DE102009057357B4

DE102009057357B4 - Elektronenstrahleinheit zum Aufprägen eines Intensitätsprofils

Info

Publication number: DE102009057357B4
Application number: DE102009057357A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Föll; Bengt Laurell
Original assignee: ELECTRON CROSSLINKING AB
Current assignee: CROSSLINKING AB, SE
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2029-12-08
Also published as: DE102009057357A1

Abstract

Elektronenstrahleinheit zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes (306, 506), welche aufweist – mindestens eine Heizkathode (301, 505) zur Erzeugung von Elektronen, – eine Gitteranordnung mit einem oder mehreren Gitterelementen (300, 302, 500, 501), die dazu vorgesehen sind, die Elektronen von der Heizkathode (301, 505) abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, – ein Elektronenaustrittsfenster (305), aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahleinheit zur Bestrahlung von Formteilen (403) ausgebildet ist, wobei mindestens eines der Gitterelemente (302, 501) eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld (306, 506) ein Intensitätsprofil aufzuprägen, das an eine Formgebung des Formteils (403) angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahleinheit zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes mittels eines Elektronenstrahlers.
Für eine Vielzahl von Anwendungen wie beispielsweise das Behandeln von Oberflächen, das Vernetzen von polymeren Materialien, das Härten von strahlungshärtenden Lacken und Druckfarben, das Sterilisieren von Gegenständen und Behältnissen etc. werden Elektronenstrahler benötigt, die ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld von Elektronen bereitstellen.
Dabei wäre für einige Einsatzzwecke wünschenswert, wenn die Bestrahlungsintensität über das flächig ausgedehnte Bestrahlungsfeld hinweg nicht homogen ist, sondern einen an die zu bestrahlenden Teile und Oberflächen angepassten Intensitätsverlauf aufweist.
Das US-Patent US 4,499,405 A beschreibt einen verbesserten Elektronenstrahlerzeuger für breite Elektronenstrahlfelder, der eine Kathodenanordnung zum Erzeugen einer im Wesentlichen halbkugelförmigen Raumladungsverteilung umfasst, wobei die Kathodenanordnung elektronenemittierende Strukturen mit Elektronenaustrittsflächen umfasst, die in hypothetischen zylinderförmigen Oberflächen liegen, deren Rotationsachse mit der Hauptsymmetrieachse der elektronenemittierenden Struktur übereinstimmt, wobei die elektronenemittierenden Strukturen verschiedenartige konkave Filamentbereiche umfassen, wobei ein Elektronenstrahl von breiter, gleichmäßiger Querschnittsfläche erhalten wird. In 10 des Patents ist die Verwendung von Abbildungsgittern gezeigt, um die Flugbahnen der von der Kathodenanordnung emittierten Elektronen so auszurichten, dass eine größere Anzahl von Elektronen durch das Elektronenaustrittsfenster hindurchtritt.
Das US-Patent US 6,407,399 B1 betrifft eine Elektronenbestrahlungsvorrichtung zum Behandeln und Verarbeiten von Beschichtungen und anderen Materialien mittels einer Kaltkathoden-Gasentladungs-Elektronenquelle, die eine breite gleichmäßige Bestrahlungsfläche aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Vakuumkammer, eine Kathode mit großer Oberfläche in der Vakuumkammer, und Mittel zum Anlegen einer negativen Spannung an die Kathode und zum Veranlassen der Kathode, Elektronen zu einem Target in der Vakuumkammer hin zu emittieren. Eine Anode ist zwischen der Kathode und dem Target angeordnet. Die Anode ist aus einem elektrisch leitenden Gitter gebildet, das ein Array von Öffnungen aufweist, die sich von einem Zentrum des Gitters bis hin zu einer Kante des Gitters erstrecken. In einer Ausführungsform weisen die Öffnungen vom Zentrum des Gitters zur Kante des Gitters hin eine zunehmend ansteigende Fläche auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Anode eine vom Zentrum des Gitters zur Kante des Gitters hin zunehmend abnehmende Dicke auf. In noch einer weiteren Ausführungsform weist die Anode sowohl eine vom Zentrum des Gitters zur Kante des Gitters zunehmend ansteigende Fläche als auch eine vom Zentrum des Gitters zur Kante des Gitters hin zunehmend abnehmende Dicke auf. Eine Spannung wird an die Anode angelegt, die relativ zu der Spannung, die an die Kathode angelegt wird, positiv ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenstrahleinheit sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, ein Bestrahlungsfeld mit einem vorgegebenen Intensitätsprofil zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes mittels eines Elektronenstrahlers nach Anspruch 13 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Elektronenstrahleinheit zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes umfasst mindestens eine Heizkathode zur Erzeugung von Elektronen, eine Gitteranordnung mit einem oder mehreren Gitterelementen, die dazu vorgesehen sind, die Elektronen von der Heizkathode abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, sowie ein Elektronenaustrittsfenster, aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten. Die Elektronenstrahleinheit ist zur Bestrahlung von Formteilen ausgebildet, wobei mindestens eines der Gitterelemente eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen, das an eine Formgebung des Formteils angepasst ist.
