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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln von
Werkstoffen mit hochenergetisehen Strahlen, beispielsweise Elektronenstrahlen, bestehend
aus einer mit elektrisch beschleunigten Teilchen arbeitenden Strahlenquelle mit
einem innerhalb strahlenundurchlässiger Wände einer Bestrahlungskammer angeordneten
Strahlenaustrittsfenster, in dessen Strahlungsbereich die Werkstoffe für die Dauer
der Bestrahlung durch wenigstens eine mittels einer strahlenundurchlässigen Klappe
oder Tür verschließbaren Wandöffnung der Bestrahlungskammer einbringbar sind; vgl.
die Zeitschrift »Elektric«, 1969, H. 12, 23. Jg., S. U 203.
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Bei der Konstruktion von Vorrichtungen der genannten Art sind sehr
strenge Bestimmungen bezüglich des Strahlenschutzes für das Arbeitspersonal zu beachten.
Da die industrielle Strahlenbehandlung von Werkstoffen derzeit meist mit Elektronenstrahlen
erfolgt, entsteht durch die Abbremsung der Elektronen bei deren Auftreffen auf die
Werkstoffe eine sogenannte Bremsstrahlung, durch die harte Röntgenstrahlen emittiert
werden können, die den gesamten Bereich der Gammastrahlen umfassen. Deren schädliche
biologische Wirkungen auf die Zellen bzw. Gewebe der menschlichen Organe sind bekannt.
Außerdem entsteht beim Auftreffen von Röntgenstrahlen auf die Werkstoffe eine Sekundärstrahlung
mit drei Komponenten, von denen eine durch eine charakteristische Eigenstrahlung
der getroffenen Werkstoffe gebildet ist. Da sich sowohl die Sekundär- als auch die
Bremsstrahlen unkontrollierbar in der Bestrahlungskammer ausbreiten, müssen besondere
Maßnahmen getroffen werden, um den Durchtritt der Strahlen durch die Wandöffnung
der Bestrahlungskammer beim Einbringen bzw. Entnehmen der Werkstoffe zu unterbinden.
Hierzu ist bei manchen derzeit bekannten Bestrahlungsvorrichtungen für Werkstoffe
vorgesehen, daß die Verschlußklappe bzw. Tür der Wandöffnung der Bestrahlungskammer
erst nach dem Abschalten der Strahlenquelle zu öffnen und die letztere erst nach
dem Verschließen der Wandöffnung einschaltbar ist. Dadurch entstehen jedoch verhältnismäßig
lange Wartezeiten, durch die das Bestrahlungsverfahren in unwirtschaftlicher Weise
verlangsamt wird. Außerdem verkürzt sich die Nutzungsdauer der Strahlenquellen um
so mehr, je höher deren Schalthäufigkeit ist. Dadurch werden jedoch auch die Betriebskosten
der Vorrichtung in unwirtschaftlicher Weise erhöht.
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Unterschiedlich zu der vorher beschriebenen Strahlenschutzmaßnahme
werden bei anderen derzeit von der Industrie gefertigten Bestrahlungsvorrichtungen
für Werkstoffe die Wandöffnungen# der Bestrahlungskammern auf einem wesentlich höheren
oder niedrigeren Niveau als das der Strahlenquelle angeordnet und außerdem noch
innerhalb der Bestrahlungskammern zusätzliche Schutzblenden vorgesehen, die das
Hindurchtreten der Strahlen durch die Wandöffnungen unterbinden. Der Raumbedarf
für die Schutzblenden verhindert eine raumsparende Ausbildung der Bestrahlungskammern
und erhöht deren Konstruktionsaufwand. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn,
wie derzeit weiterhin bekannt, an der Bestrahlungskammer zwei einander gegenüberliegend
fluchtende Wandöffnungen und ein mit diesen ausgerichtetes Förderersystem für die
Werkstoffe vorgesehen ist. Mittels des Förderersystems werden die Werkstoffe durch
die eine Wandöffnung der Bestrah--
lungskammer in diese zum Bestrahlen eingebracht
und durch die andere aus der Bestrahlungskammer herausbewegt. Es ist offensichtlich,
daß die Förderersysteme bei Niveauunterschieden zwischen den Austrittsfenstern der
Strahlenquellen und den Wandöffnungen sowie hinter den letzteren angeordneten Schutzblenden
eine sehr komplizierte Bahnführung aufweisen müssen und daher nicht nur aufwendig
in der Fertigung und Wartung, sondern auch sehr störanfällig sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so weiterzubilden, daß sie sowohl
einen sicheren Strahlenschutz für das Bedienungspersonal als auch ein wirtschaftliches
Bestrahlungsverfahren gewährleistet und gegenüber bislang nicht nur mit geringeren
Fertigungs- sowie Betriebskosten behaftet, sondern auch raumsparender ausbildbar
und betriebssichere ist. Dies wird dadurch erreicht, daß das Strahlenaustrittsfenster
der Strahlenquelle durch eine strahlenundurchlässige Verschlußvorrichtung abdeckbar
ist.
