DE102008051519A1

DE102008051519A1 - Electron emitter for generating ionizing radiation, particularly electron beams or x-rays, has evacuated housing with radiation outlet window covered by window for permeable electron beam

Info

Publication number: DE102008051519A1
Application number: DE200810051519
Authority: DE
Inventors: Harald F.H. Dr. Warrikhoff; Alexander F.A. Warrikhoff
Original assignee: RTW ROENTGEN TECHNIK DR WARRIK; Rtw Rontgen-Technik Dr Warrikhoff & Co KG GmbH
Current assignee: RTW ROENTGEN TECHNIK DR WARRIK; Rtw Rontgen-Technik Dr Warrikhoff & Co KG GmbH
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: DE102008051519B4

Abstract

The electron emitter (10) has an evacuated housing (1) with a radiation outlet window (6) covered by a window (8) for the permeable electron beam. The window is provided for removing the heat generated from the impinging electron beams. The window is made of a high heat dissipating material, which includes highly ordered pyrolytic graphite. The window is coupled with two heat dissipating mediums, where the latter heat dissipating medium has a heat conductor (14) made of copper, aluminum or other thermally conductive metal alloy.

Description

Die Erfindung beschreibt einen Elektronenstrahler zur Erzeugung ionisierender Strahlung, insbesondere von Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen, aufweisend ein insbesondere evakuiertes Gehäuse mit einem von einem, für die Elektronenstrahlung durchlässigen, Fenster abgedeckten Strahlenaustrittsfenster und ein Fenster für ein Strahlenaustrittsfenster eines Elektronenstrahlers. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Elektronenstrahlers.The Invention describes an electron gun for generating ionizing Radiation, in particular of electron beams or X-rays, having a particular evacuated housing with a from one that is permeable to electron radiation, Window covered beam exit window and a window for a beam exit window of an electron gun. Further concerns the invention the use of the electron emitter.

Elektronenstrahler nennt man solche elektronischen Röhren, die einen in ihrem Inneren zwischen einer Anode und einer Kathode erzeugten Elektronenstrahl durch ein hierfür vorgesehenes Strahlenaustrittsfenster mit einem geeigneten Fenster, dem so genannten Lenard-Fenster, in die Atmosphäre gelangen lassen. Als ein Fenster wird in vorliegender Spezifikation stets eine vorzugsweise dünnwandige Abdeckung einer Fensteröffnung eines Elektronenstrahlers bezeichnet, wie es in der Elektronenstrahlen- bzw. der Röntgentechnik üblich ist.electron gun They are called electronic tubes that have one in their own Internal electron beam generated between an anode and a cathode through a radiation exit window provided for this purpose with a suitable window, the so-called Lenard window, in let the atmosphere go. As a window will be in present specification always a preferably thin-walled cover a window opening of an electron emitter, as usual in electron beam or X-ray technology is.

Die Elektronenstrahler werden in steigendem Maße industriell eingesetzt. Anwendungsfelder sind beispielsweise eine schnelle Polymerisation von Lacken und Körpern aus Kunststoffen ohne Wärmezufuhr oder chemische Zusatzstoffe, Sterilisation von Lebensmitteln und deren Behältern sowie von medizinischen Artikeln und anderem.The Electron emitters are becoming increasingly industrial used. Fields of application are, for example, rapid polymerization of lacquers and bodies of plastics without heat input or chemical additives, food sterilization and their containers as well as medical articles and other.

Da die Schwächung insbesondere der Elektronen-Strahlen in Materialien mit deren chemischer Ordnungszahl zunimmt, werden für diese Fenster vorzugsweise Materialien aus Elementen niedriger chemischer Ordnungszahl wie Beryllium, Aluminium, Titan o. Ä. verwendet.There the weakening in particular of the electron beams in Materials with increasing chemical atomic number are used for these windows preferably comprise materials of lower chemical elements Ordnungszahl such as beryllium, aluminum, titanium o. Ä. used.

Auch die Dicke des Fensters wird so gering wie möglich gewählt, damit die Strahlenschwächung in dem Fenster geringer ausfällt. Trotzdem muss eine leckfreie Vakuum-Abdichtung gegen den äußeren Atmosphärendruck gewährleistet sein, besonders wenn man auf eine ständig einsatzbereite Vakuumpumpe verzichten will. Üblich sind Scheibendicken im Bereich um etwa 10 μm. Wegen seiner extrem hohen Dehnungsfestigkeit wird beispielsweise überwiegend Titan für Elektronenstrahlfenster verwendet. Titan weist jedoch immerhin eine chemische Ordnungszahl von 22 auf.Also the thickness of the window is chosen as small as possible, so that the beam attenuation in the window is lower. Nevertheless, a leak-free vacuum seal against the outside must Be guaranteed atmospheric pressure, especially if you do without a permanently ready-to-use vacuum pump want. Disc thicknesses in the range of about 10 μm are customary. Because of its extremely high tensile strength, for example, predominantly Titanium used for electron beam window. Titanium points but at least a chemical atomic number of 22 on.

Andererseits verliert ein Elektronenstrahl durch die physikalisch bedingte Schwächung infolge einer Vielzahl von Stößen Elektronenabsorption im Material des Fensters einen so hohen Energiebetrag, dass diese Fenster in der Regel über eine zusätzliche, beispielsweise honigwabenartige Struktur aus Kupfer gestützt und gekühlt werden müssen, wodurch die spezifische Strahlungsleistung des Elektronenstrahlers begrenzt wird.on the other hand loses an electron beam through the physical weakening due to a large number of shocks, electron absorption in the material of the window such a high amount of energy that these Window usually has an extra, for example honeycomb-like structure of copper supported and cooled need to be, reducing the specific radiant power of the electron gun is limited.

In dem Dokument US 2004/0125919 A1 ist ein Fenster aus HOPG-Material für die Röntgen-Strahlenerzeugung beschrieben. Hier handelt es sich um ein Fenster für Röntgen-Strahlenerzeugung, bei dem die verwendeten Fensterscheibendicken von 0,5–1,5 mm für Röntgenanwendungen auch mit „weicher” Röntgenstrahlung ausreichend dünn sind. Strahlenaustrittsfenster aus HOPG dieser Dicke lassen jedoch keine nennenswerten Elektronenstrahlen mit kinetischen Energien von einigen hundert keV oder darunter, bzw. weiche Röntgenstrahlen mit Photonen-Energien unter 1 keV (XUV = extreme Ultra-Violett-Strahlung) durch und eignen sich daher nicht, Strahlenaustrittsfenster von Elektronen- oder XUV-Strahlern abzudichten.In the document US 2004/0125919 A1 is a window of HOPG material for X-ray generation described. This is a window for X-ray generation, in which the window pane thicknesses of 0.5-1.5 mm used are sufficiently thin for X-ray applications even with "soft" X-ray radiation. However, HOPG beam exit windows of this thickness do not pass any significant electron beams with kinetic energies of a few hundred keV or less, or soft X-rays with photon energies below 1 keV (XUV = extreme ultraviolet radiation), and are therefore unsuitable for beam exit windows of To seal electron or XUV radiators.

HOPG ist ein hochorientierter pyrolytischer Graphit bzw. Kohlenstoff (Highly Oriented Pyrolytic Graphite), dessen Streuung der C-Achsenorientierung der Atome unter etwa 1 Grad liegt. Es hat einem Metall ähnliche Eigenschaften: es ist glänzend, hat eine hohe Dehnungsfestigkeit, ist stromleitend und in der Orientierungsrichtung sehr hoch wärmeleitend. Außerdem ist es in dickeren Formstücken spröde und blättrig, während es als eine dünne Folie ausgebildet äußerst flexibel wirkt.HOPG is a highly oriented pyrolytic graphite or carbon (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) whose scatter of C-axis orientation the atoms are below about 1 degree. It has a metal like Properties: it is shiny, has a high tensile strength, is electrically conductive and very highly thermally conductive in the orientation direction. Furthermore is it brittle and leafy in thicker pieces, while it is extremely formed as a thin film looks flexible.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2006 038 417 A1 beschreibt die Kühlung eines Targets von Röntgenröhren. Hierbei treffen die in der elektronischen Röhre zwischen der Kathode und Anode durch die angelegte Spannung beschleunigten Elektronen auf das Target und erzeugen bei ihrer Abbremsung anteilig nur zu 1–2% Röntgenstrahlung, während der Rest ihrer kinetischen Energie mit mindestens 98 Anteil Wärme erzeugt. Die Abführung dieser Verlustwärme von dem Target ist ein allgemeines Problem bei Röntgenröhren und wird durch den Einsatz des HOPG-Materials als Wärmeableiter verbessert. Hierbei wird die hohe Wärmeleitfähigkeit des HOPG-Materials in einer Orientierungsebene in der Weise ausgenutzt, indem die Lage dieser hoch wärmeleitenden Schichten überwiegend senkrecht zur Targetebene angeordnet wird.The publication DE 10 2006 038 417 A1 describes the cooling of a target of x-ray tubes. In this case, the electrons accelerated in the electronic tube between the cathode and anode by the applied voltage strike the target and, when decelerated, proportionately generate only 1-2% X-radiation, while the rest of their kinetic energy generates at least 98% heat. The dissipation of this heat loss from the target is a common problem with X-ray tubes and is enhanced by the use of the HOPG material as a heat sink. In this case, the high thermal conductivity of the HOPG material in an orientation plane is exploited in such a way that the position of these highly thermally conductive layers is arranged predominantly perpendicular to the target plane.

