DE102021130776B4 - DEVICE AND METHOD FOR TREATMENT OF LIQUID - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit, aufweisend einen um eine Drehachse drehbaren Bestrahlungsträger (1), wobei der drehbare Bestrahlungsträger (1) folgendes aufweist:eine Expositionsoberfläche (2),zumindest eine Elektrode (8) mit einer Elektrodenoberfläche, wobei die Elektrodenoberfläche in der Expositionsoberfläche (2) angeordnet ist,wobei die Vorrichtung außerdemeine Zuleitung (3), mit der eine Flüssigkeit (4) auf den Bestrahlungsträger (1) leitbar ist, undeine Elektronenbestrahlungsvorrichtung (5), mit der auf den Bestrahlungsträger (1) geleitete Flüssigkeit (4) zumindest bereichsweise mit Elektronen (6) bestrahlbar ist, aufweist.Device for treating liquid, having an irradiation carrier (1) which can be rotated about an axis of rotation, the rotatable irradiation carrier (1) having the following:an exposure surface (2),at least one electrode (8) with an electrode surface, the electrode surface being in the exposure surface ( 2). can be irradiated in some areas with electrons (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit, wobei auf einen Bestrahlungsträger eine zu behandelnde Flüssigkeit geleitet und mit Elektronen bestrahlt wird. Dabei wird der Bestrahlungsträger gedreht. Der Bestrahlungsträger weist zumindest eine Elektrode auf, mit der gemessen werden kann, wie viele Elektronen auf den Bestrahlungsträger eingefallen sind.The invention relates to a device and a method for treating liquid, in which a liquid to be treated is directed onto an irradiation carrier and irradiated with electrons. The radiation carrier is rotated in the process. The radiation carrier has at least one electrode which can be used to measure how many electrons have hit the radiation carrier.
Die Behandlung von Stoffen mittels Elektronenstrahlung ist ein bekanntes Verfahren, zum Beispiel zum Härten oder Modifizieren von Polymeren und zur Sterilisation. Das Problem liegt darin, dass die meisten industriellen Prozesse einen hohen Durchsatz erfordern. Bei der Verarbeitung von Flüssigkeiten kann der gewünschte Durchsatz durch Behandeln eines dicken Flüssigkeitsfilms mit hoher Strahlungsenergie oder Behandeln eines dünnen Flüssigkeitsfilms mit niedriger Strahlungsenergie erreicht werden. Bei ionisierender Strahlung erfordert die Verarbeitung mit hoher Energie (mehr als 600 keV) eine massive und schwere Abschirmung, die zu hohen Investitionskosten, Raumproblemen und Zugang zu industriellen Prozessen führt. Bei Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronenstrahlen (300 keV oder weniger) sind die Größe und Abschirmung der Anlage sowie die Investition deutlich geringer. Dafür ist aber auch die Eindringtiefe der Elektronen in die Materie geringer, bei Wasser z.B. nur einige hundert Mikrometer. Für einen großen Durchsatz sind deshalb bei niedriger Strahlungsenergie hohe Strahlleistungen bei gleichzeitig schneller Behandlung dünner Flüssigkeitsfilme vorteilhaft.Electron beam treatment of fabrics is a well-known technique, for example for curing or modifying polymers and for sterilization. The problem is that most industrial processes require high throughput. In liquid processing, the desired throughput can be achieved by treating a thick liquid film with high radiant energy or treating a thin liquid film with low radiant energy. In the case of ionizing radiation, high-energy processing (more than 600 keV) requires massive and heavy shielding, leading to high investment costs, space problems and access to industrial processes. When irradiated with low-energy electron beams (300 keV or less), the size and shielding of the system and the investment are significantly smaller. On the other hand, the penetration depth of the electrons into the matter is lower, e.g. only a few hundred micrometers in water. For a large throughput, therefore, high beam powers with low radiation energy and, at the same time, rapid treatment of thin liquid films are advantageous.
Die Druckschrift
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit anzugeben, die auch bei Verwendung niederenergetischer Elektrodenstrahlen einen hohen Durchsatz ermöglichen.It is the object of the present invention to specify a device and a method for treating liquids which enable a high throughput even when using low-energy electron beams.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit nach Anspruch 1 sowie das Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit nach Anspruch 19. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens an.The object is achieved by the device for treating liquid according to
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit. Die Behandlung kann dabei mittels Elektronen erfolgen, die auf die Flüssigkeit eingestrahlt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen um eine Drehachse drehbaren Bestrahlungsträger auf. Der Bestrahlungsträger kann beispielsweise eine Scheibe, vorzugsweise mit einem kreisförmigen Umfang sein. Sie kann dann als Bestrahlungsscheibe bezeichnet werden. Der drehbare Bestrahlungsträger weist eine Expositionsoberfläche auf. Die Expositionsoberfläche kann eine Oberfläche des Bestrahlungsträgers sein. Ist der Bestrahlungsträger als Scheibe ausgestaltet, so kann die Expositionsoberfläche eine jener Oberfläche der Scheibe sein, die sich parallel zur Scheibenebene erstrecken.The invention relates to a liquid treatment device. The treatment can be carried out using electrons that are radiated onto the liquid. The device according to the invention has a radiation carrier that can be rotated about an axis of rotation. The radiation carrier can be a disk, for example, preferably with a circular circumference. It can then be referred to as a radiation disk. The rotatable irradiation carrier has an exposure surface. The exposure surface can be a surface of the radiation carrier. If the radiation carrier is designed as a disk, the exposure surface can be one of those surfaces of the disk that extend parallel to the plane of the disk.
Der Bestrahlungsträger weist außerdem zumindest eine Elektrode mit einer Elektrodenoberfläche auf. Dabei ist die Elektrodenoberfläche in der Expositionsoberfläche angeordnet und geht vorteilhafterweise stetig in diese über. Sind die Elektrodenoberfläche und die Expositionsoberfläche eben, so kann dies bedeuten, dass diese Oberflächen in der gleichen Ebene liegen. Ist die Expositionsoberfläche gekrümmt, so ist vorteilhafterweise die Elektrodenoberfläche so gekrümmt, dass sie die Expositionsoberfläche im Bereich der Elektrodenoberfläche fortsetzt. Dass die Elektrodenoberfläche stetig in die Expositionsoberfläche übergeht, kann dabei bedeuten, dass die Elektrodenoberfläche ohne eine Stufe oder einen Spalt in die Expositionsoberfläche übergeht.The radiation carrier also has at least one electrode with an electrode surface. In this case, the electrode surface is arranged in the exposure surface and advantageously merges continuously into it. If the electrode surface and the exposure surface are flat, this can mean that these surfaces are in the same plane. If the exposure surface is curved, the electrode surface is advantageously curved in such a way that it continues the exposure surface in the area of the electrode surface. The fact that the electrode surface merges smoothly into the exposure surface can mean that the electrode surface merges into the exposure surface without a step or gap.
