DE3416198C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsvertei­ lung, bei welchem mittels eines in eine Vakuumkammer einge­ brachten, langgestreckten Fadens freie Elektronen in dem den Faden umgebenden Raum erzeugt werden, die Elektronen in diesem Raum mittels einer denselben begrenzenden Elektrodenstruktur be­ schleunigt und zu einem Elektronenvorhang geformt werden und der Elektronenvorhang aus der Vakuumkammer durch ein in deren Wand vorgesehenes, für Elektronen durchlässiges Fenster hindurch herausgeleitet wird.

Man kann Materialoberflächen beispielsweise zum Erzielen be­ stimmter chemischen Reaktionen behandeln, indem man eine Elek­ tronenstrahlung gegen sie richtet. Von Reaktionen, die in Frage kommen, können die bei Zimmertemperatur erfolgende Kreuzvernet­ zung oder Polymerisierung sowie das Härten von Oberflächenbe­ schichtungen oder von Laminaten erwähnt werden, und ferner eignet sich Elektronenstrahlung z. B. zum Sterilisieren von Ver­ packungen.

Es ist bekannt (vergl. z. B. Technical Paper FC 75-311, GME Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Michigan, 1975, Seiten 1-18), in der Bestrahlung ausgedehnter Materialober­ flächen einen fokussierten Elektronenstrahl heranzuziehen. In diesem Verfahren ist indessen die gleichzeitige Bestrahlung ver­ schiedener Teile der Oberfläche nicht möglich; im Gegenteil be­ dingt das Verfahren ein Überstreichen der zu bestrahlenden Fläche mit dem Elektronenstrahl, mit der Folge, daß die er­ forderliche Apparatur verhältnismäßig kompliziert ist.

Es ist desweiteren (vergl. die o.g. Druckschrift) bekannt, die Bestrahlung mit Hilfe eines flächenhaften Elektronenvorhangs durchzuführen, wobei sich dann die Apparatur wesentlich ein­ facher gestaltet. Der Elektronenvorhang wird mit Verwendung eines in einer Vakuumkammer untergebrachten strichförmigen Glüh­ fadens als Elektronenquelle erzeugt, wobei die von diesem aus­ tretenden Elektronen mittels einer die Enden umgebenden Elek­ trodenstruktur zu einem Elektronenvorhang geformt werden, der durch ein elektronendurchlässiges Fenster in der Wand der Vakuumkammer hindurch in den Außenraum der Vakuumkammer geleitet wird. Das Verfahren war jedoch bisher mit der Schwierigkeit be­ haftet, daß, da die Eigenschaften des Glühfadens an ver­ schiedenen Stellen des Fadens etwas variieren, das Resultat ein Elektronenvorhang mit ungleichmäßiger Intensitätsverteilung in der Breitenrichtung des Vorhangs gewesen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Elektronenvorhang erzeugt werden kann, dessen Intensitätsver­ teilung in der Breitenrichtung des Vorhangs eine gleichmäßige ist oder in der diese Verteilung in gewünschter Weise reguliert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Ver­ fahren dadurch gekennzeichnet, daß das Regulieren der Intensitätsverteilung des Elektronenvorhangs durch Regulierung der Stärke eines Magnetfeldes geschieht, das von einem lang­ gestreckten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper und von einer aus nebeneinanderliegenden Magneten bestehenden Magnetreihe erzeugt wird, wobei der Körper aus magnetisch weichem Material im wesentlichen parallel zu dem Faden vom Fenster der Vakuumkammer her gesehen hinter dem Faden und die Magnetreihe außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvor­ hang angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert wesentlich auf dem Er­ zeugen eines Magnetfelds zwischen dem besagten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper und der aus nebeneinander­ liegenden 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 Elektroden­ struktur 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 erfindungsgemäßen Verfahren auch, daß der Elektronenvorhang durch das elektronendurchlässige Fenster hin­ durch den Feldlinien des Magnetfelds entsprechend gesteuert wird, womit die Streustrahlungs- und Erwärmungsprobleme ver­ ringert werden, die von den an den Rändern des Fensters auf­ prallenden 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 Vor­ richtung verändern. Zu diesem Zweck kann gemäß Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Abstand eines jeden Mag­ neten von dem aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper selbständig regulierbar sein, oder man kann alternativ Elektromagneten benutzen, deren Stärke bei jedem selbständig re­ gulierbar 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 Inten­ sitätsverteilung des Elektronenvorhangs erreicht wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenverhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung nach dem vorbeschriebenen Verfahren. Die Vorrichtung umfaßt einen langgestreckten, Elektronen emittierenden Faden, eine den den Faden umgebenden Raum begrenzende Elektrodenstruktur zum Be­ schleunigen der Elektronen und zum Formen eines Elektronenvor­ hangs sowie eine Vakuumkammer, in der der Faden und die Elek­ trodenstruktur untergebracht sind und die in ihrer Wandung ein für Elektronen durchlässiges Fenster trägt, durch welches hin­ durch der Elektronenvorhang hindurchleitbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes veränderlicher Stärke vorgesehen ist, die aus einem langgestrecktem, aus magnetisch weichem Material bestehen­ den Körper und aus einer aus nebeneinanderliegenden Magneten bestehenden Magnetreihe besteht, wobei der Körper aus magnetisch weichem Material im wesentlichen parallel zum Faden vom Fenster der Vakuumkammer her gesehen hinter dem Faden und die Magnet­ reihe außerhalb des Kammerfensters vor dem Elektronenvorhang angeordnet ist.

Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden eingehender mit Hilfe eines Bei­ spiels mit Hinweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, worin

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit re­ gulierbarer Intensitätsverteilung sowie eine mit Elek­ tronen zu bestrahlende Folienbahn von der Seite der Vor­ richtung her betrachtet und zum Teil im Schnitt und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 dar­ stellt.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regulierbarer Intensitätsverteilung wiedergegeben, die eine zy­ lindrische, 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, elektronen­ durchlässiges 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 Beschleuni­ gungselektrode 7 ausgebildet, womit die Elektroden die vom Glüh­ faden 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 des mittels der Vorrichtung er­ zeugten Elektronenvorhangs 5 ist in der 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 5, ist desweiteren eine Reihe von nebeneinanderliegenden 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 einer der Magneten etwas weiter von dem Faden ent­ fernt als die übrigen angebracht ist. Alternativ kann das Regulieren der Magnetfeldstärke geschehen, indem man den Mag­ netisierungsstrom der dann aus Elektromagneten bestehenden Magneten 10 reguliert.

Das Erzeugen des Elektronenvorhangs 5 mit der dargestellten Vor­ richtung 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 2 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 Be­ schleunigungselektroden hineinkommt. Der Anteil der absorbierten Elektronen an der vom Glühfaden 2 emittierten Elektronenzahl ist von der an den verschiedenen Stellen in der Vorrichtung herrschenden Stärke des Magnetfelds abhängig. Die Beschleuni­ gungselektroden 7 beschleunigen die Elektronen, die in das elek­ trische 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 auftrifft. Da die Wandungen der Kammer 1 aus mag­ netisch 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 Maße 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 Magnet­ felds an diesem Punkt verringert ist und die Elektronen in der Mulde 6 auf Spiralbahnen mit größerem Radius gelenkt werden.

Dies hat vermehrte Absorption der Elektronen in den Wandungen der Elektrodenstruktur 3 zur Folge und eine geringer ausfallende Intensität des Eletronenvorhangs 5 im Vergleich mit anderen Stellen in der Vorrichtung.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs (5) mit regu­ lierbarer Intensitätsverteilung, bei welchem mit einem in einer Vakuumkammer (1) eingebrachten, langgestreckten Faden (2) freie Elektronen in dem den Faden umgebenden Raum (6) er­ zeugt werden, die Elektronen in diesem Raum mittels einer denselben begrenzenden Elektrodenstruktur (3) beschleunigt und zu einem Elektronenvorhang (5) geformt werden und der Elektronenvorhang (5) aus der Vakuumkammer durch ein in deren Wandung vorgesehenes, für Elektronen durchlässiges Fenster (4) hindurch herausgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulieren der Intensitätsverteilung des Elektronen­ vorhangs durch Regulierung der Stärke eines Magnetfeldes ge­ schieht, das von einem langgestrecktem, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper (9) und von einer aus nebeneinander stehenden Magneten (10) bestehenden Magnetreihe erzeugt wird, wobei der Körper (9) aus magnetisch weichem Material im wesentlichen parallel zu dem Faden (2) vom Fenster (4) der Vakuumkammer (1) her gesehen hinter dem Faden (2) und die Magnetreihe außerhalb des Kammerfensters (4) vor dem Elektronenvorhang (5) angeordnet ist.

2. Verfahren nach 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 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Magneten (10) Elektromagnete verwendet werden und daß die Re­ gulierung durch Regulieren der elektrischen Ströme in den einzelnen Magneten in der Reihe geschieht.

4. Vorrichtung zum Erzeugen eines Elektronenvorhangs mit regu­ lierbarer Intensitätsverteilung zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die einen lang­ gestreckten, Elektronen emittierenden Faden (2), eine den den Faden umgebenden Raum (6) begrenzende Elektrodenstruktur (3) zum Beschleunigen der Elektronen und zum Formen eines Elek­ tronenvorhangs (5) sowie eine Vakuumkammer (1) umfaßt, in der der Faden und die Elektrodenstruktur (3) eingebracht sind und die in ihrer Wandung ein elektronendurchlässiges Fenster (4) trägt, durch welches der Elektronenvorhang (5) hindurch­ leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ver­ änderlicher Stärke vorgesehen ist, die aus einem langge­ steckten, aus magnetisch weichem Material bestehenden Körper (9) und aus einer aus nebeneinanderliegenden Magneten (10) bestehenden Magnetreihe besteht, wobei der Körper (9) aus magnetisch weichem Material im wesentlichen parallel zum Faden (2) vom Fenster (4) der Vakuumkammer (1) her gesehen hinter dem Faden (2) und die Magnetreihe außerhalb des Kammer­ fensters (4) vor dem Elektronenvorhang (5) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach 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 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (10) Elektromagnete sind, in denen in jedem einzeln die Stärke des elektrischen Stromes selbständig regulierbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung der Vakuumkammer (1) aus magnetisch hartem Material besteht.