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Verfahren und Vorrichtung zum Bestrahlen von Materie mit einem Elektronenstrahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen von Materie
mit einem Elektronenstrahl zur Erzeugung chemischer Umwandlungen in dieser Matene.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine schnelle Abtastung der Materie mit einem
Elektronenstrahl von hoher Energie und hoher Intensität, der zweckmäßig kontinuierlich
ist.
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Verfaihren und Vorrichtung nach der Erfindung sind zum Sterilisieren
von Lebensmitteln, Arzneimitteln und anderen Stoffen oder zur Erzielung bestimmter
chemischer Umwandlungen in dem Stoff besonders geeignet. Durch die schnelle Abtastung
des Stoffes mit einem kontinuierlichen Elektronenstrahl von hoher Energie wird die
augenblickliche Ionisationsdichte vergrößert und dadurch eine nachteilige Wirkung
auf die Eigenschaften der bestrahlten Stoffe vermieden.
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Die Erfindung schafft auch die Möglichkeit zur Regelung der Steril
i sationswirkung eines Elektronenstrahles kleinen Querschnittes und hoher Ladungsdichte
mittels der Abtastbewegung, durch die der Elektronenstrahl veranlaßt wird, schnell
zu kippen und dadurch die erforderliche Gesamtdosierung mit der maximalen, augenblicklich
auftretenden Ionisationsdichte zu liefern, aber gleichzeitig in den Lebensmitteln,
Arzneimitteln oder anderen Substanzen erwünschte Eigenarten des Geschmacks, der
Farbe, des Nährwertes und derWirksamkeit zu erhalten. Die Dosis wird in verhältnismäßig
kurzer Zeit und mit großer Intensität an einem gegebenen Punkt auf die zu sterilisierende
Substanz gestrahlt.
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Die Erhaltung der genannten Eigenschaften oder Merkmale hinsichtlich
Geschmack, Farbe, Nährwert und Wirksamkeit während der Durchführung der erforderlichen
Sterilisierung ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Das Ergebnis besteht
darin, daß durch Verwendung eines Elektronenstrahles, der eine äußerst hohe, kurzzeitige
Ionisationsdichte an jedem Teil der Substanz hervorruft. das Ausmaß der chlemischen
Umwandlungen verringert wird, die zur Veränderung der geschmacklichen, den Nährwert
betreffenden oder medizinischen Eigenschaften führen können.
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Bei der Anwendung der Erfindung wird ein beliebiger konzentrierter
Elektronenstrom hoher Energie benutzt. Obgleich in den Zeichnungen, wenn auch mehr
oder weniger schematisch, bestimmte Ausführungsformen von Teilen des Van de Graaffschen
elektrostatischen Hochspannungsgenerators dargestellt und kurz beschrieben sind,
ist die Erfindung keineswegs hinsichtlich der praktischen Durchführung auf die Anwendung
dieser Generatoren beschränkt. Das hier erläuterte Abtastverfahren, das eine sogenannte
Kippbewegung umfaßt, wird immer mit Vorteil da verwendet, wo Elektronenstrahlen
hoher Energie in
einem kleinen Querschnitt von beispielsweise 25,4 mm Durchmesser
oder weniger erhalten werden können.
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Das beschriebene Abtastverfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn
der Elektronenstrahl einen sehr geringen Querschnitt, beispielsweise einen Durchmesser
von 6,35, 3,18 mm oder weniger hat. Außerdem braucht der Elektronenstrahl, der bei
der praktischen Durchführung der Erfindung benutzt wird, nicht zeitlich ununterbrochen
verfügbar zu sein, d. h. der Strahl kann nur für jede positive Periode einer Welle
vorhanden sein, so daß das Abtastverfahren nur während solcher positiver Perioden
angewandt wird. Es wird hierbei nicht die Anwendung eines Abtastverfahrens oder
einer Abtastbewegung in Geräten erläutert, in denen ein Elektronenstrahl nur in
kurzen Impulsen verfügbar ist, die beispielsweise nur den Bruchteil einer Millisekunde
dauern.
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Die Erfindung wird am zweckmäßigsten im Rahmen einer Technik verwendet,
die mit Hochspannungsgleichstrom aus konstanten Hochspannungsgleichstromquellen
und nicht mit Impulsen oder Spannungsstößen arbeitet.
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Die Richtungsänderung des austretenden Elektronenstrahles kann in
bekannter Weise durch ein elektrostatisches oder magnetisches Feld erreicht werden,
bevor der Strahl hoher Intensität durch das Fenster der Beschleunigungsröhre austritt,
wobei jedoch beim Gegenstand der Erfindung das Fenster in der Abtastvorrichtung
des hochintensiven Elektronenstrahles
stark verlängert ist. Ein
solches Fenster bildet einen von dünner Aluminiumfolie bedeckten, schmalen Schlitz
oder wird als solcher ausgebildet, wobei für Abführung der Wärme gesorgt ist, die
durch den Durchgang des Elektronenstrahles durch das Fenster erzeugt wird. Dies
wird leichter bewirkt durch Hin-und Herbewegung des Elektronenstrahles längs des
Schlitzes, als wenn der Elektronenstrahl ununterbrochen mit der sich ergebenden
starken Erwärmung durch die kleine Fensterfläche hindurchgeht. Die Anwendung des
Abtastvorganges, bevor der Elektronenstrahl hoher Intensität durch das Fenster der
Beschleunigungsröhre aus tritt, unabhängig von der Form und dem Material des Fensters
und der Art der Beschleunigungsröhre, und die Form des unteren Endteiles der Beschleunigungsröhre
sind ebenso wie die Vorrichtung zur Abkühlung des verlängerten Fensters wesentliche
und vorteilhafte Merkmale der weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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Das Ziel bei der Sterilisierung von Lebens- und Arzneimitteln besteht
darin, bestimmte Organismen unwirksam zu machen, ohne jedoch unerwünschte Änderungen
des Geschmacks, der den Nährwert betreffenden oder der medizinischen Eigenschaften
hervorzurufen. Dies wird erfindungsgemäß am besten erreicht, wenn sich die kleinstmöglichen
ionisierenden Wirkungen aus der Anwendung der erforderlichen Sterilisierungsdosis
ergeben.
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Außerdem hat die Anwendung der Erfindung gezeigt, daß viele Änderungen
des Geschmacks, des Nährwertes oder der medizinischen Eigenschaften verhindert werden
können, wenn die Materialien und die erwähnten Substanzen der Sterillisierungswirkung
eines Elektronenstrahles extremer Intensität in Ubereinstimmung mit der Erfindung
unterworfen werden. Es werden nicht nur Änderungen des Geschmacks und der Wirksamkeit,
sondern gleichzeitig auch die Anforderungen der Bestrahlungsdosis bei wenigstens
einigen der Organismen vermindert, die in dem Material und den Substanzen vorhanden
sind, die der Sterilisierungswirkung eines Elektronenstrahles extremer Intensität
ausgesetzt sind.
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Die Erfindung ermöglicht auch die Erzielung einer erhöhten oder maximalen
Ergiebigkeit chemischer Reaktionen in einer Substanz durch die unmittelbare, ununterbrochene
Wirkung eines intensiven Strahles von Hochspannungselektronen. Auf diese Weise gelangt
die Gesamtdosierung des Elektronenstrahles in verhältnismäßig kurzer Zeit und mit
einer großen Intensität an einen gegebenen Punkt des Materials oder der Substanz,
wodurch eine vergrößerte prozentuale Ausbeute der chemischen Reaktionen mit einem
Minimum an chemischer Wirkung infolge der mit geringer Energie ioni si erten Teilchen
erhalten wird.
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Bei der Durchfiihrung dieses Verfahrens stoßen einige Hochspannungselektronen
unmittelbar mit den inneren, enger gebundenen Elektronen der Atome zusammen, zusätzlich
zu dem Bombardement der äußeren oder Valenzelektronen der Atome. Als Ergebnis eines
solchen Beschusses werden einige kreisende Elektronen der Atome aus ihren Bahnen
geschleudert, so daß solche Atome neue Kombinationen miteinander und mit benachbarten
Atomen bilden können. Beispiel weise können zwischenmolekulare Atome gegenseitig
voneinander getrennt werden, so daß sie mit anderen benachbarten Atomen wiederum
neue Moleküle bilden können.
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Es sind bereits Verfahren zum Bestrahlen von Materie mit gebündelten,
relativ zum Bestrahlungsgut bewegten Elektronenstrahlen bekanntgeworden, bei
denen
aber entweder keine schnelle Abtastung mit einem kontinuierlichen Elektronenstrahl
von hoher Energie oder aber nur eine mechanisch verschiebbare Elektronenquelle angewandt
wird.
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In einer anderen bekannten Vorrichtung wird ein feingebündelter konzentrierter
Elektronenstrahl auf einen spezifischen Teil einer lebenden organischen Zelle gerichtet.
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Ein besonderer Nachteil der genannten Verfahren und Vorrichtungen,
soweit diese nicht überhaupt auf die Lösung einer anderen Aufgabe als die Erfindung
gerichtet sind, ist das Auftreten von unerwünschten Nebenwirkungen. Auch ist eine
genaue Dosierung der Strahlung schwierig oder überhaupt nicht durchführbar. Diese
Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Außerdem wird durch das Verfahren
und die Vorrichtung nach der Erfindung die Ergiebigkeit vieler chemischer Reaktionen
erhöht, und örtlich gesteuerte Reaktionen werden ermöglicht. Auch ist die Anwendung
von Wärme unnötig, und es sind auch Bestrahlungen bei sehr niedrigen Temperaturen
möglich. Die Vermeidung von Wärme stellt einen wesentlichen Faktor für die Beseitigung
der unerwünschten Nebenwirkungen dar.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß
sie die Bestrahlung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung in industriellem Maßstab
in wirtschaftlicher und genau; kontrollierbarer Weise ermöglicht.