Bei der Bestrahlung von Werkstücken, Formteilen, Oberflächen etc. kann es sinnvoll sein, unterschiedliche Bereiche des zu bestrahlenden Teils bzw. der zu bestrahlenden Oberfläche unterschiedlich stark zu bestrahlen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird das dadurch erreicht, dass mindestens eines der Gitterelemente eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist. Dadurch wird den durch dieses Gitterelement hindurch beschleunigten Elektronen ein vorbestimmtes Intensitätsprofil aufgeprägt. An den Stellen, an denen die Elektronendurchlässigkeit hoch ist, erhält man eine hohe Bestrahlungsintensität, und an den Stellen, an denen die Elektronendurchlässigkeit gering ist, erhält man eine niedrige Bestrahlungsintensität. Durch den Einsatz von mindestens einem Gitterelement, das eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, kann daher ein Bestrahlungsfeld mit einer örtlich variierenden Bestrahlungsintensität erzeugt werden. Durch geeignete Gestaltung des mindestens einen Gitterelements kann das Intensitätsprofil, das dem Bestrahlungsfeld aufgeprägt wird, an das zu bestrahlende Teil bzw. die zu bestrahlende Oberfläche angepasst werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektronenstrahler wird der Intensitätsverlauf des Bestrahlungsfeldes bereits auf der Höhe der Gitterelemente beeinflusst. Insofern werden nur die tatsächlich benötigten Elektronen einer Beschleunigung hin zum Elektronaustrittsfenster unterworfen. Daher wird die zum Beschleunigen der Elektronen insgesamt benötigte Energie begrenzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eines der Gitterelemente Bereiche unterschiedlicher Elektronendurchlässigkeit, welche dazu ausgelegt sind, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eines der Gitterelemente elektronenundurchlässige Stege und elektronendurchlässige Durchbrüche, wobei Breite der elektronenundurchlässigen Stege und Größe der elektronendurchlässigen Durchbrüche über das Gitterelement hinweg örtlich variieren und dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufprägen. Durch die Variation der Stegbreite und der Größe der Durchbrüche kann die Elektronendurchlässigkeit des Gitterelements örtlich variiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Gitterelement dazu ausgebildet, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen, welches so gewählt ist, dass verschiedene unterschiedlich geformte und geneigte Oberflächen des Formteils im Wesentlichen homogen mit Elektronen beaufschlagt werden. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Bestrahlung pro Flächeneinheit ist es beispielsweise für eine stärker geneigte Oberfläche eine höhere Bestrahlungsdosis erforderlich als für eine weniger stark geneigte Oberfläche. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Bestrahlungsergebnisses ist es daher vorteilhaft, das Intensitätsprofil des Bestrahlungsfelds entsprechend der Oberflächenform des zu bestrahlenden Formteils zu wählen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Gitterelemente als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eines der Gitterelemente einen elektronenundurchlässigen Außenbereich sowie mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung auf, wobei die mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung eine beliebig vorgegebene geometrische Form aufweist. Durch die mindestens eine Aussparung wird das Bestrahlungsfeld auf die gewünschten Bereiche beschränkt. Dadurch können Abdeckungen, Abschirmungen und Blenden außerhalb des Elektronenstrahlers entfallen. Indem das Bestrahlungsfeld von vornherein auf den gewünschten Bereich beschränkt wird, wird die Entstehung von Röntgenstrahlung deutlich reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung dazu ausgelegt, aus den beschleunigten Elektronen ein Bestrahlungsfeld von vorgegebener geometrischer Form auszublenden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist Form und Ausdehnung des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes durch eine Kontur der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist Form und Ausdehnung des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes durch Form und Ausdehnung der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Geometrie des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes durch eine Geometrie der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronenstrahleinheit dazu ausgebildet, Gegenstände zu bestrahlen, die entlang einer Transportbahn an der Elektronenstrahleinheit vorbeigeführt werden, wobei die Form von mindestens einer der elektronendurchlässigen Aussparungen entsprechend der Transportbahn gewählt ist. Durch geeignete Wahl der Aussparung kann das Bestrahlungsfeld an die Transportbahn angepasst werden. Darüber hinaus ist es möglich, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Während der Bestrahlung durchlaufen die Gegenstände einen vorher festgelegten Intensitätsverlauf. Dadurch wird die örtliche Variation der Intensität der Bestrahlungsfeldes in eine entsprechende zeitliche Variation der Bestrahlungsintensität umgesetzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind innerhalb der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung jeweils Gitter angebracht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eines der Gitter eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eines der Gitter eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eines der Gitter Bereiche unterschiedlicher Elektronendurchlässigkeit auf, welche dazu ausgelegt sind, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eines der Gitter elektronenundurchlässige Stege und elektronendurchlässige Durchbrüche, wobei Breite der elektronenundurchlässigen Stege und Größe der elektronendurchlässigen Durchbrüche über das Gitter hinweg örtlich variieren und dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufprägen.
Während durch die Form der mindestens einen Aussparung die Form des Bestrahlungsfeldes vorgegeben wird, kann das Intensitätsprofil des Bestrahlungsfeldes durch die Gestaltung der in den Aussparungen angeordneten Gitter vorgegeben werden. Dadurch kann zum einen die Geometrie des Bestrahlungsfelds, zum anderen der Intensitätsverlauf innerhalb eines Bestrahlungsfelds beliebig vorgegeben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gitteranordnung ein primäres Gitterelement und ein sekundäres Gitterelement.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das primäre Gitterelement zugleich als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet, während das sekundäre Gitterelement nicht zur Strahlfeldbegrenzung ausgebildet ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das sekundäre Gitterelement zugleich als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet, während das primäre Gitterelement nicht zur Strahlfeldbegrenzung ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind sowohl das primäre Gitterelement als auch das sekundäre Gitterelement als Strahlfeldbegrenzungselemente ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist zusätzlich zu mindestens einem der Gitterelemente auch das Elektronenaustrittsfenster eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung herrscht innerhalb der Elektronenstrahleinheit ein Vakuum.