ГЕНЕРАТОР ПУЧКА ЭЛЕКТРОНОВ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ
ELECTRON BEAM GENERATOR AND ELECTRON-BEAM STERILIZATION DEVICE

Настоящее изобретение относится к генератору пучка электронов и устройству электронно-лучевой стерилизации для стерилизации упаковочного контейнера путем облучения пучком электронов.
WO 2013/154782 раскрывает стерилизатор электронным пучком для медицинского инструмента, такого как шприцы, который содержит источник низкоэнергетических электронов, камеру продукта, причем источник низкоэнергетических электронов выполнен с возможностью испускать электроны, имеющие конкретную энергию в камеру продукта, причем источник содержит спиралевидную нить накала.
US 2011/006663 раскрывает ультраминиатюрный источник света, использующий вольфрамовую нить накала в форме двойной спирали, включающей в себя концевые контактные участки, которые разделены, чтобы позволять радиальное и направленное по длине раскручивание спирали, причем двойная спираль нити накала расположена на относительно большом расстоянии от ее концевых участков, так чтобы избежать контактов между участками нити накала при расширении. Источник света получен посредством изготовления ультраминиатюрной вольфрамовой нити накала в форме двойной спирали из вольфрамовой фольги и помещения этой нити накала в керамический корпус, имеющий отражающее днище и отсек, в котором подвешивается нить накала. В процессе пайки в вакуумной печи нить накала прикрепляется к контактам керамического корпуса, причем на верхнюю часть керамического корпуса прикрепляется крышка с прозрачным окном посредством оплавления припоя при обработке во второй вакуумной печи для формирования полностью герметично уплотненного корпуса.
Упаковка пищевых продуктов и лекарственных препаратов, в том числе жидких и частично жидких продуктов, в упаковочные контейнеры является распространенной практикой. Такие упаковочные контейнеры могут быть изготовлены, например, из слоистого материала, содержащего по меньшей мере один слой из бумаги или картона и один или более барьерных слоев, например, слой из алюминиевой фольги и/или полимерного материала, такой как, например, полиэтиленовый слой.
В особенности в медицинской и пищевой промышленности перед наполнением упаковочных контейнеров продуктом проводят их стерилизацию. Посредством чего микроорганизмы, такие как бактерии, грибки, вирусы и споры, которые могут присутствовать на поверхности упаковочного контейнера, удаляются.
Известный способ стерилизации упаковочных контейнеров состоит в облучении их носителями заряда, в особенности пучками электронов. Известное устройство электронно-лучевой стерилизации содержит генератор пучка электронов, расположенный в вакуумном корпусе, который снабжен окном выхода электронов. Генератор пучка электронов содержит нить накала, соединенную с источником электропитания. Когда электрический ток подается через нить накала, электрическое сопротивление нити накала вызывает ее нагревание до высокой температуры, например, порядка 2000 К. Это нагревание приводит к тому, что нить накала испускает облако электронов. Эти электроны ускоряются к окну выхода электронов с помощью потенциала высокого напряжения между катодом рядом с нитью накала и окном выхода электронов (выступающим в роли анода). Благодаря своей высокой энергии электроны проходят через окно выхода электронов к целевой области, то есть к поверхности упаковочного контейнера, который подлежит стерилизации.
Существуют такие устройства электронно-лучевой стерилизации или источники, которые могут быть опущены в упаковочный контейнер для стерилизации пространства внутри упаковочного контейнера. Известное устройство электронно-лучевой стерилизации, выполненное с возможностью стерилизации пространства внутри упаковочного контейнера, содержит по существу трубчатый корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного введения в упаковочный контейнер. Окно выхода электронов расположено на переднем конце трубчатого корпуса и имеет практически круглую форму. Нить накала расположена в корпусе, то есть в вакуумной камере, и генерирует пучок электронов, который затем с помощью высокого потенциала направляется к окну выхода электронов.
Известная нить накала для устройства электронно-лучевой стерилизации имеет кольцеобразную форму. Такая кольцеобразная нить накала создает профиль пучка, имеющий центральный пик со снижающейся плотностью тока в радиальном направлении. В данном контексте термин «профиль пучка» относится, в частности, к профилю интенсивности пучка в направлении, перпендикулярном направлению распространения пучка электронов, а более конкретно - к интенсивности тока или плотности тока вдоль радиуса окна выхода электронов.
