DE1645520A1

DE1645520A1 - Tools for irradiating materials

Info

Publication number: DE1645520A1
Application number: DE19671645520
Authority: DE
Inventors: Norman John Roy
Original assignee: TI Group Services Ltd
Current assignee: TI Group Services Ltd
Priority date: 1966-06-18
Filing date: 1967-06-19
Publication date: 1971-02-04
Also published as: BE699967A; SE329215B; FI50301B; LU53893A1; NL6708511A; AT292643B; GB1193822A; FI50301C; FR1534077A; CH500005A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren und Gerät zur kontinuierlichen Behandlung gewisser organischer Stoffe zui' Erzielung vorteilhafter Veränderungen in diesen durch Elektronenbestrahlung.The invention relates to a novel method and device for the continuous treatment of certain organic Substances toi 'achieve beneficial changes in these through Electron irradiation.

Viele organische Stoffe und organische Stoffgemisehe (einschließlich der Gemische mit anorganischen Substanzen), von denen man weiß, daß sie durch Bestrahlung in vorteilhafter Weise verändert werden können, zeigen insgesamt eine Dosisleistungswirkung solcherart, daß die Eigenschaften des "bestrahlten Materials nicht nur von der zugeführten Gesamtstrahlungsdosis (gemessen in Iviegarad) bestimmt werden, sondern auch von deren Zuführintensität. Diese Erscheinung ist unter Benutzung von Bestrahlungsquellen für eine im wesentlichen stetige und gleichmäßige Bestrahlung, beispielsweise mit Gammastrahlen und Elektronenstrahlbündeln niedererMany organic substances and organic substances (including mixtures with inorganic substances), of who are known to benefit from irradiation can be changed, show an overall dose rate effect in such a way that the properties of the "irradiated material are not only dependent on the total radiation dose supplied (measured in Iviegarad), but also by their feeding intensity. This phenomenon is due to the use of radiation sources for an essentially steady and uniform irradiation, for example with gamma rays and electron beams lower

009886/207S Intensität009886 / 207S intensity

Intensität, eingehend untersucht worden, und ej konnte .-^..it-t v/^j·- den, daß die für "klassische" Syst&ne mit einfachem einöle, ularen Lettenabbruch sur erzielung einer bestimmten He eic ti ons ε tu i'e erforderliche Dosis der Quadratwurzel der stetigen Dosislei sti:i.i proportional ist.Intensity, thoroughly investigated, and ej could .- ^ .. it-t v / ^ j · - den that the "classical" systems with simple oil, ular Lettenabbruch sur achievement of a certain he eic ti ons ε tu i ' e required dose is proportional to the square root of the continuous dose range sti: ii.

Diese allgemeine Erscheinung zeigt sich bei den jj-ti ston der auf der Anwesenheit von freien Radikalen beruhenden Polymerisationsvorgänge von üonomeren einschließlich derer, die i- Anwesenheit von Polymeren stattfinden und ^u Pfropfpolymerisationen führen. Insbesondere v,lrd sie in Systemen von Mischungen ungesättigter Polymere (beispielsweise ungesättigter Polyester) mit ungesättigten Monomeren (beispielsweise Styrol) beobachtet. Stoffsysteme dieser Art können in Form von Flüssigkeitsfilmen auf Pertigerzeugnisse aufgebracht und dann durch Elektronenbestrahlung in situ polymerisiert werden, wobei man harte und dauerhafte Beschichtungen erhält, und das "Be3trahlungshärtungs"-Verfahren weist gegenüber den üblichen thermischen Aushärtungsverfahren vielerlei Vorteile auf, und zwar insbesondere bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten mit geradlinigem Material vorschub. Allerdings müssen die üblichen Elektronenstrahlquellen bei hohen Geschwindigkeiten des linearen Materialvorschubs mit sehr hohen Dosisleistungen arbeiten, so daß die für dosisleistungsabhängige Systeme erforderliche Dosis unwirtschaftlich oder aber so hoch sein kann, daß es hierbei zu einer unstatthaften Wärmeentwicklung kommt.This general phenomenon is seen in the jj-ti ston the polymerization processes of monomers based on the presence of free radicals, including those in the presence of i of polymers take place and ^ u lead to graft polymerizations. In particular, they are used in systems of mixtures of unsaturated Polymers (e.g. unsaturated polyester) with unsaturated Monomers (e.g. styrene) observed. Material systems of this type can be applied to finished products in the form of liquid films applied and then polymerized in situ by electron irradiation hard and durable coatings are obtained, and the "radiation curing" process has opposite to the usual thermal curing process has many advantages, especially at high processing speeds straight material feed. However, the usual electron beam sources work at high speeds of the linear material feed with very high dose rates, so that the dose required for dose rate-dependent systems is uneconomical or it can be so high that it leads to inadmissible heat development.

