DE4106362A1

DE4106362A1 - Vorrichtung zur konversion von elektronen hoher kinetischer energie in bremsstrahlung

Info

Publication number: DE4106362A1
Application number: DE19914106362
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Schulze; Hermann Dr Kupsch; Bernd Dr Ing Eckert; Guenter Dipl Ing Boettger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1992-09-10

Description

Bremsstrahlung wird durch Konversion hochbeschleunigter Elek tronen an sogenannten Bremsstrahlungstargets erzeugt. Diese Targets bestehen üblicherweise aus Elementen höherer Ordnungs zahl (Wolfram, Tantal, Gold). Die Ausbeute an Bremsstrahlung wird durch die Dicke des Targets bestimmt (A. Brynjolfsson, T. G. Martin, Int. J. Appl. Radiat. Isot. 22 (1971) 29). Aufgrund der Wärmeentwicklung beim Abstoppen der Elektroden sind die Bremsstrahlungstargets (Konverter) im allgemeinen wasserge kühlt. Sollen empfindliche Proben (biologisches Material, organische Substanzen, Kryotargets) mit der so gewonnenen Bremsstrahlung bestrahlt werden, ist ein vollständiges Abstoppen der nicht konvertierten Elektroden vor Erreichen der zu bestrahlenden Probe unabdingbar. Dafür werden Moderatoren eingesetzt, die in der Regel aus Aluminium oder Graphit bestehen (B. Nordell, U. Wagenbach, E. L. Sattler, Int. J. Appl. Radiat. Isot. 33 (1982) 183). Die Anordnung und der Aufbau des Elektrodenstrahlkonverters erfolgen in Abhängigkeit von dem Problem, das mit der Bremsstrahlung untersucht werden soll.

Bekannt ist auch, daß Bremsstrahlungstargets aus verschiedenen Schichten aufgebaut sein können, um eine hohe Bremsstrahlungs ausbeute bei hoher Photonenenergie zu sichern, den Raumwinkel der Bremsstrahlung zu variieren, die hochenergetischen Elek tronen vollständig zu absorbieren, sowie die Zahl entstehender Photoneutronen zu begrenzen (DE 25 33 348).

Nachteilig bei den bekannten Elektronenstrahlkonvertern ist, daß sie jeweils nur für das zu untersuchende Problem konzi piert und somit in der Anwendung stark eingeschränkt sind. Unterschiedliche Fragestellungen erfordern stets eine neue Konverteranordnung, eine universelle Anwendung ist nicht gegeben. Außerdem können bei fest angeordneter Bremsstrahlungstar gets in Abhängigkeit von dessen Material durch Einbrennen des Elektronenstrahls in das Material, verbunden mit Materialab trag aufgrund mangelhafter Wärmeabführung, Zerstörungen am Target auftreten.

Das Ziel der Erfindung ist die Erzeugung einer Bremsstrahlung aus Elektronen hoher kinetischer Energie ohne eine Beschädi gung oder Zerstörung des Bremstargets.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß

- in einem topfartigen Gehäuse ein ebenfalls topfartiger, kraft- oder formschlüssig angetriebener, sich während des Konvertierungsvorgangs um seine parallel zur Elektronen strahlachse angeordnete Achse drehender Rotor bündig einge paßt ist,
- im Inneren des Rotors Targetmaterialien und gegebenenfalls auch Moderatoren in Scheibenform angeordnet sind,
- in der Gehäusewand von Kühlringnuten begrenzte und im oberen und unteren Bereich abgedichtete Kühlflächen im oberen Teil des Gehäuses eine exzentrisch angeordnete Elektronenstrahl eintrittsöffnung installiert sind.

Die bekannten Elektronenstrahlkonverter werden, wie bereits beschrieben, für jeden speziellen Anwendungsfall gesondert konzipiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dagegen so ausgelegt, daß sie jedem Anwendungsproblem einfach angepaßt werden kann. Das wird durch die auswechselbare Anordnung der Targetmaterialien in Form von Scheiben ermöglicht, die einzeln oder in Kombination sandwichartig eingesetzt werden können. Um mögliche negative Auswirkungen der bei der Konvertierung frei gesetzten Wärme zu vermeiden, werden die Targetscheiben mit einer aus Andruckring und -mutter bestehenden Haltevorrichtung im Rotor fixiert. Das garantiert den Targetscheiben eine radial spannungsfreie Wärmedehnung sowie einen ausreichenden Wärme fluß über die Kontaktflächen zur Kühlung. Die Kühlung ist in der Wandung des Konvertergehäuses, das vorteilhafterweise wie auch der Rotor aus Aluminium gefertigt wird, dergestalt ange ordnet, daß sich in dem Bereich, in dem sich das Targetmaterial und die Halterungs- und Andruckelemente befinden, eine durch Kühlringnuten begrenzte Kühlfläche befindet, die oben und unten von Dichtungen abgeschlossen wird.