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Nachdem nunmehr die Aufgabe sowie die Hauptmerkmale und wesentlichen
Vorteile der Erfindung in allgemeiner Weise dargelegt wurden, werden bestimmte Ausführungsbeispiele
der Vorrichtungen beschrieben, mit denen das erwähnte Verfahren durchgeführt werden
kann. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine hauptsächlich im Längsschnitt gegebene
schematische Darstellung, welche die Lageänderung der Achse eines Elektronenstrahles
extremer Intensität veranschaulicht, nachdem dieser als angenähert paralleler Strahl
aus dem unteren Ende der Beschleunigungsröhre. einer Ausführungsform eines Van de
Graaffschen elektrostatischen Generators ausgetreten ist, der ziemlich schematisch
dargestellt ist; dabei erfolgt die Lageänderung der Achse des Strahles mit extremer
Geschwindigkeit, beispielsGveise in Form einer Schwingbewegung mit einer Frequenz
von etwa 1000 Hz unter der Wirkung von Wechselstromelektromagneten, d. h. mit einer
Abtastung, die parallel zu der Ebene der genannten elektromagnetischen Spulen auftritt,
wobei durch einen umgebenden Elektromagneten der Elektronenstrahl eingestellt oder
ihm die gewünschte Konvergenz innerhalb der Beschleunigungsröhre erteilt wird, was
unter Anwendung einer magnetischen Linse, wie dargestellt, nur bei Gleichstrom und
im allgemeinen nicht bei pulsierenden oder Impulssp annungswelienformen durchführbar
ist, Fig. 1 A einen senkrechten Schnitt der verwendeten Bauart der Van de Graaffschen
Beschleunigungsröhre, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung,
die eine entsprechende Abänderung der Achsenstellung eines Elektronenstrahles extremer
Intensität durch die Wirkung der parallelen Elektrodenplatten veranschaulicht, die
in oder angenähert in der Zeichenebene liegen und an die Wechselstromhochspannung
angelegt ist, wobei die Abtastwirkung rechtwinklig zu der ebenen Oberfläche dieser
Elektrodenplatte verläuft, Fig. 3 eine teilweise von der Seite und teilweise als
senkrechter Mittel schnitt dargestellte Ansicht einer neuen Ausführung der Van de
Graaffschen Beschleunigungsröhre,
an der aber durch Flansche oder
auf andere Weise ein in weitem Maße nach außen erweitertes unteres Ende angebracht
ist, um einen Raum zu schaffen, in dem die Abtastwirkung eines Feldes durch die
Wirkung eines Paares von Wechselstromelektromagneten auftritt, bevor der Elektronenstrom
durch das Fenster austritt, das infolgedessen in Richtung der Ahtastbewegung des
Elektronenstrahles wesentlich verlängert ist, Fig. 3 A eine schematische Einzelteilansicht
von der Seite und einen senkrechten Schnitt des unteren Teiles einer Beschleunigungsröhre
beliebiger gewünschter Bauart, die aber ein nach außen erweitertes unteres Ende
hat, das in einem länglichen, schmalen Fenster endet und Kühlvorrichtungen für ein
solches Fenster aufweist, Fig. 3 B einen unteren Grundriß des in Fig. 3 dargestellten
langen, schmalen Fensters, Fig. 3C eine schematische Darstellung bestimmter Koordinaten,
die sich auf das Gerät nach Fig. 3 beziehen, Fig. 4 eine schematische Ansicht des
unteren Endes einer Beschleunigungsröhre beliebiger Bauart, die mit einer Vorrichtung
zur Abkühlung eines Fensters nahe dessen unterem Ende versehen ist, Fig. 5 eine
teilweise als senkrechter Schnitt dargestellte Seitenansicht des unteren Endes der
in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Beschleunigungsröhre, Fig. 6 eine schematische
Ansicht zur Veranschaulichung der Abtast- oder Kippbewegung eines Elektronenstrahles
quer zu dem Förderband und der Bewegungsrichtung dieses Bandes, das die hierbei
nicht dargestellten I,ebensmittel, Arzneimittel oder anderen Materialien trägt,
Fig. 7 eine schematische Ansicht, welche die Abtast- oder Kippwirkung des Elektronenstrahles
veranschaulicht und zeigt, wie er nicht nur von einer Seite des Förderbandes zur
anderen bewegt wird, sondern auch rechtwinklig, d. h. in Richtung der Vorwärtsbewegung
des Förderbandes, durch die Wirkung zweier Gruppen rechtwinklig zueinander angeordneter
elektromagnetischer Wechselstromspulen, Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende schematische
Ansicht, die aber die Abtastbewegung darstellt, wie sie in den beiden genannten
Richtungen rechtwinklig zueinander durch die Wirkung zweier Gruppen paralleler elektrostatischer
Ablenkplatten erzeugt wird, die zwei Wechselspannungssignale von unabhängiger Frequenz
und Größe erhalten, Fig. 9 eine schematische Ansicht, welche die Verteilung der
Elektronenstrahlen darstellt, die an der Oberfläche des Erzeugnisses quer zum Querschnitt
des Elektronenstrahies gemessen wird, Fig. 10 eine schematische Darstellung, welche
die Ablenkung des Strahles längs der Bewegungsrichtung des Erzeugnisses und auch
quer dazu veranschaulicht, Fig. 11 eine schematische Darstellung, welche den geometrischen
Ort der Strahlmitte an der Oberfläche des Erzeugnisses darstellt, Fig. 12 eine schematische
Darstellung einer Kombination elektrostatischer und elektromagnetischer Ablenkfelder,
die so gerichtet sind, daß die entsprechenden Ablenkkräfte aufeinander senkrecht
stehen, und Fig. 13 eine in hohem Grade schematische Darstellung eines Methylalkoholmoleküls,
wobei die größeren Kreise die Atome, aus denen das Molekül zusammengesetzt ist,
die sehr kleinen Kreise einen Wasserstoffkern, einen Kohlenstoffkern bzw. einen
Sauerstoffkern und die Punkte atomische Elektronen
veranschaulichen; die ausgezogen
gezeichneten Pfeile stellen Bahnen bombardierender Elektronen und die gestrichelt
gezeichneten Pfeile die sich ergebenden Bahnen der getroffenen Teilchen dar.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein kleiner weggebrochener Teil einer Ausführungsform
der Beschleunigungsröhre eines efektrostatischen Van de Graaffschen Generators,
auf dessen Anwendung unsere Erfindung jedoch nicht begrenzt ist, mit der Bezugsziffer
1 bezeichnet. Dieser Generator kann einen dünnen Strahl schneller Elektronen erzeugen,
deren Energie in der Größenordnung von mehreren Millionen Volt, wie beispielsweise
von 5 oder mehr Millionen Volt, liegen kann. Eine neuere Ausführungsform der Beschleunigungsröhre
eines elektrostatischen Van de Graaffschen Generators ist in Fig. 1 A dargestellt
und wird im folgenden im einzelnen erläutert, obgleich die Wirkung, soweit es die
Erfindung betrifft, im wesentlichen dieselbe ist.
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Der schnelle Elektronenstrahl, der aus der Kathode der Beschleunigungsröhre
t emittiert, ist mit 2 bezeichnet. Die Elektronen des Strahles 2 werden durch den
Vakuumbereich der Beschleunigungsröhre 1 in einer Weise beschleunigt, die hier keine
eingehende Erklärung erfordert. In der in den Fig. 1, 1A und 2 dargestellten Konstruktion
verlaufen sie auf einer geraden Linie oder Bahn und treten durch das Fenster 3 an
dessen unterem Ende aus, nachdem sie durch den in den Fig. 1 und 2 mit 3 a bezeichneten
Einstellmagneten eingestellt oder gebündelt worden sind.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist in geeignetem Abstand
unterhalb des Fensters 3 der Beschleunigungsröhre 1 eine geeignete Tragstütze 4
vorgesehen, die unbeweglich sein kann oder die, wie in diesem Fall, eine Fördereinrichtung,
beispielsweise ein Förderband, sein kann, das mit geeigneter Geschwindigkeit in
Vorwärtsrichtung quer zur Achsenrichtung des Elektronenstrahles 2 angetrieben wird.
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Diese Bewegung ist so dargestellt, als ob sie in Fig. 1 nach links
und in Fig. 2 nach rechts verliefe, wie durch die entsprechenden Pfeile gekennzeichnet.
Obgleich die Tragstütze 4 in jedem beliebigen geeigneten Abstand unterhalb des Fensters
3 angeordnet sein kann, ist sie in den Konstruktionen nach den Fig. 1 und 2 so dargestellt,
als ob sie einen Abstand von 15 bis 40 cm davon hätte. Da aber ein Elektronenstrahl
etwas streut, während er durch Luft verläuft, kann die Länge des Luftweges soweit
wie möglich vermindert werden, so daß das Material oder Produkt fast in Berührung
mit dem Fenster 3 ist.
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Eine Streuung tritt immer in dem Fenster einer Beschleunigungsröhre
auf, durch das die Elektronen hervortreten. Es ist auch eine Streuung auf jeder
Bahn oder Gasbahn vorhanden, durch welche die Elektronen auf ihrem Wege zu dem Erzeugnis
auf dem Förderband oder auf einer anderen Unterlage verlaufen müssen, und schließlich
ist eine sehr beträchtliche Streuung im Erzeugnis selbst vorhanden. All dies ist
hauptsächlich eine elastische Kernstreuung.
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Die Streuung in einem Gas ist dem Quadrat der Ordnungszahl proportional.