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Elektronenstrahleinheit eine Spannungsquelle, die dazu ausgelegt ist, die Heizkathode, mindestens eines der Gitterelemente sowie das Elektronenaustrittsfenster auf vorbestimmte Potentiale zu legen, welche so gewählt sind, dass die Elektronen von der Heizkathode abgezogen, verteilt und durch die Gitterelemente hindurch zum Elektronenaustrittsfenster hin beschleunigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Spannungsquelle dazu ausgelegt, zwischen der Heizkathode und mindestens eines der Gitterelemente eine Gitterspannung anzulegen, welche dazu ausgelegt ist, die Elektronen von der Heizkathode abzuziehen und zu verteilen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Elektronenaustrittsfenster als Anode der Elektronenstrahleinheit ausgebildet, und die Spannungsquelle ist dazu ausgelegt, zwischen mindestens einem der Gitterelemente und dem Elektronenaustrittsfenster eine Beschleunigungsspannung anzulegen, welche dazu ausgelegt ist, die Elektronen auf eine gewünschte Energie zu beschleunigen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gitteranordnung ein primäres Gitterelement und ein sekundäres Gitterelement, welche sich im Wesentlichen auf demselben Potential befinden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Elektronenstrahlbeschleuniger eine Strahlblende mit einer Öffnung, an die ein Strahlfinger angeformt ist, dessen Röhrenquerschnitt gleich oder etwas größer ist als die Öffnung der Strahlblende, wobei das der Strahlblende entgegengesetzte Ende des Strahlfingers als Elektronenaustrittsfenster ausgebildet ist. Ein derartiger Strahlfinger kann beispielsweise zum Sterilisieren von Behältnissen eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Gitterelemente als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet und weist eine Aussparung auf, die bezüglich Form und Größe im Wesentlichen mit der Öffnung der Strahlblende übereinstimmt. Mit Hilfe eines Gitterelements, das zugleich als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet ist, kann aus dem Strom von Elektronen eine Strahlgeometrie ausgeblendet werden, die optimal an die Strahlblende des Strahlfingers angepasst ist. Auf diese Weise kann der Strahlfinger optimal mit Elektronen beschickt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Strahlfingers gleich oder etwas größer als die Öffnung der Strahlblende.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Strahlblende als Anode des Elektronenbeschleunigers ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes zur Bestrahlung von Formteilen mittels eines Elektronenstrahlers umfasst Erzeugen von Elektronen mittels mindestens einer Heizkathode, Abziehen der Elektronen von der Heizkathode und Verteilen der Elektronen mittels einer Gitteranordnung, die mindestens ein Gitterelement umfasst, sowie Beschleunigen der Elektronen zu einem Elektronenaustrittsfenster des Elektronenstrahlers hin. Des Weiteren umfasst das Verfahren Aufprägen eines Intensitätsprofils auf das Bestrahlungsfeld mittels mindestens einem der Gitterelemente, welches eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, wobei das Intensitätsprofil an eine Formgebung des Formteils angepasst ist.
Dabei ist das Intensitätsprofil vorzugsweise so gewählt, dass verschiedene unterschiedlich geformte und geneigte Oberflächen des Formteils im Wesentlichen homogen mit Elektronen beaufschlagt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden weiteren Schritt: Begrenzen des Bestrahlungsfeldes mittels mindestens einem der Gitterelemente, welches einen elektronenundurchlässigen Außenbereich sowie mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung aufweist, wobei die mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung eine beliebig vorgegebene geometrische Form aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben.
1 zeigt die Grundstruktur eines Elektronenstrahlers;
2 zeigt die Struktur von Gittern, die eine über das Gitter hinweg variierende Elektronendurchlässigkeit aufweisen;
3 veranschaulicht, wie eines oder mehrere der Gitterelemente und auch das Elektronenaustrittsfenster dazu eingesetzt werden können, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen und das Strahlfeld zu begrenzen;
4 zeigt ein Gitter mit variierender Elektronendurchlässigkeit sowie ein Formteil, das mit Hilfe dieses Gitters geeignet bestrahlt werden kann;
5 zeigt erfindungsgemäße Strahlereinheiten, mit denen Bestrahlungsfelder mit vorgegebenem Intensitätsprofil erzeugt werden können;
6 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektronenstrahler, bei dem die Form und der Intensitätsverlauf des Bestrahlungsfeldes an die Transportbahn angepasst ist; und
7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der ein Strahlfinger mit Elektronen beschickt wird.
1 zeigt einen Elektronenstrahler zur Erzeugung eines flächigen Bestrahlungsfeldes. Die Erzeugung und Beschleunigung der Elektronen erfolgt dabei im Vakuum. Der Elektronenstrahler umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Heizkathoden 1, welche beispielsweise in Form von Kathodendrähten ausgebildet sein können. Der Elektronenstrahler umfasst ein primäres Gitterelement 2 sowie ein sekundäres Gitterelement 3. Die beiden Gitterelemente 2, 3 sind vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden und befinden sich insofern auf demselben elektrischen Potential. Die Gitterelemente 2, 3 sind dazu ausgelegt, die Elektronen von den Heizkathoden 1 abzuziehen, gleichmäßig zu verteilen und einer Vorbeschleunigung zu unterziehen. Zu diesem Zweck wird zwischen den Heizkathoden 1 einerseits und den Gitterelementen 2, 3 andererseits eine einstellbare Gitterspannung angelegt, die von einer Hochspannungsquelle 4 zur Verfügung gestellt wird. Diese Gitterspannung kann beispielsweise im Bereich von –30 V bis +300 V variiert werden. Wenn die beiden Gitterelemente 2, 3 im Vergleich zu den Heizkathoden 1 auf ein negatives Potential gelegt werden, dann kommt kein Elektronenfluss zustande. Werden die beiden Gitterelemente 2, 3 dagegen auf ein im Vergleich zu den Heizkathoden positives Potential gelegt, dann werden die ausgetretenen Elektronen von den Heizkathoden abgezogen, und so beschleunigt, dass sie durch das primäre Gitterelement 2 und das sekundäre Gitterelement 3 hindurch fliegen.
Das primäre Gitterelement 2 kann beispielsweise als vergleichsweise grobmaschiges Gitter ausgebildet sein, während das sekundäre Gitterelement als feinmaschiges Gitter ausgebildet ist. Beispielsweise können beim primären Gitterelement 2 die Durchbrüche in der Größenordnung von ca. 5 mm² groß sein, während beim sekundären Gitterelement 3 die Durchbrüche in der Größenordnung von ca. 0,5 mm² groß sind. Derartige Gitterelemente können beispielsweise durch Ätzen oder mittels Laserstrukturierung hergestellt werden.
