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Dokumentenidentifikation DE68905417T2 24.06.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0360655
Titel Vorrichtung zur beidseitigen Bestrahlung eines Produktes.
Anmelder C.G.R.-MeV, Buc, FR
Erfinder Vassenaix, Michel CABINET BALLOT-SCHMIT;
Milcamps, Jacques CABINET BALLOT-SCHMIT, F-75116 Paris, FR
Vertreter Prinz, E., Dipl.-Ing.; Leiser, G., Dipl.-Ing.; Schwepfinger, K., Dipl.-Ing.; Bunke, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Degwert, H., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Aktenzeichen 68905417
Vertragsstaaten CH, DE, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 07.09.1989
EP-Aktenzeichen 894024421
EP-Offenlegungsdatum 28.03.1990
EP date of grant 17.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.06.1993
IPC-Hauptklasse G21K 5/04

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, die die zweiseitige Bestrahlung eines Produkts mittels eines Beschleunigers für geladene Teilchen ermöglichen.

Um eine verbesserte Konservierung von Lebensmitteln über eine lange Dauer zu erreichen, ist bekannt, diese einer ionisierenden Strahlung auszusetzen. Hierfür werden die Lebensmittel vor eine Strahlungsquelle geschoben, deren Teilchen die Lebensmittel auf einer Seite treffen. Eine solche Bearbeitung auf nur einer Produktseite ist nicht ausreichend, wenn die Produkte in Form von inehr oder weniger dicken Paketen vorliegen. Eine zweiseitige Bearbeitung kann durch zwei aufeinanderfolgende Durchläufe der Pakete nach ihrer Drehung ausgeführt werden. Eine solche Drehung ist nicht möglich, wenn die Produkte lose oder flüssig sind. Daher muß man in diesem Fall zwei Strahlungsguellen benutzen, die auf beiden Seiten der Produktdurchlauf-Vorrichtung so angeordnet sind, daß gleichzeitig beide Produktseiten bestrahlt werden.

Für eine doppelseitige Bestrahlung hat die Anmelderin in dem französischen Patent 2396392 eine Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines zwei gegenüberliegende Seiten aufweisenden Objektes beschrieben, die einen Beschleuniger für geladene Teilchen, z.B. Elektronen, aufweist, dein ein Hochfrequenzgenerator zugeordnet ist, so daß hochfrequente Impulse von geladenen Teilchen geliefert werden. Das Bündel geladener Teilchen wird einer hornförmigen Abtastkammer zugeführt, wo es am Eingang einem variablen Magnetfeld ausgesetzt ist, um das Bündel beiderseits der Symmetrieachse des Horns über einen Winkel abzulenken. Im breiten Teil des Horns ist eine Öffnung ausgeführt, die auf einer Seite der Symmetrieachse die Hälfte für die Öffnung des Horns einnimmt und mit zwei für das Bündel durchlässigen Fenstern versehen ist, zwischen die das zu bestrahlende Produkt geschoben wird. Jenseits dieser Öffnung ist das Bündel einem Dauermagnetfeld ausgesetzt, das eine Drehung des Bündels von etwas mehr als 180º ausführt, damit es die andere Hälfte des Horns in bezug auf die Öffnung abtastet. Durch diese Anordnung bestrahlt das Bündel die eine der Produktseiten, wenn es den die Öffnung enthaltenden Hornteil abtastet, und die andere Seite, wenn es den anderen Teil infolge der Drehung des Bündels abtastet.

Die im vorstehenden Patent beschriebene Vorrichtung zeigt die folgenden Nachteile. Die Bauhöhe ist sehr wichtig, denn der die Elektronen erzeugende Beschleuniger, die Abtastvorrichtungen und die magnetischen Ablenkvorrichtungen sind übereinander angeordnet.

Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß eine Kontrolle der Energie des vom Beschleuniger gelieferten Elektronenflusses nicht möglich ist und damit ein Mangel an Gleichmäßigkeit in der ionisierenden Bearbeitung entsteht.

Ein dritter Nachteil ist, daß der die obere Seite des zu ionisierenden Produkts treffende Elektronenfluß divergent ist und deswegen ein großer Teil der zur Verfügung stehenden Energie nicht genutzt wird.

