專(zhuān)利名稱(chēng):電子束加速器的制作方法
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)電子束在很多工業(yè)過(guò)程中被用于使諸如墨水、膠粘劑、油漆和涂料之類(lèi)的東西干燥或固化。電子束還被用于液體、氣體和表面的殺菌以及徹底清理危險(xiǎn)的廢物。
用于工業(yè)目的的傳統(tǒng)的電子束加工設(shè)備包括用來(lái)把電子束引向待處理的材料的電子束加速器。加速器具有被裝在真空室中包括一條或多條由燈絲電源供電的用來(lái)產(chǎn)生電子的燈絲的大引線。在操作期間，真空室借助真空泵被連續(xù)地抽真空。燈絲被具有面對(duì)定位于真空室一側(cè)的金屬箔電子束出射窗的孔穴格柵的外殼包圍著。高壓電勢(shì)被高壓電源強(qiáng)加在燈絲外殼和出射窗之間。燈絲產(chǎn)生的電子從燈絲開(kāi)始在電子束中加速通過(guò)外殼上的孔穴格柵、穿過(guò)出射窗射出。為了使在燈絲和出射窗之間的區(qū)域中的電力線平整，提取電源通常被包括在內(nèi)。這防止電子束中的電子集中在電子束的中心(如
圖1的曲線1所示)，而作為替代，使電子均衡地散布在電子束的寬度上(如圖1的曲線2所示)。
在工業(yè)環(huán)境中使用電子束技術(shù)的障礙是傳統(tǒng)的電子束加工設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜而且需要在真空技術(shù)和加速器技術(shù)方面經(jīng)過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練的人員來(lái)維修該加工設(shè)備。例如，在正常使用期間，燈絲和電子束出射窗箔必須定期更換。這樣的維修必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因?yàn)榧铀倨鞣浅４?，而且相?dāng)重(通常為20英寸至30英寸直徑、4英尺至6英尺長(zhǎng)，數(shù)千磅重)。
更換燈絲和出射窗需要打開(kāi)真空室，從而引起污染物進(jìn)入。這導(dǎo)致長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，因?yàn)橐坏└鼡Q燈絲和出射窗箔，加速器就必須被抽真空和被調(diào)整以達(dá)到高電壓操作的要求，然后才能操作。這種調(diào)整要求來(lái)自高電壓電源的功率被超時(shí)地逐漸地升高，以便把在真空室被打開(kāi)時(shí)進(jìn)入真空室和落在出射窗表面上的污染物燒掉。這個(gè)過(guò)程可能需要花費(fèi)2小時(shí)至10小時(shí)，取決于污染的程度。一半時(shí)間花費(fèi)在必須補(bǔ)救的出射窗泄漏上，從而使這個(gè)過(guò)程的時(shí)間被進(jìn)一步延長(zhǎng)。最后，每隔一兩年，加速器中的高電壓絕緣體就要更換一次，因此需要全面分解加速器。對(duì)于這個(gè)過(guò)程必不可少的時(shí)間是大約2～4天。因此，需要電子束輻射的制造過(guò)程在需要更換燈絲、電子束出射窗箔和高電壓絕緣體時(shí)可能被長(zhǎng)時(shí)間地中斷。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案涉及包括有電子束出射窗的真空室的電子加速器。出射窗是由以金屬接觸金屬的方式與真空室粘接在一起的金屬箔制成的，以便在其間提供氣密的密封。出射窗的厚度不足大約12.5微米。真空室被氣密地密封，以便保持永久性的自己維持的真空。電子發(fā)生器定位在真空室之內(nèi)，用來(lái)產(chǎn)生電子。外殼包圍著電子發(fā)生器。該外殼具有在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上形成的電子能透過(guò)的區(qū)域，以允許電子在把電壓勢(shì)能施加在外殼和出射窗之間時(shí)在電子束中從電子發(fā)生器向出射窗外面加速。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，外殼上的一系列孔穴形成電子能透過(guò)的區(qū)域。出射窗優(yōu)選用厚度大約為8至10微米的鈦箔制成并且被具有一系列允許電子通過(guò)的孔的支撐板支撐著。在支撐板上孔的配置是可調(diào)整的，以便為了提供強(qiáng)度分布變化符合要求的電子束改變電子穿越支撐板的滲透性。通常，出射窗的外邊緣被銅焊、焊接或粘接到真空室上以便提供其間的氣密密封。
