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Es sind Vorrichtungen zur Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronen
bekannt, bestehend aus einem unter Hochvakuum stehenden Elektronenstrahlerzeugungssystem,
aus dem die Elektronen durch ein Strahlaustrittsfenster austreten, einem unter höherem
Druck als das Strahlerzeugungssystem stehenden Raum, in dem die zu bestrahlende
Substanz angeordnet ist, und einer die Elektronen streuenden Substanz zwischen dem
genannten Strahlaustrittsfenster und der zu bestrahlenden Substanz. Nach bekannten
Vorschlägen besteht die die Elektronen streuende Substanz zwischen dem Strahlaustrittsfenster
und der zu bestrahlenden Substanz aus z. B. Gold oder Blei bzw. Stoffen mit höheren
atomischen Ordnungszahlen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Streuung des Strahles
unter geringstem Verlust an Strahlenenergie zu bewirken. Zu diesem Zweck ist zwischen
dem Strahlaustrittsfenster und der zu bestrahlenden Substanz ein zweites Strahlaustrittsfenster
quer zur Längsachse des Elekronenstrahlbündels angeordnet, das mit dem erstgenannten
Strahlaustrittsfenster einen Raum einschließt, der mit einer gasförmigen Substanz
gefüllt ist, deren mittlere Dichte unter derjenigen von Luft bei atmosphärischem
Druck liegt und welches eine größere Fläche besitzt als das erstere Strahlaustrittsfenster.
Durch diese Art der Streuung des Elektronenstrahles erfolgt die Streuung unter geringstem
Verlust an Strahlenenergie.
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In spezieller Ausführung können beide Strahlaustrittsfenster aus Metall
bestehen. Es kann aber auch das erste Strahlaustrittsfenster aus Metall und das
zweite Fenster aus einem organischen Polymer bestehen. Weiterhin kann das zweite
Strahlaustrittsfenster aus einem Blattmaterial bestehen, welches keinen höheren
Widerstand besitzt als das Metallfenster.
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Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlaustrittsfenster
beträgt etwa über 50 mm. Die gasförmige Substanz in dem Raum zwischen den beiden
Strahlaustrittsfenstern kann z. B. aus Helium bestehen. Es kann aber auch als gasförmige
Substanz Wasserstoff Verwendung finden. Die gasförmige Substanz kann auch ein Gas
sein, welches schwerer ist als Luft unter gleichem Druck. Sie kann z. B. Kohlendioxyd
sein.
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Die Strahlung kann zum Trocknen von Anstrich-oder Überzugsmaterialien,
z. B. Farben, Lacke u. dgl., dienen oder auch bei einer Vielzahl von Verfahren der
Strahlungschemie, der Sterilisierung, Konservierung usw. Mit der vorliegenden Vorrichtung
läßt sich die Durchlaufgeschwindigkeit der zu bestrahlenden Gegenstände durch die
Strahlen steigern, ohne daß die Energieübertragung aus der Bestrahlungseinrichtung
wesentlich gesteigert werden muß. Der Wirkungsgrad der Energieausnutzung ist so
hoch wie möglich.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g.1 eine teilweise schematische Darstellung
einer Elektronenbestrahlungsvorrichtung, F i g. 2 eine graphische Darstellung der
Strahlenverteilung mit und ohne Benutzung einer Streusubstanz. Die F i g.1 der Zeichnung
zeigt das untere Ende einer Beschleunigerröhre 11 für Elektronen, bestehend aus
einem Hauptgehäuse 13, welches eine Kathodenvorrichtung 15 enthält. Die Kathodenvorrichtung
15 besitzt ein Kathodengehäuse 17 mit einer länglichen Öffnung 19, die über
den größten Teil der Unterseite reicht. In dem Gehäuse 17 sitzen zwei Sammelschienen
21 und 23, zwischen denen eine Anzahl Wolframdrahtfäden 25 in elektrischer Verbindung
gespannt sind, die als Kathoden dienen. Die Öffnung 19 besitzt Abmessungen und eine
Gestaltung, so daß sie eine Schicht von Elektronen, die aus den Fäden 25 heraustreten,
auf die erste Fensterfläche richtet. Bei Ausführungen, bei denen ein Taststrahl
verwendet wird, wird ein sich änderndes magnetisches Feld verwendet, um den Elektronenstrahl
auszurichten, so daß die gewünschte Elektronenverteilung an der Fensterfläche erreicht
wird. Mit den Sammelschienen 21 und 23 stehen Leiter 27 und 29 in elektrischer
Verbindung, die im Betrieb elektrisch mit dem negativen Ende einer Gleichstromquelle,
die nicht dargestellt ist, verbunden sind und die von dem Gehäuse 13 und dem Gehäuse
17 isoliert sind. Der Strom, der an die negativen Enden 27 und 29 geliefert wird,
wird durch übliche elektrische Einrichtungen gesteuert, so daß eine leichte Potentialdifferenz,
z. B. 5 Volt, zwischen den negativen Enden 27 und 29 aufrechterhalten wird, damit
ein Strom durch die Fäden 25 fließt.