Ein vierter Nachteil ist, daß die Stärke der Ionisierung des Produktabschnitts in der Nähe der Achse nicht kontrollierbar ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts bereitzustellen, daß die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts mit einem Beschleuniger für geladene Teilchen, dem ein Modulator in solcher Weise zugeordnet ist, daß er ein Bündel geladener Teilchen in Form von Impulsen aussendet, einer vakuumdichten, hornförmigen Abtastkammer, Abtastmitteln, die der Abtastkammer zugeordnet sind, um das Teilchenbündel während der Dauer des Impulses des Bündels beiderseits der Bündelachse über einen Winkel abzulenken, wobei diese Kammer an ihrem größten Ende eine Öffnung aufweist, welche eine Hälfte des Horns einnimmt und mit zwei für das Bündel durchlässigen Fenstern versehen ist, wobei diese Öffnung für den Durchtritt des zu bestrahlenden Produkts vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:

- erste magnetische Ablenkmittel, die der Abtastkammer zugeordnet sind, um die divergierende Winkelabtastung in eine parallele Abtastung umzuformen, und

- zweite magnetische Ablenkmittel, die der Abtastkammer zugeordnet sind, um eine 180º-Ablenkung des Parallelabtastbündels zu erreichen, das demjenigen Teil der Abtastkammer entspricht, welche die Öffnung nicht aufweist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Es zeigt:

- Figur 1 eine offene Perspektivenansicht der Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts gemäß der Erfindung,

- Figur 2 ein Schema der Stromsteuervorrichtung für den Magneten, der die Abtastung des Bündels geladener Teilchen ausführt,

- Figur 3 ein Diagramm des Stromverlaufs, das die Art und Weise deutlich macht, wie der Strom des Abtastmagneten gesteuert wird,

- Figur 4a und 4b Diagramme, die die Synchronisation zwischen den Abtastsignalen und den Teilchenimpulsen zeigen.

Nach Figur 1 weist eine Vorrichtung 10 zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produkts 22 gemäß der Erfindung einen Beschleuniger 11 für Teilchen auf, der ein Bündel geladener Teilchen liefert, eine Abtastkammer 12 unter Vakuum zum Aufnehmen des Bündels geladener Teilchen und ein System von Magneten 13 bis 20, die verschiedene Änderungen am Winkel des Teilchenbündels im Inneren der Abtastkammer 12 ausführen.

Der Teilchenbeschleuniger ist zum Beispiel ein Elektronenbeschleuniger, der zum Beispiel Impulse mit einer Dauer von 10 Mikrosekunden und einer Stärke von 10 MeV emittiert.

Die Abtastkammer 12 hat die Form eines Horns, dessen schmaler, den Einlaß für das Bündel bildender Abschnitt am Ausgang des Beschleunigers 11 angeordnet ist.

Das System von Magneten weist eine Magnet-Fokussierungslinse 13 des Glazer-Linsentyps auf, die zum Konvergentinachen des Elektronenbündels, das am Ausgang des Beschleunigers divergent ist, bestimmt ist. Dieser Linse 13 sind Zentriermagneten 14 nachgeschaltet, die zum Ausrichten des Elektronenbündels auf den durch eine Lochblende 8 gebildeten Eingang eines Magneten 15 dienen. Dieser Magnet 15 hat zwei Funktionen; die eine besteht im Ablenken der Richtung des Bündels in eine vertikale Richtung und die andere im axialen Fokussieren des Elektronenbündels, damit ein in bezug auf seine radiale Ausdehnung schmaleres Bündel erzeugt wird. Am Ausgang dieses Magneten 15 befindet sich eine Lochblende 9 zur Festlegung der Energie. Durch diese Lochblende 9 können nur Elektronen durchtreten, deren Energie dem vom Magneten 15 erzeugten Magnetfeld entspricht. Dies ermöglicht die Kontrolle der Energie der gelieferten Elektronen.

Das Elektronenbündel wird zu einem Abtastmagneten 17 über Korrekturmagneten 16 gelenkt, wobei letztere zum exakten Ausrichten der Bündelrichtung auf den Eingang des Magneten 17 dienen. Der Abtastmagnet 17 mit kreisrunden Polstücken dient zum Ablenken der Richtung des Bündels um einen bestimmten, festgelegten Winkel, zum Beispiel ungefähr 20º bis 25º, während der Impulsdauer von 10 Mikrosekunden. Je nach Richtung der Abtastung wird das Bündel zu einem Magneten 18 oder einem Magneten 19 gelenkt, die beide die Funktion haben, das divergent übergebene Bündel durch die Abtastung in ein paralleles Bündel überzuführen.

Zuletzt hat ein Ablenkmagnet 20 die Funktion, das vom Magneten 18 ausgehende, parallele Bündel um einen Winkel von 180 º abzulenken, so daß seine vollständige Drehung erreicht wird.

