EP2903016A1 - Electron beam unit with heating cathode wires aligned at an angle to the direction of transport - Google Patents

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EP2903016A1
EP2903016A1 EP15000241.8A EP15000241A EP2903016A1 EP 2903016 A1 EP2903016 A1 EP 2903016A1 EP 15000241 A EP15000241 A EP 15000241A EP 2903016 A1 EP2903016 A1 EP 2903016A1
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EP
European Patent Office
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irradiation
electron beam
beam unit
transport direction
heizkathodendrähte
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15000241.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Laurell Bengt
Eberhard Föll
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Original Assignee
Crosslinking AB
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/10—Irradiation devices with provision for relative movement of beam source and object to be irradiated
    • 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 an electron beam unit, which is designed to generate a flatly extended irradiation field for electron irradiation of irradiation material. Moreover, the invention relates to a method for irradiation of irradiation material with electrons.
  • Electron beam units are designed to accelerate electrons and provide an accelerated electron beam radiation field.
  • the irradiation with electrons can be used for a variety of different uses.
  • the accelerated electron for electron beam curing (ESH) of printing inks, paints and other coatings can be used.
  • the high-energy electrons can be used to sterilize surfaces.
  • This object of the invention is achieved by an electron beam unit according to claim 1 and by a method for irradiation of irradiation with electrons according to claim 17.
  • An electron beam unit is designed to generate an areally extended irradiation field for the electron irradiation of irradiation material.
  • the irradiation material can be guided in a predetermined transport direction through the irradiation field, and the irradiation field extends over an irradiation width transversely to the transport direction.
  • the electron beam unit comprises a plurality of heating cathode wires for generating electrons, wherein the Schukathodendrähte are arranged above the irradiation along the irradiation width of the electron beam unit and wherein the Schukathodendrähte are aligned parallel to each other.
  • the electron beam unit further comprises at least one grating element, which is intended to subtract the electrons from the Bankkathodendrähten, distribute and accelerate, and an electron exit window, from which the electrons emerge after acceleration.
  • the Schukathodendrumblete are aligned relative to the transport direction rotated by a predetermined angle, resulting in an oblique course of the Bankkathodendrähte relative to the transport direction.
  • Fig. 1 shows an electron beam unit 100 according to the prior art.
  • the electron beam unit 100 is designed to irradiate irradiation material with a high dose rate in a planar manner.
  • the material to be irradiated may be a material web 101, which is guided past the electron-beam unit 100 in a transport direction 102.
  • the electron beam unit 100 can also be used to irradiate other irradiation material that is passed under the electron beam unit 100 at a certain speed.
  • the electron beam unit 100 comprises a powerful cathode arrangement 103, which is designed to provide a sufficient number of free electrons for an areally extended irradiation of the irradiation material.
  • the cathode assembly 103 includes a plurality of heating cathode wires 104 disposed in a plane above the web to be irradiated.
  • the Schukathodendrähte 104 are preferably made of tungsten.
  • the Schukathodendrähte 104 are arranged along the irradiation width 105 of the electron beam unit 100 parallel to each other at regular intervals, for example, at intervals of 6-10 cm.
  • the irradiation width 105 of the electron beam unit 100 is usually in the range between about 30 cm and 3.5 m, depending on the width of the material to be irradiated.
  • all Schukathodendrähte 104 are oriented parallel to each other in the transport direction 102.
  • a constant voltage is applied to the heating cathode wires 104 so that a current of several amperes begins to flow through each of the heating cathode wires 104.
  • Each of the heating cathode wires 104 is thus heated with a heating power of e.g. 150 W per wire heated.
  • a heating power e.g. 150 W per wire heated.
  • the electron beam unit 100 further includes one or more grid elements disposed below the cathode assembly 103.
  • the grating elements are intended to subtract and distribute the electrons from the cathode assembly 103.
  • Electron beam unit 100 shown comprises two grating elements 106 and 107. Between the cathode assembly 103 and the grating elements 106, 107, a grid voltage is applied. Thereby, the grating elements 106, 107 are set to a positive potential relative to the cathode assembly 103 to withdraw and distribute the electrons from the cathode assembly 103.
  • the actual acceleration of the electrons takes place between the grating elements 106, 107 and the electron exit window 108.
  • an acceleration voltage in the order of magnitude of a few 100 kV is applied between the grating elements 106, 107 and the electron exit window 108.
  • the electrons are accelerated by this acceleration voltage to an energy of a few 100 keV, then pass through the electron exit window 108 into the open and act on the material web 101 to be irradiated.
  • the electron exit window 108 of the electron beam unit 100 extends transversely to the transport direction 102 over the entire width of the web 101 to be irradiated.
  • the width of the electron exit window 108 determines the irradiation width 105 of the electron beam unit 100.
  • the length 109 of the electron exit window 108 is for example in the range of 5-30 cm.
  • the electron exit window 108 comprises a thin film and a support structure on which the film rests.
  • the film must be sufficiently thin so that the accelerated electrons can pass without significant energy losses.
  • the film must be sufficiently stable so that it can withstand the pressure difference between the vacuum inside the electron beam unit 100 and the ambient pressure outside.
  • a thin metal foil is used, for example a titanium foil having a thickness in the range between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the metal foil rests on a support plate having a plurality of recesses through which the accelerated electrons can pass.
  • the material web 101 to be irradiated is unwound from a development 110 in accordance with the arrow 111 and in the transport direction 102 with a given speed past the electron exit window 108.
  • the irradiated material web 101 is wound on the winding 112 in the direction of the arrow 113.
  • the material web 101 may be, for example, a web of paper, plastic or textile material.
  • the electron beam irradiation can be used, for example, to harden printing ink, lacquer layers or other finishing layers applied to the material web 101.
  • the dose rate with which the material web 101 is irradiated depends on the number and energy of the accelerated electrons and on the speed at which the material web 101 passes under the electron beam unit 100.
  • a material web 101 is irradiated with electrons
  • the plates to be irradiated are moved past the electron exit window 108 at a predetermined speed in a transport direction. In this way it is possible to harden on the plates applied paint layers, paint layers and other finishing layers.
  • the plates may be, for example, wood panels or laminate panels, which are needed, for example, in the field of furniture production.
  • Fig. 2A is the cathode assembly 103 of in Fig. 1 shown electron beam unit 100 shown in plan view. Evident are the along the irradiation width 105 parallel to each other at regular intervals arranged Bankkathodendrähte 104, which provide the required free electrons available. Typically, the heating cathode wires 104 are arranged along the entire irradiation width 105 of the electron beam unit at regular intervals of about 6-10 cm. In Fig. 2A the Schukathodendrähte 104 are aligned in the transport direction 102.
  • the various heating cathode wires 104 of the cathode assembly 103 typically have small differences in thickness and structure resulting in emission differences with respect to lead the released electrons.
  • the Schukathodendrähte 104 may have slightly different thicknesses.
  • the Schukathodendrähte 104 may have grooves or peaks, so that the so-called peak effect occurs.
  • the material tungsten tends to crystallize in partial areas, wherein the crystallized areas then also have an influence on the emission behavior.
  • the electron emission over the irradiation width of the electron beam unit is not constant, but rather has variations caused by the mentioned differences in thickness and structure of the heating cathode wires 104.
  • Fig. 2B the dose distribution associated with the cathode assembly 103 is plotted along the irradiation width 105 of the electron beam unit. On the vertical axis the dose is plotted in kGy, and on the right axis the position along the irradiation width 105 is plotted. It can be seen that the differences in thickness and structure of the Schukathodendrähte 104 lead to an inhomogeneous dose distribution along the irradiation width 105. The dose distribution may have burglary and elevations, so that there is usually no uniform wave pattern. This results in an uneven irradiation of the material to be irradiated.
  • the Wienkathodendrumblete relative to the transport direction to be rotated by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the Schukathodendrähte relative to the transport direction.
  • a correspondingly formed cathode assembly 300 which comprises a plurality of Bankkathodendrumbleten 301 juxtaposed along the irradiation width of the electron beam unit.
  • the Schukathodendrähte 301 are arranged in a plane above the web to be irradiated.
  • the Schukathodendrähte 301 are arranged at regular intervals from each other along the irradiation width of the electron beam unit. All Walkerkathodendrähte 301 parallel to each other and are oriented in the same direction.
  • Fig. 2A arranged all Walkerkathodendrähte 301 relative to the transport direction 302 by a predetermined angle ⁇ twisted.
  • the angle ⁇ is for example in the range between about 2 ° and 60 °. Particularly preferred is a range for the angle ⁇ between 5 ° and 30 °.
  • a predetermined point on a material web to be irradiated is considered, which is moved in the transport direction 302 under the cathode assembly 300.
  • the predetermined point reaches position 303A.
  • the point reaches position 303B, and a little later position 303C.
  • the dose distributions acting at positions 303A, 303B, 303C on the material to be irradiated are in Fig. 3B shown.
  • the irradiation dose is plotted in kGy, and along the right axis the position along the irradiation width of the electron emitter is plotted.
  • the dose distribution 304A acts on the web.
  • the predetermined point has moved to the position 303B, at this position 303B, the rightward dose distribution 304B acts on the web.
  • the dose distribution 304B has shifted slightly to the right relative to the dose distribution 304A.
  • the even further to the right shifted dose distribution 304C acts on the material web.
  • the predetermined point on the material web is exposed to a dose distribution which shifts from left to right. On average, therefore, when passing through the electron beam unit, an average dose distribution 305 acts on each point of the material web Fig. 3B is shown as a dashed line.
  • the dose fluctuations of the averaged dose distribution 305 are significantly lower than the dose fluctuations of the original dose distributions 304A, 304B, 304C.
  • the averaging of the dose distributions 304A, 304B, 304C effected by the oblique course of the heating cathode wires 301 causes a reduction in the dose fluctuations along the irradiation width, so that the homogeneity of the electron irradiation can be markedly improved.
  • the dose variations of the original dose distributions 304A, 304B and 304C are in the range of about 5.1-5.5%
  • the average dose distribution 305 in the case shown has only a dose variation of 3.7%.
  • the accuracy with which a desired irradiation dose can be applied therefore significantly improved by the oblique arrangement of Schukathodendrähte.
  • FIG. 12 shows an electron beam unit 400, which is provided with a corresponding Fig. 3A trained cathode assembly 300 is equipped.
  • the cathode assembly 300 includes a plurality of juxtaposed Bankkathodendrähten 301, which are arranged relative to the transport direction 302 each rotated by a predetermined angle ⁇ .
  • the electron beam unit 400 further comprises a first grid element 401 and a second grid element 402, which are designed to draw off and distribute the free electrons generated by the heating cathode wires 301.
  • the electrons are subjected to strong acceleration between the second grid element 402 and the electron exit window 403.
  • the high energy electrons then pass through the electron exit window 403.
  • the material web 404 is unwound from the unwind 405 and passed in the transport direction 302 under the electron exit window 403. There, the material web 404 is acted upon by high-energy electrons. The irradiated material web 404 is then wound up on the reel 406.
  • the oblique orientation of the heating cathode wires 301 relative to the transport direction 302 ensures that the material web 404 is subjected to an averaged dose distribution when passing through the electron exit window 403. This improves the homogeneity of the electron irradiation.
  • the electron beam unit 400 can also be used to irradiate other workpieces which are moved under a predetermined transport speed in a specific transport direction under the electron beam unit 400.
  • the electron beam unit can be used for the irradiation of plates, which are guided in a certain transport direction under the electron beam unit.
  • Fig. 5 are the voltages required to accelerate the electrons in an overview.
  • the Schukathodendrähte 301 of the cathode assembly 300 are arranged in a plane above the web to be irradiated. All Schukathodendrähte 301 of the cathode assembly 300 are parallel to each other and are oriented in the same direction. Relative to the transport direction 302, the Schukathodendrähte 301 are arranged rotated by the predetermined angle ⁇ , so that seen in the transport direction 302 results in an oblique course of Bankkathodendrähte 301.
  • the heating cathode wires 301 When a current on the order of a few amperes flows through the heating cathode wires 301, the heating cathode wires 301 are strongly heated and a cloud of free electrons is formed around the heating cathode wires 301.
  • a grid voltage U G on the order of a few hundred volts is applied.
  • the grid voltage is poled so that the two grid elements 401, 402 are at a positive potential relative to the Schukathodendrähten 301.
  • the grid voltage U G is designed to subtract the free electrons from the Bankkathodendrähten 301, distribute and accelerate to the grid elements 401, 402 towards.
  • the two grid elements 401 and 402 are at the same potential.
  • the acceleration voltage U B is applied, which moves in the order of about 60 kV to several hundred kV.
  • the acceleration voltage U B is polarized such that the electron exit window 403 is at a positive potential relative to the grid elements 401, 402.
  • the electron exit window 403 is part of the housing of the electron beam unit 400 and is therefore grounded.
  • Fig. 5 is in the representation of the electron exit window 403 and the structure of the support structure 500 drawn with.
  • the support structure 500 is formed as a perforated plate and includes a plurality of openings 501 through which the accelerated electrons can pass.
  • a plurality of cooling channels 502 can be seen, which extend within the support structure from the front to the back of the electron exit window 403. The direction in which the in Fig. 5 shown cooling channels 502, corresponding to the transport direction 302 of the material web 404th
  • FIGs. 6A-6C three embodiments of cathode assemblies are shown, each having obliquely arranged to the transport direction Schukathodendrähte.
  • cathode assembly 600 includes a plurality of Bankkathodendrumbleten 601, which are arranged obliquely to the transport direction 602.
  • the heating cathode wires 601 are arranged such that the end point 603 of a heating cathode wire as viewed in the transporting direction 602 lies behind the starting point 604 of an adjacent heating cathode wire, as shown in FIG Fig. 6A is illustrated by the dashed lines 605.
  • This arrangement of the Bankkathodendrähte 601 is achieved that each point along the in Fig. 6A also shown irradiation width 606 is covered by exactly one Bankkathodendraht 601. This achieves a particularly uniform charging of the surface radiator with electrons.
  • FIG. 6B another embodiment of a cathode assembly 607 is shown.
  • the cathode arrangement 607 comprises a plurality of heating cathode wires 608, which are arranged parallel to one another and at an angle to the transport direction 609.
  • the arrangement of the Schukathodendrumblete 608 is chosen so that the end portion 610 of a Schukathodendrahts in the transport direction 609 as viewed overlaps each with the beginning portion 611 of an adjacent Schukathodendrahts.
  • FIG. 6C another embodiment of a cathode assembly 613 is shown, which in turn comprises a plurality of Bankkathodendrumbleten 614, which are arranged relative to the transport direction 615 obliquely.
  • a Bankkathodendraht 614 seen in the transport direction 615 is formed overlapping with the adjacent Schukathodendraht 614.
  • the heating cathode wires 614 are arranged so that the end point 616 of a Schukathodendrahts seen in the direction of transport 615 is respectively behind the starting point 617 of the next Schukathodendrahts 614, as shown in FIG Fig.
  • This second aspect is a stand-alone measure that can be implemented independently of the previously described oblique arrangement of the Schukathodendrähte.
  • this second aspect can also be combined in an advantageous manner with the first aspect, namely the oblique arrangement of Schukathodendrähte.
  • FIG. 7A an electron exit window 700 according to the prior art is shown.
  • the electron exit window 700 comprises a metal foil 701 and a support structure 702, on which the metal foil 701 rests.
  • the metal foil 701 and the support structure 702 extend over the entire irradiation width of the electron beam unit.
  • Inside the electron beam unit there is a vacuum, while outside the electron beam unit the normal atmospheric pressure prevails.
  • the metal foil 701 abuts against the outside of the support structure 702. Due to the pressure difference between the vacuum inside the electron beam unit and the ambient pressure outside of the Electron beam unit, the metal foil 701 is pressed from the outside against the support structure 702.
  • the metal foil 701 must be sufficiently stable in order to be able to withstand this pressure difference.
  • the metal foil 701 must be formed sufficiently thin, so that the accelerated electrons are only slightly weakened when passing through the metal foil 701.
  • the metal foil 701 preferably has a thickness in the range between, for example, 5 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • a thin titanium foil having a thickness in the range between 5 ⁇ m and 20 ⁇ m can be used.
  • the support structure 702 is typically formed in the manner of a perforated plate and includes a plurality of openings 703 and webs 704. Through the openings 703 of the support structure 702, the accelerated electrons can pass through unhindered and are then weakened only by the metal foil 701. In the area of the webs 704, however, the accelerated electrons are absorbed. The webs 704 are necessary in order to obtain a sufficiently high stability of the support structure 702 over the entire irradiation width.
  • the support structure 702 absorbs a variety of high energy electrons. As a result, the support structure 702 heats up strongly.
  • a plurality of cooling channels 705 are provided within the support structure 702. Coolant is pumped through these cooling passages 705, and thus the heat caused by the absorbed electrons is removed.
  • the cooling channels 705 extend in the longitudinal direction. The cooling channels 705 are thus aligned in the transport direction 706 of the material to be irradiated.
  • Fig. 7B the electron exit window 700 is shown in plan view, wherein the support structure 702 can be seen.
  • the accelerated electrons can pass through the openings 703 of the support structure 702.
  • Fig. 7C shows the dose distribution 707 of the irradiation dose, which is delivered along the irradiation width of the electron beam unit to the material to be irradiated.
  • the position along the irradiation width of the electron beam unit is plotted, and on the vertical axis the irradiation dose is plotted in kGy.
  • the dose distribution 707 has characteristic subsidences 709 at the locations 708 where the cooling channels 705 run. At points 708 where the cooling channels 705 extend, the accelerated electrons can not penetrate the support structure 702. There arise therefore characteristic shadowing, which can be seen in the dose distribution 707 as subsidence 709. Because of these shades occurring along the irradiation width, the dose applied to the irradiation material becomes inhomogeneous and thus inaccurate.
  • the cooling channels are oriented rotated relative to the transport direction of the irradiation by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the cooling channels relative to the transport direction.
  • FIG. 8 an electron exit window 800 is shown with a correspondingly formed support structure 801.
  • the support structure 801 has a plurality of openings 802 through which the accelerated electrons can pass.
  • the support structure 801 has a multiplicity of cooling channels 803 arranged parallel to one another, which are arranged next to one another along the irradiation width of the electron beam unit.
  • the cooling channels 803 are arranged relative to the transport direction 804 rotated by a predetermined angle ⁇ .
  • the cooling channels 803 therefore run obliquely to the transport direction 804.
  • the angle ⁇ can be, for example, in the range between approximately 2 ° and 60 °. Particularly preferred is a range for the angle ⁇ between 5 ° and 30 °.
  • a first dose distribution acts on the point under consideration. If the point then reaches a second position 806 at a later time, then a dose distribution shifted to the left by a distance acts on the point under consideration. During the irradiation period, the dose distribution 707 with the reductions 709 thus shifts continuously from right to left, so that in total an average dose distribution acts on the irradiation material. Through this averaging process, the shading caused by the cooling channels 803 is averaged out.
  • Fig. 9 are the voltages required to accelerate the electrons in an overview.
  • the Schukathodendrähte 104 of the cathode assembly 103 are arranged in a plane above the web to be irradiated.
  • the Schukathodendrähte 104 of the cathode assembly 103 are arranged parallel to each other.
  • the heating cathode wires 104 are oriented in the transporting direction 804.
  • a grid voltage U G is applied in the order of a few hundred volts.
  • the grid voltage U G serves to draw the free electrons from the Bankkathodendrähten 104, distribute and accelerate to the grid elements 106, 107 out.
  • the grid voltage is poled so that the two grid elements 106, 107 are at a positive potential relative to the Bankkathodendrähten 104.
  • the acceleration voltage U B which is on the order of about 60 kV to several hundred kV, is applied between the grid elements 106, 107 and the electron exit window 800.
  • the acceleration voltage U B is polarized such that the electron exit window 800 is at a positive potential relative to the grid elements 106, 107.
  • the acceleration voltage U B is used to accelerate the electrons on the path between the second grid element 107 and the electron exit window 800.
  • the electron exit window 800 is part of the housing of the electron beam unit 100 and is therefore grounded.
  • FIG. 9 In the illustration of the electron exit window 800, the structure of the support structure 801 is also shown.
  • the support structure 801 is formed as a perforated plate and includes a plurality of openings 802 through which the accelerated electrons can pass.
  • a plurality of cooling channels 803 can be seen, which extend within the support structure 801 from the front to the back of the electron exit window 800. It can be seen that the cooling channels 803 are arranged rotated relative to the transport direction 804 by an angle ⁇ and thus extend obliquely to the transport direction 804.
  • Supporting structure 1000 shown includes a plurality of cooling channels 1001, which are arranged obliquely to the transport direction 1002.
  • the cooling channels 1001 are arranged such that the end point 1003 of a cooling channel, viewed in the transporting direction 1002, lies in each case behind the starting point 1004 of an adjacent cooling channel, as shown in FIG Fig. 10A is illustrated by the dashed lines.
  • This arrangement of the cooling channels 1001 ensures that each point along the in Fig. 10A also shown irradiation width 1005 is covered by exactly one cooling channel 1001. As a result, the shadowing caused by the cooling channels is uniformly distributed along the irradiation width 1005.
  • FIG. 10B another embodiment of a support structure 1006 is shown.
  • the support structure 1006 comprises a plurality of cooling channels 1007, which are arranged parallel to one another and at an angle to the transport direction 1008.
  • the arrangement of the cooling channels 1007 is chosen so that the end portion 1009 of a cooling channel, viewed in the transport direction 1008, overlaps each with the starting portion 1010 of an adjacent cooling channel.
  • the shadings caused by the cooling channels are distributed uniformly along the irradiation width 1011.
  • a further embodiment of a support structure 1012 is shown, which in turn comprises a plurality of cooling channels 1013, which are arranged obliquely relative to the transport direction 1014.
  • a cooling channel 1013 seen in the transport direction 1014, is formed overlapping with the adjacent cooling channel 1013.
  • the cooling channels 1013 are arranged such that the end point 1015 of a cooling channel, viewed in the transport direction 1014, lies in each case behind the starting point 1016 of the next but one cooling channel, as shown in FIG Fig. 10C is illustrated by the dashed lines.
  • the shadings caused by the cooling channels are distributed uniformly along the irradiation width 1017.
  • the cooling channels are oriented rotated relative to the transport direction of the irradiation by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the cooling channels relative to the transport direction.
  • the second aspect is a standalone measure that can be implemented on its own, independently of the first aspect.
  • the Schuhodendrumblete are arranged rotated relative to the transport direction by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the Schukathodendrumblete relative to the transport direction. Also in this first aspect is an independent measure that can be implemented independently of the second aspect alone.
  • the Wienkathodendrähte are arranged rotated relative to the transport direction by a predetermined first angle, and according to the second aspect, the cooling channels are oriented relative to the transport direction of the irradiated by a predetermined second angle.

