DE2835711C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschleusen von Proben in ein nach außen dicht abgeschlossenes System, z. B. von Bestrahlungsproben in das Vakuumsystem eines Schwerionen­ beschleunigers, bestehend aus einem Gehäuse mit mindestens einer Zuführöffnung, durch welche die Proben in das Gehäuse nach dem Prinzip der Vakuumstangen-Durchführung einbringbar sind.

Die Anwendung solcher Probenschleusen beschränkt sich natür­ lich nicht allein auf die Vakuumtechnik, sondern bezieht sich ebenso auf andere Anwendungsfälle wie z. B. flüssigen oder gas­ förmigen Medien, in welche Proben geschleust werden sollen. Bei Probenschleusen ist ein wesentliches technisches Problem, die Leckrate bei möglichst schnellen Schleuszyklen gering zu hal­ ten.

Bisher wurde das Problem im allgemeinen nach dem Prinzip von Schleusenkammern gelöst, die in bekannter Weise evakuiert, be­ lüftet und in welche die Proben in Kammer zu Kammer gereicht werden mußten. Dieses Prinzip arbeitet zeitaufwendig und ist in der Realisierung kostspielig, arbeitet jedoch ohne Leckrate.

Es ist eine Schleuse bekannt, bei welcher die Bestrahlungsproben mit Hilfe einer Vakuumstangen-Duchführung von der Atmosphäre in den Vakuumraum gebracht werden. Die Stange muß im Durchmesser größer als die Bestrahlungsproben sein und hat zur Aufnahme der Proben senkrecht zur Stangenachse einen Durchbruch. Beim Ein­ schleusen würde ein geringes Luftvolumen in das Vakuumsystem gelangen, weswegen bei jedem Schleusvorgang die Proben solange in einer Wartestellung verharren müssen, bis dieses Volumen durch eine separate Pumpe auf Vorvakuumdruck evakuiert ist. Das Luftvolumen kann bei langsamer, kontinuierlicher Hubbewegung der Stange evakuiert werden, was jedoch keinen Zeit­ gewinn erbringt. Nachteilig ist bei diesem Schleusenprinzip, daß der Ladevorgang der Atmosphäre mit einer neuen Probe erst er­ folgen kann, wenn die bestrahlte Probe entnommen ist. Bei die­ ser Vorrichtung muß eine gewisse Leckrate in Kauf genommen wer­ den.

Eine weitere Probenschleuse ist bekannt, bei welcher eine ro­ tierende Scheibe die Funktion der Vakuumstangen-Einführung über­ nimmt. Auf einem Lochkreis der Scheibe sind mehrere Bohrungen angeordnet, die zur Aufnahme der Bestrahlungsproben dienen. Die Scheibe rotiert zwischen zwei eng an ihren Planflächen anlie­ genden Flanschen, und das Luftvolumen über der Probe kann während des Transports von der Luft - zur Vakuumseite abgepumpt werden. Im Vergleich zu der Vakuumstangen-Einführung, erfolgt hierbei der Transport der Bestrahlungsprobe auf einer Kreisbahn und nicht gradlinig. Nachteilig ist bei dieser Schleusenart, daß jeweils ein Arbeitstakt zum Herausschleusen der Probe benötigt wird und währenddessen keine Probe bestrahlt werden kann.

Aus der DE-AS 12 87 828 ist eine Einrichtung zur Entnahme von Proben aus Flüssigkeiten bekannt, bei welcher die einzelnen Proben eng hintereinander angeordnet sind. Im Träger für die Proben ist ein um eine zweite, nicht mit der ersten zusammen­ fallenden Achse drehbarer und zu dieser zweiten Achse längs verschiebbarer Werkzeughalter gelagert, der mehrere in gleichem Abstand von der zweiten Achse und parallel zu dieser angeord­ nete Werkzeuge trägt, die an die von in Klemmhaltern gehaltenen Enden von Hohlnadeln gebildeten Anschlußstellen heranführbar sind. Diese Einrichtung ist jedoch infolge ihrer relativen Kom­ pliziertheit für die Anforderungen eines Vakuumsystemes wenig geeignet.

Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, bei welchen sich Proben in Form von dünnen Bändern auf- und abspulen lassen, wobei diesel­ ben direkt durch einen Spalt in der Wand des Rezipienten ge­ schleust wird. Durch die Spaltabdichtung muß bei diesen Anlagen jedoch eine gewisse Leckrate in Kauf genommen werden.

Die vorliegende Erfindung hat nun die Aufgabe, bei einer Vor­ richtung der eingangs beschriebenen Art, die im Vakuum liegen­ den Bewegungsmechanismen einzusparen, einen kontinuierlichen, sowie auch diskontinuierlichen Schleusvorgang für Bestrahlungs­ proben zu ermöglichen, um so die Bestrahlungszeit voll ausnutzen zu können. Der Zeitverlust aus dem reinen Schleusvorgang soll somit so gering wie möglich sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Proben bzw. ihre Rahmen durch enges Hintereinanderliegen in einem, die Zuführung bildenden Schleusenkanal selbst die Vaku­ umstange bilden und der Schleusenkanal durch die Vielzahl der Proben gegen die Atmosphäre hin abgedichtet ist. Dabei sind die Proben in den Kanal an einer Bestrahlungsposition kontinuier­ lich oder diskontinuierlich nacheinander vorbeiführbar.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die Rahmen der Proben an ihrer Oberseite Nasen und an ihrer Unterseite in der Form den Nasen entsprechende Nuten aufweisen und daß am Eingang und am Ausgang des Kanales jeweils ein Probenmagazin angeordnet ist, aus bzw. in welche die Proben direkt in den Kanal einschiebbar sind. Ein weiterer besonderer Erfindungsgedanke besteht darin, daß die Vorschubbewegung der Magazine, z. B. mittels eines Hebels syn­ chronisierbar sind.

Die Erfindung schlägt weiterhin in besonders vorteilhafter Weise vor, daß der Schleusenkanal in Längsrichtung senkrecht zur Achse des Strahles geteilt ist, wobei der Ringspalt um die Proben im Kanal durch Verschieben der Kanalhälften gegeneinander einstell­ bar ist. Letztlich gibt die Erfindung an, daß die Wand des Schleu­ senkanales doppelwandig ausgebildet und die die Probe aufnehmende innere Wand perforiert ist und der Zwischenraum zwischen den Wän­ den als Absaugkanal zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Ring­ spalt dient.

Der wesentliche Vorteil und das Neue an der Erfindung besteht da­ rin, daß durch das Hintereinandersetzen im Gegensatz zum Stapeln der Bestrahlungsproben ein kontinuierliches Vorbeischieben an der Bestrahlungsposition ermöglicht wird. Die hintereinander ge­ setzten Proben bilden, vakuumtechnisch gesehen, eine massive Stange, die durch den engen Spalt oder durch Dichtungen relativ einfach und gut abgedichtet werden kann. Durch die Nasenführung kann die gesamte Probenoberfläche für die Bestrahlung ausgenützt werden. Dünne und empfindliche Folien, die als Bestrahlungsproben in Rähm­ chen gehaltert sind, können mit dem beschriebenen Schleusenprin­ zip sanft durchgeschleust werden, weil außer den Magazinantrie­ ben für die Bestrahlungsposition keine zusätzlichen Mechanismen im Vakuum erforderlich sind und eine kontinuierliche Bestrahlung möglich ist. Das Prinzip ermöglicht die volle Ausnutzung der Be­ strahlungszeit, die Variation der Proben bezüglich ihrer Dicke und ihres Materials und eine einfache und billige Bauweise. Wei­ tere Vorteile bestehen vor allem darin, daß die Proben während des Schleusens ihre Bewegungsrichtung zum Zwecke der Probenbehandlung und der Positionierung nicht ändern, daß die Proben mit Hilfe der benachbarten Proben durch die Nasen während des Durchgangs an der Behandlungsposition fixiert sind und keine Führung benötigen.

