DE3416196A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines elektronenvorhangs - Google Patents

Description

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Kaiser-Friedrich-Ring 70 "--"--- ■--"...- ..DlPU.-ING. WOLFRAM WATZKE

D-4000 DÜSSELDORF 11 3416196 DIPL.-ING. H E I N Z J. RING

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Unser Zeidien: 25 284 Datum: 30. April 1984

Enso-Gutzeit Oy, Kanavaranta 1, Pinnland-00160 Helsinki 16

Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs, und zwar umfaßt die Vorrichtung einen langgestreckten, Elektronen emittierenden Faden, eine Schale, die den Faden derart umgibt, daß der Faden sich in einer von der Schale gebildeten, langgestreckten Mulde befindet, Glieder zum Beschleuningen der Elektronen sowie eine Kammer, in der der Faden mitsamt der ihn umgebenden Schale eingebracht ist und in deren Wand ein für Elektronen durchlässiges Fenster vorgesehen ist, durch welches der Elektronenvorhang hindurchgeleitet werden kann.

Man kann Materialoberflächen beispielsweise zum Erzielen bestimmter chemischen Reaktionen behandeln, indem man eine Elektronenstrahlung gegen sie richtet. Von Reaktionen, die in Frage kommen, können die bei Zimmertemperatur erfolgende Kreuzvernetzung oder Polymerisierung sowie das Härten von Oberflächenbeschichtungen oder von Laminaten erwähnt werden, und ferner eignet sich Elektronenstrahlung z.B. zum Sterilisieren von Verpackungen.

Es ist zuvor bekannt, in der Bestrahlung ausgedehnter Materialoberflächen einn fokussierten Elektronenstrahl heranzuziehen. In diesem Verfahren ist indessen die gleichzeitige Bestrahlung verschiedener Teile der Oberfläche nicht möglich! im Gegenteil bedingt das Verfahren ein Überstreichen der zu bestrahlenden Fläche mit dem Elektronenstrahl, mit der Folge, daß die erforderliche Apparatur verhältnismäßig kompliziert ist.

Es ist desweiteren zuvor bekannt, die Bestrahlung mit Hilfe eines flächenhaften Elektronenvarhangs durchzuführen, wobei sich dann die Apparatur wesentlich einfacher gestaltet. Der Elektronenvorhang wird mit Verwendung eines in einer Vakuumkammer untergebrachten strichförmigen Glühfadens als Elektronenquelle erzeugt, wobei die von diesem austretenden Elektronen mittels einer Hochspannung beschleunigt und durch ein elektronendurchlässiges Fenster in der Wand der Kammer

hindurch in den Außenraum der Kammer geleitet werden. Das Verfahren war jedoch bisher mit der Schwierigkeit behaftet, daß, da die Eigenschaften des Glühfadens an verschiedenen Stellen des Fadens etwas variieren, das Resultat ein Elektronenvorhang mit ungleichmäßiger Intensitätsverteilung in der Breitenrichtung des Vorhangs gewesen ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt Abhilfe der im Obenstehenden angesprochenen, mit zuvor bekannten Problemlösungen verknüpften Nachteile und das Hervorbringen einer Vorrichtung, mit der man einen Elektronenvorhang erzeugen kann, dessen Intensitätsverteilung in der Breitenrichtung des Vorhangs eine gleichmäßige ist oder in der man diese Verteilung in gewünschter Weise regulieren kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die den Elektronen emittierenden Faden umgebende Schale an beiden Rändern der Mulde zu einer Beschleunigungselektrode ausgebildet ist, die auf ein negatives Potential der Kammerwand gegenüber gebracht werden kann, und daß die Mulde einen Diffusionsraum für die vom Faden emittierten Elektronen bildet, in dessen Bereich formbare Teile vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Einlaß der Elektronen in das beschleunigende elektrische Feld und damit auch die Intensität des Elektronenvorhangs regelbar ist.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung gründet sich darauf, daß die von der Schale gebildete Mulde ein· bestimmte Verzögerung für den Eintritt der vom Faden emittierten Elektronen in das elektronenbeschleunigende elektrische Feld darstellt. Während dieser Verzögerungszeit kann in der Mulde Diffusion stattfinden, die bestrebt ist, die Dichteunterschiede der Elektronenwolke in der Längsrichtung des Fadens auszugleichen. Fernerhin absorbiert die die Mulde umgebende Schale Elektronen, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Zahl der in das beschleunigende elektrische Feld geratenden Elektronen und damit die Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs mit Hilf· der Form der Schale und der dazu gehörenden Be-3chleunigungselektroden zu regeln. Es ist demgemäß möglich, den gegenseitigen Abstand der Beschleunigungselektroden, d.h. die Breit· desjenigen Spalts zu regeln, durch den die Elektronen aus der als