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird eine Elektronenstrahleinheit beschrieben, die dazu ausgelegt ist, ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld zur Elektronenbestrahlung von Bestrahlungsgut zu erzeugen. Das Bestrahlungsgut ist in einer vorgegebenen Transportrichtung durch das Bestrahlungsfeld führbar, und das Bestrahlungsfeld erstreckt sich über eine Bestrahlungsbreite quer zur Transportrichtung. Die Elektronenstrahleinheit umfasst eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten zur Erzeugung von Elektronen, wobei die Heizkathodendrähte oberhalb des Bestrahlungsguts entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit angeordnet sind und wobei die Heizkathodendrähte parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Elektronenstrahleinheit umfasst außerdem mindestens ein Gitterelement, das dazu vorgesehen ist, die Elektronen von den Heizkathodendrähten abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, sowie ein Elektronenaustrittsfenster, aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten. Die Heizkathodendrähte sind relativ zur Transportrichtung um einen vorgegebenen Winkel verdreht ausgerichtet sind, wodurch sich ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung ergibt.An electron beam unit is described, which is designed to produce an areally extended irradiation field for the electron irradiation of irradiation material. The irradiation material can be guided in a predetermined transport direction through the irradiation field, and the irradiation field extends over an irradiation width transversely to the transport direction. The electron beam unit comprises a plurality of heating cathode wires for generating electrons, wherein the Heizkathodendrähte are arranged above the irradiation material along the irradiation width of the electron beam unit and wherein the Heizkathodendrähte are aligned parallel to each other. The electron beam unit further comprises at least one grating element, which is intended to subtract the electrons from the Heizkathodendrähten, distribute and accelerate, and an electron exit window, from which the electrons emerge after acceleration. The Heizkathodendrähte are aligned relative to the transport direction rotated by a predetermined angle, resulting in an oblique course of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahleinheit, die dazu ausgelegt ist, ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld zur Elektronenbestrahlung von Bestrahlungsgut zu erzeugen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestrahlung von Bestrahlungsgut mit Elektronen.The invention relates to an electron beam unit, which is designed to generate a flatly extended irradiation field for electron irradiation of irradiation material. Moreover, the invention relates to a method for irradiation of irradiation material with electrons.

Elektronenstrahleinheiten sind dazu ausgelegt, Elektronen zu beschleunigen und ein Bestrahlungsfeld von beschleunigten Elektronen zur Verfügung zu stellen. Die Bestrahlung mit Elektronen kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Einsatzzwecken verwendet werden. Beispielsweise können die beschleunigten Elektronen zur Elektronenstrahlhärtung (ESH) von Druckfarben, Lacken und anderen Beschichtungen eingesetzt werden. Darüber hinaus können die hochenergetischen Elektronen zur Sterilisation von Oberflächen eingesetzt werden.Electron beam units are designed to accelerate electrons and provide an accelerated electron beam radiation field. The irradiation with electrons can be used for a variety of different uses. For example, the accelerated electron for electron beam curing (ESH) of printing inks, paints and other coatings can be used. In addition, the high-energy electrons can be used to sterilize surfaces.

Für derartige Anwendungen ist es von Bedeutung, dass das Bestrahlungsgut während der Elektronenbestrahlung möglichst exakt mit einer vorher festgelegten Bestrahlungsdosis beaufschlagt wird. Allerdings erzeugen viele Elektronenstrahleinheiten des Stands der Technik eine Dosisverteilung, die entlang der Bestrahlungsbreite deutliche Schwankungen aufweist.For such applications, it is important that the irradiation material during the electron irradiation is applied as accurately as possible with a predetermined radiation dose. However, many prior art electron beam units produce a dose distribution that exhibits significant variations along the irradiation width.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektronenstrahleinheit zur Verfügung zu stellen, welche entlang der Bestrahlungsbreite eine Elektronenstrahlung von verbesserter Homogenität zur Verfügung stellt.It is an object of the invention to provide an electron beam unit which provides electron radiation of improved homogeneity along the irradiation width.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Bestrahlung von Bestrahlungsgut mit Elektronen nach Anspruch 17 gelöst.This object of the invention is achieved by an electron beam unit according to claim 1 and by a method for irradiation of irradiation with electrons according to claim 17.

Eine Elektronenstrahleinheit entsprechend den Ausführungsformen der Erfindung ist dazu ausgelegt, ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld zur Elektronenbestrahlung von Bestrahlungsgut zu erzeugen. Das Bestrahlungsgut ist in einer vorgegebenen Transportrichtung durch das Bestrahlungsfeld führbar, und das Bestrahlungsfeld erstreckt sich über eine Bestrahlungsbreite quer zur Transportrichtung. Die Elektronenstrahleinheit umfasst eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten zur Erzeugung von Elektronen, wobei die Heizkathodendrähte oberhalb des Bestrahlungsguts entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit angeordnet sind und wobei die Heizkathodendrähte parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Elektronenstrahleinheit umfasst außerdem mindestens ein Gitterelement, das dazu vorgesehen ist, die Elektronen von den Heizkathodendrähten abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, sowie ein Elektronenaustrittsfenster, aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten. Die Heizkathodendrähte sind relativ zur Transportrichtung um einen vorgegebenen Winkel verdreht ausgerichtet, wodurch sich ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung ergibt.An electron beam unit according to the embodiments of the invention is designed to generate an areally extended irradiation field for the electron irradiation of irradiation material. The irradiation material can be guided in a predetermined transport direction through the irradiation field, and the irradiation field extends over an irradiation width transversely to the transport direction. The electron beam unit comprises a plurality of heating cathode wires for generating electrons, wherein the Heizkathodendrähte are arranged above the irradiation along the irradiation width of the electron beam unit and wherein the Heizkathodendrähte are aligned parallel to each other. The electron beam unit further comprises at least one grating element, which is intended to subtract the electrons from the Heizkathodendrähten, distribute and accelerate, and an electron exit window, from which the electrons emerge after acceleration. The Heizkathodendrähte are aligned relative to the transport direction rotated by a predetermined angle, resulting in an oblique course of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction.