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Eine Leitung 31 bildet das positive Ende, welches in elektrischer
Verbindung mit dem Gehäuse 13 und mit Masse steht.
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Am unteren Ende des Gehäuses 13 ist durch geeignete Haltemittel, z.
B. Bolzen, Klammern, Schrauben usw., ein Fensterhalter 35 befestigt, der ein das
Fenster bildendes Blech 33 trägt. Dieses Blech ist ein dünnes Metallblech aus Aluminium,
Lizium, Titan, Beryllium, einer Legierung, z. B. Aluminium und Kupfer, Aluminium
und Beryllium, Magnesium und Thorium, rostfreiem Stahl usw. Der Fensterhalter 35
besitzt eine mittlere Öffnung 37, die das Beschleunigungsfenster umrahmt und bildet.
Das das Fenster bildende Blech 33 steht in elektrischer Verbindung mit dem Gehäuse
13. Der Fensterhalter 35, das Blech 33 und das Gehäuse 13 sind aneinander befestigt,
wie beschrieben, indem, wenn notwendig, geeignete Dichtungsmittel, z. B. Dichtungen,
Dichtungsringe usw., verwendet werden, so daß eine vakuumdichte Abdichtung am unteren
Ende des Gehäuses 13 erzielt wird. Das Gehäuse 13, das Blech 33 und der Fensterhalter
35 bilden eine Emissionskammer 39. Die Emissionskammer 39 ist im wesentlichen gasdicht
und zur Elektronenübertragung durch eine übliche Leitung mit Pumpeinrichtungen,
die nicht dargestellt sind, von Gas evakuiert, und zwar auf einen Luftdruck von
etwa 10-5 mm Hg. Das metallische Elektronenfenster, durch welches die hochenergetischen
Elektronen aus der Beschleunigungsröhre austreten, ist so dünn wie möglich, so daß
die Elektronen mit minimalem Energieverlust hindurchtreten können. Andererseits
aber muß das Fenster eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen, um der Druckdifferenz