Indessen zeigen viele Stoffsysteme und Materialien, die zwar keineswegs in echter oder klassischer Weise dosisleistungsabhängig sind, aus einer Vielzahl von Gründen insgesamt doch eineHowever, many fabric systems and materials show that by no means in a real or classic way dependent on the dose rate are, overall, one for a variety of reasons

Do s performance effect

009886/2076009886/2076

DosifileistungBwirkung. Es interessieren hier lediglich diejenigen, für die eine Verringerung der Dosisleistung erwünscht ist, und in den eisten Fällen dieser Art ist die Ursache der insgesamt doch .-.e: ebener. Dosisleistungeabhängigkeit in der Wärmeentwicklung zu suchen, die durch die Absorption der Energie der Elektronen bewirkt wird (in nanchen Fällen auch im Verein mit der Reaktionswärme der i d&r bestrahlung initiierten Umsetaung).Dosi performance effect. Only those of interest are for whom a reduction in the dose rate is desired, and in In most cases of this kind the cause is altogether nevertheless .-. e: flat. Dose rate dependency in the heat development looking for that caused by the absorption of the energy of the electrons (in some cases also in combination with the heat of reaction of the i d & r irradiation initiated conversion).

Diυ erzeugte Warne ist der absorbierten Strahlungsdosis direkt proportional, doch ist die Temperatur, bis zu der das Material trndrmt v.ird, auch abhängig von der Geschwindigkeit der Wärmeabführung und hängt somit auch von der Dosisleistung oder von der üesaaitdauer des Bestrahlunijsvorgangs ab. Da aber die Temperatur (oder den Produkt aus Wärmeinhalt und Zeitdauer; für die Reaktionen oder Verfahrensvorgänge bestimmend ist, weisen derartige Systeme eine eindeutige Doeisleistungsabhängigkeit auf. Die Abhängigkeit zeigt sich für gewöhnlich in der Form, daß der anwendbaren stetigen Dosisleistung effektiv eine Grenze gesetzt ist, nicht aber in der einer verhältnismäßig kontinuierlichen Beziehung zwischen Strahlungsdosis und Dosisleistung. The generated warnings are the absorbed radiation dose directly proportional, yet is the temperature up to which the material trndrmt v. is also dependent on the speed of heat dissipation and thus also depends on the dose rate or on the The duration of the irradiation process. But there the temperature (or the product of heat content and time; for the reactions or process processes are determinative, systems of this type have a clear dependency on performance. The dependence usually appears in the form of the applicable continuous Dose rate is effectively set a limit, but not in the a relatively continuous relationship between radiation dose and dose rate.

Es läßt sich also feststellen, daß es erwünscht ist, die Bestrahlung innerhalb eines Bereichs von beträchtlicher Erstreckung in der Materialvorschubrichtung vorzunehmen. Die Erzeugung eines Elektronenstrahlbündels, das eine Fläche von nennenswerter Größe erfassen kann (nämlich eine solche von Breite mal Länge des zu behandelnden Materials), die immerhin etliche Quadratfuß betragen mag, ist mit erheblichen Schwierigkeiten hinsichtlich der Elektronenoptik und der Schaffung eines'geeigneten Austrittsfensters für dieSo it can be stated that it is desirable that the Irradiate within a range of substantial extent in the direction of material advance. The creation of a Electron beam covering an area of appreciable size can capture (namely one that is the width times the length of the material to be treated), which are several square feet like, is with considerable difficulties with regard to the electron optics and the creation of a suitable exit window for the

Electrons

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ORSÜiMÄlORSÜiMÄl

Elektronen verbunden. Insbesondere würden die hierzu erforderlichen großen Austrittsfenster, die bei niedrigeren Spannungen (das heißt bei Spannungen unter 300 Kilovolt) dünn genug sein müßten, um in wirksamer Weise den Elektronenaustritt zu gestatten, sehr leicht beschädigbar sein und vriirden daher eine hohe Pumpleistungskapazität bedingen, um der Auswirkung von Undichtigkeiten vorzubeugen.Electrons connected. In particular, the necessary large exit window, which at lower voltages (i.e. at voltages below 300 kilovolts) would have to be thin enough to allow the electrons to escape effectively, very light can be damaged and therefore result in a high pumping capacity to prevent the effects of leaks.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Verfahren zu einem in rationeller Weise erfolgenden Bestrahlen von Laterialien mit Elektronen verhältnismäßig niederer Energie und bei geringen Dosisleistungen zu schaffen.The object of the invention is to provide a novel method for irradiating materials in a rational manner with electrons relatively low energy and with low To create dose rates.

Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgabe, ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Gerät zu schaffen.Another object of the invention is to provide a this process to create a suitable device.

