CN103069533B - 用于电子束产生装置的控制网格设计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子束产生装置的控制网格（112），所述控制网格包括在宽度方向上按行（R）排列且在高度方向上按列（C）排列的孔（122），其中成一行的所述孔（122）的大多数具有相同的尺寸，且其中至少一行的所述孔的所述尺寸不同于另一行的所述孔的所述尺寸。

Description

用于电子束产生装置的控制网格设计

技术领域

本发明总体上涉及电子束产生装置的领域，且尤其是涉及这种装置的控制网格。

背景技术

电子束产生装置可被用在物件的杀菌上，例如用在食品包装件或医疗设备的杀菌上，或者它们可被用在例如墨的固化上。

图1和2中局部地公开了根据现有技术的电子束产生装置。电子束产生装置100包括两个部分：容纳（house）并保护产生和形成电子束的组件103的管体（tube body）102，以及承载有关电子束输出的部件（比如窗箔106和防止窗箔106在装置100内部建立真空时塌陷的支撑板108）的凸缘104。支撑板108在防止窗箔106塌陷的同时应当足够可穿透从而不干扰电子通过。铜支撑板108进一步具有将热导离所述箔的重要用途，否则箔会缩短使用寿命。支撑板108被附着到凸缘104，且窗箔106沿着沿铜支撑108的周长延伸的线（未图示）被焊接到支撑板108上。

电子由细丝（filament）110产生，并通过外加电压朝窗箔106加速。在其途中，它们穿过可给定电势以控制电子束的控制网格112。

就其本身而言，因为过多的功率通常会受箔的耐用性所限制，所以来自电子束装置的最大功率输出通常受所述箔限制。在实际情况中，输出电流密度会被分布在箔表面上，其被称为束轮廓（beam profile）。最佳的束在整个箔表面上会具有沿着X方向（所述窗的较短的维度）的如图6中所示（点线）的导致有连续平坦区的温度分布（短划线）的轮廓，在这种情况下，所述平坦区的水平会停留在略高于杀菌所需的水平的水平上。但这是罕见的情况，束的轮廓反而遵循双峰分布（在X方向上）。

发明内容

本发明通过提供用于电子束产生装置的控制网格为上述问题提供了解决方案，所述控制网格包括在宽度方向上按行排列且在高度方向上按列排列的孔，其中成一行的所述孔的大多数具有相同的尺寸，且其中至少一行的所述孔的所述尺寸不同于另一行的所述孔的所述尺寸。用以改变所述孔的所述尺寸的方法已证实是调节来自电子束产生装置的输出束轮廓的便利方法。词语“大多数”在一般意义上表示“多于一半”。在实际情况中，不遵循具有相同尺寸这一标准的孔只有沿着控制网格的周围（circumference）的孔，在控制网格的周围，可能必须采用特别措施以控制束的轮廓。

在一或多种实施方式中，更靠近所述控制网格的中心线的行相较于较远离所述中心线的行具有有较小尺寸的孔，所述中心线平行于所述宽度方向。

在一或多种实施方式中，成一行的所述孔的大多数具有一致的高度和宽度，所述控制网格的所述孔的大多数具有相同的宽度，且其中至少一行的所述孔的高度不同于另一行的所述孔的高度。用以在改变其高度的同时保持所述孔的宽度的方法已证实是调节来自电子束产生装置的输出束轮廓的便利方法。同上，词语“大多数”表示“多于一半”。不遵循具有相同宽度这一标准的孔只有沿着控制网格的周围（circumference）的孔，在控制网格的周围，可能必须采用特别措施以控制束的轮廓。

