DD291705B5

DD291705B5 - Device and method for the electron irradiation of bulk material

Info

Publication number: DD291705B5
Application number: DD33741690A
Authority: DD
Inventors: Klaus Dipl-Ing Gaber; Siegfried Prof Dipl Schiller; Thomas Dipl-Ing Scholze; Siegfried Dipl-Phys Dr Panzer; Joerg Dipl-Ing Schmidt; Joachim Dipl-Landw Pflaumbaum; Ulrich Prof Dr Sc Burth; Joerg Dipl-Phys Greilich
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh; Pfitzner Christian; Heinzmann Rainer; Frauenhofer Ges Zur Forderung
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1995-08-10

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und das mit ihr auszuübende Verfahren zur Elektronenbestrahlung oberflächennaher Schichten von körnigen Schüttgütern, insbesondere zur Elektronenbeizung von Saatgut (Getreide).The invention relates to a device and the method to be used with it for the electron irradiation of near-surface layers of granular bulk materials, in particular for the electron dressing of seeds (cereals).

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind Einrichtungen und Verfahren bekannt, um die Oberfläche von Saatgut mit Elektronen allseitig zu bestrahlen. Dabei besteht die Forderung, die Oberfläche jedes Kornes mit einer konstanten Dosis zu bestrahlen. Dazu ist eine Einrichtung bekannt, die das Saatgut mittels Förderungs- und Bewegungseinrichtungen in einem Rezipienten ständig umverteilt und dabei den Elektronenstrahlen aussetzt. Entsprechende Transporteinrichtungen und Schleusen sind vor- und nachgeschaltet (DD-PS 242337; US-PS 4.663.611).Devices and methods are known for irradiating the surface of seed with electrons on all sides. There is a requirement to irradiate the surface of each grain with a constant dose. For this purpose, a device is known which constantly redistributes the seed by means of conveying and moving devices in a recipient while exposing the electron beams. Appropriate transport facilities and locks are upstream and downstream (DD-PS 242337, US-PS 4,663,611).

Bei der Ausführung der Verfahren mit den bekannten elektronenstrahltechnologischen Einrichtungen und den bekannten Schüttgutfördereinrichtungen hat sich gezeigt, daß relativ konstante Oberflächendosen nur bei kleinem Schüttgutdurchsatz erzielbar sind. Dagegen scheiterten alle Versuche, die verfahrensnotwendige Gleichmäßigkeit der Oberflächendosis bei gleichzeitig hohem Ausnutzungsgrad des Elektronenstrahls und hohem Massendurchsatz durch die Einrichtung zu erreichen, bzw. ergaben sich bei anderen Förderprinzipien, die diese Gleichmäßigkeit ermöglichten, technisch nicht mehr lösbare Evakuierungsprobleme. Die Lösung beider genannter Probleme ist aber eine unabdingbare Forderung bei einer industriellen Nutzung des Verfahrens.In the execution of the method with the known electron beam technological devices and the known bulk material conveyors has been found that relatively constant surface doses can be achieved only at low bulk material throughput. On the other hand, all attempts to achieve the process-necessary uniformity of the surface dose with simultaneous high degree of utilization of the electron beam and high mass flow rate through the device failed, or were in other funding principles that made this uniformity, technically no longer solvable evacuation problems. However, the solution of both mentioned problems is an indispensable requirement in an industrial use of the method.

