DE19510267A1

DE19510267A1 - Datenreduktionssystem für die Echtzeit-Überwachung einer Einrichtung zur Erzeugung von Strahlung

Info

Publication number: DE19510267A1
Application number: DE19510267A
Authority: DE
Inventors: Samuel V Nablo; David R Kneeland
Original assignee: Trygon Inc
Current assignee: Trygon Inc
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 1995-10-05
Also published as: JPH08271634A; US5635714A; CA2142230A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und mehrere Verfahren zur Echtzeit-Überwachung einer Einrichtung zur Erzeugung von Strahlung, wie einem Elektronenstrahlprozessor für die industrielle Anwendung.

Röntgenstrahlüberwachungseinrichtungen

Es gibt bereits eine Vielzahl von Techniken zur Überwachung von strahlungserzeugenden Vorrichtungen, die überwiegend für die genaue Messung der Strahlungsfelder entwickelt wurden, die von auf dem Gebiet der Medizin verwendeten Röntgeneinrichtungen erzeugt werden. Diese reichen von Mosaikdetektoren zur Verwendung in computerunterstützten tomographischen (CAT, Computer Assisted Tomographic) Scannern bis zu Anzeigevorrichtungen mit großem Bildschirm für die Kontrolle und Überwachung von Strahlungstherapien. Sämtliche dieser Techniken beruhen auf der Detektion von harter Röntgenstrahlung (10-1000 keV) in Luft, jedoch eignet sich keine für die direkte Diagnose des Elektronen strahls selbst, der die Röntgen- oder Photonenverteilung durch die Bombardierung von Metalltargets mit hoher Ordnungs zahl Z im Vakuum und durch die Behandlung eines Produktes in einer Gasumgebung bei Atmosphärendruck erzeugt.

Direkte Elektronenstrahlprozessoren

Über die letzten zwei Jahrzehnte wurde eine große Anzahl von direkten Elektronenstrahlprozessoren für die industrielle Anwendung entwickelt. Diese reichen von den "Punktstrahl"- Hochspannungsbeschleunigern, wie dem Dynamitron®-Typ (her gestellt von Radiation Dynamics, Inc., Melville, NY) bis zu den großräumigen Niederspannungsbeschleunigern mit "ver teiltem Strahl", z. B. vom Electrocurtain®-Typ (hergestellt von Energy Sciences Inc., Wilmington, MA).

Elektronenfenster

Diese Prozessoren verwenden im Gegensatz zu Röntgen generatoren ein Beschleunigervakuumgehäuse, in dem die beschleunigten Elektronen direkt einem außerhalb des Vakuum gehäuses angeordneten Produkt zugeführt werden können, das sich in einer kontrollierten Umgebung bei gewöhnlichen Standardwerten von Temperatur und Druck befindet. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß das röntgenstrahl erzeugende Schwermetalltarget (d. h. die Anode) durch ein elektronendurchlässiges Fenster ersetzt wird. Diese Fenster bestehen typischerweise aus dünnen metallischen Folien (z. B. Titan), die bei erhöhten Temperaturen eine hohe Festigkeit bieten und ausreichend dünn sind, so daß ein nur geringer (z. B. <20%) Elektronenenergieverlust bei der Transmission auftritt.

Fenstertragestrukturen

Da die Leistungsdichten der Elektronenstrahlen dieser Prozessoren in der Fenster- oder Anodenebene sehr hoch sind (150 W/cm²), müssen die Fenster geeignete Vorrichtungen zur Wärmedissipation enthalten - gewöhnlich Leitungskühlung über Stützrahmen mit Wasserkanälen oder getriebene Luftkonvektions kühlung der Fensterfolien. Bei Elektronenprozessoren unter halb 300 kV, bei denen die Kühlung besonders erforderlich ist, ist für großräumige Vorrichtungen Wasserkühlung obligatorisch. Sie kommt in industriellen Baueinheiten immer zum Einsatz, und zwar entweder in der Form von gerippten oder verdrillten Platten oder honigwabenförmigen Stützrahmen mit Wasserkühlung am Umfang. Die Ausführungsweise dieser Fensterstrukturen muß die Elektronentransmission optimieren, denn jegliche Elektronen, die in dem Fenster gestoppt werden oder verloren gehen, stellen einen Verlust der "vollen Energie" dar, denn die an dieser (Anoden-)Ebene ankommenden Elektronen sind mit der vollen Energie des Prozessors beauf schlagt worden. Das Ziel ist es, eine maximale Umwandlung der von dem beschleunigten Strahl getragenen kinetischen Energie in absorbierte Energie oder Dosis in dem auf der Außenseite des Fensters befindlichen Target oder Produkt zu bewirken. Gleichwohl können die Energieverluste bei Hochleistungsprozessoren in dem Fenster sehr groß sein - typischerweise in einem Bereich von 20% in der Folie und 20% in dem Stützrahmen bei Prozessoren niedriger Energie (entsprechend z. B. 150 kV) und bis zu 1,5% in der Folie und null in dem Rahmen für mit Abtastung arbeitende Prozessoren hoher Energie (entsprechend z. B. 2000 kV).

Dünnfilmdosimeter

Die meisten der dosimetrischen Standard-Techniken, die für harte Strahlung (Röntgen- und Gammastrahlung) entwickelt wurden (wie die von McLaughlin, W.L., Humphreys,. J.C., Hocken, D. und Chappas, w.I., "Radiochromic Dosimetry for Validation and Commissioning of Industrial Radiation Processes", Radiat. Phys. Chem. 31, #4-6, 505, (1988) be schriebenen) entwickelt wurden, können aufgrund der geringen Eindringfähigkeiten der bei praktikablen Prozeßanwendungen (0.1-2.0 MeV) verwendeten Elektronenenergien nicht bei industriellen Anwendungen dieser Vorrichtungen angewandt werden. Folglich wurden Film- oder Foliendosimeter mit Dicken, die sehr viel niedriger sind als die Eindringtiefe eines 100-keV-Elektrons (typischerweise 10-50 g/cm²), ent wickelt. Diese Dickeneigenschaft des Dosimeters ist wesent lich für die genaue Diagnose der von den Vorrichtungen erzeugten Elektronenspektren, da es wünschenswert ist, Dosimeterdicken von 5-10% der Reichweite der zu unter suchenden Elektronen speziell für die spektrale Auswertung einzusetzen. Bei dieser Anwendung verwendet man Tiefen- Dosis-Laminate, um das effektive Eindringprofil der Spektren in Materie zu bestimmen. Diese Technik wird breit angewendet für die spektrale Qualitätskontrolle in im Betrieb befind lichen Prozessoren und obwohl sie in der Praxis arbeitsauf wendig ist, kann sie eine spektrale Energieanalyse mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent (z. B. ± 1%) liefern.

Zu überwachende Parameter

In der Anwendung von Elektronenstrahlvorrichtungen für die industrielle Prozeßführung (wie beschrieben z. B. bei Nablo, S.V., "Electron Beam Processing Machinery", Ch. 9, Radiation Curing in Polymer Science and Technology, ed. J.P. Fouassier and J.F. Rabek, Elsevier Applied Science, London (1993)), ist es notwendig, drei kritische Betriebsparameter zu überwachen: Maschinenausbeute, Gleichförmigkeit und Energie.