Die Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit weist außerdem eine Zuleitung auf, mit der eine Flüssigkeit auf den Bestrahlungsträger leitbar ist. Bevorzugt ist mit der Zuleitung die Flüssigkeit auf die Expositionsoberfläche oder eine von dieser durch eine Zwischenschicht, beispielsweise eine isolierende Schicht, getrennte Oberfläche des Bestrahlungsträgers leitbar. Es sei diesbezüglich angemerkt, dass die Expositionsoberfläche nicht notwendig eine äußere Oberfläche des Bestrahlungsträgers sein muss, sondern nach außen durch ein oder mehrere Schichten bedeckt sein kann, wobei die Schichten ebenfalls zum Bestrahlungsträger gerechnet werden können. In einem solchen Fall ist also mit der Zuleitung die Flüssigkeit auf die entsprechende Schicht des Bestrahlungsträgers leitbar, die die Expositionsoberfläche bedecken kann.The device for treating liquid also has a supply line with which a liquid can be fed onto the radiation carrier. The liquid can preferably be conducted with the feed line to the exposure surface or to a surface of the radiation carrier that is separated from it by an intermediate layer, for example an insulating layer. It should be noted in this regard that the exposure surface does not necessarily have to be an outer surface of the radiation carrier, but can be covered on the outside by one or more layers, which layers can also be counted towards the radiation carrier. In such a case, the liquid can be conducted to the corresponding layer of the radiation carrier, which can cover the exposure surface, with the supply line.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Bestrahlung von Flüssigkeit außerdem eine Elektronenbestrahlungsvorrichtung auf, mit der Flüssigkeit, die auf den Bestrahlungsträger geleitet wurde zumindest bereichsweise mit Elektronen bestrahlbar ist. Wird also über die genannte Zuleitung die Flüssigkeit auf den Bestrahlungsträger geleitet, so kann die Flüssigkeit mit der Elektronenbestrahlungsvorrichtung auf dem Bestrahlungsträger zumindest bereichsweise mit Elektronen bestrahlt werden. Die Elektronenbestrahlungsvorrichtung strahlt also vorzugsweise Elektronen in Richtung der Expositionsoberfläche auf den Bestrahlungsträger. Dazu kann die Elektronenbestrahlungsvorrichtung zum Beispiel über der Expositionsoberfläche angeordnet sein.According to the invention, the device for the irradiation of liquid also has an electron irradiation device with which liquid that has been directed onto the irradiation carrier can be irradiated with electrons at least in regions. If the liquid is conducted onto the irradiation carrier via the supply line mentioned, the liquid can be irradiated with electrons at least in regions using the electron irradiation device on the irradiation carrier. That is, the electron irradiation device preferably irradiates electrons toward the exposure surface onto the irradiation substrate. To this end, the electron beam irradiation device can be arranged, for example, above the exposure surface.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit eine isolierende Schicht aufweisen, welche die Elektrodenoberflächen der zumindest einen Elektroden bedeckt. Vorzugsweise ist die isolierende Schicht dabei auf der Expositionsoberfläche und den Elektrodenoberflächen angeordnet, besonders bevorzugt unmittelbar darauf. Vorteilhafterweise ist die der Expositionsoberfläche abgewandte Oberfläche der Isolierenden Schicht stetig, also ohne scharfkantige Erhebungen oder Vertiefungen. Die Schicht ist vorzugsweise gleichmäßig dünn und besonders bevorzugt gegen ionisierende Strahlung, insbesondere die Elektronenstrahlung, resistent. Die isolierende Schicht kann auch bei nur einer Elektrode vorteilhaft sein, da hierdurch Bereiche unterschiedlicher Oberflächeneigenschaften auf der Bestrahlungsfläche, die beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächenspannungen zu Unstetigkeiten im Flüssigkeitsfilm an den Übergangsstellen führen würden, vermieden werden können. Sind mehrere der Elektroden vorgesehen, so kann die isolierende Schicht verhindern, dass die zu behandelnde Flüssigkeit einen elektrischen Kurzschluss zwischen den Elektroden verursacht. Als Material kann die Schicht zum Beispiel Parylene aufweisen oder daraus bestehen. Vorzugsweise hat die isolierende Schicht eine Dicke von größer oder kleiner gleich 0,1 µm, vorzugsweise größer oder gleich 0,6 µm und kleiner oder gleich 50 µm, vorzugsweise kleiner oder gleich 10 µm. Die Dicke der isolierenden Schicht ist vorzugsweise so bemessen, dass hinreichend viele Elektronen sie durchtreten können, um in den Elektroden gesammelt zu werden und über einen Ableitwiderstand gegen Masse einen Stromfluss zu erzeugen.In an advantageous embodiment, the device for treating liquid can have an insulating layer which covers the electrode surfaces of the at least one electrode. The insulating layer is preferably arranged on the exposure surface and the electrode surfaces, particularly preferably directly thereon. Advantageously, the surface of the insulating layer facing away from the exposure surface is continuous, ie without sharp-edged elevations or depressions. The layer is preferably uniformly thin and particularly preferably resistant to ionizing radiation, in particular electron beams. The insulating layer can also be advantageous if there is only one electrode, since in this way areas of different surface properties on the irradiation area, which would lead to discontinuities in the liquid film at the transition points, for example due to different surface tensions, can be avoided. If a plurality of the electrodes are provided, the insulating layer can prevent the liquid to be treated from causing an electrical short circuit between the electrodes. The layer can have or consist of parylene, for example, as the material. The insulating layer preferably has a thickness of greater than or equal to 0.1 μm, preferably greater than or equal to 0.6 μm and less than or equal to 50 μm, preferably less than or equal to 10 μm. The thickness of the insulating layer is preferably dimensioned in such a way that a sufficient number of electrons can pass through it in order to be collected in the electrodes and to generate a current flow via a leakage resistance to ground.
Um bei Vorhandensein mehrerer der Elektroden diese gegeneinander zu isolieren, kann auch der Bestrahlungsträger dort, wo die Elektroden angeordnet sind, selbst elektrisch isolierend sein. Die Elektroden können also isolierend in die Expositionsoberfläche eingebettet sein.In order to insulate these from one another when a plurality of electrodes are present, the radiation carrier can also be electrically insulating itself where the electrodes are arranged. The electrodes can thus be embedded in the exposure surface in an insulating manner.
Bevorzugterweise weist der Bestrahlungsträger zumindest zwei der Elektroden auf, die jeweils eine der Elektrodenoberflächen haben. Hierdurch wird es zum Beispiel möglich, eine der Elektroden als Referenzelektrode zu verwenden.Preferably, the irradiation carrier has at least two of the electrodes, each having one of the electrode surfaces. This makes it possible, for example, to use one of the electrodes as a reference electrode.