Hauptsächlich erfolgt die Beschleunigung der Elektronen jedoch zwischen dem sekundären Gitterelement 3 und einem Elektronenaustrittsfenster 5. Das Elektronenaustrittsfenster 5 dient dazu, das Vakuum im Inneren des Elektronenstrahlers gegenüber dem normalen Luftdruck außerhalb des Elektronenstrahlers abzudichten, wobei die beschleunigten Elektronen durch das Elektronenaustrittsfenster hindurchtreten können. Typischerweise umfasst das Elektronenaustrittsfenster 5 eine Stützkonstruktion, beispielsweise eine Lochfeldplatte oder eine Lamellenkonstruktion, sowie eine an der Außenseite der Stützkonstruktion angebrachte dünne Metallfolie, durch die die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können. Zur Verwendung als Elektronenaustrittsfenster eignet sich beispielsweise eine Titanfolie mit einer Dicke zwischen 6 und 20 μm.
Die eigentliche Beschleunigung erfahren die Elektronen erst nach dem sekundären Gitterelement 3. Die bereits vorbeschleunigten Elektronen werden beim Durchlaufen eines elektrischen Feldes zwischen dem sekundären Gitterelement 3 und dem Elektronenaustrittsfenster 5 stark beschleunigt. Beispielsweise kann zwischen den Gitterelementen 2, 3 und dem Elektronenaustrittsfenster 5 eine Beschleunigungsspannung angelegt werden, die beispielsweise zwischen 60 kV und 300 kV beträgt. Dabei kann das Elektronenaustrittsfenster 5 als Anode dienen, welche vorzugsweise geerdet wird. Die benötigte Beschleunigungsspannung kann ebenfalls von der Hochspannungsquelle 4 zur Verfügung gestellt werden. Die beschleunigten Elektronen treten durch das Elektronenaustrittsfenster 5 aus dem Elektronenstrahler aus. Auf diese Weise kann der Elektronenstrahler ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld von beschleunigten Elektronen zur Verfügung stellen.
In Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzbereich kann es gewünscht sein, bestimmte Bereiche des Bestrahlungsfeldes stärker zu bestrahlen als andere Bereiche. Ein Bestrahlungsfeld mit örtlich variierender Bestrahlungsintensität kann beispielsweise sinnvoll sein, um eine an die Geometrie eines zu bestrahlenden Werkstücks angepasste Bestrahlung zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein zu bestrahlendes Werkstück verschiedene Bereiche aufweisen, die eine unterschiedlich hohe Bestrahlungsdosis benötigen.
Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Hilfe von mindestens einem der Gitterelemente eine örtliche Variation der Bestrahlungsintensität hervorgerufen. Entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung ist mindestens eines der Gitterelemente dazu ausgelegt, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Dadurch kann der Intensitätsverlauf des Bestrahlungsfeldes beispielsweise an die Form und Beschaffenheit der zu bestrahlenden Teile und Flächen angepasst werden.
2A zeigt eine Ausführungsform eines Gitterelements 200, das dazu ausgelegt ist, dem vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeld einen Intensitätsgradienten aufzuprägen. Das Gitterelement 200 umfasst horizontale Stege 201 und vertikale Stege 202, wobei die Breite der horizontalen Stege 201 und der vertikalen Stege 202 über das gesamte Gitterelement 200 hinweg konstant ist. Die Abstände zwischen benachbarten horizontalen Stegen 201 sind konstant, wohingegen die Abstände zwischen benachbarten vertikalen Stegen 202 von links nach rechts in Richtung des Pfeils 203 zunehmen. Daher nimmt auch die Elektronendurchlässigkeit des Gitterelements 200 von links nach rechts in Richtung des Pfeils 203 zu. Das Gitterelement 200 kann entweder als primäres Gitterelement 2 oder alternativ als sekundäres Gitterelement 3 des in 1 gezeigten Elektronenstrahlers eingesetzt werden. Als weitere Alternative könnten auch beide Gitterelemente, also das primäre Gitterelement 2 und das sekundäre Gitterelement 3, entsprechend 2A ausgebildet sein.
Aufgrund der von links nach rechts zunehmenden Elektronendurchlässigkeit des Gitterelements 200 wird den Elektronen, die durch das Gitterelement 200 hindurch beschleunigt werden, ein Intensitätsgradient aufgeprägt. Am linken Rand des Gitterelements 200 treten weniger Elektronen pro Zeiteinheit hindurch als am rechten Rand des Gitterelements 200. Nachdem die Elektronen durch das Gitterelement 200 hindurchgetreten sind, werden sie zu dem in 1 gezeigten Elektronenaustrittsfenster 5 hin beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen passieren das Elektronenaustrittsfenster 5, und man erhält ein Bestrahlungsfeld, dessen Bestrahlungsintensität von links nach rechts kontinuierlich zunimmt.
In 2B ist eine weitere Ausführungsform eines Gitterelements 204 gezeigt, bei dem zusätzlich zu den Abständen zwischen den Stegen auch die Breite der Stege variiert wird, um eine variierende Elektronendurchlässigkeit zu erzielen. Bei dem Gitterelement 204 sind die horizontalen Stege 205A–205C in konstantem Abstand zueinander angeordnet und weisen eine gleichbleibende Breite auf. Bei den vertikalen Stegen 206A–206F dagegen nehmen die Abstände zwischen den Stegen von links nach rechts zu, während sich die Breite der Stege von links nach rechts verringert. Die Größe der Durchbrüche 207A–207F nimmt von links nach rechts zu, und dadurch ergibt sich für das Gitter 204 eine in Richtung von links nach rechts ansteigende Elektronendurchlässigkeit. Mittels des in 2B gezeigten Gitters 204 ist es möglich, einem Bestrahlungsfeld einen von links nach rechts ansteigenden Intensitätsgradienten aufzuprägen und auf diese Weise eine über das Bestrahlungsfeld hinweg von links nach rechts ansteigende Bestrahlungsdosis zu erzielen.
Die in 2A und 2B gezeigten Gitterelemente können beispielsweise unter Verwendung eines Ätzprozesses oder mittels eines Lasers hergestellt werden.
