(57)【要約】電子源（１０）は自由電子ビームを生成し、この電子が、真空チャンバを通って加速され、そしてターゲット（３４）に衝突する。このターゲットは、高エネルギー電子により衝撃を与えられた場合にＸ線放射するために、高Ｚ材料（例えば、タングステンまたはタンタル）の複数の層を有する。このターゲット層は、１つの層で停止しない電子が次の層へと通過するような順序で配置される。このターゲット層は、熱伝導性の低Ｚ金属基板（４０）（例えば、アルミニウムまたは銅）の層の間に挟まれる。中空通路（４２）が基板（４０）に穿孔されて、冷却液（例えば、水）をその中空通路（４２）内に流し得、そして不要な熱をターゲットから除去し得る。この通路は、基板内にあり、水をターゲット材料から離しておく。これにより、ターゲットの酸化および腐食を低減し、そして寿命を延ばす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品照射システムであって、以下：
走査ホーン（４６）を通過させて製品を運搬する、コンベヤ（１８）；
電子を加速する、電子加速器（１０）；
該加速器から該走査ホーンへ該加速された電子を運搬する、真空路；
該加速された電子を、該走査ホーンを横切って掃引する、電子掃引システム（４４）；
該走査ホーン上の熱伝導性材料のフェイスプレート（４０）；
該加速された電子をＸ線に変換するための、アノードターゲット（３４）、
を備え、
該アノードターゲットは、該フェイスプレートに取り付けられており、
該フェイスプレート（４０）は、熱伝導性材料からなり；そして
冷却液チャネル（４２）が該フェイスプレートにおいて規定されている、システム。
【請求項２】
請求項１に記載の製品照射システムであって、前記ターゲットは、複数の層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を含み、該層が、熱伝導性材料の層（４０ａ、４０ｂ）によって互いに間隔を空けられている、システム。
【請求項３】
前記層が、前記冷却液チャネル（４２）と、熱接触している、請求項２に記載の製品照射システム。
【請求項４】
請求項１に記載の製品照射システムであって、前記ターゲットは、熱伝導性材料の層（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）と交互配置されたターゲット材料の層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を含む、システム。
【請求項５】
第２の材料の層（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）が、互いに熱接触しており、かつ前記冷却液チャネル（４２）と熱接触している、請求項４に記載の製品照射システム。
【請求項６】
前記ターゲット層（３４）が、前記層（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）に取り付けられている、請求項５に記載の製品照射システム。
【請求項７】
前記ターゲットが、３つの層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項８】
前記フェイスプレート（４０）が、３つの層（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項９】
前記電子掃引システムが、前記ターゲットを横方向および長手方向に横切って電子を掃引する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項１０】
周辺領域を漂遊放射線から保護する、放射線遮蔽（２６、３６）をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項１１】
遠隔位置から前記チャネルへ冷却液をポンプにより送る冷却剤システムをさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製品照射システムであって、前記電子加速器、前記走査ホーン、前記製品コンベヤ、および前記冷却剤システムの操作を調整する、オペレータにアクセス可能な制御システム（１２）をさらに備える、システム。
【請求項１３】
請求項２〜６および１２のいずれか１項に記載の製品照射システムであって、前記ターゲット層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）が、それぞれ、熱伝導性材料からなる隣接層（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）上にターゲット材料の被覆を備える、システム。
【請求項１４】
前記ターゲット層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）が、タンタルホイルまたはタングステンホイルを含む、請求項２〜６および１２のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項１５】