真空室優(yōu)選包括細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件具有允許使用比較高的電壓的波紋。環(huán)狀彈簧構(gòu)件在出射窗和有波紋的陶瓷構(gòu)件之間起耦合作用，以補(bǔ)償不同的膨脹率。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件有平滑的表面，而且被金屬外殼包圍著。陶瓷構(gòu)件包括允許電引線穿過(guò)截頭圓錐孔伸出為電子發(fā)生器供電的截頭圓錐孔。柔軟的絕緣塞子包圍著電引線并且包括密封截頭圓錐孔的截頭圓錐形的表面。夾持頂蓋固定在外殼上以保持塞子在截頭圓錐孔之內(nèi)。
本發(fā)明還提供包括有電子束出射窗的真空室的電子加速器。電子發(fā)生器定位在真空室之內(nèi)，用來(lái)產(chǎn)生電子。外殼包圍著電子發(fā)生器并且具有在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上形成的電子能透過(guò)的區(qū)域，以便允許電子在電壓勢(shì)能被施加在外殼和出射窗之間時(shí)在電子束從電子發(fā)生器向出射窗外面加速。該外殼還具有通過(guò)平整在電子發(fā)生器和出射窗之間的電力線使電子在電子束的橫截面上呈均勻分布的無(wú)源的電力線整形器。
優(yōu)選的是電子能透過(guò)的區(qū)域包括在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上的第一系列孔穴，而無(wú)源的電力線整形器包括在電子發(fā)生器兩側(cè)的外殼上形成的第二和第三系列孔穴。
本發(fā)明提供一種緊湊的可更換的模塊式電子束加速器。整個(gè)加速器在需要更換燈絲或電子束出射窗時(shí)被更換，因此徹底地減少了電子束加工設(shè)備的停工時(shí)間。這還取消了對(duì)加工設(shè)備維修人員熟悉真空技術(shù)和電子加速器技術(shù)的要求。此外，高電壓的絕緣體不需要在現(xiàn)場(chǎng)更換。再者，本發(fā)明的電子束加速器與傳統(tǒng)的電子束加速器相比具有比較少的零部件和需要比較低的功率，因此使它變得不那么昂貴、更簡(jiǎn)單、更小巧和效率更高。加速器的緊湊尺寸使它適合在諸如小型印刷機(jī)之類(lèi)空間受限制的加工設(shè)備中使用，或者適合直列式網(wǎng)狀物殺菌和臺(tái)間固化。
圖1是描繪重疊在描繪電子在電子束的寬度上呈均勻分布的圖表上面的電子在聚焦的電子束中分布的圖表。
圖2是本發(fā)明電子束加速器的側(cè)面示意剖視圖。
圖3是展示圖2所示加速器的電源接線的示意圖。
圖4是展示電力線的燈絲外殼的端面剖視圖。
圖5是展示省略側(cè)面孔穴35時(shí)的電力線的燈絲外殼端面剖視圖。
圖6是把多個(gè)電子束加速器合并的系統(tǒng)的平面圖。
圖7是展示另一種優(yōu)選的電連接燈絲的方法的燈絲外殼側(cè)面示意剖視圖。
圖8是圖7的底部示意剖視圖。
圖9是另一種優(yōu)選的燈絲布局的示意圖。
圖10是又一種優(yōu)選的燈絲布局的示意圖。
圖11是另一種優(yōu)選的電子束加速器的側(cè)面剖視圖。
圖12是又一種優(yōu)選的電子束加速器的側(cè)面剖視圖。
圖13是另外一種優(yōu)選的電子束加速器的側(cè)面剖視圖。
圖14是另外一種優(yōu)選的燈絲布局的底部視圖。
圖15是支撐板的平面圖，其中孔的填充圖案將產(chǎn)生強(qiáng)度分布在電子束的橫截面上可變的電子束。
圖16是延伸噴嘴的側(cè)面圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明參照?qǐng)D2和圖3，電子束加速器10是安裝在電子束加工設(shè)備外殼(未示出)中的可更換的模塊式加速器。加速器10包括兩端密封的通常呈圓筒形的細(xì)長(zhǎng)的剖分式外殼14。外殼14的近端被焊接在外殼14上的近端端蓋16封閉。外殼14和端蓋16都優(yōu)選用不銹鋼制作，但是作為替代可以用其它適當(dāng)?shù)慕饘僦谱鳌?br>加速器的10的遠(yuǎn)端被沿著邊緣23銅焊在不銹鋼遠(yuǎn)端端蓋20上的由鈦箔制成的電子束出射窗膜片24封閉。端蓋20被焊接到外殼14上。出射窗24通常大約6至12微米厚，大約8至10微米是更優(yōu)選的范圍。