Die in 2A und 2B gezeigten Gitterelemente sind dazu ausgelegt, die Intensitätsverteilung eines Bestrahlungsfeldes vorzugeben. Darüber hinaus können die Gitterelemente auch dazu ausgelegt sein, durch Ausblenden von nicht benötigten Elektronen eine gewünschte Form und Ausdehnung des Bestrahlungsfeldes vorzugeben.
In den 3A–3E sind verschiedene Möglichkeiten gezeigt, wie aus den beschleunigten Elektronen ein Bestrahlungsfeld von vorgegebener Form und Ausdehnung und mit einem gewünschten Intensitätsprofil erzeugt werden kann.
Bei der in 3A gezeigten Ausführungsform ist das primäre Gitterelement 300 als durchgehend elektronendurchlässiges Gitterelement ausgebildet, welches die Elektronen von den Heizkathoden 301 abzieht und verteilt. Das sekundäre Gitterelement 302 dagegen dient dazu, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Darüber hinaus dient das sekundäre Gitterelement 302 zur Strahlfeldbegrenzung. Hierzu weist das sekundäre Gitterelement 302 einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 303 sowie eine elektronendurchlässige Aussparung 304 von runder Form auf. Der elektronenundurchlässige Außenbereich 303 kann vorzugsweise aus Metall bestehen. Die elektronendurchlässigen Aussparung 304 ist mit einem Gitter versehen, und mit Hilfe dieses Gitters wird dem Bestrahlungsfeld ein gewünschter Intensitätsverlauf aufgeprägt. Darüber hinaus dient das in der Aussparung 304 angeordnete Gitter dazu, um innerhalb des Elektronenstrahlers einen gleichmäßigen elektrischen Feldverlauf zu erzielen.
Elektronen, die von den Heizkathoden 301 abgezogen werden, werden durch das primäre Gitterelement 300 und das sekundäre Gitterelement 302 hindurch zu einem Elektronenaustrittsfenster 305 hin beschleunigt. Durch den elektronenundurchlässigen Außenbereich 303 des sekundären Gitterelements 302 wird ein Teil der Elektronen ausgeblendet, so dass die Form des erzeugten Bestrahlungsfeldes 306 durch die Kontur der elektronendurchlässigen Aussparung 304 festgelegt wird. Darüber hinaus wird dem Bestrahlungsfeld 306 durch das Gitter ein Intensitätsprofil aufgeprägt. Man erhält daher ein Bestrahlungsfeld 306 von beliebig vorgebbarer Form und Ausdehnung sowie mit einem gewünschten Intensitätsprofil.
4A zeigt eine mögliche Struktur eines Gitters 400, das beispielsweise in die Aussparung 304 eingesetzt werden kann. Die Elektronendurchlässigkeit des Gitters variiert über das Gitter 400 hinweg, um dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Mit Hilfe des Gitters 400 lässt sich eine gewünschte Intensitätsverteilung des Bestrahlungsfeldes erzielen.
Das Gitter 400 umfasst strahlenförmig angeordnete Stege 401, die vom Mittelpunkt aus radial nach außen verlaufen, sowie eine Mehrzahl von kreisförmigen Stegen 402, die konzentrisch um den Mittelpunkt angeordnet sind. Dabei nimmt der Abstand zwischen benachbarten kreisförmigen Stegen 402 von innen nach außen zu, so dass sich eine über das Gitter 400 hinweg variierende Elektronendurchlässigkeit des Gitters 400 ergibt. Die Elektronendurchlässigkeit ist in der Mitte des Gitters 400 am geringsten und nimmt in Richtung zum Rand hin zu. Am Rand des Gitters 400 ist die Elektronendurchlässigkeit am höchsten. Durch das Gitter 400 wird einem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufgeprägt, bei dem die Elektronendichte im Zentrum am geringsten ist und in Richtung zum Rand hin gleichmäßig ansteigt.
Ein Bestrahlungsfeld mit einem derartigen Intensitätsprofil kann beispielsweise sinnvoll sein, um ein Formteil mit einer konvex gewölbten Oberfläche gleichmäßig mit Elektronen bestrahlen zu können. In 4B ist ein derartiges Formteil 403 gezeigt, das eine gewölbte Oberfläche aufweist. Im zentralen Bereich 404 ist die Neigung der Formteiloberfläche relativ gering, wohingegen die Oberfläche in den Randbereichen 405 stärker geneigt ist. Je stärker eine Fläche geneigt ist, desto höher ist die für eine gleichmäßige Bestrahlung der Formteiloberfläche erforderliche Bestrahlungsdosis. Um eine gleichmäßige Elektronenbestrahlung pro Flächeneinheit zu erzielen, ist daher im zentralen Bereich 404 nur eine relativ geringe Bestrahlungsdosis erforderlich, wohingegen in den stärker geneigten Randbereichen 405 eine höhere Bestrahlungsdosis erforderlich ist. Aus diesem Grund ist das durch das Gitter 400 verursachte Intensitätsprofil gut geeignet, eine gleichmäßige Bestrahlung der Oberfläche des Formteils 403 zu erzielen, denn durch das Gitter 400 wird eine hohe Bestrahlungsintensität in den Randbereichen 405 und eine geringere Bestrahlungsintensität im zentralen Bereich 404 bereitgestellt.
Auch für anders geformte Formteile kann ein geeignetes Intensitätsprofil bestimmt werden, um eine an die jeweiligen Neigungen der Formteiloberfläche angepasste Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen. Das gewünschte Intensitätsprofil kann dann mit Hilfe eines Gitters erzeugt werden, bei dem die Abstände zwischen benachbarten Stegen entsprechend dem gewünschten Intensitätsprofil variiert werden.