在一或多种实施方式中，较靠近所述控制网格的中心线的行相较于较远离所述中心线的行具有有较小高度的孔，所述中心线平行于所述宽度方向。

在一或多种实施方式中，与所述控制网格的所述中心线对齐的行相较于较远离所述中心线的行具有有较小高度的孔。

在一或多种实施方式中，相邻行在所述宽度方向上移位了一行的相邻孔之间的中心到中心的距离的一半，使得一行中的孔被排布在离相邻行的两个相邻孔相等距离的地方。

在一或多种实施方式中，所述孔具有六边形形状。

在一或多种实施方式中，所述行的所述孔形成蜂巢状结构。已经发现，由于蜂巢状结构提供了高电子可穿透性（electron transparency），所以它非常适合控制网格。这是由于如下事实：该结构具有高机械强度，即使在材料厚度小的时候也如此。

在一或多种实施方式中，所述蜂巢状结构中的所述孔之间的材料厚度在0.4-1.2mm的范围中。

在一或多种实施方式中，所述控制网格由材料厚度在0.4-1.2mm的范围中的片材板制成。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了根据现有技术的电子束装置的一部分的示意性横截面正等轴测图。

图2示出了图1的装置的示意性横截面视图。

图3a示出了根据本发明的第一种实施方式的控制网格的示意性平面图。

图3b示出了根据所述第一种实施方式的控制网格的简化平面图。

图4是根据图3的实施方式的控制网格的分块（segment）的示意性平面图。

图5是第二种实施方式的孔的视图。

图6是图示理想电流密度轮廓（点线）和相应的箔温度（短划线）作为空间位置的函数的图形。

图7是基于仿真图示针对两种不同的控制网格设计的电流密度作为空间位置的函数的图形。

具体实施方式

图1和2已在背景技术部分中进行了描述，此处不再进一步地细化描述。而图3a示出了根据本发明的第一种实施方式的控制网格112的平面图。简化视图在图3B中示出。控制网格112是具有孔122的基本上为矩形形状的板（plate）120。该板优选地由材料厚度优选地在0.4-1.2mm的范围中的片材制成。图3b中的控制网格仅仅是一种简化的示例性控制网格，且技术人员知道所示的比例和尺寸可根据需要而变化以适应电子束产生装置。例如，控制网格可以看起来像图3a中的那样。

在图3b中，示出了在控制网格112的长度方向上延伸的中心线C。孔122大体上均匀地分布在控制网格的中心区域上，在控制网格112的周围留下没有孔的框架124。从图1和2可见，电子束产生装置的细丝在与控制网格112的中心线C对齐并平行的方向上延伸。因此，电子束的强度在控制网格112的中心处是最高的。

在图4的示意性平面图中，只示出了控制网格112的一个分块，但是本领域技术人员知道通过将这样的分块并排排列，可以实现像图3a中的控制网格那样的完整的控制网格。孔122具有六边形形状，且孔122结合起来形成蜂巢状结构。

在图3中，孔122在宽度方向上（由W表示）按行R排列，在高度方向上（由H表示）按列C排列。可以看出，宽度方向W与中心线C的方向对齐。第一行126被设置为与中心线C对齐，参见图4。进一步地，行128-136被一行接一行地且愈渐远离中心线C进行排布。由于蜂巢状结构的相邻行在宽度方向W上移位了一行的相邻孔之间的中心到中心的距离的一半，所以一行中的孔被排布在离相邻行的两个相邻孔相等距离的地方。

优选地，成一行的孔的大多数都具有相同的尺寸。至少一行的孔的尺寸不同于另一行的孔的尺寸。

在第一种实施方式中，成一行的孔的大多数都具有一致的高度和宽度。六边形形状的高度在此被定义为将该六边形形状划分成两个等腰梯形的两个正对着的角之间的最大距离。所以，该六边形形状的宽度在其两条平行边之间测定。不同行126-136中的孔的高度由标记为H1-H6的箭头示出。在该第一种实施方式中，六边形形状是定向的使得高度方向H垂直于控制网格112的中心线C。控制网格112的所有孔122的大多数具有相同的宽度W。但是，至少一行的孔的高度不同于另一行的孔的高度。在该第一种实施方式中，较靠近控制网格112的中心线C的行相较于较远离中心线C的行具有有较小尺寸的孔。这意味着在该行中比在相邻行中具有相对较多的控制网格材料以及较小的孔面积。此外，这影响了电子可穿透性，控制网格材料存在越多，电子可穿透性就越低。