In US 3,916,200 ist ein Detektor für Röntgen-Gamma- und Partikel-Strahlung beschrieben, der mit einem dünnen Fenster aus HOPG von einer Dicke zwischen 2,5 und 25 μm versehen ist. Die dabei anfallende Wärmeentwicklung spielt keine nennenswerte Rolle, so dass dieses HOPG-Fenster nicht wie bei einem Elektronenstrahler große Wärmemengen bewältigen muss.In US 3,916,200 is a detector for X-ray gamma and particle radiation described, which is provided with a thin window of HOPG of a thickness between 2.5 and 25 microns. The resulting heat development plays no significant role, so that this HOPG window does not have to deal with large amounts of heat as in an electron gun.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektronenstrahler zur Erzeugung ionisierender Strahlung, insbesondere von Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen derart zu verbessern, dass der Wirkungsgrad des Elektronenstrahlers erhöht wird, d. h. anteilig weniger Energie in Verlustwärme umgewandelt wird. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, die maximal erreichbare spezifische Austrittstrahlungsleistung des Elektronenstrahlers zu erhöhen und dadurch eine kompaktere Bauweise des Elektronenstrahlers zu ermöglichen.The invention is based on the object of an electron emitter for generating ionizing radiation, in particular of electron beams or to improve X-rays such that the efficiency of the electron gun is increased, ie proportionately less energy is converted into heat loss. Furthermore, it is the object of the invention to increase the maximum achievable specific exit radiation power of the electron gun and thereby enable a more compact design of the electron gun.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des jeweils kennzeichnenden Teils der Ansprüche 1, 17, 23, 24, 25 und 26 im Zusammenwirken mit den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.These The object is achieved by the features the respective characterizing part of claims 1, 17, 23, 24, 25 and 26 in conjunction with the characteristics of each Topic solved. Advantageous embodiments The invention are defined in the subclaims.

Die Erfindung geht nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt von einem Elektronenstrahler zur Erzeugung von ionisierender Strahlung, insbesondere von Elektronen- oder Röntgenstrahlen, aus, aufweisend ein vorzugsweise evakuiertes Gehäuse mit einem durch ein, für die Elektronenstrahlung durchlässiges, Fenster abgedeckten Strahlenaustrittsfenster.The The invention is based on a first invention Aspect of an electron gun for generating ionizing Radiation, in particular of electron or X-rays, from, having a preferably evacuated housing with one through, one for the electron radiation permeable, Window covered beam exit window.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Fenster des Strahlenaustrittsfensters zum Abführen der, durch die das Fenster durchtretende und/oder auftreffende Elektronenstrahlung erzeugten Wärme aus einem hoch wärmeleitenden Material hergestellt ist. Hierdurch kann die Verlustwärme, die in dem Material des Fensters auftritt, zu dem Rand des Fensters abgeleitet werden. Hierdurch kann die in dem Fenster auftretende Wärme über den Rand der Fensterscheibe und den Fensterrand des Strahlenaustrittsfensters in die Halterung des Fensters fließen. Die Halterung des Fensters kann die zu ihr geleitete Wärme vorzugsweise aufnehmen, speichern sowie an die Umgebung abstrahlen und ableiten.One particular advantage of the invention is that the window the beam exit window for discharging, through which the window penetrating and / or incident electron radiation generated heat from a highly thermally conductive material is made. This can reduce the heat loss in the material of the window occurs, derived to the edge of the window become. As a result, the heat occurring in the window over the edge of the window pane and the window edge of the radiation exit window flow into the holder of the window. The holder of the Window can preferably absorb the heat conducted to it, store and radiate to the environment and derive.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung resultiert daraus, dass das wärmeableitende Material des Fensters aus einem hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) ausgebildet ist. Das hochorientierte pyrolytische Graphit, das sogenannte HOPG, weist eine um Faktor 4 bessere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer auf, aber eine um den Faktor 60 bessere Wärmeleitfähigkeit als Titan, wodurch es möglich ist, eine um eine bis zwei Größenordnungen höhere Verlustwärmeleistung von dem Fenster des Strahlenaustrittsfensters abzuleiten. In einem Vergleichsbeispiel beträgt diese Verlustwärmeleistung bei gegebener Öffnungsgröße des Strahlenaustrittsfensters bei Verwendung konventioneller Materialien, wie etwa dem Titan, ungefähr 10 Watt, wogegen bei der Verwendung des HOPG eine Verlustwärmeleistung in der Größenordnung von mehreren 100 Watt erreichbar ist, ohne dass das Material des Fensters thermisch zerstört wird. Dementsprechend in gleichem Maße wie die Verlustwärmeleistung verhält sich der Anteil der hindurchgelassenen Teilchenstrahlung.One Another advantage of the invention results from the fact that the heat-dissipating Material of the window made of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) is formed. The highly oriented Pyrolytic graphite, the so-called HOPG, indicates one factor 4 better thermal conductivity than copper on, but a 60 times better thermal conductivity as titanium, which makes it possible one to one or two orders of magnitude higher loss heat output from the window of the Derive radiation exit window. In a comparative example is this loss of heat output for a given opening size the beam exit window using conventional materials, such as the titanium, about 10 watts, whereas in use of the HOPG a loss heat output of the order of magnitude of several 100 watts is achievable without the material of the Window is thermally destroyed. Accordingly in the same Measures how the heat loss performance behaves the proportion of transmitted particle radiation.

Es hat sich ferner überraschenderweise herausgestellt, dass selbst dünne Fenster aus HOPG in der Größenordnung von etwa 10 μm Dicke imstande sind, die durch einen Elektronenstrahl in diese dünne Schicht des Fensters abgegebene Leistung in der Größenordnung von 100 W abzuführen, sofern der Fensterrand entsprechend gekühlt wird.It Furthermore, it has surprisingly been found that even thin windows made of HOPG on the order of magnitude of about 10 microns thick capable, by an electron beam power delivered into this thin layer of the window on the order of 100 W, provided that the edge of the window is cooled accordingly.

Das wärmeableitende Material des Fensters, vorzugsweise HOPG, weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine derartige räumliche Ausrichtung seiner Struktur auf, dass eine für die Wärmeübertragung besonders gut wärmeleitende Strukturausrichtung mit der Hauptausbreitungsrichtung der Ebene des Fensters übereinstimmt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die anfallende Verlustwärme besonders gut zu dem Rand des Fensters und über ihn zum Fensterrand des Strahlenaustrittsfensters geleitet wird. Dagegen ist eine gute Wärmeleitung in der senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Ebene des Fensters weisenden Richtung nicht erforderlich, weil die Innenseite des Fensters von wärmeisolierendem Vakuum umgeben und die Außenseite des Fensters von einer ebenso schlecht wärmeleitenden Atmosphäre umhüllt ist.The heat-dissipating material of the window, preferably HOPG, has according to a preferred embodiment of Invention such a spatial orientation of its structure on that one for the heat transfer particularly good heat conducting structure alignment with the Main propagation direction of the plane of the window matches. hereby ensures that the heat loss especially good to the edge of the window and over to him Window edge of the beam exit window is passed. On the other hand is a good heat conduction in the direction perpendicular to Hauptausbreitungsrichtung the direction of the window does not require direction, because the inside of the window of heat-insulating vacuum surrounded and the outside of the window of one as well Wrapped in a poorly heat-conducting atmosphere is.