Vorzugsweise wird mit der Zuleitung die Flüssigkeit in einem Bereich auf den Bestrahlungsträger geleitet, der von der Drehachse um einen Abstand von größer als Null entfernt ist. Die Drehachse schneidet also vorzugsweise nicht den Bereich, in dem die Flüssigkeit mittels der Zuleitung auf den Bestrahlungsträger geleitet wird. Da sich beim Drehen des Bestrahlungsträgers die Flüssigkeit radial zur Drehachse nach außen bewegt, entsteht hierdurch ein Bereich, der frei von Flüssigkeit bleibt.The liquid is preferably conducted with the supply line onto the radiation carrier in a region which is at a distance greater than zero from the axis of rotation. The axis of rotation therefore preferably does not intersect the area in which the liquid is directed onto the radiation carrier by means of the supply line. Since the liquid moves outwards radially to the axis of rotation when the radiation carrier is rotated, this results in an area that remains free of liquid.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann dann eine der Elektroden als Referenzelektrode in einem Bereich um den Schnittpunkt der Drehachse mit dem Bestrahlungsträger bzw. mit der Expositionsoberfläche angeordnet sein, der näher an diesem Schnittpunkt liegt als der Zuleitungsbereich. Die Referenzelektrode wird dann nicht von der zu bestrahlenden Flüssigkeit bedeckt. Vorzugsweise liegt die Referenzelektrode in einem Bereich, der während einer Umdrehung des Bestrahlungsträgers um die Drehachse zumindest zeitweise mit Elektronen bestrahlt wird.In an advantageous embodiment of the invention, one of the electrodes can then be arranged as a reference electrode in an area around the point of intersection of the axis of rotation with the radiation carrier or with the exposure surface, which is closer to this point of intersection than the feed line area. The reference electrode is then not covered by the liquid to be irradiated. The reference electrode is preferably located in a region which is at least temporarily irradiated with electrons during a rotation of the irradiation carrier about the axis of rotation.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung zumindest einen Signalverstärker, besonders bevorzugt einen Signalverstärker für jede der Elektroden, aufweisen, der mit der entsprechenden Elektrode elektrisch verbunden ist und der eingerichtet ist, einen Spannungsabfall über dem Ableitwiderstand, über den der Strom aus der entsprechenden Elektrode fließt zu verstärken. Vorzugsweise sind der oder die Signalverstärker am Bestrahlungsträger fest angeordnet. Auf diese Weise können auch sehr kleine Ströme im Bereich von pA oder µA als Spannungsabfall über einen Ableitwiderstand gemessen und das Spannungssignal verstärkt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the device can have at least one signal amplifier, particularly preferably a signal amplifier for each of the electrodes, which is electrically connected to the corresponding electrode and which is set up to generate a voltage drop across the bleeder resistor via which the current from the corresponding Electrode flows to reinforce. The signal amplifier or signal amplifiers are preferably arranged in a fixed manner on the radiation carrier. In this way, even very small currents in the pA or µA range can be generated as a voltage drop across a bleeder resistor measured and the voltage signal amplified.
Vorteilhafterweise kann der zumindest eine Signalverstärker zum Beispiel an dem Bestrahlungsträger an einer der Elektronenbestrahlungsvorrichtung abgewandten Rückseite des Bestrahlungsträgers angeordnet sein. Hierdurch wird der Signalverstärker nicht selbst mit Elektronen bestrahlt.The at least one signal amplifier can advantageously be arranged, for example, on the irradiation carrier on a rear side of the irradiation carrier that faces away from the electron irradiation device. As a result, the signal amplifier itself is not irradiated with electrons.
Vorteilhafterweise kann der Bestrahlungsträger jeweils eine Abgriffselektrode für einen, mehrere oder alle der Signalverstärker aufweisen. Die Vorrichtung kann dann außerdem zumindest einen Bürstenkontakt aufweisen. Der zumindest eine Bürstenkontakt und die zumindest eine Abgriffselektrode können dann so zueinander angeordnet sein, dass die Abgriffselektrode den Bürstenkontakt während einer Umdrehung des Bestrahlungsträgers zumindest zeitweise berührt. Auf diese Weise können die durch die Signalverstärker erzeugten Spannungssignale als Messsignale vom Bestrahlungsträger abgeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Messsignale auch optisch vom Bestrahlungsträger an einen festen Empfänger übertragen werden.The radiation carrier can advantageously have a pick-up electrode for one, several or all of the signal amplifiers. The device can then also have at least one brush contact. The at least one brush contact and the at least one pick-off electrode can then be arranged relative to one another in such a way that the pick-off electrode touches the brush contact at least temporarily during one revolution of the radiation carrier. In this way, the voltage signals generated by the signal amplifier can be derived from the radiation carrier as measurement signals. Alternatively or additionally, the measurement signals can also be transmitted optically from the radiation carrier to a fixed receiver.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die jeweilige Abgriffselektrode den entsprechenden Bürstenkontakt berühren, während sich zumindest eine jener Elektroden in einem Bestrahlungsbereich der Elektronenbestrahlungsvorrichtung befindet, die mit dem entsprechenden Signalverstärker elektrisch verbunden ist. Der Bestrahlungsbereich ist dabei jener Bereich, in den die Elektronenbestrahlungsvorrichtung Elektronen einstrahlt. Dieser Bestrahlungsbereich ist normalerweise fest und der Bestrahlungsträger dreht sich unter dem Bestrahlungsbereich hindurch. Vorteilhaft kann also gerade jene Abgriffselektrode mit dem Bürstenkontakt in Verbindung sein, die mit einem der Signalverstärker elektrisch kontaktiert ist, der Strom aus einer Elektrode verstärkt, die sich zum Zeitpunkt des Kontaktes zwischen Bürstenkontakt und Abgriffselektrode gerade im Bestrahlungsbereich befindet, also mit Elektronen bestrahlt wird.In a preferred embodiment, the respective tapping electrode can touch the corresponding brush contact while at least one of those electrodes is located in an irradiation area of the electron irradiation device, which is electrically connected to the corresponding signal amplifier. The irradiation area is the area into which the electron irradiation device irradiates electrons. This irradiation area is normally fixed and the irradiation carrier rotates under the irradiation area. Advantageously, precisely that pick-up electrode can be connected to the brush contact that is electrically contacted with one of the signal amplifiers, which amplifies the current from an electrode that is in the irradiation area at the time of contact between the brush contact and pick-up electrode, i.e. is being irradiated with electrons.
Bevorzugterweise ist je Elektrode ein geeigneter Signalverstärker vorgesehen, der besonders bevorzugt direkt in Elektrodennähe, jedoch nicht im Bestrahlungsbereich, angebracht ist. Der oder die Signalverstärker können vorteilhafterweise über Schleifkontakte mit Strom versorgt werden oder batteriebetrieben sein.A suitable signal amplifier is preferably provided for each electrode, which is particularly preferably attached directly in the vicinity of the electrode, but not in the irradiation area. The signal amplifier or amplifiers can advantageously be supplied with power via sliding contacts or be battery-operated.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Elektrodenoberflächen von zumindest einigen der zumindest einen Elektroden die Form von konzentrischen Kreissegmenten haben. Das Zentrum, zu dem die Kreissegmente konzentrisch sein können, kann dann die Drehachse des Bestrahlungsträgers sein. Als Kreissegmente können hierbei Flächen angesehen werden, die sich in Umfangsrichtung um die Drehachse in einem bestimmten Winkelbereich erstrecken und in diesem Verlauf in radialer Richtung eine konstante Ausdehnung haben. Vorteilhaft können diese Kreissegmente länglich sein, also in Umfangsrichtung weiter ausgedehnt sein als in radialer Richtung.In an advantageous embodiment of the invention, the electrode surfaces of at least some of the at least one electrode can have the shape of concentric circle segments. The center, to which the circle segments can be concentric, can then be the axis of rotation of the radiation carrier. Areas that extend in the circumferential direction around the axis of rotation in a specific angular range and have a constant expansion in the radial direction can be regarded as segments of a circle. Advantageously, these circular segments can be elongate, that is to say they can extend further in the circumferential direction than in the radial direction.