Infolgedessen streuen Wasserstoff oder Helium viel weniger als Luft und würden ein
bevorzugtes Gas zwischen den noch zu beschreibenden Fenstern in Fig. 4 sein.
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Wenn die Abtastwirkung wie in der noch zu beschreibenden Fig. 3 oberhalb
des Fensters der Elektronenröhre vor sich geht, befindet sich das Erzeugnis unterhalb
und in der Nähte des Fensters, wie hier im besonderen dargestellt wird.
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Das Erzeugnis, der Stoff oder die Substanz, die sterilisiert werden
sollen, sind mit 5 bezeichnet, aber infolge des begrenzten Raumes lediglich schematisch
dargestellt.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Abtasten, Hin- und Herbewegen
oder Kippen des Elektronenstrahles 2 offenbart, die mit einer äußerst hohen Geschwindigkeit
arbeitet, beispielsweise einer Frequenz von 1000 Hz, in bestimmten Fällen sogar
mehr. Es ist eine hohe Abtastfrequenz erforderlich, damit eine gleichmäßige Bestrahlung
insbesondere in den nahe der Oberfläche des Produktes liegenden Bereichen erzielt
wird. Dieses Abtasten, Hin- und Herbewegen oder Kippen des Elektronenstrahles kann
in jeder beliebigen geeigneten oder zuverlässigen Weise geschehen, und es sind zwei
verschiedene Vorrichtungen für diesen Zweck und bestimmte Abwandlungen dazu dargestellt.
In Fig. 1 ist zu diesem Zweck die Schaffung eines Magnetfeldes gezeigt, das rechtwinklig
zur Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahles 2 gerichtet ist. Dieser veranlaßt
die Ablenkung des Elektronenstrahles 2 rechtwinklig zu seiner normalen Bahn und
zur Richtung des Magnetfeldes mit einer Schwingungsamplitude, die von der Energie
der Elektroden und der Intensität des Magnetfeldes abhängt.
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Die Ablenkung kann klein sein oder auch 50, 60 oder sogar 900 ausmachen.
Die Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Amplitude der Abtastung oder einer
ähnlichen Bewegung beschränkt. In der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion sind
zwei Wechselstrommagnetspulen oder Magneten 6,7 vorgesehen. Die Achse des Wechselstrommagnetfeldes
wird durch die Linie 8 gekennzeichnet. Das Ausmaß der Ausbreitungs-, Kipp-oder Abtastbewegung
des Elektronenstrahl es 2 ist durch zwei Linien 9, 10 dargestellt. In beiden Fig.
1 und 2 ist der Abtastwinkel mit etwa 500 gezeichnet.
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Der Elektronenstrahl 2 wird in einer zur Ebene der Magnetspulen 6,
7 parallelen Richtung abgetastet.
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Das Magnetfeld wird von einem Wechselstrom erzeugt, der durch die
Magnetspulen 6, 7 verläuft. Der Elektronenstrahl führt Schwingungen aus, d. h. es
werden ihm Abtastbewegungen um seine normale Strahl lage mit einer Frequenz gegeben,
welche die Frequenz des schwingenden Stromes ist, und mit einer Schwingungsamplitude,
die von der Stärke des magnetischen Feldes abhängt und nach Belieben geändert werden
kann. Die Lage der Magnetspulen oder Magneten 6, 7 ist lediglich schematisch dargestellt,
wobei diese die gewünschte Ablenkung des Elektronenstrahles 2 ergeben. Jeder beliebige
Grad der Winkeiverschiebung des Elektronenstrahles 2 in der Nachbarschaft des Magnetfeldes
bewirkt eine seitliche Bewegung der Mitte des Elektronenstrahles auf dem Erzeugnis
5, deren Größe, wie erwähnt, von der Stärke des Magnetfeldes sowie von dem Abstand
des auf der Tragstütze 4 befindlichen Erzeugnisses 5 von dem Magnetfeld abhängt.
Eine oder mehrere Magnetspulen können verwendet werden, um den gewünschten Zweck
zu erzielen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Beschleunigungsröhre 1, der Elektronenstrahl
2 und das Fenster 3 der Röhre, die Tragstütze 4 und das Erzeugnis 5 so dar-
gestellt
wie in Fig. 1. Der Elektronenstrahl 2 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt, derart,
daß er von einem elektrostatischen Wechselfeld rechtwinklig zur Fortpflanzungsrichtung
des Elektronenstrahles 2 abgelenkt wird. Zu diesem Zweck ist in Fig. 2 ein Paar
paralleler leitender Platten 12, 13 dargestellt, die voneinander gut isoliert sind
und denen eine hohe Wechselspannung aufgedrückt ist. Es können aber auch andere
in geeigneter Weise geformte und angeordnete Elektroden sein. Wie in dem Fall der
in Fig. 1 dargestellten elektromagnetischen Ablenkung hängt die Verschiebungsamplitude
der Elektronenstrahlmitte von der Größe der hohen Wechselspannung und von dem Abstand
des Erzeugnisses 5 von dem elektrostatischen Feld ab, und es kann in geeigneter
Weise die Vers chiebungs amplitude des Elektronenstrahlzentrums im Rahmen der Erfindung
geändert werden. Die Achse des Elektronenstrahles in Fig. 2 ist durch die Linie
2 gekennzeichnet. Das Maß der Ausbreitungs-, Kipp- oder Abtastbewegung des Elektronenstrahles
ist mit ungefähr 500 durch zwei geneigte Geraden 15, 16 dargestellt. Die Achse des
elektrischen Wechselfeldes ist durch die horizontale Linie 14 gekennzeichnet, die
sich quer über beide Platten 12 und 13 erstreckt.
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Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 zeigt die Fig. 1 schematisch die Ausbreitung
oder Streuung der Elektronenstrahlachse bei Anwendung eines magnetischen Wechselfeldes
und Fig. 2 die Ausbreitung oder Streuung des Elektronenstrahles durch die Wirkung
paralleler Platten mit diesen aufgedrückter hoher Wechselspannung.
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In Fig. 1A ist eine neue Bauart der Beschleunigungsröhre 1 der Van
de Graaffschen Ausführungsart dargestellt, die bei der Durchführung der Erfindung
verwendet werden kann und zweckmäßig verwendet wird.
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Es ist hierbei in der Fig. 1A nicht dargestellt, daß eine Anode am
unteren Röhrenende vorhanden ist. Es ist selbstverständlich, daß bei Verwendung
der in Fig. 1 A dargestellten Ausführungsform der Beschleunigungsröhre die Anode
von einem Fenster ersetzt wird, das dem Fenster 3 in den Fig. 1 und 2 entspricht.
Auch in Fig. I A kann. ein Fenster in einer länglichen, schmalen oder schlitzartigen
Ausführungsform verwendet werden, wie in anderen Figuren erläutert ist und auf die
noch im besonderen Bezug genommen wird.
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Innerhalb des Rahmens der Erfindung kann die Schwingungsfrequenz
des Elektronenstrahl es sehr großer Intensität in geeigneter Weise in Übereinstimmung
mit den besonderen Erfordernissen eines jeden Falles geändert werden. Auch kann
der Charakter der Schwingung abgeändert werden. Sie kann beispielsweise Sägezahnform
haben oder in. einer beliebig verwickelten Bahn von Kreisen, Bögen oder Zickzacklinifen
verlaufen.
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Gemäß einem Darstellungsbeispiel kann sie eine Frequenz von 60 Hz
haben, wobei 120 Kippschwingungen des hochintensiven Elektronenstrahles je Sekunde
erzeugt werden. Der Strahlenkippabstand kann in diesem Beispiel 15 cm ausmachen.
Die Bestrahlungszeit für jeden Teil des Erzeugnisses kann in folgender Weise erhalten
werden: Lineare Abtastgeschwindigkeit .................. 15.120 cm = 1,80.103 cm
. s s Zeitverbrauch durch den Strahl beim Durchqueren einer »Brennflecklänge«, wobei
angenommen wird, 1 s daß die »Brennflecklänge« gleich 1 cm ist ...... 1 . s = angenähert
112 10 s.
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1,8 102 cm
Im Hinblick auf den Begriff »Brennflecklänge«
und auf Fig. 6 der Zeichnungen (vor der genauen Beschreibung der Fig. 3 und den
anderen Figuren) wurde bei der Beschreibung der Fig. 1 und 2 auf die Tragstütze
4 als einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Bandes, Bezug genommen, das
mit geeigneter Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung quer zurAchsenrichtung des Elektronenstrahles
2 angetrieben wird.
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In Fig. 6 ist die Fördereinrichtung als ein Band 9L dargestellt,
welches das Erzeugnis in Richtung des daran angebrachten Pfeiles trägt. Die Abtast-
oder Kippwirkung wird von einer Seite zur anderen quer zu dem Band 4 bewirkt, wie
durch die darauf befindlichen Querlinien 18 angegeben. Der Elektronenstrahl von
der Beschleunigungsröhre 1 oder einer anderen verwendeten Beschleunigungsröhre schließt
die Oberfläche des zu sterilisierenden Materials in einem kleinen, mit 19 bezeichneten
Kreis ein, dessen Abmessung in Richtung der Abtastbewegung als »Brennflecklänge«
und dessen Abmessung in der Bewegungsrichtung des Bandes 4 und des darauf befindlichen
Materials als die »Brennfleckbreite« bezeichnet wird.
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Häufig werden diese beiden Abmessungen gleich sein, was aber nicht
unbedingt der Fall sein muß.