Letztlich besteht ein Vorteil der Erfindung darin, daß das Proben­ paket an beiden Enden gleichmäßig, z. B. durch den atmosphärischen Druck beaufschlagt ist und dadurch in sich zusammenhält.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht das Schema einer solchen Vorrichtung,

Fig. 2 und 3 Schnitte durch den Probenkanal und

Fig. 4 und 5 besondere Details am Probenkanal selbst.

Das Schleusengehäuse gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht im wesent­ lichen aus einem Kanal 2, der vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist und durch den die Bestrahlungsrahmen 1 ge­ schleust werden. Beim Schleusen liegen die Bestrahlungsrahmen 1 stirnseitig eng aneinander und bilden mit der Kanalwand einen engen Ringspalt 3, durch den die Atmosphäre 4 mit dem Vakuum­ raum 5 verbunden ist. Die Leckrate ist um so geringer, je kleiner dieser Spalt 3 technisch realisiert und je länger der Kanal 2 aus­ geführt wird. Die Leckrate kann durch differentielles Bepumpen des Kanales 2 bzw. des Ringspaltes 3 verringert werden. Hierzu werden die Kanalwände mit Taschen oder Nuten 6 versehen, die in gleich­ mäßiges und rasches Evakuieren des Ringspaltes 3 ermöglichen. Sind noch geringere Leckraten erforderlich, sind im Inneren des Kanales 2 mehrere dargestellte Dichtringe vorzusehen. Wenn die eigentlichen Bestrahlungsproben 10 weder die Kanalwände noch die Dichtringe be­ rühren sollten, müssen die Bestrahlungsrahmen 1 in Form rechtecki­ ger Plättchen oder Rähmchen ausgebildet sein, in die die eigentli­ chen dünneren Bestrahlungsproben 10 eingespannt sind. Dies hat den Vorteil, daß für Bestrahlungsproben 10 unterschiedlicher Dicke die gleiche Schleuse verwendet werden kann und auch sehr dünne Proben bestrahlt werden können.

In der Mitte des Kanales 2 in Höhe des Strahles 7 befindet sich die Bestrahlungsposition 8, in der die Proben 1, 10 beim diskonti­ nuierlichen Probentransport während der Bestrahlungsdauer ver­ harren oder an der die Proben 1, 10 kontinuierlich vorbeige­ schoben werden. An das Gehäuse 2 ist das Strahlrohr 9 angesetzt, welches mittels der Flanschen 11 in eine entsprechende Ausspa­ rung des den Strahl 7 führenden, nicht dargestellten Vakuumssystems eingesetzt ist. Der freie Durchgang 12 des Strahlrohres 9 kann so groß sein, daß die gesamte Oberfläche der Probe 10 bestrahlt wer­ den kann. Für diesen Fall wird die Führung der Rahmen 1 durch Nasen 12 der Rahmenoberseite 14, die in Nuten 13 an der Rahmenun­ terseite 15 beim Aneinanderliegen der Rahmen 1 mit ihren Seiten 14 und 15 bewerkstelligt, wobei die Form der Nasen der Nuten entspricht. Dies ist wichtig, da das Strahlführungsrohr 9 im Be­ reich der Bestrahlungsposition 8 das die Rahmen 1 führende Gehäuse 2 unterbrechen kann. Damit kann die Schleuse auch für Strahl­ rohre verwendet werden, die einen größeren Durchmesser als die größte Proben- bzw. Rahmenabmessung aufweisen.

Die Bestrahlungsproben 10 in ihrem Rahmen 1 werden nun kontinuier­ lich oder diskontinuierlich durch den Kanal 2 vom Eingang 16 zum Ausgang 17 geschleust, indem sie mittels des Hebels 18 bzw. der Kraft 19 weitertransportiert werden. Die Zufuhr bzw. Abfuhr der Rahmen 1 erfolgt mittels der unter Atmospährendruck stehenden Magazine 20 und 21, wobei die Rahmen 1 durch die Kraft 19 aus den Magazinen 20 direkt in den Kanal 2 und am Ausgang 17 wieder direkt aus diesem Kanal 2 in das Magazin 21 gedrückt werden. Die Synchro­ nisation der beiden gegenläufig in Richtung der Pfeile 24 und 25 arbeitenden Magazine 20 und 21 um jeweils einen Schritt, der der Breite des Rahmens 1 entspricht, erfolgt mittels des Drehhebels 22, der um einen Drehpunkt 23 hin- und herdrehbar ist. Die Absaugung des Kanales 2 zur Aufrechterhaltung eines Vakuums in demselben er­ folgt mittels der Absaugöffnung 26 und 27.

