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Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die die zweiseitige
Bestrahlung eines Produkts mittels eines Beschleunigers für
geladene Teilchen ermöglichen.
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Um eine verbesserte Konservierung von Lebensmitteln über eine
lange Dauer zu erreichen, ist bekannt, diese einer
ionisierenden Strahlung auszusetzen. Hierfür werden die Lebensmittel
vor eine Strahlungsquelle geschoben, deren Teilchen die
Lebensmittel auf einer Seite treffen. Eine solche Bearbeitung
auf nur einer Produktseite ist nicht ausreichend, wenn die
Produkte in Form von inehr oder weniger dicken Paketen
vorliegen. Eine zweiseitige Bearbeitung kann durch zwei
aufeinanderfolgende Durchläufe der Pakete nach ihrer Drehung
ausgeführt werden. Eine solche Drehung ist nicht möglich, wenn die
Produkte lose oder flüssig sind. Daher muß man in diesem Fall
zwei Strahlungsguellen benutzen, die auf beiden Seiten der
Produktdurchlauf-Vorrichtung so angeordnet sind, daß
gleichzeitig beide Produktseiten bestrahlt werden.
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Für eine doppelseitige Bestrahlung hat die Anmelderin in dem
französischen Patent 2396392 eine Vorrichtung zur
zweiseitigen Bestrahlung eines zwei gegenüberliegende Seiten
aufweisenden Objektes beschrieben, die einen Beschleuniger für
geladene Teilchen, z.B. Elektronen, aufweist, dein ein
Hochfrequenzgenerator zugeordnet ist, so daß hochfrequente Impulse
von geladenen Teilchen geliefert werden. Das Bündel geladener
Teilchen wird einer hornförmigen Abtastkammer zugeführt, wo
es am Eingang einem variablen Magnetfeld ausgesetzt ist, um
das Bündel beiderseits der Symmetrieachse des Horns über
einen Winkel abzulenken. Im breiten Teil des Horns ist eine
Öffnung ausgeführt, die auf einer Seite der Symmetrieachse
die Hälfte für die Öffnung des Horns einnimmt und mit zwei
für das Bündel durchlässigen Fenstern versehen ist, zwischen
die das zu bestrahlende Produkt geschoben wird. Jenseits
dieser Öffnung ist das Bündel einem Dauermagnetfeld ausgesetzt,
das eine Drehung des Bündels von etwas mehr als 180º
ausführt, damit es die andere Hälfte des Horns in bezug auf die
Öffnung abtastet. Durch diese Anordnung bestrahlt das Bündel
die eine der Produktseiten, wenn es den die Öffnung
enthaltenden Hornteil abtastet, und die andere Seite, wenn es den
anderen Teil infolge der Drehung des Bündels abtastet.
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Die im vorstehenden Patent beschriebene Vorrichtung zeigt die
folgenden Nachteile. Die Bauhöhe ist sehr wichtig, denn der
die Elektronen erzeugende Beschleuniger, die
Abtastvorrichtungen und die magnetischen Ablenkvorrichtungen sind
übereinander angeordnet.
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Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß eine Kontrolle der
Energie des vom Beschleuniger gelieferten Elektronenflusses
nicht möglich ist und damit ein Mangel an Gleichmäßigkeit in
der ionisierenden Bearbeitung entsteht.
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Ein dritter Nachteil ist, daß der die obere Seite des zu
ionisierenden Produkts treffende Elektronenfluß divergent ist
und deswegen ein großer Teil der zur Verfügung stehenden
Energie nicht genutzt wird.