Для генерации более равномерного или однородного профиля пучка необходимо, как известно, между нитью накала и окном выхода электронов расположить сетку формирования пучка с целью формирования пучка электронов. Сетка формирования пучка содержит множество отверстий и, в частности, используется для рассеивания пучка электронов в более равномерный пучок, а также для фокусировки пучка электронов в направлении окна выхода электронов.
Устройство электронно-лучевой стерилизации с сеткой формирования пучка электронов раскрыто в US 2011/0192986 A1. Данная сетка подключена к источнику питания. Благодаря тому, что к сетке прикладывается или не прикладывается положительное или отрицательное напряжение, электроны, сформированные на нити накала, будут покидать или не будут покидать сетку. Такая сетка содержит по меньшей мере два рабочих участка для формирования профиля пучка.
Задачей настоящего изобретения является создание генератора пучка электронов и устройства электронно-лучевой стерилизации, которое генерирует пучок электронов, имеющий практически однородный профиль пучка, в частности, без использования управляющей сетки.
В соответствии с настоящим изобретением данная задача решается с помощью генератора пучка электронов по п.1 формулы изобретения и устройства электронно-лучевой стерилизации по п.14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения и в последующем описании, в частности, вместе с прилагаемыми чертежами.
Генератор пучка электронов содержит испускающее электроны устройство, выполненное с возможностью испускать пучок электронов при нагревании до высокой температуры, например, порядка 2000 К или по меньшей мере 1800 К. Испускающее электроны устройство имеет практически плоскую форму и содержит нить накала, имеющую спиралевидный участок, который предпочтительно простирается между внешним участком и внутренним участком плоского испускающего электроны устройства.
Устройство электронно-лучевой стерилизации в соответствии с настоящим изобретением выполнено с возможностью стерилизации упаковочного контейнера, в частности, пространства внутри упаковочного контейнера, путем облучения пучком электронов. Устройство электронно-лучевой стерилизации содержит охватывающий внутреннее пространство корпус, причем корпус содержит окно выхода электронов. Генератор пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением размещен в этом внутреннем пространстве для генерации пучка электронов. Пучок электронов выходит из корпуса через окно выхода электронов для стерилизации упаковочного контейнера.
Первый аспект настоящего изобретения состоит в обеспечении испускающего электроны устройства, которое в целом может быть описано, как имеющее дискообразную форму. Испускающее электроны устройство предпочтительно является практически круглой пластиной, имеющей сформированное в ней свободное пространство. Дискообразное испускающее электроны устройство предпочтительно имеет толщину максимум 0,3 мм, предпочтительно максимум 0,2 мм. Данная толщина предпочтительно является однородной (за исключением любой сквозной щели или отверстия). Диаметр испускающего электроны устройства предпочтительно составляет по меньшей мере 1 см, более предпочтительно находится в пределах нескольких сантиметров, например, от 1,5 см до 5 см.
Второй аспект настоящего изобретения состоит в обеспечении спиралевидной нити накала внутри дискообразного испускающего электроны устройства. Другими словами, дискообразное испускающее электроны устройство содержит спиралевидный участок. Сам по себе спиралевидный участок (нить накала) имеет плоскую форму, то есть его поперечное сечение является не круглым, а прямоугольным. Дискообразный источник предпочтительно содержит спиралевидную щель, образованную в материале диска, образуя посредством этого спиралевидную нить накала в дискообразном испускающем электроны устройстве. Испускающее электроны устройство, являющееся предметом настоящего изобретения, также может быть описано как диск, имеющий по меньшей мере одну образованную в нем щель, так что на части диска формируется спиралевидная нить накала. Такая спиралевидная нить накала создает практически однородный профиль пучка и, следовательно, однородную температуру по площади окна выхода электронов.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения испускающее электроны устройство содержит плоский внешний опорный элемент, соединенный с внешним концом спиралевидной нити накала. Другими словами, спиралевидная нить накала не простирается по всему радиусу плоского испускающего электроны устройства, а переходит на своем внешнем конце в опорный элемент, предпочтительно выполненный в форме кольца. Этот внешний опорный элемент или опорное кольцо может иметь радиальную протяженность, превосходящую радиальную протяженность (ширину) витков нити накала по меньшей мере в несколько раз. Благодаря своему размеру и, следовательно, своей более низкой температуре относительно спиралевидного участка генератора пучка электронов опорное кольцо, как правило, не испускает электроны в процессе работы генератора пучка электронов. Другими словами, размер опорного кольца таков, что оно не испускает электроны в процессе работы генератора пучка электронов. В процессе работы испускающим электроны устройством, в частности нитью накала, испускается электронный ток между 1 миллиампером (мА) и 10 мА, предпочтительно от 1 мА до 4 мА. Электрическая мощность, подаваемая на испускающее электроны устройство, может быть порядка от 100 ватт (Вт) до 400 Вт. В более крупных испускающих электроны устройствах нитью накала может испускать электронный ток между 4 мА и 6 мА. Электрическая мощность, подаваемая при этом, составляет около 300-500 Вт.