Die zu bestrahlenden Produkte 22 werden mittels eines für Elektronenbündel durchlässigen Förderbandes 27 verschoben. Dieses Förderband ist zwischen dem Magneten 20 und dem Magneten 19 in eine Richtung senkrecht zur Ebene der Figur 1 angeordnet. Da die Verschiebung der Produkte in der Luft erfolgt, während die verschiedenen Wege des Elektronenbündels in der Abtastkammer 12 unter Vakuum ausgeführt werden, weist letztere eine Aussparung 24 auf, die zwischen den Magneten 19 und 20 liegt, wobei diese Aussparung zum Durchtritt der Produkte für die Bestrahlung dient. Am Ort dieser Aussparung 24 zeigt die Hülle 23 der Abtastkammer 12 ein oberes Fenster 25 und ein unteres Fenster 26, wobei jedes der beiden durchlässig für das Elektronenbündel ist, während der übrige Teil der Abtastkammer optisch dicht für dieses Bündel ist.

In Figur 1 sind die verschiedenen Magneten 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 in sehr scheinatischer Weise dargestellt, so daß sie prinzipiell nur ihre einander gegenüberliegenden Polstücke zeigen. Manchmal sind auch in einer ziemlich schematischen Darstellung die Wicklungen, wie 28, hinzugefügt. Jeder dieser Magneten, mit Ausnahme des Magneten 17, wird mit einem Gleichstrom versorgt und erzeugt zwischen seinen gegenüberliegenden Polstücken ein konstantes Magenetfeld; die Stromwerte werden durch die Steuerungen so eingestellt, daß die gewünschten Ablenkungen für das Elektronenbündel erreicht werden.

Nur die Spule 28 des Magneten 17 wird mit einem Strom gespeist, der sich im Laufe der Zeit so ändert, daß die Ablenkung des Elektronenbündels während der Impulsdauer erreicht wird.

Figur 2 zeigt ein prinzipielles Schema einer Stromsteuerschaltung für die Spule 26. Sie weist eine Gleichstrom-Versorgungsquelle 29, einen Kondensator 30 mit der Kapazität C in Parallelschaltung zur Quelle 29 und einen Unterbrecher 31 in Reihenschaltung mit der Spule 28 auf, die die Induktivität L und den Widerstand R hat. Der Unterbrecher 31 wird von einer Synchronisationsschaltung 32 gesteuert, die gleichzeitig einen Modulator 33 des Beschleunigers 11 steuert. Die den Kondensator 30 und die Spule 28 enthaltende Schaltung ist eine Schaltung in Resonanz mit einem dort fließenden Strom in der Form von:

wenn der Unterbrecher 31 geöffnet ist, wobei der Kondensator 30 vorher auf die Spannung Vo der Versorgungsguelle 29 geladen worden ist.

In dieser Formel ist

Das Diagramm von Figur 3 zeigt I(t); es zeigt eine Sinuswelle, deren Periode gleich 80 Mikrosekunden gewählt worden ist, so daß vier Zonen A, B, C und D mit exakt linearen Zeitdauern von jeweils 10 Mikrosekunden, was der Impulsdauer des Elektronenbündels entspricht, bestimmt sind. Durch die Wahl einer dieser Zonen A, B, C oder D wird das Elektronenbündel beiderseits der vertikalen Achse und von der rechten auf die linke Seite ablenkt oder umgekehrt. Genauer gesagt, ist das Triggern der Sinuswelle aus Figur 3 durch das Schließen des Unterbrechers 31 festgelegt, wobei dieser Schließzeitpunkt den nächsten Triggerzeitpunkt für die Impulse so festlegt, daß die Impulse koinzident mit der Zone A, B, C oder D gemäß des gewählten Abtasttyps sind.

Damit vermieden wird, ein Bündel auf der Achse zu haben, setzen die Impulse des Bündels außerdem mit einer gewissen Verzögerung θ nach dem Durchgang der Sinuswelle durch die Amplitude Null ein, oder sie enden eine bestimmte Zeit θ vor dem Durchgang. Anders ausgedrückt, das Magnetfeld ist niemals Null in Gegenwart des Elektronenbündels.

Die Diagramme in Figur 4a und 4b zeigen die Synchronisation zwischen den Impulsen des Bündels (Figur 4b) und der Zonen A, B, C oder D der Sinuswelle (Figur 4a).

Wenn man als Konvention annimmt, daß ein positiv ansteigender Strom das Bündel von links nach rechts ablenkt, dann entspricht der Abschnitt 1 in Figur 4 einer Ablenkung des Bündels aus der Achse nach rechts und damit einer Abtastung des Produkts 22 durch das untere Fenster 26; der Abschnitt II entspricht einer Ablenkung des Bündels aus der Achse nach links und damit einer Abtastung des Produkts 22 durch das obere Fenster 25; der Abschnitt III entspricht einer Ablenkung des Bündels von rechts zur Achse hin und damit einer Abtastung des Produkts 22 durch das untere Fenster 26; schließlich entspricht der Abschnitt IV einer Ablenkung des Bündels von links zur Achse hin und damit einer Abtastung des Produkts 22 durch das obere Fenster 25.