Tragmaterial sowie Halterungs- und Andruckelemente befinden sich in einem um die Vertikalachse beweglichen Topf, dem sogenannten Rotor, dessen Außenwand bündig an die Innenwand des Konvertergehäuses angepaßt ist. Dieser Rotor wird durch einen Antrieb bewegt, der kraft- oder formschlüssig erfolgen kann. Im Deckel des Konvertergehäuses befindet sich exzen trisch zur Mittelachse des Gehäuses und des Rotors eine Öffnung für den Eintritt des Elektronenstrahls. Diese Anordnung der Elektronenstrahleinführung und die Bewegung des Rotors, in dem sich das Targetmaterial befindet, bewirken, daß der Elektro nenstrahl über das Target geführt wird, so daß örtliche Über hitzungen und damit eine Zerstörung des Targets ausgeschlossen sind. Das ermöglicht es, auch thermisch anfälliges Target material einzusetzen und somit spezielle Einsatzgebiete zu er schließen. Zur Erzeugung elektronenfreier Bremsstrahlung kann das Target mit Moderation kombiniert und die Moderatorlänge für die Elektronen entsprechend variiert werden.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen somit darin, daß

- die Targetmaterialscheiben eine radial spannungsfreie Wärme dehnung ausführen können,
- eine ausreichende Wärmeabführung von den Targetscheiben gewährleistet wird,
- lokale Erhitzungen und damit Schädigungen des Materials vermieden werden und
- auch thermisch empfindlichere Targetmaterialien eingesetzt werden können.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

In der Figur ist der schematische Aufbau eines derartigen Elektronenstrahlkonverters dargestellt. In einem Konverter gehäuse 1 befindet sich ein drehbar gelagerter Rotor 2, der durch den Antrieb 3 kraft- oder formschlüssig bewegt wird. Gehäuse 1 und Rotor 2 sind aus Aluminium gefertigt. Der Rotor 2 ist topfförmig ausgebildet; in ihm können je nach zu untersuchender Aufgabenstellung entsprechende Bremstarget scheiben 4 (z. B. aus Wolfram, Tantal oder Gold) und gegebenen falls auch Moderatorscheiben 5 (z. B. aus Aluminium) eingelegt werden, die mittels eines Andruckrings 6 und einer Andruckmutter 7 axial fixiert werden und gleichzeitig den für den Wärme fluß notwendigen Flächenkontakt bewirken. Durch den von Kon vertergehäuse und Rotor gebildeten Ringspalt fließt in axialer Richtung zwischen den Ringnuten 8 des Kühlmedium, z. B. Wasser; die Dichtungen 9 verhindern den Austritt des Kühlmediums in den Vakuumraum und die Umgebung. Die Mittel achse der Vorrichtung liegt exzentrisch zur Eintrittsöffnung 10 des Elektronenstrahls und zum Austritt der Bremsstrahlung 11. Der gesamte Konverter wird an den Strahlaustritt eines Beschleunigers angeflanscht. Der Innenraum des Konverters steht unter Vakuum.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Konvertergehäuse
2 Rotor
3 Antrieb
4 Bremstargetscheibe
5 Moderatorscheibe
6 Andruckring
7 Andruckmutter
8 Ringnut
9 Dichtung
10 Elektronenstrahleintritt
11 Bremsstrahlaustritt

Claims

Vorrichtung zur Konversion von Elektronen hoher kinetischer Energie in Bremsstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß
- - in einem topfartigen Gehäuse ein ebenfalls topfartiger, kraft- oder formschlüssig angetriebener, sich während des Konvertierungsvorgangs um seine parallel zur Elektronen strahlachse angeordnete Achse drehender Rotor bündig einge paßt ist,
- - im Inneren des Rotors Targetmaterialien und gegebenenfalls auch Moderatoren in Scheibenform angeordnet sind,
- - in der Gehäusewand von Kühlringnuten begrenzte und im oberen und unteren Bereich abgedichtete Kühlflächen im oberen Teil des Gehäuses eine exzentrisch angeordnete Elektronenstrahl eintrittsöffnung installiert sind.