DD294609A5

DD294609A5 - Verfahren zur herstellung von hochenergieelektronenmauern mit hoher leistung

Info

Publication number: DD294609A5
Application number: DD90337482A
Authority: DD
Inventors: Pertti Puumalainen
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-10-02
Also published as: FI890494A; FI890494A0; SE9101934D0; SE469305B; SE9101934L; AU4956390A; WO1990009030A1; DE4090107T; JPH04504483A; FI84961B; US5175436A; FI84961C

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronenbeschleunigerverfahren fuer die Herstellung von Elektronen, die zur industriellen Anwendung eine Energie von 100 keV bis 800 keV aufweisen. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind die Polymerisation von Beschichtungen und Fuellstoffen auf der Oberflaeche oder innerhalb der Materialien, die Strahlensterilisation von Verpackungsmaterialien und Produkten sowie die Rauchgasreinigung. Beim vorliegenden Verfahren wird zuerst die energiearme Gestaltungsbeschleunigung angewandt, und danach werden die Elektronen in sehr idealer Weise und homogen mittels der geeigneten Beschleunigung durch die Fenster gefuehrt. Mittels des Verfahrens koennen mehrere aufeinanderfolgende und/oder parallele Beschleunigungsfenster im Geraet zur Verfuegung gestellt werden, wobei die Elektronenleistung gleichmaeszig zwischen den besagten Fenstern verteilt wird. Fig. 1{Elektronen; hochenergetischer Elektronenvorhang; Elektronenbeschleuniger; Polymerisation; Strahlensterilisation; Rauchgasreinigung; Beschleunigungsfenster}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Elektronenbeschleunigungsverfahren für die Herstellung von Elektronen, die eine Energie von lOOkeV bis 800 keV für eine Anwendung bei industriellen Prozessen aufweisen.

Typische industrielle Verwendungen umfassen die elektronische Polymerisation von Beschichtungen und füllstoffen auf der Oberfläche oder innerhalb einer Materialbahn und die Si ahlensterilisation von Verpackungsmaterialien und Produkten. In letzter Zeit wurde das Elektronenstrahlverfahren in zune lmendem Maße bei der Reinigung von Rauchgasen aus Schwefel- und Stickstoffoxiden beliebt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Meistens gibt es zwei Arten von Geräten: Geräte, die die Elektronen von einer Stelle aus emittieren, und Geräte, die einen vorhangartigen Elektronenstrahl produzieren, beispielsweise über einer Materialbahn, die gleichmäßig durch das Gerät in der Querrichtung hindurchläuft. Der Zweck nahezu aller derartigen industriellen Anwendungen ist, daß ein gleichmäßiger Elektronenstrahl oder eine Strahlungsdosis auf die Oberfläche einer sich bewegenden Materialbahn angewandt wird oder daß eine Strahlungsdosis so konstant wie möglich über dor Querschnittsfläche eines Rauchgasstromes zur Verfügung gestellt wird. Im Inneren der Elektronenbeschleuniger herrscht ein hohes Vakuum, wobei die Elektronen in die Geräte durch lange und schmale Fenster aus einer Metallfolie, dis quer relativ zum Massesirom angeordnet sind, eingeführt werden. Gegenwärtig gibt es nur einige Hersteller in der Welt, die Geräte liefern, die einen vorhangartigen Elektronenstrahl produzieren. Bei allen ?sen Geräten ist das schmale Fenster aus der Metallfolie so angeordnet, daß es vor den Kraftlinien bzw. Feldlinien geschützt wird, die durch die Beschleunigungsspannung hervorgerufen werden, und daß es durch ein Kühlgitter getragen wird. Indem es in der Bewegungsbahn der Elektronen angeordnet ist, bewirkt das Gitter eine Dissipation, die immer mindestens gleich dem Verhältnis der Oberfläche der Kühlhalterungen und dem des Fensters' ist. Bei Geräten nach dem bisherigen Stand der Technik variiert diese Dissipation von etwa 25 bis 35%. Außerdem bewirkt die Beschleunigung der Elektronen von einer Öffnung