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Unter den Regriff »Brennflecl;länge« wird, wie dargestellt, die Länge
der sehr kleinen Fläche in Richtung der Abtastbewegung auf der oberen Fläche des
behandelten Erzeugnisses, Stoffes oder Materials, die in einer sehr kurzen Zeitperiode
von dem Elektronenstrahl durchdrungen wird, verstanden. Falls die »Brennflecl;länge«
nur 1/2 cm ausmacht, würde der Zeitverbrauch durch den Elektronenstrahl bei einem
60-Hz-Wechselfeld 1/4 10-Is anstatt 1/2. 1F3s in dem unmittelbar vorher gegebenen
Beispiel ausmachen. Bei Anwendung von einer Frequenz von 1000 Hz, wie sie erfindungsgemäß
benutzt werden kann, wird der Zeitverbrauch des Elektronenstrahles zur Durchquerung
einer »Brennfleclilänge« von einem Zentimeter des behandelten Erzeugnisses in der
Größenordnung von 10-4 bis 10-s sein. Wie dargestellt, kann auch eine etwas höhere
Abtastfrequenz benutzt werden.
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Bei der praktischen Durchführung der Erfindung svird eine Kippfrequenz
quer zu dem das Erzeugnis tragenden Band in einem solchen Verhältnis zu der »Brennflec!ibreite«
gezählt, daß bei Vorwärtsbewegung des Erzeugnisses jeder Teil des Erzeugnisses mit
Elektronen beliefert wird.
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Bei der Abtastung braucht es sich, wie bereits erwähnt, nicht um
einen genauen Schwingungs- oder Wech selschwingungsvorgang zu handeln. Beispielsweise
ist es möglich, daß der Elektronenstrahl nur in einer Richtung abtastet, etwa von
links nach rechts quer zu dem Band oder einer anderen Fördereinrichtung, und daß
er von einem anderen Alechanismus während der Zeit abgeschaltet wird, in der die
Ableiikvorrichtung für den Elektronenstrahl in ihren Anfangszustand zurückkebrt,
und der Elektronenstrahl kann wie erwähnt, die Substanz oder das Material in jeder
beliebigen, verwickelten Bahn überstreichen.
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Wichtige Merkmale der Erfindung sind, daß erstens die erforderliche
Gesamtdosierung mit der größten, augenblicklich auftretenden Ionisationsdichte geliefert
und zweitens diese erforderliche Dosierung nacheinander in allen Teilen des Materials
durch eine Abtastwirkung erzeugt wird.
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In Fig. 3 und in der Seitenansicht nach Fig. 5 ist bei 20 der untere
Endteil einer neuen Bauart einer Bescbl eunigungsröhre eines elektrostatischen Van
de Graaftschen Generators dargestellt. Diese Beschleunigungsröhre kann sonst der
Röhre nach den Fig. l
und 2 oder 1 A mit der Ausnahme entsprechen, daß das untere
Ende der Beschleunigungsröhre 20 als bei 21 merklich nach außen in Fig. 3 nach links
und rechts, d. h. in zwei entgegengesetzten Richtungen erweitert dargestellt ist,
so daß es in der einen Richtung einen Querschnitt stark verlängerter Längsausdehnung
hat, wie dargestellt, aber die Breite des erweiterten Teiles ungefähr dieselbe ist
wie der normale Durchmesser der Beschleunigungsröhre oberhalb des erweiterten Teiles;
er kann aber auch geringer sein. Der erweiterte Teil 21 endet an seinem äußeren,
unteren Ende in einem Fenster 22, das als langer schmaler Schlitz ausgebildet und
mit einer dünnen Aluminiumfolie bedeckt ist. Ein solches Fenster muß den atmosphärischen
Druck auf der Außenseite gegen das Vakuum auf der Innenseite abstützen. Dies wird
durch die Schmalheit des Schlitzes und die Auflage gewährleistet, die von den in
geringem Abstand voneinander befindlichen Längsseiten des Rahmens gebildet wird.
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Die Länge des Fensters 22 ist vorzugsweise so gez. ählt, daß dem
Elektronenstrahl innerhalb des erweiterten Teiles 21 eine Abtast- oder Kippbewegung
erteilt werden kann, die sich über 500 oder mehr, im Bedarfsfall bis zu 900, erstreckt.
Zu diesem Zweck werden Magnetspulen 23 und 24 in der Art der Spulen 6 und 7 der
Fig. 1 oder parallele leitende Platten entsprechend den Platten 12 und 13 in Fig.
2 oder andere geeignet ausgebildete Elektroden verwendet. Vorzugsweise werden die
magnetischen Spulen oder leitenden Platten so klein ausgebildet, daß sie in geeigneter
Weise innerhalb des erweiterten Teiles 21 angeordnet werden können. Dadurch ergibt
sich eine enge Kupplung mit dem Elektronenstrahl, und demgemäß vermindert sich die
erforderliche AblenL-kraft. Auch dient das Material der Vakuumwand auf diese Weise
als eine Abschirmung gegen äußere Streufelder.
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Doch kann, wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt, die n?agnetisdle
Rblenkung- durch Anordnung voll onMagnetspulen und/oder Eisenkernen 23 oder 24 oder
parallele leitende Platten vorgenommen werden, die sich gänzlich außerhalb der Vakuumkammer
der Beschleunigungsröhre befinden. In Fig.3C, die nur das ohere Ende des erweiterten
Teiles 21 zeigt, divergieren die drei Pfeile X, Y, Z von einem Punkt aus, um die
üblichen drei zueinander senkrechten Koordinaten darzustellen. Der Elektronenstrahl
muß durch die vorher erläuterte Vorrichtung in einer dünnen Linie längs der Achse
eingestellt und abgelenkt werden und hat eine sehr kleine Ausdehnung in Richtung
der Z-Achse.
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Der Elektronenstrahl bewegt sich längs der X-Achse uild somit quer
zur Richtung des SIagnetfeldes, das längs der Z-Achse vorgesehen ist, und der »Brennileck«
(vgl. Fig. 6) wird in Vor- und Rückwärtsrichtung längs der Achse abgelenkt.
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Es ist lediglich erforderlich, daß das magnetische Feld über einem
ausreichenden Teil der Beschleunigungsröhre vorhanden ist, d. h. jiber dem Teil,
der sich unterhalb der zylindrischen Wand befindet, die aus metallischen Elektrodenscheiben
und Isolierungen zusammengesetzt ist. Bevorzugt hestehen die Seitenwände, welche
das erweiterte untere Ende der Beschlennigungsröbre bilden, aus nichtmagnetischem
'.laierial, beispielsweise Aluminium, und die Polflächen der Eisenkern falls solche
verwendet werden, hefinden sich so dicht wie möglich an den beiden einander gegenüberliegenden
Flächen des erweiterten unteren Endes 21 der Beschleulligungsröllre 1. Um Wirbelstromverluste
in den Seitenwänden des erweiterten unteren Endteiles 21 der Beschleunigungsröhre
1
zu vermindern, kann der dem magnetischen Fluß unterworfene Querschnitt oder Teil
der Be schleunigungsröhre aus einem Kunststoff hergestellt werden, der vakuumdicht
angebracht wird. Solange der Elektronenstrahl durch das magnetische Feld verläuft,
vergrößert sich seine Ablenkung aus der ursprünglichen Richtung ständig. Nach dem
Heraustreten aus diesem Feld verläuft der Elektronenstrahl auf einer geraden Bahn,
die eine Verlängerung seiner Bahn an dem Austrittspunkt aus dem magnetischen Feld
ist. Um die gewünschte Wirkung ohne große Spulen oder Eisenkern zu erhalten, wird
vorzugsweise ein verhältnismäßig schwaches Magnetsystem verwendet, derart jedoch,
daß der Elektronenstrahl eine Weglänge innerhalb des Magnetfeldes erhält, die zur
Erzielung der erforderlichen Ablenkung ausreicht.
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Bei einer solchen Anordnung ist es ohne weiteres möglich, einen Abtastwinkel
von 50 oder sogar 90° innerhalb des erweiterten Längsteiles 21 der Beschleunigungsröhre
1 zu erreichen.
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In der gerade beschriebenen Konstruktion oder Anordnung ist das in
den Fig. 3 und 5 mit 25 bezeichnete Förderband dicht unterhalb des Fensters 22 angeordnet,
das sich an der äußeren unteren Kante dieses erweiterten Teiles 21 befindet.
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Innerhalb des erweiterten unteren Endteiles 21 der B eschleunigungsröhre
wird der Abtastvorgang bewirkt, bevor irgendeine Streuung stattfindet. Auf diese
Weise wird der Elektronenstrahl beeinflußt, solange die Elektronenoptik noch wirksam
ist. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Elektronenoptik
der Van de Graaffschen Bauart der Beschleunigungsröhre für Beschleuniger mit konstantem
Potential sehr günstig und mit der Genauigkeit des Elektronenmikroskops praktisch
vergleichbar ist.
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Wie bereits auseinandergesetzt, kann die Abtastwirkung angewandt
werden, bevor der Elektronenstrahl durch das Fenster 22 der Beschleunigungsröhre
austritt, wie in den Fig. 3, 3 B und 5 dargestellt. In einem solchen Fall muß das
Fenster 22 in Richtung der Abtastbewegung des Elektronenstrahles lang sein.
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Es ist deshalb als langer, schmaler Schlitz ausgebildet, der von einer
dünnen Aluminiumfolie bedeckt wird.
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Ein solches Fenster ist auch, wie bereits erwähnt, insofern vorteilhaft,
als es die Hitze ableitet, die beim Durchgang des Elektronenstrahles darin erzeugt
wird.
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Dies ist auf diese Weise leichter möglich, als wenn der Elektronenstrahl
ununterbrochen durch dieselbe kleine Fläche verläuft. Der Abfluß der erzeugten Wärme
kann weiterhin dadurch vergrößert werden, daß der Rahmen des Fensters 22 aus einem
Material guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird oder flüssigkeitsgekühlt ist.