Die dargestellte Bestrahlungsvorrichtung zeigt die folgenden Vorteile:

Als erstes erreicht man eine Bestrahlung der beiden Seiten eines produkts, die auch bei einer Erhöhung der Dicke des Produkts wirksam ist.

Weiterhin wird die Bestrahlung durch eine Abtastung ausgeführt, die für eine Ionisierung einer wesentlichen Oberfläche des Produkts während nur eines ganzen Impulses durch Benutzen eines schmalen Bündels sorgt.

Bei einer Abtastung wird die Energie des Bündels auf eine größere Oberfläche der Fenster verteilt, was eine zu geringeren Verlusten führende punktuelle Erhitzung bewirkt.

Jede Seite des Produkts wird nacheinander aus zwei Richtungen bestrahlt, was eine verbesserte Homogenität der vom Produkt empfangenen Dosis durch die Aufteilung der Intensität des Bündels während der Dauer des Impulses bewirkt. Die Homogenität der empfangenen Dosis wird noch durch die Kombination des Ablenkmagneten 15 mit der Ringblende 9 zur Energiebestimmung verbessert, die für ein Aussondern der Elektronen sorgt, die nicht die dem Magnetfeld des Magneten 15 entsprechende Energie haben.

Dadurch, daß das Bündel immer in bezug auf die Achse verschoben wird, wird in der Mitte ein Platz ohne Strahlung frei gemacht, um die Führungen des Förderbandes 27 anzubringen. Weiterhin ermöglicht dies, die Intensität der Ionisation auf den unteren Rand des Produks 22 zu kontrollieren.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung zur Bestrahlung eines Produkts durch einen Elektronenfluß beschrieben worden; indessen kann sie auf alle Bestrahlungssysteme mit einer gepulsten Quelle für geladene Teilchen angewendet werden, wobei die Teilchen durch ein Magnetfeld abgelenkt werden können.

Man kann auch diese geladenen Teilchen in einen anderen Typ von Teilchen überführen, zuin Beispiel Elektronen in Photonen, indem man Targets nahe bei jedem der Fenster 25 und 26 verwendet, die den Elektronenfluß zum Beispiel in einen Photonenfluß überführen.

Für eine bessere Bestrahlung des Ränder des Produkts 22 ist es möglich, die Stärke des Magnetfeldes der Magneten 19 und 20 in der Nähe der Fenster 26 und 25 so zu ändern, daß das Bündel auf die Ränder des Produkts konzentriert wird.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur zweiseitigen Bestrahlung eines Produktes (22), mit einem Beschleuniger (11) für geladene Teilchen, dem ein Modulator (33) in solcher Weise zugeordnet ist, daß er ein Bündel geladener Teilchen in Form von Impulsen aussendet, einer vakuumdichten, hornförmigen Abtastkammer (12), Abtastmitteln (17), die der Abtastkammer (12) zugeordnet sind, um das Teilchenbündel während der Dauer des lmpulses des Bündels beiderseits der Bündelachse über einen Winkel abzulenken, wobei diese Kammer an ihrem größten Ende eine Öffnung (24) aufweist, welche eine Hälfte des Hornes einnimmt und mit zwei für das Bündel durchlässigen Fenstern (25, 26) versehen ist, wobei diese Öffnung für den Durchtritt des zu bestrahlenden Produktes (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- erste magnetische Ablenkmittel (18, 19), die der Abtastkammer (12) zugeordnet sind, um die divergierende Winkelabtastung in eine parallele Abtastung umzuformen, und

- zweite magnetische Ablenkmittel (20), die der Abtastkammer (12) zugeordnet sind, um eine 180º-Ablenkung des Parallelabtastungsbündels zu erreichen, das demjenigen Teil der Abtastkammer entspricht, welcher die Öffnung (24) nicht aufweist.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Abtastmittel (17) einen Magnet mit kreisrunden Polstücken umfassen, dessen Wicklung (28) mit einem Strom gespeist wird, der sich im Verlauf der Dauer eines impulses ändert.

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (28) Bestandteil eines Schwingkreises ist, der einen Kondensator (30) in Parallelschaltung zu einer Gleichstrom-Versorgungsguelle (29) und einen Unterbrecher (31) in Reihe mit der Wicklung (28) aufweist, wobei dieser Unterbrecher (31) und der Modulator (33) des Beschleunigers für geladene Teilchen (11) durch eine Synchronisationsschaltung (32) in solcher Weise gesteuert werden, daß der Unterbrecher (31) zunächst geschlossen ist, um die Wicklung (28) zu speisen, und der Modulator (33) anschließend angesteuert wird, damit das Teilchenbündel zu einer bestimmten Zeit nach dem Beginn der Schwingung in dem Schwingkreis auftritt.







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