Die Abführung der Verlustwärme, die aus dem Fenster 5 zu ihrem Rand fließt, wird besonders bevorzugt über einen Fensterrand des Strahlenaustrittsfensters realisiert, der als ein erstes wärmeableitendes Mittel zum Ableiten der an dem Rand des Fensters auftreffenden Wärme ausgebildet ist. Hierdurch kann die zum Rand des Fensters geleitete Wärme weiter in das Material und in das Volumen der Halterung des Fensters fließen. Somit dient die äußere Fläche der Halterung des Fensters als ein Wärmeabstrahler, der die Wärme an die umgebende Luft abgibt.The dissipation of the heat lost from the window 5 flows to its edge, is particularly preferably realized via a window edge of the beam exit window, which is formed as a first heat-dissipating means for dissipating the heat impinging on the edge of the window. As a result, the heat conducted to the edge of the window can continue to flow into the material and into the volume of the holder of the window. Thus, the outer surface of the mounting of the window serves as a heat radiator, which dissipates the heat to the surrounding air.

Um die auf diese Weise in die Halterung des Fensters fließende Verlustwärme noch effektiver abzuführen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung an den als erstes wärmeableitendes Mittel zum Ableiten der an dem Rand des Fensters auftreffenden Wärme verwendeten Fensterrand wenigstens ein weiteres zweites wärmeableitendes Mittel angekoppelt. In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung weist dieses zweite wärmeleitende Mittel wenigstens einen Wärmeleiter auf, der aus Kupfer-, Aluminium- oder einem anderen wärmeleitenden Metall, Metall-Legierung oder einer Keramik, beispielsweise aus AlN ausgebildet ist. Solche Wärmeleiter sind massiv metallisch ausgebildet und können zweckgemäß ganz unterschiedliche Formen und Profile aufweisen.Around the thus flowing in the holder of the window Dissipate heat loss more effectively, is according to a another preferred embodiment of the present invention the first heat-dissipating means for deriving the used heat at the edge of the window Window edge at least one other second heat-dissipating Medium coupled. In preferred embodiments of the present Invention, this second heat-conducting agent at least one Heat conductor on, made of copper, aluminum or a other thermally conductive metal, metal alloy or one Ceramic, for example, made of AlN. Such heat conductors are solid metallic and can be used appropriately have different shapes and profiles.

Das zweite wärmeableitende Mittel kann besonders bevorzugt wenigstens einen Wärmeleiter aufweisen, der aus dem oben beschriebenen, hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) ausgebildet ist. Auch an dieser Stelle leistet das gleiche HOPG-Material durch seine mehrfach bessere Wärmeleitfähigkeit besonders hohe Wärmeableitungsleistung.The second heat-dissipating agent may be particularly preferred have at least one heat conductor, from the above described, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) is formed. Also at this point makes the same HOPG material by its multiple better thermal conductivity particularly high heat dissipation performance.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers weist das zweite wärmeableitende Mittel wenigstens einen Wärmeleiter auf, der als eine flüssigkeitsgefüllte Röhre (Heat Pipe) ausgebildet ist. Solche als Heat Pipes genannten flüssigkeitsgefüllten Röhren sind in der Lage, die Wärme auch bei sehr geringen Temperaturunterschieden und über eine relativ große Strecke zu übertragen, wodurch die Verlustwärme schneller und weiter weg von dem Fenster ableitbar ist.In a further preferred embodiment of the invention Electron radiator has the second heat dissipating agent at least one heat conductor functioning as a liquid filled Tube (heat pipe) is formed. Such as called heat pipes fluid-filled tubes are in able to heat even at very low temperature differences and to transmit over a relatively large distance, making the heat loss faster and farther away from that Window is derivable.

Eine weitere vorteilhafte Fortentwicklung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das zweite wärmeableitende Mittel wenigstens einen Wärmeleiter aufweist, der als ein Peltierelement ausgebildet ist. Ein Peltierelement verschafft durch eine elektrisch erzeugte Kühlung eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Fenster und dem letztlich wärmeableitenden Mittel. Hierdurch kann die Wärmeableitungsleistung weiterhin gesteigert werden.A further advantageous development of the present invention is that the second heat dissipating means at least having a heat conductor functioning as a Peltier element is trained. A Peltier element provides by an electric produced cooling a larger temperature difference between the window to be cooled and the final heat dissipating Medium. This allows the heat dissipation performance continues be increased.

Wenigstens das erste oder das zweite wärmeableitende Mittel ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Form wenigstens eines Kanals ausgebildet, welcher von einem Kühlmittel durchströmt ist. Dieser Kanal ist erfindungsgemäß insbesondere nahe dem Fensterrand vorgesehen, wodurch die an dem Fensterrand von dem Rand des Fensters ankommende Verlustwärme ortsnah durch ein strömendes Kühlmittel wie Wasser, Luft, Gas o. ä. aufgenommen werden kann. Der Fensterrand kann auch auf seiner Außenseite mit Kühlrippen zur Kühlung mit einem Luftstrom, sei es durch natürliche Konvektion oder mittels eines Ventilators, versehen sein.At least the first or second heat dissipating means is according to Another preferred embodiment of the invention in the form of at least a channel formed by a coolant is flowed through. This channel is inventively particular provided near the window edge, whereby the at the edge of the window from the edge of the window incoming heat loss locally by a flowing coolant such as water, air, Gas o. Ä. Can be included. The window border can also on its outside with cooling fins for Cooling with a stream of air, be it natural Convection or by means of a fan, be provided.

Einen besonderen Vorteil für eine effektive Wärmeableitung erreicht man, wenn das Fenster mit dem Fensterrand des Strahlenaustrittsfensters in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung vakuumdicht und wärmeleitend zusammengefügt sind. Je nach Erfordernissen einer Anwendung beträgt die Dicke des Fensters erfindungsgemäß zwischen 1 und 100 μm. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke des Fensters zwischen 1 und 30 μm und noch bevorzugter zwischen 1 und 15 μm. Insbesondere eine Dicke des Fensters im Bereich von 10 μm erfüllt die gestellten Aufgaben der Erfindung. Bei dieser Dicke weist das erfindungsgemäß bevorzugt verwendete HOPG-Material des Fensters sehr gute Durchlässigkeit für die Elektronen, eine hohe Wärmeableitungsleistung und eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit, die durch die Druckdifferenz zwischen äußerer Atmosphäre und dem inneren Vakuum gefordert ist, auf.a particular advantage for effective heat dissipation can be reached when the window with the window edge of the beam exit window in an embodiment according to the invention vacuum-tight and are joined together heat-conducting. Depending on requirements According to the invention, in one application, the thickness of the window is between 1 and 100 μm. In particularly preferred embodiments and applications of the present invention is the thickness of the window between 1 and 30 microns, and more preferably between 1 and 15 μm. In particular, a thickness of the window in the range of 10 μm fulfills the given tasks the invention. At this thickness, the invention is preferred HOPG material of the window used very good permeability for the electrons, a high heat dissipation performance and a sufficiently high mechanical strength by the Pressure difference between external atmosphere and the internal vacuum is required.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers ergibt sich, wenn im Strahlengang der Elektronenstrahlung außerhalb des Gehäuses des Elektronenstrahlers ein Röntgen-Target, beispielsweise eine Wolframplatte, angeordnet wird, wobei das Röntgen-Target durch die auf ihn auftreffende Elektronenstrahlung eine Röntgenstrahlung erzeugt. Die auf diese Art erzeugte Röntgenstrahlung kann zum direkten Bestrahlen von Gegenständen verwendet werden, wobei die Abstrahlung der sekundär erzeugten Röntgenstrahlen direkt in die Atmosphäre ohne irgendeinem Fenster erfolgt und folglich die Zuführung der zu bestrahlenden Gegenstände besonders einfach und preiswert gestaltet werden kann. Die Wellenlänge der so erzeugten Röntgenstrahlung hängt von der kinetischen Energie der Elektronen ab, die den Elektronenstrahl ausbilden, und kann somit über diese relativ einfach eingestellt werden.A advantageous development of the invention Electron radiator arises when in the beam path of the electron beam outside the housing of the electron gun an x-ray target, for example a tungsten plate, is arranged with the X-ray target being hit by it Electron radiation generates an X-ray. The X-rays generated in this way can be used for direct Irradiating objects are used, the Radiation of secondary generated X-rays directly done in the atmosphere without any window and consequently the supply of the objects to be irradiated can be made very simple and inexpensive. The wavelength the X-ray radiation thus generated depends on the kinetic energy of the electrons forming the electron beam, and thus it can be set relatively easily.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung lässt sich dadurch erreichen, dass an dem Elektronenstrahler ein weiteres evakuiertes oder gasgefülltes Teilgehäuse beziehungsweise Zusatzgehäuse derart angeordnet ist, dass die durch das Fenster aus dem Elektronenstrahler austretende Elektronenstrahlung in dieses Teilgehäuse eintritt.A particularly advantageous application of the present invention be achieved in that at the electron emitter another evacuated or gas-filled part housing or Additional housing is arranged such that through the Window emerging from the electron emitter electron radiation enters this sub-housing.