作為替代，出射窗24可以用諸如鎂、鋁、鈹之類(lèi)的其它適當(dāng)?shù)慕饘俨蛑T如陶瓷之類(lèi)的適當(dāng)?shù)姆墙饘俚兔芏炔牧现谱?。此外，出射?4可以被焊接或者粘接到端蓋20上。有作為電子通道的孔或孔穴22a的矩形支撐板22用螺釘22b固定在端蓋20上并且?guī)椭纬錾浯?4。支撐板22優(yōu)選是由用來(lái)驅(qū)散熱量的銅制成的，但是作為替代可以用諸如不銹鋼、鋁或鈦之類(lèi)的其它適當(dāng)?shù)慕饘僦谱?。在支撐?2范圍內(nèi)的孔22a具有大約1/8英寸的直徑，并且為電子穿過(guò)出射窗24提供80％的孔隙。端蓋20包括用來(lái)冷卻端蓋20、支撐板22和出射窗24的允許冷卻流體被泵送從中通過(guò)的冷卻通道27。冷卻流體從入口25a進(jìn)入，從出口25b流出。入口25a和出口25b分別與電子束加工設(shè)備外殼上冷卻劑的供應(yīng)口和回流口對(duì)接。冷卻劑的供應(yīng)口和回流口包括用來(lái)密封入口25a和出口25b的“O型圈”密封件。加速器10具有大約12英寸的直徑、20英寸的長(zhǎng)度和大約50磅的重量。
用來(lái)接受高壓供電電纜插頭12的高壓電連接插座18被安裝在端蓋16上。來(lái)自高壓電源48和燈絲電源50的高壓電纜給加速器10供電。高壓電源48優(yōu)選提供大約100千伏的電壓，但是作為替代可以更高或更低，取決于出射窗24的厚度。燈絲電源50優(yōu)選提供大約15伏的電壓。兩條電引線26a/26b從插座18穿過(guò)把加速器10分為上邊的絕緣艙44和下邊的真空室46的盤(pán)狀的耐高電壓的陶瓷絕緣體28向下延伸。絕緣體28通過(guò)被首先銅焊的用膨脹系數(shù)類(lèi)似于絕緣體28的材料(例如，KOVAR)制成的中間環(huán)29粘接到外殼14上。然后，中間環(huán)29可以被銅焊到外殼14上。上邊的艙室44被抽真空，然后用類(lèi)似SF6氣體的絕緣介質(zhì)填充，但是作為替代可以用油或固態(tài)絕緣介質(zhì)填充。氣態(tài)和液態(tài)的絕緣介質(zhì)可以通過(guò)截止閥42填充和排放。
電子發(fā)生器31定位在真空室46之內(nèi)并且優(yōu)選由三條并聯(lián)的用鎢制成的8英寸長(zhǎng)的燈絲32構(gòu)成(圖4)。作為替代，可以使用兩條燈絲32。電子發(fā)生器31被不銹鋼燈絲外殼30包圍著。燈絲外殼30有一系列沿著平坦的底部33分布的格柵狀孔穴34和一系列沿著外殼30的四個(gè)側(cè)壁分布的孔穴35。燈絲優(yōu)選被定位在外殼30之內(nèi)，大約在外殼30的底部33和頂端之間的中間位置?？籽?5本質(zhì)上不在燈絲32的上方。
電引線26a和導(dǎo)線52把燈絲外殼30電連接到高壓電源48上。電引線26b穿過(guò)燈絲外殼30上的孔30a把燈絲32電連接到燈絲電源50上。出射窗24被電接地，把高電壓的勢(shì)能強(qiáng)加在燈絲外殼30和出射窗24之間。
入口39是為了給真空室46抽真空在真空室46上提供的。入口39包括被焊接在外殼14上的外層不銹鋼管36和被銅焊在導(dǎo)管36上的可密封的銅管38。一旦真空室46被抽成真空，導(dǎo)管38就被冷壓焊成密封端40，以實(shí)現(xiàn)真空室46的氣密密封。
在使用時(shí)，加速器10被安裝到電子束加工設(shè)備上，并且被電連接到插頭12上。電子束加工設(shè)備的外殼包括在加速器10周?chē)你U罩。借助來(lái)自燈絲電源50(AC或DC)的電力，燈絲32被加熱到大約4200°F，從而使自由電子在燈絲32上形成。高電壓電源48強(qiáng)加在燈絲外殼30和出射窗24之間的高壓電勢(shì)使得燈絲32上的自由電子56在電子束58中從燈絲32向外穿過(guò)外殼30上的孔34朝出射窗24加速(圖4)。