In 3B ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der sowohl das primäre Gitterelement 307 als auch das sekundäre Gitterelement 308 dazu ausgelegt sind, dem Strahlfeld eine Intensitätsverteilung aufzuprägen und das Strahlfeld zu begrenzen. Das primäre Gitterelement 307 weist einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 309 sowie eine elektronendurchlässige Aussparung 310 mit einem darin angebrachten Gitter auf. Das sekundäre Gitterelement 308 weist ebenfalls einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 311 sowie eine Aussparung 312 mit einem darin angeordneten Gitter auf. Die Aussparung 312 des sekundären Gitterelements 308 ist vorzugsweise gleich groß oder etwas größer gewählt als die entsprechende Aussparung 310 des primären Gitterelements 307. Elektronen, die aus den Heizkathoden 313 ausgetreten sind, werden durch die beiden Gitterelemente 307 und 308 hindurch zum Elektronenaustrittsfenster 314 hin beschleunigt. Mindestens eines der in den Aussparungen 310, 312 angebrachten Gitter weist eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf, so dass den Elektronen beim Passieren des Gitters eine Intensitätsverteilung aufgeprägt wird. Darüber hinaus wird der Strom von Elektronen durch die elektronendurchlässigen Aussparungen 310, 312 begrenzt, so dass die Geometrie des erzeugten Bestrahlungsfeldes 315 durch die Geometrie der Aussparungen 310 und 312 vorgegeben wird. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung erhält man klar konturierte Bestrahlungsfelder mit einer Intensitätsverteilung, die durch die Elektronendurchlässigkeit der Gitter beliebig vorgegeben werden kann.
In 3C ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der das primäre Gitterelement 316 dazu ausgebildet ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen und das Strahlfeld zu begrenzen. Das sekundäre Gitterelement 317 ist als durchgehend elektronendurchlässiges Gitterelement ausgebildet. Das primäre Gitterelement 316 weist einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 318 sowie eine elektronendurchlässige Aussparung 319 mit einem darin angeordneten Gitter auf. Die von den Heizkathoden 320 zur Verfügung gestellten Elektronen werden durch die Gitterelemente 316, 317 hindurch zum Elektronenaustrittsfenster 321 beschleunigt. Dabei wird dem Strom von Elektronen durch das innerhalb der Aussparung 319 angeordnete Gitter ein Intensitätsprofil aufgeprägt, und außerdem wird das Bestrahlungsfeld durch die Aussparung 319 begrenzt. Daher erzeugt der in 3C gezeigte Elektronenstrahler ein Bestrahlungsfeld 322, dessen Form und Intensitätsverteilung durch die Aussparung 319 und das darin befindliche Gitter vorgegeben ist.
3D zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Anders als bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen umfasst der in 3D gezeigte Elektronenstrahler nur ein einziges Gitterelement 323. Das Gitterelement 323 umfasst einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 324 sowie eine elektronendurchlässige Aussparung 325 mit einem darin angeordneten Gitter. Elektronen, die aus den Heizkathoden 326 austreten, werden durch das Gitterelement 323 hindurch in Richtung zum Elektronenaustrittsfenster 327 hin beschleunigt. Dabei wird durch die Aussparung 325 die Form des Bestrahlungsfeldes 328 vorgegeben, während die Intensitätsverteilung des Bestrahlungsfeldes 328 durch die Elektronendurchlässigkeit des innerhalb der Aussparung 325 angeordneten Gitters vorgegeben werden kann.
In 3E ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der zusätzlich zu mindestens einem der Gitterelemente auch das Elektronenaustrittsfenster dazu herangezogen wird, das Intensitätsprofil des Bestrahlungsfeldes zu beeinflussen. Bei dem gezeigten Beispiel ist das primäre Gitterelement 329 als durchgehend elektronendurchlässiges Gitterelement ausgebildet. Das sekundäre Gitterelement 330 umfasst einen elektronenundurchlässigen Außenbereich 331 sowie eine Aussparung 332 mit einem darin angeordneten Gitter. Durch die Aussparung 332 wird aus dem von den Heizkathoden 333 erzeugten Strom von Elektronen ein gewünschtes Bestrahlungsfeld ausgeblendet, und mit Hilfe des Gitters kann dem Bestrahlungsfeld eine örtlich variierende Intensitätsverteilung aufgeprägt werden.
Anders als bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen dient das Elektronenaustrittsfenster 334 ebenfalls zur Strahlfeldbegrenzung und kann darüber hinaus zum Beeinflussen der Intensitätsverteilung eingesetzt werden. In dem elektronendurchlässigen Bereich 335 befindet sich eine elektronendurchlässige Metallfolie, wohingegen der Außenbereich 336 elektronenundurchlässig ist. Die elektronendurchlässige Metallfolie kann dazu ausgelegt sein, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Beispielsweise kann die Dicke der elektronendurchlässigen Metallfolie örtlich variieren. Bereiche, in denen die Metallfolie relativ dick ist, können von den Elektronen nur schlecht durchdrungen werden, was zu einer verringerten Bestrahlungsintensität an den betreffenden Stellen führt. Dagegen werden Bereiche, in denen die Metallfolie relativ dünn ist, von den Elektronen leicht durchdrungen, und dies führt zu einer entsprechend höheren Bestrahlungsintensität an den betreffenden Stellen. Insofern werden die Form und das Intensitätsprofil des Bestrahlungsfeldes 337 sowohl durch die Aussparung 332 und das darin angeordnete Gitter als auch durch den elektronendurchlässigen Bereich 335 des Elektronenaustrittsfensters 334 festgelegt.
In den 5A und 5B sind zwei weitere Ausführungsformen gezeigt, bei denen einem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufgeprägt wird. Bei der in 5A gezeigten Ausführungsform ist das primäre Gitterelement 500 als durchgehend elektronendurchlässiges Gitterelement ausgelegt, während das sekundäre Gitterelement 501 dazu ausgelegt ist, dem Strahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen. Hierzu umfasst das sekundäre Gitterelement 501 eine Aussparung 502, in der ein Gitter angeordnet ist, sowie weitere Durchbrüche 503, die um die Aussparung 502 herum so angeordnet sind, dass die Elektronendurchlässigkeit in Richtung radial nach außen kontinuierlich abfällt. Das Elektronenaustrittsfenster 504 ist als durchgehend elektronendurchlässiges Elektronenaustrittsfenster ausgebildet. Insofern wird den Elektronen, die von den Heizkathoden 505 abgezogen und in Richtung zum Elektronenaustrittsfenster 504 beschleunigt werden, lediglich durch das sekundäre Gitterelement 501 ein kontinuierlich verlaufendes Intensitätsprofil aufgeprägt. Auf diese Weise erhält man ein Bestrahlungsfeld 506 mit der gewünschten Intensitätsverteilung.