Dieses Zusatzgehäuse, beziehungsweise Teilgehäuse, bildet einen Röntgenaufsatz, indem in diesem Zusatzgehäuse im Strahlengang der Elektronenstrahlung ein Röntgen-Target angeordnet wird, das durch die auf ihn auftreffende Elektronenstrahlung eine Röntgenstrahlung erzeugt. Im Gegensatz zur vorherigen Ausgestaltung erlaubt diese, die Röntgenstrahlung in einem evakuierten oder mit einem gewünschten Gas gefüllten Raum zu erzeugen, ohne das Vakuum des eigentlichen Elektronenstrahlers zu beeinflussen.This Additional housing or sub-housing forms an x-ray attachment by putting in this additional housing in the beam path of the electron beam an X-ray target is arranged, which by the incident on him electron radiation generates an X-ray. Unlike the previous one Design allows this, the X-radiation in one evacuated or filled with a desired gas To create space without the vacuum of the actual electron gun to influence.

Diese bevorzugten erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglichen eine besonders wirtschaftliche modulare Bauweise von Elektronenstrahlern und Röntgenstrahlern. Am günstigsten werden hierdurch so genannte weiche Röntgenstrahlen, d. h. Röntgenstrahlen an dem langwelligen Bereichsrand der Röntgenstrahlen erzeugt. Im Gegensatz zu harter Röntgenstrahlung, die sehr gut durch Materialien hindurchtritt, wird diese weiche Röntgenstrahlung in großem Maße bereits durch Luft oder dünnes Material eines Fensters effektiv geschwächt. Bei beiden oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen treten die weichen Röntgenstrahlen nicht durch irgendein Fenster und können direkt einer Anwendung zugeführt werden.These preferred arrangements according to the invention enable a particularly economical modular design of electron emitters and X-ray emitters. In this way, so-called soft X-rays, that is to say X-rays at the long-wavelength region edge of the X-rays, are best produced. In contrast to hard x-ray radiation, which passes very well through materials, this soft x-ray radiation is effectively weakened to a great extent already by air or thin material of a window. In both embodiments of the invention described above The soft X-rays do not pass through any window and can be directly applied to an application.

Erfindungsgemäß wird der Rand des Fensters mit dem Fensterrand des Strahlenaustrittsfensters mithilfe einer materialschmelzenden Verbindung wie dem Hartlöten oder Diffusions-Schweißen oder durch Verkleben zusammengefügt. Hierbei wird die Fügestelle erfindungsgemäß besonders bevorzugt derart ausgelegt, dass sie sowohl Zugkräfte wie auch Wärme zu übertragen vermag. Hierdurch ist die Fügestelle in der Lage, neben einer erforderlichen vorteilhaften Vakuumdichtheit und der oben beschriebenen erfind ungsgemäßen hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine Beanspruchung des dünnen Fensters aus HOPG auf Zugkraft zu gewährleisten. Das Fenster ist hierdurch mit dem Fensterrand kraftschlüssig verbunden und wölbt sich unter der durch die Druckdifferenz zwischen der äußeren Atmosphäre erzeugten Kraft und dem innenliegenden Vakuum möglichst geringfügig durch. Durch diese breite geringfügige Durchwölbung wird das Fenster gedehnt und somit auf Zug beansprucht. Die Dehnungsfestigkeit des erfindungsgemäß vorzugsweise eingesetzten Fenstermaterials HOPG ist sehr hoch und ist mit der des Titans vergleichbar, so dass eine denkbar vorteilhafte mechanische Beanspruchung vorliegt. Insbesondere hierdurch ist es möglich, die Öffnung des Strahlenaustrittsfensters beziehungsweise das Fenster größer zu gestalten und damit den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers auszuweiten. Ferner kann die Form des Strahlenaustrittsfensters beziehungsweise des Fensters hierdurch nicht nur kreisrund ausgebildet werden, sondern eine nahezu beliebige geometrische Form aufweisen. Beispielsweise kann diese Öffnung rechteckig oder streifenförmig ausgebildet werden oder eine beliebige, durch eine Anwendung bedingte Form aufweisen.According to the invention the edge of the window with the window edge of the beam exit window using a material-melting compound such as brazing or diffusion welding or gluing together. Here, the joint is inventively special preferably designed so that they both tensile forces as also able to transfer heat. This is the joint is capable of being next to a required one advantageous vacuum tightness and the invention described above high thermal conductivity also a stress of the thin window from HOPG to ensure traction. The window is thus frictionally with the window edge connected and bulges under the pressure difference force generated between the external atmosphere and the internal vacuum as little as possible by. Through this wide slight bulge the window is stretched and thus claimed to train. The tensile strength of the invention preferably used Window material HOPG is very high and is comparable to that of titanium, so that a conceivable advantageous mechanical stress is present. In particular, this makes it possible, the opening of the beam exit window or the window larger to design and thus the scope of the invention Extend electron beam. Furthermore, the shape of the radiation exit window or the window thereby not only circular but have an almost arbitrary geometric shape. For example, this opening can be rectangular or strip-shaped be formed or any, conditional by an application Have shape.

Ganz besonders vorteilhaft lassen sich hierdurch Röntgenstrahler mit einer so genannten weichen Röntgenstrahlung produzieren. Die weiche Röntgenstrahlung ist als so genannte XUV-Strahlung beziehungsweise X-Strahlung genannte langwellige Röntgenstrahlung. Sie wird häufig als Submillimeterstrahlung bezeichnet und meistens anstatt durch Wellenlänge durch ihre zugehörige Photonenenergie beschrieben, die zwischen 10 und 1.000 Elektronenvolt liegt.All In this way, X-ray sources can be particularly advantageous produce with a so-called soft X-ray radiation. The soft X-ray radiation is called XUV radiation or X-radiation called long-wave X-radiation. she is often referred to as sub-millimeter radiation and mostly instead of by wavelength through their associated Photon energy described, which is between 10 and 1,000 electron volts lies.

Derartige weiche Röntgenstrahlung ist nicht in der Lage, wenig geschwächt durch die verschiedensten Materialien hindurchzutreten, wie die harte Röntgenstrahlung. Dadurch bedingt ist es notwendig, zum Austreten der weichen Röntgenstrahlung möglichst durchlässige Fenster vorzusehen. Durch die vorliegende modulare Bauweise ist es hingegen möglich, die weiche Röntgenstrahlung direkt und ortsnah an einer Anwendung zu erzeugen. Hierzu kann die Anwendung beispielsweise innerhalb eines Zusatzgehäuses positioniert werden oder das Zusatzgehäuse mit einem Austrittsfenster oder einer einfachen Öffnung versehen sein, das die weiche Röntgenstrahlung gut durchlässt. Das Zusatzgehäuse kann ferner vorzugsweise auch als ein Strahlenschutzgehäuse ausgebildet sein.such Soft X-ray radiation is unable, little weakened to pass through the most diverse materials, like the hard X-rays. As a result, it is necessary to Emerge the soft X-ray as possible provide permeable windows. By the present modular design, it is possible, however, the soft X-ray radiation directly and locally close to an application to produce. For this purpose, the Application, for example, within an additional housing be positioned or the additional housing with an exit window or a simple opening that provides the soft X-rays good passage. The additional housing may also preferably also designed as a radiation protection housing be.