側(cè)面的孔穴35形成在孔穴35周?chē)篃艚z32和出射窗24之間的高壓電力線54相對(duì)于外殼30的底部33的平面變得平整的小電場(chǎng)。通過(guò)使電力線54變得平整，電子束58中的電子56以比較筆直的方式而不是如同圖1的曲線1描繪的那樣朝向中心位置聚焦的方式通過(guò)孔穴34射出外殼30。這導(dǎo)致大約2英寸寬乘8英寸長(zhǎng)分布類(lèi)似于圖1中曲線2的寬電子束58。圖1中曲線1所描繪的比較狹窄且比較高的密集電子束是不合乎需要的，因?yàn)樗鼘舸┻^(guò)出射窗24的孔。為了進(jìn)一步說(shuō)明側(cè)面孔穴35的功能，圖5描繪省略側(cè)面孔穴35的外殼30。如同可以看到的那樣，沒(méi)有側(cè)面孔穴35，電力線54向上彎曲成拱形。由于電子56大體上垂直于電力線54移動(dòng)，所以電子56被聚焦在狹窄的電子束57中。反之，如同在圖4中看到的那樣，電力線54是平坦的，從而允許電子56在本質(zhì)上不聚焦的比較寬的電子束58中移動(dòng)。因此，盡管傳統(tǒng)的加速器需要使用提取電源(extractor power supply)在高電壓下使高電壓的電力線變得平整以使電子在電子束的橫截面上均衡地散布，但是本發(fā)明能夠借助孔穴35以簡(jiǎn)單、廉價(jià)的方法實(shí)現(xiàn)同樣的結(jié)果。
在需要更換燈絲32或出射窗24時(shí)，簡(jiǎn)單地將整個(gè)加速器10從電子束加工設(shè)備外殼中拆除并且用新的加速器10代替。新的加速器10是已經(jīng)事先調(diào)整好的，適合在高電壓下操作，因此電子束加工設(shè)備僅僅停工幾分鐘時(shí)間。由于只有一個(gè)部件需要更換，所以電子束加工設(shè)備的操作員不需要接受真空技術(shù)和加速器技術(shù)方面的嚴(yán)格訓(xùn)練就能維修。此外，加速器10足夠小而且足夠輕，以致一個(gè)人就能更換。
為了重新調(diào)整舊的加速器10，舊加速器優(yōu)選被送到類(lèi)似專(zhuān)攻真空技術(shù)的公司的另一個(gè)位置。首先，通過(guò)拆除出射窗24和支撐板22打開(kāi)真空室46。接下來(lái)，把外殼30從真空室46中拆除，并且更換燈絲32。如果需要，通過(guò)閥門(mén)42除掉上邊艙室44里的絕緣介質(zhì)。然后，把外殼30重新裝回真空室46。用螺釘把支撐板22固定到端蓋20上，并且更換出射窗24。然后，把新出射窗24的邊緣23銅焊到端蓋20上，以便在其間形成氣密的密封。由于出射窗24覆蓋著支撐板22、螺釘22b和螺釘孔，所以它在任何滲漏、“O型”圈和類(lèi)似的東西的情況下對(duì)支撐板22起輔助密封的作用。銅管38被拆除，并且把新銅管38銅焊到導(dǎo)管36上。這些操作都是在這樣受控的潔凈空氣環(huán)境中完成的，以致真空室內(nèi)和出射窗24上的污染本質(zhì)上被消除。
通過(guò)在潔凈的環(huán)境范圍內(nèi)組裝加速器10，出射窗24可以輕易地變成8至10微米厚，甚至變成像6微米那樣薄。這樣做的理由是防止塵?；蚱渌廴疚镌诔錾浯?4和支撐板22之間的出射窗24上聚集。這樣的污染物將戳破厚度在12.5微米以下的出射窗24。反之，在傳統(tǒng)的加速器中電子束出射窗必須是12.5至15微米厚的，因?yàn)樵诰S修期間它們是在滿(mǎn)是灰塵的條件下現(xiàn)場(chǎng)組裝成。12.5至15微米的出射窗厚度是足以防止塵埃刺破出射窗的厚度。由于本發(fā)明的出射窗24通常比傳統(tǒng)的加速器上的出射窗薄，所以為了使電子加速通過(guò)出射窗24必不可少的電力相當(dāng)少。例如，大約150千伏的電壓在傳統(tǒng)的加速器中使電子加速通過(guò)12.5至15微米厚的出射窗是必不可少的。反之，在本發(fā)明中，就8至10微米厚的出射窗而言，僅僅大約80千伏至125千伏的電壓是必不可少的。
因此，就可比的電子束而言，加速器10比傳統(tǒng)的加速器效率高。此外，比較低的電壓還允許加速器10尺寸更緊湊和允許使用比在傳統(tǒng)的加速器使用的圓筒形或者圓錐形的絕緣體更小巧的盤(pán)形絕緣體28。加速器10可以比傳統(tǒng)的加速器更緊湊的理由是由于電壓比較低所以加速器10的零部件可以比較密集。真空室46內(nèi)受控的潔凈環(huán)境允許零部件進(jìn)一步密集。傳統(tǒng)的加速器是在比較高的電壓下操作的并且有更多的污染物存在于為了防止產(chǎn)生電弧而要求零部件之間的距離比較大的加速器之內(nèi)。事實(shí)上，在傳統(tǒng)的加速器中來(lái)自真空泵的污染物在使用期間遷移到加速器中。