Es konnte nun beobachtet werden, daß die zum Herbeiführen einer erwünschten Eigenschaft (so beispielsweise eines bestimmten Polymerisations- oder Vernetzungsgrades) erforderliche Gesarat-Stralilungedosis für ein gegebenes chemisches System, das eine "Dosisleistungsabhängigkeit" zeigt, durch ein neues Bearbeitungsverfahren und/oder einen neuartigen Aufbau der Elektronenquelle bedeutend verringert werden kann. Wenngleich die Eauptvorteile, die sich aus einer Verringerung der Gesamt-Strahlungsdosis herleiten (geringerer Leistungsverbrauch und Kostenaufwand), wirtschaftlicher Art sind, so bietet dies auch andere Vorteile, was sich zum Beispiel darin äußert, daß die Abschirmung weniger Aufwand erfordert und daß die Sekundänräimeentwicklung in dem bestrahlten Material geringer ist.It has now been observed that the properties required to bring about a desired property (for example a certain Degree of polymerization or crosslinking) required Gesarat radiation dose for a given chemical system showing a "dose rate dependency" by a new processing technique and / or a novel structure of the electron source can be significantly reduced. Although the main advantages derived from a reduction in the total radiation dose (lower power consumption and cost), more economical Art are, this also offers other advantages, which is expressed, for example, in the fact that the shielding requires less effort and that the secondary development in the irradiated material is lower.

Im Eahmen der Erfindung ist vorgesehen, eine ELektronen-In the context of the invention it is provided that an electronic

bestrahlungseinrichtunffirradiation facility

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beStrahlungseinrichtung zu schaffen, die mit einer Anzahl von entlang der Bewegungsbahn des zu behandelnden Materials in einem Abstand voneinander angeordneten Elektronenstrahlbündeln arbeitet.
Die zum Herbeiführen von Veränderungen eines vorbestimmten TJmfangs in dem zu behandelnden Material aufzuwendende Strahlungsdosis hängt von der Anzahl der einzelnen Strahlenbündel, deren Breite (nämlich der Abmessung der einzelnen Strahlenbündel in der Bewegungsrichtung des zu behandelnden Materials) und ihrem durchschnittlichen Abstand voneinander ab, sowie ferner auch von der in gerader Richtung
gemessenen Vorschubgeschwindigkeit und von den Reaktionskennwerten des zu behandelnden Stoffsystems. Für eine auf der Anwesenheit von freien Radikalen beruhende Umsetzung mit einer Reaktionskinetik,
die annähernd der eines bimolekularen Kettenabbruchs entspricht,
kommt als Reaktionskennwert in erster Linie die Halbwertzeit der
Radikale in Betracht, obwohl diese Zeitspanne gleichfalls auch von der Bestrahlungsdosisleistung abhängig ist.to create irradiation device which operates with a number of electron beams arranged at a distance from one another along the path of movement of the material to be treated.
The radiation dose to be used to bring about changes of a predetermined range in the material to be treated depends on the number of individual beams, their width (namely the dimensions of the individual beams in the direction of movement of the material to be treated) and their average distance from one another, as well as furthermore from that in a straight line
measured feed rate and the reaction parameters of the material system to be treated. For a reaction based on the presence of free radicals with reaction kinetics,
which corresponds approximately to that of a bimolecular chain termination,
comes as a reaction parameter primarily the half-life of the
Radicals are considered, although this time period is also dependent on the radiation dose rate.

Eine solche Einrichtung kann aus einer (vorzugsweise mehr als vier betragenden) Anzahl einzelner Elektronenquellen bestehen, die entsprechend den weiter unten erläuterten Gesichtspunkten in
geeigneten Abständen voneinander angeordnet sind, wobei aber eine bevorzugte Ausführungsfonn der Einrichtung aus einer oder mehreren in besonderer Weise aufgebauten Bestrahlungsquellen besteht, von
denen jede vier oder mehr Elektronenstrahlbündel umfaßt, wobei für diese Strahlenbündel vorzugsweise jeweils eine gemeinsame Anordnung eines oder mehrerer der folgenden Bauteile vorgesehentstj des Anodenblechs, der Vakuumkammer und/oder der Evakuierungsvorrichtungen, der Hochspannungseinrichtungen, der Einrichtungen zur Speisung der Heizfäden und/oder der Vorspanngitter_y der Regelvorrichtungen, derSuch a device can consist of a number (preferably more than four) of individual electron sources, which in accordance with the aspects explained below in
are arranged at suitable distances from one another, but a preferred embodiment of the device consists of one or more radiation sources constructed in a special way, of
each of which comprises four or more electron beam bundles, whereby a common arrangement of one or more of the following components is preferably provided for these bundles of rays: the anode plate, the vacuum chamber and / or the evacuation devices, the high-voltage devices, the devices for feeding the filaments and / or the prestressing grids _y the control devices, the

Q0988B/2Q75 Q0988B / 2Q75

automat:.sehen Schutzvorrichtungen und dergleichen. Die einzelnen Elektronenstrahlbündel können entweder jeweils aus einer gesonderten Elektronenquelle herrühren und innerhalb eines gesonderten Strahlenbündelungssyeten»gebündelt werden, oder es können auch mehrere Strahlenbündel von einer einzigen Elektronenquelle ausgehen, wobei ein geeignetes Strahlspaltungs- und -schwenksystem vorgesehen ist. Die Beschleunigungsspannung soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit so niedrig wie möglich gehalten werden, muß aber andererseits groß genug sein, um ein einigermaßen gleichmäßiges Eindringen der Elektronen in das zu behandelnde Material zu gewährleisten.automat: .see protective devices and the like. The single ones Electron beams can either originate from a separate electron source and within a separate one Radiation bundling systems »can be bundled, or several Beams emanate from a single electron source, a suitable beam splitting and pivoting system being provided is. The acceleration voltage should be used for reasons of economy must be kept as low as possible, but on the other hand must be large enough to allow a reasonably uniform penetration of electrons in the material to be treated.