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Auf Grund dieser einfachen Konstruktionsmaßnahmen wird bei geschlossener
Verschlußvorrichtung der Austritt der Strahlen auch bei . eingeschalteter Strahlenquelle
unterbunden, so daß sich deren Ausschalten vor dem Öffnen der Klappen bzw. Türen
der Wandöffnungen der Bestrahlungskammer erübrigt.
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Da die Öffnungs- und Schließwege der Verschlußvorrichtung für das
Austrittsfenster sehr klein sind, kann der Austritt der Strahlen bei eingeschalteter
Strahlenquelle sehr rasch unterbrochen werden.
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Dadurch werden nicht nur die Wartezeiten nach den Bestrahlungen bis
zum Öffnen der Wandöffnung der Bestrahlungskammer auf ein Minimum reduziert und
wirtschaftliche Bestrahlungsverfahren mit diesen entsprechenden Werkstoffdurchsätzen
gewährleistet, sondern außerdem erhebliche Verlängerungen der Nutzungsdauer für
die Strahlenquellen erzielt. Dies bedingt eine wirtschaftliche Senkung der Betriebskosten.
Außerdem ist es bei Vorrichtungen mit zwei an den Wänden der Bestrahlungskammer
einander gegenüberliegend fluchtend angeordneten Wandöffnungen und einem mit diesen
ausgerichteten Förderersystem möglich, den Werkstofftransport auf einer Ebene kontinuierlich
oder schrittweise vorzunehmen, wodurch nicht nur die Fertigungs- und Wartungskosteü
der Vorrichtung vermindert werden, sondern auch deren Betriebssicherheit erhöht
wird.
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Weiterhin ist durch diese bauliche Maßnahme ein sicherer Strahlenschutz
für das Bedienungspersonal ohne das. Erfordernis zusätzlicher Schutzblenden innerhalb
der Bestrahlungskammer gewährleistet, so daß diese raum- und daher materialsparend
ausbildbar ist. Dadurch bietet sich wiederum die Möglichkeit, für die Bestrahlungskammer
ein teureres Abschirmmateriäl sehr hoher Absorptionsfähigkeit zu verwenden und dadurch
die Sicherheit für das Bedienungspersonal weiterhin zu erhöhen.
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In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die der Wandöffnung
der Bestrahlungskammer zugeordnete Tür oder Klappe und die Verschlußvorrichtung
des Austrittsfensters der Strahlenquelle derart zwangsgekoppelt sind, daß die Verschlußvorrichtung
des Austrittsfensters der Str#ahlenquelle erst bei geschlossener Tür der Wandöffnung
und deren Tür erst bei geschlossener Verschlußvorrichtung des Austrittsfensters
zu öffnen sind. Dadurch sind Fehlhandhabungen
ausgeschlossen so
daß diese auch durch weniger geschultes Bedienungspersonal, ohne für das letztere
die Gefahr einer Strahlenschädigung einzuschließen, betätigt werden kann.
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Bei einer Vorrichtung mit zwei an der Bestrahlungskammer einander
gegenüberliegend fluchtend angeordneten Wandöffnungen und einem mit diesen ausgerichteten
Förderersystem für die Werkstoffe ist vorgesehen, daß auch die der zweiten Wandöffnung
zugeordnete Tür oder Klappe ebenso wie die der ersten Wandöffnung mit der Verschlußvorrichtung
des Austrittsfensters der Strahlenquelle zwangsgekoppelt ist.
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In konstruktiver Hinsicht ist vorgesehen, daß die Türen oder Klappen
der Wandöffnungen der Bestrahlungskammer und die Verschlußvorrichtung des Austrittsfensters
der Strahlenquelle durch ein mechanisches, elektrisches und!oder optisches, hydraulisches
bzw. pneumatisches Verriegelungssystem zwangsgekoppelt sind, das bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Vorrichtung durch ein mechanisches, elektrisches und/oder optisches,
hydraulisches bzw. pneumatisches Antriebssystem der Türen oder Klappen der Wandöffnungen
und der Verschlußvorrichtung gebildet ist. Dadurch wird das Handhaben der Vorrichtung
unter Ausschluß einer Fehlbedienungsmöglichkeit in wirtschaftlicher Weise beschleunigt
und vereinfacht.