Das innerhalb des Zusatzgehäuses angeordnete Röntgen-Target, beispielsweise eine Wolframplatte, kann direkt hinter dem Austrittsfenster des Elektronenstrahlers angeordnet sein oder von ihm mit einem anwendungsspezifischen Abstand beabstandet, positioniert werden. Ferner kann das beispielsweise als eine Wolframplatte ausgeführte Röntgen-Target unter einem gewählten Neigungswinkel gegenüber dem Strahlengang der Elektronen positioniert sein. Das Zusatzgehäuse kann je nach Erfordernissen einer Anwendung selbst evakuiert sein, um den weichen Röntgenstrahlen sowie den Elektronenstrahlen einen möglichst langen Weg bis zur Absorption im gewünschten Objekt zu ermöglichen.The X-ray target disposed inside the additional housing, for example, a tungsten plate, can be directly behind the exit window be arranged of the electron gun or by him with an application-specific Distance apart, be positioned. Furthermore, the example as a tungsten plate running x-ray target opposite to a selected angle of inclination be positioned the beam path of the electrons. The additional housing can be evacuated depending on the requirements of an application itself, around the soft X-rays as well as the electron beams the longest possible way to absorption in the desired To allow object.

Für andere Anwendungen kann das Zusatzgehäuse mit einer Gasmischung gefüllt sein. Schließlich kann das Zusatzgehäuse mindestens eine offene Seite aufweisen beziehungsweise praktisch gänzlich fehlen, so dass die erzeugte weiche Röntgenstrahlung beispielsweise direkt ortsnah an einer Anwendung wirkt.For Other applications may include the auxiliary housing with a gas mixture be filled. Finally, the additional housing have at least one open side or practical completely missing, so that the generated soft X-ray radiation For example, acts directly on a local application.

Nach einem anderen vorrichtungstechnischen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die erfindungsgemäßen Aufgaben durch ein Fenster für ein Strahlenaustrittsfenster eines Elektronenstrahlers zur Erzeugung von ionisierender Strahlung gelöst. Das erfindungsgemäße Fenster ist zum Abführen der durch die sie durchtretende und/oder auftreffende Elektronenstrahlung erzeugten Wärme aus einem wärmeableitenden Material hergestellt. Das Material des Fensters ist insbesondere hoch wärmeableitend.To another device technical aspect of the present invention be the task of the invention by a Window for a beam exit window of an electron gun for Generation of ionizing radiation solved. The invention Window is for removing the through which they pass and / or incident electron radiation generated heat made of a heat-dissipating material. The material of the In particular, window is highly heat-dissipating.

Vorzugsweise ist das wärmeableitende Material des Fensters aus einem hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) ausgebildet. Das Wärme ableitende Material des Fensters weist eine derartige räumliche Ausrichtung seiner Struktur auf, dass eine für die Wärmeübertragung besonders gut wärmeleitende Strukturausrichtung mit der Hauptausbreitungsrichtung der Ebene des Fensters übereinstimmt.Preferably is the heat dissipating material of the window of a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Ordered Pyrolytic Graphite) educated. The heat-dissipating material of the window has such a spatial orientation of its structure on that one for the heat transfer particularly good heat conducting structure alignment with the Main propagation direction of the plane of the window matches.

Die Dicke des Fensters beträgt bevorzugt zwischen 1 und 100 μ-Metern, noch bevorzugter zwischen 1 und 30 μ-Metern und noch bevorzugter zwischen 1 und 15 μ-Metern.The Thickness of the window is preferably between 1 and 100 μ-meters, even more preferably between 1 and 30 μ meters, and more preferably between 1 and 15 μ meters.

Der erfindungsgemäße Elektronenstrahler nach einer der vorhergehend beschriebenen Ausgestaltungen wird nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt in medizinischen und/oder lebensmitteltechnischen Vorrichtungen zum Sterilisieren von Erzeugnissen und/oder Gegenständen durch Bestrahlung mit ionisierender Strahlung verwendet.The electron emitter according to the invention according to one of the embodiments described above, according to a further erfindungsge In the case of medical and / or food-technical devices for sterilizing products and / or articles by irradiation with ionizing radiation.

Ferner wird der erfindungsgemäße Elektronenstrahler nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen für die Polymerisation von Lacken und/oder Kunststoffen durch Bestrahlung mit ionisierende Strahlung verwendet.Further is the electron emitter according to the invention after one of the above-described embodiments for the polymerization of paints and / or plastics by irradiation with ionizing Radiation used.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt werden die Aufgaben der Erfindung ausgehend von einem Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahlen gelöst, das folgende Schritte aufweist:

– Erzeugen einer gerichteten Elektronenstrahlung in einem Elektronenstrahler,
– Austreten der Elektronenstrahlung aus dem Gehäuse des Elektronenstrahlers durch ein Fenster.

According to a further aspect of the invention, the objects of the invention are achieved on the basis of a method for generating electron beams, comprising the following steps:

Generating a directed electron beam in an electron emitter,
- Emitting the electron radiation from the housing of the electron emitter through a window.

Dadurch, dass das Fenster zum Abführen der, durch die das Fenster durchtretende und/oder auftreffende Elektronenstrahlen erzeugten Wärme aus einem hoch wärmeableitenden Material ausgebildet wird, wobei das wärmeableitende Material des Fensters aus einem hochorientierten pyrolytischen Grafit (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite) ausgebildet wird, werden die erfindungsgemäßen Aufgaben derart erreicht, dass eine höhere Leistungsdichte der Elektronenstrahlung durch das Fenster durchtreten kann.Thereby, that the window for discharging the, through which the window passing and / or incident electron beams generated Heat from a high heat dissipating material is formed, wherein the heat dissipating material of the window from a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic graphite) are formed, the tasks of the invention achieved such that a higher power density of the electron beam can pass through the window.

Nach einem weiteren Aspekt vorliegender Erfindung werden ihre Aufgaben durch ein Verfahren zum Erzeugen weicher Röntgenstrahlen realisiert, das folgende Schritte aufweist:

According to a further aspect of the present invention, its objects are realized by a method for producing soft X-rays comprising the following steps:

Dadurch, dass die Elektronenstrahlung des Elektronenstrahlers zum Auftreffen auf ein außerhalb des Gehäuses angeordnetes Röntgen-Target gerichtet wird, wird erfindungsgemäß eine weiche Röntgenstrahlung erzeugt.Thereby, that the electron radiation of the electron beam hits on an outside of the housing arranged X-ray target is directed, according to the invention a soft X-ray generated.

Hierbei wird das Fenster zum Abführen der, durch die es durchtretende und/oder auftreffende Elektronenstrahlung erzeugten Wärme vorzugsweise aus einem hoch wärmeableitenden Material ausgebildet, wobei das wärmeableitende Material des Fensters aus einem hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite) ausgebildet wird.in this connection the window is used to remove the, through which it passes and / or incident electron radiation generated heat preferably formed from a highly heat-dissipating material, wherein the heat dissipating material of the window of a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite) is formed.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention is to be based on at least partially in the Figures illustrated embodiments closer be explained. Show it:

1: eine schematische Querschnittdarstellung einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers, 1 FIG. 2: a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of an electron emitter according to the invention, FIG.

2: eine schematische Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers mit einem an ihn angebauten Zusatzgehäuse, 2 FIG. 2: a schematic cross-sectional view of an electron emitter according to the invention with an additional housing attached to it, FIG.

3: eine schematische Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers mit abgewinkelter Ausstrahlrichtung. 3 : A schematic cross-sectional view of an electron emitter according to the invention with an angled emission direction.

Anhand der 1 wird nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert.Based on 1 Below, a preferred embodiment will be explained in more detail.

Ein erfindungsgemäßer Elektronenstrahler 10 weist einen evakuierten Vakuumbehälter bzw. ein Gehäuse 1 auf, das beispielsweise in vorliegender Ausgestaltung aus Sicherheitsgründen elektrisch an das Erdpotential angeschlossen ist. Im Innenraum 1' des Gehäuses 1 ist an einem zwischenpositionierten, auf Hochspannung liegenden Isolator 2 mit Hochspannungsverbindung 2' eine Elektronenkanone 3 angeordnet. Die Elektronenkanone 3 weist einen Emitter 4 auf, aus dem das Elektronenstrahlbündel 20 austritt. Der Emitter 4 der Elektronenkanone 3 ist in einer Aussparung 5 der Elektronenkanone 3 angeordnet, so dass die austretenden Elektronen im Wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 100 des Elektronenstrahlers 10 verlaufen und durch eine (nicht dargestellte) Beschleunigungsspannung in Richtung auf das Austrittsfenster 6 beschleunigt werden.An electron emitter according to the invention 10 has an evacuated vacuum container or a housing 1 on, for example, in the present embodiment, for safety reasons, electrically connected to the ground potential. In the interior 1' of the housing 1 is at an interposed, high voltage insulator 2 with high voltage connection 2 ' an electron gun 3 arranged. The electron gun 3 has an emitter 4 on, out of which the electron beam 20 exit. The emitter 4 the electron gun 3 is in a recess 5 the electron gun 3 arranged so that the exiting electrons are substantially parallel to the axis of symmetry 100 of the electron emitter 10 run and by a (not shown) acceleration voltage in the direction of the exit window 6 be accelerated.