Es ist bekannt, daß vorgeschlagen worden ist, das Eehandlungsmaterial einer Elektronenbestrahlung durch einen Hauptgenerator von beträchtlicher Spannungs- und Stromleistung zu unterziehen und es danach nochmals der Einwirkung von einer oder mehreren Hilfsquellen von Elektronen geringerer Energie und geringerer Elektronenstromdichte auszusetzen, doch sollte dies lediglich der Erzielung besserer Wirtschaftlichkeit durch eine im Vergleich zu einer einzigen Elektronenquelle näherungsweise anzustrebende größere Einheitlichkeit der Strahlungsdosierung, vertikal von der Oberfläche des Materials aus gesehen, dienen, und dieser nach dem Stand der Technik bekannte Vorschlag ging zur Gänze davon aus, daß die Eindringtiefe der Elektronen des Hilfsgenerators geringer zu sein habe ale die der Elektronen des Hauptgenerators. Fernerhin ist auch vorgeschlagen worden, und zwar gleichfalls aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Bahnenmaterial während des Aufwickeins auf eine unter dem Elektronenstrahl rotierende Solle zu bestrahlen, so daß jedes Partikel It is known that the treatment material has been proposed electron irradiation by a main generator subject to considerable voltage and current performance and then again the action of one or more auxiliary sources of electrons of lower energy and lower electron current density, but this should only be to achieve Better economic efficiency due to a greater uniformity of the radiation dosage, which is approximately to be striven for compared to a single electron source, vertically from the surface of the material, serve, and this according to the state of the art Technique known proposal was entirely based on the fact that the depth of penetration the electrons of the auxiliary generator have to be less than those of the electrons of the main generator. Furthermore, it is also proposed has been, also for reasons of economy, web material during winding on a below the Rotating electron beam should irradiate so that each particle

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kel des materials wiederholten Bestrahlungsvorgängen ausgesetzt ist, doch sind auch hierbei Energie und Eindringtiefe der Elektronen vom einen zum anderen Mal verschieden.the material is exposed to repeated irradiation processes, but here, too, the energy and penetration depth of the electrons are different from one time to the other.

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen in beispielartiger Weise näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigernThe invention will now be considered with reference to the accompanying drawings Drawings are explained in more detail in an exemplary manner. Point in the drawings

Fi£;. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des ErfindunpsgedankenstFi £ ;. 1 is a graphic illustration to explain the Invention thought

Fi₁.;. 2 eine schematisierte Seitenansicht der Bestrahlungsei nrichtunfr in Schnittdarstellung; undFi ₁ .;. 2 is a schematic side view of the irradiation device in a sectional illustration; and

Fi₁-. 3 eine Querschnittsansicht eines der in der Anode vorgesehenen Austrittsfenster in einem größeren Maßstab, aus der die konstruktiven Einzelheiten des Aufbaue dieses Fensters hervorgehen. Fi ₁ -. 3 is a cross-sectional view, on a larger scale, of one of the exit windows provided in the anode, showing the structural details of the construction of this window.

Es sei zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, bei der es sich um eine graphische Darstellung handelt, in der die Intensität I der auf ein Stück eines zu bestrahlenden Materials auftreffenden Strahlung sowie die hierdurch hervorgerufene Konzentration der freien Radikale" als Funktion der Zeit aufgetragen sind. Eine wirksame Form der Bestrahlung wäre bei bestimmten Umsetzungen, insbesondere bei Polymerisations- und Pfropfreaktionen, eine solche, bei der eine verhältnismäßig geringe Dosisleistung für eine lange Zeitspanne aufrechterhalten bleibt, wie dies durch die Kurven A angedeutet ist. Die von dem Material aufgenommene Gesamtdosis ist durch die Fläche unterhalb der Intensitätskurve gegeben. Falls nun dieReference is first made to FIG. 1, which is a graphic representation in which the intensity I of the radiation impinging on a piece of a material to be irradiated and the concentration of free radicals caused thereby are plotted as a function of time. An effective form of irradiation in certain reactions, especially in polymerization and grafting reactions, would be one in which a relatively low dose rate is maintained for a long period of time, as indicated by curves A. The total dose absorbed by the material is through is the area below the intensity curve