冷却液が、前記冷却液チャネル（４２）を通って流れ、前記ターゲットから熱を吸収する、請求項１〜６および１２のいずれか１項に記載の製品照射システム。
【請求項１６】
前記冷却液が水である、請求項１５に記載の製品照射システム。
【請求項１７】
請求項１５および１６のいずれか１項に記載の製品照射システムであって、前記冷却液の流れが前記ターゲットに物理的に接触しないように、前記チャネルが該ターゲット層から隔てられている、システム。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の製品照射システムであって、製品が滅菌領域にある場合に感知し、そして製品が該滅菌領域に存在する場合のみ、電子を放出するように前記電子加速器を制御する、光学感知デバイス（３２）をさらに備える、システム。
【請求項１９】
製品照射システムであって、以下：
走査ホーン（４６）を通過させて製品を運搬する、コンベヤ（１８）；
電子を加速する、電子加速器（１０）；
該加速器から該走査ホーンへ該加速された電子を運搬する、真空路；
該加速された電子を、該走査ホーンを横切って掃引する、電子掃引システム（４４）；
該走査ホーン上にある、熱伝導性材料のフェイスプレート（４０）；
該加速された電子をＸ線に変換するための、アノードターゲット（３４）、
を備え、
該アノードターゲットは、熱伝導性材料（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）と交互配置された、高Ｚターゲット材料の複数の層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）を含む、システム。
【請求項２０】
電子ビームを生成して加速し、そして該電子ビームにターゲット（３４）を衝突させてＸ線を生成する工程を包含する、Ｘ線の生成方法であって、該ターゲットを衝突させる工程が、以下：
該ターゲットの第１層（３４ａ）を該電子ビームと衝突させる工程；
該ビーム中の電子の第１の部分をＸ線に変換する工程であって、該電子の第２の部分が、該第１のターゲット層を通過する、工程；
該電子の第２の部分をターゲットの第２層（３４ｂ）に衝突させる工程であって、該ターゲットの第２の部分が、熱伝導性層（４０ａ）によって該ターゲットの第１の部分と間隔を空けられている、工程；および
該ターゲットの第２層に衝突する電子の一部をＸ線に変換する工程、
を包含する、方法。
【請求項２１】
前記第２のターゲット層を通過した電子と、少なくとも１つのさらなるターゲット層を衝突させて、Ｘ線を生成する工程をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項２０および２１のいずれか１項に記載の方法であって、冷却液と熱伝導性材料（４０）とを接触させることによって、前記ターゲットに生じた熱を散逸させる工程であって、該熱伝導性材料が、前記熱伝導性層（４０ａ）と熱接触している、工程をさらに包含する、方法。
【請求項２３】
高エネルギー電子が通過する真空チャンバ（３１）を閉鎖するためのＸ線ターゲット（３４）であって、以下：
高Ｚターゲット材料の複数の層（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）；および
該ターゲット層の間に交互配置される、熱伝導性低Ｚ物質の複数の層（４０ａ、４０ｂ）、
を備える、Ｘ線ターゲット。
【請求項２４】
請求項２３に記載のＸ線ターゲットであって、前記ターゲット層から隔てられたチャネル（４２）をさらに備え、該チャネルを通って冷却液が流れ、該ターゲットと物理的に接触することなく、前記低Ｚ物質層から熱を吸収する、Ｘ線ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、照射技術に関する。本発明は、製品の滅菌、消毒および照射処理の分野における特定の用途を見出し、そしてこれらを特に参照して記載される。しかし、本発明は、広範な種々のその他の用途に応用可能であり、これらの用途としては、食物および香辛料の処理、プラスチックの改質、Ｘ線画像化、遺伝子改変、ならびに制御された放射線量が有利であるその他分野が挙げられるが、これらに限定されない。
【０００２】
製品は、代表的には放射線源（例えば、コバルトロッド、電子ビーム加速器、またはＸ線源）を通過させて運搬することにより照射される。コバルトロッドは有効であるが、処理ヴォールトにおける保全のために放射線を切ることができない。むしろ、これらは、重水中に機械的に浸漬される。使用済みコバルトロッドは、交換されて重水中深くに貯蔵される。加速された電子ビームは、制御が容易であるが、Ｘ放射線またはγ放射線に比べて透過力が限られる。
【０００３】
Ｘ線は、ターゲットとの加速された電子の相互作用の結果として生成される、高エネルギーの光子である。代表的には、タングステンまたはタンタルのような金属が使用される。Ｘ線を生成するために、例えばフィラメントからの加熱放出（ｂｏｉｌ　ｏｆｆ）により自由電子が生成される。この電子は、真空中であるポテンシャルを通って所望の運動エネルギーまで金属ターゲットに向けて加速される。この加速された電子は、このターゲット金属中に本来存在している電子と相互作用する。電子が相互作用するにつれて、入ってくる電子の運動エネルギーの一部が、ターゲット金属の電子に移動し、それらの電子を高エネルギー状態へと摂動する。時間が経つにつれて、これらの電子は、Ｘ線の形態でエネルギーを放出しながら、その低エネルギー状態へと崩壊して戻る。
【０００４】
Ｘ線は、製品の滅菌において非常に有用であることが見出された。この型の高エネルギー放射は、十分な線量で、ほとんど全ての種類の生存している生物を殺傷する。この生物としては、寄生性細菌およびヒトを病気にする能力を有するウイルスが挙げられる。これは、消費用の食品ならびに医療機器のような他の製品を滅菌するために有用である。当然、Ｘ線を用いて放射線が残留する可能性は全くないので、製品はその後も安全であり、照射された結果として消費者を傷つけることはない。
【０００５】
Ｘ線生成における最も大きな問題の一つは、入射した電子のエネルギーの全てがこの様式でＸ線に変換されるわけではないことである。エネルギーの大部分は、有用でない衝突へと失われて、熱に変換される。代表的には、最良のシステムは、入射した電子の運動エネルギーの約１５％をＸ線に変換する。すなわち、このエネルギーの約８５％は、熱に変換される。この熱の量は、ターゲットを破壊または損傷するのに十分である。ターゲットの完全性を保存し、それによりシステムを保存するために、十分な熱を除去してターゲットを予め選択された最高温度未満に維持する。
【０００６】
種々の型の冷却システムが使用される。電子ビームとターゲットの間の相対移動により、電子ビームの照射の間にターゲットの加熱されたスポットを冷却することが可能になる。高エネルギー適用では、冷却が完了する前に電子ビームが繰り返され、熱がターゲットを損傷するレベルにまで増大する。ターゲット上を流体冷却剤が流れて、生成された熱をそのターゲットから伝達させるＸ線システムもある。この型のシステムにおける問題は、冷却システムの低い効率およびターゲットの短い寿命である。代表的には、使用される流体は、水であり、金属ターゲット上を流れる。時間が経つにつれて、そして応力が増大するにつれて、ターゲットは腐食する。
【０００７】
本発明は、上述した問題およびその他の問題を克服する、新規な方法および装置を提供する。
【０００８】
（発明の要旨）
本発明の１つの局面によれば、製品照射デバイスが提供される。コンベヤは、走査ホーンを通過させて製品を運搬する。電子加速器は、電子を加速する。真空路は、加速された電子を、この加速器から走査ホーンへと運ぶ。電子掃引システムは、この加速された電子を走査ホーンを横切って掃引する。この走査ホーン上のフェイスプレートは、熱伝導性材料から作製される。アノードターゲットは、加速された電子をＸ線に変換するために、このフェースプレートに取り付けられる。冷却液チャネルは、このフェースプレートにおいて規定される。
【０００９】
本発明の別の局面によれば、製品照射デバイスが提供される。コンベヤは、走査ホーンを通過させて製品を運搬する。電子加速器は、電子を加速する。真空路は、加速された電子を、この加速器から走査ホーンへと運ぶ。電子掃引システムは、この加速された電子を走査ホーンを横切って掃引する。この走査ホーン上のフェイスプレートは、熱伝導性材料から作製される。アノードターゲットは、加速された電子をＸ線に変換するために、このフェースプレートに取り付けられる。このアノードターゲットは、熱伝導性材料と交互配置された高Ｚターゲット材料の複数の層を含む。
【００１０】
本発明の別の局面によれば、Ｘ線の生成方法が提供される。この方法は、電子ビームを生成して加速し、そしてこの電子ビームにターゲットを衝突させてＸ線を生成することを包含する。このターゲットの第１層は、電子ビームと衝突されて、電子の第１の部分がＸ線に変換される。この電子の第２の部分は、第１のターゲット層を通過し、そしてターゲットの第２層に衝突する。ターゲットの第２の部分は、熱伝導性層によりターゲットの第１の部分と間隔を空けられている。ターゲットの第２層に衝突する電子の一部は、Ｘ線に変換される。
【００１１】
本発明の別の局面において、高エネルギー電子が移動する真空チャンバを閉鎖するためのＸ線ターゲットが提供される。このターゲットは、高Ｚターゲット材料の複数の層、およびターゲット層の間に交互配置された熱伝導性低Ｚ物質の複数の層を含む。
【００１２】
本発明の１つの利点は、Ｘ線を効率的に生成することである。
【００１３】
本発明の別の利点は、アノードの寿命が延びることである。
【００１４】
本発明の別の利点は、ターゲットの冷却剤腐食が排除されることである。
【００１５】
本発明のなお別の利点は、低減された加熱にある。
【００１６】
本発明のなおさらなる利益および利点は、好ましい実施形態を読み、そして理解する際に当業者に明らかとなる。
【００１７】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１を参照して、電子加速器１０は、高エネルギー電子を生成する。好ましい実施形態において、電子加速器１０は、１〜１０ＭｅＶのポテンシャルで電子を発生する。この加速器１０は、オペレータが電子のポテンシャル、電子の到達地などのような変数を操作するルーム内で遠隔制御１２から制御される。１つの加速器１０からの電子は、種々の処理領域に対して選択的に指向される。この電子は、真空路１５を介して、Ｘ線生成デバイス１４に指向され、ここで、この電子は、製品の滅菌プロセスまたは他の処理プロセスにおける使用のために、Ｘ線に変換される。この生成されたＸ線は、領域１６を照射し、この領域１６を通して、製品コンベア１８は、滅菌または処理される製品２０のパッケージを運搬する。
【００１８】
入口ゲート２２は、コンベア１８上への製品の進入の速度を制御する。これによって、適用に依存して、製品コンベア１８までおよび製品コンベア１８から製品を運搬する他のコンベアに対して異なる速度で製品コンベア１８が操作されることが可能となる。より多くの照射を必要とする製品の場合、コンベア１８は、適切である場合、より遅い速度で走行される。同様に、コンベア１８は、適切である場合、より少ない照射を必要とする製品に対して、加速される。
【００１９】
代替の実施形態において、製品コンベアは、常に、一定の速度および照射強度で走行し、従ってこの線量は変更される。この実施形態は、より強い照射の結果として、処理領域１６内に伝送される照射の量を変更する。
【００２０】
出口ゲート２４は、このシステムからの除去のために別のコンベア上に照射された製品を供給する。これはさらに、製品コンベアがその周囲から独立して操作されることを可能にする。安全性の目的のために、コンベア１８の大部分は、周囲の放射が全く出ないことを可能にする放射線遮蔽２６内にある。
【００２１】
ゲート２２、２４は、好ましい実施形態において、所望される場合、複数回、製品２０が照射されることを可能にするために切り換えられ得る。例えば、この製品は、廃棄されて取り換えられる前に、各側から一回照射され得る。
【００２２】
図２、そして続けて図１を参照して、加速器１０によって発生される高エネルギー電子ビーム２８は、真空チャンバ３１内で、Ｘ線３０に変換される。これらのＸ線３０は、コンベア１８上の通過している製品２０を照射する。好ましい実施形態において、製品２０が処理領域１６内に存在する場合、感知する光学センサまたは他のセンサ３２が存在する。光学センサ３２は、電子加速器コントロール１２と調整され、その結果、処理領域１６は、製品２０が存在する場合にのみ照射される。
【００２３】
光学センサ３２は、真空チャンバ３１内に位置付けられたターゲット３４の寿命を延長するのを補助し、これは、加速された電子をＸ線に変換する。Ｘ線源１４が操作される際、このＸ線源は絶えず熱を発生し、絶えず冷却される。この源１４をなおも冷却する間、この源１４をオンおよびオフに切り換えることによって、ターゲット３４はより効率的に冷める。
【００２４】
選択肢として、鉛または鉄のような重金属から形成される遮蔽３６は、コンベア１８の後ろに、Ｘ線源に対向して配置される。この遮蔽は、製品２０およびコンベア１８を通って通過した照射の大部分を止めて、周囲の領域をより安全にする。ビームが水平に指向されるか、またはＸ線源の隣またはＸ線源の下のルームを保護するために設置が１階でない場合、この遮蔽３６が好ましい。
【００２５】
図３、そして続けて図２を参照して、Ｘ線源ターゲット３４は、高エネルギー電子と衝突される場合にＸ線を生成し得る金属から形成される。好ましい実施形態において、ターゲット３４は、高い熱伝導率を有する基板４０に取り付けられたタンタルから形成される。アルミニウム、銅、およびそれらの合金が好ましいが、他の熱伝導性材料もまた考慮される。電子が真空を横切ってターゲット３４に衝突する際、それらのエネルギーの大部分は熱に変換される、伝導性基板４０は、ターゲット３４から離れて熱を伝導する。冷却液（取り扱いの簡便さのための好ましい実施形態において、水）は、このシステムから離れて熱を伝導するために、基板内のチャネル（例えば、チューブ、孔、または他の空洞）４２を通って流れる。冷却オイルのような他の流体もまた、考慮される。
【００２６】
好ましくは、冷却流体は、ターゲット３４と直接接触しない。このため、このターゲットは、冷却液に対する曝露の結果としての酸化および腐食から保護される。あるいは、冷却液はターゲット３４上を直接流れ得る。好ましくは、腐食防止剤は、ターゲットの腐食を軽減し、ターゲットの寿命を延長するために、加えられる。
【００２７】
Ｘ線源１４は、偏向プレート４４のような電子掃引システムを備える。これらは、真空チャンバ３１を規定する加速器ホーン４６の外周に沿って位置付けされる。偏向プレート４４は、電子ビーム２８が常にターゲット３４上の同じスポットに衝突しないように、電子ビーム２８の方向を静電的にまたは磁気的に操作する。より具体的には、コントロール１２は、製品の寸法に従って、偏向プレートを制御する。代表的には、走査ホーンは、例えば、およそメートル長で伸長される。この電子ビームは通過する製品の対応する寸法と釣り合った距離にわたって前後に挿引される。ターゲットの冷却を促進するために、電子ビームはまた、横方向に移動される。例えば、電子ビームは、第１の掃引において一本のラインに沿って、戻り掃引の場合は平行ラインに沿って掃引される。様々な平行なシフトした掃引経路、シグモイド状の掃引経路または他の非線形掃引経路、楕円ループ、および他の二次元経路のようなより複雑な掃引パターンもまた、考慮される。
【００２８】
好ましい実施形態において、偏向プレート４４は静電プレートであり、これは負に荷電された場合、電子ビームを反発する。ビームを引き付けるために正に荷電したプレートもまた、考慮される。あるいは、それらは磁気プレートであり得る。このプレートは真空の内側または外側に位置付けされ得る。静電プレートが真空内側に位置付けられる場合、導線のための密封した貫通端子が設けられる。
【００２９】
図４を参照して、好ましいターゲット３４の詳細図が提供される。ターゲット３４は、好ましい実施形態において、複数の層３４ａ、３４ｂ、３４ｃの３つに分割される。このターゲット層は、熱伝導性基板４０の層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ間に挟まれる。好ましい実施形態のＸ線源１４が作動される際、電子ビーム２８は、タンタルホイルまたはタングステンホイルの第１の層３４ａに衝突する。電子の一部は、Ｘ線に返還され、一部はターゲットの第１の層を通過する。通過するこれらの電子は、ターゲットの第２の層３４ｂに衝突し、ここで、一部が変換され、一部が通過する。このプロセスは、再び第３の層３４ｃについて繰り返される。
【００３０】
好ましい実施形態におけるターゲット層は、基板材料の層（低いＺ、すなわち放射線が容易に通過するのを可能にする）に付着したターゲット材料のフィルムまたはコーティング（これは高いＺであり、すなわち放射線を吸収する傾向にある）である。図４に例示されるように、ターゲット層３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、次第に薄くなる。各層は、電子を停止させる異なる性能を有する。代表的には、エネルギーが異なると、異なる層で停止される。結果として、異なるＸ線スペクトルは各層から生じる。さらに、第２の層および第３の層は、上流ターゲット層に発生した低エネルギーＸ線をフィルターアウトする。これは、ターゲットの１つの厚い層に対向した場合、ターゲットの複数の層を有するという利点である。好ましい実施形態において発生したＸ線が、電子ビームとほぼ同じである伝播の方向を有することが理解されるべきである。
【００３１】
進行方向にＸ線を集束させることを補助するために、基板４０は、進行方向に延びるサイドフランジ有するように成形される。フランジにおける材料の厚みがより厚くなるにつれて、より薄い中心窓部分より多くのＸ線を吸収する。必要に応じて、ステンレス鋼のようなフィルター材料の層は、１層以上のターゲット層と処理領域との間に位置付けられ、低エネルギーＸ線を吸収する。
【００３２】
代表的には、最良の従来のＸ線ターゲットは、上層の（ｉｎｃｕｍｂｅｎｔ）電子の速度エネルギーのわずか約１５％しかＸ線に変換しない。本発明のターゲット３４は、電子のエネルギーの約８０％をＸ線に変換する。これは、ターゲット中の非常に広範囲のエネルギーを支持することによってなされる。従来のターゲットに使用されないものが、第１の層３４ａを通過し、第２の層などと相互作用する。使用される電子が多くなると、熱に変換される電子はより少なくなる。このことは、ターゲットの冷却を、幾分簡単な問題にする。
【００３３】
代替の実施形態において、ターゲットの１つの厚い層は、複数のより薄い層の代わりに使用され、同じ電子停止電力を達成し得る。タンタルおよびタングステンのような、しばしば高いＺ材料である通常のターゲット材料は、比較的弱い熱伝導体であるため、アノードターゲットからの熱はよりゆっくりと除去される。
【００３４】
本発明は、種々の構成要素および構成要素の構成、ならびに種々の工程および工程の配置の形態をとり得る。図面は、好ましい実施形態を例示する目的のためのみであり、本発明を限定すると解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明に従う製品処理システムの俯瞰図である。
【図２】
図２は、図１のシステムの放射線生成領域のより詳細な部分断面図である。
【図３】
図３は、本発明に従う走査ホーンおよびＸ線生成装置の側面断面図である。
【図４】
図４は、図３のＸ線生成装置のターゲットの詳細図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004514120.tif 000020
2004514120.tif 000021
2004514120.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004514120.tif 000023
【国際調査報告】
2004514120.tif 000024
2004514120.tif 000025
2004514120.tif 000026