DE19842477B9

DE19842477B9 - Verfahren zum Bestrahlen von strangförmigem Bestrahlgut sowie Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19842477B9
Application number: DE19842477.9A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gielenz; Dr. Schmid Brigitt
Original assignee: Radiation Dynamics Inc
Current assignee: Radiation Dynamics Inc
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: DE19842477A1; DE19842477B4; US6479831B1

Abstract

Verfahren zum Bestrahlen von strangförmigem Bestrahlgut (19; 19a–e), mit quer zur Längsachse des Bestrahlgutes (19; 19a–e) auftreffenden Elektronenstrahlen (18), welche das Bestrahlgut (19; 19a–e) aus zwei festen, zueinander in einem von Null verschiedenen Winkel stehenden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Elektronenstrahl (11) in einem Scanner (12) mittels einer Scaneinrichtung (13) ein gescannter Elektronenstrahl (17) erzeugt wird, welcher durch zeitlich gesteuertes Hin- und Herschwenken in einem vorgegebenen Winkelbereich quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes (19; 19a–e) einen Strahlenfächer erzeugt, und dass der gescannte Elektronenstrahl (17) durch einen zwischen der Scaneinrichtung (13) und dem Bestrahlgut (19; 19a–e) angeordneten Ablenkmagneten (16, 16') für jeden Scanwinkel des Strahlungsfeldes so abgelenkt wird, dass er aus einer der beiden festen Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) auf das zu bestrahlende Bestrahlgut (19; 19a–e) trifft.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen. Sie betrifft ein Verfahren zum Bestrahlen von strangförmigem Bestrahlgut, insbesondere strahlungsvernetzbaren Kabelisolationen oder -mänteln oder strahlungsvernetzbaren Rohren, Schläuchen oder Profilen, mit quer zur Längsachse des Bestrahlgutes auftreffenden Elektronenstrahlen, welche das Bestrahlgut aus zwei festen, zueinander in einem von Null verschiedenen, vorzugsweise rechten Winkel stehenden Bestrahlungsrichtungen treffen.
Sie betrifft weiterhin eine Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche Bestrahlungsvorrichtung erste Mittel zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie zweite Mittel umfasst, welche den Elektronenstrahl aus den beiden Bestrahlungsrichtungen auf die zu bestrahlenden Körper lenken.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind z. B. aus der Patentanmeldung WO 96/27887 A1 bekannt.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von Kabeln werden häufig die Kabelmäntel bzw. isolierenden Umhüllungen aus einem Kautschuk, Polyolefinen oder anderen vernetzbaren Polymeren hergestellt und nach dem Umhüllen der Kabelseele zur Verbesserung der thermischen und mechanischen Stabilität vernetzt. Die Vernetzung kann dabei durch Zufügen von chemischen Hilfsstoffen erfolgen, aber auch durch Bestrahlung mit energiereichen Strahlen, insbesondere Elektronenstrahlen. Bei der strahleninduzierten Vernetzung kommt es unter anderem darauf an, mit einem vertretbaren apparativen Aufwand innerhalb eines kontinuierlichen Produktionsprozesses bei den an der Strahlenquelle vorbeilaufenden Kabeln oder anderen Bestrahlgütern wie z. B. Rohren, Schläuchen oder Profilen eine gleichmässige Bestrahlung zu erreichen, die einerseits eine gleichmässige und vollständige Vernetzung in der gesamten Tiefe und über den Umfang des Bestrahlgutes bewirkt, und andererseits keine unerwünschten Beschädigungen durch zu hohe lokale Strahlendosen mit nachfolgenden elektrischen Durchschlägen hervorruft.
Sowohl in der eingangs genannten Druckschrift, als auch in der EP-A1-0 037 869 wird eine Elektronenstrahl-induzierte Vernetzung beschrieben, bei der die Elektronenstrahlen aus zwei zueinander im wesentlichen senkrecht stehenden Bestrahlungsrichtungen auf das zu vernetzende Bestrahlgut gelenkt werden (sog. ”Crossfiring”). Das Crossfiring-Verfahren hat jedoch in den bisher bekannten technischen Ausführungen verschiedene Nachteile: Werden, wie dies in der EP-A1-0 037 869 (3) gezeigt ist, zwei Strahlenquellen mit nachgeschalteten Scannern eingesetzt, um die Bestrahlung aus den beiden im wesentlichen orthogonalen Bestrahlungsrichtungen zu verwirklichen, bedeutet dies einen erheblichen apparativen Aufwand, weil zwei Vakuumapparaturen, zwei Hochspannungs- und Stromversorgungen für die Elektronenstrahlquellen bzw. Scaneinrichtungen in den Scannern und die zugehörigen Vakuumeinrichtungen benötigt werden. Wird dagegen, wie dies in 1 der WO 96/27887 A1 dargestellt ist, der Strahl aus einer Elektronenstrahlquelle aufgeteilt und über getrennte Strahlführungen zu zwei Scannern geleitet, die den Strahl zeitlich verschachtelt aus den zwei Bestrahlungsrichtungen auf das zu vernetzende Bestrahlgut lenken, können derzeit noch keine kommerziell erhältlichen, aus Quelle und Scanner zusammengesetzten Standardapparaturen verwendet werden. Vielmehr muss eine spezielle Apparatur aufgebaut werden, die erheblichen Aufwand erfordert.
Aus der US 3 942 017 ist eine Bestrahlungsvorrichtung zur Bestrahlung von strangförmigem Gut bekannt, die Mittel zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, einen im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes angeordneten Scanner sowie einen Ablenkmagneten zum Ablenken des gescannten Elektronenstrahls umfasst. Der Elektronenstrahl kann mittels eines Magnetfeldes um einen Winkel von angenähert 180° fast senkrecht zur Oberfläche des Bestrahlgutes abgelenkt werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Strahlenvernetzung von strangförmigem Bestrahlgut wie Adern, Kabel, Rohre, Schläuche, Profile und dgl. anzugeben, welches unter Verwendung von nur geringfügig modifizierten Standardkomponenten auf einfache Weise durchgeführt werden kann und sich gleichzeitig durch homogene Bestrahlungsergebnisse auszeichnet, sowie eine Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass aus einem Elektronenstrahl in einem Scanner mittels einer Scaneinrichtung ein gescannter Elektronenstrahl erzeugt wird, welcher durch zeitlich gesteuertes Hin- und Herschwenken in einem vorgegebenen Winkelbereich quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes einen Strahlenfächer erzeugt, und dass der gescannte Elektronenstrahl durch einen zwischen der Scaneinrichtung und dem Bestrahlgut angeordneten Ablenkmagneten für jeden Scanwinkel des Strahlungsfeldes so abgelenkt wird, dass er aus einer der beiden festen Bestrahlungsrichtungen auf das zu bestrahlende Bestrahlgut trifft. Der Kern der Erfindung besteht darin, den quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes gescannten Elektronenstrahl durch eine zusätzliche Ablenkung wahlweise in die zwei gewünschten Bestrahlungsrichtungen abzulenken. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer einzigen aus Elektronenstrahlquelle und Scanner bestehenden Standardapparatur und nur einer zusätzlichen Ablenkeinrichtung das Crossfiring-Verfahren einfach und kostengünstig zu realisieren.
Grundsätzlich ist es denkbar, als Ablenkmagneten einen Permanentmagneten oder einen mit konstantem Magnetstrom betriebenen Elektromagneten zu verwenden. Der Ablenkmagnet muss dann jedoch an verschiedenen Orten entlang der Scanrichtung unterschiedliche Magnetfeldstärken und -richtungen bereitstellen, damit die je nach Scanwinkel in unterschiedliche Richtungen gehende, unterschiedlich starke Umlenkung des gescannten Elektronenstrahls im Ablenkmagneten verwirklicht werden kann. Dies bedeutet jedoch eine relativ komplizierte Auslegung des Ablenkmagneten, die sich bei Veränderungen im Strahlsystem auch nur schwer nachjustieren lässt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass als Ablenkmagnet ein steuerbarer Elektromagnet verwendet wird, welcher im Bereich des fächerförmigen Strahlungsfeldes ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld steuerbarer Magnetfeldstärke und -richtung erzeugt, und dass die Magnetfeldstärke und -richtung synchron zur Ablenkung des Elektronenstrahls in der Scaneinrichtung des Scanners so verändert wird, dass der im Magnetfeld des Ablenkmagneten abgelenkte Elektronenstrahl das Bestrahlgut aus einer der beiden Bestrahlungsrichtungen trifft. Das homogene Magnetfeld lässt sich vergleichsweise einfach erzeugen. Durch die zeitliche Steuerung der Magnetfeldstärke kann mit elektronischen Mitteln leicht zu jedem Zeitpunkt, der für den gescannten Elektronenstrahl gleichzeitig einen bestimmten Scanwinkel festlegt, unter dem er den Scanner durchläuft, ein entsprechender Ablenkungswinkel im Ablenkmagneten erreicht werden. Ändern sich die Parameter in der Elektronenquelle oder im Scanner, kann die Vorrichtung durch einfache Anpassungen in der Steuerung nachgeregelt werden.
Bevorzugt lenkt die Scaneinrichtung im Scanner den Elektronenstrahl mit einer Scanfrequenz f_s ab, und ändert der Ablenkmagnet das Magnetfeld mit einer Magnetfeldfrequenz f_B, welche grösser, kleiner oder gleich der Scanfrequenz f_s ist, d. h., es gilt f_B = k·f_s mit k als einer beliebigen Zahl ungleich Null.
Gemäss einer ersten Weiterbildung ist f_B = f_s, und beim Hinschwenken des gescannten Elektronenstrahls wird der gescannte Elektronenstrahl in die eine Bestrahlungsrichtung, und beim Zurückschwenken in die andere Bestrahlungsrichtung abgelenkt. Hierdurch wird das Bestrahlgut in jeder Scanperiode aus beiden Bestrahlungsrichtungen bestrahlt.
Eine andere Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass f_B = f_s/n mit n = 2, 3, 4, ... ist, und dass der gescannte Elektronenstrahl bei einem n-maligen Hin- und Herschwenken des gescannten Elektronenstrahls jeweils in eine Bestrahlungsrichtung und beim darauffolgenden n-maligen Hin- und Herschwenken jeweils in die andere Bestrahlungsrichtung abgelenkt wird.
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlgut in Längsrichtung relativ zum Scanner mit einer Geschwindigkeit v bewegt wird, dass der vom Scanner erzeugte Strahlenfächer auf der Höhe des Bestrahlgutes und in Längsrichtung des Bestrahlgutes gemessen eine Weite W aufweist, und dass der Ablenkmagnet mit einer minimalen Magnetfeldfrequenz f_Bmin betrieben wird, welche der Gleichung f_Bmin = v/W genügt.
Eine erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie zwischen den ersten Mitteln und dem Bestrahlgut angeordnete zweite Mittel vorgesehen sind, welche einen im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes angeordneten Scanner zum Scannen des Elektronenstrahls sowie einen Ablenkmagneten zum Ablenken des gescannten Elektronenstrahls in zwei festgelegte, zueinander in einem von Null verschiedenen Winkel stehenden Bestrahlungsrichtungen auf das zu bestrahlende Bestrahlgut umfassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ablenkmagnet ein in der Magnetfeldstärke und -richtung steuerbarer Elektromagnet ist, welcher für die Ablenkung des gescannten Elektronenstrahls ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt, dass für den Ablenkmagneten Ansteuerungsmittel vorhanden sind, welche die Magnetfeldstärke und -richtung des Ablenkmagneten so steuern, dass der durch den Ablenkmagneten abgelenkte Elektronenstrahl stets aus einer der beiden Bestrahlungsrichtungen auf das zu bestrahlende Bestrahlgut trifft, dass der Scanner eine Scaneinrichtung umfasst, welche mit einer in einem Oszillator erzeugten Scanfrequenz f_s angesteuert wird, dass die Ansteuerungsmittel zur Synchronisierung mit der Scaneinrichtung mit dem Oszillator in Wirkverbindung stehen, und dass die Ansteuerungsmittel einen Frequenzteiler und einen Funktionsgenerator umfassen. Mit Hilfe des Frequenzteilers kann die Umschaltung zwischen den Bestrahlungsrichtungen mit einer Frequenz erfolgen, die nur einen Bruchteil der Scanfrequenz beträgt. Der Funktionsgenerator ermöglicht eine genaue Steuerung des zeitlichen Verlaufs des Magnetfeldes im Ablenkmagneten.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einer vereinfachten Darstellung in Seitenansicht eine Bestrahlungsvorrichtung gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 der Scanner mit dem Ablenkmagneten aus 1 in der Ansicht von unten; und
3–5 den zeitlichen Verlauf der Steuersignale für die Scaneinrichtung im Scanner (jeweils Teilfigur a) und für den Ablenkmagneten (jeweils Teilfigur b) für verschiedene Frequenzverhältnisse von Scanfrequenz zu Ablenkmagnetfrequenz bei der Vorrichtung nach 1.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist in einer vereinfachten Darstellung in Seitenansicht eine Bestrahlungsvorrichtung gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Bestrahlungsvorrichtung 10 erhält aus einer (nicht gezeigten) Elektronenstrahlquelle einen einzelnen Elektronenstrahl 11, der in einen Scanner 12 eintritt und dort in an sich bekannter Weise mittels einer eingebauten (magnetischen) Scaneinrichtung 13 zu einem Strahlenfächer abgelenkt wird. Die in 1 gezeigten Strahlen innerhalb des fächerförmig sich erweiternden Scantrichters 14 stellen den Strahlengang des (einen) gescannten Elektronenstrahles 17 zu verschiedenen Zeitpunkten dar. Der gescannte Elektronenstrahl 17 schwenkt im zeitlichen Verlauf in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeiles zwischen den beiden maximalen Scanwinkeln hin und her, und tritt nach unten durch ein Austrittsfenster 15 unter einem sich stetig ändernden Scanwinkel aus dem Scantrichter 14 aus. Der gescannte Elektronenstrahl 17 soll nun so beeinflusst bzw. umgelenkt werden, dass er auf das zu bestrahlende bzw. zu vernetzende Bestrahlgut 19, das mit seiner Längsrichtung senkrecht zur Zeichenebene unterhalb des Austrittsfensters 15 angeordnet ist und senkrecht zur Zeichenebene mit einer Geschwindigkeit v unter dem Scanner 12 hindurchbewegt wird, unter zwei fest vorgegebenen, vorzugsweise zueinander senkrecht stehenden Bestrahlungsrichtungen R1 und R2 auftrifft. Die eine Bestrahlungsrichtung R1 ist in 1 durch die durchgezogenen Linien angedeutet, die andere Bestrahlungsrichtung R2 durch gestrichelte Linien.
Das Bestrahlgut 19 besteht in dem in 1 dargestellten Beispiel aus einer Mehrzahl von in einer Bestrahlungsebene 32 parallel nebeneinander angeordneten Bestrahlgutabschnitten bzw. Kabelabschnitten 19a–e eines Kabels mit einem Kabelmantel 31. Das Kabel wird über entsprechende Rollen oder Trommeln umgelenkt und mehrfach mit derselben Geschwindigkeit v, aber in wechselnder Richtung unter dem Scanner 12 hindurchgeführt, wie dies beispielsweise in der US-A-3,925,671 oder in der bereits genannten EP-A1-0 037 869 gezeigt ist. Durch die Art der Umlenkung wird dabei das Kabel je nach Durchlaufrichtung abwechselnd von oben und von unten bestrahlt, so dass bei einem mehrfachen Durchlauf eine gleichmässige Bestrahlung über den gesamten Umfang erreicht wird. Diese Konfiguration gilt analog für andere strangförmige Bestrahlgüter wie Rohre, Schläuche oder Profile und dgl.
Zur Beeinflussung bzw. Umlenkung des gescannten Elektronenstrahls 17 ist ein als steuerbarer Elektromagnet aufgebauter Ablenkmagnet 16 vorgesehen, dessen Aufbau aus der in 2 gezeigten Draufsicht von unten hervorgeht. Der Ablenkmagnet 16 besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Magnetspulen 27 und 28 (die in 1 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt sind), die in einem sie umschliessenden Magnetjoch 26 sitzen. Das Magnetjoch 26, das im wesentlichen aus einem Blechpaket besteht, hat in der Mitte zwischen den Magnetspulen 27 und 28 einen Luftspalt 30, in welchem ein weitgehend homogenes Magnetfeld herrscht. Durch diesen Luftspalt 30 tritt von oben nach unten der aus dem mit einer dünnen Metallfolie 29 als Vakuumbarriere abgeschlossenen Austrittsfenster 15 gescannte Elektronenstrahl 17 hindurch und wird von dem im Luftspalt 30 herrschenden Magnetfeld je nach Polung und Stärke des Magnetfeldes um unterschiedliche Winkel nach rechts oder links (1) abgelenkt.