Vorzugsweise können jeweils drei der Elektrodenoberflächen mit der Formkonzentrischer Kreissegmente sich in Umfangsrichtung um die Drehachse über den gleichen Winkelbereich erstrecken (also vorteilhaft in gleicher radialer Richtung angeordnet sein), aber unterschiedliche Radien haben. Besonders bevorzugt ist dabei ein radialer Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten der jeweils drei Elektrodenoberflächen der gleiche. Die Kreissegmente können aber auch in unterschiedlichen radialen Richtungen angeordnet sein.Preferably, three of the electrode surfaces in the form of concentric circular segments can extend in the circumferential direction around the axis of rotation over the same angular range (ie advantageously be arranged in the same radial direction), but have different radii. A radial distance between two adjacent ones of the three electrode surfaces in each case is particularly preferably the same. However, the circle segments can also be arranged in different radial directions.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können zumindest zwei, besonders bevorzugt jeweils drei der Elektrodenoberflächen gleiche Radien haben und besonders bevorzugt äquidistant zueinander angeordnet sein. Diese Elektrodenoberflächen können also den Bestrahlungsbereich nacheinander durchlaufen. Die Ausgestaltung mit drei Elektrodenflächen gleichen Radius kann mit der oben beschriebenen Ausgestaltung mit jeweils drei Elektrodenoberflächen in Form konzentrischer Kreissegmente kombiniert werden. Es ergibt sich dadurch eine Ausgestaltung, in der in zumindest zwei, vorzugsweise drei voneinander beabstandeten Winkelbereichen jeweils drei als konzentrische Kreissegmente ausgestaltete Elektrodenoberflächen vorliegen. Im Fall von drei Winkelbereichen mit jeweils drei konzentrischen Elektrodenoberflächen liegen hier also neun Elektrodenoberflächen vor.In an advantageous embodiment, at least two, particularly preferably three, of the electrode surfaces can have the same radii and particularly preferably be arranged equidistant from one another. These electrode surfaces can thus pass through the irradiation area one after the other. The configuration with three electrode surfaces of the same radius can be combined with the configuration described above with three electrode surfaces each in the form of concentric circular segments. This results in an embodiment in which three electrode surfaces configured as concentric circular segments are present in at least two, preferably three angular regions spaced apart from one another. In the case of three angular ranges, each with three concentric electrode surfaces, there are nine electrode surfaces here.
Vorteilhafterweise können die eine oder mehreren Elektrodenoberflächen mit dem kleinsten Radius jeweils als Referenzelektrode dienen. Hierzu ist dieser kleinste Radius vorzugsweise näher an der Drehachse angeordnet, als die Zuleitung, mit der die Flüssigkeit auf den Bestrahlungsträger leitbar ist.Advantageously, the one or more electrode surfaces with the smallest radius can each serve as a reference electrode. For this purpose, this smallest radius is preferably arranged closer to the axis of rotation than the feed line with which the liquid can be guided onto the radiation carrier.
Vorzugsweise ist jene Oberfläche des Bestrahlungsträgers, auf welche die Flüssigkeit leitbar ist, glatt. Dies kann die Expositionsoberfläche mit den darin angeordneten Elektrodenoberflächen sein oder aber auch eine auf der Expositionsoberfläche angeordnete isolierende Schicht. Hierdurch wird erreicht, dass die Flüssigkeit beim Drehen des Bestrahlungsträgers nicht gestört wird und dadurch eine gleichmäßige, vorzugsweise konstante, Schichtdicke erhält.The surface of the radiation carrier onto which the liquid can be directed is preferably smooth. This can be the exposure surface with the electrode surfaces arranged therein, or else an insulating layer arranged on the exposure surface. The result of this is that the liquid is not disturbed when the radiation carrier is rotated and thus has a uniform, preferably constant, layer thickness.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Sammelsystem aufweisen, mit dem über einen Rand des Bestrahlungsträgers bzw. der Expositionsoberfläche fließende Flüssigkeit sammelbar ist. Bevorzugt umgibt das Sammelsystem den Bestrahlungsträger entlang seines gesamten Umfangs. Vorteilhafterweise kann das Sammelsystem ein Schlauch oder eine Lippe aufweisen, die mit einer Kante die Expositionsoberfläche berührt. Auf diese Weise kann das Sammelsystem Flüssigkeit von der die Flüssigkeit aufweisenden Oberfläche des Bestrahlungsträgers an deren Rand abstreifen.In an advantageous embodiment, the device according to the invention can have a collection system with which liquid flowing over an edge of the radiation carrier or the exposure surface can be collected. The collection system preferably surrounds the radiation carrier along its entire circumference. Advantageously, the collection system may comprise a tube or lip with one edge touching the exposure surface. In this way, the collection system can scrape liquid from the liquid-containing surface of the radiation carrier at its edge.
Vorzugsweise weist das Sammelsystem eine entlang eines Randes des Bestrahlungsträgers angeordnete Sammelrinne auf, in der von dem Bestrahlungsträger in radiale Richtung abfließende Flüssigkeit sammelbar ist. Vorteilhafterweise kann die Sammelrinne zum Bestrahlungsträger bzw. dessen Rand hin geöffnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Sammelrinne kann alternativ beispielsweise auch nach oben geöffnet sein. In diesem Fall kann sich die Flüssigkeit, die vom Bestrahlungsträger abfließt, auch durch Gravitationswirkung in die Sammelrinne begeben. Wenn, wie beschrieben, ein Schlauch oder eine Lippe vorgesehen ist, kann durch diese die Flüssigkeit auch dann in die Sammelrinne geleitet werden, wenn sie nicht zum Rand des Bestrahlungsträgers hin geöffnet ist.The collection system preferably has a collection channel arranged along an edge of the radiation carrier, in which liquid flowing off the radiation carrier in the radial direction can be collected. Advantageously, the collecting channel can be open towards the radiation carrier or its edge. However, this is not mandatory. Alternatively, the collection channel can also be open at the top, for example. In this case, the liquid draining from the radiation carrier can also go into the collecting trough by gravitational action. If, as described, a tube or a lip is provided, the liquid can also be guided through this into the collection channel if it is not open towards the edge of the radiation carrier.
Ist die Sammelrinne zum Rand des Bestrahlungsträgers hin geöffnet, so kann eine Öffnungsfläche der Sammelrinne, mit der die Sammelrinne zum Rand des Bestrahlungsträgers hin geöffnet ist, in einem nicht verschwindenden Winkel zu einer radial erlaufenden Tangente am Rand der Expositionsoberfläche stehen. Flüssigkeit, die von der Bestrahlungsfläche radial abfließt, kann dadurch in diese Öffnungsfläche und damit in die Sammelrinne geschleudert werden. Die Öffnungsfläche der Sammelrinne kann also angeordnet sein, dass sie durch eine gerade Verlängerung des Bestrahlungsträgers bzw. der Expositionsoberfläche in radialer Richtung geschnitten wird.If the collecting trough is open towards the edge of the radiation carrier, an opening surface of the collecting trough, with which the collecting trough is open towards the edge of the radiation carrier, can be at a non-vanishing angle to a radially running tangent at the edge of the exposure surface. Liquid that flows off the irradiation surface radially can be thrown into this opening surface and thus into the collection channel. The opening surface of the collecting channel can thus be arranged such that it is intersected in the radial direction by a straight extension of the irradiation carrier or the exposure surface.