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Weiterhin ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung
vorgesehen, daß die Verschlußvorrichtung des der Strahlenquelle zugeordneten Austrittsfensters
durch eine unter dieses bewegbare Platte aus unterschiedlichen Materialschichten
mit einer strahlenundurchlässigen Mittelschicht, beispielsweise Bleischicht, gebildet
ist, wobei die Platte durch zwei gegenläufig etwa horizontal verschiebbare Plattenabschnitte
gebildet ist, die in der Schließstellung einander zumindest über einen Bereich der
Plattendicke längs einer Z-förmigen Fuge überlappen.
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Eine solche Verschlußvorrichtung des Austrittsfensters gewährleistet
mit geringem konstruktivem Aufwand ein sicheres Unterbinden einer Strahlenemission
aus der Strahlenquelle.
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In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn in der Schließstellung
die mittleren Schichten der Plattenabschnitte einander längs der Z-förmigen Fuge
überlappen und die jeweils auf etwa gleichen Ebenen liegenden äußeren Schichten
jeweils durch eine im mittleren Stegbereich der Z-förmigen Fuge geradlinig verlaufende
weitere Fuge getrennt sind. Dadurch entsteht in der Schließstellung der Verschlußvorrichtung
zwischen deren Plattenabschnitten eine im Vertikalquerschnitt labyrinthartige Trennfuge,
die auch den Austritt von Streustrahlungen aus der Strahlenquelle unterbindet.
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Ein weiterer Schutz gegen den Austritt von Streustrahlungen ist dadurch
gewährleistet, daß die strahlenundurchlässigen mittleren Schichten der Plattenabschnitte
in deren Schließstellung mit vertikalen Wandungen nach oben abstehender Schichtansätze
einen Rahmenflansch des Austrittsfensters der Strahlenquelle seitlich abdecken.
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Es ist auch günstig, wenn zumindest die dem Austrittsfenster der
Strahlenquelle benachbarten äußeren Schichten der Plattenabschnitte von Kanälen
für ein Kühlmedium durchsetzt sind, wobei diese Kanäle bei Vorhandensein eines Kühlsystems
des Austrittsfensters vorteilhafterweise an dieses Kühlsystem an-
geschlossen sind.
Dadurch ist ohne nennenswerten zusätzlichen Kostenaufwand eine wirksame Kühlung
der Verschlußvorrichtung des Austrittsfensters gewährleistet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigt Fig. 1 einen schematisch dargestellten Vertikalschnitt durch eine
Vorrichtung zum Strahlenbehandeln von Werkstoffen und F i g. 2 einen in vergrößertem
Maßstab schematisch dargestellten Vertikalschnitt durch einen Teil der Vorrichtung
gemäß Fig. 1.
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Gemäß der Zeichnung weist eine Vorrichtung zum Strahlenbehandeln
von Werkstoffen, beispielsweise Werkstoffplatten 1 mit einer aufgespritzten Kunststoffneschichtung
1 a, eine Strahlenquelle 2 mit einem Austrittsfenster 2a auf, aus dem durch der
Strahlenquelle zugeordnete Beschleunigungsvorrichtungen hochenergetische Strahlen,
beispielsweise Elektronenstrahlen, emittierbar sind. Zumindest das Austrittsfensters
2 a der Strahlenquelle 2 ist innerhalb einer Bestrahlungskammer3 angeordnet, die
durch strahlenundurchlässige bzw. mit strahlenundurchlässigen Belagschichten versehene
Wandungen 3 a, 3 b, 3 c gebildet ist. In den Strahlungsbereich des Austrittsfensters
2 a sind die Werkstoffe 1 durch einander gegenüberliegend fluchtend an den Kammerwänden
3a, 3b angeordnete Wandöffnungen 3 aa, 3 ba durch ein mit diesen ausgerichtetes
Förderersystem 4 mit Förderbändern 4 a, 4b, 4c, beispielsweise in Richtung des Pfeiles
5, für die Dauer der Bestrahlung einbring- und anschließend wieder aus der Bestrahlungskammer
3 herausbewegbar.