Bei der in 5B gezeigten Ausführungsform ist das primäre Gitterelement 507 wieder als durchgehend elektronendurchlässiges Gitterelement ausgebildet. Das sekundäre Gitterelement 508 umfasst eine zentrale Aussparung 509, in der ein Gitter angeordnet ist, sowie eine Vielzahl von Durchbrüchen 510, die um die zentrale Aussparung 509 herum so angeordnet sind, dass sich eine nach außen hin stetig abfallende Elektronendurchlässigkeit ergibt. Im Unterschied zu der in 5A gezeigten Ausführungsform trägt bei der in 5B gezeigten Ausführungsform auch das Elektronenaustrittsfenster 511 dazu bei, dass dem Bestrahlungsfeld eine gewünschte Intensitätsverteilung aufgeprägt wird. Bei dem Elektronenaustrittsfenster 511 sind die zentrale Aussparung 512 und die ringsum angeordneten Durchbrüche 513 als elektronendurchlässige Bereiche ausgebildet, während der Außenbereich 514 elektronenundurchlässig ist. Wenn die Elektronen von den Heizkathoden 515 abgezogen und zum Elektronenaustrittsfenster 511 hin beschleunigt werden, dann erzeugt der in 5B gezeigte Elektronenstrahler ein Bestrahlungsfeld 516 mit einer nach außen hin kontinuierlich abfallenden Intensität. Alternativ zu den in 5A und 5B gezeigten Ausführungsformen wäre es auch denkbar, dass ausschließlich das Elektronenaustrittsfenster dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld ein gewünschtes Intensitätsprofil aufzuprägen, während die beiden Gitterelemente durchgehend und gleichmäßig elektronendurchlässig sind.
In 6A ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Geometrie eines Bestrahlungsfeldes an eine Transportbahn der zu bestrahlenden Produkte angepasst ist. Die Produkte werden in Pfeilrichtung entlang einer gestrichelt eingezeichneten Linie 600 transportiert, und es ist erwünscht, das Bestrahlungsfeld auf die Transportbahn zu beschränken. Zu diesem Zweck weist das sekundäre Gitterelement 601 eine Aussparung 602 auf, deren Form und Ausdehnung das gewünschte Bestrahlungsfeld 603 festlegt. Innerhalb der Aussparung 602 ist ein Gitter angebracht, das dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufprägt. Das primäre Gitterelement 604 ist durchgehend elektronendurchlässig. Wenn die von den Heizkathoden 605 erzeugten Elektronen durch die Gitterelemente 604 und 601 hindurch zu einem Elektronenaustrittsfenster 606 beschleunigt werden, dann entsteht das Bestrahlungsfeld 603 mit der gewünschten Form und Intensitätsverteilung. Bereiche außerhalb der vorgesehenen Transportbahn 600 werden nicht in signifikantem Ausmaß mit Elektronen bestrahlt.
In 6B ist ein Gitter 607 gezeigt, das in die Aussparung 602 eingesetzt werden kann. Das Gitter 607 weist eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf, und dadurch wird dem Bestrahlungsfeld eine örtlich variierende Bestrahlungsintensität aufgeprägt. Am linken Ende 608 des Gitters 607 ist die Elektronendurchlässigkeit vergleichsweise gering und steigt dann zum rechten Ende 609 hin kontinuierlich an. Am rechten Ende 609 des Gitters 607 ist die Elektronendurchlässigkeit vergleichsweise hoch. Mit Hilfe des Gitters 607 lässt sich ein Bestrahlungsfeld erzeugen, dessen Intensität von links nach rechts zunimmt. Wenn die zu bestrahlenden Produkte die Transportbahn 600 in Pfeilrichtung durchlaufen, nimmt die Bestrahlungsintensität beim Durchlaufen des Bestrahlungsfeldes 603 kontinuierlich zu, und die Produkte sind einer kontinuierlich stärker werdenden Bestrahlung ausgesetzt. Die räumliche Variation der Bestrahlungsintensität wird so in eine zeitliche Variation der Bestrahlungsintensität umgesetzt. Mit Hilfe geeignet strukturierter Gitter lassen sich auch andere beliebig vorgebbare Bestrahlungsverläufe realisieren.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein erfindungsgemäßes Gitterelement dazu verwendet wird, einen Strahlfinger mit Elektronen zu beschicken. Derartige Strahlfinger können beispielsweise zur Sterilisierung von Behältnissen eingesetzt werden, insbesondere zur Sterilisierung von Behältnissen im Lebensmittelbereich oder im pharmazeutischen Bereich. Strahlfinger zur Elektronenbestrahlung werden insbesondere auch zur Sterilisierung von PET-Formlingen und PET-Vorformlingen zur Herstellung von PET-Flaschen eingesetzt.