Object of the invention

Es ist eine Einrichtung und das zugehörige Verfahren zu schaffen, welches die Mängel des Standes der Technik beseitigt. Es soll für die großtechnische Nutzung geeignet sein und ein breites fungizides Wirkspektrum ohne ertragswirksame Schäden für das Saatgut haben.It is an apparatus and associated method which overcomes the deficiencies of the prior art. It should be suitable for large-scale use and have a broad fungicidal spectrum of activity without harmful effects on the seed.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und das mit ihr auszuübende Verfahren zu schaffen, mit welcher körnige Schüttgüter, insbesondere Saatgut, mit hohem Massendurchsatz in oberflächennahen Schichten bei hoher Gleichmäßigkeit der Oberflächendosis und mit hohem Ausnutzungsgrad der Elektronenstrahlen behandelt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Bestrahlungskammer, daran angeordneten Elektronenkanonen, Schleusen zum druckentkoppelten Ein- und Ausbringen des Schüttgutes in den Rezipienten und Einrichtungen zum Ablenken des Elektronenstrahles dadurch gelöst, daß an der Eintrittsstelle des Schüttgutes in den Rezipienten eine Verteilungseinrichtung angeordnet ist, die mittels Leitblechen das Schüttgut über den gesamten Querschnitt des danach befindlichen Fallschachtes gleichmäßig verteilt. Im Bereich nach dem Fallschacht, dem Bestrahlungsbereich, sind mindestens zwei Elektronenkanonen, vorzugsweise Axialkanonen, in gleicher Höhe angeordnet. Deren zugehörige Ablenkeinrichtungen fächern den Elektronenstrahl auf. Der Elektronenstrahl wird in bekannter Weise mittels Ablenkgeneratoren periodisch horizontal und vertikal abgelenkt, wobei die Zeilenfrequenz so gewählt ist, daß ihre Periodendauer wesentlich kleiner ist, als die Verweilzeit des fallenden Kornes des Schüttgutes im Bestrahlungsfeld. Das Verhältnis von Zeilenfrequenz zu Bildfrequenz ist so gewählt, daß im Bestrahlungsfeld eine hinreichende flächenbedeckende Beaufschlagung mit Elektronen erreicht wird. Der Schleuse zur Einbringung des Schüttgutes ist eine Dosiereinrichtung vorgeschaltet.The invention has for its object to provide a device and the procedure to be exercised with which granular bulk materials, especially seeds are treated with high mass flow in near-surface layers with high uniformity of the surface dose and high efficiency of electron beams. According to the invention the object with an irradiation chamber, disposed thereon electron guns, locks for pressure-decoupled loading and unloading of the bulk material in the recipient and means for deflecting the electron beam is achieved in that at the entry point of the bulk material in the recipient a distribution device is arranged by means of baffles the bulk material evenly distributed over the entire cross section of the subsequent chute. In the area downstream of the chute, the irradiation area, at least two electron guns, preferably axial cannons, are arranged at the same height. Their associated deflectors fan out the electron beam. The electron beam is deflected horizontally and vertically in a known manner by means of deflection generators, wherein the line frequency is chosen so that their period is much smaller than the residence time of the falling grain of the bulk material in the irradiation field. The ratio of line frequency to frame rate is chosen so that a sufficient area-covering exposure to electrons is achieved in the irradiation field. The lock for introducing the bulk material is preceded by a metering device.

Das Verfahren zur Bestrahlung des Schüttgutes besteht darin, daß dieses nach dem Einschleusen über eine Druckstufe bestrahlt wird und erfindungsgemäß beim Eintritt in die Bestrahlungskammer vereinzelt wird und dann mit annähernd gleicher Einzelgeschwindigkeit im freien Fall durch diese transportiert wird. Die Vereinzelung erfolgt derart, daß die Transparenz im Bestrahlungsbereich ca. 50% beträgt und der mittlere Abstand der Körner in Richtung der Tiefe der Bestrahlungskammer größer ist als die Kornabmessung. In diesem Bereich wirken die Elektronenstrahlen der Elektronenkanonen mindestens zweiseitig und annähernd zeitgleich auf die Körner ein.The method for irradiating the bulk material is that this is irradiated after the introduction via a pressure stage and according to the invention is separated when entering the irradiation chamber and then transported at approximately the same single speed in free fall through this. The separation takes place in such a way that the transparency in the irradiation area is approximately 50% and the average spacing of the grains in the direction of the depth of the irradiation chamber is greater than the grain size. In this area, the electron beams of the electron guns act on the grains at least two-sidedly and almost simultaneously.