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Die Wandöffnungen 3 aa, 3ba sind jeweils durch eine strahlenundurchlässige
Tür, Klappe oder einen Schieber 6 bzw. 6a verschließbar. Ebenso ist das Austrittsfenster
2 a der Strahlenquelle 2 durch eine strahlenundurchlässige Verschlußvorrichtung
7 abdeckbar. Diese besteht im wesentlichen aus einer unter das Austrittsfenster
2a der Strahlenquelle 2 bewegbaren Platte, die durch zwei Plattenabschnitte 7a,
7b gebildet ist. Die letzteren sind längs wenigstens einer in der Bestrahlungskammer
3 angeordneten Führungsbahn 8 aus der in der Fig. 1 mit vollen Linien eingezeichneten
Schließstellung gegenläufig zueinander unter Freigabe des Austrittsbereichs des
Austrittsfensters 2 a der Strahlenquelle 2 in Öffnungsstellungen bewegbar, die in
der F i g. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet sind.
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Die den Wandöffnungen 3 asa, 3ba zugeordneten Türen 6, 6a sind in
später noch näher beschriebener Weise mit der Verschlußvorrichtung 7 des Austrittsfensters
2a der Strahlenquelle 2 derart zwangsgekoppelt, daß die Verschlußvorrichtung 7 erst
bei geschlossenen Türen 6, 6a zu öffnen ist und diese erst bei geschlossener Verschlußvorrichtung
7 zu öffnen sind.
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Diese Zwangskopplung der Türen 6, 6a und der Verschlußvorrichtung
7 kann durch ein mechanisches, elektrisches und/oder optisches, hydraulisches bzw.
pneumatisches Verriegelungssystem gewährleistet werden. Beim Ausführungsbeispiel
ist ein hydraulisches bzw. pneumatisches Verriegelungssystem vorgesehen, das gleichzeitig
als Antriebsvorrichtung für die Türen 6, 6a und die Verschlußvorrichtung 7 ausgebildet
ist. Dieses Antriebssystem gemäß Fig. 1 weist zum Betätigen der Verschlußvorrichtung
7 für jeden der Plattenabschnitte 7a, 7b
je eine hydraulische oder
pneumatische Zylinder-Kolbeneinheit 9 bzw. 9a und zum Betätigen der Türen 6, 6a
gleichfalls je eine hydraulische oder pneumatische Zylinder-Kolbeneinheit 10 bzw.
10a auf.
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Die Zyiinder-Kolbenelnheiten 9, 9a, 10, 10a sind jeweils durch Steuerleitungen
mit einer dem Antriebssystem zugeordneten Steuerventilanordnung 11 verbunden, die
durch nicht eingezeichnete Betätigungselemente steuerbar und an eine gleichfalls
nicht eingezeichnete hydraulische oder pneumatische Druckmittelquelle angeschlossen
ist. Die Steuerventilanordnung 11 ist derart ausgebildet, daß sie die vorher beschriebene
Zwangskoppelung zwischen der Verschlußvorrichtung 7 und den Türen 6, 6a gewährleistet.
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Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, bestehen die Plattenabschnitte
7 a, 7b der Verschlußvorrichtung 7 jeweils aus drei Materialschichten 7aa, 7ab,
7ac bzw. 7ba, 7bb, 7bc, wobei die mittleren Schichten 7ab, 7bb aus einem strahlenundurchlässigen
Material, beispielsweise Blei, hergestellt sind.
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Die äußeren Schichten 7 aa, 7ac bzw. 7 ba, 7bc sind vorzugsweise aus
Stahl gefertigt, wobei die dem Austrittsfenster 2a der Strahlenquelle 2 benachbarten
Schichten 7 aa, 7ba von -Kanälen 7 ad bzw. 7bd für ein Kühlmedium durchsetzt sind.
Falls, wie dies beim Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, auch das Austrittsfenster
2a -mit Kanälen 2aa für ein Kühlmedium eines nicht eingezeichneten Kühlsystems ausgestattet
ist, können die Kanäle 7 ad bzw. 7bd der Plattenschichten 7 aa, 7 ba über flexible
Leitungen an dieses Kühlsystem angeschlossen werden.