Ausbeute

Der erste von diesen, die Ausbeute k hat die Dimension [Mrad × m/min. × mA] für eine gegebene Vorrichtung und liefert mit dem Ausgangsstrom I der Vorrichtung und der Produktgeschwindigkeit v eine Beziehung für die zur Verfügung gestellte Dosis D, nämlich D = kI/v. Dieser Ausbeuteparameter sollte unabhängig vom Strom sein, wenn die Elektronenoptik des Systems gut ausgeführt ist; er variiert jedoch mit der Elektronenenergie oder der Beschleunigungsspannung, denn das Brems- oder Absorptionsvermögen der Elektronen in dem Produkt oder in dem Dosimeter variiert mit der Energie. Eine typische Abhängigkeit der Ausbeute von der Beschleunigungsspannung (Elektronenenergie auf das Fenster auftreffend) ist in Fig. 1 dargestellt. Der Bereich niedriger Energie dieser Kurven wird durch die Folienabsorption des Fensters dominiert, während der Abfall bei hohen Energien durch den Rückgang des Brems- oder Absorptionsvermögens der Elektronen mit der Zunahme der Energie bei allen Materialien verursacht wird.

Abtastrate

Die Ausbeuteabtastrate wird mit den Toleranzen des Produkts gegenüber Dosisvariationen geändert. Zum Beispiel werden bei der Elektronensterilisation von medizinischen Geräten Aus beutedaten mehrere Male am Tag aufgezeichnet und ausgewertet, bevor der Prozeß fortgesetzt werden kann. Dies ist auch bei kontinuierlicher Aufzeichnung von anderen Prozeßparametern wie Spannung, Strom und Geschwindigkeit der Fördereinrichtung unerläßlich.

Strommessung

Einer der hauptsächlichen Gründe für die Entwicklung der hier beschriebenen Vorrichtung ist das Erfordernis, den das Fenster erreichenden Elektronenstrahl kontinuierlich zu überwachen, um die von dem Netzteil dargestellte Strom anzeige zu verifizieren. In der Fig. 2 ist schematisch dargestellt, daß der Netzteilrückstrom ein unbestimmtes Maß für den aktuellen Strahlstrom ist. Die Anwesenheit von Gasmolekülen führt nämlich in dem von dem Strahl überdeckten Bereich zu einem zu der Kanone oder dem Hochspannungsende rückströmenden Ionenstrom des Beschleunigers. Die Ankunft dieser positiv geladenen Ionen wird durch das Amperemeter I in der Hochspannungs-Netzteilschaltung als entgegenlaufende Elektronen angezeigt, so daß deren Anwesenheit zu Fehlern in der Messung des beschleunigten Elektronenstroms führt (wie etwas detaillierter beschrieben bei Nablo, S.V., "Progress Toward Practical Electron Beam Sterilization", S. 210-221 Sterilization of Medical Products, ed. E.R. L. Gaughran and R.F. Morrissey, Multiscience Publications Ltd., Montreal Quebec (1981)). Während diese Fehler bei normalen Restgas drücken in dem Beschleuniger (z. B. 10^-6 mm Hg) unbedeutend sind, können sie bei einer örtlich begrenzten Konzentration von N₂ und O₂ groß werden, die durch pin-holes oder Stift löcher oder Lecks in der elektronendurchlässigen Fenster folie entstehen können. Die Verschlechterung einer Fenster folie einer industriellen 2-Meter-Prozessorfolie ist in Fig. 3 in Abhängigkeit von der zeitlichen Annäherung an den Schadenseintritt dargestellt, und dieses Phänomen wurde unter kontrollierten Bedingungen durch Gasinjektion in einen im Betrieb befindlichen Prozessor an der Fensterebene reproduziert. Weiterhin wird dieses Problem und seine Folgen durch das "Einfangen" von Ionen in dem von dem Elektronen strahl überdeckten Bereich des Prozessors noch verschlimmert, so daß sich aufgrund von pin-hole- oder Stiftloch-Effekten eine signifikante Gasdichte aufbauen kann, ohne daß dies einen Einfluß auf das den Restgasdruck im Vakuumgehäuse des Beschleunigers überwachende Ionisationsmanometer oder Gas druckmeßgerät hat.

Magnetfelder

Ein zusätzliches Betriebsproblem, das die Arbeitsweise des Prozessors beeinträchtigen kann, tritt aufgrund der Anwesen heit von zeitabhängigen externen magnetischen Feldern auf, die die Elektronenoptik stören können. Die Elektronen "Elastizität" in diesen Maschinen kann in einem weiten Bereich variieren von z. B. einem Hρ-Wert von 34 Gauß-cm für 100-eV-Elektronen in dem Triodenbereich der Kanone bis zu einem Hρ-Wert von 2120 Gauß-cm für voll beschleunigte 300-keV-Elektronen an der Fensterebene. Streufelder von Gleichstrommotoren, Laufkränen oder von dem Aufbau, auf dem der Prozessor montiert ist, können den elektromagnetisch nicht-abgeschirmten niederenergetischen Strahl leicht beein trächtigen, so daß eine signifikante Verschlechterung der Elektronenoptik eintritt, was bedeutet, daß nur noch ein geringerer Teil der beschleunigten Elektronen das Fenster erreicht und ein anderer Teil statt dessen in der Gehäusewand absorbiert wird. Eine Darstellung hiervon ist in der Fig. 4 gezeigt, die mit einem 30-cm-Sterilisator aufgenommen wurde, wobei einmal das ursprüngliche, gleichförmige Profil und dann das Profil bei Anwesenheit eines Permanentmagneten aufgezeichnet ist, der ein Feld von 3 Gauß orthogonal zu dem Strahl in der Beschleunigungsstrecke erzeugt. Wie dar gestellt, ergibt sich eine signifikante Abnahme der Strahl ausbeute im zentralen Bereich der Linie (-15%), während die Lorentz-Kräfte (j × B) auf den Strahl zu einem Aufsteilen der Stromdichte an den Rändern des Fensters führen. Tests haben gezeigt, daß bereits durch relativ niedrige Feldstärken geeigneter Orientierung, z. B. 5-Gauß-Felder senkrecht zur Strahlrichtung sehr große Ausbeuteungenauigkeiten (50%) in diese Prozessoren einfließen können.

Invasive Dosimetrie

Schließlich liegt noch ein weiteres Betriebsproblem der Überwachung der Elektronenprozeßführung in der "invasiven" Natur der Dosimetrie. Man möchte nämlich die Arbeitsweise des Prozessors (wie beschrieben z. B. bei Nablo, S.V. und Frutiger, W.A., "Techniques for the Diagnosis of Industrial Electron Processor Performance", Rad. Phys. Chem. 18, #5-6, 1023 (1981)) unter aktuellen Produktionsbedingungen über wachen. Diese können bei hohen Leistungen des Prozessors liegen und bei typischerweise hohen Linien- oder Produkt geschwindigkeiten (beispielsweise 200 Meter/Minute). Es ist nicht praktikabel, die Dosimetrie "im Fluge" bei diesen Geschwindigkeiten durchzuführen, so daß die dosimetrische Messung und Aufzeichnung bei Unterbrechung des Produktdurch flusses und Verlangsamung der Liniengeschwindigkeit durch geführt werden muß. Zum Beispiel wird beim Aushärten von Druckerschwärze auf Pappe ein dosimetrisches Array (Viel fachanordnung) durch das "nicht-druckende System" bei normalerweise reduzierten Liniengeschwindigkeiten und somit betriebsmäßigen Stromniveaus hindurchtransportiert.