Diffusionsraum dienenden Mulde austreten, womit man einen Einfluß auf die Zahl der in das beschleunigend· Feld kommenden Elektronen ausUbt, oder auch die Form der Beschleunigungselektroden zu regulieren, womit man die Feldliniendichte im beschleunigenden Feld verändern kann. Ferner kann man durch Regulieren des gegenseitigen Abstands der Beschleunigungselektroden und des Glühfadens die Verweilzeit der Elektronen im Diffusionsraum beeinflussen.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Beschleunigungselektroden wirkenden Ränder der Mulde aus elastischem, verformbarem Material bestehen. Diese Lösung ergibt die Möglichkeit zum Regulieren der Intensitätsverteilung des von der Vorrichtung erzeugten Elektronenvorhangs auf Grund von Versuchen.

Eine zweite günstige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Mulde zwei parallele Vorsprünge vorgesehen sind, zwischen denen der Faden so angebracht ist, daß die Vorsprünge als Zusatzelektroden dienen, die den Eintritt der vom Faden emittierten Elektronen in den von der Mulde gebildeten Diffusionsraum regulieren. Auch diese Zusatzelektroden können aus elastischem, verformbarem Material bestehen.

Man kann die Erfindung desweijeren so in Anwendung bringen, daß die den Faden umgebende Schale bewegliche Teile umfaßt, mit deren Hilfe es möglich ist, die Form der Mulde und/oder den gegenseitigen Abstand der Elektroden zu verändern und dadurch den Zutritt der Elektronen in das beschleunigende elektrische Feld zu regulieren. Die Schale kann in diesem Fall mit dem Kammeräußeren mittels eines Mechanismus verbunden sein, der das Bewegen der Schalenteile ermöglicht, während die Vorrichtung in Betrieb ist.

Die Erfindung wird im Folgenden eingehender mit Hilfe von Beispielen mit Hinweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, worin

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektrqnenvorhangs sowie eine mit Elektronen zu bestrahlende Folienbahn von

der Seite der Vorrichtung her betrachtet und zum Teil im Schnitt darstel1t.

Fig. 2 zeigt den Schnitt H-II aus Fig. L.

Fig. 3 entspricht der Fig. 2, eine zweite Ausführungsfarm der Erfindung darstellend.

Fig. 4 entspricht der Fig. 2, eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellend und

Fig. 5 stellt einen Teil der zur Vorrichtung gehörenden, den Elektronen emittierenden Faden umgebenden Schale gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung gemäß einer Ausf ührungsf orm der Erfindung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs wiedergegeben, die eine zylindrische Vakuumkammer 1 aus Stahl, einen langgestreckten, parallel zur Kammerachse verlaufenden Glühfaden 2 sowie eine den Glühfaden umgebende langgestreckte stählerne Schale umfaßt. In der Wand der Kammer 1 ist ein zur Kammerachse paral lelel/j elektronendurchlässiges Fenster 4 vorgesehen, das aus Titan besteht und durch welches der von der Vorrichtung erzeugte Elektronenvorhang hindurchgeleitet werden kann. Den Elektronenvorhang deuten in der Zeichnung die Pfeile 5 an. Die den Glühfaden 2 umgebende Schale 3 ist so geformt, daß der Faden sich in einer von der Schale gebildeten langgestreckten Mulde ά befindet, die in der Richtung auf das Fenster 4 in der Kammerwand zu offen ist. An beiden Rändern der Mulde 6 ist die Schale 3 zu einer Beschleunigungselektrode 7 ausgebildet, wobei die Elektroden die vom Glühfaden 2 emittierten und in das zwischen ihnen vorhandene elektrische Feld eingetretenen Elektronen als Vorhang auf das Fenster 4 zu und weiter durch dasselbe hindurch beschleunigen, so daß sie auf die am Fenster vorbei geführte, zu bestrahlende Folienbahn 8 treffen.