Внешний опорный элемент или опорное кольцо предпочтительно выполнен с возможностью поддерживать испускающее электроны устройство. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внешний опорный элемент содержит по меньшей мере один соединительный участок для механического и/или электрического подсоединения испускающего электроны устройства. Например, 1, 2, 3 или большее соединительных участков может быть предусмотрено на внешнем опорном элементе. Соединительные участки предпочтительно распределены в направлении вдоль окружности на внешнем опорном элементе. Соединительные участки могут представлять собой любую граничную поверхность для механического монтажа поддерживающей конструкции, такой как поддерживающий стержень. Например, внешний опорный элемент может иметь одно или более отверстий для присоединения (приема) поддерживающего стержня. Другая альтернатива состоит в том, чтобы приварить внешний опорный элемент к поддерживающему корпусу в ряде точек. Внутренний опорный элемент может быть приварен к штифту, соединенному с поддерживающим корпусом.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения во внешнем опорном элементе сформирован зазор. Данный зазор или отверстие предпочтительно сформировано в той части внешнего опорного элемента, которая примыкает к соединительному участку нити накала, где нить накала переходит в или соединяется с внешним опорным элементом. В частности, зазор может быть сформирован в той части внешнего опорного элемента, которая проходит в радиальном направлении от внешнего соединительного участка нити накала. Сформированный в этой области зазор приводит к тому, что температура в зоне внешнего опорного элемента вблизи соединительного участка нити накала является более высокой ввиду меньшего количества материала в этой области. Это обусловливает то, что профиль пучка не уменьшается резко на внешнем конце спиралевидной нити накала. Таким образом, может быть достигнут более однородный профиль, в частности, в радиально внешней части.
Указанный зазор может быть выполнен в виде щели, предпочтительно простирающейся в направлении по окружности внешнего опорного элемента. Зазор формирует или создает реберную структуру между внутренней границей или краем внешнего опорного элемента и самим зазором (отверстием). Длина щели может быть порядка от 10° до 180°, в частности, от 20° до 60°.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения нить накала содержит множество витков, при этом расстояние между витками в радиальном направлении равно или меньше радиальной протяженности (ширины) витков. Другими словами, ширина витков равна или больше ширины щелей между витками. Минимизируя размер щелей, можно дополнительно повысить равномерность профиля пучка.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения расстояние между внешним витком нити накала и внешним опорным элементом больше чем расстояние между соседними витками нити накала.
Нить накала может содержать от 3 до 8 витков, в частности, от 3 до 6, от 3 до 5 или от 3 до 4 витков. Если число витков увеличивается, необходимо увеличивать мощность накала, необходимую для определенного тока эмиссии, в результате чего снижается эффективность. Предпочтительным материалом испускающего электроны устройства, в частности нити накала, является вольфрам.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внешняя точка соединения или соединительный участок нити накала, где нить накала соединена с внешним опорным элементом, смещена в направлении по окружности относительно внутренней точки соединения или участка нити накала, где нить накала соединена с внутренним опорным элементом. Смещение по окружности соединительных точек нити накала к внутреннему и внешнему опорным элементам обеспечивает более равномерный профиль пучка в направлении по окружности.
В соответствии с другим вариантом осуществления нить накала содержит соединительный участок, который переходит во внутренний опорный элемент и/или внешний опорный элемент, при этом соединительный участок содержит изгиб или поворот, в частности, между радиальным направлением и направлениям по окружности. Другими словами, нить накала содержит спиралевидный участок и соединительный участок, при этом соединительный участок расположен между спиралевидным участком и внутренним опорным элементом и/или внешним опорным элементом и содержит изгиб. Таким образом, спиралевидный участок нити накала не переходит в соответствующий опорный элемент по прямой линии, а изгибается по направлению к опорному элементу.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения спиралевидный участок нити накала имеет постоянную ширину вдоль своей продольной протяженности. Постоянная ширина или постоянная радиальная протяженность дополнительно способствует однородному профилю пучка.
В другом предпочтительном варианте осуществления испускающее электроны устройство содержит внутренний, предпочтительно плоский опорный элемент, соединенный с внутренним концом нити накала. Внутренний опорный элемент может иметь радиальную протяженность, по меньшей мере в несколько раз превосходящую радиальную протяженность (ширину) витков нити накала. Благодаря своему размеру, а следовательно, и своей более низкой температуре относительно спиралевидного участка генератора пучка электронов внутренний опорный элемент, как правило, не испускает электроны в процессе работы генератора пучка электронов.
Внутренний опорный элемент предпочтительно выполнен с возможностью поддерживать испускающее электроны устройство. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения внутренний опорный элемент содержит по меньшей мере один соединительный участок для механического и/или электрического подсоединения испускающего электроны устройства. Соединительный участок может представлять собой любую граничную поверхность для механического монтажа поддерживающей конструкции, такой как поддерживающий стержень, например, отверстие, сформированное во внутреннем опорном элементе. Внутренний опорный элемент может быть, в частности, опорным кольцом.
Внутренний опорный элемент предпочтительно является дискообразным или кольцеобразным. Внутренний опорный элемент может быть, в частности, целым диском без щелей. В другом варианте осуществления во внутреннем опорном элементе может быть обеспечена щель или отверстие. Отверстие, в частности сквозное отверстие, предпочтительно формируется в центре внутреннего опорного элемента. Отверстие обусловливает то, что температура в зоне внешнего опорного элемента вблизи соединительного участка нити накала является более высокой, так что профиль пучка не уменьшается резко на внешнем конце спиралевидной нити накала. Таким образом, может быть достигнут более однородный профиль, в частности, в радиально внутренней части.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения нить накала, испускающая электроны, выполнена как одно целое с внутренним опорным элементом, в частности пластиной или кольцом, а также с внешним опорным элементом, в частности кольцом, и поддерживается исключительно внутренним и внешним опорными элементами. Внутренний и внешний опорные элементы могут быть выполнены вместе с нитью накала в виде диска, имеющего предпочтительно постоянную толщину.
В одном или более вариантах осуществления спиралевидный участок нити накала имеет переменную ширину вдоль своей продольной протяженности. В частности, в одном или более вариантах осуществления по меньшей мере внешний виток спиралевидного участка имеет переменную ширину вдоль своей продольной протяженности. Таким образом, может быть отрегулирована температура угловых участков нити, в результате чего по окну достигается однородный пучок электронов лишь с небольшими различиями между угловыми секторами спиралевидного участка и с правильным радиальным распределением электронов. Испускание электронов, то есть количество производимых электронов, в каждом угловом секторе примерно одинаково. Оно будет зависеть как от площади доступной области испускающей поверхности, так и от температуры этой области.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1 показан первый вариант осуществления генератора пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан профиль пучка, сформированный генератором пучка электронов в соответствии с фиг.1.
На фиг.3 показан второй вариант осуществления генератора пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.4 показан вид сбоку одного из вариантов осуществления генератора пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.5 показано устройство электронно-лучевой стерилизации в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит генератор пучка электронов, также являющийся предметом настоящего изобретения.
На фиг.6 показан поперечный разрез устройства электронно-лучевой стерилизации с фиг.5.
На фиг.7а показан третий вариант осуществления генератора пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.7б показана часть варианта осуществления с фиг.7а в увеличенном масштабе.
Равные или соответствующие элементы обозначены на всех чертежах одинаковыми ссылочными позициями. Признаки, описанные по отношению к различными чертежам, могут быть объединены, насколько это технически возможно.
На фиг.5 в соответствии с настоящим изобретением показано устройство 10 электронно-лучевой стерилизации для стерилизации пространства внутри упаковочного контейнера, в частности, пищевого или фармакологического контейнера.
На фиг.6 показан поперечный разрез устройства электронно-лучевой стерилизации с фиг.5.
-
На фиг.5 и 6 показано устройство 10 электронно-лучевой стерилизации. Устройство 10 электронно-лучевой стерилизации содержит корпус 12, охватывающий внутреннее пространство, в частности, вакуумное пространство. Корпус 12 или вакуумная камера обладает практически цилиндрической формой с осевой симметрией вокруг продольной оси А. Корпус 12 включает в себя первую часть 14 корпуса, в которой расположен генератор 30 пучка электронов, также являющийся предметом настоящего изобретения, и цилиндрическую или трубчатую вторую часть 16 корпуса, выполненную с возможностью введения в упаковочный контейнер для стерилизации пространства внутри контейнера. Окно 18 выхода электронов сформировано на переднем конце второй части 16 корпуса напротив первой части 14 корпуса. Окно 18 выхода электронов содержит прозрачную для электронов пленку 19 и поддерживающий пленку элемент 20. Зона ускорения электронов формирована между генератором пучка электронов 30 и окном 18 выхода электронов, в частности, в пределах и вдоль второй части 16 корпуса. Зона ускорения проиллюстрирована траекторией движения одного электрона е.
Генератор 30 пучка электронов, расположенный в вакуумном корпусе 12, в частности в первой части 14 корпуса, выполнен с возможностью генерации облака электронов, которое ускоряется к окну 18 выхода электронов, при нагревании до высокой температуры, в частности, порядка 2000 К. Варианты осуществления генератора 30 пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением будут описаны далее со ссылкой на фиг.1-4.
На фиг.1 показан первый вариант осуществления генератора 30 пучка электронов в соответствии с настоящим изобретением. Генератор 30 пучка электронов содержит испускающее электроны устройство 32, выполненное как одно целое в плоской, дискообразной форме. Испускающее электроны устройство 32 может иметь диаметр в несколько сантиметров, например, по меньшей мере в два, по меньшей мере в три или по меньшей мере в пять сантиметров. Толщина испускающего электроны устройства 32 может находиться в диапазоне от 0,05 мм до 0,15 мм. Предпочтительно, чтобы толщина испускающего электроны устройства 32 составляла 0,2 мм или менее. Данная толщина может варьироваться вдоль радиуса испускающего электроны устройства 32, однако в целом будет постоянной по всему объему.
Испускающее электроны устройство 32 содержит нить накала 34 и опорные элементы 50, 60. Нить накала имеет в целом спиралевидную форму. Нить накала 34 содержит множество витков 38. Внешний опорный элемент 50 окружает нить накала 34. Нить накала 34 соединена с внешним опорным элементом 50 на первом, внешнем, соединительном участке 42, расположенном на первом (внешнем) конце нити накала 34. Внешний опорный элемент 50 окружает нить накала 34 и предпочтительно сформирован как одно целое с нитью накала 34. Нить накала 34 и внешний опорный элемент 50 расположены в одной плоскости (уровне).
Второй продольный конец (внутренний конец) нити накала 34 соединен с внутренним опорным элементом 60, имеющим дискообразную форму. Внутренний опорный элемент 60 предпочтительно сформирован как одно целое с нитью накала 34 и соединен с нитью накала 34 на втором, внутреннем, соединительном участке 44. Нить накала 34, внешний опорный элемент 50 и внутренний опорный элемент 60 предпочтительно изготовлены из вольфрама.
Внешний опорный элемент 50 и внутренний опорный элемент 60 выполнены с возможностью поддерживать нить накала 34 с помощью соединения с соответствующими продольными концам нити накала 34. Нить накала 34 предпочтительно поддерживается исключительно внешним опорным элементом 50 и внутренним опорным элементом 60. Другими словами, нить накала 34 поддерживается только на своих соответствующих продольных концах. Ввиду размера внешнего опорного элемента 50 и внутреннего опорного элемента 60 температура внешнего опорного элемента 50 и внутреннего опорного элемента 60 будет значительно ниже температуры нити накала 34, в частности, так что внешний опорный элемент 50 и внутренний опорный элемент 60 испускают лишь небольшое количество электронов или не испускают вообще.