从图3b和4可见，与中心线C对齐的行126中的孔相较于较远离中心线C的行（例如行128）具有有较小高度H1的六边形形状。在中心线C，束强度是非常高的，因此可以认为出于生成合适的电流密度轮廓的目的，在该区域中具有较小的可穿透性是有利的。

孔的六边形形状的高度优选地通过减小该六边形的与高度方向平行的平行边的长度来改变。一条这样的平行边在图4中被标记为s。按这种方式，一行可具有不同于其它行的另一高度，但依然保持大体上均匀的蜂巢状结构。

在一部分被示出于图5中的第二种实施方式中，六边形形状可以用高度定向而不是以平行于中心线C定向。在这种情况下，控制网格的高度和宽度方向不再对应于孔/六边形形状的高度和宽度方向。但是，六边形形状的尺寸依然优选地沿着该六边形形状的高度H进行调节以保持蜂巢状结构。

在图4所示的实施方式中，孔122之间的材料厚度（即形成六边形形状的孔和蜂巢状结构的边缘的框架）在0.4-1.2mm的范围中。这在保持材料厚度小的同时提供了高机械强度。进一步地，高度H1-H6在3-4mm的范围中。一行与相邻行之间在高度上的差异可小至0.1mm。孔的宽度W在3.5-4.5mm的范围中。

图6示出了仿真的结果，图示了针对理想控制网格，电流密度轮廓（点线）和所得的箔温度（短划线）作为空间位置的函数。可以看出，温度具有平坦的轮廓，对于增加箔的使用寿命而言，这已被证明是重要的。

电流密度和温度之间没有关联的原因在于热量传输的速度在支撑板的边界附近要高得多。这意味着具有均质的（homogenouos）电流密度不会导致所希望的温度轮廓。

图7是基于仿真图示针对两种不同的控制网格设计的电流密度轮廓作为空间位置的函数的图形。点线代表根据本发明的第一种实施方式的控制网格，而短划线代表根据现有技术的控制网格。后一控制网格包括有规律地排列的圆形开口。显然，根据本发明的第一种实施方式的控制网格造成电流密度轮廓接近理想，而现有技术的配置会导致具有大的内部波动的束轮廓，尤其是考虑到边缘处的倾斜效应会被边界附近加快的冷却速度增强。

Claims (5)

1.一种用于电子束产生装置(100)的控制网格(112)，所述控制网格(112)包括在宽度方向上按行排列且在高度方向上按列排列的孔(122)，其中

多于一半的成一行的所述孔具有相同的尺寸，

多于一半的成一行的所述孔具有一致的高度和宽度，

所述控制网格的多于一半的所述孔具有相同的宽度，

且其中至少一行的所述孔的所述尺寸不同于另一行的所述孔的所述尺寸，其中较靠近所述控制网格的中心线(C)的行相较于较远离所述中心线(C)的行具有有较小高度的孔，所述中心线平行于所述宽度方向，

所述孔(122)具有六边形形状；以及

其中，所述行的所述孔形成蜂巢状结构。

2.如权利要求1所述的控制网格(112)，其中与所述控制网格(112)的所述中心线(C)对齐的行(126)相较于较远离所述中心线(C)的行具有有较小高度(H₁)的孔。

3.如前述权利要求中任一项所述的控制网格(112)，其中相邻行在所述宽度方向上移位了一行的相邻孔之间的中心到中心的距离的一半，使得一行中的孔被排布在离相邻行的两个相邻孔相等距离的地方。

4.如权利要求1所述的控制网格(112)，其中所述行的所述孔形成蜂巢状结构，所述蜂巢状结构中的所述孔之间的材料厚度在0.4-1.2mm的范围中。

5.如权利要求1-2中任一项所述的控制网格(112)，其中所述控制网格(112)由材料厚度在0.4-1.2mm的范围中的片材板制成。