Oberhalb des Schleusenkanales 2 ist das Getriebe 28 für den Hebel 18 angeordnet, der den eigentlichen Probenwechsel durch die Kraft 19 bewirkt.

Der Schleusenkanal 2 ist in Längsrichtung etwa entlang der Linie 29 (s. Fig. 2) senkrecht zur Achse des Strahles 7 geteilt. Da­ durch kann der Ringspalt 3 durch gegenseitiges Justieren der Schleusenkanalhälften 30 und 31 (s. Fig. 4) einstellbar gemacht werden. Die Einstellung erfolgt mittels der Justierschrauben 32 und der gummielastischen Längsflanken 33, durch welche sich mittels Drehen der Schrauben 32 die Kanalhälften 30 und 31 gegeneinander verstellen lassen, so daß sich der Spalt 3 ändern läßt.

Gemäß der Fig. 5 kann der Schleusenkanal auch doppelwandig ausge­ führt sein. Er besteht dann aus der inneren Kanalwand 34 und der äußeren Kanalwand 35, wobei die innere Wand 34 um den Ringspalt 3 im Bereich der Rahmen 1 mittels Bohrungen 36 perforiert ist. Die Absaugung erfolgt nun über den Stutzen 38 und den Raum 37 zwischen innerer Wand 34 und äußerer Wand 35 in Richtung der Pfeile 39. Auch hier ist eine Justierung des Spaltes 3 mittels Justierschrauben 40 und elastischen Zwischenstücken 41 durch Gegeneinanderschieben der Kanalhälften 42 und 43 möglich.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Einschleusen von Proben in ein nach außen dicht abgeschlossenes System, z. B. von Bestrahlungsproben in das Vakuumsystem eines Schwerionenbeschleunigers, be­ stehend aus einem Gehäuse mit mindestens einer Zuführöffnung, durch welche die Proben in das Gehäuse nach dem Prinzip der Vakuumstangen-Durchführung einbringbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Proben (10) bzw. ihre Rahmen (1) durch enges Hintereinanliegen in einem, die Zuführung bildenden Schleu­ senkanal (2) selbst die Vakuumstange bilden und der Schleusen­ kanal (2) durch die Vielzahl der Proben (1, 10) gegen die At­ mosphäre (4) abgedichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben (1, 10) in dem Kanal (2) an einer Bestrahlungsposition (8) kontinuierlich oder diskontinuierlich nacheinander vorbei­ führbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (1) der Proben (10) an ihrer Oberseite (14) Nasen (12) und an ihrer Unterseite (15) in der Form den Nasen (12) entsprechenden Nuten (13) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang (16) und am Ausgang (17) des Kanales (2) jeweils ein Probenmagazin (20, 21) angeordnet ist, aus, bzw. in welche die Proben (1, 10) schiebbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung der Magazine (20, 21), z. B. mittels eines Hebels (22) synchronisierbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleusenkanal (2) in Längsrichtung senkrecht zur Achse des Strahles (7) geteilt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (3) um die Proben (1, 10) im Kanal (2) durch Verschie­ ben der Kanalhälften (30, 31) gegeneinander einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Schleusenkanales (2) doppelwandig ausgebildet ist und die die Proben (1, 10) aufnehmende innere Wand (34) perfo­ riert ist und der Zwischenraum (37) zwischen den Wänden (34, 35) als Absaugkanal zur Aufrechterhaltung eines Vakuums im Ring­ spalt (3) dient.