Bedingt durch Unterschiede in Dicke und Struktur der Heizkathodendrähte weisen die Heizkathodendrähte gewisse Unterschiede in ihrem Emissionsverhalten auf. Diese Unterschiede im Emissionsverhalten machen sich bei einem Flächenstrahler dadurch bemerkbar, dass die entlang der Bestrahlungsbreite gemessene Intensitätsverteilung Schwankungen aufweist.Due to differences in thickness and structure of Heizkathodendrähte the Heizkathodendrähte have some differences in their emission behavior. These differences in the emission behavior are noticeable in the case of a surface radiator in that the intensity distribution measured along the irradiation width exhibits fluctuations.

Um diese Schwankungen zu reduzieren, wird vorgeschlagen, die Heizkathodendrähte relativ zu der Transportrichtung, in der das Bestrahlungsgut durch die Elektronenstrahleinheit geführt wird, um einen gewissen Winkel verdreht anzuordnen. Wenn das Bestrahlungsgut in der Transportrichtung am Elektronenaustrittsfenster der Elektronenstrahleinheit vorbeibewegt wird, verschiebt sich die von den Heizkathodendrähten erzeugte Intensitätsverteilung entsprechend dem schrägen Verlauf der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung. Dadurch wirkt auf das Bestrahlungsgut eine gemittelte Intensitätsverteilung ein, die deutlich weniger Schwankungen aufweist als die ursprünglich von den Heizkathodendrähten erzeugte Intensitätsverteilung. Die Homogenität der aufgebrachten Bestrahlungsdosis wird dadurch verbessert. Dies ermöglicht es, eine gewünschte Bestrahlungsdosis mit wesentlich höherer Genauigkeit als bisher aufzubringen.In order to reduce these fluctuations, it is proposed to arrange the Heizkathodendrähte relative to the transport direction in which the irradiation material is passed through the electron beam unit, rotated by a certain angle. When the object to be irradiated is moved past the electron emission window of the electron beam unit in the transporting direction, the intensity distribution generated by the heating cathode wires shifts relative to the transport direction in accordance with the oblique course of the heating cathode wires. As a result, an average intensity distribution, which has significantly fewer fluctuations than the intensity distribution originally generated by the heating cathode wires, acts on the irradiation material. The homogeneity of the applied irradiation dose is thereby improved. This makes it possible to apply a desired irradiation dose with much higher accuracy than before.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben. Es zeigen:

  • Fig. 1 eine Elektronenstrahleinheit zur flächigen Bestrahlung mit Elektronen entsprechend dem Stand der Technik;
  • Fig. 2A eine Draufsicht auf eine Kathodenanordnung entsprechend dem Stand der Technik;
  • Fig. 2B die von der Kathodenanordnung in Fig. 3A erzeugte Dosisverteilung;
  • Fig. 3A eine Draufsicht auf eine Kathodenanordnung entsprechend von Ausführungsformen gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3B unterschiedliche Dosisverteilungen, die beim Durchlaufen einer Elektronenstrahleinheit mit der in Fig. 3A gezeigten Kathodenanordnung nacheinander erhalten werden;
  • Fig. 4 eine Elektronenstrahleinheit entsprechend von Ausführungsformen gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 5 einen Überblick über die zur Beschleunigung der Elektronen benötigten Spannungen;
  • Fig. 6A-6C verschiedene Ausführungsformen von Kathodenanordnungen;
  • Fig. 7A ein Elektronenaustrittsfenster mit einer Stützkonstruktion und einer auf der Stützkonstruktion aufliegenden Metallfolie;
  • Fig. 7B eine Stützkonstruktion entsprechend dem Stand der Technik, bei der die Kühlkanäle in der Transportrichtung ausgerichtet sind;
  • Fig. 7C die entlang der Bestrahlungsbreite ermittelte Dosisverteilung für die in Fig. 7B gezeigte Stützkonstruktion;
  • Fig. 8 eine Stützkonstruktion, bei der die Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung schräg angeordnet sind;
  • Fig. 9 einen Überblick über die zur Beschleunigung der Elektronen benötigten Spannungen; und
  • Fig. 10A-10C verschiedene Ausführungsformen von Stützkonstruktionen.
The invention will be further described with reference to several embodiments shown in the drawings. Show it:
  • Fig. 1 an electron beam unit for surface irradiation with electrons according to the prior art;
  • Fig. 2A a plan view of a cathode assembly according to the prior art;
  • Fig. 2B that of the cathode assembly in Fig. 3A generated dose distribution;
  • Fig. 3A a plan view of a cathode assembly according to embodiments according to a first aspect of the present invention;
  • Fig. 3B different dose distributions when passing through an electron beam unit with the in Fig. 3A shown cathode arrangement can be obtained sequentially;
  • Fig. 4 an electron beam unit according to embodiments according to a first aspect of the present invention;
  • Fig. 5 an overview of the voltages required to accelerate the electrons;
  • Figs. 6A-6C various embodiments of cathode assemblies;
  • Fig. 7A an electron exit window having a support structure and a metal foil resting on the support structure;
  • Fig. 7B a support structure according to the prior art, in which the cooling channels are aligned in the transport direction;
  • Fig. 7C the dose distribution determined along the irradiation width for the in Fig. 7B shown supporting construction;
  • Fig. 8 a support structure in which the cooling channels are arranged obliquely relative to the transport direction;
  • Fig. 9 an overview of the voltages required to accelerate the electrons; and
  • 10A-10C various embodiments of support structures.

Fig. 1 zeigt eine Elektronenstrahleinheit 100 entsprechend dem Stand der Technik. Die Elektronenstrahleinheit 100 ist dazu ausgelegt, Bestrahlungsgut mit hoher Dosisleistung flächig zu bestrahlen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann es sich bei dem Bestrahlungsgut beispielsweise um eine Materialbahn 101 handeln, die an der Elektronenstrahleinheit 100 in einer Transportrichtung 102 vorbeigeführt wird. Die Elektronenstrahleinheit 100 kann aber auch zur Bestrahlung von anderem Bestrahlungsgut eingesetzt werden, das mit einer gewissen Geschwindigkeit unter der Elektronenstrahleinheit 100 hindurchgeführt wird. Fig. 1 shows an electron beam unit 100 according to the prior art. The electron beam unit 100 is designed to irradiate irradiation material with a high dose rate in a planar manner. As in Fig. 1 For example, the material to be irradiated may be a material web 101, which is guided past the electron-beam unit 100 in a transport direction 102. However, the electron beam unit 100 can also be used to irradiate other irradiation material that is passed under the electron beam unit 100 at a certain speed.

Zur Erzielung hoher Strahlströme umfasst die Elektronenstrahleinheit 100 eine leistungsfähige Kathodenanordnung 103, die dazu ausgebildet ist, eine ausreichende Anzahl von freien Elektronen für eine flächig ausgedehnte Bestrahlung des Bestrahlungsguts zur Verfügung zu stellen. Die Kathodenanordnung 103 umfasst eine Vielzahl von Heizkathodendrähten 104, die in einer Ebene oberhalb der zu bestrahlenden Bahn angeordnet sind. Die Heizkathodendrähte 104 bestehen vorzugsweise aus Wolfram. Die Heizkathodendrähte 104 sind entlang der Bestrahlungsbreite 105 der Elektronenstrahleinheit 100 parallel zueinander in regelmäßigen Abständen angeordnet, beispielsweise in Abständen von 6-10 cm. Die Bestrahlungsbreite 105 der Elektronenstrahleinheit 100 liegt üblicherweise im Bereich zwischen ca. 30 cm und 3,5 m, abhängig von der Breite des zu bestrahlenden Materials. Bei der in Fig. 1 gezeigten Elektronenstrahleinheit 100 sind alle Heizkathodendrähte 104 parallel zueinander in der Transportrichtung 102 orientiert.In order to achieve high beam currents, the electron beam unit 100 comprises a powerful cathode arrangement 103, which is designed to provide a sufficient number of free electrons for an areally extended irradiation of the irradiation material. The cathode assembly 103 includes a plurality of heating cathode wires 104 disposed in a plane above the web to be irradiated. The Heizkathodendrähte 104 are preferably made of tungsten. The Heizkathodendrähte 104 are arranged along the irradiation width 105 of the electron beam unit 100 parallel to each other at regular intervals, for example, at intervals of 6-10 cm. The irradiation width 105 of the electron beam unit 100 is usually in the range between about 30 cm and 3.5 m, depending on the width of the material to be irradiated. At the in Fig. 1 shown electron beam unit 100, all Heizkathodendrähte 104 are oriented parallel to each other in the transport direction 102.

An die Heizkathodendrähte 104 wird eine konstante Spannung angelegt, so dass durch jeden der Heizkathodendrähte 104 ein Strom von mehreren Ampere zu fließen beginnt. Jeder der Heizkathodendrähte 104 wird auf diese Weise mit einer Heizleistung von z.B. 150 W pro Draht aufgeheizt. Infolge dieser Aufheizung werden aus den Heizkathodendrähten 104 Elektronen in großer Zahl freigesetzt, und im Bereich der aufgeheizten Heizkathodendrähte 104 bildet sich eine Elektronenwolke aus.A constant voltage is applied to the heating cathode wires 104 so that a current of several amperes begins to flow through each of the heating cathode wires 104. Each of the heating cathode wires 104 is thus heated with a heating power of e.g. 150 W per wire heated. As a result of this heating 104 electrons are released in large numbers from the Heizkathodendrähten, and in the heated heating cathode wires 104, an electron cloud forms.

Die Elektronenstrahleinheit 100 umfasst darüber hinaus ein oder mehrere Gitterelemente, die unterhalb der Kathodenanordnung 103 angeordnet sind. Die Gitterelemente sind dazu vorgesehen, die Elektronen von der Kathodenanordnung 103 abzuziehen und zu verteilen.The electron beam unit 100 further includes one or more grid elements disposed below the cathode assembly 103. The grating elements are intended to subtract and distribute the electrons from the cathode assembly 103.

Die in Fig. 1 gezeigte Elektronenstrahleinheit 100 umfasst zwei Gitterelemente 106 und 107. Zwischen der Kathodenanordnung 103 und den Gitterelementen 106, 107 wird eine Gitterspannung angelegt. Dadurch werden die Gitterelemente 106, 107 relativ zur Kathodenanordnung 103 auf ein positives Potential gesetzt, um die Elektronen von der Kathodenanordnung 103 abzuziehen und zu verteilen.In the Fig. 1 Electron beam unit 100 shown comprises two grating elements 106 and 107. Between the cathode assembly 103 and the grating elements 106, 107, a grid voltage is applied. Thereby, the grating elements 106, 107 are set to a positive potential relative to the cathode assembly 103 to withdraw and distribute the electrons from the cathode assembly 103.

Die eigentliche Beschleunigung der Elektronen erfolgt jedoch zwischen den Gitterelementen 106, 107 und dem Elektronenaustrittsfenster 108. Hierzu wird eine Beschleunigungsspannung in der Größenordnung von einigen 100 kV zwischen den Gitterelementen 106, 107 und dem Elektronenaustrittsfenster 108 angelegt. Die Elektronen werden durch diese Beschleunigungsspannung auf eine Energie von einigen 100 keV beschleunigt, treten dann durch das Elektronenaustrittsfenster 108 hindurch ins Freie und beaufschlagen die zu bestrahlende Materialbahn 101.However, the actual acceleration of the electrons takes place between the grating elements 106, 107 and the electron exit window 108. For this purpose, an acceleration voltage in the order of magnitude of a few 100 kV is applied between the grating elements 106, 107 and the electron exit window 108. The electrons are accelerated by this acceleration voltage to an energy of a few 100 keV, then pass through the electron exit window 108 into the open and act on the material web 101 to be irradiated.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, erstreckt sich das Elektronenaustrittsfenster 108 der Elektronenstrahleinheit 100 quer zur Transportrichtung 102 über die gesamte Breite der zu bestrahlenden Bahn 101 hinweg. Die Breite des Elektronenaustrittsfensters 108 legt die Bestrahlungsbreite 105 der Elektronenstrahleinheit 100 fest. Dagegen liegt die Länge 109 des Elektronenaustrittsfensters 108 beispielsweise im Bereich von 5-30 cm.As in Fig. 1 1, the electron exit window 108 of the electron beam unit 100 extends transversely to the transport direction 102 over the entire width of the web 101 to be irradiated. The width of the electron exit window 108 determines the irradiation width 105 of the electron beam unit 100. In contrast, the length 109 of the electron exit window 108 is for example in the range of 5-30 cm.

Das Elektronenaustrittsfenster 108 umfasst eine dünne Folie sowie eine Stützkonstruktion, auf der die Folie aufliegt. Die Folie muss einerseits hinreichend dünn sein, damit die beschleunigten Elektronen ohne deutliche Energieverluste hindurchtreten können. Zum anderen muss die Folie hinreichend stabil sein, damit sie dem Druckunterschied zwischen dem Vakuum im Inneren der Elektronenstrahleinheit 100 und dem Umgebungsdruck außerhalb standhalten kann. Vorzugsweise wird eine dünne Metallfolie verwendet, beispielsweise eine Titanfolie mit einer Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 30 µm. Zur Halterung und Stabilisierung der Metallfolie liegt die Metallfolie auf einem Stützblech auf, das eine Vielzahl von Aussparungen aufweist, durch die die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können.The electron exit window 108 comprises a thin film and a support structure on which the film rests. On the one hand, the film must be sufficiently thin so that the accelerated electrons can pass without significant energy losses. On the other hand, the film must be sufficiently stable so that it can withstand the pressure difference between the vacuum inside the electron beam unit 100 and the ambient pressure outside. Preferably, a thin metal foil is used, for example a titanium foil having a thickness in the range between 5 μm and 30 μm. For holding and stabilizing the metal foil, the metal foil rests on a support plate having a plurality of recesses through which the accelerated electrons can pass.