Vorteilhafterweise weist die Sammelrinne eine Prallwand auf, die durch eine gerade Verlängerung des Bestrahlungsträgers bzw. der Expositionsoberfläche oder der Oberfläche, auf die die Flüssigkeit geleitet wird, in radialer Richtung geschnitten wird. Flüssigkeit, die von der Bestrahlungsfläche in radialer Richtung abfließt, wird dann durch die Prallwand aufgefangen werden und in einen Vertiefungsbereich der Sammelrinne laufen. Hierzu kann die Sammelrinne den Vertiefungsbereich aufweisen, der in radialer Richtung nach außen durch die Prallwand begrenzt werden kann und eine nach unten konkave Rinne bildet, die die Flüssigkeit aufnehmen kann.Advantageously, the collecting trough has a baffle which is intersected in the radial direction by a straight extension of the radiation carrier or the exposure surface or the surface onto which the liquid is directed. Liquid draining from the irradiation surface in the radial direction will then be caught by the baffle and run into a recessed area of the collection trough. For this purpose, the collecting channel can have the depression region, which can be delimited outwards in the radial direction by the baffle and forms a concave channel that can receive the liquid.
Vorteilhafterweise kann der Bestrahlungsträger und/oder jene Oberfläche des Bestrahlungsträgers, auf welche die Flüssigkeit leitbar ist, und/oder die Expositionsoberfläche konvex, konkav oder eben sein. Welche der Formen bevorzugt ist, hängt davon ab, wie die Dickenverteilung des Flüssigkeitsfilmes gewünscht ist und für die Viskosität der Flüssigkeit geeignet ist. Vorzugsweise hat die entsprechende Oberfläche eine streng monotone Krümmung oder im ebenen Fall überall die Krümmung Null. Die entsprechende Oberfläche kann vorteilhafterweise kreisförmig sein. Vorzugsweise durchtritt die Drehachse des drehbaren Bestrahlungsträgers die entsprechende Fläche in ihrem Mittelpunkt. Vorzugsweise steht die Drehachse auf der entsprechenden Oberfläche im Durchtrittspunkt senkrecht.Advantageously, the radiation carrier and/or that surface of the radiation carrier to which the liquid can be directed and/or the exposure surface can be convex, concave or flat. Which of the forms is preferred depends on how the thickness distribution of the liquid film is desired and is suitable for the viscosity of the liquid. Preferably, the corresponding surface has a strictly monotonic curvature or, in the planar case, curvature zero everywhere. The corresponding surface can advantageously be circular. The axis of rotation of the rotatable radiation carrier preferably passes through the corresponding surface at its center. The axis of rotation is preferably perpendicular to the corresponding surface at the point of passage.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeit unter Verwendung einer Vorrichtung, wie die oben beschrieben wurde. Es wird dabei eine Flüssigkeit an einem Zuleitungsbereich auf den Bestrahlungsträger geleitet. Der Zuleitungsbereich ist dabei jener Bereich, in welchen durch die Zuleitung die Flüssigkeit auf den Bestrahlungsträger geleitet wird. Der Zuleitungsbereich kann vorzugsweise fest sein, sich also nicht mit dem Bestrahlungsträger mitdrehen. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen denkbar, in denen der Zuleitungsbereich sich mit dem Bestrahlungsträger mitdreht.The invention also relates to a method for treating liquid using an apparatus as described above. In this case, a liquid is directed onto the radiation carrier at a supply line area. In this case, the feed line area is that area into which the liquid is fed through the feed line onto the radiation carrier. The feed line area can preferably be fixed, ie it cannot rotate with the radiation carrier. However, configurations are also conceivable in which the supply line area rotates with the radiation carrier.
Die Flüssigkeit wird auf dem Bestrahlungsträger zumindest bereichsweise mit Elektronen bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt dabei durch die Elektronenbestrahlungsvorrichtung.The liquid is at least partially irradiated with electrons on the irradiation carrier. The irradiation is carried out by the electron irradiation device.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dann zumindest ein Strom aus zumindest einer der zumindest einen Elektroden gemessen und aus dem gemessenen Strom auf eine Eigenschaft der Flüssigkeit geschlossen. Insbesondere kann aus dem gemessenen Strom auf die in die Flüssigkeit eingestrahlte Dosis geschlossen werden. Es kann zum Beispiel zumindest ein Spannungsabfall, den ein Strom aus zumindest einer der zumindest einen Elektroden durch die Ableitung über einen Ableitwiderstand gegen Masse erzeugt, gemessen und aus dem aus dem gemessenen Spannungsabfall berechneten Strom auf eine Eigenschaft der Flüssigkeit geschlossen werden. Es kann aus dem berechneten Strom auf die in die Flüssigkeit eingestrahlte Dosis geschlossen werden.In the method according to the invention, at least one current is then measured from at least one of the at least one electrode and a property of the liquid is inferred from the measured current. In particular, the dose radiated into the liquid can be inferred from the measured current. For example, at least one voltage drop generated by a current from at least one of the at least one electrodes through the derivation via a bleeder resistor to ground can be measured and a property of the liquid can be inferred from the current calculated from the measured voltage drop. The dose radiated into the liquid can be deduced from the calculated current.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich der Bestrahlungsträger so drehen, so dass sich ein Volumenelement der Flüssigkeit von dem Punkt, an dem die Flüssigkeit auf den Bestrahlungsträger geleitet wird, zu einem äußeren Rand des Bestrahlungsträgers bzw. der Expositionsoberfläche bewegt, während der Bestrahlungsträger sich um weniger als 360 Grad dreht. Das Volumenelement erreicht also den Rand bevor sich der Bestrahlungsträger einmal vollständig um die Drehachse gedreht hat.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the irradiation carrier can rotate in such a way that a volume element of the liquid moves from the point at which the liquid is directed onto the exposure support moves to an outer edge of the exposure support or the exposure surface while the exposure support rotates less than 360 degrees. The volume element thus reaches the edge before the radiation carrier has rotated completely around the axis of rotation.
In einer alternativen Verfahrensführung kann die Drehgeschwindigkeit des Bestrahlungsträgers so gewählt werden, dass sich ein gegebenes Volumenelement der Flüssigkeit genau innerhalb einer vollen Umdrehung um 360 Grad bis zum Rand des Bestrahlungsträgers bzw. der Expositionsoberfläche begibt.In an alternative method, the rotational speed of the radiation carrier can be selected such that a given volume element of the liquid moves exactly within a full 360 degree revolution to the edge of the radiation carrier or the exposure surface.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung kann die Drehgeschwindigkeit des Bestrahlungsträgers so gewählt werden, dass sich jedes Volumenelement innerhalb von mehr als einer vollen Umdrehung des Bestrahlungsträgers vom Zuleitungsbereich bis zum Rand bewegt.In a further optional embodiment, the rotational speed of the radiation carrier can be selected in such a way that each volume element moves within more than one full rotation of the radiation carrier from the feed area to the edge.
Der Bestrahlungsbereich, also jener Bereich, der durch die Elektronenbestrahlungsvorrichtung mit Elektronen bestrahlbar ist oder bestrahlt wird, kann optional die gesamte Expositionsoberfläche beinhalten. Alternativ kann der Bestrahlungsbereich deckungsgleich mit der Expositionsoberfläche sein. In einer weiteren Alternative kann der Bestrahlungsbereich ein Teilbereich der Expositionsoberfläche sein, der nicht die gesamte Expositionsoberfläche ist.The irradiation area, ie that area which can be irradiated with electrons or is irradiated by the electron irradiation device, can optionally include the entire exposure surface. Alternatively, the irradiation area can be congruent with the exposure surface. In a further alternative, the irradiation area can be a portion of the exposure surface that is not the entire exposure surface.