zu einer anderen über eine Beschleunigungsspannung immer, daß die Elektronen auf die Ränder der Fensteröffnung aufschlagen und auf die Oberfläche der Kühl- und Stützrippen, die aus den Fensteröffnungen herausragen, wie von der Innenseite aus zu sehen ist, wobei die resultierenden Dissipationen in der Größenordnung von 10 bis 25% zu finden sind. Das Fenster selbst bewirkt eine Dissipation von mindestens 5 bis 15%. Wenn die Fenster durch ein kleines Loch ersetzt werden, das im Gerät für die Emission der Elektronen und für den Austritt der Luft, der im Inneren des Vakuumraumes mit Hilfe von Hochleistungspumpensystemen erzwungen wird, gebildet wird, ist der emittierte Elektronenstrahl zuerst sehr dicht, und es muß gestattet werden, daß er in der Luft vor der Verwendung gleichmäßiger wird, da alle Elektronenstrahlanwendungen eine gleichmäßige Dosis pro Volumen- oder Flächoneinh.it erfordern. Es kann leicht berechnet werden, daß die Leistung, die bei einer Rauchgasanwendung geforderi wird, beispielsweise für das Erreichen einer Mindostdosis an jeder Stelle des Querschnittsprofils, dadurch 3mal größer ist als bei Geräten, die einen vorhangartigen Strahl produzieren. Gegenwärtig ist es erforderlich, hohe Wirkungsgrade bei den verdeckten Glimmvorrichtungen anzuwenden, wenn von Öffnung zu Öffnung beschleunigt wird, was oftmals 5 bis 10% des gesamten Wirkungsgrades verbraucht. Die eingeschätzte Leistung dieses Beschleunigungsverfahrens liegt im allgemeinen bei nur 20 bis 40%. Beispielsweise beläuft sich die Energie, die bei der Reinigung von Rauchgasen mittels dieses Verfahrens bei großen Kraftwerken verbraucht wird, auf mehrere Prozent des Elektroenergiebedarfs der Anlage, weshalb eine verbesserte Leistung ein wichtiger Faktor ist, daß der Kauf dieser Geräte attraktiver wird.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad der eingesetzten Energie zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochenergetischer Elektronenvorhänge mittels Elektronenbeschleuniger zu schaffen, wobei der Elektronenstrahl eine gleichmäßige Strahlendosis pro Volumen- oder Flächeneinheit des bestrahlten Mediums gewährleisten soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektronen zuerst durch eine niedrige Spannung beschleunigt weiden, die durch elektrische Gegenspannungen und eine magnetische Verteilung gesteuert wird, um eine stark homogene Strömung zu den Fenstern zu erhalten, wobei der Verlust der Elektronen an den Wänden und den Rändern der Fenster vernachlässigt wird. Danach werden die Elektronen durch eine hohe Spannung beschleunigt, die zwischen den Vorbeschleunigungsfenstern und den Beschleunigungsfenstern Auftritt. Die Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung werden insbesondere mittels des Elektronenbeschleunigungsverfahrens erzielt, bei dem die Gestaltung der Elektronenwege hauptsächlich in Verbindung mit der energiearmen Beschleunigung erfolgt, während die Elektronen wirksam durch die Fenster mit der angemessenen hochenergetischen Beschleunigung geführt werden. Auch die Leistung eines jeden einzelnen Elektronenbeschleunigers erhöht sich, weil mehrere aufeinanderfolgende Fenster im Gerät zur Verfügung gestellt werden können, wobei ein jedes Fenster einen hochenergetischen Elektronenvorhang emittiert.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: ein6 Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Schnitt Fig. 2: die Einrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie A-A.