von etwa 1 Atmosphäre Widerstand zu leisten, da seine Innenseite der evakuierten
Emissionskammer 39 ausgesetzt ist, während seine Außenseite einem Druck von etwa
1 Atmosphäre ausgesetzt ist.
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Unter dem Fensterhalter 35 sitzt eine Gas enthaltende Streuvorrichtung
41, bestehend aus einem sich erweiternden, kegelförmigen Gehäuse 43, einem
ein Fenster bildenden Blech 45 und einem Fensterhalter 47. Der Fensterhalter 47
ist mit einer mittleren öffnung 49 versehen, die ein zweites bzw. die Elektroneu
abgebendes
Fenster umrahmt und bildet. Das Gehäuse 43 ist an dem Gehäuse 13 und dem Fensterhalter
35 durch geeignete Haltemittel und/oder Abdichtmittel befestigt, so daß eine vakuumdichte
Abdichtung gegenüber dem Fensterhalter 35 und/oder dem Gehäuse 13 gegeben ist. Der
Fensterhalter 47 besitzt einen nach außen weisenden Flansch 51. Das das Fenster
bildende Blech 45 besteht vorzugsweise aus dünnem Metallblech, dessen Zusammensetzung
die gleiche oder eine andere ist als die Zusammensetzung des das Fenster 33 bildenden
Bleches, oder es kann auch aus einem dünnen Blatt organischen, polymerischen Materials
bestehen. Diese Metallfenster werden vorzugsweise verwendet in der Hauptsache wegen
ihrer großen Lebensdauer im Betrieb. Wenn ein Elektronenstrahl durch ein festes
Blechmaterial hindurchtritt, so ergibt sich unvermeidbar eine Umorientierung des
Elektronenmusters. Dieser Umorientierungseffekt differiert sowohl mit der Stärke
als auch mit der Zusammensetzung des das Fenster bildenden Blechmaterials. Das Fenster
einer Elektronen abgebenden Kammer und seine Lage mit Bezug auf die zu bestrahlende
Substanz können so angeordnet werden, daß der Wirkungsgrad eines gegebenen Bestrahlungsverfahrens
maximal wird. Das das Fenster bildende Blech 45 und der Fensterhalter
47 sind an dem Flansch 51 des Gehäuses 43 durch geeignete Befestigungsmittel
und/oder Dichtungsmittel befestigt, so daß die untere und größere Öffnung in dem
Gehäuse 43 geschlossen wird und eine vakuumdichte Abdichtung erreicht. Das Gehäuse
43, das das Fenster bildende Blech 33, der Fensterhalter 35, das das Fenster bildende
Blech 45 und der Fensterhalter 47
bilden eine Streukammer 53 für Elektronen.
An den Seiten des Gehäuses 43 ist eine Einlaßleitung 55 und eine Ausiaßleitung 57
vorgesehen. Die Kammer 53 kann durch eine Pumpvorrichtung evakuiert werden, die
gewünschte Gasmenge eingelassen und die Leitungen 55 und 57 verschlossen werden,
oder es kann ein kontinuierlicher Gasstrom durch die Einlaßleitung 55, die Kammer
53 und die Auslaßleitung 57 so reguliert werden, daß der gewünschte Gasdruck in
der Kammer 53 aufrechterhalten wird.
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Die F i g. 1 zeigt außerdem ein Förderband 61 sowie ein Furnierblatt
63, welches durch den angegebenen Elektronenstrahl hindurchtritt.
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Die Vorteile der beschriebenen Erfindung ergeben sich insbesondere
aus den folgenden Beispielen: Beispiel 1 Ein mit Silikon modifizierter Polyester,
ein Harz zur Farbenbindung, wird in der folgenden Weise aufbereitet: In ein Reaktionsgefäß
werden die folgenden Materialien gegeben: Neopentyl-Glycol . . . . . . . . 1250
g Polysiloxan . . . . . . . . . . . . . . 625 g Xylol . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 200 ml Das verwendete Polysiloxan war ein handelsübliches hydroxyl-funktionelles,
zyklisches Polysiloxan mit folgenden Eigenschaften: Hydroxylgehalt kondensierbar
................ 5,5°/o Frei .................... 0,5% Mittleres Molekulargewicht
1600 Verbindungsgewicht ...... 400 Brechungszahl . . . . . . . . . . . 1,531
bis 1,539 Erweichungspunkt, Durran's Quecksilbermethode . . . . . . . . . . . .
. . 930 C Bei 60 % Feststoffen in Xylol Spezifisches Gewicht bei
250 C ....... ......... 1,075 Viskosität bei 251 C ...... 33
cP Der Inhalt wird auf 160 bis 180' C erhitzt und bei dieser Temperatur etwa
2 Stunden gehalten.
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Alsdann bei etwa 180' C werden dem Inhalt 245 g Malein-Anhydrid,
967 g tetrahydrophthalisches Anhydrid und etwa 3,05 g Dibutyl-Zinnoxyd zugesetzt,
und die Temperatur wird 1 Stunde lang bei 180' C gehalten.