然后，真空室46通過(guò)入口39抽真空，并且通過(guò)冷壓焊氣密地密封管38。一旦真空室46被密封，真空室46就保持在永久性的真空下，不需要使用真空泵。這降低了操作本發(fā)明的加速器10的復(fù)雜性和成本。然后，把加速器10接到電子束加工設(shè)備上預(yù)先調(diào)整加速器10使之適合高電壓的操作，并且逐漸升高電壓把真空室46內(nèi)的和出射窗24上的任何污染物燒掉。任何殘存在真空室46內(nèi)的分子都被高電壓和/或電子束離子化并且朝外殼30加速。離子化的分子與外殼30碰撞并且在外殼30的表面上被俘獲，借此進(jìn)一步提高真空度。真空室46還可以在抽真空的同時(shí)預(yù)先調(diào)整加速器10使之適合高電壓的操作。然后，將加速器10從電子束加工設(shè)備上拆下來(lái)儲(chǔ)存以備后用。
圖6描繪包括三個(gè)保存交錯(cuò)排列的加速器10a，10b和10c的用來(lái)用電子束60輻射移動(dòng)產(chǎn)品62的整個(gè)寬度的系統(tǒng)64。由于每個(gè)加速器的10a、10b、10c的電子束60都比加速器的外徑狹窄，所以加速器不能并排地定位。而是加速器10b沿著產(chǎn)品62的移動(dòng)線路相對(duì)于加速器10a和10c朝側(cè)后方稍微錯(cuò)位，以致每個(gè)電子束60的末端將按橫向彼此排成一行。因此，移動(dòng)產(chǎn)品62能按圖示的階梯式格局接受電子束60的累積輻射。雖然三個(gè)加速器已被展示，但是作為替代可以將三個(gè)上加速器10交錯(cuò)排列以輻射更寬的產(chǎn)品，或者可以?xún)H僅將兩個(gè)加速器10交錯(cuò)排列以輻射比較狹窄的產(chǎn)品。
圖7和圖8描繪把引線26a和26b電連接到燈絲外殼30和燈絲32上的另一種優(yōu)選的方法。引線26a被固定在燈絲外殼30的頂端。三個(gè)燈絲支架102從燈絲外殼30的頂端向下延伸。燈絲底座104被安裝在每個(gè)支架102上。絕緣塊110和燈絲底座108被安裝在燈絲外殼30的另一側(cè)。燈絲32被安裝在燈絲底座104和108上并且從底座104延伸到底座108。柔軟的引線106把引線26b電連接到燈絲底座108上。燈絲支架102有彈簧般的作用，在使用期間補(bǔ)償燈絲32的膨脹和收縮。圓筒形的支架112代替引線26a/26b支撐著外殼30。
參照?qǐng)D9，燈絲排列90是為了增加電子束的寬度使之超過(guò)單根燈絲所提供的寬度而采用的另一種優(yōu)選的電連接多條燈絲的方法。燈絲92被并排定位并且通過(guò)電引線94以串聯(lián)方式相互電連接。
參照?qǐng)D10，燈絲排列98描繪并排定位并且通過(guò)兩條電引線96被并聯(lián)地電連接在一起的一系列燈絲97。燈絲排列98也被用于增加電子束的寬度。
參照?qǐng)D11，加速器70是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。加速器70以相對(duì)于加速器10所產(chǎn)生的電子束成90°角的方向產(chǎn)生電子束。加速器70不同于加速器10之處在于燈絲78平行于真空室88的縱軸A而不是垂直于縱軸A。此外，出射窗82定位于真空室88的外殼72上并且平行于縱軸A。出射窗82是靠安裝在外殼72側(cè)面的支撐板80支撐的。細(xì)長(zhǎng)的燈絲外殼75包圍著燈絲78并且包括有垂直于縱軸A的格柵孔穴34的側(cè)面76。燈絲外殼75上的側(cè)面孔穴35垂直于孔穴34。端蓋74封閉真空室88的末端。加速器70適合在不使用多個(gè)交錯(cuò)排列的加速器的情況下用電子束輻射寬闊的區(qū)域，并且適合在狹窄的環(huán)境中使用。加速器70可以被制成大約3至4英尺長(zhǎng)，并且可以為了提供更加寬闊的輻射范圍而被交錯(cuò)排列。
參照?qǐng)D12，加速器100是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。加速器100包括由陶瓷材料制成的有真空室104的通常呈圓筒形的外殼102。外殼102具有被封閉的近端106和與近端對(duì)置的開(kāi)口遠(yuǎn)端118。外殼102的外表面包括一系列波紋102a，從而允許加速器100在比采用平滑外殼102時(shí)高的電壓下運(yùn)行。開(kāi)口末端118有一段平滑的外表面。為了封閉真空室104，金屬端蓋110包圍和覆蓋著外殼102的平滑的開(kāi)口遠(yuǎn)端118。