Die zu bestrahlende Materialbahn 101 wird von einer Abwicklung 110 entsprechend dem Pfeil 111 abgewickelt und in der Transportrichtung 102 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit am Elektronenaustrittsfenster 108 vorbeigeführt. Die bestrahlte Materialbahn 101 wird auf der Aufwicklung 112 in Richtung des Pfeils 113 aufgewickelt. Bei der Materialbahn 101 kann es sich beispielsweise um eine Bahn aus Papier, Kunststoff oder Textilmaterial handeln. Die Elektronenbestrahlung kann beispielsweise dazu dienen, auf die Materialbahn 101 aufgebrachte Druckfarbe, Lackschichten oder andere Veredelungsschichten zu härten. Dabei hängt die Dosisleistung, mit der die Materialbahn 101 bestrahlt wird, zum einen von Anzahl und Energie der beschleunigten Elektronen und zum anderen von der Geschwindigkeit ab, mit der die Materialbahn 101 unter der Elektronenstrahleinheit 100 hindurchbewegt wird. Die Bestrahlungsdosis wird üblicherweise in Gy (Gray) angegeben, wobei ein Gy = 1 J/kg. Zur Härtung von Lackschichten ist beispielsweise eine Dosis im Bereich von 20-60 kGy erforderlich.The material web 101 to be irradiated is unwound from a development 110 in accordance with the arrow 111 and in the transport direction 102 with a given speed past the electron exit window 108. The irradiated material web 101 is wound on the winding 112 in the direction of the arrow 113. The material web 101 may be, for example, a web of paper, plastic or textile material. The electron beam irradiation can be used, for example, to harden printing ink, lacquer layers or other finishing layers applied to the material web 101. The dose rate with which the material web 101 is irradiated depends on the number and energy of the accelerated electrons and on the speed at which the material web 101 passes under the electron beam unit 100. The radiation dose is usually given in Gy (Gray), where Gy = 1 J / kg. For curing lacquer layers, for example, a dose in the range of 20-60 kGy is required.

Alternativ zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, bei der eine Materialbahn 101 mit Elektronen bestrahlt wird, ist es auch möglich, starre Platten unter der Elektronenstrahleinheit 100 hindurchzubewegen und mit Elektronen zu bestrahlen. Dabei werden die zu bestrahlenden Platten mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in einer Transportrichtung am Elektronenaustrittsfenster 108 vorbeibewegt. Auf diese Weise ist es möglich, auf die Platten aufgebrachte Farbschichten, Lackschichten und sonstige Veredelungsschichten zu härten. Bei den Platten kann es sich beispielsweise um Holzplatten oder Laminatplatten handeln, welche beispielsweise im Bereich der Möbelfertigung benötigt werden.Alternatively to the in Fig. 1 In the embodiment shown in which a material web 101 is irradiated with electrons, it is also possible to move rigid plates under the electron beam unit 100 and to irradiate them with electrons. In this case, the plates to be irradiated are moved past the electron exit window 108 at a predetermined speed in a transport direction. In this way it is possible to harden on the plates applied paint layers, paint layers and other finishing layers. The plates may be, for example, wood panels or laminate panels, which are needed, for example, in the field of furniture production.

In Fig. 2A ist die Kathodenanordnung 103 der in Fig. 1 gezeigten Elektronenstrahleinheit 100 in Draufsicht dargestellt. Zu erkennen sind die entlang der Bestrahlungsbreite 105 parallel nebeneinander in regelmäßigen Abständen angeordneten Heizkathodendrähte 104, welche die benötigten freien Elektronen zur Verfügung stellen. Typischerweise sind die Heizkathodendrähte 104 entlang der gesamten Bestrahlungsbreite 105 der Elektronenstrahleinheit in regelmäßigen Abständen von ca. 6-10 cm angeordnet. In Fig. 2A sind die Heizkathodendrähte 104 in der Transportrichtung 102 ausgerichtet.In Fig. 2A is the cathode assembly 103 of in Fig. 1 shown electron beam unit 100 shown in plan view. Evident are the along the irradiation width 105 parallel to each other at regular intervals arranged Heizkathodendrähte 104, which provide the required free electrons available. Typically, the heating cathode wires 104 are arranged along the entire irradiation width 105 of the electron beam unit at regular intervals of about 6-10 cm. In Fig. 2A the Heizkathodendrähte 104 are aligned in the transport direction 102.

Als Heizkathodendrähte werden üblicherweise Wolfram-Drähte mit einem Durchmesser von ca. 0,3 mm eingesetzt. Die verschiedenen Heizkathodendrähte 104 der Kathodenanordnung 103 weisen typischerweise kleine Unterschiede in ihrer Dicke und Struktur auf, welche zu Emissionsunterschieden im Hinblick auf die freigesetzten Elektronen führen. Beispielsweise können die Heizkathodendrähte 104 geringfügig unterschiedliche Dicken aufweisen.As Heizkathodendrähte tungsten wires are usually used with a diameter of about 0.3 mm. The various heating cathode wires 104 of the cathode assembly 103 typically have small differences in thickness and structure resulting in emission differences with respect to lead the released electrons. For example, the Heizkathodendrähte 104 may have slightly different thicknesses.

Darüber hinaus können die Heizkathodendrähte 104 Riefen oder Spitzen aufweisen, so dass der sogenannte Spitzeneffekt auftritt. Außerdem neigt das Material Wolfram zu einem Auskristallisieren in Teilbereichen, wobei die auskristallisierten Bereiche dann ebenfalls einen Einfluss auf das Emissionsverhalten haben. Infolge dieser Effekte ist die Elektronenemission über die Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit hinweg nicht konstant, sondern weist vielmehr Schwankungen auf, die durch die genannten Unterschiede in Dicke und Struktur der Heizkathodendrähte 104 hervorgerufen werden.In addition, the Heizkathodendrähte 104 may have grooves or peaks, so that the so-called peak effect occurs. In addition, the material tungsten tends to crystallize in partial areas, wherein the crystallized areas then also have an influence on the emission behavior. As a result of these effects, the electron emission over the irradiation width of the electron beam unit is not constant, but rather has variations caused by the mentioned differences in thickness and structure of the heating cathode wires 104.

In Fig. 2B ist die zur Kathodenanordnung 103 gehörige Dosisverteilung entlang der Bestrahlungsbreite 105 der Elektronenstrahleinheit aufgetragen. Auf der Hochachse ist die Dosis in kGy aufgetragen, und auf der Rechtsachse ist die Position entlang der Bestrahlungsbreite 105 aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass die Unterschiede in Dicke und Struktur der Heizkathodendrähte 104 zu einer inhomogenen Dosisverteilung entlang der Bestrahlungsbreite 105 führen. Die Dosisverteilung kann Einbrüche und Erhebungen aufweisen, so dass sich meist kein gleichmäßiges Wellenbild ergibt. Daraus resultiert eine ungleichmäßige Bestrahlung des zu bestrahlenden Guts.In Fig. 2B the dose distribution associated with the cathode assembly 103 is plotted along the irradiation width 105 of the electron beam unit. On the vertical axis the dose is plotted in kGy, and on the right axis the position along the irradiation width 105 is plotted. It can be seen that the differences in thickness and structure of the Heizkathodendrähte 104 lead to an inhomogeneous dose distribution along the irradiation width 105. The dose distribution may have burglary and elevations, so that there is usually no uniform wave pattern. This results in an uneven irradiation of the material to be irradiated.

Wenn entlang der Bestrahlungsbreite beispielsweise Inhomogenitäten des Strahlstroms in der Größenordnung von ±20 mA auftreten, dann würde sich bezogen auf einen Gesamtstrahlstrom von 1.000 mA eine relative Schwankung von ±2% ergeben. In der Praxis muss jedoch eher von etwa 7%-12% Inhomogenität ausgegangen werden.If, for example, inhomogeneities of the beam current in the order of ± 20 mA occur along the irradiation width, a relative fluctuation of ± 2% would result with respect to a total beam current of 1000 mA. In practice, however, it is more likely that about 7% -12% inhomogeneity can be expected.

Es gibt jedoch auch Produkte, die mit kleineren Dosen bestrahlt werden müssen, und bei denen der Gesamtstrahlstrom der Elektronenstrahleinheit dann entsprechend heruntergeregelt werden muss. Bei heruntergeregeltem Gesamtstrahlstrom fallen dann die Schwankungen des Strahlstroms umso störender ins Gewicht. Wenn man Strahlstromschwankungen in der Größenordnung von 20 mA in Bezug setzt zu einem heruntergeregelten Gesamtstrahlstrom von beispielsweise 100 mA, dann ergeben sich Schwankungen in der Größenordnung von ±20%, die entsprechende Dosisschwankungen entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit zur Folge haben.However, there are also products that must be irradiated with smaller doses, and in which the total beam current of the electron beam unit then has to be adjusted down accordingly. When the total beam current is regulated down, the fluctuations of the beam current are all the more disturbing. When one relates beam beam fluctuations on the order of 20 mA to a down-regulated total beam current of, for example, 100 mA, there are variations of the order of ± 20%, which result in corresponding dose variations along the irradiation width of the electron beam unit.

Erster Aspekt: Schräg zur Transportrichtung angeordnete HeizkathodendrähteFirst aspect: Heizkathodendrähte arranged obliquely to the transport direction

Zur Verbesserung der Dosishomogenität wird entsprechend einem ersten Aspekt vorgeschlagen, die Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung um einen vorgegebenen Winkel verdreht anzuordnen, so dass sich ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung ergibt.To improve the Dosiesomogenität is proposed according to a first aspect, the Heizkathodendrähte relative to the transport direction to be rotated by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction.

In Fig. 3A ist eine entsprechend ausgebildete Kathodenanordnung 300 gezeigt, die eine Mehrzahl von entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit nebeneinander angeordneten Heizkathodendrähten 301 umfasst. Die Heizkathodendrähte 301 sind in einer Ebene oberhalb der zu bestrahlenden Bahn angeordnet. Die Heizkathodendrähte 301 sind im regelmäßigen Abstand voneinander entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit angeordnet. Sämtliche Heizkathodendrähte 301 verlaufen parallel zueinander und sind in dieselbe Richtung orientiert. Allerdings sind im Unterschied zu Fig. 2A sämtliche Heizkathodendrähte 301 relativ zur Transportrichtung 302 um einen vorgegebenen Winkel α verdreht angeordnet. Der Winkel α liegt beispielsweise im Bereich zwischen ca. 2° und 60°. Insbesondere bevorzugt ist ein Bereich für den Winkel α zwischen 5° und 30°.In Fig. 3A a correspondingly formed cathode assembly 300 is shown, which comprises a plurality of Heizkathodendrähten 301 juxtaposed along the irradiation width of the electron beam unit. The Heizkathodendrähte 301 are arranged in a plane above the web to be irradiated. The Heizkathodendrähte 301 are arranged at regular intervals from each other along the irradiation width of the electron beam unit. All Heizkathodendrähte 301 parallel to each other and are oriented in the same direction. However, unlike Fig. 2A arranged all Heizkathodendrähte 301 relative to the transport direction 302 by a predetermined angle α twisted. The angle α is for example in the range between about 2 ° and 60 °. Particularly preferred is a range for the angle α between 5 ° and 30 °.

Dadurch, dass die Heizkathodendrähte 301 relativ zur Transportrichtung 302 verdreht sind, ergibt sich in Transportrichtung 302 gesehen ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte 301. Auch in Fig. 3A führen die Unterschiede in Dicke und Struktur der Heizkathodendrähte 301 zu entsprechenden Unterschieden in der Elektronenemission, die dann über die Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit hinweg entsprechende Schwankungen der Bestrahlungsdosis hervorruft.Because the Heizkathodendrähte 301 are rotated relative to the transport direction 302, results in an oblique course of Heizkathodendrähte 301 seen in the transport direction 302. Also in Fig. 3A The differences in thickness and structure of the heating cathode wires 301 lead to corresponding differences in electron emission, which then causes corresponding variations in the irradiation dose over the irradiation width of the electron beam unit.

Wenn ein zu bestrahlendes Gut in der Transportrichtung 302 unter der Elektronenstrahleinheit hindurchbewegt wird, verschiebt sich wegen des schrägen Verlaufs der Heizkathodendrähte 302 die auf das Bestrahlungsgut einwirkende Dosisverteilung von links nach rechts. Zwar ergibt sich bezogen auf die Heizkathodendrähte 301 dieselbe Dosisverteilung wie in Fig. 2A, allerdings verschiebt sich die auf das Bestrahlungsgut einwirkende Dosisverteilung entsprechend dem schrägen Verlauf der Heizkathodendrähte 301 während der Bestrahlung von links nach rechts.When a material to be irradiated is moved in the transport direction 302 under the electron beam unit, due to the oblique course of the Heizkathodendrähte 302 shifts the dose distribution acting on the irradiation material from left to right. Although the same dose distribution as in relation to the heating cathode wires 301 results Fig. 2A However, the dose distribution acting on the irradiation material shifts according to the oblique course of the heating cathode wires 301 during the irradiation from left to right.

Wegen des schrägen Verlaufs der Heizkathodendrähte 301 kommt es daher zu einem Mittelungsprozess in Bezug auf die Dosisverteilung. Auf das zu bestrahlende Gut wirkt eine gemittelte Dosisverteilung ein. Im Vergleich zu der in Fig. 2B gezeigten Dosisverteilung sind die Schwankungen bei der gemittelten Dosisverteilung deutlich geringer ausgeprägt, so dass sich durch die schräge Anordnung der Heizkathodendrähte 301 insgesamt eine deutlich homogenere Bestrahlung ergibt als bei den Ausführungsformen des Stands der Technik, bei denen die Heizkathodendrähte in der Transportrichtung orientiert waren.Because of the oblique course of the Heizkathodendrähte 301 therefore there is an averaging process with respect to the dose distribution. On the material to be irradiated, an average dose distribution acts. Compared to the in Fig. 2B As shown, the variations in the averaged dose distribution are significantly less pronounced, so that the oblique arrangement of the Heizkathodendrähte 301 overall results in a much more homogeneous irradiation than in the embodiments of the prior art, in which the Heizkathodendrähte were oriented in the transport direction.

Diese dem schrägen Verlauf der Heizkathodendrähte 302 folgende Verschiebung der Dosisverteilung von links nach rechts soll im Folgenden anhand eines Beispiels beschrieben werden. Hierzu wird ein vorgegebener Punkt auf einer zu bestrahlenden Materialbahn betrachtet, die in der Transportrichtung 302 unter der Kathodenanordnung 300 hindurchbewegt wird. Zuerst erreicht der vorgegebene Punkt die Position 303A. Etwas später erreicht der Punkt die Position 303B, und noch etwas später die Position 303C.This shift in the dose distribution from left to right following the oblique course of the heating cathode wires 302 will be described below by way of example. For this purpose, a predetermined point on a material web to be irradiated is considered, which is moved in the transport direction 302 under the cathode assembly 300. First, the predetermined point reaches position 303A. A little later, the point reaches position 303B, and a little later position 303C.

Die an den Positionen 303A, 303B, 303C auf das zu bestrahlende Gut einwirkenden Dosisverteilungen sind in Fig. 3B dargestellt. Entlang der Hochachse ist die Bestrahlungsdosis in kGy aufgetragen, und entlang der Rechtsachse ist die Position entlang der Bestrahlungsbreite des Elektronenstrahlers aufgetragen.The dose distributions acting at positions 303A, 303B, 303C on the material to be irradiated are in Fig. 3B shown. Along the vertical axis the irradiation dose is plotted in kGy, and along the right axis the position along the irradiation width of the electron emitter is plotted.

Wenn sich der vorgegebene Punkt der Materialbahn bei der Position 303A befindet, wirkt die Dosisverteilung 304A auf die Materialbahn ein. Wenn sich der vorgegebene Punkt zur Position 303B weiterbewegt hat, wirkt an dieser Position 303B die nach rechts verschobene Dosisverteilung 304B auf die Materialbahn ein. Wegen des schrägen Verlaufs der Heizkathodendrähte 301 hat sich die Dosisverteilung 304B relativ zur Dosisverteilung 304A etwas nach rechts verschoben. Wenn sich der vorgegebene Punkt zur Position 303C weiterbewegt hat, wirkt an dieser Position 303C die noch weiter nach rechts verschobene Dosisverteilung 304C auf die Materialbahn ein. Beim Durchlaufen der Elektronenstrahleinheit ist der vorgegebene Punkt auf der Materialbahn einer sich von links nach rechts verschiebenden Dosisverteilung ausgesetzt. Im Mittel wirkt daher beim Durchlaufen der Elektronenstrahleinheit auf jeden Punkt der Materialbahn eine gemittelte Dosisverteilung 305 ein, die in Fig. 3B als gestrichelte Linie eingezeichnet ist.When the predetermined point of the web is at position 303A, the dose distribution 304A acts on the web. When the predetermined point has moved to the position 303B, at this position 303B, the rightward dose distribution 304B acts on the web. Because of the oblique nature of the heating cathode wires 301, the dose distribution 304B has shifted slightly to the right relative to the dose distribution 304A. When the predetermined point has moved on to position 303C, at this position 303C, the even further to the right shifted dose distribution 304C acts on the material web. When passing through the electron beam unit, the predetermined point on the material web is exposed to a dose distribution which shifts from left to right. On average, therefore, when passing through the electron beam unit, an average dose distribution 305 acts on each point of the material web Fig. 3B is shown as a dashed line.

Anhand von Fig. 3B ist zu erkennen, dass die Dosisschwankungen der gemittelten Dosisverteilung 305 deutlich geringer sind als die Dosisschwankungen der ursprünglichen Dosisverteilungen 304A, 304B, 304C. Die durch den schrägen Verlauf der Heizkathodendrähte 301 bewirkte Mittelung der Dosisverteilungen 304A, 304B, 304C bewirkt eine Verringerung der Dosisschwankungen entlang der Bestrahlungsbreite, so dass die Homogenität der Elektronenbestrahlung deutlich verbessert werden kann. Während sich die Dosisschwankungen der ursprünglichen Dosisverteilungen 304A, 304B und 304C im Bereich von ca. 5,1-5,5% bewegen, weist die gemittelte Dosisverteilung 305 bei dem gezeigten Fallbeispiel nur mehr eine Dosisschwankung von 3,7% auf. Insbesondere bei heruntergeregeltem Gesamtstrahlstrom und bei geringen Strahlungsdosen wird daher durch die schräge Anordnung der Heizkathodendrähte die Genauigkeit, mit der eine gewünschte Bestrahlungsdosis appliziert werden kann, deutlich verbessert.Based on Fig. 3B It can be seen that the dose fluctuations of the averaged dose distribution 305 are significantly lower than the dose fluctuations of the original dose distributions 304A, 304B, 304C. The averaging of the dose distributions 304A, 304B, 304C effected by the oblique course of the heating cathode wires 301 causes a reduction in the dose fluctuations along the irradiation width, so that the homogeneity of the electron irradiation can be markedly improved. While the dose variations of the original dose distributions 304A, 304B and 304C are in the range of about 5.1-5.5%, the average dose distribution 305 in the case shown has only a dose variation of 3.7%. In particular, with down regulated total beam current and low radiation doses, the accuracy with which a desired irradiation dose can be applied, therefore significantly improved by the oblique arrangement of Heizkathodendrähte.

Fig. 4 zeigt eine Elektronenstrahleinheit 400, die mit einer entsprechend Fig. 3A ausgebildeten Kathodenanordnung 300 ausgestattet ist. Wie bereit anhand von Fig. 3A beschrieben worden ist, umfasst die Kathodenanordnung 300 eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Heizkathodendrähten 301, welche relativ zur Transportrichtung 302 jeweils um einen vorgegebenen Winkel α verdreht angeordnet sind. Die Elektronenstrahleinheit 400 umfasst darüber hinaus ein erstes Gitterelement 401 sowie ein zweites Gitterelement 402, welche dazu ausgebildet sind, die von den Heizkathodendrähten 301 erzeugten freien Elektronen abzuziehen und zu verteilen. Die Elektronen werden zwischen dem zweiten Gitterelement 402 und dem Elektronenaustrittsfenster 403 einer starken Beschleunigung unterworfen. Die hochenergetischen Elektronen treten dann durch das Elektronenaustrittsfenster 403 hindurch. Die Materialbahn 404 wird von der Abwicklung 405 abgewickelt und in der Transportrichtung 302 unter dem Elektronenaustrittsfenster 403 vorbeigeführt. Dort wird die Materialbahn 404 mit hochenergetischen Elektronen beaufschlagt. Die bestrahlte Materialbahn 404 wird anschließend auf der Aufwicklung 406 aufgewickelt. Fig. 4 FIG. 12 shows an electron beam unit 400, which is provided with a corresponding Fig. 3A trained cathode assembly 300 is equipped. How ready by Fig. 3A has been described, the cathode assembly 300 includes a plurality of juxtaposed Heizkathodendrähten 301, which are arranged relative to the transport direction 302 each rotated by a predetermined angle α. The electron beam unit 400 further comprises a first grid element 401 and a second grid element 402, which are designed to draw off and distribute the free electrons generated by the heating cathode wires 301. The electrons are subjected to strong acceleration between the second grid element 402 and the electron exit window 403. The high energy electrons then pass through the electron exit window 403. The material web 404 is unwound from the unwind 405 and passed in the transport direction 302 under the electron exit window 403. There, the material web 404 is acted upon by high-energy electrons. The irradiated material web 404 is then wound up on the reel 406.

Durch die schräge Orientierung der Heizkathodendrähte 301 relativ zur Transportrichtung 302 wird erreicht, dass die Materialbahn 404 beim Passieren des Elektronenaustrittsfensters 403 mit einer gemittelten Dosisverteilung beaufschlagt wird. Dadurch wird die Homogenität der Elektronenbestrahlung verbessert.The oblique orientation of the heating cathode wires 301 relative to the transport direction 302 ensures that the material web 404 is subjected to an averaged dose distribution when passing through the electron exit window 403. This improves the homogeneity of the electron irradiation.

Anstatt zur Bestrahlung von Materialbahnen kann die Elektronenstrahleinheit 400 auch zur Bestrahlung von anderen Werkstücken verwendet werden, die mit einer vorgegebenen Transportgeschwindigkeit in einer bestimmten Transportrichtung unter der Elektronenstrahleinheit 400 hindurchbewegt werden. Beispielsweise kann die Elektronenstrahleinheit zur Bestrahlung von Platten eingesetzt werden, die in einer bestimmten Transportrichtung unter der Elektronenstrahleinheit vorbeigeführt werden.Instead of irradiating webs of material, the electron beam unit 400 can also be used to irradiate other workpieces which are moved under a predetermined transport speed in a specific transport direction under the electron beam unit 400. For example, the electron beam unit can be used for the irradiation of plates, which are guided in a certain transport direction under the electron beam unit.

In Fig. 5 sind die zur Beschleunigung der Elektronen benötigten Spannungen im Überblick dargestellt. Die Heizkathodendrähte 301 der Kathodenanordnung 300 sind in einer Ebene oberhalb der zu bestrahlenden Bahn angeordnet. Sämtliche Heizkathodendrähte 301 der Kathodenanordnung 300 verlaufen parallel zueinander und sind in dieselbe Richtung orientiert. Relativ zur Transportrichtung 302 sind die Heizkathodendrähte 301 um den vorgegebenen Winkel α verdreht angeordnet, so dass sich in Transportrichtung 302 gesehen ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte 301 ergibt.In Fig. 5 are the voltages required to accelerate the electrons in an overview. The Heizkathodendrähte 301 of the cathode assembly 300 are arranged in a plane above the web to be irradiated. All Heizkathodendrähte 301 of the cathode assembly 300 are parallel to each other and are oriented in the same direction. Relative to the transport direction 302, the Heizkathodendrähte 301 are arranged rotated by the predetermined angle α, so that seen in the transport direction 302 results in an oblique course of Heizkathodendrähte 301.

Wenn durch die Heizkathodendrähte 301 ein Strom in der Größenordnung von einigen Ampere fließt, heizen sich die Heizkathodendrähte 301 stark auf, und es bildet sich rund um die Heizkathodendrähte 301 eine Wolke von freien Elektronen. Zwischen den Heizkathodendrähten 301 und den Gitterelementen 401 und 402 wird eine Gitterspannung UG in der Größenordnung von einigen hundert Volt angelegt. Die Gitterspannung ist so gepolt, dass sich die beiden Gitterelemente 401, 402 relativ zu den Heizkathodendrähten 301 auf positivem Potential befinden. Die Gitterspannung UG ist dazu ausgelegt, die freien Elektronen von den Heizkathodendrähten 301 abzuziehen, zu verteilen und zu den Gitterelementen 401, 402 hin zu beschleunigen. Die beiden Gitterelemente 401 und 402 befinden sich auf demselben Potential.When a current on the order of a few amperes flows through the heating cathode wires 301, the heating cathode wires 301 are strongly heated and a cloud of free electrons is formed around the heating cathode wires 301. Between the Heizkathodendrähten 301 and the grid elements 401 and 402, a grid voltage U G on the order of a few hundred volts is applied. The grid voltage is poled so that the two grid elements 401, 402 are at a positive potential relative to the Heizkathodendrähten 301. The grid voltage U G is designed to subtract the free electrons from the Heizkathodendrähten 301, distribute and accelerate to the grid elements 401, 402 towards. The two grid elements 401 and 402 are at the same potential.

Zwischen den Gitterelementen 401, 402 einerseits und dem Elektronenaustrittsfenster 403 andererseits wird die Beschleunigungsspannung UB angelegt, die sich in einer Größenordnung von etwa 60 kV bis einige hundert kV bewegt. Die Beschleunigungsspannung UB ist so gepolt, dass sich das Elektronenaustrittsfenster 403 relativ zu den Gitterelementen 401, 402 auf positivem Potential befindet. Insofern werden die Elektronen auf der Wegstrecke zwischen dem zweiten Gitterelement 402 und dem Elektronenaustrittsfenster 403 einer starken Beschleunigung in Richtung zum Elektronenaustrittsfenster 403 hin ausgesetzt. Das Elektronenaustrittsfenster 403 ist Teil des Gehäuses der Elektronenstrahleinheit 400 und wird daher geerdet.Between the grating elements 401, 402 on the one hand and the electron exit window 403 on the other hand, the acceleration voltage U B is applied, which moves in the order of about 60 kV to several hundred kV. The acceleration voltage U B is polarized such that the electron exit window 403 is at a positive potential relative to the grid elements 401, 402. In this respect, the electrons on the path between the second grid element 402 and the electron exit window 403 of a strong acceleration exposed toward the electron exit window 403. The electron exit window 403 is part of the housing of the electron beam unit 400 and is therefore grounded.

In Fig. 5 ist in der Darstellung des Elektronenaustrittsfensters 403 auch die Struktur der Stützkonstruktion 500 mit eingezeichnet. Die Stützkonstruktion 500 ist als Lochblech ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 501, durch die die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können. Darüber hinaus sind eine Mehrzahl von Kühlkanälen 502 zu erkennen, die sich innerhalb der Stützkonstruktion von der Vorderseite zur Rückseite des Elektronenaustrittsfensters 403 erstrecken. Die Richtung, in der die in Fig. 5 gezeigten Kühlkanäle 502 verlaufen, entspricht der Transportrichtung 302 der Materialbahn 404.In Fig. 5 is in the representation of the electron exit window 403 and the structure of the support structure 500 drawn with. The support structure 500 is formed as a perforated plate and includes a plurality of openings 501 through which the accelerated electrons can pass. In addition, a plurality of cooling channels 502 can be seen, which extend within the support structure from the front to the back of the electron exit window 403. The direction in which the in Fig. 5 shown cooling channels 502, corresponding to the transport direction 302 of the material web 404th

In den Fig. 6A-6C sind drei Ausführungsformen von Kathodenanordnungen gezeigt, die jeweils schräg zur Transportrichtung angeordnete Heizkathodendrähte aufweisen.In the Figs. 6A-6C three embodiments of cathode assemblies are shown, each having obliquely arranged to the transport direction Heizkathodendrähte.

Die in Fig. 6A gezeigte Kathodenanordnung 600 umfasst eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten 601, die schräg zur Transportrichtung 602 angeordnet sind. In Fig. 6A sind die Heizkathodendrähte 601 so angeordnet, dass der Endpunkt 603 eines Heizkathodendrahts in Transportrichtung 602 betrachtet jeweils hinter dem Anfangspunkt 604 eines benachbarten Heizkathodendrahts liegt, wie dies in Fig. 6A durch die gestrichelten Linien 605 veranschaulicht ist. Durch diese Anordnung der Heizkathodendrähte 601 wird erreicht, dass jeder Punkt entlang der in Fig. 6A ebenfalls eingezeichneten Bestrahlungsbreite 606 durch genau einen Heizkathodendraht 601 abgedeckt wird. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Beschickung des Flächenstrahlers mit Elektronen erreicht.In the Fig. 6A shown cathode assembly 600 includes a plurality of Heizkathodendrähten 601, which are arranged obliquely to the transport direction 602. In Fig. 6A For example, the heating cathode wires 601 are arranged such that the end point 603 of a heating cathode wire as viewed in the transporting direction 602 lies behind the starting point 604 of an adjacent heating cathode wire, as shown in FIG Fig. 6A is illustrated by the dashed lines 605. This arrangement of the Heizkathodendrähte 601 is achieved that each point along the in Fig. 6A also shown irradiation width 606 is covered by exactly one Heizkathodendraht 601. This achieves a particularly uniform charging of the surface radiator with electrons.

In Fig. 6B ist eine weitere Ausführungsform einer Kathodenanordnung 607 gezeigt. Die Kathodenanordnung 607 umfasst eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten 608, die parallel zueinander und schräg zur Transportrichtung 609 angeordnet sind. Die Anordnung der Heizkathodendrähte 608 ist dabei so gewählt, dass sich der Endabschnitt 610 eines Heizkathodendrahts in Transportrichtung 609 betrachtet jeweils mit dem Anfangsabschnitt 611 eines benachbarten Heizkathodendrahts überlappt. Durch diese in Transportrichtung 609 gesehen überlappende Anordnung der Heizkathodendrähte 608 wird erreicht, dass jeder Punkt entlang der Bestrahlungsbreite 612 von mindestens einem Heizkathodendraht 608 der Kathodenanordnung 607 mit Elektronen beschickt wird.In Fig. 6B another embodiment of a cathode assembly 607 is shown. The cathode arrangement 607 comprises a plurality of heating cathode wires 608, which are arranged parallel to one another and at an angle to the transport direction 609. The arrangement of the Heizkathodendrähte 608 is chosen so that the end portion 610 of a Heizkathodendrahts in the transport direction 609 as viewed overlaps each with the beginning portion 611 of an adjacent Heizkathodendrahts. As a result of this arrangement of the heating cathode wires 608 overlapping in the direction of transport 609, it is achieved that each one Point along the irradiation width 612 of at least one Heizkathodendraht 608 of the cathode assembly 607 is charged with electrons.

In Fig. 6C ist eine weitere Ausführungsform einer Kathodenanordnung 613 gezeigt, welche wiederum eine Vielzahl von Heizkathodendrähten 614 umfasst, die relativ zur Transportrichtung 615 schräg angeordnet sind. Anhand von Fig. 6C ist zu erkennen, dass ein Heizkathodendraht 614 in Transportrichtung 615 gesehen überlappend mit dem benachbarten Heizkathodendraht 614 ausgebildet ist. Dabei sind die Heizkathodendrähte 614 so angeordnet, dass der Endpunkt 616 eines Heizkathodendrahts in Transportrichtung 615 gesehen jeweils hinter dem Anfangspunkt 617 des übernächsten Heizkathodendrahts 614 liegt, wie dies in Fig. 6C durch die gestrichelten Linien 618 veranschaulicht ist. Durch eine derartige Überlappung der Heizkathodendrähte 614 wird erreicht, dass jeder Punkt entlang der gesamten Bestrahlungsbreite 619 jeweils von zwei Heizkathodendrähten 614 abgedeckt wird. Dadurch wird eine gleichmäßige und intensive Beschickung der Elektronenstrahleinheit mit Elektronen gewährleistet.In Fig. 6C another embodiment of a cathode assembly 613 is shown, which in turn comprises a plurality of Heizkathodendrähten 614, which are arranged relative to the transport direction 615 obliquely. Based on Fig. 6C It can be seen that a Heizkathodendraht 614 seen in the transport direction 615 is formed overlapping with the adjacent Heizkathodendraht 614. In this case, the heating cathode wires 614 are arranged so that the end point 616 of a Heizkathodendrahts seen in the direction of transport 615 is respectively behind the starting point 617 of the next Heizkathodendrahts 614, as shown in FIG Fig. 6C is illustrated by the dashed lines 618. Such an overlap of the heating cathode wires 614 ensures that each point along the entire irradiation width 619 is covered by two heating cathode wires 614 in each case. This ensures a uniform and intensive charging of the electron beam unit with electrons.

Zweiter Aspekt: Schräg zur Transportrichtung verlaufende KühlkanäleSecond aspect: Cooling channels running obliquely to the transport direction

Im Folgenden wird ein zweiter Aspekt beschrieben, der ebenfalls zu einer verbesserten Homogenität der Bestrahlungsdosis beiträgt. Bei diesem zweiten Aspekt handelt es sich um eine eigenständige Maßnahme, die unabhängig von der bislang beschriebenen schrägen Anordnung der Heizkathodendrähte implementiert werden kann. Dieser zweite Aspekt kann allerdings auch auf vorteilhafte Weise mit dem ersten Aspekt, nämlich der schrägen Anordnung der Heizkathodendrähte kombiniert werden.In the following, a second aspect is described, which also contributes to an improved homogeneity of the irradiation dose. This second aspect is a stand-alone measure that can be implemented independently of the previously described oblique arrangement of the Heizkathodendrähte. However, this second aspect can also be combined in an advantageous manner with the first aspect, namely the oblique arrangement of Heizkathodendrähte.

In Fig. 7A ist ein Elektronenaustrittsfenster 700 entsprechend dem Stand der Technik gezeigt. Das Elektronenaustrittsfenster 700 umfasst eine Metallfolie 701 und eine Stützkonstruktion 702, auf der die Metallfolie 701 aufliegt. Die Metallfolie 701 und die Stützkonstruktion 702 erstrecken sich über die gesamte Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit. Innerhalb der Elektronenstrahleinheit herrscht ein Vakuum, während außerhalb der Elektronenstrahleinheit der normale Atmosphärendruck herrscht. Die Metallfolie 701 liegt an der Außenseite der Stützkonstruktion 702 an. Durch die Druckdifferenz zwischen dem Vakuum im Inneren der Elektronenstrahleinheit und dem Umgebungsdruck außerhalb der Elektronenstrahleinheit wird die Metallfolie 701 von außen gegen die Stützkonstruktion 702 gedrückt.In Fig. 7A For example, an electron exit window 700 according to the prior art is shown. The electron exit window 700 comprises a metal foil 701 and a support structure 702, on which the metal foil 701 rests. The metal foil 701 and the support structure 702 extend over the entire irradiation width of the electron beam unit. Inside the electron beam unit there is a vacuum, while outside the electron beam unit the normal atmospheric pressure prevails. The metal foil 701 abuts against the outside of the support structure 702. Due to the pressure difference between the vacuum inside the electron beam unit and the ambient pressure outside of the Electron beam unit, the metal foil 701 is pressed from the outside against the support structure 702.

Die Metallfolie 701 muss einerseits hinreichend stabil sein, um dieser Druckdifferenz standhalten zu können. Andererseits muss die Metallfolie 701 hinreichend dünn ausgebildet sein, damit die beschleunigten Elektronen beim Durchtritt durch die Metallfolie 701 nur geringfügig geschwächt werden. Vorzugsweise weist die Metallfolie 701 eine Dicke im Bereich zwischen beispielsweise 5 µm und 20 µm auf. Beispielsweise kann eine dünne Titanfolie mit einer Dicke im Bereich zwischen 5 µm und 20 µm verwendet werden.On the one hand, the metal foil 701 must be sufficiently stable in order to be able to withstand this pressure difference. On the other hand, the metal foil 701 must be formed sufficiently thin, so that the accelerated electrons are only slightly weakened when passing through the metal foil 701. The metal foil 701 preferably has a thickness in the range between, for example, 5 μm and 20 μm. For example, a thin titanium foil having a thickness in the range between 5 μm and 20 μm can be used.

Die Stützkonstruktion 702 ist typischerweise nach Art eines Lochblechs ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 703 und Stegen 704. Durch die Öffnungen 703 der Stützkonstruktion 702 können die beschleunigten Elektronen ungehindert hindurchtreten und werden dann lediglich durch die Metallfolie 701 geschwächt. Im Bereich der Stege 704 werden die beschleunigten Elektronen dagegen absorbiert. Die Stege 704 sind notwendig, um über die gesamte Bestrahlungsbreite hinweg eine hinreichend hohe Stabilität der Stützkonstruktion 702 zu erhalten.The support structure 702 is typically formed in the manner of a perforated plate and includes a plurality of openings 703 and webs 704. Through the openings 703 of the support structure 702, the accelerated electrons can pass through unhindered and are then weakened only by the metal foil 701. In the area of the webs 704, however, the accelerated electrons are absorbed. The webs 704 are necessary in order to obtain a sufficiently high stability of the support structure 702 over the entire irradiation width.

Durch die Stützkonstruktion 702 werden eine Vielzahl von hochenergetischen Elektronen absorbiert. Dadurch heizt sich die Stützkonstruktion 702 stark auf. Zur Kühlung der Stützkonstruktion 702 sind eine Mehrzahl von Kühlkanälen 705 innerhalb der Stützkonstruktion 702 vorgesehen. Durch diese Kühlkanäle 705 wird Kühlmittel gepumpt, und auf diese Weise wird die von den absorbierten Elektronen verursachte Hitze abtransportiert. Bei der in Fig. 7A gezeigten Ausführungsform verlaufen die Kühlkanäle 705 in Längsrichtung. Die Kühlkanäle 705 sind also in der Transportrichtung 706 des zu bestrahlenden Guts ausgerichtet. Dies führt jedoch zu einigen Problemen, die in den Fig. 7B und 7C veranschaulicht sind.The support structure 702 absorbs a variety of high energy electrons. As a result, the support structure 702 heats up strongly. For cooling the support structure 702, a plurality of cooling channels 705 are provided within the support structure 702. Coolant is pumped through these cooling passages 705, and thus the heat caused by the absorbed electrons is removed. At the in Fig. 7A In the embodiment shown, the cooling channels 705 extend in the longitudinal direction. The cooling channels 705 are thus aligned in the transport direction 706 of the material to be irradiated. However, this leads to some problems in the Figs. 7B and 7C are illustrated.

In Fig. 7B ist das Elektronenaustrittsfenster 700 in Draufsicht gezeigt, wobei auch die Stützkonstruktion 702 zu erkennen ist. Die beschleunigten Elektronen können durch die Öffnungen 703 der Stützkonstruktion 702 hindurchfliegen. Zu erkennen sind außerdem die Kühlkanäle 705, die in der Transportrichtung 706 ausgerichtet sind. An den Stellen, an denen die Kühlkanäle 705 verlaufen, befinden sich keine Öffnungen 703.In Fig. 7B the electron exit window 700 is shown in plan view, wherein the support structure 702 can be seen. The accelerated electrons can pass through the openings 703 of the support structure 702. Evident are also the cooling channels 705, which are aligned in the transport direction 706. At the locations where the cooling channels 705 extend, there are no openings 703.

Fig. 7C zeigt die Dosisverteilung 707 der Bestrahlungsdosis, die entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit an das zu bestrahlende Gut abgegeben wird. Entlang der Rechtsachse von Fig. 7C ist die Position entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit aufgetragen, und auf der Hochachse ist die Bestrahlungsdosis in kGy aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass die Dosisverteilung 707 an den Stellen 708, an denen die Kühlkanäle 705 verlaufen, charakteristische Absenkungen 709 aufweist. An den Stellen 708, an denen die Kühlkanäle 705 verlaufen, können die beschleunigten Elektronen die Stützkonstruktion 702 nicht durchdringen. Dort entstehen daher charakteristische Abschattungen, die in der Dosisverteilung 707 als Absenkungen 709 zu erkennen sind. Wegen dieser entlang der Bestrahlungsbreite auftretenden Abschattungen wird die auf das Bestrahlungsgut aufgebrachte Dosis inhomogen und somit ungenau. Fig. 7C shows the dose distribution 707 of the irradiation dose, which is delivered along the irradiation width of the electron beam unit to the material to be irradiated. Along the legal axis of Fig. 7C the position along the irradiation width of the electron beam unit is plotted, and on the vertical axis the irradiation dose is plotted in kGy. It can be seen that the dose distribution 707 has characteristic subsidences 709 at the locations 708 where the cooling channels 705 run. At points 708 where the cooling channels 705 extend, the accelerated electrons can not penetrate the support structure 702. There arise therefore characteristic shadowing, which can be seen in the dose distribution 707 as subsidence 709. Because of these shades occurring along the irradiation width, the dose applied to the irradiation material becomes inhomogeneous and thus inaccurate.

Entsprechend von Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt sind die Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung des Bestrahlungsguts um einen vorgegebenen Winkel verdreht orientiert, so dass sich relativ zur Transportrichtung ein schräger Verlauf der Kühlkanäle ergibt.According to embodiments of the invention according to the second aspect, the cooling channels are oriented rotated relative to the transport direction of the irradiation by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the cooling channels relative to the transport direction.

In Fig. 8 ist ein Elektronenaustrittsfenster 800 mit einer entsprechend ausgebildeten Stützkonstruktion 801 gezeigt. Die Stützkonstruktion 801 weist eine Vielzahl von Öffnungen 802 auf, durch die die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können. Darüber hinaus weist die Stützkonstruktion 801 eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kühlkanälen 803 auf, die entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit nebeneinander angeordnet sind. Wie anhand von Fig. 8 zu erkennen ist, sind die Kühlkanäle 803 relativ zur Transportrichtung 804 um einen vorgegebenen Winkel β verdreht angeordnet. Die Kühlkanäle 803 verlaufen daher schräg zur Transportrichtung 804. Der Winkel β kann beispielsweise im Bereich zwischen ca. 2° und 60° liegen. Insbesondere bevorzugt ist ein Bereich für den Winkel β zwischen 5° und 30°.In Fig. 8 an electron exit window 800 is shown with a correspondingly formed support structure 801. The support structure 801 has a plurality of openings 802 through which the accelerated electrons can pass. In addition, the support structure 801 has a multiplicity of cooling channels 803 arranged parallel to one another, which are arranged next to one another along the irradiation width of the electron beam unit. As based on Fig. 8 can be seen, the cooling channels 803 are arranged relative to the transport direction 804 rotated by a predetermined angle β. The cooling channels 803 therefore run obliquely to the transport direction 804. The angle β can be, for example, in the range between approximately 2 ° and 60 °. Particularly preferred is a range for the angle β between 5 ° and 30 °.

Wenn ein zu bestrahlendes Gut in der Transportrichtung 804 unter dem Elektronenaustrittsfenster und der Stützkonstruktion 801 hindurch bewegt wird, dann verschiebt sich infolge des schrägen Verlaufs der Kühlkanäle 803 die auf das Bestrahlungsgut einwirkende Dosisverteilung 707 mit ihren charakteristischen Absenkungen 709 dem schrägen Verlauf der Kühlkanäle 803 folgend von rechts nach links. In der Summe wirkt während des Durchlaufens der Elektronenstrahleinheit eine gemittelte Dosisverteilung auf das Bestrahlungsgut ein, wobei die Abschattungen infolge des Mittelungsprozesses verschwinden bzw. reduziert werden.When a material to be irradiated is moved in the transporting direction 804 under the electron exit window and the support structure 801, then due to the oblique course of the cooling channels 803 the dose distribution 707 acting on the irradiation material shifts with its characteristic descents 709 following the oblique course of the cooling channels 803 right to left. In sum, during the passage of the electron beam unit, an averaged dose distribution acts on the irradiation material, whereby the shadowing due to the averaging process disappears.

Dies soll im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert werden. Es wird ein Punkt auf dem Bestrahlungsgut betrachtet, der in der Transportrichtung 804 unter dem Elektronenaustrittsfenster der Elektronenstrahleinheit hindurch bewegt wird. Auf diesen Punkt wirkt während des Durchlaufens der Bestrahlung eines Dosisverteilung ein, die sich - dem schrägen Verlauf der Kühlkanäle 803 folgend - von rechts nach links verschiebt, wobei sich insbesondere auch die von den Kühlkanälen 803 verursachten Abschattungen von rechts nach links verschieben.This will be explained below with reference to an example. It is considered a point on the irradiation material, which is moved in the transport direction 804 under the electron exit window of the electron beam unit. At this point, the irradiation of a dose distribution acts during the passage, which shifts from right to left, following the oblique course of the cooling channels 803, and in particular the shades caused by the cooling channels 803 also shift from right to left.

Beispielsweise wirkt an einer ersten Position 805 eine erste Dosisverteilung auf den betrachteten Punkt ein. Wenn der Punkt dann zu einem späteren Zeitpunkt eine zweite Position 806 erreicht, dann wirkt dort eine um ein Stück weit nach links verschobene Dosisverteilung auf den betrachteten Punkt ein. Während der Bestrahlungsdauer verschiebt sich die Dosisverteilung 707 mit den Absenkungen 709 also kontinuierlich von rechts nach links, so dass in der Summe eine gemittelte Dosisverteilung auf das Bestrahlungsgut einwirkt. Durch diesen Mittelungsprozess werden die von den Kühlkanälen 803 verursachten Abschattungen weggemittelt.For example, at a first position 805, a first dose distribution acts on the point under consideration. If the point then reaches a second position 806 at a later time, then a dose distribution shifted to the left by a distance acts on the point under consideration. During the irradiation period, the dose distribution 707 with the reductions 709 thus shifts continuously from right to left, so that in total an average dose distribution acts on the irradiation material. Through this averaging process, the shading caused by the cooling channels 803 is averaged out.

Durch die relativ zur Transportrichtung 804 schräge Anordnung der Kühlkanäle 803 wird im Vergleich zum Stand der Technik eine deutlich verbesserte Homogenität der Elektronenbestrahlung entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit erzielt. Dadurch wird eine genauere Dosierung der Bestrahlung ermöglicht.Due to the oblique relative to the transport direction 804 arrangement of the cooling channels 803 a significantly improved homogeneity of the electron irradiation along the irradiation width of the electron beam unit is achieved in comparison to the prior art. This allows a more accurate dosage of the irradiation.

In Fig. 9 sind die zur Beschleunigung der Elektronen benötigten Spannungen im Überblick dargestellt. Die Heizkathodendrähte 104 der Kathodenanordnung 103 sind in einer Ebene oberhalb der zu bestrahlenden Bahn angeordnet. Die Heizkathodendrähte 104 der Kathodenanordnung 103 sind parallel zueinander angeordnet. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel sind die Heizkathodendrähte 104 in der Transportrichtung 804 orientiert.In Fig. 9 are the voltages required to accelerate the electrons in an overview. The Heizkathodendrähte 104 of the cathode assembly 103 are arranged in a plane above the web to be irradiated. The Heizkathodendrähte 104 of the cathode assembly 103 are arranged parallel to each other. At the in Fig. 9 As shown, the heating cathode wires 104 are oriented in the transporting direction 804.

Beim Aufheizen der Heizkathodendrähte 104 bildet sich um die Heizkathodendrähte 104 eine Wolke von freien Elektronen.When heating the Heizkathodendrähte 104 forms around the Heizkathodendrähte 104 a cloud of free electrons.

Zwischen den Heizkathodendrähten 104 und den Gitterelementen 106 und 107 wird eine Gitterspannung UG in der Größenordnung von einigen hundert Volt angelegt. Die Gitterspannung UG dient dazu, die freien Elektronen von den Heizkathodendrähten 104 abzuziehen, zu verteilen und zu den Gitterelementen 106, 107 hin zu beschleunigen. Die Gitterspannung ist so gepolt, dass sich die beiden Gitterelemente 106, 107 relativ zu den Heizkathodendrähten 104 auf positivem Potential befinden.Between the Heizkathodendrähten 104 and the grid elements 106 and 107, a grid voltage U G is applied in the order of a few hundred volts. The grid voltage U G serves to draw the free electrons from the Heizkathodendrähten 104, distribute and accelerate to the grid elements 106, 107 out. The grid voltage is poled so that the two grid elements 106, 107 are at a positive potential relative to the Heizkathodendrähten 104.

Die Beschleunigungsspannung UB, die sich in einer Größenordnung von etwa 60 kV bis einige hundert kV bewegt, wird zwischen den Gitterelementen 106, 107 und dem Elektronenaustrittsfenster 800 angelegt. Die Beschleunigungsspannung UB ist so gepolt, dass sich das Elektronenaustrittsfenster 800 relativ zu den Gitterelementen 106, 107 auf positivem Potential befindet. Die Beschleunigungsspannung UB dient zur Beschleunigung der Elektronen auf der Wegstrecke zwischen dem zweiten Gitterelement 107 und dem Elektronenaustrittsfenster 800. Das Elektronenaustrittsfenster 800 ist Teil des Gehäuses der Elektronenstrahleinheit 100 und wird daher geerdet.The acceleration voltage U B , which is on the order of about 60 kV to several hundred kV, is applied between the grid elements 106, 107 and the electron exit window 800. The acceleration voltage U B is polarized such that the electron exit window 800 is at a positive potential relative to the grid elements 106, 107. The acceleration voltage U B is used to accelerate the electrons on the path between the second grid element 107 and the electron exit window 800. The electron exit window 800 is part of the housing of the electron beam unit 100 and is therefore grounded.

In Fig. 9 ist in der Darstellung des Elektronenaustrittsfensters 800 auch die Struktur des Stützkonstruktion 801 mit eingezeichnet. Die Stützkonstruktion 801 ist als Lochblech ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 802, durch die die beschleunigten Elektronen hindurchtreten können. Darüber hinaus sind eine Mehrzahl von Kühlkanälen 803 zu erkennen, die sich innerhalb der Stützkonstruktion 801 von der Vorderseite zur Rückseite des Elektronenaustrittsfensters 800 erstrecken. Es ist zu erkennen, dass die Kühlkanäle 803 relativ zu der Transportrichtung 804 um einen Winkel β verdreht angeordnet sind und somit schräg zur Transportrichtung 804 verlaufen.In Fig. 9 In the illustration of the electron exit window 800, the structure of the support structure 801 is also shown. The support structure 801 is formed as a perforated plate and includes a plurality of openings 802 through which the accelerated electrons can pass. In addition, a plurality of cooling channels 803 can be seen, which extend within the support structure 801 from the front to the back of the electron exit window 800. It can be seen that the cooling channels 803 are arranged rotated relative to the transport direction 804 by an angle β and thus extend obliquely to the transport direction 804.

In den Fig. 10A-10C sind drei Ausführungsformen von Stützkonstruktionen gezeigt, die jeweils schräg zur Transportrichtung angeordnete Kühlkanäle aufweisen.In the 10A-10C three embodiments of supporting structures are shown, each having obliquely arranged to the transport direction cooling channels.

Die in Fig. 10A gezeigte Stützkonstruktion 1000 umfasst eine Mehrzahl von Kühlkanälen 1001, die schräg zur Transportrichtung 1002 angeordnet sind. In Fig. 10A sind die Kühlkanäle 1001 so angeordnet, dass der Endpunkt 1003 eines Kühlkanals in Transportrichtung 1002 betrachtet jeweils hinter dem Anfangspunkt 1004 eines benachbarten Kühlkanals liegt, wie dies in Fig. 10A durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist. Durch diese Anordnung der Kühlkanäle 1001 wird erreicht, dass jeder Punkt entlang der in Fig. 10A ebenfalls eingezeichneten Bestrahlungsbreite 1005 durch genau einen Kühlkanal 1001 abgedeckt wird. Dadurch werden die von den Kühlkanälen verursachten Abschattungen gleichmäßig entlang der Bestrahlungsbreite 1005 verteilt.In the Fig. 10A Supporting structure 1000 shown includes a plurality of cooling channels 1001, which are arranged obliquely to the transport direction 1002. In Fig. 10A the cooling channels 1001 are arranged such that the end point 1003 of a cooling channel, viewed in the transporting direction 1002, lies in each case behind the starting point 1004 of an adjacent cooling channel, as shown in FIG Fig. 10A is illustrated by the dashed lines. This arrangement of the cooling channels 1001 ensures that each point along the in Fig. 10A also shown irradiation width 1005 is covered by exactly one cooling channel 1001. As a result, the shadowing caused by the cooling channels is uniformly distributed along the irradiation width 1005.

In Fig. 10B ist eine weitere Ausführungsform einer Stützkonstruktion 1006 gezeigt. Die Stützkonstruktion 1006 umfasst eine Mehrzahl von Kühlkanälen 1007, die parallel zueinander und schräg zur Transportrichtung 1008 angeordnet sind. Die Anordnung der Kühlkanäle 1007 ist dabei so gewählt, dass sich der Endabschnitt 1009 eines Kühlkanals in Transportrichtung 1008 betrachtet jeweils mit dem Anfangsabschnitt 1010 eines benachbarten Kühlkanals überlappt. Durch diese in Transportrichtung 1008 gesehen überlappende Anordnung der Kühlkanäle 1007 werden die von den Kühlkanälen verursachten Abschattungen gleichmäßig entlang der Bestrahlungsbreite 1011 verteilt.In Fig. 10B another embodiment of a support structure 1006 is shown. The support structure 1006 comprises a plurality of cooling channels 1007, which are arranged parallel to one another and at an angle to the transport direction 1008. The arrangement of the cooling channels 1007 is chosen so that the end portion 1009 of a cooling channel, viewed in the transport direction 1008, overlaps each with the starting portion 1010 of an adjacent cooling channel. As a result of this arrangement of the cooling channels 1007 overlapping in the direction of transport 1008, the shadings caused by the cooling channels are distributed uniformly along the irradiation width 1011.

In Fig. 10C ist eine weitere Ausführungsform einer Stützkonstruktion 1012 gezeigt, welche wiederum eine Vielzahl von Kühlkanälen 1013 umfasst, die relativ zur Transportrichtung 1014 schräg angeordnet sind. Anhand von Fig. 10C ist zu erkennen, dass ein Kühlkanal 1013 in Transportrichtung 1014 gesehen überlappend mit dem benachbarten Kühlkanal 1013 ausgebildet ist. Dabei sind die Kühlkanäle 1013 so angeordnet, dass der Endpunkt 1015 eines Kühlkanals in Transportrichtung 1014 gesehen jeweils hinter dem Anfangspunkt 1016 des übernächsten Kühlkanals liegt, wie dies in Fig. 10C durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist. Durch diese Anordnung der Kühlkanäle 1007 werden die von den Kühlkanälen verursachten Abschattungen gleichmäßig entlang der Bestrahlungsbreite 1017 verteilt.In Fig. 10C a further embodiment of a support structure 1012 is shown, which in turn comprises a plurality of cooling channels 1013, which are arranged obliquely relative to the transport direction 1014. Based on Fig. 10C It can be seen that a cooling channel 1013, seen in the transport direction 1014, is formed overlapping with the adjacent cooling channel 1013. In this case, the cooling channels 1013 are arranged such that the end point 1015 of a cooling channel, viewed in the transport direction 1014, lies in each case behind the starting point 1016 of the next but one cooling channel, as shown in FIG Fig. 10C is illustrated by the dashed lines. As a result of this arrangement of the cooling channels 1007, the shadings caused by the cooling channels are distributed uniformly along the irradiation width 1017.

Gemäß dem soeben beschriebenen zweiten Aspekt sind die Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung des Bestrahlungsguts um einen vorgegebenen Winkel verdreht orientiert, so dass sich relativ zur Transportrichtung ein schräger Verlauf der Kühlkanäle ergibt. Bei dem zweiten Aspekt handelt es sich um eine eigenständige Maßnahme, die unabhängig von dem ersten Aspekt für sich allein implementiert werden kann.According to the second aspect just described, the cooling channels are oriented rotated relative to the transport direction of the irradiation by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the cooling channels relative to the transport direction. The second aspect is a standalone measure that can be implemented on its own, independently of the first aspect.

Entsprechend dem eingangs beschriebenen ersten Aspekt sind die Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung um einen vorgegebenen Winkel verdreht angeordnet, so dass sich ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung ergibt. Auch bei diesem ersten Aspekt handelt es sich um eine eigenständige Maßnahme, die unabhängig von dem zweiten Aspekt für sich allein implementiert werden kann.According to the first aspect described above, the Heizkathodendrähte are arranged rotated relative to the transport direction by a predetermined angle, so that there is an oblique course of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction. Also in this first aspect is an independent measure that can be implemented independently of the second aspect alone.

Es ist aber auch von Vorteil, den ersten Aspekt mit dem zweiten Aspekt zu kombinieren. Entsprechend dem ersten Aspekt sind die Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung um einen vorgegebenen ersten Winkel verdreht angeordnet, und entsprechend dem zweiten Aspekt sind die Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung des Bestrahlungsguts um einen vorgegebenen zweiten Winkel verdreht orientiert. Durch die Kombination dieser beiden Maßnahmen lässt sich eine noch weiter verbesserte Homogenität der Elektronenstrahlung entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit erzielen. Jeder der beiden Aspekte lässt sich jedoch auch einzeln einsetzen.However, it is also advantageous to combine the first aspect with the second aspect. According to the first aspect, the Heizkathodendrähte are arranged rotated relative to the transport direction by a predetermined first angle, and according to the second aspect, the cooling channels are oriented relative to the transport direction of the irradiated by a predetermined second angle. By combining these two measures, it is possible to achieve a further improved homogeneity of the electron beam along the irradiation width of the electron beam unit. Each of the two aspects, however, can also be used individually.

Claims (17)

Eine Elektronenstrahleinheit (400), die dazu ausgelegt ist, ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld zur Elektronenbestrahlung von Bestrahlungsgut (404) zu erzeugen,
wobei das Bestrahlungsgut (404) in einer vorgegebenen Transportrichtung (302) durch das Bestrahlungsfeld führbar ist,
wobei sich das Bestrahlungsfeld über eine Bestrahlungsbreite quer zur Transportrichtung (302) erstreckt,
und wobei die Elektronenstrahleinheit (400) aufweist: - eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten (301) zur Erzeugung von Elektronen, wobei die Heizkathodendrähte (301) oberhalb des Bestrahlungsguts (404) entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit (400) angeordnet sind, wobei die Heizkathodendrähte (301) parallel zueinander ausgerichtet sind, - mindestens ein Gitterelement (401, 402), das dazu vorgesehen ist, die Elektronen von den Heizkathodendrähten (301) abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, - ein Elektronenaustrittsfenster (403), aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten, dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizkathodendrähte (301) relativ zur Transportrichtung (302) um einen vorgegebenen Winkel verdreht ausgerichtet sind, wodurch sich ein schräger Verlauf der Heizkathodendrähte (301) relativ zur Transportrichtung (302) ergibt.An electron beam unit (400), which is designed to generate an areally extended irradiation field for the electron irradiation of irradiation material (404),
wherein the irradiation material (404) can be guided in a predetermined transport direction (302) through the irradiation field,
wherein the irradiation field extends across an irradiation width transverse to the transport direction (302),
and wherein the electron beam unit (400) comprises: - a plurality of Heizkathodendrähten (301) for generating electrons, wherein the Heizkathodendrähte (301) above the irradiation (404) along the irradiation width of the electron beam unit (400) are arranged, wherein the Heizkathodendrähte (301) are aligned parallel to each other, at least one grating element (401, 402), which is provided to draw off, distribute and accelerate the electrons from the heating cathode wires (301), an electron exit window (403) from which the electrons emerge after acceleration, characterized in that
the Heizkathodendrähte (301) relative to the transport direction (302) are aligned rotated by a predetermined angle, whereby an oblique course of the Heizkathodendrähte (301) relative to the transport direction (302) results. Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Heizkathodendrähte sind in einer Richtung ausgerichtet, die relativ zur Transportrichtung um den vorgegebenen Winkel verdreht ist; - die Heizkathodendrähte sind in einer Richtung ausgerichtet, die von der Transportrichtung um den vorgegebenen Winkel abweicht; - die Orientierung der Heizkathodendrähte weicht um den vorgegebenen Winkel von der Transportrichtung des Bestrahlungsguts ab. Electron beam unit according to claim 1, characterized by at least one of the following: - The Heizkathodendrähte are aligned in a direction which is rotated relative to the transport direction by the predetermined angle; the Heizkathodendrähte are aligned in a direction which deviates from the transport direction by the predetermined angle; - The orientation of the Heizkathodendrähte deviates by the predetermined angle of the transport direction of the irradiation. Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - der vorgegebene Winkel liegt im Bereich zwischen 2° und 60°; - der vorgegebene Winkel liegt im Bereich zwischen 5° und 30°. Electron beam unit according to claim 1 or claim 2, characterized by at least one of the following: - The predetermined angle is in the range between 2 ° and 60 °; - The predetermined angle is in the range between 5 ° and 30 °. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Elektronenaustrittsfensters quer zur Transportrichtung des Bestrahlungsguts orientiert ist und die Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit festlegt.Electron beam unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the width of the electron exit window is oriented transversely to the transport direction of the irradiation and determines the irradiation width of the electron beam unit. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Heizkathodendrähte sind in einer Ebene oberhalb des Bestrahlungsguts entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit aufgereiht; - die Heizkathodendrähte sind parallel nebeneinander schräg zur Transportrichtung ausgerichtet, - die Heizkathodendrähte sind entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit parallel zueinander und voneinander beabstandet aufgereiht; - die Heizkathodendrähte sind entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit beabstandet zueinander in regelmäßigen Abständen aufgereiht. Electron beam unit according to one of claims 1 to 4, characterized by at least one of the following: the Heizkathodendrähte are lined up in a plane above the irradiation along the irradiation width of the electron beam unit; the Heizkathodendrähte are aligned parallel to each other obliquely to the transport direction, the Heizkathodendrähte are lined up along the irradiation width of the electron beam unit parallel to each other and spaced apart; - The Heizkathodendrehähte are strung along the irradiation width of the electron beam unit spaced from each other at regular intervals. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahleinheit eine dem einlaufenden Bestrahlungsgut zugewandte Vorderseite und eine dem auslaufenden Bestrahlungsgut zugewandte Rückseite aufweist.Electron beam unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electron beam unit has a front facing the incoming irradiation and a facing the expiring irradiation rear side. Elektronenstrahleinheit nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Heizkathodendrähte erstrecken sich von der Vorderseite der Elektronenstrahleinheit zur Rückseite der Elektronenstrahleinheit; - die Heizkathodendrähte verlaufen parallel zueinander und relativ zur Transportrichtung schräg ausgerichtet von der Vorderseite der Elektronenstrahleinheit zur Rückseite der Elektronenstrahleinheit; - die Heizkathodendrähte sind relativ zu Vorderseite und Rückseite der Elektronenstrahleinheit nach Art eines Parallelogramms angeordnet. Electron beam unit according to claim 6, characterized by at least one of the following: the Heizkathodendrähte extend from the front of the electron beam unit to the back of the electron beam unit; the Heizkathodendrähte extend parallel to each other and relative to the transport direction obliquely aligned from the front of the electron beam unit to the back of the electron beam unit; - The Heizkathodendrähte are arranged relative to the front and back of the electron beam unit in the manner of a parallelogram. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eines von folgenden: - in Transportrichtung betrachtet ergibt sich ein schräger Verlauf von jedem der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung von links nach rechts; - in Transportrichtung betrachtet ergibt sich ein schräger Verlauf von jedem der Heizkathodendrähte relativ zur Transportrichtung von rechts nach links. Electron beam unit according to one of claims 1 to 7, characterized by one of the following: - viewed in the transport direction results in an oblique course of each of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction from left to right; - When viewed in the transport direction results in an oblique course of each of the Heizkathodendrähte relative to the transport direction from right to left. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkathodendrähte parallel nebeneinander schräg zur Transportrichtung angeordnet sind, wobei in Transportrichtung betrachtet der Endpunkt eines ersten Heizkathodendrahts vor oder hinter dem Anfangspunkt eines zweiten benachbarten Heizkathodendrahts liegt.Electron beam unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Heizkathodendrähte are arranged parallel to each other obliquely to the transport direction, viewed in the transport direction, the end point of a first Heizkathodendrahts located in front of or behind the starting point of a second adjacent Heizkathodendrahts. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Heizkathodendrähte sind parallel nebeneinander schräg zur Transportrichtung angeordnet, wobei sich in Transportrichtung betrachtet der Verlauf von benachbarten Heizkathodendrähten zum Teil überlappt; - die Heizkathodendrähte sind parallel nebeneinander schräg zur Transportrichtung angeordnet, wobei sich in Transportrichtung betrachtet ein erster Heizkathodendraht zum Teil mit einem benachbarten zweiter Heizkathodendraht überlappt; - die Heizkathodendrähte sind parallel nebeneinander schräg zur Transportrichtung angeordnet, wobei sich in Transportrichtung betrachtet ein Endabschnitt eines ersten Heizkathodendrahts mit einem Anfangsabschnitt eines benachbarten zweiten Heizkathodendrahts überlappt. Electron beam unit according to one of claims 1 to 8, characterized by at least one of the following: - The Heizkathodendrähte are arranged parallel to each other at an angle to the transport direction, wherein viewed in the transport direction, the course of adjacent Heizkathodendrähten partially overlapping; - The Heizkathodendrähte are arranged parallel to each other obliquely to the transport direction, wherein viewed in the transport direction, a first Heizkathodendraht partially overlaps with a neighboring second Heizkathodendraht; - The Heizkathodendrähte are arranged parallel to each other obliquely to the transport direction, wherein, viewed in the transport direction, an end portion of a first Heizkathodendrahts overlaps with an initial portion of an adjacent second Heizkathodendrahts. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Position entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit von mindestens einem der Heizkathodendrähte überstrichen wird.Electron beam unit according to one of claims 1 to 10, characterized in that each position is swept along the irradiation width of the electron beam unit of at least one of the Heizkathodendrähte. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Heizkathodendrähte entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit eine Dosisverteilung des Bestrahlungsfelds entsteht,
wobei sich beim Durchlaufen des Bestrahlungsfeldes die Dosisverteilung infolge der relativ zur Transportrichtung schräg ausgerichteten Heizkathodendrähte quer zur Transportrichtung seitlich verschiebt.Electron beam unit according to one of claims 1 to 11, characterized in that a dose distribution of the irradiation field is formed by the Heizkathodendrehähte along the irradiation width of the electron beam unit,
wherein, as it passes through the irradiation field, the dose distribution shifts laterally as a result of the heating cathode wires oriented obliquely relative to the transport direction, transversely to the transport direction. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - auf das Bestrahlungsgut wirkt beim Durchlaufen des Bestrahlungsfeldes infolge der relativ zur Transportrichtung schräg ausgerichteten Heizkathodendrähte eine gemittelte Dosisverteilung ein; - entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit sind die Schwankungen der infolge der schrägen Ausrichtung der Heizkathodendrähte gemittelten Dosisverteilung geringer, als dies bei in Transportrichtung ausgerichteten Heizkathodendrähten der Fall wäre. Electron beam unit according to one of claims 1 to 12, characterized by at least one of the following: - On the irradiation material acts when passing through the irradiation field as a result of the relative to the transport direction obliquely oriented Heizkathodendrähte an average dose distribution; along the irradiation width of the electron beam unit, the variations in the dose distribution averaged as a result of the oblique orientation of the heating cathode wires are smaller than would be the case for heating cathode wires aligned in the direction of transport. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Heizkathodendrähte bestehen aus Wolfram; - die Heizkathodendrähte weisen einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 mm und 1 mm auf. Electron beam unit according to one of claims 1 to 13, characterized by at least one of the following: - The Heizkathodendrähte consist of tungsten; - The Heizkathodendrähte have a diameter in the range between 0.1 mm and 1 mm. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: - die Elektronenstrahleinheit umfasst eine Transportvorrichtung, die das Bestrahlungsgut zur Bestrahlung in Transportrichtung durch das Bestrahlungsfeld transportiert; - bei dem Bestrahlungsgut handelt es sich um eine Materialbahn; - bei dem Bestrahlungsgut handelt es sich um eine Materialbahn, und die Elektronenstrahleinheit umfasst eine Transportvorrichtung, die die Materialbahn zur Bestrahlung stetig durch das Bestrahlungsfeld transportiert; - bei dem Bestrahlungsgut handelt es sich um eine Materialbahn, und die Elektronenstrahleinheit umfasst eine Transportvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Materialbahn von einer Abwicklung abzuwickeln, durch das Bestrahlungsfeld zu transportieren und einer Aufwicklung zuzuführen. Electron beam unit according to one of claims 1 to 14, characterized by at least one of the following: - The electron beam unit comprises a transport device which transports the irradiation material for irradiation in the transport direction through the irradiation field; - The irradiation material is a material web; - The irradiation material is a material web, and the electron beam unit comprises a transport device, which transports the web for irradiation steadily through the irradiation field; - The irradiation material is a material web, and the electron beam unit comprises a transport device which is adapted to unwind the web from a settlement, to transport through the irradiation field and to supply a winding. Elektronenstrahleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenaustrittsfenster eine Stützkonstruktion umfasst, wobei innerhalb der Stützkonstruktion eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kühlkanälen zur Kühlung der Stützkonstruktion verlaufen, wobei die Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung um einen weiteren vorgegebenen Winkel verdreht ausgerichtet sind, wodurch sich ein schräger Verlauf der Kühlkanäle relativ zur Transportrichtung ergibt.Electron beam unit according to one of claims 1 to 15, characterized in that the electron exit window comprises a support structure, wherein within the support structure run a plurality of mutually parallel cooling channels for cooling the support structure, wherein the cooling channels are aligned relative to the transport direction rotated by a further predetermined angle , resulting in an oblique course of the cooling channels relative to the transport direction. Verfahren zur Bestrahlung von Bestrahlungsgut (404) mit Elektronen, wobei die Bestrahlung mittels einer Elektronenstrahleinheit (400) erfolgt, die ein flächig ausgedehntes Bestrahlungsfeld erzeugt, das sich über eine Bestrahlungsbreite quer zu einer Transportrichtung (302) des Bestrahlungsguts (404) erstreckt, wobei die Elektronenstrahleinheit (400) aufweist: - eine Mehrzahl von Heizkathodendrähten (301) zur Erzeugung von Elektronen, wobei die Heizkathodendrähte (301) oberhalb des Bestrahlungsguts (404) entlang der Bestrahlungsbreite der Elektronenstrahleinheit (400) angeordnet sind, wobei die Heizkathodendrähte (301) parallel zueinander ausgerichtet sind, - mindestens ein Gitterelement (401, 402), das dazu vorgesehen ist, die Elektronen von den Heizkathodendrähten (301) abzuziehen, zu verteilen und zu beschleunigen, - ein Elektronenaustrittsfenster (403), aus dem die Elektronen nach der Beschleunigung austreten,
und wobei das Verfahren durch folgenden Schritt gekennzeichnet ist: - Transportieren des Bestrahlungsguts (404) durch das Bestrahlungsfeld, wobei die Richtung, in der die Heizkathodendrähte (301) ausgerichtet sind, um einen vorgegebenen Winkel von der Transportrichtung (302) des Bestrahlungsguts (404) abweicht. A method for irradiating irradiation material (404) with electrons, wherein the irradiation takes place by means of an electron beam unit (400) which generates a flatly extended irradiation field which extends over an irradiation width transversely to a transport direction (302) of the irradiation material (404) Electron beam unit (400) comprising: - a plurality of Heizkathodendrähten (301) for generating electrons, wherein the Heizkathodendrähte (301) above the irradiation (404) along the irradiation width of the electron beam unit (400) are arranged, wherein the Heizkathodendrähte (301) are aligned parallel to each other, at least one grating element (401, 402), which is provided to draw off, distribute and accelerate the electrons from the heating cathode wires (301), an electron exit window (403) from which the electrons emerge after acceleration,
and wherein the method is characterized by the following step: - Carrying the irradiation material (404) through the irradiation field, wherein the direction in which the Heizkathodendrähte (301) are aligned, by a predetermined angle from the transport direction (302) of the irradiation material (404) deviates.
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