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Alsdann wird die Temperatur auf etwa 2151 C gesteigert, und
das Xylol wird durch CO., weggenommen. Diese Temperatur wird aufrechterhalten, bis
die Säurezahl des sich ergebenden Harzes etwa 25 beträgt. Ein Vakuum wird bis etwa
5 bis 10 mm Hg gezogen. Ist die Säurezahl geringer als etwa 10, so werden etwa 0,58
g Hydrochinon hinzugegeben.
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Der Inhalt wird auf etwa 80 bis 901 C abgekühlt, und es werden
725 g Styrol hinzugegeben.
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Dieses Bindemittel wird auf Metallbleche gesprüht, und zwar in einer
mittleren Dicke von etwa 0,0018 bis 0,0025 cm und unter den nachfolgend beschriebenen
Bedingungen bestrahlt mit und ohne Verwendung einer mit Helium gefüllten (1 Atmosphäre)
Elektronenstreukammer.
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Die Versuche wurden mit einem Elektronenbeschleuniger ausgeführt,
der mit 170 kV arbeitet. Der innere Druck der von Gas evakuierten Emissionskammer
liegt im Bereich von etwa 2,5 - 10-5 bis etwa 5 - 10-5 mm Hg. Das Beschleunigerfenster
besteht aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung von 0,025 mm Stärke, enthaltend 4,5%
Kupfer, 1,5% Magnesium, 0,6% Mangan, Rest Aluminium. Die Gestalt des Fensters ist
rechteckig, und die Fläche beträgt etwa 25 - 300 mm2. Ein zweites Fenster ist 150
mm von dem Beschleunigerfenster entfernt. Es besteht aus einem Blech aus Aluminium
von etwa 0,025 mm Stärke. Dieses Fenster mißt etwa 275 - 520 mm2. Das äußere Fenster
der Elektronenstreuvorrichtung ist bei jedem Versuch etwa 50 mm von dem Werkstück
entfernt. Das Werkstück liegt in Luft. Die weiteren Bedingungen und das Trocknungsresultat
ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle.
| Tabelle 1 |
| Gesamt- Durch- |
| Strom lauf- Dosis |
| in geschwin- in @ockwell- |
| Milli- digkeit Megarad Härte |
| ampere cm/sec |
| Ohne Helium- |
| kammer ... 16,0 5,8 18,4 17 |
| Mit Helium- |
| kammer ... 15,5 6,6 15,5 34 |
Beispiel 2 Es wurden Studien über den Dosisverlauf mit und ohne die mit Helium gefüllte
Kammer unter gleichen Bedingungen wie beim Beispiel 1 angestellt, mit der Ausnahme,
daß das Werkstück feststeht. Die Ergebnispunkte
wurden bestimmt,
indem dem Strahl ein strahlenempfindliches blattartiges Material ausgesetzt wurde
(Zellglas), dessen Lichtdurchlässigkeit mit der Strahlungsdosis sich ändert. Dieses
Material wird der Strahlung ausgesetzt, bis eine meßbare Änderung im Bereichvonhoherund
niedrigerEnergieabsorbtion entsteht. Diese Änderungen werden durch Spektrophotometer
bestimmt und die erreichten Daten normalisiert, so daß ein Zusammenfallen der Spitzenintensitäten
erreicht wird. Die Ergebnisse dieser Studien sind graphisch in der F i g. 2 der
Zeichnung dargestellt.
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Beispiel 3 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung wie
in dem Beispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß Helium enthaltende Elektronenstreukammern
mit Tiefen von 10, 20, 25 und 30 cm verwendet würden.