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Ein vierter Nachteil ist, daß die Stärke der Ionisierung des
Produktabschnitts in der Nähe der Achse nicht kontrollierbar
ist.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts
bereitzustellen, daß die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zweiseitigen
Bestrahlung eines Produkts mit einem Beschleuniger für geladene
Teilchen, dem ein Modulator in solcher Weise zugeordnet ist,
daß er ein Bündel geladener Teilchen in Form von Impulsen
aussendet, einer vakuumdichten, hornförmigen Abtastkammer,
Abtastmitteln, die der Abtastkammer zugeordnet sind, um das
Teilchenbündel während der Dauer des Impulses des Bündels
beiderseits der Bündelachse über einen Winkel abzulenken,
wobei diese Kammer an ihrem größten Ende eine Öffnung
aufweist, welche eine Hälfte des Horns einnimmt und mit zwei für
das Bündel durchlässigen Fenstern versehen ist, wobei diese
Öffnung für den Durchtritt des zu bestrahlenden Produkts
vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:
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- erste magnetische Ablenkmittel, die der Abtastkammer
zugeordnet sind, um die divergierende Winkelabtastung in eine
parallele Abtastung umzuformen, und
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- zweite magnetische Ablenkmittel, die der Abtastkammer
zugeordnet sind, um eine 180º-Ablenkung des
Parallelabtastbündels zu erreichen, das demjenigen Teil der Abtastkammer
entspricht, welche die Öffnung nicht aufweist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform und aus
der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Es zeigt:
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- Figur 1 eine offene Perspektivenansicht der Vorrichtung zur
zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts gemäß der
Erfindung,
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- Figur 2 ein Schema der Stromsteuervorrichtung für den
Magneten, der die Abtastung des Bündels geladener Teilchen
ausführt,
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- Figur 3 ein Diagramm des Stromverlaufs, das die Art und
Weise deutlich macht, wie der Strom des Abtastmagneten
gesteuert wird,
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- Figur 4a und 4b Diagramme, die die Synchronisation zwischen
den Abtastsignalen und den Teilchenimpulsen zeigen.
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Nach Figur 1 weist eine Vorrichtung 10 zur zweiseitigen
Bestrahlung eines Produkts 22 gemäß der Erfindung einen
Beschleuniger 11 für Teilchen auf, der ein Bündel geladener
Teilchen liefert, eine Abtastkammer 12 unter Vakuum zum
Aufnehmen des Bündels geladener Teilchen und ein System von
Magneten 13 bis 20, die verschiedene Änderungen am Winkel des
Teilchenbündels im Inneren der Abtastkammer 12 ausführen.
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Der Teilchenbeschleuniger ist zum Beispiel ein
Elektronenbeschleuniger, der zum Beispiel Impulse mit einer Dauer von 10
Mikrosekunden und einer Stärke von 10 MeV emittiert.
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Die Abtastkammer 12 hat die Form eines Horns, dessen
schmaler, den Einlaß für das Bündel bildender Abschnitt am Ausgang
des Beschleunigers 11 angeordnet ist.
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Das System von Magneten weist eine Magnet-Fokussierungslinse
13 des Glazer-Linsentyps auf, die zum Konvergentinachen des
Elektronenbündels, das am Ausgang des Beschleunigers
divergent ist, bestimmt ist. Dieser Linse 13 sind Zentriermagneten
14 nachgeschaltet, die zum Ausrichten des Elektronenbündels
auf den durch eine Lochblende 8 gebildeten Eingang eines
Magneten 15 dienen. Dieser Magnet 15 hat zwei Funktionen; die
eine besteht im Ablenken der Richtung des Bündels in eine
vertikale Richtung und die andere im axialen Fokussieren des
Elektronenbündels, damit ein in bezug auf seine radiale
Ausdehnung schmaleres Bündel erzeugt wird. Am Ausgang dieses
Magneten 15 befindet sich eine Lochblende 9 zur Festlegung
der Energie. Durch diese Lochblende 9 können nur Elektronen
durchtreten, deren Energie dem vom Magneten 15 erzeugten
Magnetfeld entspricht. Dies ermöglicht die Kontrolle der
Energie der gelieferten Elektronen.
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Das Elektronenbündel wird zu einem Abtastmagneten 17 über
Korrekturmagneten 16 gelenkt, wobei letztere zum exakten
Ausrichten der Bündelrichtung auf den Eingang des Magneten 17
dienen. Der Abtastmagnet 17 mit kreisrunden Polstücken dient
zum Ablenken der Richtung des Bündels um einen bestimmten,
festgelegten Winkel, zum Beispiel ungefähr 20º bis 25º,
während der Impulsdauer von 10 Mikrosekunden. Je nach Richtung
der Abtastung wird das Bündel zu einem Magneten 18 oder einem
Magneten 19 gelenkt, die beide die Funktion haben, das
divergent übergebene Bündel durch die Abtastung in ein paralleles
Bündel überzuführen.