Die Schmalheit des schlitzartigen Fensters 22 und die Tragstütze, die von den in
geringem Abstand voneinander verlaufenden Längsseiten des Rahmens an dem äußeren
unteren erweiterten Ende 21 der Beschleunigungsröhre 1 gebildet wird, gewährleisten,
daß das Fenster den atmosphärischen Druck auf der Außenseite gegen das Vakuum auf
der Innenseite aushält.
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Sowohl wenn das Fenster in Form eines langen Schlitzes ausgebildet
ist. wie im Zusammenhang mit den Fig.3, 3 B und 5 dargelegt, wie auch wenn es praktisch
kreisförmigen Querschnitt hat, wie es in der Konstruktion gemäß den Fig. 1, 1 A
und 2 der Fall sein kann, können zweckmäßigervveise Vorrichtungen, die eine andere
Form oder Bauart des Fensters oder Rahmens haben, verwendet werden, um das Fenster
zu kühlen, etwa durch Anblasen der atmosphärischen
Oberfläche mit einem Gasgebläse
oder mit feinen Sprühstrahlen aus flüssigem oder festem Stoff.
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In den Fig. 3 A und 4 ist eine Vorrichtung für diesen Zweck dargestellt;
Fig. 4 zeigt eine solche Vorrichtung, die an dem unteren Ende einer Beschleunigungsröhre
angebracht ist, wobei die gesamte Röhre kreisförmigen oder praktisch kreisförmigen
Querschnitt hat. Fig.3A zeigt die gleiche oder eine entsprechende Vorrichtung, die
an dem unteren erweiterten Ende einer Beschleunigungsröhre angebracht ist, die so
ausgebildet ist, wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt.
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In beiden Fig. 3 A und 4 ist der untere Endteil einer Beschleunigungsröhre
der Van de Graaffschen oder einer anderen Bauart schematisch dargestellt und mit
27 bezeichnet.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist in einem geeigneten Abstand über
dem äußeren unteren Ende der Beschleunigungsröhre 27 ein Aluminiumfenster 28 vorgesehen,
und an dem äußeren unteren Ende der Röhre 27 ist ein sehr dünnes Fenster 29, das
vorzugsweise aus dünner Aluminiumfolie besteht, vorhanden, wie für die vorher beschriebenen
Fenster 3 und 22. Der Abstand zwischen den beiden Fenstern28,29 ist bevorzugt mit
Heliumgas unter atmosphärischem Druck gefüllt. In geeigneter Weise außerhalb der
Beschleunigungsröhre 27 montiert ist eine Pumpe 31, die mit der Heliumkammer 30
auf ihrer Einlaßseite durch ein Rohr 32 und auf ihrer Auslaßseite durch ein Rohr
33 verbunden ist, das in einer eine Düse bildenden Offnung 34 endet, durch welche
das Heliumgas zwangläufig von der Pumpe 31 gegen die untere Fläche des Aluminiumfensters
28 ausgestoßen wird. Das Gas kann durch geeignete Kühlspulen oder einen Wärmeaustauscher
gekühlt werden, bevor es gegen das Fenster ausgestoßen wird.
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Die Ablenk- oder Abtastwirkung wurde hier so erläutert, als ob sie
unterhalb des unteren Endteiles mit einer Beschleunigungsröhre auftritt, und dieser
untere Endteil der Röhre wurde so dargestellt, daß er in beträchtlicher Weise überhängt,
wie bei 26, um eine Abtastamplitude von 50, 60 oder sogar 900 zu ermöglichen. Falls
der untere Endteil der Beschleunigungsröhre nicht nach außen erweitert ist, wird
die Amplitude der Abtastbewegung natürlich kleiner sein.
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\orzugsweise wird die Beschleunigungsröhre so ausgebildet, daß eine
große Amplitude der Abtastbewegung ermöglicht wird. Die Erfindung ist jedoch in
dieser Hinsicht nicht beschränkt.
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Die Abienk- oder Abtastwirkung bildet, ob sie nun dem Elektronenstrahl
innerhalb der Beschleunigungsröhre oder jenseits des äußeren Endes oder teilweise
innerhalb und teilweise jenseits des äußeren Endes der Röhre erteilt wird, ein wesentliches
Merkmal der Erfindung, wobei die Art der Abtastung geändert werden kann, wie im
vorhergehenden ausgeführt.
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Die Erfindung hat gezeigt, daß es zur Zeit im allgemeinen nicht möglich
ist, einen Kathode oder Elektronenstrahl zu erhalten, dessen Elektronendichte über
den Querschnitt des Strahles gleichmäßig ist.
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Infolgedessen werden erfindungsgemäß aufeinanderfolgende Abtastungen
vorgenommen, die übereinanderliegend zur Erzielung einer gleichmäßigen Ionisierung
ausreichen, insbesondere in den Bereichen oder Teilen des Erzeugnisses nahe dessen
Oberfläche.
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Diese tSberdeckung aufeinanderfolgender Abtastungen wird durch geeignete
Steuerung der Abtastvorrichtung unabhängig von deren Ausffihrungsform bewirkt.
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Man wird bemerken, daß bei Verwendung einer Überdeckung aufeinanderfolgender
Abtastungen das
Erzeugnis nicht durch eine im wesentlichen augenhlicksweise
Dosis von Kathodenstrahlen oder Elektronen bestrahlt wird, sondern durch eine Reihe
solcher zeitlichen Abstand aufweisenden Dosen.
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Wenn große Abtastwinkel verwendet werden, wie hier vorgeschlagen
wird, so ist die Eindringtiefe der Strahlung dem Kosinus des Abtastwinkels proportional.
Es ist infolgedessen erforderlich, daß entweder die Schichtdicke des Bestrahlungsgutes
demgemäß geändert wird, oder daß die Ablenkgeschwindigkeit des Elektronenstrahles
proportional zum I(osinus des Abtastwinkels geändert wird. Es wurde jedoch gefunden,
daß die Ionisierung bei gleichmäßiger Schichtdicke des Bestrahlungsgutes die erforderliche
Dosis in den Teilen des Bestrahlungsgutes an den Kanten des tragenden Bandes nicht
erreichen kann, falls das Verhältnis Schichtdicke des Bestrahlungsgutes Kosinus
des größten Winkels größer ist als die Eindringtiefe.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung kann entweder die Schichtdicke
des Bestrahlungsgutes oder die Ablellkgeschwindigkeit des Elektronenstrahles verändert
werden, um die mit dem Wirkungsgrad zusammenhängende Kompensation zu erhalten, wenn
große Abtastwinkel verwendet werden. Es wird jedoch ein kleiner Abtastwinkel, beispielsweise
80, auf jeder Seite der Senkrechten bevorzugt, so daß der Kosinus des maximalen
Winkels angenähert 1 ist.
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Das Bestrahlungsgut kann, wie bei 5 in den Fig. 1 und 3 dargestellt,
verpackt sein, oder es kann eine unverpackte Masse von beliebiger räumlicher Ausdehnung
und Form sein. Eine solche unverpackte Masse kann von einem laufenden Band oder
einer anderen Unterlage getragen werden wie in den Fig. 1 und 2, oder sie kann unbeweglich
sein und eine beliebige, geeignete Schichtdicke und Flächenerstreckung haben. Es
kann bevorzugt in atmosphärischer Luft dicht an dem Ausgangsfenster der Beschleunigungsröhre
oder des sonstigen Beschleunigungsgefäßes angeordnet sein, worin der Hochspannungselektronenstrahl
erzeugt und zu seiner Verwendungsstelle beschleunigt wird.
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Das erläuterte Verfahren ist dadurch vorteilhaft, daß es die erforderliche
Umwandlung in einem chemischen Verfahren mit einem Minimum an unerwünschten Nebenwirkungen
bewirkt. Auf diese Weise schafft ciie Erfindung ein Verfahren zur Vergrößerung der
gewünschten Ergiebigkeit in einem chemischen Verfahren durch Verwendung von Elektronenstrahlen
hoher Energie und Intensität, um die Substanz sehr schnell abzutasten, so daß die
augenblicklich auftretende Ionisierungsdichte erhöht wird. Die Erfindung gibt auch
die Möglichkeit zur Bestrahlung eines Materials, bei dem es erforderlich ist, eine
chemische Änderung durch ein direktes Ionisationsverfahren zu erzeugen, und bei
dem es gleichzeitig erwünscht ist, unerwünschte chemische Nebenprozesse, die von
der indirekten lonisationswirkung hervorgerufen werden, auf ein Minimum zu beschränken.
Ein solches Verfahren besteht infolgedessen in der Bestrahlung des Materials mit
einem Elektronenstrahl kleiner Querschnittsfläche und hoher Ladungsdichte und bewirkt,
daß ein solcher Elektronenstrahl schnell kippt und dadurch die erforderliche Gesamtdosierung
mit der maximalen augenblicklichen Ionisierungsdichte liefert.
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Die Abtastbewegung des Elektronenstrahles kann nicht nur auf einer
Bahn, die quer zu der Bahn der
Vorwärtsbewegung der Bandfördereinrichtutg (d. h.
quer zur Bandfördereinrichtung, wie mit Bt auf die Fig. 1, 2, 3, 5 und 6 beschriehen)
liegt, sondern auch in der Richtung der Vorwärtsbewegung dieser Bandfördereinrichtung
erfolgen (nämlich in einer Richtung rechtwinklig zu der, die als die Hauptabtastrichtung
bezeichnet werden kann). Der Zweck der Schaffung von zwei Gruppen von Abtastbewegungen
besteht darin, irgendeine erforderliche Bewegung des Elektronenstrahles in der Bewegungsrichtung
des Erzeugnisses zu erzielen, damit das Material, auf das der Elektronenstrahl einwirkt,
vollständig und wirksam abgetastet werden kann.