Um eine homogene Verteilung der Dosis zu erreichen, ist es, wenn die Drehgeschwindigkeit so gewählt wird, dass sich jedes Volumenelement wie oben beschrieben in weniger als einer ganzen Umdrehung oder genau einer ganzen Umdrehung vom Zuleitungsbereich zum Rand begibt, vorteilhaft wenn der Bestrahlungsbereich die Expositionsoberfläche vollständig enthält oder mit ihr deckungsgleich ist.In order to achieve a homogeneous distribution of the dose, it is advantageous if the rotational speed is chosen so that each volume element, as described above, moves from the feed area to the edge in less than one full revolution or exactly one full revolution, if the irradiation area completely covers the exposure surface contains or is congruent with it.
Überdeckt der Bestrahlungsbereich nur einen Teil der Expositionsoberfläche, nicht die ganze Expositionsoberfläche, so ist es vorteilhaft, wenn sich jedes Volumenelement der Flüssigkeit innerhalb von mehr als einer Umdrehung vom Zuleitungsbereich bis zum Rand der Expositionsoberfläche bewegt, sodass jedes Volumenelement den Bestrahlungsbereich zumindest einmal durchlaufen hat.If the irradiation area covers only part of the exposure surface, not the entire exposure surface, it is advantageous if each volume element of the liquid moves within more than one revolution from the supply area to the edge of the exposure surface, so that each volume element has passed through the irradiation area at least once.
Jene Eigenschaften, auf die aus dem gemessenen oder berechneten Strom geschlossen werden können, sind beispielsweise eine Bestrahlungsdosis (z.B. durch die Bestrahlung mit Elektronen je Volumenelement an die Flüssigkeit mit einer Dichte ρ übertragene Energie), eine Energieabgabe an die Flüssigkeit, ein Fortschritt der Behandlung der Flüssigkeit, eine Schichtdicke, und/oder Schichtdickenverteilung der Flüssigkeit.Those properties that can be inferred from the measured or calculated current are, for example, an irradiation dose (e.g. energy transferred to the liquid with a density ρ by irradiation with electrons per volume element), an energy release to the liquid, a progress in the treatment of the Liquid, a layer thickness, and/or layer thickness distribution of the liquid.
Eine Energie der Elektronen, die auf den Bestrahlungsträger geleitet werden, ist vorzugsweise kleiner oder gleich 600 keV, vorzugsweise kleiner oder gleich 500 keV, vorzugsweise kleiner oder gleich 300 keV, und/oder größer oder gleich 80 keV, vorzugsweise größer oder gleich 150 keV.An energy of the electrons directed onto the radiation carrier is preferably less than or equal to 600 keV, preferably less than or equal to 500 keV, preferably less than or equal to 300 keV, and/or greater than or equal to 80 keV, preferably greater than or equal to 150 keV.
Die erfindungsgemäße Behandlung kann zum Beispiel eine Desinfektion der Flüssigkeit oder eine Inaktivierung von Bestandteilen der Flüssigkeit (z.B. Viren) sein. Für diese Behandlungsbeispiele kommt es auf die eingebrachte Energiedosis an (z.B. gemessen in kGy = kJ/kg). Diese kann in erster Näherung bestimmt werden durch die Anzahl der Elektronen, die ihre kinetische Energie im Volumenelement der Flüssigkeit abgegeben haben. Mit der Kenntnis der Anzahl der Elektronen, die pro Zeiteinheit in das Volumenelement eingedrungen sind und der Detektion der Anzahl der Elektronen, die das Volumenelement auf der gegenüberliegenden Seite wieder verlassen haben, kann bei Kenntnis der Elektronenenergie und der Dichten und Dicken aller auf dem Elektronenweg befindlichen Materialien, sowie der Aufenthaltszeit des Volumenelements in der Bestrahlungszone z.B. die vom Volumenelement absorbierte Energiedosis abgeschätzt werden.The treatment according to the invention can be, for example, disinfection of the liquid or inactivation of components of the liquid (e.g. viruses). For these treatment examples, the applied energy dose is important (e.g. measured in kGy = kJ/kg). In a first approximation, this can be determined by the number of electrons that have given up their kinetic energy in the volume element of the liquid. With the knowledge of the number of electrons that have entered the volume element per unit of time and the detection of the number of electrons that have left the volume element on the opposite side, it is possible with knowledge of the electron energy and the densities and thicknesses of all those on the electron path Materials, as well as the residence time of the volume element in the irradiation zone, e.g. the energy dose absorbed by the volume element can be estimated.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale sind auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisierbar und zwischen den Beispielen kombinierbar.In the following, the invention is to be explained by way of example with reference to a number of figures. The same reference symbols designate the same or corresponding features. The features described in the examples can also be implemented independently of the specific example and can be combined between the examples.
Es zeigt
-
1 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit, -
2 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeit, -
3 zeigt eine einfache Messbeschaltung einer Elektrode, -
4 einen Verlauf einer relativen Dosis in Abhängigkeit von der Eindringtiefe von Elektronen einerEnergie von 150 keV in eine beispielhafte Materialanordnung ohne Flüssigkeitsfilm, -
5 einen Verlauf einer relativen Dosis in Abhängigkeit von der Eindringtiefe von Elektronen einerEnergie von 200 keV ineine zu 4 identische Materialanordnung ohne Flüssigkeitsfilm, -
6 einen Verlauf einer relativen Dosis in Abhängigkeit von der Eindringtiefe von Elektronen einerEnergie von 150 keV ineine zu 4 identische Materialanordnung mit zusätzlichem Flüssigkeitsfilm, -
7 eine schematische Aufsicht auf eine Expositionsoberfläche mit konzentrisch ringförmigen Elektroden, -
8 eine schematische Darstellung eines Spannungssignals, hervorgerufen durch einen Stromfluss aus einer der Elektroden in7 über einen Ableitwiderstand gegen Masse, -
9 ein Beispiel einer Kalibrierungskurve, -
10 Veränderung des Spannungssignals, hervorgerufen durch einen Stromfluss aus zwei verschiedenen der in7 gezeigten Elektroden bei halbiertem Strom der Elektronenbestrahlung, -
11a und11b Veränderung des Flächeninhalts unter einer Tiefendosiskurve im Bereich einer der Elektroden mit und ohne Flüssigkeitsschicht bei gleicher Elektronenenergie, -
12 einen Schnitt durch einen Bestrahlungsträger mit auf dem Bestrahlungsträger angeordnetem Dosimeterfolienstapel, -
13 eine Aufsicht auf eine Expositionsoberfläche mit über einer der Elektroden angeordneten Dosimeterfolien, -
14 Zeitverlauf der Signale der äußeren der in7 gezeigten Elektroden, -
15 Zeitverlauf der Signale von im gleichen Winkelbereich angeordneten Elektroden in7 , -
16 ein Beispiel eines Bestrahlungsträgers mit konvexer Expositionsoberfläche und einem Sammelsystem für Flüssigkeit, -
17 ein Beispiel einer ebenen Expositionsoberfläche mit einem alternativen Sammelsystem und -
18 eine Aufsicht auf eine Expositionsoberfläche mit exzentrisch angeordnetem Zuleitungsbereich sowie einem Sammelsystem mit Abziehlippen.