Dosimeterbereich

Zusätzlich gibt es Anwendungen mit hoher Dosis, bei denen die verwendeten Dosen deutlich außerhalb des linearen Bereichs des Filmdosimeters, nämlich zwischen 5 und 50 kGys, liegen. Hierbei müssen die Messungen bei anderen als den aktuellen Betriebsbedingungen durchgeführt und einfache Strom- oder Geschwindigkeitsskalierung verwendet werden, um die aktuelle Betriebsdosis zu erhalten. Für Sterilisations anwendungen sind die Dosimeterabsorptionsprobleme ungleich kritischer, insbesondere wenn die kontrollierte Eindring tiefe von Bedeutung ist. Die überschüssige Dicke des Dosimeters und seines Trägers sind nicht tolerierbar, denn sie reduzieren die an das Produkt abgegebene Dosis und die Dosimeter müssen an einem Element montiert werden, das von der Fördereinrichtung auf die gleiche Weise gehandhabt werden kann, mit der das aktuelle Produkt transportiert wird.

Erfordernis einer Echtzeit-Überwachungseinrichtung

Sämtliche dieser Überlegungen haben die Suche nach einer einfachen, nicht-invasiven Technik stimuliert, die es erlaubt, den Prozessor in Echtzeit zu überwachen. Es ist notwendig, daß die Technik auf einen nationalen Standard zurückgeführt werden kann. Zum Beispiel sind in den Vereinigten Staaten die Dünnfilm-Dosimeter zurückführbar auf (geeicht durch) die Standard-Kobalt-60-Quelle an dem National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, MD, und jede Echtzeit-Strahlungsüberwachungs vorrichtung, die für diese Vorrichtungen verwendet wird, muß auf ähnliche nationale Standards weltweit zurückführbar sein.

Gleichförmigkeit über den Strahlquerschnitt und Energie

Viele der oben dargestellten "Ausbeute"-Meßprobleme sind die Messung von sowohl der Gleichförmigkeit des Strahls über seinen Querschnitt als auch der Strahlenergie. Beide Mes sungen erfordern invasive Dosimetrie und die Schwierigkeiten bei der Behandlung von großen Dosimeter-Arrays (Dosimeter- Vielfachanordnungen) bei erhöhten Geschwindigkeiten für die Messung der Gleichförmigkeit über den Strahlquerschnitt erfordert fachmännische Technik und längere Unterbrechung des Betriebes. Diese arbeitsintensive Prozedur wird, wenn sie nicht für eine "regulierte Anwendung" wie die Sterili sation erforderlich ist, selten durchgeführt trotz des Erfordernisses nach guter Gleichförmigkeit der Behandlung eines Produktes von Kante zu Kante bei den meisten Prozessen. Das gleiche trifft auf die bei der Bestimmung der Elektronen energie verwendete dosimetrische Tiefen-Dosis-Technik zu trotz der großen Empfindlichkeit von vielen kritischen Sterilisations- oder Polymerisationsprozessen auf kleine Änderungen in der Ausgangsenergie.

Messung der Maschinenspannung

Die Abhängigkeit der Betriebsweise von der Überwachung der Maschinen- oder Vorrichtungsspannung ist nicht verläßlich. Der hauptsächliche Fehlermechanismus ist hier die Änderung des Widerstands der resistiven Hochspannungsteilerkette. Diese besteht gewöhnlich aus einer großen Anzahl von Hochspannungs-Meßwiderständen von der Art abgeschiedener Schichten, mit einem Widerstand von z. B. 10⁷-10⁸ Ohm. Solche Widerstände sind der Alterung und der Beschädigung durch Überschlag ausgesetzt. Zusammenfassend würde also die Qualitätssicherung von jeder Art Strahlungsbearbeitung in einer Produktionslinie von einer Echtzeit-Überwachungs einrichtung profitieren, die frei von den aufgezählten Problemen ist.

Jedes Bauelement, das in der Lage ist, den Elektronenfluß direkt zu messen, ist sich gegenseitig überlagernden Effekten ausgesetzt, die bei einer gegebenen praktikablen Anordnung schwierig zu korrigieren sind. Zum Beispiel "greifen" unter brechende Faraday-Becher im Vakuum nicht nur in den Strahl ein, sondern sind auch komplizierten photoelektrischen und Compton-Effekten ausgesetzt, die durch den intensiven Fluß an Röntgenstrahlung von dem Fenster induziert werden. Diese Art von Detektoren für rückgestreute Elektronen wurde paar weise im Vakuum in mit Abtastung arbeitenden Beschleunigern mit Erfolg für die Strahlzentrierung verwendet, jedoch nicht für die Echtzeit-Strahlflußüberwachung angewandt.

Die Verwendung von stationären oder beweglichen Stromsonden ähnlich einer abgeschirmten Langmuir-Sonde (wie beschrieben z. B. bei Chen, F.F., "Electric Probes", Ch. 4, Plasma Diagnostic Techniques, ed. R.H. Huddlestone und S.L. Leonard, Academic Press, NY (1965)), wie sie bei der Plasmadiagnose verwendet wird, wurde für die Überwachung von Elektronen prozessoren in Betracht gezogen. Die Schwierigkeiten bei deren Benutzung in der Prozeßzone, d. h. bei Atmosphärendruck der Umgebungsluft oder N₂, entstehen durch die veränder lichen Bedingungen in diesem Bereich. Zum Beispiel hängt der Röntgenstrahlfluß von dem Strahlstrom wie von der Spannung als auch von dem Produkt ab, während die Plasmadichte von der Produktgeschwindigkeit, der Gasflußgeschwindigkeit von N₂ oder einem Inertgas und der Strahlstromdichte bestimmt wird . . . somit zu viele Variable, um ein verläßliches und direktes Abfühlen des Elektronenstrahls zu ermöglichen, das einer Kalibrierung zugänglich wäre.

Es wurde vorgeschlagen, eine direkte Überwachung der von dem primären Elektronenstrahl im Fenster und dessen tragender Struktur erzeugten Röntgenstrahlen zu verwenden. Ein solcher Vorschlag ist z. B. auf der Seite 1027 des oben erwähnten Artikels von Nablo und Frutiger mit dem Titel "Techniques for the Diagnosis of Industrial Electron Processor Performance" offenbart. Diese obengenannten Vorschläge enthielten jedoch keinerlei Details betreffend die Probleme der Korrelation der von den Röntgenstrahlen erhaltenen Messungen mit der gewünschten Information betreffend die Dosis und die Dosisrate der abgegebenen Elektronen.

