EP0059249B1 - Strahlenaustrittsfenster - Google Patents

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EP0059249B1
EP0059249B1 EP81108935A EP81108935A EP0059249B1 EP 0059249 B1 EP0059249 B1 EP 0059249B1 EP 81108935 A EP81108935 A EP 81108935A EP 81108935 A EP81108935 A EP 81108935A EP 0059249 B1 EP0059249 B1 EP 0059249B1
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EP
European Patent Office
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foil
intermediate pieces
outlet window
radiation outlet
welding
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EP81108935A
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English (en)
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EP0059249A3 (en
EP0059249A2 (de
Inventor
Hans Dr. Lamatsch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J33/00—Discharge tubes with provision for emergence of electrons or ions from the vessel; Lenard tubes
    • H01J33/02—Details
    • H01J33/04—Windows

Definitions

  • the invention relates to a radiation exit window of an accelerator device consisting of a metal frame made of an iron or copper material and a film made of another material with a significantly smaller atomic number, which seals the accelerator chamber under high vacuum from the outside atmosphere in a highly vacuum-tight manner, and to a method for its production .
  • a radiation exit window of an accelerator device consisting of a metal frame made of an iron or copper material and a film made of another material with a significantly smaller atomic number, which seals the accelerator chamber under high vacuum from the outside atmosphere in a highly vacuum-tight manner, and to a method for its production .
  • Such a window and a method for its production are already known from EP-A-0 023 272.
  • the rays generated In devices for accelerating load carriers, e.g. B. of electrons, the rays generated must be discharged from the accelerator chamber under high vacuum to the atmosphere for technical or medical purposes. This is done using so-called radiation exit windows. To ensure the radiation quality - the radiation should remain monochromatic and not diffusely scattered when it passes through the window - these radiation exit windows must be sealed in a vacuum-tight manner with the thinnest possible films made of a material with a small atomic number. To hold the window, the aforementioned metal frame is provided, which can in particular consist of iron or copper material.
  • the object is achieved in that the film is connected to the metal frame on one side via one or both sides via two intermediate pieces, and in that the intermediate pieces and the film consist of the same or similar materials and are connected to one another by fusion welding.
  • the film can be arranged, for example, between two intermediate pieces in the interior of the metal frame or between two intermediate pieces at the outer end of the metal frame.
  • the metal frame can e.g. B. made of stainless steel or copper. Foils made of aluminum or titanium are particularly advantageous for ensuring the radiation quality.
  • the intermediate pieces advantageously consist of aluminum, aluminum alloys, titanium or titanium alloys.
  • the vacuum-tight connection between the intermediate pieces and the metal frame is produced by friction welding, explosion welding, rolling or cold pressure welding; the film is welded to the spacers by fusion welding, e.g. B. connected by means of electron beams, laser beams or arcs, vacuum-tight.
  • Fig. 1 an exit window is shown in a schematic representation, in which the film is located inside the metal frame.
  • the tubular socket 12 made of stainless steel
  • two intermediate pieces 13, 14 made of aluminum by friction welding or cold pressure welding are used.
  • the weld seams are designated 15.
  • Between the intermediate pieces 13 and 14 is an aluminum foil 11 of a thickness z. B. between 60 and 100 microns welded vacuum-tight by means of electron beams.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an exit window in which the film is located on the outer end of the socket.
  • the tubular socket 22 is made of copper. From the upper end of the tubular socket 22, the annular intermediate piece 23 is welded from an aluminum alloy by means of friction welding. The, friction weld is designated 25.
  • the titanium foil 21 is arranged on the intermediate piece 23 and a further aluminum ring 24 is arranged on the foil 21. Intermediate piece 23, film 21, and ring 24 are connected to one another in a vacuum-tight manner by means of laser beam welding.
  • the aluminum ring 24 serves as a protective ring for the film 21 and protects it from external mechanical damage.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an exit window in which the film is also. as shown in Fig. 2, located on the outer end of the tubular socket, but without a protective ring.
  • the socket 32 is made of stainless steel.
  • the aluminum foil 31 is welded onto the intermediate piece 33, which consists of a titanium alloy, by means of electron beam welding.
  • the intermediate piece 33 is connected to the socket 32 by means of cold pressure welding.
  • the cold press weld is designated 34.

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlenaustrittsfenster einer Beschleunigereinrichtung bestehend aus einer Metallfassung aus einem Eisen- oder Kupferwerkstoff und einer Folie aus einem anderen Werkstoff mit wesentlich kleinerer Kernladungszahl, das den unter Hochvakuum stehenden Beschleunigerraum gegenüber der Außenatmosphäre hochvakuumdicht abschließt, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ein derartiges Fenster sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung sind bereits aus der EP-A-0 023 272 bekannt.
  • Bei Einrichtungen zur Beschleunigung von Ladungsträgern, z. B. von Elektronen, müssen die erzeugten Strahlen für technische oder medizinische Zwecke aus dem unter Hochvakuum stehenden Beschleunigerraum an die Atmosphäre ausgeschleust werden. Das erfolgt mittels sogenannter Strahlenaustrittsfenster. Diese Strahlenaustrittsfenster müssen zur Sicherstellung der Strahlenqualität - die Strahlung soll beim Durchtritt durch das Fenster monochromatisch bleiben und nicht diffus gestreut werden - mit möglichst dünnen Folien aus einem Werkstoff mit kleiner Kernladungszahl vakuumdicht verschlossen sein. Zum Halten des Fensters ist die erwähnte Metallfassung vorgesehen, die insbesondere aus Eisen-oder Küpferwerkstoff bestehen kann.
  • Bei der vakuumdichten Verbindung solcher Folien aus Leichtmetallen durch Schmelzschweißen direkt mit dem Eisen- oder Kupferwerkstoff der Metallfassung treten große Schwierigkeiten auf. Es können sich insbesondere spröde Stellen ergeben, die Dichtigkeitsprobleme aufwerfen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Strahlendurchtrittsfenster und ein Verfahren für seine Herstellung anzugeben, bei dem die Schwierigkeiten bei der vakuumdichten Verbindung einer Leichtmetallfolie mit einer Metallfassung aus Eisen- oder Kupferwerkstoff weitgehend überwunden sind, wobei aber dennoch vom Schweißen (im Gegensatz zum Kleben, Pressen oder Einquetschen) Gebrauch gemacht wird.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Folie mit der Metallfassung einseitig über ein oder beidseitig über zwei Zwischenstücke vakuumdicht verbunden ist, und daß die Zwischenstücke und die Folie aus gleichen oder gleichartigen Werkstoffen bestehen und miteinander durch Schmelzschweißen verbunden sind.
  • Die Folie kann beispielsweise zwischen zwei Zwischenstücken im Inneren der Metallfassung oder zwischen zwei Zwischenstücken am äußeren Ende der Metallfassung angeordnet sein.
  • Die Metallfassung kann z. B. aus Edelstahl oder aus Kupfer bestehen. Für die Sicherstellung der Strahlenqualität sind Folien aus Aluminium oder aus Titan besonders vorteilhaft. Die Zwischenstücke bestehen vorteilhaft aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, aus Titan oder Titanlegierungen.
  • Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung wird die vakuumdichte Verbindung zwischen den Zwischenstücken und der Metallfassung durch Reibschweißen, Explosionsschweißen, Walzen oder Kaltpreßschweißen hergestellt ; die Folie wird mit den Zwischenstücken durch Schmelzschweißen, z. B. mittels Elektronenstrahlen, Laserstrahlen oder Lichtbogen, vakuumdicht verbunden.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt :
    • Figur 1 in schematischer Darstellung ein Austrittsfenster gemäß der Erfindung mit der Folie im Inneren der Metallfassung.
    • Figuren 2, 3 in schematischer Darstellung Austrittsfenster gemäß der Erfindung mit der Folie auf dem äußeren Ende der Metallfassung.
  • In Fig.1 ist in schematischer Darstellung ein Austrittsfenster gezeigt, bei dem sich die Folie im Inneren der Metallfassung befindet. In die Wandungen der rohrförmigen Fassung 12 aus Edelstahl sind zwei Zwischenstücke 13, 14 aus Aluminium durch Reibschweißen oder Kaltpreßschweißen eingesetzt. Die Schweißnähte sind mit 15 bezeichnet. Zwischen die Zwischenstücke 13 und 14 ist eine Aluminiumfolie 11 von einer Dicke z. B. zwischen 60 und 100 µrn mittels Elektronenstrahlen vakuumdicht eingeschweißt.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Austrittsfenster, bei dem sich die Folie auf dem äußeren Ende der Fassung befindet. Die rohrförmige Fassung 22 besteht aus Kupfer. Aus dem oberen Ende der rohrförmigen Fassung 22 ist das ringförmige Zwischenstück 23 aus einer Aluminiumiegierung mittels Reibschweißen angeschweißt. Die, Reibschweißnaht ist mit 25 bezeichnet. Auf dem Zwischenstück 23 ist die Titanfolie 21 und auf der Folie 21 ein weiterer Aluminiumring 24 angeordnet. Zwischenstück 23, Folie 21, und Ring 24 sind mittels Laserstrahlschweißens vakuumdicht miteinander verbunden. Der Aluminiumring 24 dient als Schutzring für die Folie 21 und schützt diese vor äußeren mechanischen Beschädigungen.
  • Fig 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Austrittsfenster, bei dem sich die Folie ebenfalls. wie in Fig. 2 dargestellt, auf dem äußeren Ende der rohrförmigen Fassung befindet, jedoch ohne Schutzring. Die Fassung 32 besteht aus Edelstahl. Die Aluminiumfolie 31 ist mittels Elektronenstrahlschweißen auf das Zwischenstück 33, das aus einer Titanlegierung besteht, aufgeschweißt. Das Zwischenstück 33 ist mit der Fassung 32 mittels Kaltpreßschweißen verbunden. Die Kaltpreßschweißnaht ist mit 34 bezeichnet.

Claims (14)

1. Strahlenaustrittsfenster einer Beschleunigereinrichtung bestehend aus einer Metallfassung (12 ; 22 ; 32) aus einem Eisen- oder Kupferwerkstoff und einer Folie (11 ; 21 ; 31) aus einem anderen Werkstoff mit wesentlich kleinerer Kernladungszahl, das den unter Hochvakuum stehenden Beschleunigerraum gegenüber der Außenatmosphäre hochvakuumdicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11 ; 21 ; 31) mit der Metallfassung (12 ; 22 ; 32) einseitig über ein oder beidseitig über zwei Zwischenstücke (13, 14 ; 23, 24 ; 33) hochvakuumdicht verbunden ist, und daß die Zwischenstücke (13, 14 ; 23, 24 ; 33) und die Folie (11 ; 21 ; 31) aus gleichen oder gleichartigen Werkstoffen bestehen und miteinander durch Schmelzschweißen verbunden sind.
2. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11) zwischen zwei Zwischenstücken (13, 14) im Inneren der Metallfassung (12) angeordnet ist.
3. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (21) zwischen zwei Zwischenstücken (23, 24) am äußeren Ende der Metallfassung (22) angeordnet ist.
4. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (31) auf einem Zwischenstück (33) am äußeren Ende der Metallfassung (32) angeordnet ist.
5. Strahlenaustrittsfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfassung (12, 22, 32) aus Edelstahl besteht.
6. Strahlenaustrittsfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfassung (12, 22, 32) aus Kupfer besteht.
7. Strahlenaustrittsfenster nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11, 21, 31) aus Aluminium besteht.
8. Strahlenaustrittsfenster nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11, 21, 31) aus Titan besteht.
9. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (13, 14, 23, 24, 33) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
10. Strahlenaustrittsfenster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (13, 14, 23, 24, 33) aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.
11. Verfahren zum Herstellen eines Austrittsfensters nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vakuumdichte Verbindung zwischen den Zwischenstücken (13, 14, 23, 33) und der Metallfassung (12, 22, 32) durch Reibschweißen, Explosionsschweißen, Walzen oder Kaltpreßschweißen hergestellt wird und daß die Folie (11, 21, 31) mit den Zwischenstücken (13, 14, 23, 24, 33) mittels Schmelzschweißen vakuumdicht verbunden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11, 21, 31) mit den Zwischenstücken mittels Elektronenstrahlschweißen verbunden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11, 21, 31) mit den Zwischenstücken (13, 14, 23, 24, 33) mittels Laserstrahlschweißens verbunden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (11, 21, 31) mit den Zwischenstücken (13, 14, 23, 24, 33) mittels Lichtbogenschweißen verbunden wird.
EP81108935A 1981-03-03 1981-10-26 Strahlenaustrittsfenster Expired EP0059249B1 (de)

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EP0059249A2 EP0059249A2 (de) 1982-09-08
EP0059249A3 EP0059249A3 (en) 1982-12-08
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