Eine Halterung 7 verlängert das Gehäuse 1 und ist vorzugsweise in vorliegender Ausgestaltung mit einem geringeren Durchmesser als das Gehäuse 1 ausgeführt. Die Halterung 7 ist bereits als ein wärmeableitendes Mittel ausgeführt, indem sie beispielsweise aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt oder mit innenliegenden Kühlkanälen versehen ist. Die Halterung 7 endet vorzugsweise mit einem kreisrunden Strahlenaustrittsfenster 6. In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung kann das Strahlenaustrittsfenster aber auch eine schlitzförmige Form aufweisen. In dieses Strahlenaustrittsfenster 6 ist ein erfindungsgemäßes Fenster 8 vorzugsweise kraftschlüssig eingesetzt. Der Rand 11 des Strahlenaustrittsfensters 6 ist mit dem Rand des Fensters 8 vorzugsweise in einen kraftschlüssigen Eingriff gebracht, so dass eine gute wärmeleitende Ankopplung von dem Material des Fensters 8 bis zu dem Material der Halterung 7 gegeben ist. Ferner ist diese Verbindung vorzugsweise vakuumdicht ausgeführt.A holder 7 extends the housing 1 and is preferably in the present embodiment with a smaller diameter than the housing 1 executed. The holder 7 is already designed as a heat dissipating means, for example, made of a thermally conductive metal or provided with internal cooling channels. The holder 7 preferably ends with a circular beam exit window 6 , In another embodiment of the invention, however, the beam exit window may also have a slot-shaped form. In this ray exit window 6 is a window according to the invention 8th preferably used non-positively. The edge 11 of the beam exit window 6 is with the edge of the window 8th preferably brought into a frictional engagement, so that a good heat conducting coupling of the material of the window 8th up to the material of the holder 7 given is. Furthermore, this connection is preferably made vacuum-tight.

Das erfindungsgemäße Fenster 8 ist vorzugsweise aus einem hochwärmeleitenden Material, wie dem hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG), hergestellt. Die Orientierung des HOPG Materials des Fensters 8 ist erfindungsgemäß so gewählt, dass die hochwärmeleitende Strukturrichtung im Wesentlichen in der Ebene des Fensters 8 verläuft bzw. mit dieser übereinstimmt.The window according to the invention 8th is preferably made of a highly thermally conductive material, such as the highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). The orientation of the HOPG material of the window 8th is according to the invention so ge chooses that the highly heat-conducting structure direction substantially in the plane of the window 8th runs or coincides with this.

Die Dicke des Fensters 8 ist vorzugsweise im Bereich von 10 μm +/– 5 μm gewählt, wodurch einerseits die Vakuumdichtigkeit des Fensters und andererseits geringe Wärmeverluste infolge der Absorption der durch das Fenster 8 durchtretenden oder auftreffenden Elektronen gewährleistet sind. Weil die Dehnungsfestigkeit des hochorientierten Graphits HOPG an die des Titans heranreicht, ist das dünne Fenster 8 in der Lage, die Druckdifferenz zwischen einem äußeren beispielsweise einem atmosphärischen Druck und einem Ultrahochvakuumdruck innerhalb des Gehäuses 1 des Elektronenstrahlers 10 standzuhalten. Die Öffnung des Strahlenaustrittsfensters 6 ist in der vorliegenden bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers 10 als eine kreisrunde Öffnung mit einer auf der Innenseite des Fensterrandes 11 vorragenden Kante ausgeführt. Das Fenster 8 wird durch die aus der Druckdifferenz herrührenden Kraft gegen diese Kante gedrückt.The thickness of the window 8th is preferably selected in the range of 10 microns +/- 5 microns, which on the one hand the vacuum tightness of the window and on the other hand low heat loss due to the absorption of the through the window 8th passing or impinging electrons are ensured. Because the tensile strength of the highly oriented graphite HOPG approaches that of titanium, the thin window is 8th capable of detecting the pressure difference between an external, for example, an atmospheric pressure and an ultra-high vacuum pressure within the housing 1 of the electron emitter 10 withstand. The opening of the beam exit window 6 is in the present preferred embodiment of the electron emitter according to the invention 10 as a circular opening with one on the inside of the window border 11 protruding edge executed. The window 8th is pressed against the edge by the force resulting from the pressure difference.

Zwecks einer besseren mechanischen und wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Fenster 8 und dem Rand 11 des Strahlenaustrittsfensters 6 sind diese mithilfe geeigneter Verbindungsmittel, wie einem Klebstoff oder einer Verlötung bzw. Verschweißung, vorzugsweise kraftschlüssig verbunden.For a better mechanical and heat conducting connection between the window 8th and the edge 11 of the beam exit window 6 These are preferably non-positively connected by means of suitable connecting means, such as an adhesive or a soldering or welding.

Da die Wärmeleitfähigkeit des hochorientierten pyrolytischen Graphits HOPG etwa das Vierfache der Leitfähigkeit des Kupfers ausmacht, ist das erfindungsgemäße Fenster 8 in der Lage, eine bis zwei Größenordnungen höhere Verlustwärmeleistung des Strahlenaustrittsfensters abzuleiten.Since the thermal conductivity of the highly oriented pyrolytic graphite HOPG is about four times the conductivity of the copper, the window according to the invention is 8th Able to derive one to two orders of magnitude higher heat loss performance of the beam exit window.

Damit solch ein hoher Wärmefluss von dem Fenster 8 auch effektiv abgeleitet wird, sind erfindungsgemäß weitere Kühlmittel vorgesehen. So weist die an dem Rand des Fensters 8 unmittelbar angrenzende Randregion 11 der Halterung 7 einen vorzugsweisen innenliegenden Kanal 12 auf, durch den beispielsweise eine Kühlflüssigkeit fließt. Solche Kanäle können in bevorzugten weiteren Ausgestaltungen in einer Vielzahl entlang der Halterung 7 vorgesehen werden.So that such a high heat flow from the window 8th is also derived effectively, further cooling means are provided according to the invention. So, that points to the edge of the window 8th immediately adjacent border region 11 the holder 7 a preferred internal channel 12 on, for example, flows through the cooling liquid. Such channels may in preferred further embodiments in a plurality along the holder 7 be provided.

Zusätzlich sind weitere Kühlmittel 13 an dem Außenumfang der Halterung 7 vorzugsweise in Längsrichtung angeordnet und mit einem wärmekoppelnden Kontakt an die Halterung 7 angebracht. Es kann eine Vielzahl solcher vorzugsweise strangförmig ausgebildeten Wärmeleiter 13, 13' an der äußeren Fläche der Halterung 7 umlaufend angeordnet sein, so dass die von dem Fenster 8 abgeleitete Wärme in entferntere und ausgedehntere Volumen- und Flächenregionen abgeleitet wird. Die Wärmeleiter 13, 13' können erfindungsgemäß aus massiven metallischen Strängen bzw. als eine durchgehende Hülse ausgebildet sein. In einer weiteren bevorzug ten Ausgestaltung der Erfindung werden die Wärmeleiter 13, 13' aus dem hochorientierten pyrolytischen Graphit HOPG hergestellt. Alternativ oder in einer kombinierten Ausgestaltung können die Wärmeleiter 13, 13' oder die Kühlkanäle 9 als flüssigkeitsgefüllte wärmeableitende Röhren, so genannte Heat Pipes, ausgebildet sein. Als ein weiteres Kühlmittel 13 kann ein von der Außenseite an die Halterung 7 bzw. an die darauf angeordneten Wärmeableiter 13, 13' ein oder mehrere zusätzliche Kühlmittel 14 angebracht werden. Auch dieses Kühlmittel 14 kann als ein Kanal mit einer darin fließenden Kühlflüssigkeit ausgebildet sein. In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers 10 kann wenigstens eines der Kühlmittel 9, 13 oder 14 als ein Peltierelement ausgeführt sein, mit dem eine elektrisch bewirkte Kühlung des Fensterrandes 11 des Strahlenaustrittsfensters 6 betrieben werden kann.In addition, there are other coolants 13 on the outer circumference of the holder 7 preferably arranged longitudinally and with a heat-coupling contact to the holder 7 appropriate. It may be a plurality of such preferably strand-shaped heat conductors 13 . 13 ' on the outer surface of the holder 7 be arranged circumferentially, so that from the window 8th derived heat is dissipated into more distant and more extensive volume and area regions. The heat conductors 13 . 13 ' can be formed according to the invention of solid metallic strands or as a continuous sleeve. In a further preferred embodiment of the invention, the heat conductors become 13 . 13 ' made of highly oriented pyrolytic graphite HOPG. Alternatively or in a combined embodiment, the heat conductors 13 . 13 ' or the cooling channels 9 be designed as liquid-filled heat-dissipating tubes, so-called heat pipes. As another coolant 13 can be a from the outside to the bracket 7 or to the heat dissipator disposed thereon 13 . 13 ' one or more additional coolants 14 be attached. Also this coolant 14 may be formed as a channel with a cooling liquid flowing therein. In a preferred further embodiment of the electron emitter according to the invention 10 can at least one of the coolant 9 . 13 or 14 be designed as a Peltier element, with which an electrically effected cooling of the window edge 11 of the beam exit window 6 can be operated.