Um die oben erwähnten Probleme zu umgehen, umfaßt das Echtzeit-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung die Messung des Strahlungsflusses der Röntgenbremsstrahlung, die in dem die Folie tragenden Fensterrahmen in dem Prozessor erzeugt wird und die Korrektur dieser Messung durch Signale, die von der Bestimmung anderer Parameter, wie der Elektronen energie und der Temperatur oder der Empfindlichkeit der den Strahlungsfluß messenden Apparatur, abgeleitet werden. In Übereinstimmung mit dem allgemeinen Sprachgebrauch in diesem technologischen Gebiet hat in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen der Begriff "Fluß" dieselbe Bedeutung wie "Dosisrate" und der Begriff "Dosis" dieselbe Bedeutung wie "Strahlungsstrom" oder "Fluenz".

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren im Detail beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Änderung der Ausbeute mit der Betriebsspannung des Prozessors;

Fig. 2 ein Diagramm zur schematischen Darstellung der Unbestimmtheit des Netzteil-Rückstroms als eines Maßes für den aktuellen Strahlstrom unter dem Einfluß von signifikanten Fensterundichtigkeiten;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Verschlechterung der Ausbeute bei Vorhandensein von pin-holes oder Stichlöchern im Fenster;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Störung der Gleichförmigkeit durch ein magnetisches Feld;

Fig. 5 ein Polardiagramm für in einem Prozessor erzeugte kontinuierliche Röntgenstrahlung; in diesem Polar diagramm ist die Größe des Flusses proportional zum radialen Abstand von dem Mittelpunkt der Kreise und ist eingezeichnet als eine Funktion des Winkels, bei dem der Fluß von Elektronenstrahlen mit den einer Beschleunigung bei Spannungen von 10, 60 und 300 Kilovolt (kV) entsprechenden Energien von dem Target abgestrahlt wird;

Fig. 6 eine Ansicht, die im wesentlichen in einem senkrechten Schnitt im zentralen Bereich die Geometrie einer gemäß der Erfindung konstruierten Echtzeit-Über wachungsvorrichtung darstellt;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 6;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der spannungsabhängigen Signale; Kurve A zeigt die Variation der Dosis (in megarad) gemessen durch den primären Detektor als Funktion der Spannung; Kurve B zeigt die Variation des Quotienten aus der durch den primären Detektor gemessenen Dosis und der durch den mit einem Filter versehenen Detektor gemessenen Dosis als Funktion der Spannung;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Korrekturfaktoren für das primäre Signal über den Spannungsbereich 180-196 kV;

Fig. 10 Rohdaten und korrigierte Detektorausgangsdaten über den Bereich 180-198 kV;

Fig. 11 Daten der Überwachungsvorrichtung über 13 Stunden verglichen mit Dünnfilmdosimetrie; und

Fig. 12 eine Darstellung der bei dem gestörten Strahl der Fig. 4 gemessenen Empfindlichkeit in einem mittleren Bereich eines einzelnen Kanals.

In den Fig. 6 und 7 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

Bezugszeichenliste

1 - Vakuumkammer
2 - Unterstützungsstege
3 - Folienklemmvorrichtung
4 - Fensterfolie
5 - Fördereinrichtung
6 - rückkehrende Fördereinrichtung
7 - Strahlauffangvorrichtung
8 - 0,060′′-Aluminiumunterlage
9 - 0,472′′-Bleiabschirmung
10 - Kollimator
11 - Detektorebene
12 - 1/8′′-Bleiumhüllung
13 - 1/8′′-Aluminiumkanal
14 - Produkt.

Bei den Energien, die für die Überwachung des Prozessors von unmittelbarem Interesse sind, ist die von den auf den Fensterrahmen auftreffenden Elektronen erzeugte Brems strahlungsverteilung relativ isotrop (s. Fig. 5), so daß die Bremsstrahlungsintensität, die zu der Elektronenstromdichte an dem Target j_e proportional ist, wie auch die Elektronen energie E in der am meisten praktikablen Richtung überwacht werden können. Größtenteils wurde mit der Detektor-Vielfach anordnung in Vorwärtsrichtung gearbeitet, wie dargestellt in Fig. 6, während Messungen ebenso orthogonal zu dem Strahl in der Bremsebene (PP′ in Fig. 6) durchgeführt wurden, um die Reziprozität der in beiden Richtungen durchgeführten Messungen zu bestätigen. Wie dargestellt in Fig. 6, ist das Prinzip des Überwachungssystems, eine kontinuierliche Messung der an der Bremsebene des Fensterrahmens (s. Fig. 7), wo 20-25% des Elektronenstrahls von der Fenstertrage struktur abgeschnitten werden, erzeugten kollimierten Brems strahlung bereitzustellen. Das Prinzip des Überwachungs systems kann jedoch auch mit einer Apparatur verwendet werden, in der die Fenstertragestruktur modifiziert ist oder gänzlich fehlt. Die von diesem "gestoppten Strahl" erzeugte Bremsstrahlungsintensität ist proportional zu sowohl j_e als auch E, so daß, wenn das Bremsstrahlungssignal aufgrund einer Änderung der Spannung, d. h. E, korrigiert wird, eine direkte Messung von j_e daraus abgeleitet werden kann. Da j_e ein Maß für die durch den Elektronenstrahl an der Fenster ebene und schließlich an dem Produkt bereitgestellte Dosis rate ist, können wir die Beziehung

verwenden, um die Dosisrate des Bremsstrahlungssignals abzuleiten und aus dieser dann die Dosis über

zu erhalten, wobei das Integral über eine Periode der Bestrahlungszeit des Produkts in dem Strahl in der Prozeß zone genommen wird.

Eine weitere Komplikation in der Überwachung dieses Spektrums liegt in dem Vorhandensein von materialcharak teristischer Röntgenstrahlung des die Elektronen abbremsenden Materials und damit assoziierten Auger-Elektronen. Für typische Fensterrahmen-Materialien (Al, Z=13; Cu, Z=29) sind die Fluoreszenzausbeuten (Röntgenemissions-Wahrschein lichkeit von einer Leerstelle in der inneren Schale) sehr niedrig (jeweils 4% und 40%), wobei die Röntgen- oder Auger-Elektronenenergien derart niedrig sind, daß einfache Filterung an dem Detektor oder durch die Kammerwand die Strahlung vollständig absorbiert. Zum Beispiel wird die K₁-Linie vom Kupfer bei 8,047 keV leicht in, z. B. 100 µm Ta (1660 g/m²) oder 50 µm Cu (445 g/m²) absorbiert, während die Auger-Elektronen niedriger Energie das Vakuumgehäuse des Beschleunigers nicht durchdringen können.