Beim Verfahren werden die Elektronen, die von einer Elektronenquelle 1 erhalten werden, mittels einer energiearmen Beschleunigungsspannung in Richtung der gitterartigen Vorbeschleunigungsfenster 2 beschleunigt. Gegen«., annungsfäden 3, die zwischen den Gitterfenstern und dem Magnetverteiler 4 angeordnet sind, werden zur Verfugung gestellt, um einen gleichmäßigen Durchgang von Elektronen zu den Gitterfenstern zu bewirken. Mit einer Beschleunigung von 10OeV und einer Gesamtbeschleunigung von 300keV kann beispielsweise die Gestaltung der Elektronenwege sogar 90% der Elektronenenergie verbrauchen, was jedoch nur 3 Promille der Gesamtenergie beträgt. Die Elektronen können ebenfalls wirksam angezogen werden, weil die Kraftlinien der niedrigen Beschleunigungsspannung direkt auf der Oberfläche der Elektronenquelle nicht ausreichend stark sind, um einen Zusammenbruch zu bewirken, der durch dia Plasmaentladung hervorgerufen wird. Die geeignete Hochspannungsbeschleunigung kann jetzt direkt zwischen den nach unten zu ausgesparten Gitter- oder den Vorbeschleunigungsfenstern 2 und den nach oben zu gekrümmten Beschleunigungsfenstern 5, wie in den Abbildungen gezeigt wird, bewirkt werden, wodurch die Kraftlinien des elektrischen Feldes immer die Elektronen passieren, die aus den Gitterfenstern emittiert werden, und zwar gleichmäßig durch die Fenster. Auf diese Weise werden mehrere (sogar mehl ere zehn) Fenster anstelle eines schmalen Fensters geliefert, und die Kühlgitter der Fenster werden weggelassen. Das Fenstermaterial kann aus Schichten bestehen, indem beispielsweise eine Berylliummembrane, die wirksam die Wärme von Fenster zur gekühlten Rahmenkonstruktion überträgt, auf der inneren Oberfläche eines Titanfensters von hoher Korrosionsbeständigkeit angebracht wird. Ein Fenster, das diese Art von Doppelkonstruktion aufweist, ist ebenfalls beträchtlich wi' ksamer als ein konventionelles , Fenster, das nur aus Titan besteht. Die Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit' des Titanfensters können weiter durch Nitrieren seiner äußeren Oberfläche zu einer Titannitridfläche verbessert werdon. Die Erfindung ist nicht auf die vorangegangenen Anwendungen begrenzt, sondern kann innerhalb des Bereichs der Patentansprüche variieren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung hochenergetischer Elektronenvorhänge mittels Elektronenbeschleuniger, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen zuerst durch eine niedrige Spannung beschleunigt werden, die durch elektrische Gegenspannungen (3) und eine magnetsiche Verteilung (4) gesteuert wird, um eine stark homogene Strömung zu den Fenstern (2) zu erhalten, wobei der Verlust der Elektronen an den Wänden und den Rändern der Fenster vernachlässigt wird, und danach durch eine hohe Spannung, die zwischen den Vorbeschleunigungsfenstern (2) und den Beschleunigungsfenstern (5) auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Niederspannungsvorbeschleunigungsfenster nach unten zu ausgesparte Gitterfenster (2) sind, während die Beschleunigungsfenster (5) nach oben zu gekrümmte sind, wobei die Kraftlinien der hohen Beschleunigungsspannung homogen von einem Fenster zum anderen verlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und die Anzahl der Vorbeschleunigungsfenster (2) und der Beschleunigungsfenster (5) von denen abweichend sein kann, die in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt werden, vorausgesetzt, daß ein jedes Beschleunigungsfenster (5) unter dem entsprechenden Vorbeschleunigungsfenster (2) angeordnet ist, wobei das Vorbeschleunigungsfenster (2) einen gleichmäßigen Elektronenfluß zum Beschleunigungsfenster (5) ermöglicht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster mehrere Schichten umfaßt, wobei eine davon, beispielsweise eine Beryliumschicht, die Wärme vom Fenster in die Rahmenkonstruktionen wirksam überträgt und wobei die äußerste Schicht, beispielsweise Titan, in starkem Maße korrosionsbeständig ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleunigungsfenster chemisch behandelt ist, um seine Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, beispielsweise, indem das Titanfenster mit einer Titannitridoberfläche versehen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle (1) eine plattenartige Sekundärglimmvorrichtung ist, die mit Elektronen erwärmt wird, die von einer Primärglimmvorrichtung aus beschleunigt werden, wobei die Elektronen, die von der Oberfläche der Sekundärglimmvorrichtung erhalten werden, bei den Beschleunigungen eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen von einem langen Glimmfaden gewonnen werden, der durch Verzwirnen mehrerer dünner Fadenbündel gebildet werden kann.