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Zuletzt hat ein Ablenkmagnet 20 die Funktion, das vom
Magneten 18 ausgehende, parallele Bündel um einen Winkel von 180 º
abzulenken, so daß seine vollständige Drehung erreicht wird.
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Die zu bestrahlenden Produkte 22 werden mittels eines für
Elektronenbündel durchlässigen Förderbandes 27 verschoben.
Dieses Förderband ist zwischen dem Magneten 20 und dem
Magneten 19 in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Figur 1
angeordnet. Da die Verschiebung der Produkte in der Luft erfolgt,
während die verschiedenen Wege des Elektronenbündels in der
Abtastkammer 12 unter Vakuum ausgeführt werden, weist
letztere eine Aussparung 24 auf, die zwischen den Magneten 19 und
20 liegt, wobei diese Aussparung zum Durchtritt der Produkte
für die Bestrahlung dient. Am Ort dieser Aussparung 24 zeigt
die Hülle 23 der Abtastkammer 12 ein oberes Fenster 25 und
ein unteres Fenster 26, wobei jedes der beiden durchlässig
für das Elektronenbündel ist, während der übrige Teil der
Abtastkammer optisch dicht für dieses Bündel ist.
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In Figur 1 sind die verschiedenen Magneten 13, 14, 15, 16,
17, 18, 19 und 20 in sehr scheinatischer Weise dargestellt, so
daß sie prinzipiell nur ihre einander gegenüberliegenden
Polstücke zeigen. Manchmal sind auch in einer ziemlich
schematischen Darstellung die Wicklungen, wie 28, hinzugefügt. Jeder
dieser Magneten, mit Ausnahme des Magneten 17, wird mit einem
Gleichstrom versorgt und erzeugt zwischen seinen
gegenüberliegenden Polstücken ein konstantes Magenetfeld; die
Stromwerte werden durch die Steuerungen so eingestellt, daß die
gewünschten Ablenkungen für das Elektronenbündel erreicht
werden.
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Nur die Spule 28 des Magneten 17 wird mit einem Strom
gespeist, der sich im Laufe der Zeit so ändert, daß die
Ablenkung des Elektronenbündels während der Impulsdauer erreicht
wird.
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Figur 2 zeigt ein prinzipielles Schema einer
Stromsteuerschaltung für die Spule 26. Sie weist eine
Gleichstrom-Versorgungsquelle 29, einen Kondensator 30 mit der Kapazität C
in Parallelschaltung zur Quelle 29 und einen Unterbrecher 31
in Reihenschaltung mit der Spule 28 auf, die die Induktivität
L und den Widerstand R hat. Der Unterbrecher 31 wird von
einer Synchronisationsschaltung 32 gesteuert, die gleichzeitig
einen Modulator 33 des Beschleunigers 11 steuert. Die den
Kondensator 30 und die Spule 28 enthaltende Schaltung ist
eine Schaltung in Resonanz mit einem dort fließenden Strom in
der Form von:
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wenn der Unterbrecher 31 geöffnet ist, wobei der Kondensator
30 vorher auf die Spannung Vo der Versorgungsguelle 29
geladen worden ist.
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In dieser Formel ist
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Das Diagramm von Figur 3 zeigt I(t); es zeigt eine
Sinuswelle, deren Periode gleich 80 Mikrosekunden gewählt worden ist,
so daß vier Zonen A, B, C und D mit exakt linearen Zeitdauern
von jeweils 10 Mikrosekunden, was der Impulsdauer des
Elektronenbündels entspricht, bestimmt sind. Durch die Wahl einer
dieser Zonen A, B, C oder D wird das Elektronenbündel
beiderseits der vertikalen Achse und von der rechten auf die linke
Seite ablenkt oder umgekehrt. Genauer gesagt, ist das
Triggern der Sinuswelle aus Figur 3 durch das Schließen des
Unterbrechers 31 festgelegt, wobei dieser Schließzeitpunkt den
nächsten Triggerzeitpunkt für die Impulse so festlegt, daß
die Impulse koinzident mit der Zone A, B, C oder D gemäß des
gewählten Abtasttyps sind.
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Damit vermieden wird, ein Bündel auf der Achse zu haben,
setzen die Impulse des Bündels außerdem mit einer gewissen
Verzögerung θ nach dem Durchgang der Sinuswelle durch die
Amplitude Null ein, oder sie enden eine bestimmte Zeit θ vor dem
Durchgang. Anders ausgedrückt, das Magnetfeld ist niemals
Null in Gegenwart des Elektronenbündels.
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Die Diagramme in Figur 4a und 4b zeigen die Synchronisation
zwischen den Impulsen des Bündels (Figur 4b) und der Zonen A,
B, C oder D der Sinuswelle (Figur 4a).
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Wenn man als Konvention annimmt, daß ein positiv ansteigender
Strom das Bündel von links nach rechts ablenkt, dann
entspricht der Abschnitt 1 in Figur 4 einer Ablenkung des
Bündels aus der Achse nach rechts und damit einer Abtastung des
Produkts 22 durch das untere Fenster 26; der Abschnitt II
entspricht einer Ablenkung des Bündels aus der Achse nach
links und damit einer Abtastung des Produkts 22 durch das
obere Fenster 25; der Abschnitt III entspricht einer
Ablenkung des Bündels von rechts zur Achse hin und damit einer
Abtastung des Produkts 22 durch das untere Fenster 26;
schließlich entspricht der Abschnitt IV einer Ablenkung des
Bündels von links zur Achse hin und damit einer Abtastung des
Produkts 22 durch das obere Fenster 25.
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Die dargestellte Bestrahlungsvorrichtung zeigt die folgenden
Vorteile:
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Als erstes erreicht man eine Bestrahlung der beiden Seiten
eines produkts, die auch bei einer Erhöhung der Dicke des
Produkts wirksam ist.
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Weiterhin wird die Bestrahlung durch eine Abtastung
ausgeführt, die für eine Ionisierung einer wesentlichen Oberfläche
des Produkts während nur eines ganzen Impulses durch Benutzen
eines schmalen Bündels sorgt.
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Bei einer Abtastung wird die Energie des Bündels auf eine
größere Oberfläche der Fenster verteilt, was eine zu
geringeren Verlusten führende punktuelle Erhitzung bewirkt.
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Jede Seite des Produkts wird nacheinander aus zwei Richtungen
bestrahlt, was eine verbesserte Homogenität der vom Produkt
empfangenen Dosis durch die Aufteilung der Intensität des
Bündels während der Dauer des Impulses bewirkt. Die
Homogenität der empfangenen Dosis wird noch durch die Kombination des
Ablenkmagneten 15 mit der Ringblende 9 zur Energiebestimmung
verbessert, die für ein Aussondern der Elektronen sorgt, die
nicht die dem Magnetfeld des Magneten 15 entsprechende
Energie haben.
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Dadurch, daß das Bündel immer in bezug auf die Achse
verschoben wird, wird in der Mitte ein Platz ohne Strahlung frei
gemacht, um die Führungen des Förderbandes 27 anzubringen.
Weiterhin ermöglicht dies, die Intensität der Ionisation auf
den unteren Rand des Produks 22 zu kontrollieren.
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Die Erfindung ist in ihrer Anwendung zur Bestrahlung eines
Produkts durch einen Elektronenfluß beschrieben worden;
indessen kann sie auf alle Bestrahlungssysteme mit einer
gepulsten Quelle für geladene Teilchen angewendet werden, wobei
die Teilchen durch ein Magnetfeld abgelenkt werden können.
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Man kann auch diese geladenen Teilchen in einen anderen Typ
von Teilchen überführen, zuin Beispiel Elektronen in Photonen,
indem man Targets nahe bei jedem der Fenster 25 und 26
verwendet, die den Elektronenfluß zum Beispiel in einen
Photonenfluß überführen.
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Für eine bessere Bestrahlung des Ränder des Produkts 22 ist
es möglich, die Stärke des Magnetfeldes der Magneten 19 und
20 in der Nähe der Fenster 26 und 25 so zu ändern, daß das
Bündel auf die Ränder des Produkts konzentriert wird.