Bei den Energien, die für Elektronenprozessoren mit externem Strahl typisch sind, gibt es z. B. in einem Bereich oberhalb von 100 Kilovolt stets genügend Bremsstrahlung für Echt zeit-Überwachung. Wenn z. B. Wiedmann′s Formel verwendet wird, die z. B. bei Kirkpatrick, P. und Wiedmann, L., Phys. Rev. 67, 321, 1945; Condon, E.U., Ch.8, 7-118, Handbook of Physics, ed. E.U. Condon and H. Odishaw, McGraw Hill, NY (1958) veröffentlicht ist, ist die Effizienz der Konversion der kinetischen Energie des Elektrons in Bremsstrahlung für ein dickes Target gegeben durch 1,3 × 10^-3 ZV, wobei Z die Ordnungszahl des Targets und V die Elektronenbeschleunigungs spannung ist. Für den hier untersuchten Fall mit einem Aluminium-Rahmen (Z=13) bei 200 kV ist diese Effizienz 3,4×10^-3 oder 0,3%. Man sieht, daß die Bremsstrahlungsaus beute ungefähr linear mit der Energie und mit der Ordnungs zahl des Targets variiert. Für die in Fig. 6 dargestellte Geometrie würden wir bei 200-300 kV erwarten, daß aufgrund der Verschiebung der Verteilung in die Vorwärtsrichtung (wie dargestellt in Fig. 5) das Signal etwas stärker als linear mit V variiert.

Um das Dosisraten-Ausgangssignal des Detektors in eine brauchbare Anzeige der Dosis zu korrigieren, ist es not wendig zusätzlich zu dem Ausbeutefaktor k des Prozessors durch ein Signal zu dividieren, welches proportional zu v, der Produktgeschwindigkeit ist. Dies wird geleistet mit Hilfe des Tachometergenerator-Ausgangssignals, welches proportional zur Produktgeschwindigkeit ist und auf dieselbe Art weiterverarbeitet wird, mit der der Mikroprozessor- Kontroller normalerweise die Dosis ausrechnet, wenn die Maschinenausbeute k, der Strom I und die Geschwindigkeit v gegeben sind. Wenn kein Geschwindigkeitssignal erhältlich ist, wie z. B. bei einer Start-Stop-Bestrahlungssequenz, wird der kalibrierte Detektor dazu verwendet, um bis zu einer vorbestimmten Signalhöhe Q zu integrieren, bei der die gewünschte Dosis oder Ladungsfluenz auf dem Produkt) er reicht worden ist.

Für beide Anwendungsarten muß das Detektorausgangssignal durch zurückführbare Filmdosimetrie auf D bezogen werden.

Die zweite Korrektur wird dazu benötigt, um Spannungs variationen in dem Beschleuniger zu kompensieren. Wie durch Wiedemann′s Formel vorhergesagt, können diese zwar nicht die durch den Elektronenstrahl abgegebene Dosis signifikant beeinträchtigen, sie können jedoch die Bremsstrahlausgangs beute und somit das durch einen festen Strom in dem Prozessor erzeugte Röntgenstrahlungdetektorsignal sehr signifikant beeinträchtigen.

Die nachfolgend genannten Softwareprogramme wurden zur Echtzeitkorrektur des Detektorsignals für Spannungsschwan kungen in dem Prozessor entwickelt. Geeignete Programme enthalten "WorkBench PC Data Acquisition & Control Software for MS DOS Compatible Computers" hergestellt von Strawberry Tree Incorporated, Sunnyvale, California und "EasyPlot" Scientific Plotting & Data Analysis Software hergestellt von Spiral Software Inc., Brookline, Massachusetts, um ein weiter unten noch genanntes Polynom zu erhalten.

(1) Wie in der Kurve A der Fig. 8 dargestellt, ist das zur Überwachung der vorwärts gerichteten Bremsstrahlung wie in Fig. 6 genutzte Ausgangssignal des Detektors aufgezeichnet als eine Funktion der Spannung bei konstantem Maschinen strom. Das Verhalten dieser Kurve zeigt die erwartete Ab hängigkeit dritter Ordnung des Detektorsignals von der Spannung. Das bedeutet, daß der Bremsstrahlungsfluß bei dieser Geometrie ungefähr kubisch mit der Spannung (V³) variiert; somit ergibt sich der 29%-Anstieg in dem Bereich 180-196 kV. Die Nicht-Linearität des Ausgangssignals wird durch den Anstieg der Bremsstrahlungsausbeute mit der Energie verbunden mit der Überhöhung der Bremsstrahlungsaus beute in der Vorwärtsrichtung und möglicherweise durch eine energieabhängige Variation der Detektoreffizienz hervor gerufen. Die nichtlineare Variation kann näherungsweise durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert werden.
(2) Kurve B zeigt den Quotienten oder das Verhältnis zwischen dem für Kurve A verwendeten Signal des primären Detektors und dem eines auf die gleiche Quelle ausgerich teten zweiten Detektors, der durch ein dünnes röntgenabsor bierendes Filter abgedeckt ist. Dieser Quotient liefert eine unzweideutige Anzeige der eingestellten Maschinenspannung mit guter Auflösung und bietet eine Grundlage zur Spannungs korrektur des primären Signals. Die optimale Absorberdicke wird mit der Bremsstrahlungsenergie variiert und kann nach maximaler Empfindlichkeit ausgewählt werden - in diesem Fall ergab das ausgewählte Filter ein ungefähres Verhältnis von 4 : 1 über den untersuchten Betriebsbereich von 180-200 kV. Es wurde bestätigt, daß das Signalverhältnis bei einer gege benen Spannung unabhängig vom Strom über einen Bereich von 1 bis 13 mA ist, also ein dynamischer Bereich von 10 zu 1.
(3) In Fig. 9 sind die Signalkorrekturfaktoren als eine Funktion der Detektorsignalquotienten aufgezeichnet und wie dargestellt mit einem Korrekturpolynom angepaßt. In diesem Diagramm ist der Korrekturfaktor y bei 190 kV gleich 1, wo der Detektorsignalquotient 4,06 ist. Es wird erwartet, daß unter Verwendung dieser Polynom-Anpassung an die experimen tellen Daten Datenkorrekturen von unter 1% erreichbar sein sollten.

Fig. 9 ist von den in Fig. 8 gezeigten Daten abgeleitet. Um zu Fig. 9 zu gelangen, muß auch der Spannungswert bestimmt werden, auf den die Daten "normiert" werden sollen. Bei der Erstellung von Fig. 9 wurde entschieden, die Daten auf einen Wert des primären Signals bei 190 kV zu normieren. Die Datenpunkte in Kurve A von Fig. 8 können wie folgt tabellarisiert werden:

Spannung
Primäres Detektorsignal
180 kV
2.338
185	2.603
190	2.766
193	2.898
196	3.029

Der Korrektur-Multiplizierfaktor bei jedem Spannungswert wird erhalten durch Teilen des in Fig. 8 gezeigten Wertes des primären Detektorsignals bei 190 kV durch den in Fig. 8 gezeigten Wert des primären Detektorsignals bei dem betreffenden Spannungswert. Dies resultiert in der folgenden Tabelle.