-
1 a schematic representation of an example of a device according to the invention for the treatment of liquid, -
2 a further example of a device according to the invention for the treatment of liquid, -
3 shows a simple measuring circuit of an electrode, -
4 a course of a relative dose as a function of the penetration depth of electrons with an energy of 150 keV in an exemplary material arrangement without a liquid film, -
5 a course of a relative dose as a function of the penetration depth of electrons with an energy of 200 keV in a4 identical material arrangement without liquid film, -
6 a course of a relative dose as a function of the penetration depth of electrons with an energy of 150 keV in a4 identical material arrangement with additional liquid film, -
7 a schematic plan view of an exposure surface with concentric ring-shaped electrodes, -
8th a schematic representation of a voltage signal caused by a current flow from one of the electrodes in7 via a bleeder resistor to ground, -
9 an example of a calibration curve, -
10 Change in the voltage signal caused by a current flow from two different ones of the in7 electrodes shown with half the current of electron irradiation, -
11a and11b change in the surface area under a depth dose curve in the area of one of the electrodes with and without a liquid layer at the same electron energy, -
12 a section through a radiation carrier with a stack of dosimeter foils arranged on the radiation carrier, -
13 a plan view of an exposure surface with dosimeter foils placed over one of the electrodes, -
14 Time course of the signals of the outer of the in7 shown electrodes, -
15 Time course of the signals from electrodes arranged in the same angular range in7 , -
16 an example of a radiation carrier with a convex exposure surface and a liquid collection system, -
17 an example of a flat exposure surface with an alternative collection system and -
18 a top view of an exposure surface with an eccentrically arranged supply area and a collection system with pull-off lips.
Im in
Im in
Anders als im in
Im in
Die Vorrichtung weist darüber hinaus fünf Bürstenkontakte 13a, 13b, 13c, 13d, 13e auf, die jeweils eine der Abgriffselektroden 12a bis 12e berühren.The device also has five
Im in
Mit der Kenntnis des genauen Widerstandswerts kann der Strom berechnet werden mit
Eine direkte Strommessung ist alternativ auch möglich, jedoch störanfälliger.A direct current measurement is also possible as an alternative, but is more susceptible to interference.
Alternativ zu störungsanfälligen Schleifkontakten für die Stromversorgung der Messeinrichtung und Signalübertragung gibt es folgende Alternativen
- i. Stromversorgung für die Messeinrichtung mit Batterie oder Akku direkt am Ort der Messeinrichtung
- ii. Messsignalweiterleitung über eine optische Sender-Empfänger-Kombination (z.B. Infrarot)
- i. Power supply for the measuring device with battery or rechargeable battery directly at the location of the measuring device
- ii. Measurement signal forwarding via an optical transmitter-receiver combination (e.g. infrared)
Ist, wie in
- - Strom des Elektronenemitters
- - Größe der bestrahlten Elektrodenfläche
- -
Anfangsenergie der Elektronen 6 - - Dicke der Luftschicht zwischen Elektronenaustrittsfenster der Elektronenbestrahlungseinrichtung und isolierender Schicht 7
- - Dicke und Dichte der isolierenden Schicht 7
- - wenn vorhanden, Dicke und Dichte der Flüssigkeitsschicht 4
- - Current of the electron emitter
- - Size of the irradiated electrode area
- - initial energy of the
electrons 6 - - Thickness of the air layer between the electron exit window of the electron irradiation device and the insulating
layer 7 - - Thickness and density of the insulating
layer 7 - - if present, thickness and density of the
liquid layer 4
Beschleunigte Elektronen 6 können in Materie eindringen, wobei die maximal mögliche Eindringtiefe von ihrer Energie und der Dichte der Materie abhängt. Durch die dabei erfolgende Wechselwirkung mit der Materie werden die Elektronen 6 abgebremst und geben Energie ab. Die übertragene Energie wird als Dosis bezeichnet (kGy = kJ/kg) und bezieht sich auf die Masse der bestrahlten Materie. Die
Die Tiefendosisverteilung (Dissertation Olaf Röder, Entwicklung eines Elektronenbandstrahlers für die Polymerisation dünner Kunststoffschichten, Ottovon-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät Maschinenbau, 1998) kann man für den Energiebereich der Elektronen 10 keV ≤ e*UB ≤ 1 MeV näherungsweise beschreiben mit
- S
- maximale Reichweite der Elektronen
- UB
- Beschleunigungsspannung
- ρ
- Dichte der zu durchdringenden Medien (für eine normierte Darstellung wird einheitlich von Wasser ausgegangen)
- e
- Elementarladung
- z
- Eindringtiefe
- D(z)
- Energiedosis am Ort der Eindringtiefe
- Dmax
- Maximalwert der Energiedosis
- S
- maximum range of the electrons
- UB
- acceleration voltage
- ρ
- Density of the media to be penetrated (water is assumed for a standardized representation)
- e
- elemental charge
- e.g
- penetration depth
- D(z)
- absorbed dose at the location of the penetration depth
- Dmax
- Maximum absorbed dose
Für die vorliegende Konfiguration bedeutet es aber auch, dass die Anzahl an Elektronen 6, die die Elektrode 8 pro Zeiteinheit erreichen, für eine gegebene Anordnung nur von der Anzahl, Dichte und Dicke der zu durchdringenden Schichten, der Elektronenenergie und dem Elektronenstrom aus dem Elektronenbeschleuniger abhängt.For the present configuration, however, it also means that the number of
In
In den
Auf der horizontalen Achse ist die Eindringtiefe in g/m2 aufgetragen. Eine Flächenmasse von 1 g/m2 bedeutet bei einer Dichte von Wasser (1 g/cm3) eine Schichtdicke und Eindringtiefe von 1 µm.The penetration depth in g/m 2 is plotted on the horizontal axis. A mass per unit area of 1 g/m 2 at a density of water (1 g/cm 3 ) means a layer thickness and penetration depth of 1 μm.
Die Kurve gibt den Wert der relativen Dosis bei der entsprechenden Eindringtiefe an. Es ist zu erkennen, dass trotz des Vorhandenseins einer isolierenden Schicht 7, hier der Paryleneschicht und trotz Vorhandenseins des Austrittsfensters des Elektronenbeschleunigers und des Luftspalts ein großer Anteil der Elektronen in die Elektrode eintritt. Der in die Elektrode eintretende Elektronenstrom ist umso größer, je höher die Energie der Elektronen 6 ist, wie der Vergleich der
Im in
Jeweils drei der Elektrodenoberflächen 8aa, 8ab, 8ac sowie 8ba, 8bb, 8bc sowie 8ca, 8cb, 8cc haben unterschiedliche Radien und erstrecken sich in Umfangsrichtung um die Drehachse jeweils über den gleichen Winkelbereich. Each three of the electrode surfaces 8aa, 8ab, 8ac and 8ba, 8bb, 8bc and 8ca, 8cb, 8cc have different radii and each extend in the circumferential direction around the axis of rotation over the same angular range.