Das Erzeugen des Elektronenvorhangs 3 mittels der soeben dargestell-

ten Vorrichtung erfolgt, indem man an die Beschleunigungselektroden 7 eine negative Spannung in Höhe von einigen Hundert kV in Bezug auf die Wand der Kammer 1 legt. Die vom Glühfaden 2 emittierten Elektronen bilden dann eine Elektronenwolke in der von der Schale 3 gebildeten Mulde 6. Die Mulde 6 dient als die Dichte der Elektronenwalke in der Längsrichtung des Fadens 2 ausgleichender Diffusionsraum, der gegen das elektrische Feld abgeschirmt ist. Das Eintreten einer Diffusion beruht auf dem Zeitverzug zwischen der Emission der Elektronen und ihrem Geraten in das elektrische Feld zwischen den Beschleunigungselektroden 7, der u.a. von der Größe der Mulde ό und von dem Abstand zwischen dem Glühfaden 2 und den Beschleunigungselektroden 7 abhängig ist. Ferner wirkt auf die Zahl der in das beschleunigende Feld geratenden Elektronen der gegenseitige Abstand der Beschleunigungselektroden 7 ein. Die Beschleunigungselektroden beschleunigen und fokussieren die in das Feld geratenen Elektronen auf das Fenster 4 in der Wand der Kammer 1 zu, und zwar in der Gestalt eines Vorhangs 5 mit gleichmäßiger Elektronendichte, der nach seinem Durchtritt durch das Fenster auf die zu bestrahlende Folienbahn 8 trifft.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der am Boden der Mulde 3 zwei zueinander parallele Vorsprünge 9 vorgesehen sind, zwischen denen der Glühfaden 2 eingesetzt ist. Die Vorsprünge 9 bestehen aus elastischem, verformbarem Material, wie z.B. aus Federstahl, und sie dienen als zusätzliche Elektroden, die den Zutritt der vom Faden 2 emittierten Elektronen in den von der Mulde gebildeten Diffusionsraum regulieren. Die Regulierung kann beispielsweise durch Verändern des gegenseitigen Abstands der Vorsprünge 9 oder der Lage des Glühfadens zwischen den Vorsprüngen geschehen.

In Fig. 4 ist desweiteren eine AusfUhrungsform der Erfindung dargestellt, die in ihrem Arbeitsprinzip den vorstehend vorgeführten entspricht, in der aber von diesen abweichend die Möglichkeit besteht, die Intensität des entstehenden Elektronenvorhangs zu regulieren, während die Vorrichtung im Betrieb ist. Dies hat man erreicht, indem die Beschleunigungselektroden 7 aus elastischem, verformbarem Mate-

rial wi· z.B. aus Federstahl hergestellt hat und die Elektroden mit dem Raum außerhalb der Wand der Kammer 1 durch einen Mechanismus verbunden hat, mittels dessen die Elektroden bewegt werden können. Der Mechanismus unfaßt einen in der Schale 3 eingebrachten Körper 10 mit der Form eines umgekehrten U, der mit seinen Enden an die Beschleunigungselektroden 7 angeschlossen ist, sowie eine mit Gewinde versehene vertikale Welle 11, die sich an einem Ende mit Gewindeverband an den Körper 10 anschließt und mit dem anderen Ende außerhalb der Wand der Kammer 1 endet. Der Körper 10 ist damit in der Vertikalrichtung durch Drehen der Welle 11 bewegbar.