端蓋110被銅焊到本身被銅焊到外殼102上的中間的環(huán)狀金屬?gòu)椈?08上，借此密封真空室104。彈簧108允許陶瓷外殼102和端蓋110以不同的比率在徑向和軸向膨脹和收縮，同時(shí)維持其間的氣密密封。由于彈簧108把端蓋110與102外殼稍微隔開(kāi)并且是由彈性材料制成的，所以它能完成這一任務(wù)。彈簧108包括內(nèi)部的環(huán)狀V形隆起108a，而隆起內(nèi)部的腿被銅焊到外殼102上。外部的環(huán)狀法蘭盤(pán)108b從V形隆起108a向外沿徑向延伸并且被銅焊到端蓋110上。端蓋110包括其間形成允許外殼102的開(kāi)口遠(yuǎn)端118插入的環(huán)形間隙116的環(huán)形外壁112和環(huán)形內(nèi)壁114。間隙116比末端118的壁厚大，因此允許末端118與間隙116的側(cè)面和底面隔開(kāi)，借此如同用間隙116a、116b和116c描繪的那樣在末端118周?chē)纬砂颜婵帐?04接到入口39上的空間或通道。這允許真空室104經(jīng)入口39抽真空。入口39插入端蓋110的環(huán)形外壁112并且被銅焊或焊接到所述的環(huán)形外壁上。端蓋110還包括帶通孔22a的支撐板22。在支撐板22上面的出射窗24通常在加熱和加壓條件下或通過(guò)銅焊或焊接被粘接到端蓋112上。有中心孔120a的蓋板120覆蓋和保護(hù)出射窗24。端蓋110具有類(lèi)似于用圖2描繪的那種冷卻通道27。雖然端蓋110被描繪成單一的零件，但是作為替代端蓋110可以由多個(gè)零件組成。例如，支撐板22和環(huán)形壁114可以是獨(dú)立的零件。此外，如果愿意，環(huán)形壁114可以省略。
燈絲外殼30被定位在真空室104里面，正好在外殼102的封閉近端106下邊。電引線26a/26b穿過(guò)外殼102的末端106伸出并且被密封。燈絲外殼30和電子發(fā)生器31都類(lèi)似于用圖2描繪的那種。雖然在燈絲外殼30上描繪了孔穴35，但作為替代可以省略孔穴35。
參照?qǐng)D13，加速器130是另一種優(yōu)選的加速器。加速器130包括在具有平滑外表面的陶瓷內(nèi)層外殼124周?chē)慕饘偻鈱油鈿?22。內(nèi)層外殼124的開(kāi)口端118優(yōu)選延伸到支撐板22，借此在真空室134和外層外殼122之間形成陶瓷材料的環(huán)形壁136。作為替代，遠(yuǎn)端118可以在到達(dá)支撐板22之前終止。內(nèi)層外殼124具有通過(guò)與遠(yuǎn)端118對(duì)置的近端119延伸的截頭圓錐孔124a。為了借助電引線26a/26b為燈絲外殼30和電子發(fā)生器31供電，有連接器138的電引線128穿過(guò)截頭圓錐孔124a伸出。燈絲外殼30和電子發(fā)生器31類(lèi)似于在加速器100中的那種(圖12)。引線128還穿過(guò)柔軟的聚合物絕緣塞子126的中心孔126a伸出。絕緣塞子126包括與截頭圓錐形孔124a配對(duì)的截頭圓錐形的密封外表面126b。固定在外層外殼122上的夾持頂蓋140對(duì)塞子126施加軸向壓縮力，把塞子126壓縮到抵住截頭圓錐孔124a的收斂表面和把塞子126擠壓在電引線128周?chē)?，以便?shí)現(xiàn)在電引線128和內(nèi)層外殼124之間的密封。優(yōu)選的是塞子126是用電阻為1014至1015ohms-cm的乙丙橡膠制成的。此外，內(nèi)層外殼124優(yōu)選具有1014ohms-cm的電阻。
圖14描繪為用于加速器100和130(圖12和13)的電子發(fā)生器31優(yōu)選的燈絲32。燈絲32被彎曲成一系列一般的W形。這在不需要彈性的或彈簧承載的零部件的情況下允許燈絲32在操作期間膨脹和收縮。燈絲32的兩端可以被彎曲成如圖14所示的發(fā)夾彎以便通過(guò)電引線26a和26b范圍內(nèi)的孔或狹縫插入。如果愿意，可以使用一根以上燈絲32。
參照?qǐng)D15，如果需要，在加速器100和130(圖12和13)范圍內(nèi)支撐板22上的孔22a可以有被這樣填充或堵住的孔的圖案142，以致由此產(chǎn)生的發(fā)射電子束在其橫截面上具有可變的強(qiáng)度分布。作為替代，可以在制造期間通過(guò)安排孔22a的位置產(chǎn)生想要的圖案，而不是填充或堵住孔22a。雖然已描繪了特定的圖案142，但是可以形成任何想要的圖案。
參照?qǐng)D16，如果需要，延伸噴嘴144可以被固定到在加速器100和130(圖12和13)上。在這種情況下，出射窗24將定位在噴嘴144的遠(yuǎn)端。噴嘴144允許插在諸如杯和瓶的狹窄的孔口中，以便殺菌。