Außerdem haben jeweils drei der Elektrodenoberflächen 8aa, 8ba, 8ca sowie 8ab, 8bb, 8cb sowie 8ac, 8bc, 8cc jeweils den gleichen Radius. Jene Elektroden im gleichen Winkelbereich haben im in
Im in
Die in
Die Höhe dieses Signals (ohne Flüssigkeitsfilm 4) zeigt eine (idealisiert) lineare Abhängigkeit vom Strahlstrom der Elektronenquelle der Elektronenbestrahlungsvorrichtung, so die Anzahl der Elektronen pro Zeit, und ist abhängig von der gleichzeitig bestrahlten Elektrodenfläche und der Gleichmäßigkeit der Elektronenstromdichte innerhalb der Bestrahlungsfläche. Deshalb sind bei gleichem Strahlstrom die Signale der innersten Elektroden 8ac, 8bc, 8cc immer kleiner als die Signale der äußeren Elektroden 8aa, 8ba, 8ca, 8ab, 8bb, 8cb, wenn die gleichzeitig bestrahlbare Elektrodenfläche der Elektroden 8ac, 8bc, 8cc immer kleiner ist als der Elektroden 8aa, 8ba, 8ca, 8ab, 8bb, 8cb. In der Realität kann die Abhängigkeit etwas vom linearen Verhalten abweichen, da Elektronenquellen bei unterschiedlichen Strahlströmen unterschiedliche interne Verlustströme aufweisen können und sich auch die Verteilung der Elektronenstromdichte im Bestrahlungsbereich 18 inhomogen sein kann. Die genaue Abhängigkeit lässt sich jedoch durch Kalibrierungsmessungen bei unterschiedlichen Strahlströmen ermitteln. Hierzu zeigt
Das Signal der flüssigkeitsbedeckten Elektroden gibt nach der o.g. Kalibration einen Bezug zur Dicke des Flüssigkeitsfilms. Mit Flüssigkeitsbedeckung verringert sich das Signal der Elektrode im Verhältnis der Flächeninhalte unter der berechneten Dosiskurve mit und ohne Flüssigkeitsbedeckung. Mit den gemessenen Signalhöhen lässt sich das Integral unter der Tiefendosiskurve anfitten, um die Lage der Elektrodenoberfläche im Tiefendosisdiagramm zu ermitteln. Diese Abschätzung ergibt dann eine zusätzliche Flächenmasse zwischen Elektronenstrahler und Elektrode, aus der bei bekannter Dichte der Flüssigkeit eine Schichtdicke errechnet werden kann. Da die Tiefendosiskurve einen theoretischen Verlauf darstellt, ist auch hier eine Kalibrierung der Elektrodensignale bei bekannter Schichtdicke (z.B. Messung durch Laserinterferenz) empfehlenswert, wenn die Ermittlung des genauen Wertes der Schichtdicke gewünscht ist. Für eine Prozessüberwachung ist das meist nicht erforderlich, da nur Schichtdickenschwankungen detektiert werden sollen, ohne den genauen Absolutwert zu kennen.After the above calibration, the signal from the liquid-covered electrodes provides a reference to the thickness of the liquid film. With liquid coverage, the signal from the electrode decreases in relation to the areas under the calculated dose curve with and without liquid coverage. The integral under the depth dose curve can be fitted with the measured signal heights in order to determine the position of the electrode surface in the depth dose diagram. This estimate then results in an additional mass per unit area between the electron gun and the electrode, from which a layer thickness can be calculated if the density of the liquid is known. Since the depth dose curve represents a theoretical progression, calibration of the electrode signals with a known layer thickness (e.g. measurement by laser interference) is also recommended here if the exact value of the layer thickness is to be determined. This is usually not necessary for process monitoring, as only layer thickness fluctuations are to be detected without knowing the exact absolute value.
Dies ist in
Hierzu zeigt
Während der Bestrahlung kann das Elektrodensignal bei der gewählten zusätzlichen Flächenmasse (Dichte der Dosimeterfolie 20, Dicke je Folie 20 im Beispiel RIS∅ B3 18 µm) bestimmt werden. Mit mehreren unterschiedlich dicken Stacks 20, z.B. mit verschiedenen Anordnungen nacheinander oder auch auf den Elektroden 8aa und 8ca kann eine Kalibrierkurve für die jeweilige Elektrodengeometrie und -lage erstellt werden. Es kann auch die gesamte Bestrahlungsfläche 2 und damit alle Elektroden gleichzeitig abgedeckt werden. Die RIS∅-Auswerteeinheit gestattet eine ortsaufgelöste Dosimetrie der Dosimeterfolien 20 und damit auch eine Auswertung an den jeweiligen Orten der Elektroden. Nach der Bestrahlung kann die applizierte Dosis Dµ (nach einer internationalen Konvention erfolgt die Dosimeterkalibration, vorteilhaft für Elektronenenergien < 300 keV, so, dass die Angabe der Dosis für den obersten Mikrometer der Folie gilt) für jede einzelne Dosimeterfolie 20 für die gewählte Anzahl von Bestrahlungsdurchläufen mit einem geeigneten kalibrierten Messsystem ermittelt werden. Damit kann eine Kalibrierkurve für die Tiefendosisverteilung je Bestrahlungsdurchlauf mit Messpunktabständen von z.B. 18 µm im Bereich der zu behandelnden Flüssigkeit erstellt und mit der theoretisch berechneten Kurve verglichen werden.During the irradiation, the electrode signal can be determined with the selected additional basis weight (density of the
Im in
Das Sammelsystem weist hier einen Querschnitt in einer Ebene auf, in der die Drehachse verläuft, in dem die Sammelrinne 21 eine U-Form hat, an dessen radial inneren Ende sich ein vom Schenkel des U ausgehend in Richtung der Bestrahlungsfläche nach oben geneigter Kragen anschließt, dessen radial innerer Rand näher an der Drehachse liegt, als der Rand der Expositionsoberfläche. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, die vom Rand der Expositionsoberfläche 2 senkrecht nach unten tropft, von dem Kragen aufgefangen und fließt durch Gravitationswirkung in die Rinne 21. Der radial äußere Rand der U-Form der Sammelrinne 21 ist gegenüber dem inneren Schenkel verlängert und erstreckt sich auf eine Höhe, die in Richtung parallel zur Drehachse über der Expositionsoberfläche 2 liegt. Der verlängerte Rand bildet hier die Prallwand 23. Auf diese Weise würden auch Flüssigkeitstropfen, die auf Höhe der Expositionsoberfläche 2 auf die Prallwand 23 treffen, von dieser aufgefangen. An die Prallwand 23 schließt sich am an der Sammelrinne 21 gegenüberliegenden Ende nach oben eine ringförmige Fläche an, die hier horizontal liegt, also parallel zur Ebene, in der sich die Expositionsoberfläche erstreckt. Diese ringförmige Fläche kann sich radial nach innen bis zum äußeren Rand der Expositionsoberfläche 2 erstrecken und verhindert so, dass Flüssigkeit am Rand der Expositionsoberfläche 2 nach oben spritzen kann. Von der Sammelrinne 21 aufgenommene Flüssigkeit kann wieder durch einen Abfluss 22 abgeleitet werden.The collection system here has a cross-section in a plane in which the axis of rotation runs, in which the
Die in den
Befindet sich die Drehzahl in einem Bereich, in dem die Fliehkräfte für eine radiale Bewegungskomponente des Flüssigkeitsfilms sorgen, die Flüssigkeit durch Tropfenbildung am Rand aber im Wesentlichen durch die Schwerkraft nach unten tropft, so kann die in
Ist die Drehzahl so groß, dass die Flüssigkeit am Rand tangential als Tropfen oder Film abreißt, so ist die in
Sowohl in
Im in
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2021
- 2021-11-24 DE DE102021130776.7A patent/DE102021130776B4/en active Active
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