Spannung
Korrektur-Multiplizierfaktor
180 kV\|2.768/2.338 = 1.184
185	2.768/2.603 = 1.063
190	2.768/2.768 = 1.000
193	2.768/2.898 = 0.954
196	2.768/3.029 = 0.914

Im Betrieb ist der Wert des Quotienten primäres Signal/ Filtersignal bei einem Spannungswert eine zweckmäßige Anzeige für diesen Spannungswert. Daher werden bei der Erstellung der Fig. 9 die Datenpunktwerte des Korrektur- Multiplizierfaktors als eine Funktion der entsprechenden Werte des Quotienten primäres Signal/Filtersignal anstelle der Spannungswerte aufgezeichnet. Der Quotient zwischen dem primären Signal/ Filtersignal und der Spannung ist in Kurve B der Fig. 8 dargestellt.

(4) Als eine Demonstration für die Wirksamkeit der Prozedur unter Verwendung des unerwartet sensitiven Korrekturfaktors wurde ein Durchlauf ausgeführt, in dem das ausgelesene und zu korrigierende Signal auf 3,15 Mrads bei 190 kV einge stellt wurde und das soeben beschriebene Korrekturpolynom wurde zur Korrektur des Ausgangssignals verwendet. In Fig. 10 sind die unkorrigierten Ausgangssignale bei fünf Spannungseinstellungen bei festem Strahlstrom in Kurve A dargestellt, während Kurve B das korrigierte Ausgangssignal in Megarad darstellt (wie an der Ordinate angezeigt). Kurve C zeigt das Verhalten der Quotientendaten (primäres geteilt durch gefiltertes Detektorsignal), von denen der spannungs abhängige Korrekturfaktor der Fig. 8 bestimmt wird. Zum Beispiel ist bei 180 kV der Quotient 4,4, woraus ein Korrekturfaktor (s. Fig. 9) von annähernd 20% oder 1,2 ermittelt wird, womit das angezeigte, unkorrigierte Ausgangssignal von 2,7 Megarad auf einen korrigierten Wert von 3,2 Megarad angehoben wird. Die Korrektur des Detektor ausgangssignals um die Temperatur ist schließlich ebenso einfach. Ein Thermoelement wird verwendet, um die Temperatur der Detektor-Vielfachanordnung in dem Gehäuse der Echtzeit- Strahlungsüberwachungsvorrichtung nach Fig. 6 zu bestimmen und eine geeignete lineare Korrektur wird dann mit den Daten durchgeführt, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder die Wärmezahl zu kompensieren.

Bestimmung der Elektronenenergie

Die vorliegende Erfindung umfaßt drei Verfahren zur Bestim mung der Energie der Elektronen, die die Anodenebene und somit das Produkt erreichen.

Spannungsmessung

Das erste Verfahren besteht in der Überwachung der Beschleu nigungsspannung, was gewöhnlich mit Hilfe der schon erwähnten Widerstandskette (wobei dieses Verfahren aufgrund der Alterung der Widerstände mit Fehlern behaftet ist) oder durch eine elektrostatische Vorrichtung wie ein elektro statisches Voltmeter oder ein Elektrometer geschieht. Letztere sind teuer und normalerweise in diesen Beschleuni gern nicht vorhanden. Darüberhinaus haben bestimmte Beschleunigerarten wie Linearbeschleuniger oftmals keine Vorrichtung zur direkten Messung der Beschleunigungs spannung.

Filterverfahren

Ein zweites Verfahren beruht auf der Messung der Änderung im Energiespektrum der Bremsstrahlung, wenn sich die Elektro nenstrahlenergie ändert. Dies kann durch Messung der Rönt genstrahlung von dem Target und durch Vergleichen des Signals mit einer Messung durch ein vor dem Detektor ange brachtes absorbierendes Filter erreicht werden. Das Ver hältnis der ungefilterten Signalstärke zu der gefilterten Signalstärke enthält eine eindeutige Beziehung zu der Energie der auf das Target auftreffenden Elektronen. Dieses Verfahren kann mit einem einzelnen Detektor angewandt werden, indem abwechselnd mit und ohne Filter gemessen wird, oder es können vorzugsweise zwei Detektoren verwendet werden, von denen einer der primäre Detektor ist und der andere mit einem Filter versehen ist, um gleichzeitig beide Signale für eine kontinuierliche Messung zu überwachen. Einige Details betreffend dieses Verfahren sind hier in Verbindung mit den Fig. 8, 9 und 10 beschrieben.

Anisotropie-Verfahren

Ein drittes Verfahren der Messung der Energie besteht darin, die Bremsstrahlung von zwei verschiedenen Winkeln in Bezug auf die Richtung des auftreffenden Elektronenstrahls zu betrachten und die relative Änderung in der Intensität mit der Energie zu messen. Wenn die Elektronenstrahlenergie an steigt, so steigt die Intensität der Röntgenbremsstrahlung in der Vorwärtsrichtung in Bezug auf die nach der Seite gerichtete Strahlung an. Das Verhältnis der Signalstärken der vorwärts und der nach der Seite gerichteten Strahlungs signale stellt eine eindeutige Anzeige für die Energie der auf das Target auftreffenden Elektronen dar. Wie bei dem Filterverfahren kann ein einzelner Detektor verwendet und der Winkel zwischen den Messungen geändert werden, oder es können vorzugsweise zwei oder mehr Detektoren bei ver schiedenen Winkeln angeordnet werden, um die zwei Signale gleichzeitig zu messen.

Überprüfung der Arbeitsweise

Die Arbeitsweise der hier beschriebenen Echtzeit-Strahlungs überwachungsvorrichtung wurde anhand eines 250-kV-Elektro nenstrahlsterilisators während einer Serie von kontinuier lichen Durchläufen von jeweils 8 Stunden Dauer untersucht. Für diese Anwendung wurde die Dosis an dem Produkt typi scherweise auf 3,10 Megarad bei einer Betriebsspannung von 190 kV eingestellt und die in dieser Anmeldung verwendeten Prozeduren von guter Verarbeitungsqualität (GMP, Good Manufacturing Procedures) erfordern zurückführbare Bestimmungen des Ausgangssignals (abgegebene Dosis) durch Dünnfilm-Radiochrom-Dosimetrie zu jeder Stunde. Einige typische Daten sind in Fig. 11 dargestellt, in der Daten von der Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung mit der Spannung und der Temperatur korrigiert, über 10 Minuten gemittelt und gegen die Zeit für annähernd 13 Stunden auf gezeichnet wurden. Die sechzehn über diese Periode genommenen Filmdosimeter-Ablesungen zeigen eine Standard abweichung von ± 2,1%, während die durch die Echtzeit- Strahlungsüberwachungsvorrichtung korrigierten Daten eine Standardabweichung von ± 1,3% aufweisen. Obwohl diese ver besserte Wirksamkeit beeindruckend ist, wird die Dosimetrie durch kleine Variationen in der Liniengeschwindigkeit beein trächtigt, die aufgrund der manuellen Befestigung der Be förderungstreibereinheit entstehen. An den Daten der Echt zeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung wurden jedoch weder eine kontinuierliche Korrektur um die Geschwindigkeit der Beförderungseinrichtung vorgenommen, noch wurden die Dosis daten der Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung mit den Filmdosimeter-Auslesungen kalibriert.