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Beispiel 4 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung wie
nach Beispiel l betrieben, mit der Ausnahme, daß die Elektronenstreukammer evakuiert
war und alsdann mit Helium gefüllt, und zwar auf einen Druck von etwa 0,5 Atmosphären,
um die Beanspruchung des Beschleunigerfensters zu verringern, die sich aus dem Druckunterschied
des evakuierten Zustandes der Emissionskammer ergab, wobei das Elektronenaustrittsfenster
durch welches der Strahl aus der Elektronenstreukammer austritt, innerlich an einer
Anzahl Stellen im Inneren seines Umfanges unterstützt war.
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Beispiel 5 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung wie
im Beispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß die Elektronenstreukammer evakuiert
war und alsdann mit Helium bis auf einen Druck von etwa 1,5 Atmosphären gefüllt,
wobei das Elektronenfenster, durch welches der Strahl aus der Elektronenstreukammer
austritt, äußerlich an einer Anzahl Stellen in seinem Umfang unterstützt war.
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Beispiel 6 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung nach
Beispiel l betrieben, mit der Ausnahme, daß Wasserstoff an Stelle von Helium in
der Elektronenstreukammer verwendet wurde.
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Beispiel ? Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung nach
Beispiel 1 betrieben, mit der Ausnahme, daß die Elektronenstreukammer evakuiert
und abgedichtet war, wobei das Elektronenfenster, aus dem der Strahl aus der -Elektronenstreukammer
austrat, innerhalb der Kammer an einer Anzahl Stellen innerhalb des Umfanges mit
einem Metallgitter abgestützt war.
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Beispiel 8 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung nach
Beispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, daß das Fenster der Elektronenstreukammer
aus einem Blatt aus organischem Polymer bestand, nämlich einem Kopolymer von Äthylen-Glycol
und Terephthalsäure von etwa 0,0175 mm Dicke. Beispiel 9 Es wurde eine Elektronenstrahlerzeugungsvorrichtung
nach Beispiel l betrieben, mit der Ausnahme, daß die Elektronenstreukammer evakuiert
war und alsdann mit Kohlendioxyd unter einem Druck von etwa 0,1 Atmosphären gefüllt
war. Das Elektronenfenster, durch welches der Strahl aus der Elektronenstreukammer
austrat, war innerhalb der Kammer an einer Anzahl Stellen innerhalb des Umfanges
unterstützt.
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Der Ausdruck »Elektronenfenster«, wie er hier gebraucht wird, bezieht
sich auf ein blattartiges Material, durch welches hochenergetische Elektronen ohne
übermäßige Energieverluste eintreten können. In keinem Falle bezieht sich dieser
Andruck-auf eine offene Öffnung. Hochenergetische Elektronen, die aus einem Metallfenster
in Luft austreten, unterstützen die Bildung von Ozon und Oxyden von Stickstoff,
die das Fenstermaterial chemisch angreifen können und die Lebensdauer des Fensters
verkürzen. Die umschlossene Kammer zur Streuung von Elektronen dient dem weiteren
Zweck des Schutzes des metallischen Austrittsfensters, das das Elektronenstrahlerzeugungssystem
abschließt, gegen chemischem Angriff. Dieser Schutz ist z. B. vorhanden, wenn die
Kammer mit einem inerten Gas, wie z. B. Helium, gefüllt ist. Dieses Fenster ist
empfindlicher gegen ein Versagen durch Korrosionsschwächung, als es das Fenster
ist, durch welches der Strahl die Elektronenstreukammer verläßt, besonders bei Ausführungsformen,
bei denen das erstere einem größeren Druckunterschied ausgesetzt ist. Bei allen
Ausführungsformen ist der Elektronenstrahl auf eine geringere Fläche konzentriert,
wenn er durch das erste Fenster tritt. Wird die Elektronenstreukammer mit atmosphärischem
Druck betrieben, so kann das Fenster, durch welches die Elektronen aus dieser Kammer
austreten, leichter ersetzt werden, als das Fenster zur evakuierten Zone der Elektronenstrahlerzeugung
ausgewechselt werden kann.