Alle erfindungsgemäßen Kühlmittel können in weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander zum Abführen der in dem Fenster 8 durch die durchtretende und auftreffende Elektronenstrahlung aufkommende Wärme verwendet werden.All the cooling agents according to the invention can, in further preferred embodiments of the invention, in each case individually or in any combination with one another, be used to discharge the material in the window 8th By the passing and incident electron radiation occurring heat can be used.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Fensters 8 ist es möglich, die Leistungsdichte der Elektronenstrahlung zu erhöhen, wodurch bei gleichen Anwendungen, beispielsweise der Sterilisation von Gegenständen, eine kürzere Bestrahlungsdauer und damit eine höhere Produktivität oder längere Lebensdauer erreichbar sind.By using the window according to the invention 8th It is possible to increase the power density of the electron beam, whereby in the same applications, such as the sterilization of objects, a shorter irradiation time and thus a higher productivity or longer life can be achieved.

Soweit die Wärme nicht über die Kühlmittel 7, 13 und 14 radial nach außen abgeführt wird, sondern in Pfeilrichtung 9 zum Kühlring 18 geleitet wird, kann diese über die Anschlüsse 19 und 19' mittels eines weiteren flüssigen Kühlmittels abgeleitet werden.As far as the heat is not above the coolant 7 . 13 and 14 is discharged radially outward, but in the direction of arrow 9 to the cooling ring 18 This can be done via the connectors 19 and 19 ' be derived by means of another liquid coolant.

2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenstrahlers 10 mit einem an ihm angebauten Zusatzgehäuse 15. 2 shows a schematic cross-sectional view of an electron emitter according to the invention 10 with an additional housing attached to it 15 ,

Die weiteren Kühlmittel 13 und 14 sind der Übersichtlichkeit wegen in dieser und der nächsten Figur fortgelassen.The other coolants 13 and 14 are omitted for clarity in this and the next figure.

In dieser Ausgestaltung ist die Halterung 7 des Fensters 8 beispielsweise das einzige Kühlmittel und beispielsweise aus einem Metall ausgeführt. Da das Elektronenstrahlbündel 20 erfindungsgemäß eine erhöhte Strahlenleistungsdichte aufweisen kann, eignet sich ein solcher Elektronenstrahl u. a. auch dazu, durch Auftreffen auf ein Röntgen-Target 17 ein Röntgenstrahlbündel 21 zu erzeugen. Hierzu kann ein Röntgen-Target, beispielsweise eine Wolframplatte, einfach außerhalb, in der Nähe oder auf dem Fenster 8 des Elektronenstrahlers 10 angeordnet werden. Um die Elektronenstrahlung zum Erzeugen der Röntgenstrahlung 21 noch effektiver verwenden zu können, wird erfindungsgemäß ein zusätzliches Teilgehäuse oder Zusatzgehäuse 15 an der Halterung 7 derart angeordnet, dass die aus dem Elektronenstrahler 10 durch das Fenster 8 austretende Elektronenstrahlung in den Innenraum 16 des Zusatzgehäuses 15 eintritt.In this embodiment, the holder 7 of the window 8th for example, the only coolant and, for example, made of a metal. Because the electron beam 20 According to the invention may have an increased radiation power density, such an electron beam is also suitable, inter alia, by hitting an X-ray target 17 an x-ray beam 21 to create. For this purpose, an X-ray target, such as a tungsten plate, just outside, in the vicinity or on the window 8th of the electron emitter 10 to be ordered. To the electron radiation for generating the X-radiation 21 To be able to use more effectively, according to the invention, an additional sub-housing or additional housing 15 on the bracket 7 arranged such that the from the electron emitter 10 through the window 8th leaking electron radiation into the interior 16 of the additional housing 15 entry.

Das Röntgen-Target 17 kann innerhalb des Innenraumes 16 des Zusatzgehäuses 15 in einer für die betreffende Anwendung geeigneten Ausrichtung und Position angeordnet werden. Der Innenraum 16 des Zusatzgehäuses 15 kann anwendungsspezifisch mit einem Gas bzw. einer Gasmischung gefüllt sein oder bis auf ein für die jeweilige Anwendung erforderliches Vakuum ausgepumpt sein. Das Zusatzgehäuse 15 ist vorzugsweise vakuumdicht an der Stirnkante des Fensterrandes 11 des Fensters 8 mithilfe geeigneter Befestigungs- und Dichtmittel kraftschlüssig befestigt. Deswegen benötigt das Zusatzgehäuse 15 kein eigenes Fenster, sondern weist lediglich eine Fensteröffnung auf, die mit dem Strahlenaustrittsfenster 6 des Elektronenstrahlers 10 fluchtend angeordnet ist.The X-ray target 17 can be inside the interior 16 of the additional housing 15 be arranged in a suitable orientation and position for the application in question. The interior 16 of the additional housing 15 may be application-specific filled with a gas or a gas mixture or pumped out to a required vacuum for each application. The additional housing 15 is preferably vacuum-tight at the front edge of the window edge 11 of the window 8th fastened non-positively using suitable fastening and sealing means. Therefore, the additional housing needed 15 no separate window, but only has a window opening, which with the beam exit window 6 of the electron emitter 10 is arranged in alignment.

Die durch die auf das Röntgen-Target 17 auftreffende Elektronenstrahlung erzeugte Röntgenstrahlung kann zu einer Bestrahlungsanwendung außerhalb des Zusatzgehäuses 15 gerichtet sein oder alternativ auf eine innerhalb des Innenraums 16 des Zusatzgehäuses 15 liegende Bestrahlungsanwendung gerichtet sein.Which through to the X-ray target 17 incident electron radiation generated by X-radiation may result in an application of radiation outside the supplemental housing 15 be directed or alternatively to one inside the interior 16 of the additional housing 15 directed irradiation application be directed.

Vorteilhaft ist hierbei, dass eine modulare Aufbauweise der Elektronenstrahler ermöglicht ist. So kann ein baugleicher Elektronenstrahler 10 lediglich als ein Elektronenstrahler verwendet werden oder durch das erfindungsgemäße modulare Anbauen des Zusatzgehäuses 15 zu einem Röntgenstrahler ausgebildet sein. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die austretende Strahlung eine höhere Leistungsdichte aufweisen kann, so dass auch die von ihr erzeugte Röntgenstrahlung eine entsprechend höhere Strahlenleistungsdichte aufweisen kann.The advantage here is that a modular structure of the electron gun is possible. This is what an identical electron gun can do 10 can only be used as an electron gun or by the inventive modular mounting of the additional housing 15 be formed to an X-ray source. It is particularly advantageous that the emerging radiation can have a higher power density, so that the X-ray radiation generated by it can also have a correspondingly higher power density.

In einer weiteren, nicht dargestellten, Ausgestaltung kann jedoch das Zusatzgehäuse 15 mit dem Gehäuse 1 einstückig ausgeführt sein, wenn dies für eine Anwendung von Vorteil ist.In a further embodiment, not shown, however, the additional housing 15 with the housing 1 be made in one piece, if this is an advantage for an application.