本發(fā)明的電子加速器適合對(duì)液體、氣體(例如，空氣)或表面進(jìn)行滅菌消毒，以及對(duì)醫(yī)療產(chǎn)品、食物產(chǎn)品、有害的醫(yī)學(xué)垃圾進(jìn)行殺菌消毒和清除有害的垃圾。其它應(yīng)用包括生產(chǎn)臭氧、霧化燃料和材料的化學(xué)粘接和接枝。此外，本發(fā)明的電子加速器可以用于墨水、涂料、膠粘劑和密封劑的固化。再者，為了改善結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以使材料在電子束下交聯(lián)。
燈絲外殼上一系列的孔35形成給電力線整形的無(wú)源電力線整形器，特別是用來(lái)使電力線變平的矯直器。術(shù)語(yǔ)“無(wú)源”意味著電力線在沒(méi)有單獨(dú)的提取電源的情況下被整形。此外，電力線可以通過(guò)使用多條燈絲被整形。再者，為了進(jìn)一步給電力線整形，可以把隔離物或無(wú)源電極定位在燈絲之間。多條燈絲、隔離物或無(wú)源電極也可以作為使其它形狀的電力線變平的矯直器被使用。
盡管這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)參照其優(yōu)選的實(shí)施方案予以具體地展示和描述，但是熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人應(yīng)該理解不脫離權(quán)利要求
書(shū)所定義的本發(fā)明的精神和范圍可以在形式和細(xì)節(jié)上作出各種各樣的變化。
例如，盡管本發(fā)明的特定的實(shí)施方案已被描述成包括多條燈絲，但是作為替代可以?xún)H僅使用一條燈絲。此外，雖然外殼(陶瓷外殼102除外)、端蓋和燈絲外殼優(yōu)選用不銹鋼制造，但是作為替代可以使用其它適當(dāng)?shù)慕饘伲玮?、銅或KOVAR。端蓋16和20通常被焊接到外殼14上，但是作為替代可以采用銅焊。支撐板22上的孔22a可以不是圓形的，例如狹長(zhǎng)孔的形狀。燈絲32的尺寸和加速器10的外徑可以根據(jù)手邊的應(yīng)用變化。另外，可以把其它適當(dāng)?shù)牟牧?例如，玻璃)用于絕緣體28。盡管鈦制的出射窗的厚度優(yōu)選在12.5微米以下(6至12微米)，但是出射窗的厚度就某些應(yīng)用而言如果需要可以在12.5微米以上。就厚度在12.5微米以上的出射窗而言，高壓電源49應(yīng)該提供大約100千伏至150千伏的電壓。如果使用像鋁那樣比鈦輕的材料制成的出射窗，那么在實(shí)現(xiàn)同樣的電子束特征時(shí)出射窗的厚度可以比相應(yīng)的鈦制出射窗厚。加速器優(yōu)選采用圓筒形的形狀，但是可以具有類(lèi)似于矩形或橢圓形橫截面的其它適當(dāng)?shù)男螤?。一旦本發(fā)明的加速器被廉價(jià)地批量生產(chǎn)，它就可以作為一次性的單元被使用。為了保持恒定的間隔，加速器10和70的插座18可以垂直于縱軸A定位。最后，本發(fā)明的不同的實(shí)施方案的各種特點(diǎn)可以被結(jié)合起來(lái)或者被省略。
權(quán)利要求
1.一種電子加速器，其中包括包括具有電子束出射窗的細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件的真空室，其中出射窗是由以金屬與金屬接觸的方式與真空室粘接在一起的金屬箔形成的，以便在其間提供氣密的密封，出射窗不足大約12.5微米厚，真空室被氣密地密封，以便保存永久性的自己維持的真空；定位在真空室范圍內(nèi)用來(lái)產(chǎn)生電子的電子發(fā)生器；以及在電子發(fā)生器周?chē)耐鈿?，該外殼具有在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上形成的電子能透過(guò)的區(qū)域，以便允許電子在把電壓施加在外殼和出射窗之間時(shí)在電子束中從電子發(fā)生器向出射窗外面加速。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的加速器，其中細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件具有波紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的加速器，進(jìn)一步包括在出射窗和陶瓷構(gòu)件之間起耦合作用的環(huán)狀彈簧構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的加速器，其中真空室進(jìn)一步包括在陶瓷構(gòu)件周?chē)慕饘偻鈿ぁ?br>5.根據(jù)權(quán)利要求