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Der Fig. 2 ist weiterhin zu entnehmen, daß sich die Plattenabschnitte7a,
7b in der Schließstellung unterhalb des Austrittsfensters 2a zumindest über einen
Bereich der Plattendicke längs einer etwa Z-förmigen Fuge 12 überlappen. Beim Ausführungsbeispiel
überlappen sich lediglich die strahlenundurchlässigen mittleren Schichten 7ab, 7bb
der Plattenabschnitte 7a, 7b längs dieser Z-förmigen Fuge 12, während in der Schließstellung
die äußeren Schichten 7aa, 7ac bzw. 7ba, 7bc der Plattenabschnitte 7a, 7 b etwa
im mittleren Stegbereich der Z-förmigen Fuge 12 jeweils durch eine im wesentlichen
geradlinig verlaufende weitere Fuge 13 bzw. 14 voneinander getrennt sind.
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Das Austrittsfenster 2a der Strahlenquelle 2 ist in bekannter Weise
mit zwei rahmenartigen Flanschen 2ab, 2ac ausgebildet, zwischen denen eine Metallfolie,
beispielsweise Beryffiumfolie 2 ad, eingespannt ist. In der Schließstellung der
Verschlußvorrichtung 7 sind die Rahmenfiansche 2ab, 2ac des Austrittsfensters 2a
seitlich durch vertikale Wandungen 7 ab', 7 bb' nach oben ragender Ansätze der mittleren,
strahlenundurchlässigen Plattenschichten 7ab, 7bb abgedeckt.
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Die Verschlußvorrichtung könnte auch durch eine einstückige Platte
aus strahlenundurchlässigem Material gebildet und/oder innerhalb der Folie 2ad des
Austrittsfensters 2a angeordnet sein. Ebenso wäre es denkbar, die Bestrahlungskammer
3 mit zwei oder mehreren Strahlenquellen 2 und/oder nur einer Wandöffnung 3aa bzw.
3ba auszustatten, durch die bei entsprechend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
abweichender Ausbildung des Förderersystems die Werkstoffe 1 sowohl einbring- als
auch entnehmbar sind.
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Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Behandeln von Werkstoffen mit
hochenergetischen Strahlen, beispielsweise Elektronenstrahlen, bestehend aus einer
mit elektrisch beschleunigten Teilchen arbeitenden Strahlenquelle mit einem innerhalb
strahlenundurchlässiger Wände einer Bestrahlungskammer angeordneten Strahlenaustrittsfenster,
in dessen Strahlungsbereich die Werkstoffe für die Dauer der Bestrahlung durch wenigstens
eine mittels einer strahlenundurchlässigen Klappe oder Tür verschließbare Wandöffnung
der Bestrahlungskammer einbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenaustrittsfenster
(2a) der Strahlenquelle (2) durch eine strahlenundurchlässige Verschlußvorrichtung
(7) abdeckbar ist.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der
Wandöffnung (3asa) zugeordnete Tür (6) oder Klappe mit der Verschlußvorrichtung
(7) des Austrittsfensters (2 a) der Strahlenquelle (2) derart zwangsgekoppelt ist,
daß die Verschlußvorrichtung erst bei geschlossener Tür der Wandöffnung und deren
Tür erst bei geschlossener Verschlußvorrichtung zu öffnen sind.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit zwei an der Bestrahlungskammer
einander gegenüberliegend fluchtend - angeordneten, jeweils durch Türen oder Klappen
verschließbaren Wandöffnungen und einem mit diesen ausgerichteten Förderersystem
für die Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß auch die der zweiten Wandöffnung
(3 ba) zugeordnete Tür (6a) oder Klappe ebenso wie die Tür (6) oder Klappe der ersten
Wandöffnung (3 aa) mit der Verschlußvorrichtung (7) des Austrittsfensters (2 a)
der Strahlenquelle (2) zwangsgekoppelt ist.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Türen
(6, 6a) oder Klappen der Wandöffnungen (3 aa, 3 ba) und die Verschlußvorrichtung
(7) des Austrittsfensters (2a) der Strahlenquelle (2) durch ein mechanisches, elektrisches
und/oder optisches, hydraulisches bzw. pneumatisches Verriegelungssystem zwangsgekoppelt
sind.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungssystem
ein mechanisches, elektrisches und/oder optisches, hydraulisches bzw. pneumatisches
Antriebssystem (9, 9a, 10, 10 a, 11) der Türen (6, 6a) oder Klappen der Wandöffnungen
(3 aa, 3 ba) und der Verschlußvorrichtung (7) des Austrittsfensters (2a) der Strahlenquelle
(2) ist.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung
des der Strahlenquelle (2) zugeordneten Austrittsfensters (2a) aus einer unter dieses
bewegbaren Platte (7) aus unterschiedlichen Materialschichten mit einer strahlenundurchlässigen
Mittelschicht (7ab bzw. 7bb) besteht.