3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Elektronenstrahlers. Während bei den in den vorstehenden Figuren gezeigten Ausführungsformen die Hochspannungszuführung 2', der Hochspannungsisolator 2, die Elektronenkanone 3, das Elektronenstrahlenbündel 20 und das erfindungsgemäße Fenster 8 auf einer Achse 100 lagen, ist bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Elektronenkanone 3 um 90° so gedreht, dass das Elektronenstrahlbündel 20 im Wesentlichen senkrecht zur vorgenannten Achse 100 aus dem Elektronenstrahler 10 durch das erfindungsgemäße Fenster 8 austritt. Diese Bauform ist besonders in den Fällen vorteilhaft, wo aus räumlichen Gründen ein Austritt des Elektronenstrahlbündels 20 senkrecht zur genannten Achse 100 gewünscht wird. 3 shows a further embodiment of the invention of the electron emitter. While in the embodiments shown in the preceding figures, the high voltage supply 2 ' , the high voltage insulator 2 , the electron gun 3 , the electron beam 20 and the window according to the invention 8th on an axis 100 lie, is in this embodiment of the invention, the electron gun 3 turned 90 ° so that the electron beam 20 substantially perpendicular to the aforementioned axis 100 from the electron emitter 10 through the window according to the invention 8th exit. This design is particularly advantageous in cases where, for reasons of space, an exit of the electron beam 20 perpendicular to said axis 100 it is asked for.

Alle erfindungsgemäßen Kühlmittel können in weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils einzeln oder in einer beliebigen Kombination miteinander zum Abführen der in dem Fenster 5 durch die durchtretende und auftreffende Elektronenstrahlung aufkommende Wärme verwendet werden.All the cooling agents according to the invention can, in further preferred embodiments of the invention, in each case individually or in any combination with one another, be used to discharge the material in the window 5 By the passing and incident electron radiation occurring heat can be used.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Fensters 8 ist es möglich, die Leistungsdichte der Elektronenstrahlung zu erhöhen, wodurch bei gleichen Anwendungen, beispielsweise der Sterilisation von Gegenständen, eine kürzere Bestrahlungsdauer und damit eine höhere Produktivität erreichbar sind.By using the window according to the invention 8th it is possible to increase the power density of the electron beam, whereby in the same applications, such as the sterilization of objects, a shorter irradiation time and thus a higher productivity can be achieved.

11: Gehäuse, VakuumbehälterCasing, vacuum vessel
22: Isolatorinsulator
2'2 ': HochspannungsverbindungHigh-voltage connection
33: Elektronenkanoneelectron gun
3'3 ': Aussparungrecess
44: Emitteremitter
55: Aussparungrecess
66: StrahlenaustrittsfensterRay window
77: Halterungbracket
88th: Fensterwindow
99: Kühlmittelcoolant
1010: Elektronenstrahlerelectron gun
1111: Fensterrandthe window
1212: Kanalchannel
1313: erstes Kühlmittel, Wärmeleiterfirst Coolant, heat conductor
1414: zweites Kühlmittel, Wärmeleitersecond Coolant, heat conductor
1515: Zusatzgehäuse, TeilgehäuseAdditional housing, Enclosures
1616: Innenraum des Zusatzgehäusesinner space of the additional housing
1717: Röntgen-TargetX-ray target
1818: Ein-/Auslauf für KühlmediumInlet / outlet for cooling medium
1919: Kühlercooler
2020: Elektronenstrahlbündelelectron beam
2121: RöntgenstrahlbündelX-ray beam
100100: Achseaxis

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2004/0125919 A1 [0007]
- DE 102006038417 A1 [0009]
US 3916200 [0010]

Claims

Electron emitter ( 10 ) for generating ionizing radiation, in particular electron beams or X-rays, comprising a housing which is in particular evacuated ( 1 ) with a window permeable by electron beams ( 8th ) covered radiation exit window ( 6 ), characterized in that the window ( 8th ) for removing the heat generated by the electron beam passing through and / or impinging the window from a highly heat-dissipating material, wherein the heat-dissipating material of the window ( 8th ) is formed of a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite).

Electron emitter according to Claim 1, characterized in that the heat-dissipating material of the window ( 8th ) has such a spatial orientation of its structure that a particularly good heat transfer for the heat transfer structure alignment with the main propagation direction of the plane of the window coincides.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that a window edge of the beam exit window ( 6 ) as a first heat-dissipating means for deriving at the edge of the window ( 8th ) is formed incident heat.

Electron beam according to claim 3, characterized in that the first heat-dissipating means for deriving at the edge of the window ( 8th ) incident heat used at least one further second heat-dissipating agent ( 9 . 13 . 14 ) is coupled.

Electron beam according to claim 4, characterized in that the second heat-dissipating means ( 14 ) at least one heat conductor ( 14 ) formed of copper, aluminum or another thermally conductive metal alloy.

Electron beam according to claim 4, characterized in that the second heat-dissipating means ( 14 ) at least one heat conductor ( 14 ) formed of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite).

Electron beam according to claim 6, characterized in that the second heat dissipating means ( 14 ) at least one heat conductor ( 14 ) formed as a liquid-filled tube (heat pipe).

Electron beam according to claim 6, characterized in that the second heat dissipating means ( 14 ) at least one heat conductor ( 14 ), which is formed as a Peltier element.

Electron beam according to at least one of the preceding claims 3 to 8, characterized in that at least the first or the second heat-dissipating means ( 13 . 14 ) in the form of at least one channel ( 12 ), which is flowed through by a liquid or gaseous coolant, wherein the channel is provided in particular near the window edge.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the window ( 8th ) with the window edge of the beam exit window ( 6 ) is vacuum-tight and heat-conductive joined together.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 1 and 100 μm.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 1 and 30 μm.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 1 and 15 μm.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the beam path of the electron beam outside the housing ( 1 ) of the electron emitter ( 10 ) an X-ray target ( 17 ) is arranged, which generates an X-radiation by the incident thereon electron radiation.

Electron emitter according to at least one of the preceding claims, characterized in that on an electron radiator designed as an electron emitter ( 10 ) a further, evacuated or gas-filled, partial housing ( 15 ) is arranged such that through the window ( 8th ) from the electron emitter ( 10 ) exiting electron radiation in this sub-housing ( 15 ), wherein in the sub-housing ( 15 ) in the beam path of the electron beam an X-ray target ( 17 ) is arranged, which generates an X-radiation by the incident thereon electron radiation.

Electron beam according to at least one of the preceding claims, characterized in that the edge of the window ( 8th ) with the window edge of the beam exit window ( 6 ) using a material-melting connection such as brazing or welding or by gluing together are added, the joint is designed to transmit tensile forces and heat.

Window ( 8th ) for a beam exit window ( 6 ) of an electron emitter ( 10 ) for generating electron beams, characterized in that the window ( 8th ) for removing the heat generated by the, passing through the window and / or incident electron beams generated heat from a heat dissipating material.

Window ( 8th ) according to claim 17, characterized in that the heat-dissipating material of the window ( 8th ) is formed from a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite).

Window according to claim 17 or 18, characterized in that the heat dissipating material of the window ( 8th ) has such a spatial orientation of its structure that a particularly good heat transfer for the heat transfer structure alignment with the main propagation direction of the plane of the window coincides.

Window according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 5 and 100 μm.

Window according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 5 and 30 μm.

Window according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the window ( 8th ) is between 5 and 15 μm.

Use of the electron emitter after at least one of the preceding claims in medical and / or foodstuff devices for sterilizing products and / or Objects by irradiation with electron radiation.

Use of the electron emitter after at least one of the preceding claims for the polymerization of paints and / or plastics by irradiation with electron radiation.

Use of the electron emitter after at least one of the preceding claims for generating X-rays outside of the electron emitter by irradiation of a X-ray target.

Method for producing electron beams, comprising steps for - generating a directed electron beam in an electron gun ( 10 ), - leakage of the electron radiation from the housing ( 1 ) of the electron emitter ( 10 ) through a window ( 8th ), characterized in that the window ( 8th ) of the electron emitter ( 10 ) for dissipating the heat generated by the passing and / or impinging electron radiation from a highly heat-dissipating material, wherein the heat-dissipating material of the window ( 8th ) is formed from a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite).

Method for producing soft X-rays, comprising steps for - generating a directed electron beam in an electron gun ( 10 ), - leakage of the electron radiation from the housing ( 1 ) of the electron emitter ( 10 ) through a window ( 8th ), characterized in that the electron radiation of the electron beam ( 10 ) for hitting an outside of the housing ( 1 ) arranged X-ray target ( 17 ).

Method according to claim 27, characterized in that the window ( 8th ) for removing the heat generated by the passing and / or incident electron radiation from a highly heat-dissipating material, wherein the heat-dissipating material of the window ( 8th ) is formed from a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite).