FI88226C - Foerfarande foer styrning av en elektronstraole i en elektronaccelerator samt en elektronaccelerator - Google Patents

Description

Menetelmä elektronisuihkun ohjaamiseksi elektronikiihdyt- timessä ja elektronikiihdytin 1 38226

Keksinnön kohteena on menetelmä elektronisuihkun 5 ohjaamiseksi elektronikiihdyttimessä, jossa elektroniläh-teestä tulevia elektroneja johdetaan hilaikkunan läpi kiihdytystilaan ja kiihdytystilasta jäähdytysrivoilla varustetun varsinaisen ikkunan läpi ulos elektronikiihdytti-mestä, ja jossa elektroneja kiihdytetään hilaikkunan ja 10 varsinaisen ikkunan välille muodostetulla kiihdytysjännitteellä.

Edelleen keksinnön kohteena on elektronikiihdytin, jossa on elektronilähde, hilaikkuna ja jäähdytysrivoilla varustettu varsinainen ikkuna, jolloin elektronilähteestä 15 tulevia elektroneja johdetaan hilaikkunan läpi kiihdytys-tilaan ja kiihdytystilasta varsinaisen ikkunan läpi ulos elektronikiihdyttimestä ja elektroneja kiihdytetään hila-ikkunan ja varsinaisen ikkunan välille muodostetulle kiihdytys j ännitteellä.

20 Elektronikiihdyttimiä käytetään tuottamaan ener gialtaan 100-800 keV olevia elektroneja tyypillisesti elektronisuihkuna käytettäväksi eri tarkoituksiin. Tällaisia käyttöalueita ovat mm. pinnoitteiden kovettaminen po-lymerointitekniikalla, savukaasujen puhdistaminen, steri-: 25 lointi jne. Teollisuuden käyttämissä laitteissa tarvitaan yleensä tasainen elektronisuihku liikkuvan aineradan pintaan tai savukanavassa virtaavaan kaasuun, jotta riittävä ja tulokseltaan tarpeeksi tasainen vaikutus saataisiin aikaan. Käytettävät elektronisuihkun tehot ovat tyypilli-30 sesti alueella 10-100 kW. Koska elektronien muodostus tapahtuu tyhjiössä ja elektronit johdetaan kiihdyttimien tyhjiössä olevista sisätiloista ulos ohuiden noin 0,01 mm paksuudeltaan olevien ikkunoiden läpi, jää ikkunoihin varsin huomattava noin 3-15 % oleva teho elektronien tunkeu-35 tuessa niiden läpi. Edelleen ikkunat ovat tyypillisesti 2 88226 muodoltaan kapeita ja lisäksi ne ovat pitkiä useimmiten titaanista muodostettuja. Pitkien ja kapeiden ikkuna-aukkojen tarkoitus on saada aikaan se, että ulos tulevat elektronit muodostavat verhomaisen elektronisuihkun.

5 Nykyään käytössä olevissa elektronisuihkulaitteissa käytetään tyypillisesti ikkunan takana laitteen sisäpuolella kuparista jäähdytysritilää tai -rivoitusta, jota jäähdytetään sisäisesti vesijäähdytyksen avulla. Tällä tavalla ohut ikkuna, johon kehittyy suuri lämpöteho, on 10 mahdollista pitää tarpeeksi matalassa lämpötilassa. Kun elektroneja kiihdytetään yleisesti käytetyllä tekniikalla aukosta aukkoon ja aukon pohjalla on jäähdytysrivat ikkunan edessä, osuu elektroneja myös aina jäähdytysripoihin vähintään ripojen ja ikkunan pinta-alojen suhteessa ja 15 heikot kenttäviivat vielä tehostavat tätä vaikutusta, vaikka varsinaiset kiihdytysjännitteen kenttäviivat ovatkin aukon reunoilla. Jäähdytysritilöihin osuvien elektronien osuus laitteen tehosta on noin 25-35 %, mikä on koko-naistehosta varsin suuri osuus. Koska useat elektronisuih-20 kutussovellutukset kuluttavat huomattavasti energiaa, on tällainen lähes kolmasosan energiahukka hyvin merkittävä sovellutuksen kannalta ja vaatii tarpeettoman suuria ja tehokkaita jäähdytyslaitteistoja sekä lisää käyttökustannuksia merkittävästi.

25 GB-patentissa 1 179 277 on esitetty tyypillinen tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu, jossa varsinaista ikkunaa vasten on jäähdytysripoja, joihin elektronit törmäävät edellä esitetyllä tavalla. US-patentissa 4 591 756 puolestaan on esitetty, kuinka jäähdytysripojen muotoilul-30 la saadaan elektronien törmäystä vähennetyksi. Julkaisun ratkaisussa kuitenkin edelleen elektroneja osuu jäähdytys-ripoihin aiheuttaen mainittuja haittoja.

DE-hakemusjulkaisussa 30 20 809 on esitetty ratkaisu, jossa elektronit pyritään ohjaamaan jäähdytysripojen 35 väliin erilaisilla linssirakenteilla ja siten pyritään 3 88226 estämään elektronien osumista jäähdytysripoihin. Ratkaisu on varsin monimutkainen ja hankala toteuttaa varsinkin, kun useita toisistaan riippuvia osia, kuten katodi, ensimmäinen ja toinen reikälevy jne on pystyttävä mitoittamaan 5 ja sijoittamaan tarkalleen oikein. Käytännössä ratkaisun toteuttaminen on erittäin hankalaa ja kallista. Lisäksi linssirakenteet fokusoivat elektronisäteilyä ja sen seurauksena ikkunoiden keskiosa helposti ylikuumenee.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mene-10 telinä ja laitteisto, joilla vältetään edellä esitettyjä haittoja ja joilla voidaan vähentää elektronikiihdyttimen ikkunan tarvitsemaa jäähdytystehoa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että hilaikkunan ja varsinaisen ikkunan välille muodostetaan peilisymmetrinen sähkövaraus 15 hilaikkunan ja varsinaisen ikkunan välisen etäisyyden puolivälissä olevan kuvitellun symmetriatason suhteen jolloin tasainen jakautuma hilaikkunalle peilautuu tasaiseksi jakautumaksi varsinaiselle ikkunalle.

Menetelmän olennainen ajatus on, että kiihdytys-20 tilaan johtavaan ikkunaan eli hilaikkunaan on muodostettu varsinaisen ikkunan jäähdytysripoja vastaavat peilikuva-maiset vastineet, jolloin jäähdytysripojen ja niiden peilikuvien välille syntyy peilisymmetria, joka ohjaa elektronit suoraan hilaikkunasta varsinaiselle ikkunalle vas-• ; 25 taavaan paikkaan eikä elektroneja pääse osumaan jäähdytysripoihin varsinaista ikkunaa lähestyessään.

. Keksinnön mukaiselle laitteelle on ominaista, että hilaikkunan varsinaiseen ikkunaan päin suuntautuneelle . . pinnalle on asennettu sähkökentänohjäimiä, jotka ovat muo- 30 doltaan varsinaisen ikkunan jäähdytysripojen kanssa peili-symmetriset hilaikkunan ja varsinaisen ikkunan puolivälis-sä sijaitsevan kuvitellun symmetriatason suhteen.

Laitteen olennainen ajatus on, että hilaikkunan puolelle on muodostettu varsinaisen ikkunan jäähdytysri-35 poja peilikuvana vastaavat sähkökentän ohjaimet, jolloin 4 83226 jäähdytysripojen ja ohjainten välille muodostuu peilisym-metria, mikä ohjaa elektronit kulkemaan suoraan hilaikku-nalta varsinaiselle ikkunalle.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirus-5 tuksissa, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista elektronikiih-dytintä hilaikkunan pituussuunnassa poikkileikattuna ja kuvio 2 esittää keksinnön mukaista elektronikiih-dytintä hilaikkunarivin pituussuunnassa aukileikattuna.

10 Kuviossa 1 ja 2 on esitetty elektronikiihdytin, jossa on tyhjiökammion ulkoseinä 1, elektronien muodos-tuslaite 2, joka voi olla esimerkiksi kuvion esittämä pitkä putkimainen tila, jonka keskellä on pingotettu·hehku-lanka 2a. Elektronien muodostuslaitteessa muodostuneet 15 elektronit 3 ohjataan hehkulangan 2a suuntaiselle hilaik- kunalle 4, jonka läpäistyään ne joutuvat kiihdytystilaan. Hilaikkunan 4 alapuolella on sinänsä tunnettu ja sen vuoksi ei tarkemmin selitetty yleensä kuparista muodostettu tukirakenne 5, jossa on aukko elektronien läpikulkua var-20 ten. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on hilaikkunan 4 alapuolella lisäksi edullisesti tukirakenteeseen 5 kiinnitettyjä sähkökentän ohjaimia 5a, jotka jakavat hilaikkunan alla olevan yhtenäisen aukon useisiin poikittaisiin ikkuna-aukkoihin 4a, jotka voivat mennä hilaikkunan reunasta 25 toiseen joko hehkulangan suuntaisena tai siihen nähden poikittain tai suoraan tai viistosti. Sähkökentänohjäimien 5a välistä elektronit kulkevat edelleen kohti varsinaista ikkunaa 6, jonka yläpuolella on sinänsä tunnettu ja siksi ei tarkemmin selitetty yleensä kuparista valmistettu tuki-30 rakenne 7, jossa on jäähdytysripoja 7a. Jäähdytysrivat 7a ja sähkökentänohjaimet 5a ovat muodoltaan hilaikkunan 4 ja varsinaisen ikkunan 6 välien etäisyyden puolivälissä olevan kuvitellun tason S suhteen keskenään peilikuvia, jolloin niiden välille muodostuu peilisymmetrian avulla säh-35 kökenttä 8. Elektronien tullessa hilaikkunan läpi vierek- 5 88226 käisten sähkökentänohjainten 5a väliin, tulevat elektronit varsinaiselle ikkunalle täsmälleen peilikuvamaisesti samoin, kuin ne tulivat hilaikkunasta eli tulevien ja lähtevien elektronien radat ovat sähkökentänohjainten 5a ja 5 jäähdytysripojen 8 tavoin keskenään peilikuvamaiset. Vaik ka hilaikkunat ja vastaavasti varsinaiset ikkunat ovat käytännön syistä usein vinottain eli jäähdytysrivät joudutaan samoin asettamaan vinosti poikittain ikkunan yli, ei asialla ole mitään merkitystä, kunhan sähkökentänohjaimet 10 5a ovat hilaikkunan 4 ja varsinaisen ikkunan 6 välisen tason S suhteen peilisymmetrisesti jäähdytysripojen 7a kanssa.

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä millään tavalla 15 ole rajoitettu siihen. Keksintöä voidaan soveltaa kaikenlaisilla elektronien muodostuslaitteilla varustetuissa elektronikiihdyttimissä, jolloin elektronimuodostimena voi olla matalajännitteinen elektronitykki, josta elektronit saadaan leveänä suihkuna hilaikkunalle tai jossa hilaikku-20 nan pintaa pyyhkäistään jatkuvasti edestakaisin kapealla elektronisuihkulla. Jäähdytysrivat ja sähkökentän ohjaimet voivat olla olennaisesti minkä muotoisia tahansa, kunhan ne muodostavat hilaikkunan ja varsinaisen ikkunan välissä olevan ikkunoiden suuntaisen tahon suhteen peilisymmetri-.· 25 sen kuvan toistensa suhteen. Jäähdytysripojen korkeutta c ja sähkökentän ohjainten korkeutta a ja niiden välistä etäisyyttä b sopivasti mitoittamalla saadaan kenttäviivat kulkemaan hilaikkunoiden välissä olennaisesti suoraan, jolloin ne eivät toimi linsseinä eivätkä fokusoi tai hajo-30 ta elektronisuihkua ennen sen iskeytymistä varsinaisen ikkunan pintaan.

Claims (5)

6 88226

1. Menetelmä elektronisuihkun ohjaamiseksi elektro-nikiihdyttimessä, jossa elektronilähteestä (2) tulevia 5 elektroneja (3) johdetaan hilaikkunan (4) läpi kiihdytys-tilaan ja kiihdytystilasta jäähdytysrivoilla (7a) varustetun varsinaisen ikkunan (6) läpi ulos elektronikiihdytti-mestä, ja jossa elektroneja (3) kiihdytetään hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) välille muodostetulla kiih-10 dytysjännitteellä, tunnettu siitä, että hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) välille muodostetaan peilisymmetrinen sähkövaraus hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) välisen etäisyyden puolivälissä olevan kuvitellun symmetriatason (S) suhteen jolloin tasainen ja-15 kautuma hilaikkunalle peilautuu tasaiseksi jakautumaksi varsinaiselle ikkunalle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peilisymmetrinen sähkövaraus muodostetaan asettamalla hilaikkunan (4) varsinaiseen ikku- 20 naan (6) päin suuntautuneelle pinnalle sähkökentänohjäimiä (5a), jotka ovat muodoltaan symmetriatason (S) suhteen varsinaisen ikkunan (6) jäähdytysripojen (7a) kanssa peili symmetriset.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n-25 n e t t u siitä, että sähkökentänohjainten (5a) ja jäähdytysripojen (7a) korkeus (a, c) ja niiden välinen etäisyys (s) asetetaan siten, että elektronien liike hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) välillä on olennaisesti suoraviivaista ja saman suuntaista.

4. Elektronikiihdytin, jossa on elektronilähde (2), hilaikkuna (4) ja jäähdytysrivoilla (7a) varustettu varsinainen ikkuna (6), jolloin elektronilähteestä (2) tulevia elektroneja (3) johdetaan hilaikkunan (4) läpi kiihdytys-tilaan ja kiihdytystilasta varsinaisen ikkunan (6) läpi 35 ulos elektronikiihdyttimestä ja elektroneja (3) kiihdyte- 7 88226 tään hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) välille muodostetulle kiihdytysjännitteellä, tunnettu siitä, että hilaikkunan (4) varsinaiseen ikkunaan (6) päin suuntautuneelle pinnalle on asennettu sähkökentänohjäimiä , 5 (5a), jotka ovat muodoltaan varsinaisen ikkunan (6) jääh- dytysripojen (7a) kanssa peilisymmetriset hilaikkunan (4) ja varsinaisen ikkunan (6) puolivälissä sijaitsevan kuvitellun symmetriatason (S) suhteen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elektronikiihdy-10 tin, tunnettu siitä, että jäähdytysrivat (7a) ja sähkökentänohjaimet (5a) on muodostettu kulkemaan vinottain varsinaisen ikkunan (6) ja vastaavasti hilaikkunan (4 ) suhteen. 8 88226