Die Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung hat somit die Fähigkeit demonstriert, Daten mit einer Genauigkeit von 1% zu erbringen, wenn Spannungs- und Temperaturkorrekturen unter Verwendung der hier beschriebenen Techniken angewandt werden. Dies ist ungefähr um einen Faktor drei besser als mit guten dosimetrischen Techniken erreicht werden kann und wird natürlich in Echtzeit durchgeführt im Gegensatz zu den ausgedehnten mit der Verwendung der passiven Dosimetrie verbundenen zeitlichen Verzögerungen, bei denen das Mon tieren, Bestrahlen, Ausheilen und Auslesen der Filme ent sprechende Zeit erfordert.

Ein Beispiel für die Arbeitsweise einer Einkanal-Echtzeit- Überwachungsvorrichtung unter dem mittleren Teil des Strahl profils eines 30-cm-Elektronensterilisators (s. Position D2 in Fig. 7) ist in Fig. 12 dargestellt. Unter typischen Betriebsbedingungen des Sterilisators ergibt sich ein gemittelter Signalwert von 0,0636 für die ersten 30 Sekunden der Messung. Dann wurde der bei der Messung in Fig. 4 ver wendete Permanentmagnet in Position gesetzt, um die Strahl verteilung wie in dieser Figur gezeigt zu stören und das Signal der Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung fiel in dem mittleren Bereich des Strahlprofils auf einen Wert von 0,0437 ab, ein Rückgang von 31%. Wie in der Dosimetrie messung der Fig. 4 dargestellt, nahm die gelieferte Dosis in dem mittleren Bereich des Strahlprofils um 18% ab (von 3,58 auf 2,95 Megarad). Eine solche Diskrepanz ist konsistent mit der Geometrie des Experiments (s. Fig. 6). Die dosimetrische Untersuchung der Fig. 4 liefert eine Kartierung der auf der Oberfläche der Beförderungseinrichtung abgegebenen inte grierten Dosis einschließlich der Beiträge großer Winkel von den Enden, wogegen das Signal der Echtzeit-Strahlungsüber wachungsvorrichtung darauf begrenzt ist, einen wohl defi nierten Strahlungskegel zu messen, der durch den Kollimator der Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung definiert ist und somit auf ± 7,80 bei der verwendeten Geometrie begrenzt ist.

Andere Geometrien von Vielfachanordnungen sind gemeinsam mit Kleinwinkelkollimatoren einsetzbar, um die Fensterebene aus einer Entfernung zu betrachten (z. B. oberhalb der Vakuum kammer oder innerhalb einer Strahlungskammer von Prozessoren ohne eigene Abschirmung) . Darüberhinaus wird in dieser Anmeldung der Gebrauch einer zurückführbaren Echtzeit- Strahlungsüberwachungsvorrichtung zur Kontrolle eines Prozessors und nicht nur eine einfache Verwendung der Vor richtung zur Überwachung des Prozessors gezeigt. Für den Fall ihrer Verwendung als primäres Signal für die Kontrolle wird ein Ausgangssignal eines einzelnen Detektors für die Anzeige der Dosisrate eingesetzt. Das Signal wird mit der Spannung, der Temperatur und der Ausbeute korrigiert, so daß es bei der gewählten Produktgeschwindigkeit als Echtzeit messung der abgegebenen Dosis verwendet werden kann. Folglich können die Maschinenparameter (Strom) auf der Basis dieses Signals mit Fehlergrenzen von z. B. ± 1% eingestellt werden. Dieses Verfahren der Maschinenüberwachung, welches unabhängig ist von Effekten der Rückströmung von Ionen oder Störungen der Elektronenoptik ist sehr viel verläßlicher als die übliche Überwachungsphilosopie, die auf dem zu dem Hochspannungs-Netzteil zurückkehrenden Elektronenstrom beruht.

Ein solches System würde typischerweise einen Detektorkanal verwenden oder über mehrere Detektorkanäle mitteln, die derart angeordnet sind, daß sie nicht durch den Durchgang des Produkts und die Absorption beeinflußt werden können. Zum Beispiel wird durch die Ausrichtung auf die Enden des Fensters (s. Fig. 7) die Absorption durch schmale Produkte vermieden, die den zentralen Bereich des Strahls überqueren. Dieses Problem wird dadurch eliminiert, daß die Detektoren nicht-orthogonal zu der Fenster-Bremsebene montiert werden, wie z. B. in der Ebene PP′ der Fig. 6. Die Gleichförmigkeit könnte somit in Echtzeit mit oder ohne Produkt an seinem vorgesehenen Platz im Prozessor bestimmt werden. Die Spannungseinstellung der Maschine kann wie oben beschrieben durch den bei der Korrektur der Daten durch die Software ermittelten Quotienten bestätigt werden. Die Rückführbar keit des Systems kann realisiert werden durch Verwendung von rückführbaren Filmdosimetern und durch periodische Über prüfung oder Bestätigung, daß die durch die Kanäle der Echtzeit-Strahlungsüberwachungsvorrichtung übermittelte Ausgangsdosis, die durch das Produkt nicht gestört ist, in einer akzeptablen Übereinstimmung mit den gleichzeitig bestimmten Ergebnissen der Dosimetrie steht.

Andere Techniken für die Anwendung dieser flexiblen Vor richtung auf die Elektronenprozessierung sowohl für konti nuierliche als auch Stop-Start-Betriebsbedingungen sind dem Fachmann für Elektronenstrahltechnik für eine große Band breite von industriellen Prozessen ersichtlich.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften eines brems strahlungserzeugenden Elektronenstrahls, umfassend