Die in 7 gezeigte Elektronenstrahleinheit umfasst eine oder mehrere Heizkathoden 700, aus denen Elektronen austreten und durch die Gitterspannung in Richtung zum primären Gitterelement 701 und zum sekundären Gitterelement 702 hin beschleunigt werden. Bei dem primären Gitterelement 701 handelt es sich um ein Gitterelement von gleichmäßiger Elektronendurchlässigkeit. Das sekundäre Gitterelement 702 dagegen ist als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet. Das sekundäre Gitterelement 702 umfasst eine Aussparung 703 mit einem Gitter, wobei die Aussparung 703 dazu ausgelegt ist, aus den vorbeschleunigten Elektronen einen Strahl von kreisrundem Querschnitt auszublenden. Darüber hinaus kann dem Strahl mit Hilfe des Gitters ein gewünschtes Intensitätsprofil aufgeprägt werden. Nach dem Durchtritt durch die Aussparung 703 werden die Elektronen durch eine Beschleunigungsspannung, die beispielsweise zwischen 60 und 300 kV betragen kann, zur Lochanode 704 hin beschleunigt. Die Lochanode 704 weist eine kreisrunde Öffnung 705 auf, die einen etwas größeren Durchmesser als die Aussparung 703 besitzt. An die kreisrunde Öffnung 705 ist ein zylindrischer Strahlfinger 706 angeformt. Die untere Öffnung des Strahlfingers 706 ist durch ein Elektronenaustrittsfenster 707 verschlossen, durch das die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können. Die aus dem Strahlfinger 706 austretenden beschleunigten Elektronen können dann beispielsweise dazu eingesetzt werden, einen PET-Vorformling oder einen PET-Formling zu sterilisieren. Wenn der Strahlfinger zur Sterilisierung von PET-Formlingen eingesetzt wird, ist es von Vorteil, wenn der Strahlfinger 706 einen Durchmesser von ca. 18 mm und eine Länge von ca. 400 mm aufweist.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform wird durch das sekundäre Gitterelement 702 zweierlei erreicht: Zum einen wird eine Strahlfeldbegrenzung erreicht, zum anderen kann dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufgeprägt werden.

Claims

Elektronenstrahleinheit zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes (306, 506), welche aufweist – mindestens eine Heizkathode (301, 505) zur Erzeugung von Elektronen, – eine Gitteranordnung mit einem oder mehreren Gitterelementen (300, 302, 500, 501), die dazu vorgesehen sind, die Elektronen von der Heizkathode (301, 505) abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, – ein Elektronenaustrittsfenster (305), aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahleinheit zur Bestrahlung von Formteilen (403) ausgebildet ist, wobei mindestens eines der Gitterelemente (302, 501) eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld (306, 506) ein Intensitätsprofil aufzuprägen, das an eine Formgebung des Formteils (403) angepasst ist.
Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: mindestens eines der Gitterelemente umfasst Bereiche unterschiedlicher Elektronendurchlässigkeit, welche dazu ausgelegt sind, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen; mindestens eines der Gitterelemente umfasst elektronenundurchlässige Stege und elektronendurchlässige Durchbrüche, wobei Breite der elektronenundurchlässigen Stege und Größe der elektronendurchlässigen Durchbrüche über das Gitterelement hinweg örtlich variieren und dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufprägen.
Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Gitterelement dazu ausgebildet ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen, welches so gewählt ist, dass verschiedene unterschiedlich geformte und geneigte Oberflächen des Formteils im Wesentlichen homogen mit Elektronen beaufschlagt werden.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gitterelemente als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet ist.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gitterelemente einen elektronenundurchlässigen Außenbereich sowie mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung aufweist, wobei die mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung eine beliebig vorgegebene geometrische Form aufweist.
Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektronendurchlässige Aussparung dazu ausgelegt ist, aus den beschleunigten Elektronen ein Bestrahlungsfeld von vorgegebener geometrischer Form auszublenden.
Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: Form und Ausdehnung des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes ist durch eine Kontur der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben; Form und Ausdehnung des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes ist durch Form und Ausdehnung der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben; eine Geometrie des vom Elektronenstrahler erzeugten Bestrahlungsfeldes ist durch eine Geometrie der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung vorgegeben.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahleinheit dazu ausgebildet ist, Gegenstände zu bestrahlen, die entlang einer Transportbahn an der Elektronenstrahleinheit vorbeigeführt werden, wobei die Form von mindestens einer der elektronendurchlässigen Aussparungen entsprechend der Transportbahn gewählt ist.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der mindestens einen elektronendurchlässigen Aussparung jeweils Gitter angebracht sind.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: mindestens eines der Gitter weist eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf; mindestens eines der Gitter weist eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit auf, welche dazu ausgelegt ist, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen; mindestens eines der Gitter weist Bereiche unterschiedlicher Elektronendurchlässigkeit auf, welche dazu ausgelegt sind, dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufzuprägen; mindestens eines der Gitter umfasst elektronenundurchlässige Stege und elektronendurchlässige Durchbrüche, wobei Breite der elektronenundurchlässigen Stege und Größe der elektronendurchlässigen Durchbrüche über das Gitter hinweg örtlich variieren und dem Bestrahlungsfeld ein Intensitätsprofil aufprägen.
Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahlbeschleuniger eine Strahlblende mit einer Öffnung umfasst, an die ein Strahlfinger angeformt ist, dessen Röhrenquerschnitt gleich oder etwas größer ist als die Öffnung der Strahlblende, wobei das der Strahlblende entgegengesetzte Ende des Strahlfingers als Elektronenaustrittsfenster ausgebildet ist.
Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gitterelemente als Strahlfeldbegrenzungselement ausgebildet ist und eine Aussparung aufweist, die bezüglich Form und Größe im Wesentlichen mit der Öffnung der Strahlblende übereinstimmt.
Verfahren zur Erzeugung eines Bestrahlungsfeldes (306, 506) zur Bestrahlung von Formteilen (403) mittels eines Elektronenstrahlers, welches umfasst: – Erzeugen von Elektronen mittels mindestens einer Heizkathode (301, 505), – Abziehen der Elektronen von der Heizkathode (301, 505) und Verteilen der Elektronen mittels einer Gitteranordnung, die mindestens ein Gitterelement (300, 302, 500, 501) umfasst, – Beschleunigen der Elektronen zu einem Elektronenaustrittsfenster (305, 504) des Elektronenstrahlers hin, – Aufprägen eines Intensitätsprofils auf das Bestrahlungsfeld (306, 506) mittels mindestens einem der Gitterelemente (302, 501), welches eine örtlich variierende Elektronendurchlässigkeit aufweist, wobei das Intensitätsprofil an eine Formgebung des Formteils (403) angepasst ist.