Die Elektronenstrahlen werden sehr bereit aufgefächert und wirken dadurch zweiseitig von schräg oben bis nach schräg unten. Dadurch wird jedes Korn während dem freien Fall von schräg oben bis nach schräg unten bestrahlt und wird näherungsweise von vier Seiten beaufschlagt. Nach der Bestrahlung gelangt das Schüttgut über Druckstufen wieder an Atmosphäre. Die Zeilenfrequenz liegt vorzugsweise bei einigen kHz und die Bildfrequenz im Bereich einiger 10 Hz bis einige 100Hz. Durch diese Programmierbarkeit der Ablenkfunktion können vorteilhafterweise Elektronenstrahlleistungsverluste infolge eines längeren Strahlweges bis zur Ebene des Schüttgutstromes, Ausblendungen und andere Einflüsse kompensiert werden. Es ist vorteilhaft, das Stromdichteprofil des Bestrahlungsfeldes in vertikaler Richtung so auszubilden, daß die Oberflächendosis der Körner weitgehend homogen verteilt ist. Die Ausformung dieses Stromdichteprofils kann so erfolgen, daß zwei über die ganze Breite des Schüttgutstromes hinreichend gleichmäßig beaufschlagte Bereiche hoher Stromdichte, getrennt durch einen Bereich niedriger Stromdichte oder gänzlich ausgesparter Beaufschlagung, erzeugt werden, wobei das Profil dahingehend optimiert wird, daß die dieses Bestrahlungsfeld passierenden Körner über ihre Oberfläche eine hinreichend homogene Dosisverteilung erhalten.The electron beams are fanned out very ready and thus act on two sides from obliquely up to obliquely down. As a result, each grain is irradiated during the free fall from obliquely up to obliquely down and is acted upon approximately four sides. After irradiation, the bulk material returns to the atmosphere via pressure stages. The line frequency is preferably a few kHz and the frame rate in the range of a few 10 Hz to several 100Hz. By virtue of this programmability of the deflection function, electron beam power losses due to a longer beam path up to the level of the bulk material flow, blanking and other influences can advantageously be compensated. It is advantageous to form the current density profile of the irradiation field in the vertical direction so that the surface dose of the grains is largely homogeneously distributed. The shaping of this current density profile can be done so that two over the entire width of the bulk material flow sufficiently uniformly applied areas of high current density, separated by a region of low current density or completely recessed impingement generated, the profile is optimized so that the radiation field passing grains receive a sufficiently homogeneous dose distribution over its surface.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Verbesserung der Oberflächenhomogenität der Dosis auf den bestrahlten Körnern wird dadurch erreicht, daß in der Bestrahlungskammer ein Arbeitsdruck von ca. 10 Pa bis einige 100 Pa eingestellt wird, wodurch eine Winkelstreuung der beschleunigten Elektronen ohne störende Energieverluste erreicht wird.A further advantageous measure for improving the surface homogeneity of the dose on the irradiated grains is achieved in that a working pressure of about 10 Pa to several 100 Pa is set in the irradiation chamber, whereby an angular scattering of the accelerated electrons is achieved without disturbing energy losses.

embodiment

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe accompanying drawings show in

Fig. 1: eine Einrichtung im Schnitt,1 shows a device in section,

Fig. 2: einen Schnitt durch den oberen Teil einer Einrichtung in der anderen Ebene, Fig.3: ein Stromdichteprofil im Bestrahlungsfeld.Fig. 2: a section through the upper part of a device in the other plane, Figure 3: a current density profile in the irradiation field.

An der Bestrahlungskammer 1 (Rezipient) sind zum Einbringen und Ausgeben des Schüttgutes 2 (Getreide) druckentkoppelnde Schleusen 3; 4 angeschlossen. Diese bestehen aus zwei Zellenradschleusen 5; 6 zwischen welchen ein Anschluß 7 zur Evakuierung angeordnet ist. An der Übergangsstelle zur Bestrahlungskammer 1 sind Leitbleche 8 so angeordnet, daß das aus der Schleuse 3 austretende Schüttgut 2 gleichmäßig vereinzelt wird und im freien Fall durch den Fallschacht 9 gelangt, wobei dessen gesamter Querschnitt gleichmäßig ausgefüllt wird. An den Fallschacht 9 schließt sich das Bestrahlungsfeld 10 an, in dessen Bereich zu beiden Seiten gegenüberliegend Elektronenkanonen 11 über Scanner 12 angeflanscht sind. Durch die beiden Elektronenkanonen 11 wird jedes Korn des Schüttgutes 2 zweiseitig annähernd zeitgleich bestrahlt. Dadurch wird erreicht, daß auch während dem Fall sich drehende Körner allseitig bestrahlt werden. Die Körner haben auch eine annähernd gleiche Geschwindigkeit durch die Anordnung und Ausbildung der Leitbleche 8. Die Elektronenkanonen 11 erzeugen je einen Elektronenstrahl 13. Die Elektronenstrahlen 13 werden vertikal und horizontal (senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1) so aufgefächert, daß sie den gesamten Querschnitt des Schüttgutstromes erfassen. Die Ablenkfunktionen werden so gewählt, daß die Strahlleistung gleichmäßig auf die Breite des Schüttgutstromes verteilt wird und daß in Fallrichtung ein Stromdichteprofil im Bestrahlungsfeld 10 entsteht, wie es in Fig.3 gezeigt ist. Das Bestrahlungsfeld 10 wird in drei Bereiche unterteilt, die in Fallrichtung übereinanderliegen und von denen zwei Bestrahlungsbereiche 10.1 und 10.2 eine hohe Stromdichte aufweisen und getrennt werden durch den Bereich 10.3 mit einer geringen oder verschwindenden Stromdichte.At the irradiation chamber 1 (recipient) are for introducing and outputting of the bulk material 2 (grain) pressure-decoupling locks 3; 4 connected. These consist of two rotary valves 5; 6 between which a terminal 7 is arranged for evacuation. At the transition point to the irradiation chamber 1 baffles 8 are arranged so that the emerging from the lock 3 bulk material 2 is uniformly isolated and passes through the chute 9 in free fall, the entire cross section is filled evenly. The irradiation field 10 adjoins the chute 9, in the region of which electron guns 11, which are opposite one another on both sides, are flange-mounted via scanners 12. By the two electron guns 11 each grain of the bulk material 2 is irradiated on two sides approximately at the same time. This ensures that even during the case rotating grains are irradiated on all sides. The grains also have an approximately equal speed through the arrangement and design of the baffles 8. The electron guns 11 each produce an electron beam 13. The electron beams 13 are fanned out vertically and horizontally (perpendicular to the plane of Fig. 1) so that they cover the entire cross section of the bulk material flow. The deflection functions are selected so that the beam power is uniformly distributed over the width of the bulk material flow and that in the direction of fall a current density profile in the irradiation field 10 is formed, as shown in Figure 3. The irradiation field 10 is subdivided into three areas, which are superimposed in the direction of fall and of which two irradiation areas 10.1 and 10.2 have a high current density and are separated by the area 10.3 with a low or vanishing current density.

Durch die weitgehende Verminderung der Stromdichte im Mittenbereich 10.3 wird verhindert, daß sensible Baugruppen der Elektronenkanonen 11 durch die Elektronenstrahlen 13 thermisch wesentlich belastet werden. Die Ausbildung des Bestrahlungsbereiches 10.1 und 10.2 des Bestrahlungsfeldes 10 wird durch die Ablenkfunktionen in vertikaler und horizontaler Richtung bestimmt. Die Zeilenfrequenz wird derart festgelegt, daß die Fallzeit der Körner durch das Bestrahlungsfeld 10.1 und 10.2 mehrere, z. B. 10 Ablenkperioden umfaßt. Die Dichte des Zeilenrasters, bestimmt durch das Verhältnis von Zeilenfrequenz zu Bildfrequenz bestimmt die Homogenität der Stromdichteverteilung in Fallrichtung.By largely reducing the current density in the central region 10.3 prevents sensitive assemblies of the electron guns 11 are thermally stressed by the electron beams 13 substantially. The formation of the irradiation area 10.1 and 10.2 of the irradiation field 10 is determined by the deflection functions in the vertical and horizontal directions. The line frequency is set such that the falling time of the grains through the irradiation field 10.1 and 10.2 more, z. B. 10 deflection periods. The density of the line raster, determined by the ratio of line frequency to frame rate, determines the homogeneity of the current density distribution in the fall direction.

