略。此外，出射窗42可由没有一层钛的防蚀材料构成。
在另一个实施方案中，出射窗42可为靶窗，由一种材料构成并具有充分阻止来自内部电子束46的电子通过的厚度，而形成并允许x-射线的向前通道，从而提供通过细喷嘴12向前发射x-射线束的x-射线束发射器。靶窗可包括金、钛、或钨、或者具有一层金的钛、或含铜或银的黄金合金的薄膜。通常，具有高原子序数和优良导热性的金属被采用，但是金属可依赖即时情况而改变。
虽然本发明参考其示例性实施例进行表示和描述，但本领域中的技术人员将理解在不背离附加权利要求书所围绕的本发明界定的范围前提下可在形式和内容上进行多种改变。
例如，尽管真空室11和喷嘴12已经描述具有圆周，在其他实施方案中，外围可具有其他适宜形状，例如，多边形，如三角形、矩形、正方形、六边形、八边形等等，或者非圆形曲线如，椭圆形、卵形等等。在一些实施方案中，电子束发射器10可用于辐照容器和瓶的内部，用于非灭菌、中和目的，例如用于食物加工、表面处理等等。

Claims (30)

1.一种电子束发射器，其包括
具有宽度的真空室；
位于真空室内用于生成电子的电子发生器；以及
细长喷嘴，该细长喷嘴从真空室沿着纵轴延伸并在喷嘴顶端处具有出射窗，该喷嘴具有比真空室宽度小的宽度，电子发生器被定形并按所需尺寸制作，并被放置在真空室内以形成并引导细的电子束进入并穿过喷嘴，并从出射窗射出。
2.依据权利要求1所述的发射器，其中喷嘴具有圆周并具有直径。
3.依据权利要求2所述的发射器，其中真空室通常具有圆周，并具有比喷嘴直径更大的直径。
4.依据权利要求3所述的发射器，其中电子发射器具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳。
5.依据权利要求1所述的发射器，其中电子发生器被定形并按所需尺寸制作，并被放置以形成具有在喷嘴内会聚的会聚部分以及其后的在到达出射窗之前在喷嘴内扩散的扩赛部分的电子束。
6.依据权利要求5所述的发射器，其中电子束可在射出出射窗之后进一步扩散。
7.依据权利要求1所述的发射器，其中电子发生器可包括电子生成丝，这种电子生成丝的一部分通常纵向定向在与喷嘴纵轴成一直线上。
8.依据权利要求2所述的发射器，其中喷嘴可具有一定长度，该长度与直径比至少为3:1。
9.依据权利要求3所述的发射器，其中发射器具有真空室直径与喷嘴直径比例至少约为2:1。
10.一种生成电子束的方法，其包括
采用位于真空室内的电子发生器生成电子，真空室具有宽度；
从真空室沿着纵轴延伸细长喷嘴，喷嘴具有在喷嘴顶端处的出射窗，喷嘴具有比真空室宽度小的宽度；
将电子发生器定形并按所需尺寸制作、且将其放置在真空室内以形成并引导细电子束进入并穿过喷嘴，并射出出射窗。
11.依据权利要求10所述的方法，进一步包括提供具有圆周和直径的喷嘴。
12.依据权利要求11所述的方法，进一步包括提供具有圆周的真空室，并且其具有比喷嘴直径更大的直径。
13.依据权利要求12所述的方法，进一步包括具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳的电子发射器。
14.依据权利要求10所述的方法，进一步包括定形并按所需尺寸制作、放置电子发生器以形成具有在喷嘴内会聚的会聚部分和其后的在到达出射窗前扩散的扩散部分的电子束。
15.依据权利要求14所述的方法，进一步包括在射出出射窗之后进一步扩散电子束。
16.依据权利要求10所述的方法，其中电子发生器包括电子生成丝，所述的方法进一步包括纵向定位电子生成丝的一部分与喷嘴纵轴成一直线。
17.依据权利要求11所述的方法，进一步包括提供具有长度的喷嘴，且长度与直径比至少为3:1。
18.依据权利要求12所述的方法，进一步包括提供至少约2:1的真空室直径与喷嘴直径比例。
19.一种辐照瓶内部的方法，瓶子具有瓶颈，该方法包括：
利用位于真空室内的电子发生器生成电子，真空室具有宽度；
将细长喷嘴从真空室沿着纵轴延伸，喷嘴具有在喷嘴顶端处的出射窗，喷嘴具有比真空室宽度小的宽度；
定形并按所需尺寸制作、放置电子发生器在真空室内以形成引导细的电子束进入并穿过喷嘴、射出出射窗；
插入喷嘴穿越瓶子的瓶颈并用电子束辐照内部。
20.依据权利要求19所述的方法，进一步包括提供具有圆周和直径的细长喷嘴。
21.依据权利要求20所述的方法，进一步包括具有圆周并且具有直径比喷嘴直径更大的真空室。
22.依据权利要求21所述的方法，进一步包括具有直径与喷嘴直径一样大小的外壳的电子发射器。
23.依据权利要求19所述的方法，进一步包括定形并按所需尺寸制作、放置电子发生器以形成具有在喷嘴内会聚的会聚部分以及其后的在到达出射窗前在喷嘴内扩散的扩散部分的电子束。
24.依据权利要求23所述的方法，进一步包括在射出出射窗之后进一步扩散的电子束。
25.依据权利要求19所述的方法，其中电子发生器包括电子生成丝，该方法进一步包括纵向定位电子生成丝的一部分与喷嘴纵轴成一直线。
26.依据权利要求20所述的方法，进一步包括具有一定长度，且长度与直径比至少为3:1的喷嘴。
27.依据权利要求21所述的方法，进一步包括提供至少约2:1的真空室直径与喷嘴直径比例。
28.依据权利要求19所述的方法，进一步包括在辐照过程中相对于彼此移动瓶子和喷嘴。
29.依据权利要求19所述的方法，进一步包括利用至少一个邻接瓶子的电子导向构件辅助瓶内电子束的分布。
30.依据权利要求19所述的方法，其中瓶子内部具有周围气体环境，该方法进一步包括改变瓶内气体环境。
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