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In Fig. 7 sind zum Zweck der Erzielung zweier Abtastblewegungen des
Elektronenstrahles 36 rechtwinklig oder in einem beliebigen anderen Winkel zueinander
zwei Gruppen von Magnetspulen 37,38,39, 40 dargestellt, die rechtwinklig zueinander
angeordnet sind. Die Elektronenstrahlachse ist mit 41 und deren Ausbreitung oder
Streuung mit 42 bezeichnet. Die Streuung kann größer sein, als in dieser Figur angegeben.
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In Fig. 8 ist der Elektronenstrahl mit 43, die Achse dieses Strahles
mit 44 und die Streuung oder Ausbreitung des Strahles mit 45 bezeichnet. Die beiden
Gruppen paralleler Platten oder Elektroden sind mit 46, 47, 48 und 49 bezeichnet.
Auch hier kann die Streuung größer sein, als aus dieser Figur ersichtlich ist.
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Bei Verwendung von zwei Gruppen wechselweise angeordneter magnetischer
Spulen, die miteinander rechte Winkel bilden, oder zweier entsprechender Gruppen
paralleler elektrostatischer Ablenkelektroden werden zwei Wechselstromzeichen unabhängiger
Frequenz und Größe benutzt, um einen Elektronenstraht eines beliebigen gewünschten
Querschnittmusters zu erzeugen, wie beispielsweise eine Ellipse, ein Rechteck oder
eine andere geometrische Figur.
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Ein bestimmter Verschiebungsbetrag der Mittellinie des Elektronenstrahles
mit Bezug auf die Mittellinie der Beschieunigungsröhre kann durch mechanische Verschiebung
der Kathode relativ zur Beschleunigungsröhrenachse erhalten werden. Es sind jedoch
bestimmte Begrenzungen vorhanden, die von einer mechanischen Schwingung der Kathode
abhängen.
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Der anfängliche Elektronenstrahl kann nicht über den Innendurchinesser
der Beschleunigungsröhre hinaus verschoben werden. Dieses Verfahren der Streuung
oder Ausbreitung des Elektronenstrahles erscheint gegenwärtig nicht als vollständig
geeignet für solche Beschleuniger wie das Betatron oder das Synchrotron, die nicht
mit hohen Spannungen arbeiten, sondern die Elektronen durch andere Vorrichtungen
beschleunigen.
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Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung dafür liegen jedoch
innerhalb des Rahmens der Erfindung.
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Die Kathode der Beschleunigungsröhre kann in verschiedener Weise
in Schwingungen versetzt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein isolierendes, mechanisches
Gelenksystem zwischen der Kathode und dem geerdeten Ende des Elektronenbeschleunigers
angebracht, wodurch die erforderliche Schwingung erhalten werden kann. Dieses Betriebsverfahren
ist auf die Übertragung einer verhältnismäßig einfachen Bewegungsform begrenzt.
Es ist nicht für einige der verwickelteren Schwingungsvorgänge geeignet, auf die
im folgenden Bezug genommen wird. Die Kathode kann mittels einer Anordnung in Schwingungen
versetzt werden, die ihre Energie von derselben Quelle erhält wie der Kathodenheizdraht
selbst.
Es kann auch eine Ferusteuereinrichtung verwendet werden, das geeignete Schwingungsverfahren
für die besondere Art des zu sterilisierenden Erzeugrisses zu wählen.
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Die Kathode der Beschleunigungsröhre kann auf einem geeigneten Zapfen
angebracht sein. Durch irgendein geeignetes, mechanisches Gelenksystem kann die
Kathode auf ihrem Zapfen in dem beschriebenen Ausmaß zum Schwingen gebracht werden.
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Das Bestrahlungsgut auf dem Förderband oder -tisch oder einer anderen
Tragstütze, der durch den Elektronenbeschleuniger austretende Elektronenstrahl oder
die Beschleunigungsröhre selbst können verschoben werden, oder der Elektronenstrahl
und das Erzeugnis können gleichzeitig derart verschoben werden, daß der Elektronenstrahl
wirksam quer zur Oberfläche des Erzeugnisses abtastet. Die Beschleunigungsröhre
selbst kann in Schwingungen versetzt oder leicht hin- und herbewegt werden, wodurch
dieSchwingung des Elektronenstrahles infolge der Schwingung der Beschleunigungsröhre
verursacht wird, sogar dann, wenn der Elektronenstrahl selbst nicht in Schwingungen
versetzt oder auf andere Art im Hinblick auf die Beschleunigungsröhre selbst beeinflußt
wird, die in dem erwähnten Beispiel der Gegenstand ist, der in Schwingungen versetzt
oder anderweitig bewegt wird.
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Für die erwähnte Betriebsart (d. h. Schwingung oder Bewegung des
Förderbandes oder -tisches oder Schwingung oder Bewegung des Elektronenbeschleunigers
selbst oder gleichzeitige Bewegung des Förderbandes oder -tisches und des Elektronenbeschleunigers)
ist die wirksame Vorrichtung zur Hervorrufung der Schwingung oder Bewegung mit Bezug
auf die vorliegenden mechanischen Probleme ganz einfach aufgebaut.
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In der schematischen Darstellung der Fig. 9 stellt die Kurve a die
Verteilung der Elektronenstrahlung dar, die an der Oberfläche des Bestrahlungsgutes
quer über den Querschnitt des Elektronenstrahles gemessen wird. Zwischen aufeinanderfolgenden
Abtastungen oder Abtastbewegungen bewegt sich das Bestrahlungsgut um die Entfernung
d, so daß die gesamte Bestrahlung an seiner Oberfläche durch Summierung einer Reihe
von Kurven erhalten wird, die mit der Kurve( identisch und jeweils um den Abstand
d verschoben sind. Der Uberdeckungsgrad wird durch die Abtastfrequenz und durch
die Gesch-Nz indigheit des Bestrahlungsgutes bestimmt, wobei einer dieser Faktoren
oder beide verändert werden können, um einen beliebigen Gleichförmiglieitsgrad zu
erzielen. Man wird erkennen, daß ein Punkt des Bestrahlungsgutes, der dem Punkt
p der Fig. 9 entspricht, drei praktisch augenblicklich auftretende Zunahmen der
Bestrahlung aufnimmt. Die Zahl der in irgendeinem gegebenen Teil aufgenommenen Zunahmen
hängt von dem Überdeckungsgrad ab. Obgleich die Kurve ct nur beispielsweise gegeben
ist, sind aie im Hinblick auf die Fig. 9 gemachten Feststellungen auf jede praktisch
erhältliche Verteilung anwendbar. Falls der Elektronenstrahl längs der Bewegungsrichtung
des Bestrahlungsgutes ebenso wie quer zu dieser abgelenkt wird, wird die wirksame
Verteilung so vorgenommen, wie in Fig. 10 dargestellt, wobei die Kurve a' die Verteilung
der an der Oberfläche des Bestrahlungsgutes gemessenen Elektronenstrahlung darstellt.
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In Fig.11 ist das Förderband mit 50 bezeichnet und bewegt sich in
Richtung des Pfeiles. Der geometrische Ort des Strahlenmittelpunktes ist mit 51
bezeichnet.
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Die Überdeckung des Elektronenstrahles an der Oberfläche des Bestrahlungsgutes,
wenn der Elektronen-
strahl längs der Bewegungsrichtung des Bestrahlungsgutes und
auch quer dazu abgelenkt wird, wird hauptsächlich zwischen aufeinanderfolgenden
Abtastungen oder Abtastbewegungen längs der Bewegungsrichtung des Bestrahlungsgutes
auftreten, und die Zeit und die Anzahl der im wesentlichen augenblicklichen Zunahme
der an einen Punkt der Oberfläche des Bestrahlungsgutes gelieferten Bestrahlung
wird durch die Abtastfrequenz gesteuert.
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Als Vorrichtung zur Bewirkung der Ablenk- oder Abtastbewegung des
Elektronenstrahles wurde entweder a) die Schaffung eines Magnetfeldes, das durch
die Anwendung zweier Wechselstrommagnetspulen oder Magneten 6, 7 rechtwinklig zur
Fo rtpflanzungsrichtung des Elektronenstrahles gerichtet ist, oder b) die Wirkung
eines elektrostatischen Wechselfeldes beschrieben, das rechtwinklig zur Fortpflanzungsrichtung
des Elektronenstrahles liegt, wobei dies durch ein Paar paralleler leitender Platten
12, 13 bewirkt wird, denen eine hohe Wechselspannung aufgedrückt wird.
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Zur Erzielung der hier beschriebenen Abtastbewegung kann auch eine
Kombination elektrostatischer und elektromagnetischer Ablenkfeldtr verwendet werden,
die so gerichtet sind, daß die entsprechenden Ablenkkräfte zueinander senkrecht
liegen. Eine solche I(ombination ist in Fig. 12 dargestellt, in der ein Paar paralleler
leitender Platten 52, 53 und ein Paar Magnetspulen odler Magneten 54,55 dargestellt
ist.
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Die Achse des Elektronenstrahles ist mit 56, die elektrische Feldachse
mit 57, die magnetische Feldablenkkraft mit 58 und die sich ergebende Musterform
an der Elektronenstrahlachse mit 59 bezeichnet.
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Die Verwendung eines abgelenkten, kontinuierlichen Strahles von Elektronen
hoher Energie ist bei der Elektronensterilisierung besonders vorteilhaft, da beispielsweise
unerwünschte Nebenwirkungen verringert werden können. Wenn eine Substanz den ionisierenden
Strahlen unterworfen wird, werden viele Ionen geringer Energie erzeugt. Diese Ionen
würden eventuell miteinander Verbindungen bilden, können aber in der Zwischenzeit
unerwünschte Nebenwirkungen auslösen. Solche unerwünschten Nebenwirkungen werden
verringert, falls die Geschwindigkeit der Verhinduiigsbildung vergrößert wird. Falls
die lonisieruugsdichte d ist, ist die Geschwindigkeit der Verbindungsbildung proportional
d2, so daß durch Anwachsen der Ionisierungsdichte die Geschwindigkeit der Verbindungsbildung
noch mehr vergrößert wird.
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Der abtastende Strahl, der im vorhergehenden erwähnt wurde, bewirkt
diese Zunahme der Ionisierungsdichte.
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Falls die von dem zu sterilisierenden Erzeugnis aufgenommene Dosierung
nich'c durchgängig gleichmäßig ist, ist es außerdem erforderlich, daß einige Teile
des Erzeugnisses eine übermäßige Dosierung aufnehmen können, so daß alle seine Teile
die kleinste zur Sterilisierung erforderliche Dosierung erhalten.
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Die übermäßige Dosis wird irgendwelche unerwünschten Nebenwirkungen
vergrößern und auch den Wirkungsgrad des Vorganges vermindern, so daß die Betriebskosten
vergrößert werden. Der im vorhergehenden eingehender beschriebene, abgelenkte Strahl
liefert die Dosierung an das Bestrahlungsgut verhältnismäßig gleichmäßig über dessen
Oberfläche, so daß die unerwünschten Nebenwirkungen yermindert und die zusätzlichen
Unkosten, die sich aus der übermäßigen Dosierung ergeben, verringert werden.
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Zur maximalenWirksarukeit des abgelenkten Strahles muß die Bahn des
Hochspannungselektronenstrahles durch die atmosphärische Luft so kurz wie möglich
gemacht
werden, indem das zu bestrahlende Erzeugnis dicht an dem Fenster der Beschleunigungsröhre
angeordnet oder angebracht wird. Dies verringert die Streuwirkung der atmosphärischen
Luft und dient dazu, daß der Elektronenstrahl auf das Bestrahlungsgut mit kleiner
Querschnittsfläche auftrifft und aus Elektronen gleichmäßiger Energie zusammengesetzt
ist.
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Durchgängig in der Wissenschaft und Industrie ist die Hauptquelle
der Energie zur Begünstigung chemischer Reaktionen im allgemeinen die Wärme. Die
Wärme ist in der Lage, Energie durchgängig durch die reagierenden Stoffe zu liefern
und dadurch die aufleren Valenzelektronen der Atome in solchen Stoffen zu verdrängen.
Da die Atome in den Molekülen durch diese Valenzelektronen gebunden sind, sucht
deren Verdrängung die molekulare Struktur der reagierenden Stoffe zu zerstören,
so daß sie sich in die molekulare Struktur des gewünschten Reaktionsproduktes umwandeln.
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Jedoch kann die Wärme keine Energie an d e inneren, dichter gebundenen
Elektronen der Atome in so ausreichender Menge liefern, daß diese verdrängt werden.
Infolgedessen schafft die Wärme eine verhältnismäßig geringe Ergiebigkeit bei einigen
chemischen Reaktionen, und andere chemische Reaktionen können durch Wärme überhaupt
nicht hervorgerufen werden.
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Neuerdings ist die Möglichkeit der Verwendurlg verschiedener Formen
ionisierender Strahlen erforscht worden, einschließlich der Röntgenstrahlen, der
Kathoden-, Neutronen-, Alphateilchen-, Betateilchen- und Gammastrahlen. Ionisierende
Strahlungen erzeugen chemische Reaktionen durch ein Verfahren, das von dem Wärmeverfahren
gänzlich verschieden ist und Energie an die inneren, dichter gebundenen Elektronen
der Atome liefern kann, so daß viel Icräftigere chemaische Änderungen möglich sind.
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Jedoch sind nicht alle Formen der ionisierenden Strahlen für die
Förderung chemischer Reaktionen geeignet. Die Strahlung radioaktiver Stoffe ist
schwer zu steuern. Die Eindringung der Alphateilchen in den Stoff ist gering. da
sie bereits durch ein Blatt Papier aufgehalten werden. Die Gammastrahlen sind äußerst
durchdringend, so daß eine starke Abschirmung bei deren Verwendung erforderlich
ist. Betateilchen radioaktiver Quellen haben eine verhältnismäßig geringe Energie.
Außerdem werden die Betateilchen von jeder beliebigen Quelle mit veränderlicher
Energie ausgesandt, so daß eine Veränderung der Wirkungen in der bestrahlten Substanz
erzeugt werden kann, einschließ lich einiger Wirkungen, die unerwünscht sein können.
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Außerdem wird die Strahlung radioaktiver Stoffe nach allen Richtungen
ausgesandt. Infolgedessen mull die radioaktive Quelle von der zu bestrahlenden Substanz
umgeben sein, um eine solche Strahlung wirksam anwenden zu können. Diese Bedingung
zusätzlich zu der Tatsache, daß eine solche Strahlung keine gleichmäßige Energie
aufweist, macht die Bestrahlung durch radioaktive Stoffe schwer steuerbar, so daß
eine kommerzielle Anwendung eines solchen Verfahrens zur Erzeugung chemischer Reaktionen
auf Schwierigkeiten stößt. Die gewöhnlichen Verfahren zur künstlichen Erzeugung
einer ionisierenden Strahlung sind auch für kommerzielle Vorgänge ungeeignet. Die
Röntgenstrahlen und die Neutronen werden durch Beschuß eines Zieles mit einem primären
Teilchenstrahl erzeugt. Sehr wenig Energie des primären Strahles wird in die gewünschte
Strahlung umgewandelt, so daß die Erzeugung durch Röntgenstrahlen oder Neutronen
einen geringen Wirkungsgrad hat. Außerdem schaffen die Neutronen eine induzierte
Radioaktivität.
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Eine gewöhnliche elektrische Entladung durch Luft ist ebenfalls ungeeignet,
um die Ergiebigkeit einer chemischen Reaktion zu vergrößern. Trotz der Tatsache,
daß eine Hochspannungs- oder Hochfrequenzentladung eine hohe Energie als Ganzes
haben kann, kann kein einzelnes Ion oder Elektron eine ausreichende Energie in der
Luft erwerben, um die Innenelektronen des Atoms zu erreichen und loszureißen.
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In einem Elektronenstrahl, wie er in Übereinstimmung mit der Erfindung
verwendet wird, hat jedes einzelne Elektron eine hohe Geschwindigkeit. Ein schnelles
Elektron hat eine hohe Energie und kann infolgedessen in eine größere Tiefe des
Bestrahlungsgutes eindringen. Zweitens ist ein Elektron hoher Geschwindigkeit wirksamer
in seiner Einwirkung auf ein getroffenes Atom des Bestrahlungsgutes, da seine hohe
Energie es manchmal in die Lage versetzt, die das Atom umgebende Elektronenwolke
zu durchdringen, so daß die Innentelichen ebensogut wie dessen Außenteilchen erreicht
werden. Schließlich benötigt ein schnelles Elektron weniger als 10-17 Sekunden in
der wirksamen Nachbarschaft eines Atoms. Auf diese Weise können bestimmte erwünschte
chemische Änderungen durch die Strahlung in wesentlich geringerer Zeit bewirkt werden,
als es durch die Anwendung von Wärme auf die Körper erforderlich ist. Diese Wirkungen
der Elektronen hoher Geschwindigkeit können mit Elektronen niedriger Geschwindigkeit
erreicht werden, sogar dann, wenn die langsamen Elektronen ein Teil einer Hochspannungs-
oder Hochfrequenzentladung sind.
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Durch dlas Verfahren nach der Erfindung wird eine Ouelle ionisierender
Strahlen geschaffen, die in weitem .Alaße geregelt werden kann. so daß ihre kommerzielle
Verwendung möglich ist. Durch Verwendung von Hochspannungselektroden kann die Materie
durchdrungen werden, und es können zusätzlich, aber nicht ausschließlich die inneren,
enger gebundenen Elektronen der Atome erreicht werden, wodurch die Ergiebigkeit
chemischer Reaktionen im gewünschten Sinne vergrößert wird. Durch Verwendung eines
gut eingestellten, gerichteten Strahles kann die Energie auf einen beliebigen Punkt
des bestrahlten Stoffes gerichtet werden Durch \Verwendung eines kontinuierlichen
Strahles gleichmäßiger Energie wird die Wirkung der Strahl;en steuerbar. Durch Abtastung
der zu bestrahlenden Substanz mit einem hochintensiven Strahl kann die erforderliche
Dosis mit der maximalen augenblicklichen Ionisierungsdichte geliefert werden. wodurch
unerwünschte Nebenwirkungen verringert werden.
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Durch das Verfahren nach der Erfindung können in kommerziellem Rahmen
viele chemische Reaktionen mit einer vergrößerten oder maximalen Ergiebigkeit erzeugt
werden. Zum Zweck der Veranschaulichung werden nun einige der chemischen Reaktionen
aufgezählt.
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Zuerst können stark endothermische chemische Reaktionen gefördert
werden, die leicht durch gewöhnliche Mittel, wie etwa Wärme, erzeugt werden können.
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Dies ist besonders wichtig bei der Erzeugung teurer Produkte, wo nur
eine kleine Menge des Reaktionserzeugnisses erforderlich ist, dessen Herstellung
aber große Energieinengen in konzentrierter Form erfordert.
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Zweitens können viele chemische Reaktionen mittels eines Auslösemechanismus
gefördert werden, der eine I(ettenreaktion auslöst. Auf diese Weise regt eine kleine
Energiemenge, die in konzentrierter Form durch den Elektronenstrahl vorgesehen ist,
eine exothermische
chemische Reaktion an. Die Reaktion selbst
schafft dann die erforderliche Energie für das weitere Fortschreiten.
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Beispielsweise kann eine schnelle Polymerisation hervorgerufen werden.
Der bei der Schuhherstellung verwendete Kitt benötigt normalerweise ungefähr 1 Stunde
zur Härtung. Durch Elektronenbestrahlung findet die Polymerisation rasch statt,
so daß der Kitt in wenigen Minuten härtet.
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Auch können rermicltelte Moleküle einfach und schnell synthetisch
gebildet werden, sogar in Fällen, wo dies sonst nicht möglich sein würde.
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Drittens kann mit dem Verfahren nach der Erundung bewirkt werden,
daß chemische Reaktionen an Stellen stattfinden und auf diese Weise ein Reaktionserzeugnis
dort ausbilden, wo die Reaktion durch andere Verfahren nicht erzeugt werden und
das Reaktionsprodulit nicht eingeführt werden könnte.
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Beispielsweise kann ein katalytischer Stoff an bestimmte Stelle (in
situ) erzeugt werden. Falls die reagierenden Substanzen die Katalysatorquelle einschließen,
erzeugt die Elektronenbestrahlung den Katalysator gerade an der Stelle, an der er
von größtem Nutzen ist.
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Auch kann die gewiinschte chemische Umwandlung an bestimmter Stelle
(in situ) vorgenommen werden.
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Bei der Behandlung eines an Lungenentzündung leidenden Patienten
kann es erwünscht sein, ein bazillentötendes Mittel, wie etwa Wasserstoffperoxyd.
in die Lungen einzuführen, wo die Bakterien auftreten.
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Sogar eine kleine Menge Wasserstoffperoxyd würde bereits wirksam
sein; sie kann aber in der Lunge durch die bekannten Verfahren nicht erzeugt und
auch nicht in die Lunge eingeführt werden. Es kann aber durch Bestrahlung Wasserstoffperoxyd
aus dem Wasser gebildet werden, das sich in der Lunge befindet. Auf diese Weise
wird der bakterientötende Stoff direkt an der Stelle des Sitzes der Bazillen erzeugt.
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Auch können erwünschte chemische Umwandlungen in vitro hervorgerufen
werden, wobei tierisches Geliebe unter aseptischen Bedingungen am Leben erhalten
wird. Das erwünschte chemische Erzeugnis kann in dem Gewebe nicht durch Wärme hervorgerufen
werden, da diese das Gewebe selbst ebenso wie die darin befindlichen Bakterien beeinflussen
würde.
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Es kann nicht durch Öffnen des Behälters eingeführt werden, da es
schwierig sein würde, sich zu vergewisserin, ob das chemische Erzeugnis tatsächlich
in das Gewebe eintritt. Durch Bestrahlung des Gewebe. durch den Behälter kann das
chemische Produkt direkt im Gewebe erzeugt werden.
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Viertens kann eine gewünschte chemische Umwanfllung ohne Wärme erzielt
werden. Häufig kann es erwünscht sein, eine chemische Reaktion bei sehr niedriger
Temperatur hervorzurufen, um Nebenwirkungen zu verringern. Bei dem Verfahren nach
der Erfindung ist nicht nur die Amvendung- von Wärme unnötig, sondern die Substanzen
können auch bei sehr niedrigen Temperaturen bestrahlt werden.
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In Fig. 13 der Zeichnung ist eine stark schematische Darstellung
ein es Methylalkoholmofeküls gegeben. Die sechs großen Kreise veranschaulichen die
sechs Atome, aus denen das Molekül zusammengesetzt ist, nämlich vier Wasserstoffatome,
die jeweils mit H bezeichnet sind, ein mit C bezeichnetes Kohlenstoffatom und ein
mit 0 bezeichnetes Sauerstoffatom. In der Mitte innerhalb eines jeden der vier Wasserstoffatome
ist ein kleiner Kreis vorhanden, der als H-Kern bezeichnet ist und jeweils einen
Wasserstoffkern einesWasserstoffatoms charakterisiert. In der Mitte des Wohlen-
stoffatoms
befindet sich der C-Kern und in der Mitte des Sauerstoffatoms der O-IVern. An einer
Anzahl von Stellen jeden Atoms befindet sich ein Punkt, der jeweils ein atomisches
Elektron oder ein Teilchen darstellt.
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Es sind fünf ausgezogene Pfeile gezeichllet, welche die Bezugszahlen
1, 2 3, 4 bzw. 5 tragen. Jeder Pfeil veranschaulicht die Bahn eines bombardierenden
Elektrons des Hochspannungsstrahles, der an der Kathode der hier beschriebenen Beschleunigungsröhre
geschaffen wird, durch die Länge der Röhre beschleunigt wird durch das Fenster an
deren Ende austritt und unmittelbar auf die Substanz oder das Material auftrifft,
von dem ein einzelnes l>lolekül schematisch in der Fig. 13 dargestellt ist. Die
punktiert gezeichneten Pfeife veranschaulichen die sich ergebenden Bahnen der beeinflußten
atomischen Elektronen oder Teilchen.
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Der Pfeil 3 zeigt ein bombardierendes Elektron, das durch das gesamte
Molekül verläuft, ohne mit irgendeinem Teilchen zusammenzustoßen. Der Pfeil 5 kennzeichnet
die Bahn eines schnellen Elektrons durch einen Teil des Moleküls, wobei es mit einem
Valenzelektron zusammenstößt, aber nicht ausreichend genau, um dem Valenzelektron
genug Energie zur Herauslösung aus den Molekül zu erteilen. Jedoch wird dem gretroffenen
Elektron genug Energie erteilt, um eine Verschiebung seiner Lage zu bewirken und
ihm Erregungsenergie zu geben, so daß eine Änderung der molekularen Struktur hervorgerufen
wird. Der Pfeil 1 zeigt ein Valenzelektron, das getroffen und aus seinem Atom herausgeschleudert
ist. Der Pfeil 2 zeigt ein inneres Schalenelektron, das zusammengeprallt und aus
seinem Atom gelöst ist. In einigen Fällen können Elektronen aus dem Atom mit beträchtlicher
Energie herausgeschleudert werden. In solchen Fällen kaml das losgerissene Elektron
in der Lage sein, viele andere Atome auf seiner Bahn zu ionisieren. und wird dann
Deltastrahl genannt.
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Der Pfeil 4 zeigt den O-Kerll des »getroffeiien« SauerstoTatoms und
die Gestalt des Pfeiles 4 zeigt das boml>ardierende Elektron (negative Ladung
das rings um den »getroffenen« Kern (positive Ladung) verläuft. Ein solcher I(ern
kann dadurch aus seinem NIIolchül »herausgeschleudert« werden und trägt gewöhnlich
die meisten der ihn umgebenden Elektronen mit sich. Dies veranschaulicht die Tatsache,
daß ein bombardierendes Elektron in einigen Fällen rings um einen Kern in kometenähnlicher
Bahn verlaufen und den Kern aus seinem Molekül herausstoßen kann.
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Zusammenfassend kann gesagt werden. daß Elektronen hoher Geschwindigkeit
in der Lage sind, Materie zu durchdringen und in ihrem Innern viele Arten von Umwandlungen
hervorzurufen, wobei keine Wärme. sondern fundamentale atomische Mechanismen verwendet
werden, die ihrem Wesen nach grundsätzlich von der Wärme verschieden sind. Beispiele
für die Umwandlungen, die in der Materie durch Elektronen hoher Geschwindigkeit
hervorgerufen werden können, sind die Sterilisierung und die Erzeugung chemischer
Umwandlungen. Die Tatsache, daß die Elektronen hoher Geschwindigkeit beispielsweise
Sterilisierung durch einen von der Wärme grundsätzlich verschiedenen Mechanismus
hervorrufen können. ermöglicht in vielen Fällen die Sterilisierung von Stoffen,
ohne gleichzeitig in diesen unerwünschte Nebenwirkungen zu erzeugen, wie sie bei
der Anwendung von Wärme auftreten würden. Beispiele unerwünschter Nebenwirkungen
können bei Nahrungsmitteln die Änderung des Geschmacks oder des Aussehens und bei
Impfstoffen der Verlust an immunisierender Kraft seine.
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Bisher ist keine geeignete Quelle schneller Elek-.ronen verfügbar
gewesen, die in der Lage ist, die obenerwähnten Verfahren in großem industriellem
WIaßstal) durchzuführen. Die unmittelbare Bedeutung dieser N> erfahren auf eine
in großem Rahmen durchgeffihrte, industrielle Sterilisierung von Dii7ahrungsmitteln
und biologischen Stoffen ebenso wie mögliche chemische Anwendungen ergibt sich aus
den dargelegten Betri el)sversuchen mit einem elektrostatischen Beschleuniger für
3 MeV und 4 mm. Die 12-kW-Strahlungsleitung dieser Maschine wurde durch Anwendung
der Abtastung wirksam und gleichmäßig mit einer Dosis von 2000000 r (dies ist die
Menge ionisXerender Energie. die der Absorption von 83 Erg pro Gramm I,uft entspricht)
zur vollständigen Sterilisierung eines Erzeugnisses benutzt, das sich unter der
Maschine mit einem Vorschub von 1633 k,,/h auf einem ununterbrochen laufenden Förderband
vorbeil)eu egt. Die Ahtasthreite betrug etwa 37,5 cm und die Nbtastfrequenz ungefähr
200 Hz. Das Förderband wurde mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit von 9>14
m/min bewegt.
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Die dargestellte Ausführung dieses Beschleunigers bat somit den Vorteil
bei der Anwendung von riochspaniiungselektroneii zur quantitativen und regelbaren
industriellen Sterilisierung von Lebensmitteln und anderen Materialien überzeugend
veranschaulicht, und sie zeigt auch wirksam die Anwendungen auf dem Gebiet der Chemie.