Der Arbeitsdruck in der Bestrahlungskammer 1 wird abhängig von der Elektronenenergie und den Ansprüchen an die Bestrahlungsaufgabe im Bereich bis zu einigen 100 Pa eingestellt. Dadurch wird infolge der Winkelstreuung der Elektronen ohne nennenswerten Energieverlust die Dosishomogenität über der Oberfläche der Körner verbessert.The working pressure in the irradiation chamber 1 is set in the range up to several 100 Pa, depending on the electron energy and the requirements of the irradiation task. As a result, the dose homogeneity over the surface of the grains is improved due to the angular scattering of the electrons without appreciable energy loss.

Die in Richtung der Elektronenstrahlen 13 bestehende Transparenz des Schüttgutstromes sollte nicht wesentlich kleiner als 50% gewählt werden. Natürlich ist es auch möglich, bei höherer Transparenz des Schüttgutstromes und Inkaufnahme höherer Verlustleistungsanteile zu arbeiten.The existing in the direction of the electron beams 13 transparency of the bulk material flow should not be chosen substantially less than 50%. Of course it is also possible to work at higher transparency of the bulk material flow and accepting higher power dissipation components.

Um zu vermeiden, daß sich Körner gegenseitig abschatten, wird die Verteilung des Schüttgutstromes in der Bestrahlungskammer 1 so gewählt, daß die Körner sich in einem solchen mittleren Abstand voneinander bewegen, daß sie infolge des Ablenkwinkels des Elektronenstrahls 13 mindestens in einem der Bestrahlungsfelder 10.1 und 10.2 vom Elektronenstrahl 13 erreicht werden. Für einen vertikalen Ablenkwinkel von 45° ist dazu ein mittlerer Abstand nötig, der der Kornabmessung entspricht.In order to avoid that grains shadow each other, the distribution of the bulk material flow in the irradiation chamber 1 is selected so that the grains move in such a central distance from each other that they due to the deflection angle of the electron beam 13 at least in one of the irradiation fields 10.1 and 10.2 be reached by the electron beam 13. For a vertical deflection angle of 45 ° to a medium distance is necessary, which corresponds to the grain size.

Claims

1. Device for electron irradiation of bulk material, consisting of an irradiation chamber, disposed thereon electron guns and locks for pressure-decoupled loading and unloading of the bulk material, characterized in that at the entry point of the bulk material (2) in the irradiation chamber (1) a distribution device for the separation this is arranged on the entire cross section, that in the irradiation chamber (1) a chute (9) for the bulk material (2) is arranged from the distribution means that in the free fall at least two electron guns (11) with deflecting means for fanning the electron beam (13) are arranged at the same height.

2. Device according to claim 1, characterized in that the distribution device is constructed of fan-shaped guide plates (8).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the electron guns (11) are axial cannons.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the lock (3) for introducing the bulk material (2) is preceded by a metering device.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that for feeding and discharging the bulk material several rotary valves (5; 6) are arranged one behind the other.

6. A method for the electron irradiation of bulk material by this in an irradiation chamber and is discharged, characterized in that the bulk material when entering the irradiation chamber is separated and transported at approximately the same single speed in free fall through the irradiation chamber and that in the free fall strong fanned electron beams are everywhere from obliquely from below to obliquely from above at least two-sided and brought about at the same time to act.

7. The method according to claim 6, characterized in that the line frequency of the electron beams to a few kHz and the frame rate is set to a few 10Hz to several 100 Hz.

8. The method according to claim 6 and 7, characterized in that in the irradiation chamber L. tuck vun 10Pa is set to a few 100Pa.

9. The method according to claim 6 to 8, characterized in that the irradiation field of the electron beams is selected so that two superposed, over the entire width of the bulk material flow sufficiently uniformly applied areas of high current density are separated by a region of low current density or completely recessed admission and that the current density profile over these areas in the direction of fall is adjusted so that the surface dose of this irradiation field passing grains is distributed sufficiently homogeneous over the surface.