Die Magnetfeldstärke variiert dabei mit dem Scanwinkel: Befindet sich der gescannte Elektronenstrahl 17 nahe der rechten Seitenwand des Scantrichters 14, ist der Winkel, um den der gescannte Elektronenstrahl 17 nach links umgelenkt werden muss (Bestrahlungsrichtung R1), maximal bzw. der Winkel, den der gescannte Elektronenstrahl 17 mit dem abgelenkten Elektronenstrahl 18 einschliesst, minimal. Dasselbe gilt, wenn der gescannte Elektronenstrahl 17 nahe der linken Seitenwand des Scantrichters 14 liegt und der Elektronenstrahl nach rechts abgelenkt werden muss (Bestrahlungsrichtung R2, in 1 gestrichelt). Wandert der gescannte Elektronenstrahl 17 nun von der rechten zur linken Seite des Scantrichters 14, wird der Winkel, um den der Strahl in die erste Bestrahlungsrichtung R1 umgelenkt werden muss, zunehmend kleiner. Dasselbe gilt für die Umlenkung in die zweite Bestrahlungsrichtung R2, wenn der Strahl umgekehrt von der linken zur rechten Seite wandert.
Da der Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls im Ablenkmagnet 16 mit der Stärke des Magnetfeldes steigt, und umgekehrt, kann durch eine zeitlich mit dem Scanvorgang synchronisierte Veränderung des Magnetfeldes dem gescannten Elektronenstrahl 17 in jeder Position, die er im Scanner 12 einnimmt, durch eine entsprechende Steuerung der Magnetfeldstärke und Polung des Magnetfeldes (bzw. der magnetischen Induktion) gerade eine solche Ablenkung aufgezwungen werden, dass der abgelenkte Elektronenstrahl 18 sich in einer der beiden Bestrahlungsrichtungen R1 oder R2 ausbreitet, wie dies in 1 durch die verschiedenen eingezeichneten Strahlengänge deutlich wird. Wird anstelle des zwischen Austrittsfenster 15 und Bestrahlgut 19 angeordneten Ablenkmagneten 16 in 1 ein (gestrichelt eingezeichneter) Ablenkmagnet 16' zwischen Scaneinrichtung 13 und Austrittsfenster 15 plaziert, wird der gescannte Elektronenstrahl 17 bereits in dem Scantrichter 14 noch im Vakuum umgelenkt, was hinsichtlich der Streuung der Elektronen gewisse Vorteile mit sich bringt. Andererseits müssen in diesem Fall spezielle Anforderungen an das für den Scantrichter 14 verwendete Wandmaterial hinsichtlich seiner magnetischen Eigenschaften gestellt werden.
Die synchrone Steuerung erfolgt gemäss 1 beispielhaft dadurch, dass sowohl die Scaneinrichtung 13 im Scanner 12 als auch der Ablenkmagnet 16 bzw. 16' nach einer gemeinsamen Taktfrequenz aus einem Oszillator 22 gesteuert werden. Aus der Oszillatorfrequenz, die z. B. gleich der Scanfrequenz f_s ist, wird in einem Sägezahngenerator 21 das in den Teilfiguren a der 3 bis 5 dargestellte Dreieckssignal abgeleitet und zur Steuerung der Scaneinrichtung 13 an eine Leistungsstufe 20 weitergegeben, die den für die Scaneinrichtung 13 notwendigen Magnetstrom bereitstellt. Gleichzeitig wird die Oszillatorfrequenz entweder direkt an einen Impulsformer 24 weitergeleitet, oder – für den Fall, dass die Magnetfeldfrequenz kleiner sein soll als die Scanfrequenz – (wie dies in 1 dargestellt ist) aus der Oszillatorfrequenz durch Teilung in einem Frequenzteiler 23 eine einstellbare phasensynchronisierte Magnetfeldfrequenz f_B = f_s/n mit n = 2, 3, 4, ..., erzeugt.
Aus der Oszillatorfrequenz oder der herabgesetzten Magnetfeldfrequenz werden dann in einem Funktionsgenerator 24 periodische Signalverläufe erzeugt, wie sie in den Teilfiguren b der 3 bis 5 dargestellt sind. 3 zeigt dabei den Fall mit f_B = f_s, 4 den Fall mit f_B = ½f_s und 5 den Fall mit f_B = ¼f_s. Die Signalverläufe steuern dann eine Leistungsstufe 25, die den Strom für die Magnetspulen 27, 28 des Ablenkmagneten 16 bereitstellt. Die Magnetfeldfrequenz f_B ist dabei gleich der Frequenz, mit welcher der Ablenkmagnet 16 betrieben wird. Soll die Magnetfeldfrequenz f_B dagegen grösser sein als die Scanfrequenz f_s, kann anstelle des Frequenzteilers 23 ein entsprechender Frequenzvervielfacher eingesetzt werden.
Um eine gleichmässige Verteilung der Bestrahlungsdosis zu erreichen, muss das unter dem Scanner 12 hindurchbewegte Bestrahlgut 19 pro Durchgang mindestens einmal aus jeder Bestrahlungsrichtung bestrahlt werden, was eine minimale Magnetfeldfrequenz f_Bmin erfordert, die der Gleichung f_Bmin = v/W genügt. Hierbei entspricht v der Geschwindigkeit, mit welcher das Bestrahlgut 19 bzw. die Bestrahlgut- oder Kabelabschnitte 19a–e in Längsrichtung relativ zum Scanner 12 bewegt werden. W ist die Weite, die der vom Scanner 12 erzeugte Strahlenfächer auf der Höhe des Bestrahlgutes 19 (in der Bestrahlungsebene 32) und in Längsrichtung des Bestrahlgutes 19 gemessen aufweist.
Die synchrone Steuerung von Scanner 12 bzw. Scaneinrichtung 13 und Ablenkmagnet 16 kann einfach anhand der 3 erläutert werden: Vom Zeitpunkt t0 bis t1 hat das Dreieckssignal aus Teilfigur 3(a) eine ansteigende Flanke, die beispielsweise das Verschwenken des gescannten Elektronenstrahles 17 von der linken zur rechten Seite bewirkt. Gleichzeitig hat der Signalverlauf aus Teilfigur 3(b) eine im positiven liegende, schräg abfallende Flanke. Diese Flanke signalisiert eine schwächer werdende Ablenkung in die zweite Bestrahlungsrichtung R2. Zum Zeitpunkt t1 kehrt der Scanvorgang um und der gescannte Elektronenstrahl 17 wandert mit der abfallenden Flanke des Dreieckssignals von der rechten zur linken Seite, bis er zum Zeitpunkt t2 diese Seite erreicht hat und wieder umkehrt. Gleichzeitig hat der Signalverlauf aus 3(b) eine im negativen liegende, schräg ansteigende Flanke. Diese Flanke signalisiert eine schwächer werdende Ablenkung in die erste Bestrahlungsrichtung R1. Ab dem Zeitpunkt t2 beginnt der (periodische) Vorgang von neuem. Bei dem in 4 dargestellten Fall wird der gescannte Elektronenstrahl 17 für einen kompletten Hin- und Rücklauf jeweils in einer der Bestrahlungsrichtungen R1 oder R2 belassen. Bei dem in 5 dargestellten Fall bleibt die Bestrahlungsrichtung für zwei komplette Hin- und Rückläufe konstant. Ist das Magnetfeld des Ablenkmagneten 16 nicht homogen, oder ist die Winkelgeschwindigkeit des gescannten Elektronenstrahles 17 beim Hin- und Herfahren im Scanner 12 nicht konstant, kann durch Einstellung des Funktionsgenerators 24 die Signalform für die Ansteuerung des Ablenkmagneten 16 jederzeit so verändert werden, dass die Bedingung, dass der abgelenkte Elektronenstrahl 18 in einer der beiden Bestrahlungsrichtungen R1 und R2 liegt, stets erfüllt ist. Auf diese Weise kann mit einer herkömmlichen Elektronenquelle-Scanner-Kombination durch Hinzufügen eines Ablenkmagneten ein Crossfiring-Prozess mit sehr gleichmässiger Bestrahlung verwirklicht werden.
Beispiel:

Für eine in der Kabelproduktion einsetzbare Bestrahlungsvorrichtung können beispielhaft folgende Werte angenommen werden: Elektronenquelle/Scanner:

einstellbarer Energiebereich der Elektronen	1000–3000	keV
nutzbarer Strahlstrombereich	0–40	mA
nutzbare Elektronenstrahlleistung	0–120	kW
Scanwinkel des oszillierenden Elektronenstrahls	±30	Grad
Scanfrequenz	100	Hz
Scanlänge am Austrittsfenster 15	920	mm
Abstand Austrittsfenster 15 zur Produktebene	200	mm
Breite der Produktebene	1000	mm

Ablenkmagnet:

– geringe Bauhöhe (≤ 100 mm) unterhalb des Scanners 12
– möglichst paralleles B-Feld im Ablenkbereich mit einer lichten Breite von 250 mm (Luftspalt 30)
– magnetische Induktion B im Bereich von 0,02 bis 0,20 Tesla für 3-MeV-Elektronen bei einer Bauhöhe des Ablenkmagneten 16 von 100 mm
– Kühlung des Ablenkmagneten vorzugsweise mit Luft oder Wasser.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein neues Bestrahlungsverfahren und eine Bestrahlungsvorrichtung, bei denen mittels eines dynamischen ”Crossfiring” unter Verwendung herkömmlicher Anlagen und mit vergleichsweise geringem Zusatzaufwand auf einfache Weise eine effiziente und gleichmässige Bestrahlung von strangförmigen Bestrahlgütern möglich ist.
Bezugszeichenliste

10: Bestrahlungsvorrichtung
11: Elektronenstrahl
12: Scanner
13: Scaneinrichtung
14: Scantrichter
15: Austrittsfenster
16, 16': Ablenkmagnet
17: gescannter Elektronenstrahl
18: abgelenkter Elektronenstrahl
19: Bestrahlgut (Kabel)
19a–e: Bestrahlgutabschnitt (Kabelabschnitt)
20, 25: Leistungsstufe
21: Sägezahngenerator
22: Oszillator
23: Frequenzteiler
24: Funktionsgenerator
26: Magnetjoch (Blechpaket)
27, 28: Magnetspule
29: Metallfolie
30: Luftspalt
31: Kabelmantel
32: Bestrahlungsebene
f_B: Frequenz Ablenkmagnet
f_s: Scanfrequenz
R1, R2: Bestrahlungsrichtung

Claims

Verfahren zum Bestrahlen von strangförmigem Bestrahlgut (19; 19a–e), mit quer zur Längsachse des Bestrahlgutes (19; 19a–e) auftreffenden Elektronenstrahlen (18), welche das Bestrahlgut (19; 19a–e) aus zwei festen, zueinander in einem von Null verschiedenen Winkel stehenden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) treffen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Elektronenstrahl (11) in einem Scanner (12) mittels einer Scaneinrichtung (13) ein gescannter Elektronenstrahl (17) erzeugt wird, welcher durch zeitlich gesteuertes Hin- und Herschwenken in einem vorgegebenen Winkelbereich quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes (19; 19a–e) einen Strahlenfächer erzeugt, und dass der gescannte Elektronenstrahl (17) durch einen zwischen der Scaneinrichtung (13) und dem Bestrahlgut (19; 19a–e) angeordneten Ablenkmagneten (16, 16') für jeden Scanwinkel des Strahlungsfeldes so abgelenkt wird, dass er aus einer der beiden festen Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) auf das zu bestrahlende Bestrahlgut (19; 19a–e) trifft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlen (18) unter zwei in rechten Winkeln stehenden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) auf das Bestrahlgut (19; 19a–e) auftreffen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkmagnet (16, 16') ein steuerbarer Elektromagnet verwendet wird, welcher im Bereich des fächerförmigen Strahlungsfeldes ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld steuerbarer Magnetfeldstärke und -richtung erzeugt, und dass die Magnetfeldstärke und -richtung synchron zur Ablenkung des Elektronenstrahls (11) in der Scaneinrichtung (13) des Scanners (12) so verändert wird, dass der im Magnetfeld des Ablenkmagneten (16, 16') abgelenkte Elektronenstrahl (18) das Bestrahlgut (19; 19a–e) aus einer der beiden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) trifft.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung (13) im Scanner (12) den Elektronenstrahl (11) mit einer Scanfrequenz f_s ablenkt, und dass der Ablenkmagnet (16, 16') das Magnetfeld mit einer Magnetfeldfrequenz f_B ändert, welche grösser, kleiner oder gleich der Scanfrequenz f_s ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass f_B = f_s ist, und dass beim Hinschwenken des gescannten Elektronenstrahls (17) der gescannte Elektronenstrahl (17) in die eine Bestrahlungsrichtung (R1, R2), und beim Zurückschwenken in die andere Bestrahlungsrichtung (R2, R1) abgelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass f_B = f_s/n mit n = 2, 3, 4, ... ist, und dass der gescannte Elektronenstrahl (17) bei einem n-maligen Hin- und Herschwenken des gescannten Elektronenstrahls (17) jeweils in eine Bestrahlungsrichtung (R1, R2) und beim darauffolgenden n-maligen Hin- und Herschwenken jeweils in die andere Bestrahlungsrichtung (R2, R1) abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlgut (19; 19a–e) in Längsrichtung relativ zum Scanner (12) mit einer Geschwindigkeit v bewegt wird, dass der vom Scanner (12) erzeugte Strahlenfächer auf der Höhe des Bestrahlgutes (19; 19a–e) und in Längsrichtung des Bestrahlgutes (19; 19a–e) gemessen eine Weite W aufweist, und dass der Ablenkmagnet (16, 16') mit einer minimalen Magnetfeldfrequenz f_Bmin betrieben wird, welche der Gleichung f_Bmin = v/W genügt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlgut strahlungsvernetzbare Kabelisolationen oder -mäntel (31) oder strahlungsvernetzbare Rohre, Schläuche oder Profile sind.
Bestrahlungsvorrichtung (10) zum Bestrahlen von strangförmigem Bestrahlgut (19; 19a–e) mit ersten Mitteln zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie zwischen den ersten Mitteln und dem Bestrahlgut angeordneten zweiten Mitteln, welche einen im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Bestrahlgutes (19; 19a–e) angeordneten Scanner (12) zum Scannen des Elektronenstrahls sowie einen Ablenkmagneten (16, 16') zum Ablenken des gescannten Elektronenstrahls (17) in zwei festgelegte, zueinander in einem von Null verschiedenen Winkel stehenden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) auf das zu bestrahlende Bestrahlgut (19; 19a–e) umfassen.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkmagnet (16, 16') ein in der Magnetfeldstärke und -richtung steuerbarer Elektromagnet ist, welcher für die Ablenkung des gescannten Elektronenstrahls (17) ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeugt, und dass für den Ablenkmagneten (16, 16') Ansteuerungsmittel (23, 24, 25) vorhanden sind, welche die Magnetfeldstärke und -richtung des Ablenkmagneten (16, 16') so steuern, dass der durch den Ablenkmagneten (16, 16') abgelenkte Elektronenstrahl (18) stets aus einer der beiden Bestrahlungsrichtungen (R1, R2) auf das zu bestrahlende Bestrahlgut (19; 19a–e) trifft.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (12) eine Scaneinrichtung (13) umfasst, welche mit einer in einem Oszillator (22) erzeugten Scanfrequenz f_s angesteuert wird, und dass die Ansteuerungsmittel (23, 24, 25) zur Synchronisierung mit der Scaneinrichtung (13) mit dem Oszillator (22) in Wirkverbindung stehen.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsmittel einen Frequenzteiler (23) und einen Funktionsgenerator umfassen, der periodische Signalverläufe erzeugt, mittels deren der Strom für die Magnetspulen (27, 28) des Ablenkmagneten (16) gesteuert wird.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkmagnet (16, 16') zwei parallel angeordnete Magnetspulen (27, 28) umfasst, zwischen denen der gescannte Elektronenstrahl (17) hindurchgeht, und dass die beiden Magnetspulen (27, 28) auf einem Magnetjoch (26) angeordnet sind, welches zwischen den Magnetspulen (27, 28) einen Luftspalt (30) für den Durchtritt des gescannten Elektronenstrahls (17) aufweist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablenkmagnet (16) zwischen dem Scanner (12) und dem zu bestrahlenden Bestrahlgut (19; 19a–e) angeordnet ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Scanner (12) eine Scaneinrichtung (13) zum Ablenken des in den Scanner (12) eintretenden Elektronenstrahls und ein Austrittsfenster (15) aufweist, aus welchem der gescannte Elektronenstrahl (17) austritt, und dass der Ablenkmagnet (16') zwischen der Scaneinrichtung (13) und dem Austrittsfenster (15) angeordnet ist.