gleichesame

009886/2075009886/2075

BADBATH

gleiche Gesaratdosis in sehr viel kürzerer Zeit zugeführt werden sollte (aber natürlich mit dementsprechend höherer Intensität), wie dies durch die Kurve B verdeutlicht ist, so würde die hierbei erzielte Reaktionswirksamkeit eine um sehr viel geringere sein. Der Grund dafür ist folgender: Durch das Auftreffen der Elektronen auf die Moleküle des Behandlungsnaterials wird die Bildung von Radikalen bewirkt, welche die Bildung aktiver (das heißt, unter Liitwirkung freier Radikale polymerisierender) Ketten initiieren, bis es schließlich durch Reaktion mit einer anderen aktiven Kette zum Kettenabbruch kommt. Bei höheren Konzentrationen der freien Radikale sind die Polymerisetionsketten kürzer und demzufolge wird bei einem gegebenen Energiebetrag· ein geringerer Umwandlungs-Dder Aushärtungsgrad erzielt.the same total dose should be administered in a much shorter time (but of course with a correspondingly higher intensity), As is illustrated by curve B, the reaction efficiency achieved here would be much lower. The reason for this is as follows: By the impact of the electrons on the molecules of the treatment material is the formation of Causes radicals, which initiate the formation of active (i.e., chains that polymerize under the action of free radicals), until the chain is finally terminated by reaction with another active chain. At higher concentrations of the free Radicals are the polymerisation chains and consequently become shorter for a given amount of energy · a lower conversion rate Degree of curing achieved.

Es ist daher erwünscht, den Bestrahlungsvorgang über eine Zeitspanne auszudehnen, die langer ist als die Halbwertzeit der Radikale. Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist es schwierig und mit einem hohen Aufwand verbunden, eine gleichmäßige Dosierung für eine lange Zeitdauer aufrechtzuerhalten, doch läßt sich durch die Verwendung mehrerer, das ilaterial turnusmäßig bestrahlender Strahlenquellen in asymptotischer liäherung das gleiche Ergebnis mit den gleichen, hierdurch gebotenen Vorteilen erzielen. Die Kurven C stellen die Strahlung dar, die von sechs gesonderten Strahlenquellen erzeugt wird, deren jede eine Breite aufweist, die lediglich eines Bruchteil des Abstandes zwischen je swei Strahlenquellen entspricht, und seigin ferner die erhaltene Konzentration der freien Badikale, die hierbei geringer ist ale im. Fall der Knrvs B und dis sich demgegenüber den, rationelleren Verhältniesen annähert, *ft$ sie 12 Ifall der Kurve A gegeben sind.It is therefore desirable to extend the irradiation process over a period of time which is longer than the half-life of the radicals. As already explained above, it is difficult and involves great effort to maintain a uniform dosage for a long period of time, but by using several radiation sources that irradiate the material at regular intervals in asymptotic approximation, the same result can be achieved with the same result Achieve advantages. The curves C represent the radiation that is generated by six separate radiation sources, each of which has a width which corresponds to only a fraction of the distance between each two radiation sources, and also the concentration of free radicals obtained, which is lower than in this case . In contrast, if the curves B and dis approaches the more rational ratios, * if they are 12 if curve A is given.

009886/2075... ~ M 009886/2075 ... ~ M

Es sei nun auf Figur 2 Bezug genommen, aus der hervorgeht, daß die Einrichtung in ihrem Aufbau eine evakuierte Kammer C aufweist, die eine Anzahl einzelner Elektronenquellen (in dem hier wiedergegebenen Ausführungsbeispiel fünf Elektronenquellen) enthält, die in deren LängserStreckung unter Einhaltung im wesentlichen gleichmäßiger Abstände angeordnet und als Heizfäden P mit Vorspanngittern G dargestellt sind. Mit den einzelnen Heizfäden verbundene (nicht dargestellte) Strahlenbündelungssysteme erzeugen senkrecht nach unten gerichtete Strahlenbündel, die jeweils durch eines der fünf Austrittsfenster W hindurchtreten, die in einer einzigen Abschlußanode A vorgesehen sind, die allen fünf Elektronenquellen gemeinsam ist. Die Anode A bildet die Bodenwandung der Kammer C und weist vorzugsweise Erdpotential auf, so daß die Heizfäden F demgemäß ein sehr hohes negatives Potential haben, wodurch die Probleme der Außenisolierung vereinfacht werden.Reference is now made to Figure 2, from which it can be seen that the device has an evacuated chamber C in its construction, which contains a number of individual electron sources (five electron sources in the embodiment shown here), which are arranged in their longitudinal extension while maintaining essentially uniform distances and as heating filaments P with prestressing grids G are shown. Beam bundling systems (not shown) connected to the individual filaments generate perpendicular downwardly directed bundles of rays, which each pass through one of the five exit windows W, which are in a single Terminating anode A are provided, which is common to all five electron sources. The anode A forms the bottom wall of the chamber C. and preferably has ground potential, so that the filaments F accordingly have a very high negative potential, thereby simplifying the problems of external insulation.

Die fünf Strahlenbündel, die unter Einhaltung im wesentlichen gleichmäßiger Abstände entlang einer Geraden aus der Abschlußanode A austreten, weisen eine (jeweils entlang dieser Geraden gemessene) Breite auf, die in jedem Fall annähernd durch das damit verbundene Austrittsfenster bestimmt ist. Alle diese Strahlenbündel treffen auf den zu bestrahlenden Gegenstand, eine Bahn eines (flachen) Materials M, auf, das in einer zu den Achslinien der Strahlenbündel im wesentlichen senkrechten Ebene angeordnet ist und das in einer Richtung parallel zu jener Garaden, entlang deren die fünf Strahlenquellen aufgereiht sind₉ fortbewegt wird.The five bundles of rays which emerge from the terminating anode A along a straight line while maintaining essentially uniform distances have a width (measured along this straight line) which in each case is approximately determined by the exit window associated therewith. All these bundles of rays strike the object to be irradiated, a path of a (flat) material M, which is arranged in a plane substantially perpendicular to the axis lines of the bundles of rays and in a direction parallel to that line along which the five radiation sources lined up are ₉ moved.

Zur Erhaltung des "Vakuums in der Kammer C muß über jedesTo maintain the "vacuum in the chamber C must be over each

0&9886/207S0 & 9886 / 207S

der Austrittsfenster Έ eine Membran oder Metallfolie T gespannt sein, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Folie ist so dünn, wie dies mit der erforderlichen Festigkeit eben noch vereinbar ist, und bei der einen Ausführungeform durch einen je eine innere und eine äußere ringförmige Dichtung S aufweisenden Klemmring R aufgespannt, wobei der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden Dichtungen durch Anschließen an eine (nicht dargestellte) Hilfspumpe evakuiert werden kann. Die in der Folie durch das Auftreffen der Elektronen erzeugte Warme wird durch Kühlwasser abgeführt, das in einem Kanal D zirkuliert.the exit window Έ a membrane or metal foil T can be stretched, as shown in FIG. The film is as thin as it is just compatible with the required strength, and in one embodiment is stretched by a clamping ring R, each having an inner and an outer annular seal S, the annular space between the two seals being connected to one (not shown) auxiliary pump can be evacuated. The heat generated in the film by the impact of the electrons is dissipated by cooling water that circulates in a channel D.

Die nachstehende Tabelle enthält eine Aufstellung der Elektronenenergien (ausgedrückt als Wert der Beschleunigungsspannung zwischen Heizfaden und Abschlußanode), die zur Bestrahlung von Materialien unterschiedlicher Stärke erforderlich sind, sowie der Stärken der jeweiligen Folienmembranen, die für die betreffenden Spannungsbeträge geeignet sind, wobei es sich hier um Aluminiummembranen handelt.The table below contains a list of the Electron energies (expressed as the value of the acceleration voltage between the filament and the terminating anode) required for irradiation of materials of different thicknesses are required, as well as the thicknesses of the respective foil membranes used for the concerned Amounts of voltage are suitable, this being aluminum membranes.

Annähernde Höchststärke des zu bestrahlenden Kunstharzmaterials, ausgedrückt in mg/cmApproximate maximum strength of the to be irradiated Resin material, expressed in mg / cm

A BAWAY

bei 25proz. bei Do si sänderungat 25% if the dose is changed

Spannungsbetrag (in Kilovolt)Voltage amount (in kilovolts)

Stärke der Metallfolie, ausgedrückt in _? mg/cmThickness of the metal foil, expressed in _? mg / cm

22 VJlVJl 44th ,5 ., 5. 100100 44th ,5, 5 77th ,5, 5 120120 77th 1010 140140 1010 1515th 170170 1515th 2222nd 200200 2525th 3535 250250 4545 6060 300300

4 4 5 5 7 7 74 4 5 5 7 7 7

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StattInstead of

Statt aus Aluminium kann die Folie auch aus jedem anderen geeigneten Material bestehen, so beispielsweise aus Beryllium oder einer Aluminium-Magnesiumlegierung oder aus !Titan. Bei niedrigen Elektronenenergien, also etwa solchen unter 200 Kilovolt, bei denen daher sehr dünne Folien benutzt werden müssen, um Verluste von untragbarer Höhe im Austrittsfenster zu vermeiden, trägt der Klemmring oder Aufspannrahmen R mit dazu bei, einen guten Wärmekontakt mit der Anode A zu gewährleisten, erlaubt aber andererseits erforderlichenfalls ein Auswechseln der Folie ohne größere Schwierigkeiten. Instead of aluminum, the foil can also consist of any other suitable material, for example beryllium or an aluminum-magnesium alloy or titanium. To avoid at low electron energies, so as such below 200 kilovolts must be in which, therefore, very thin films used to losses of intolerable level in the exit window, the clamping ring or clamping frame R contributes to ensuring a good thermal contact with the anode A , but on the other hand allows the film to be replaced if necessary without major difficulties.

Die Hauptparameter der Bestrahlungseinrichtung, welche für die für ein gegebenes Material erforderliche Gesamt-Strahlungsdosis bestimmend sind, sind die Gesamtlänge L der Beetrahlüngszone und die Anzahl N der Strahlenbündel. Bas Verhältnis der bei Benutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung erforderlichen Strahlungsdosis zu jener Dosis, die bei Verwendung einer üblichen Bestrahlungseinrichtung mit einer einzigen Elektronenquelle für ein schmales Elektronenstrahlbündel erforderlich wäre, hängt auch von der Vorschubgeschwindigkeit V des Materials sowie von den Haterialkennwerten, nämlich der Existenzdauer _t der Radikale und den Beziehungen zwischen der Strahlungsdosis R und der Dosisleistung I ab. Die Gesamtheit' dieser Wechselbeziehungen ist schwer überschaubar, doch ist aus den folgenden beiden Ausführungsbeispielen zu ersehen, welche Faktoren hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus der Bestrahlungseinrichtung uad der in dieser verwendeten Elektronenquellen zu beachten sind. Sie beiden Ausführungsbeispiele besisaen sich auf Reaktionssysteme, in denen R der Quadratwurzel sas I χγοτ,ογ-tional ist.The main parameters of the irradiation device which determine the total radiation dose required for a given material are the total length L of the irradiation zone and the number N of radiation beams. The ratio of the radiation dose required when using the device according to the invention to the dose that would be required for a narrow electron beam using a conventional irradiation device with a single electron source also depends on the feed rate V of the material and on the material parameters, namely the duration of the radicals and the relationships between the radiation dose R and the dose rate I. The totality of these interrelationships is difficult to understand, but it can be seen from the following two exemplary embodiments which factors must be taken into account with regard to the structural design of the irradiation device and the electron sources used therein. Both of the exemplary embodiments relate to reaction systems in which R is the square root sas I χγοτ, ογ-tional.

00988S/201S Js 00988S / 201S Js

Embodiment A

Palls die Gesamtlänge L der Bestrahlungszone verändert werden kann und die Abstände zwischen den einzelnen Strahlenbündeln vergleichsweise gegenüber der Strecke Vt, um die sich das Material während einer der Existenzdauer der Eadikale entsprechenden Zeitspanne fortbewegt, sehr groß oder zumindest doch erheblich größer sind als diese, so ist die Strahlungsdosis E der Anzahl der Strahlenbündel annähernd umgekehrt proportional; wenn man also die Anzahl· der Strahlenbündel verdoppelt ohne ihre wechselseitigen Abstände zu verringern, so wird damit die zur Durchführung einer bestimmten Umsetzung erforderliche Gesamt-Strahlungsdosis halbiert. Weiterhin ist die erforderliche Strahlungsdosis annähernd der Geschwindigkeit 7 des Materialtransports proportional. Eine Verdopplung der Vorschubgeschwindigkeit bedeutet also, daß in diesem Fall das Doppelte der Gesamtdosis benötigt wird, so daß die Strahlungsintensität auf das Vierfache zu erhöhen ist.Palls changed the total length L of the irradiation zone can be and the distances between the individual bundles of rays compared to the distance Vt, by which the material moved along during a period of time corresponding to the period of existence of the radical, very large or at least considerably greater are than this, the radiation dose E is the number of beams approximately inversely proportional; if one doubles the number of bundles of rays without their mutual spacing In this way, the total radiation dose required to carry out a specific implementation is halved. Furthermore, the radiation dose required is approximately that Material transport speed 7 proportional. A doubling the feed rate means that in this Case twice the total dose is needed, so that the radiation intensity is to be increased to four times.

Ausführungsbeispiel Embodiment BB.

Ist die Gesamtlänge der Bestrahlungszone unveränderlich, so wird bei einer Erhöhung der Anzahl der Strahlenbündel unter gleichzeitiger Verringerung der wechselseitigen Abstände zwischen diesen die erforderliche Gesamtdosis herabgesetzt. Die Dosismenge fällt dabei asymptotisch auf denjenigen Sosisrungsbetrag ab, der erforderlich sein würde, falls es sich um eine einheitlich ausgebildete Strahlenquelle der Länge L handelte. Nähert eich die Οβββοΐ;-dauer der Bestrahlung einer Zeitspanne» die größer ist als die Existenadauer äer Hadikale, so fällt die erforderliche Doeis aachIf the total length of the irradiation zone is invariable, the required total dose is reduced if the number of radiation bundles is increased while the mutual distances between them are reduced at the same time. The dose amount falls asymptotically to the dose rate that would be required if it were a uniformly designed radiation source of length L. If the Οβββοΐ; -duration of the irradiation approaches a period of time which is greater than the duration of existence of the hadicals, then the required doeis also falls

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etwa 10 bis 15 Strahlenquellen für gewöhnlich auf einen Betrag, der bis zu etwa 10 Prozent derjenigen Dosis ausmacht, die bei einheitlicher Bestrahlung erforderlich wäre. Falls die Anzahl der Strahlenquellen in dieser Größenordnung liegt, nämlich eine solche ist, daß sich die erforderliche Dosismenge nicht wesentlich von der unterscheidet, die im Fall einer einheitlichen Strahlenquelle der Länge L erforderlich sein würde, so ist die Dosismenge E annähernd der Geschwindigkeit V proportional und umgekehrt proportional der Länge L.about 10 to 15 radiation sources usually to an amount that up to about 10 percent of the dose that is used with uniform Irradiation would be required. If the number of radiation sources is in this order of magnitude, namely one, that the required dose does not differ significantly from that in the case of a single radiation source Length L would be required, the dose amount E is approximate proportional to the speed V and inversely proportional to the Length L.

Unbeschadet der Tatsache, daß es durch die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht wird, solche Umsetzungen, die eine niedrige Dosisleistung erfordern, unter Anwendung merklich geringerer Strahlungsdosen vorzunehmen, als sie im Falle einer üblichen Elektronen-Bestrahlungseinrichtung mit einer einzigen Strahlenquelle erforderlich wären, kann sie in zweckdienlicher Weise auch für Reaktionen benutzt werden, die nicht notwendigerweise eine geringe Dosisleistung bedingen, denn sie bieteiiaueh andere Vorteile, wie beispielsweise die einer geringen Sekundär-aufheizung und eines (insbesondere für niedrige Spannungen) vereinfachten Aufbaus des Elektronenaustrittsfensters.Without prejudice to the fact that it is made possible by the device according to the invention, such implementations that one require low dose rates to undertake using significantly lower radiation doses than in the case of a conventional one Electron irradiation device with a single radiation source would be necessary, it can also be useful in an expedient manner used for reactions that are not necessarily a require a low dose rate, because it also offers other advantages, such as that of a low secondary heating and a (especially for low voltages) simplified structure of the Electron exit window.

Claims

1. Process for the continuous treatment of a material with electron beams for generating chemical changes in this, characterized in that the material in succession at least is exposed to five electron doses of substantially equal intensity and energy.

2. The method according to claim 1, characterized in that the material is moved past at least five electron beams one after the other, which are spaced along the path of movement of the lateral island are provided from each other.

3. The method according to claim 2, characterized in that dis distances between each adjacent electron beam is greater than the width of each individual beam in the direction of movement of the material.

4. Method according to one of Claims 1 to 3 »characterized in that that the process is used for a polymerization process based on the presence of free radicals with dose rate dependence finds.

5- device for performing the method according to one of the claims 1 to 4 »characterized in that the device has at least five for beams of essentially the same intensity and energy-provided electron beam bundling systems that are used to generate substantially parallel to each other in a Beam bundles arranged at a distance from one another are arranged such that they can be actuated along a line, as well as a device for transport

, one

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eines Materials entlang einer parallel zu dieser Linie verlaufenden und nacheinander durch jedes der Strahlenbündel hindurchführenden Bewegungsbahn aufweist.of a material along a line parallel to this line and having trajectories successively passing through each of the bundles of rays.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündelungssysterne jeweils eine gesonderte Elektronenerzeugungsquelle (F), aber eine gemeinsame Abeohlußanode (A) aufweisen, in der als Auslässe für die betreffenden Strahlenbündel jeweils gesonderte Austrittsfenster (W) vorgesehen sind.6. Device according to claim 5, characterized in that the beam bundling systems each have a separate electron generation source (F), but a common Abeohlußanode (A), in which are provided as outlets for the respective bundles of rays, each with a separate exit window (W).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet» daß die Strahlenbündelungs systeme in einer gemeinsamen evaku- ™ ierten Kammer (C) angeordnet sind.7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized »that the beam bundling systems in a common evaku- ™ ated chamber (C) are arranged.

8. Einrichtung nach eisern der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündelungs sy sterne in getrennten Kammern angeordnet sind, aber ein gemeinsames Pump sy stern zum Evakuieren der Kammern vorgesehen ist.8. Device according to iron of claims 5 or 6, characterized in that the beam bundling sy stars are arranged in separate chambers, but a common pump sy star for evacuating the Chambers is provided.

9. Einrichtung naoh einem der Ansprüche 5 bis θ , dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenbündelungssysterne aus gemeinsamen elektrischen Anlagen gespeist werden. i 9. Device naoh one of claims 5 to θ, characterized in that the beam bundling systems are fed from common electrical systems. i

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Austrittsfenster (W) auB einer Membran (T) oder Metallfolie besteht, die auf eine in der Anode (A) vorgesehene Öffnung aufgespannt ist.10. Device according to claim 6, characterized in that each exit window (W) consists of a membrane (T) or metal foil, which is stretched over an opening provided in the anode (A).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anode (A) um jedes der Austrittsfenster (w) herumgeführte, zum Durchströmen von XShIflüssigkeit betätigbare Kanals (B) Torgesehen sind.11. Device according to claim 10, characterized in that in the Anode (A) around each of the exit windows (w), for Flow of XShI fluid actuatable channel (B) seen in the gate are.

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12. Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that each membrane (T) is clamped by means of a clamping ring (R) on the anode (A), which in turn against the anode (A) by two at a distance from each other arranged, an annular intermediate space between them defining annular seals (S) is sealed, this intermediate space being connected to a vacuum pump system.

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