In der Ausführungsform der Fig. 4 gründet sich das Regulieren der Intensität de3 Elektronenvorhangs auf das Verändern der Form der Beschleunigungselektroden 7 mit Hilfe des an dieselben angeschlossenen Mechanismus. In Fig. 5 ist noch eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der sich die Beschleunigungselektrode 7 wesentlich ohne ihre Form zu verändern mit dem an sie angeschlossenen Mechanismus 10 mitbewegt. Das Bewegen der Beschleunigungselektrode 7 verändert dann einerseits den Abstand zwischen ihr und dem Glühfaden und andererseits denjenigen zwischen ihr und dem Fenster, die beide ihrerseits auf die Diffusionszeit und auf die Stärke des elektrischen Feldes und weiterhin auf die Intensität des entstehenden Elektronenvorhangs einwirken.

besonders in Verbindung mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 bis 5 ist zu beachten, daß die Vorrichtung nicht unbedingt über ihre gesamte Länge einheitlich ist und daß vielmehr ihre Form an verschiedenen Stellen der Vorrichtung unabhängig von den übrigen Teilen der Vorrichtung variieren kann oder regulierbar sein kann. Man erreicht auf diese Weise, daß man den Elektronenvorhang nicht nur gleichförmig sondern auch hinsichtlich seiner Intensität in gewünschter Weise in der Breitenrichtung variabel machen kann.

Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß sich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die dargelegten Beispiele einschränken und daß sie vielmehr im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche variieren können.

Claims (5)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs (5), umfassend einen langgestreckten, Elektronen emittierenden Faden (2), eine Schale (3), die den Faden so umgibt, daß der Faden sich in einer von der Schale gebildeten langgestreckten Mulde (ό) befindet, Glieder (7) zum Beschleunigen der Elektronen sowie eine Kammer (1), in die der Faden mitsamt der ihn umgebenden Schale eingebracht ist und in deren Wand ein für Elektronen durchlässiges Fenster (4) vorgesehen ist, durch welches hindurch der Elektronenvorhang gesteuert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die den Faden umgebende Schale (3) an beiden Rändern der Mulde (ό) zu einer Beschleunigungselektrode (7) ausgebildet ist, die auf ein negatives Potential in Bezug auf die Wand der Kammer (1) gebracht werden kann, und daß die Mulde einen Diffusionsraum für die von dem Faden emittierten Elektronen bildet, in dessen Bereich sich formbare Teile (7,9) befinden, mit deren Hilfe der Zutritt der Elektronen in das beschleunigende elektrische Feld und damit die Intensität des entstehenden Elektronenvorhangs (S) regulierbar ist.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Beschleunigungselektroden dienenden Ränder der Mulde (ό) aus elastischem, verformbarem Material bestehen.
3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Boden der Mulde (6) zwei zueinander paralIe Ic VorSprünge (9) befinden, zwischen denen der Faden (2) so plaziert ist, daß die Vorsprünge als zusätzliche Elektroden dienen, die den Zutritt der von dem Faden emittierten Elektronen in den von der Mulde gebildeten Diffusionsraum regulieren.
4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als zusätzlich· Elektroden dienenden Vorsprünge (9) aus elastischem^ verformbarem Material bestehen.
5. 5. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (3) bewegliche Teile (10)

   umfaßt, mittels deren es möglich ist, die Form der Mulde (ά) und/oder den gegenseitigen Abstand der Elektroden (7) zu verändern und dadurch den Zutritt der Elektronen in das beschleunigende elektrische Feld zu regulieren, und daß die Schale mit dem Außenraum der Kammer (1) mittels eines Mechanismus (10,11) verbunden ist, der das Bewegen von Teilen der Schale möglich macht, während die Vorrichtung im Betrieb ist.