- mindestens einen Strahlungsdetektor zur Messung des Bremsstrahlungsflusses an der Position des Detektors und zur Erzeugung eines den Fluß anzeigenden Flußsignals,
- einer Vorrichtung zur Bestimmung der Energie der Elektronen in dem Elektronenstrahl und zur Erzeugung eines die Energie anzeigenden Energiesignals und
- einer Vorrichtung zur Korrektur des Flußsignals unter Einbeziehung des Energiesignals derart, daß das korri gierte Flußsignal proportional zur Strahlstromdichte des Elektronenstrahls ist und im wesentlichen von Änderungen der Energie der Elektronen in dem Elektronenstrahl unabhängig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Festlegung eines den Detektor erreichenden Bremsstrahlungskegels.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Festlegung des den Detektor erreichenden Bremsstrahlungskegels mindestens einen Kollimator zur Begrenzung der den Detektor erreichenden Bremsstrahlung enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Absorber zur teilweisen Filterung der den Detektor erreichenden Bremsstrahlung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl durch direkte Beschleunigung mit einer elektrischen Spannung erzeugt wird und daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Energie der Elektronen eine Hoch spannungs-Widerstandskette zur Messung der den Elektronen strahl beschleunigenden Spannung ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Strahlungsdetektor angeordnet ist und wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Energie der Elektronen eine Vorrichtung zur Messung des Quotienten aus den von den Detektoren erzeugten Flußsignalen enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zusätzlicher Strahlungsdetektor in einem Winkel zu dem Elektronenstrahl angeordnet ist, der sich von dem Winkel unterscheidet, bei dem der erste Detektor ange ordnet ist und wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Energie der Elektronen eine Vorrichtung zur Messung des Quotienten zwischen den von den Detektoren erzeugten Fluß signalen enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur des Detektors und zur Erzeugung eines die Temperatur anzeigenden Tempera tursignals angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Korrektur des Flußsignals das Temperatursignal derart ein bezieht, daß das korrigierte Flußsignal im wesentlichen von Änderungen der Temperatur unabhängig ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektor-Vielfachanordnung vorgesehen ist und daß eine Vorrichtung zur Bestimmung der relativen Detektorempfind lichkeiten in der Detektor-Vielfachanordnung und zur Erzeu gung von die relativen Empfindlichkeiten anzeigenden Empfindlichkeitssignalen vorgesehen ist, und wobei die Vorrichtung zur Korrektur des Flußsignals die Empfindlich keitssignale derart einbezieht, daß das korrigierte Fluß signal von jedem Detektor im wesentlichen von den Differenzen in den Empfindlichkeiten unabhängig ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Produktes mit Strahlung bestehend aus dem Elektronenstrahl oder aus durch den Elektronenstrahl erzeugten Photonen, und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Aufenthaltsdauer des Produktes in der Strahlung, und eine Vorrichtung zur Korrektur des Fluß signals um die Aufenthaltsdauer, um ein Maß für die von dem Produkt empfangene Dosis bereitzustellen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren durch Kalibrierung mit passiver Dosimetrie auf einen nationalen Dosisstandard zurückführbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Korrektur von Änderungen in dem Brems- oder Absorptionsvermögen der Elektronen in dem Produkt unter Einbeziehung des Flußsignals, so daß eine Korrektur der Oberflächendosis als Funktion der Energie durchgeführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Korrektur der spannungsabhängigen Maschi nenausbeute unter Einbeziehung des Flußsignals, so daß die Messung der Dosisrate für energieabhängige Variationen der Energieabsorption des Elektronenstrahls in dem Luftweg zwischen dem Fenster und dem Produkt und in dem Fenster selbst eingestellt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenquelle bei einer nominell feststehenden Spannung betrieben wird und eine Vorrichtung zur Kontrolle der von der Elektronenquelle abgegebenen Dosisrate innerhalb vorgegebener Grenzen durch Kontrolle des Elektronenstrahl stroms unter Einbeziehung des Flußsignals vorhanden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Kontrolle der an das Produkt abgegebenen Dosis innerhalb vorgegebener Grenzen unter Einbeziehung des Flußsignals, wobei diese Kontrolle durch die Einstellung der Produkt-Verweilzeit in dem Elektronenstrahl oder durch Ein stellung des Elektronenstrahlstroms bewirkt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Veranlassung des Strahlungsdetektors, die kollimierte Bremsstrahlung zu durchqueren, um eine konti nuierliche Messung der die überwachte Bremsstrahlung erzeu genden Elektronenstrahlverteilung bereitzustellen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielfachanordnung von Strahlungsdetektoren in festen Positionen, die in der Lage sind, eine kontinuierliche Messung der die überwachte Bremsstrahlung erzeugenden Elektronenstrahlverteilung bereitzustellen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl gescannt oder gepulst ist und wobei die Vorrichtung derart ausgeführt ist, um eine Messung der Gleichförmigkeit der abgegebenen integrierten Dosis und der mittleren Betriebsspannung in dem Elektronenbeschleuniger bereitzustellen.

19. Verfahren zur Verifikation oder Nachprüfung der Behand lung eines Produktes durch einen Elektronenstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Produkt erzeugte Brems strahlung detektiert wird, um den Weg des Produktes durch den Elektronenstrahl aufzuzeichnen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Detektion die Schwächung des überwachten Flusses detektiert wird und diese Information zur Überwachung des Ortes des Produktes in dem Elektronenstrahl verwendet wird.

21. Verfahren zur Identifikation eines bestrahlten Produktes, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Produkt erzeugte charakteristische Röntgenstrahlung detektiert wird, um das Produkt zu identifizieren und seinen Durchgang durch oder sein Vorhandensein in einem Elektronenstrahl aufzu zeichnen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Röntgenstrahlen durch Verwendung von energiesensitiven Detektionstechniken wie selektive Fil tration oder Pulshöhenanalyse des überwachten Röntgen energiespektrums identifiziert werden.

23. Verfahren zur Messung der Eigenschaften eines Brems strahlung erzeugenden Elektronenstrahls, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bremsstrahlungsfluß bei einer bekannten Position gemessen wird und ein den Fluß anzeigendes Fluß signal erzeugt wird, die Energie der Elektronen in dem Elektronenstrahl bestimmt wird und ein die Energie anzei gendes Energiesignal erzeugt wird und das Energiesignal dazu verwendet wird, um das Flußsignal derart zu korrigieren, daß das korrigierte Flußsignal proportional zu der Elektronen strahlstromdichte ist und im wesentlichen von Variationen der Energie der Elektronen in dem Elektronenstrahl unab hängig ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Bestätigung der Geometrie eines Prozessors für die Bestrahlung eines Produktes durch die von einem Elek tronenstrahl erzeugte Bremsstrahlung, wobei das Verfahren die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte enthält: Bestimmen des Elektronenstroms in dem Elektronenstrahl, Erzeugen eines den Elektronenstrom anzeigenden Elektronen stromsignals und Verwendung des Quotienten des Elektronen stroms zu dem korrigierten Fluß, um die Geometrie des Prozessors zu bestätigen.

25. Verfahren zur Ankündigung oder Warnung, falls aufgrund von Undichtigkeiten des Vakuumsystems durch positive Ionen hervorgerufenen Effekte während der Bestrahlung eines Produktes durch die von einem Elektronenstrahl erzeugte Bremsstrahlung ein kritisches Ausmaß überschreiten, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Messen des Bremsstrahlungsflusses bei einer bekannten Position, Erzeugen eines den Fluß anzeigenden Flußsignals, Bestimmen des Elektronenstroms in dem Elektronenstrahl, Erzeugen eines den Elektronenstrom anzeigenden Elektronenstromsignals und Verwenden des Quotienten des Flußsignals zu dem Elektronen stromsignal, um die Effekte der positiven Ionen zu über wachen.

26. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Detektion von Transienten, die die Bestrahlung eines Produktes durch einen Bremsstrahlung erzeugenden Elektronenstrahl beeinträchtigen können, wobei das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt enthält: Verwendung der Detektion von Abweichungen kurzer Dauer (in Bezug auf die Produkt-Bestrahlungszeit) von dem korrigierten, gemittelten Flußsignal als ein Maß für die Spannungsstabilität des Prozessors.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Transienten eine niedrige Signalhöhe aufweisen und die vorbereitende Aktivierung in einem Hochspannungsbeschleu niger widerspiegeln und wobei das Verfahren den folgenden Verfahrensschritt enthält: Messung der Frequenz der Ab weichungen des Flußsignals über seinen zeitgemittelten Wert während der Elektronenbestrahlungszeit des Produkts als ein auslösendes Signal für die vorbeugende Überwachung des Elektronenprozessorsystems.