4的加速器，其中陶瓷構(gòu)件包括截頭圓錐形的孔，加速器進(jìn)一步包括穿過(guò)截頭圓錐形的孔為電子發(fā)生器供電的電引線；圍繞著電引線的柔軟的絕緣塞子，該塞子包括用來(lái)密封截頭圓錐孔的截頭圓錐形表面；以及固定在外殼上保持塞子在截頭圓錐孔內(nèi)的夾持頂蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的加速器，其中電子能透過(guò)的區(qū)域包括在外殼上的一系列孔穴。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的加速器，其中出射窗是由厚度介于大約8至10微米之間的鈦箔制成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的加速器，進(jìn)一步包括用來(lái)支撐出射窗的支撐板，該支撐板有一系列允許電子通過(guò)的通孔，這些通孔的配置是可調(diào)整的，以便改變電子越過(guò)支撐板的滲透性，從而提供強(qiáng)度分布可變的電子束。
9.一種用來(lái)加速電子的方法，其中包括下述步驟提供包括有電子束出射窗的細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件的真空室，其中出射窗是由以金屬接觸金屬的方式與真空室粘接在一起提供氣密密封的金屬箔構(gòu)成的，出射窗不足大約12.5微米厚，真空室被氣密地密封以便保持自己維持的真空；用定位在真空室范圍內(nèi)的電子發(fā)生器產(chǎn)生電子；以及用外殼包圍電子發(fā)生器，該外殼具有在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上形成的電子能透過(guò)的區(qū)域，以允許電子在把電壓施加在外殼和出射窗之間時(shí)在電子束中從電子發(fā)生器向出射窗外面加速。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，進(jìn)一步包括提供有波紋的細(xì)長(zhǎng)的陶瓷構(gòu)件的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，進(jìn)一步包括在出射窗和陶瓷構(gòu)件之間用環(huán)狀彈簧構(gòu)件耦合的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，進(jìn)一步包括用金屬外殼包圍陶瓷構(gòu)件的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其中陶瓷構(gòu)件包括截頭圓錐孔，該方法進(jìn)一步包括讓電引線穿過(guò)截頭圓錐孔伸出為電子發(fā)生器供電；用柔軟的絕緣塞子包圍電引線，其中塞子包括用來(lái)密封截頭圓錐孔的截頭圓錐形的表面；以及用固定在外殼上的夾持頂蓋把塞子保持在截頭圓錐孔范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，進(jìn)一步包括用支撐板支持出射窗的步驟，其中支撐板有一系列允許電子通過(guò)的通孔，這些通孔的配置是可調(diào)整的，以便改變電子穿過(guò)支撐板的滲透性，從而提供強(qiáng)度分布可變的電子束。
專(zhuān)利摘要
電子加速器包括有電子束出射窗的真空室。出射窗是由以金屬與金屬接觸的方式與真空室粘接在一起的金屬箔形成的,以便在其間提供氣密的密封。出射窗厚度不足大約12.5微米。真空室被氣密密封,以保持其中永久性的自己維持的真空。電子發(fā)生器定位在真空室范圍內(nèi),用來(lái)產(chǎn)生電子。外殼包圍著電子發(fā)生器。該外殼具有在電子發(fā)生器和出射窗之間的外殼上形成的電子能透過(guò)的區(qū)域,以便允許電子在把電壓施加在外殼和出射窗之間時(shí)在電子束中從電子發(fā)生器向出射窗外面加速。
文檔編號(hào)G21K5/00GKCN1369105SQ00811336
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2000年6月28日
發(fā)明者特茲維·艾文尼瑞, 肯尼斯·P·菲利斯 申請(qǐng)人:先進(jìn)電子束公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan