DE3416198A1

DE3416198A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen eines elektronenvorhangs mit regulierbarer intensitaetsverteilung

Info

Publication number: DE3416198A1
Application number: DE19843416198
Authority: DE
Inventors: Pertti Prof. Dr. Kuopio Puumalainen; Rauno Imatra Rantanen; Pertti Kuopio Sikanen
Original assignee: Enso Gutzeit Oy
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 1983-05-03
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1984-11-22
Also published as: FI70347C; DE3416198C2; JPS6035447A; FI831524A0; JPH0526539B2; GB8411346D0; FI831524L; FI70347B; GB2139416B; US4543487A; GB2139416A

Description

PATENTANWÄLTE : : " .^: - -. -DiPf-.'-iNG. ALEX STENGER

Kaiser-Friedrich-Ring 70 -.--.:.- . " DiPtT-INi:. WOLFRAM WATZKE

D-4000 DÜSSELDORF II 3416 198 DIPL.-ING. H E I N Z J. RING

•3- EUROPEANPATENTATTORNEYS

Unser Zeidien: 25 285 ^Datum: 30. April

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

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung

Di· vorliegend· Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenvarhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung, in welchem mittels eines in einer Kammer untergebrachten, langgestreckten Fadens freie Elektronen im umgebenden Raum erzeugt werden, dl· Elektronen im besagten Raum mittels einer diesen begrenzenden Elektrodenstruktur beschleunigt werden und der aus den beschleunigten Elektronen sich bildende Elektronenvorhang aus der Kammer durch ein in deren Wand vorgesehenes, fUr ELektronen durchlässiges Fenster hindurch herausgeleitet wird.

Man kann Materialaberflächen 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 van 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 Materialobei— flächen einaflfokussierten 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 Elektronenvorhangs durchzuführen, wobei sich dann die Apparatur wesentlich einfacher gestaltet. Der Elektranenvorhang 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 elektronendurchUssigeg Fenster in der

Wand der Kammer hindurch in den Außenraum der Kammer geleitet werden. Das Verfahren war jedQch 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 eines Verfahrene, mit dem 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. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Regulieren der Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs geschieht, indem man einen langgestreckten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper sowie eine aus nebeneinanderllegenden Magneten bestehende Magnetreihe verwendet, von welchen Gliedern das eine wesentlich mit dem Faden parallel von der Richtung des Fensters her gesehen hinter dem Faden und das andere außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvorhang plaziert ist, wobei dann die mit den Magneten erzielbare Regulierung sich auf die von der Stärke des Magnetfelds abhängige Absor^jption der Elektronen in der Elektrodenstruktur gründet.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert wesentlich auf dem Erzeugen eines Magnetfelds zwischen dem besagten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper und der aus nebeneinanderliegenden Magneten bestehenden Magnetreihe. Das Magnetfeld fängt die von dem Faden emittierten Elektronen auf spiralförmige Bahnen ein, deren Radius von der Stärke des Magnetfelds abhängt. Hierbei werden Elektronen in den Wänden des von der Elektrodenstruktur gebildeten Raums absorbiert, ehe sie in das Elektronen beschleunigende elektrische Feld eintreten können, und zwar ist die Menge der absorbierten Elektronen mit Hilfe des Magnetfelds regulierbar.

Man erreicht mit dem #rfindungsgemäßen Verfahren auch, daß der Elektronenvorhang durch das elektronendurchlässig· Fenster hindurch

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den Feldlinien des Magnetfelds entsprechend gesteuert wird, womit die Streustrahlungs- und Erwärmungsprobleme verringert werden, die von den an den Rändern <tes Fensters aufprallenden Elektronen verursacht werden.

Zum Regulieren der Intensitätsverteilung des zu erzeugenden Elektronenvorhangs in der Breitenrichtung des Vorhangs kann man die Stärke des Magnetfelds an verschiedenen Stellen der Vorrichtung verändern. Zu diesem Zweck kann der Abstand eines jeden Magneten von dem aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper selbständig regulierbar sein, oder man kann alternativ Elektromagneten benutzen, deren Stärke bei jedem selbständig regulierbar ist. Es ist in beiden Fällen möglich, die Stärke des Magnetfelds zu regulieren und damit die Zahl der Elektronen, die in das elektrische Feld eintreten können, in der Richtung des emittierenden Fadens so zu regulieren, daß die gewünschte Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs ereicht wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Elekt^ronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung nach dem vorbeschriebenen Verfahren. Die Vorrichtung umfaßt einen langgestreckten, Elektronen emittierenden Faden, eine den den Faden umgebenden Raum begrenzende Elektrodenstruktur zum Beschleunigen der Elektronen sowie eine Kammer, in der der Faden und die Elektrodenstruktur untergebracht sind und die in ihrer Wandung ein für Elektronen durchlässiges Fenster hatjdurch welches hindurch der Elektronenvorhang steuerbar ist, und die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß dazu als die Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs regulierende Glieder ein langgestreckter, aus magnetisch weichem Material bestehender Körper sowie eine aus nebeneinanderliegenden Magneten bestehende Magnetreihe gehören, von welchen Gliedern das eine wesentlich zum Faden parallel von dem Kammerfenster her betrachtet hinter dem Faden und das andere außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvorhang plaziert ist, wobei sich die mit den Magneten erzielbare Regulierung auf die von der Stärke des Magnetfelds abhängige Absorption der vom Faden emittierten Elektronen in der Elektrodenstruktur gründet.

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

Fig.Ί eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung sowie eine mit Elektronen zu bestrahlende Folienbahn von der Seite der Vorrichtung her betrachtet und zum Teil im Schnitt darstellt.

Fig. 2 stellt den Schnitt II-II aus Fig.1 dar.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäj^ einer Ausführungsform der Erfindung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung wiedergegeben, die eine zylindrische, stählerne Vakuumkammer 1, einen langgestreckten, zur Achse der Kammer parallelen Glühfaden 2 sowie eine den Glühfaden umgebende, langgestreckte stählerne Schale 3 umfaßt, welch letztere die Elektrodenstruktur bildet. In der Wandung der Kammer 1 ist ein zur Achse der Kammer paralleles, elektronendurchlässiger 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 derart geformt, daß sich der Faden in einer von der Schale gebildeten langgestreckten Mulde 6 befindet, die in Richtung auf das Fenster 4 in der Kammerwandung zu offen ist. An beiden Rändern der Mulde 6 ist die Schale 3 zu einer Beschleunigungselektrode 7 ausgebildet, womit die Elektroden die vom Glühfaden 2 emittierten und in das elektrische Feld zwischen ihnen geratenen Elektronen in Form eines Vorhangs auf das Fenster 4 zu und weiter durch dasselbe hindurch derart beschleunigen, daß sie auf die am Fenster vorbeigeführte, zu bestrahlende Folienbahn 8 treffen.

Zum Regulieren der Intensität de3 mittels der Vorrichtung erzeugten Elektronenvorhangs 3 ist in dar Schale 3 vom Fenster 4 her gesehen hinter dem Glühfaden 2 ein zum Glühfaden paralleler, aus ferromagnetischem Material bestehender Körper 9 plaziert, der am passendsten aus Eisen besteht. Außerhalb des Fensters 4, vor dem Elektronenvorhang S, ist desweiteren eine Reihe von nebeneinander 1 legenden

Magneten 10 angebracht, womit zwischen dem Körper 9 und der Magnetreihe 10 ein Magnetfeld erzeugbar ist. Zum Regulieren der Stärke des Magnetfelds ist der Abstand eines jeden Magneten 10 von dem Elektronen emittierenden Faden 2 selbständig verstellbar, und in Fig. 1 sieht man die Situation, in welcher Giner der Magneten etwas weiter von dem Faden entfernt als die übrigen angebracht ist. Alternativ kann das Regulieren der Magnet-Feldstärke geschehi-n, i ndem man den Magnetisierungsstrom ciär Magneten IO reguliert.

Das Erzeugen des Elektronenvorhangs 5 mit der dargestellten Vorrichtung geschieht, indem man die Schale 3 auf eine negative Spannung von einigen Hundert kV Höhe in Bezug auf die Wandung der Kammer 1 bringt Und zwischen dem Körper 9 und den Magneten 10 ein Magnetfeld herstellt. Die vom Glühfaden Z emittierten Elektronen geraten dann in der Mulde 6 auf spiralförmige Bahnen, womit ein Teil von ihnen in den Wänden der Mulde absorbiert wird und ein anderer Teil in das elektrische Feld zwischen den Beschleunigungselektroden hineinkommt. Der Anteil der absorbierten Elektronen an der vom Glühfaden 2 emittierten Elektronenzahl ist von der an den verschiedenen Stellen inkier Vorrichtung herrschenden Stärke des Magnetfelds abhängig. Die Beschleunigungselektroden 7 beschleunigen die Elektronen, die in das elektrische Feld hereingekommen sind, in Richtung auf das Fenster 4 in der Wandung der Kammer 1 zu in Form eines Vorhangs 5, der nach seinem Durchtritt durch das Fenster auf die zwischen dem Fenster und den Magneten 10 vorbeigeführte zu bestrahlende Folienbahn 8 auf trifft. Da die Wandungen der Kammer 1 aus magnetisch hartem Material bestehen, fördert das Magnetfeld die Fokussierung des Elektronenvorhangs 5 auf das Fenster 4 derart, daß das Arbeiten der Vorrichtung störende Streustrahlung nicht in nennenswertem Ma|J auftritt.

Indem in dem in Fig. 1 dargestellten Fall einer der Magneten 10 weiter weg von dem Glühfaden 2 als die übrigen verlegt worden ist, bedeutet dies, daß die Dichte der Feldlinien des Magnetfelds an diesem Punkt verringert ist und die Elektronen in der Mulde 6 auf Spiralbahnen mit größerem Radius gelenkt werden. Dies hat vermehrte Absorption deriElektronen in den Wandungen der Elektrodenstruktur 3 zur Folge und eine gerineprausfal lend· Intensität des Elektronen-

Vorhangs 5 im Vergleich mit anderen Stellen in der Vorrichtung.

Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß verschieden» Ausführungs- farmen der Erfindung sich nicht auf das dargestellte Beispiel einschränken und vielmehr im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche variieren können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs (5) mit regulierbarer Intensitätsverteilung, in welchem mit einem in einer Kammer (1) eingebrachten, langgestreckten Faden (2) freie Elektronen in dem den Faden umgebenden Raum (6) erzeugt werden, die Elektronen in besagtem Raum mittels einer denselben begrenzenden Elektrodenstruktur (3) beschleunigt werden und der aus beschleunigten Elektronen bestehende Elektronenvorhang (5) aus der Kammer durch ein in deren Wandung vorgesehenes, fur Elektronen durchlässiges Fenster (4) hindurch herausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulieren der Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs unter Anwendung eines langgestreckten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körpers (9) sowie einer aus nebeneinanderstehenden Magneten (10) bestehenden Magnetreihe geschieht, von welchen Gliedern das eine wesentlich parallel zu dem Faden (2) vom Fenster (4) der Kammer (1) her gesehen hinter dem Faden und das andere außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvorhang plaziert ist, wobei die Grundlage für die mittels der Magnete erzielten Regulierung die von der Stärke des Magnetfelds abhängige Absorption der Elektronen in der Elektrodenstruktur (3) ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung durch Regulieren der gegenseitigen Abstände zwischen den einzelnen Magneten (10) in der Reihe und dem Körper (9) aus magnetisch weichem Material geschieht.

3. Verfahren, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magneten (10) Elektromagneten verwendet werden und daß die Regulierung durch Regulieren der elektrischen Ströme in den einzelnen Magneten in der Reihe geschieht.

4. Vorrichtung zum Erzeugen eine Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung nach einem Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, die einen langgestreckten, Elektronen emittierenden Faden (2), eine den den Faden umgebenden Raum (ό) begrenzende Elektrodenstruktur (3) zum Beschleunigen der Elektronen sowie ein· Kammer (1) umfaßt, in der der Faden und die Elektrodenstruktur

eingebracht sind und die in ihrer Wandung ein elektronendurchlässi -gea Fenster (4) trägt, durch welches der Elektronenvorhang hindurchleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorrichtung Ala die Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs (5) regulierende Glieder ein langgestreckter, aus magnetisch weichem Material bestehender Körper (9) sowie eine aus nebeneinander 1 legenden Magneten (10) bestehende Magnetreihe gehören, von welchen Gliedern das eine wesentlich parallel zum Faden (2) vom Fenster (4) der Kammer (1) her gesehen hinter dem Faden und das andere außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvorhang plaziert ist, wobei die Grundlage der mittels der Magneten erzielbaren Regulierung die von der Stärke des Magnetfeldes abhängige Absorption der Elektronen in der Elektrodenstruktur (3) ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand eines jeden Magneten (10) in der Reihe von dem Körper (9) aus magnetisch weichem Material selbständig regulierbar ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet· (10) Elektromagnet© sind, in denen in jedem einzeln die Stärke des elektrischen Stroms selbständig regulierbar ist.

7. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Kammer (1) aus magnetisch hartem Material besteht.