Нить накала 34 содержит спиралевидный участок 36 и первый соединительный участок 42, который соединяется с внешним опорным элементом 50, а также второй соединительный участок 44, который соединяется с внутренним опорным элементом 60. Первый соединительный участок 42 имеет изгиб с поворотом наружу для соединения спиралевидного участка 36 с внутренней границей 52 внешнего опорного элемента 50, который, в частности, является кругообразным. Второй соединительный участок 44 имеет изгиб с поворотом внутрь для соединения спиралевидного участка 36 с внешней границей 62 внутреннего опорного элемента 60, который, в частности, является кругообразным.
Первый соединительный участок 42 смещен в направлении по окружности относительно второго соединительного участка 44. Другими словами, число витков 38 нити накала 34 не является целым. Нить накала 34 включает в себя множество полных витков 38 и одну часть витка 38, причем эта часть составляет предпочтительно от 20% до 80% от полного витка 38. В предпочтительном варианте осуществления смещение между первым соединительным участком 32 и вторым соединительным участком 44 в направлении по окружности составляет от 45° до 75°.
Между каждым из витков 38 сформировано свободное пространство, расстояние или интервал 48. Как видно из фиг.1, размер интервала 48 приблизительно равен размеру витков 38. Термин «размер» относится в данном случае, в частности, к ширине, то есть к протяженности в радиальном направлении. Ширина расстояний или интервалов 48 обозначена на чертежах через d, тогда как ширина витков 38 обозначена через w. Может оказаться предпочтительным, чтобы размер, то есть расстояние d, интервала 48 был меньше размера, то есть ширины w, витков 38.
На фиг.2 показан профиль пучка, который может быть получен с помощью генератора 30 пучка электронов в соответствии с фиг.1. Поскольку профиль пучка является практически симметричным относительно центральной точки генератора 30 пучка электронов, достаточно показать лишь зависимость от радиуса окна выхода. Начало отсчета находится в центре окна выхода. График, представленный на фиг.2, относится к дозе, измеренной на окне 18 выхода электронов устройства 10 электронно-лучевой стерилизации. Центр испускающего электроны устройства 32 ввиду своей низкой температуры не испускает. По мере увеличения расстояния от центра температура повышается и достигает своего максимального значения в определенной точке нити накала 34 вдоль ее продольной протяженности. Затем на конце нити накала 34, рядом с внешним опорным элементом 50 температура снижается. Пониженное испускание в центре является позитивным эффектом, поскольку оно компенсирует электроны, рассеянные к центру. Интенсивность, измеренная на окне 18 выхода электронов, является практически однородной вдоль радиуса окна 18 выхода электронов, но содержит пик вблизи внешней окружности окна 18 выхода электронов.
Диаметр спиралевидного участка 36 определяет диаметр профиля пучка вместе с конструкцией корпуса 12, в частности, второй части 18 корпуса (носовой части). В одном из вариантов осуществления диаметр нити накала 34 (отвечающий внутреннему диаметру внешнего опорного элемента 50) соответствует диаметру окна 18 выхода электронов. Другими словами, диаметр внешнего опорного элемента 50 имеет диаметр больше, чем диаметр окна 18 выхода электронов.
Размер интервалов 48 между соседними витками 38 (размер щелей) определяет, как сильно и какое количество электронов рассеивается, и какая величина тока с задней стороны испускающего электроны устройства 32 может быть получена во второй части 16 корпуса (трубе). Было установлено, что конфигурации, изображенные на фиг.1 и 3, обеспечивают выгодные конфигурации.
На фиг.3 показан второй вариант осуществления генератора 30 пучка электронов. Данный вариант осуществления практически соответствует варианту осуществления, показанному на фиг.1, поэтому далее будут описаны только отличия. Внешний опорный элемент 50 содержит зазор 54 (воздушный зазор), расположенный в той части внешнего опорного элемента 50, в которой нить накала 34 переходит во внешний опорный элемент 50. Зазор 54 сформирован в виде щели, простирающейся в направлении по окружности, так что нить накала 34 разветвляется на два ребра или выступа 56. Размер этих ребер 56 таков, что их температура выше температуры остальных частей внешнего опорного элемента 50 в процессе работы генератора 30 пучка электронов. Таким образом, резкого падения температуры на внешнем конце нити накала 34, где она переходит во внешний опорный элемент 50, не происходит. Предпочтительно, чтобы ширина ребер 56 практически соответствовала ширине витков 38 нити накала 34. Протяженность зазора 54 или щели в направлении по окружности составляет от 45° до 135°, предпочтительно около 90°. Зазор 54 расположен в той части, которая выходит радиально наружу от первого соединительного участка 42 нити накала 34, так что нить накала 34 разветвляется на своем внешнем конце. Другими словами, внешний опорный элемент 50 содержит реброобразные структуры, примыкающие к первому соединительному участку 42 нити накала 34.
Внутренний опорный элемент 60 также содержит зазор, то есть отверстие 64. Отверстие 64 расположено в центре внутреннего опорного элемента 60, так что внутренний опорный элемент 60 имеет кольцеобразную форму. Центр отверстия совмещен с осью A. Центральное отверстие внутреннего опорного элемента 60 используется для центрального поддерживающего стержня 72, который будет описан ниже. Ввиду малой ширины второго соединительного участка 44 по сравнению с внутренним опорным элементом 60 температура на втором соединительном участке 44 будет выше.
Дискообразное испускающее электроны устройство 32 крепится на поддерживающей конструкции 70, как показано на фиг.4. Поддерживающая конструкция 70 содержит поддерживающий корпус 74 и множество поддерживающих стержней или прутков 72. Центральный поддерживающий стержень 72 соединен с внутренним опорным элементом 60, и один или более внешних поддерживающих стержней 72 соединены с внешним опорным элементом 50. Для соответствующих соединений внешний опорный элемент 50 содержит одну или более точек 58 соединений, а внутренней опорный элемент 60 содержит по меньшей мере одну точку 68 соединения. Точки 58, 68 соединения могут быть отверстиями во внешнем опорном элементе 50 и внутреннем опорном элементе 60. Электрическое соединение для работы генератора пучка электронов может проходить вдоль или внутри поддерживающих стержней 72. Данная поддерживающая конструкция 70 пригодна для всех вариантов осуществления. Другой вариант соединения осуществляется через сварку, то есть внешний опорный элемент приваривается к поддерживающему корпусу в ряде точек. На рассматриваемом чертеже дискообразное испускающее электроны устройство 32 является плоским, а именно соответствующий диск является плоским, то есть он простирается в плоскости. Однако следует отметить, что дискообразное испускающее электроны устройство 32 должно быть расположено в поддерживающей конструкции так, чтобы при рабочих температурах получалась оптимальная конфигурация. Оптимальная конфигурация дискообразного испускающего электроны устройства не обязательно является идеально плоской. Может оказаться необходимым расположить дискообразное испускающее электроны устройство при комнатной температуре неплоским образом, чтобы компенсировать тепловое расширение при рабочих температурах. Таким образом, дискообразное испускающее электроны устройство может быть расположено в поддерживающей конструкции в вогнутом или выпуклом положении.
1
2
3
4
На фиг.7а и 7б показан третий вариант осуществления испускающего электроны устройства 32. Испускающее электроны устройство с фиг.7а имеет сходство с устройством с фиг.3, а испускающее электроны устройство, для которого показан лишь спиралевидный участок, аналогично фиг.7а, но элемент конструкции увеличен в масштабе для наглядной демонстрации. Третий вариант осуществления практически соответствует варианту осуществления, показанному на фиг.3, поэтому далее будут описаны только отличия. В предшествующих вариантах осуществления спиралевидный участок 36 имел постоянную ширину вдоль продольной протяженности. В данном варианте осуществления спиралевидный участок напротив имеет переменную ширину вдоль продольной протяженности. В частности, переменную ширину вдоль продольной протяженности имеет внешний виток 80, являющийся самым удаленным от центра витком спиралевидного участка 36. Изменение ширины человеческому глазу распознать трудно, и потому оно едва заметно на фиг.7а. Однако на фиг.7б данное изменение было сильно увеличено в целях наглядности и для облегчения описания переменной ширины. Внешний виток 80 разделен на угловые секторы a, a, a и а воображаемыми линиями 1, 2, 3 и 4, показанными на фиг.7б.
0
1
0
2
0
0
3
0
4
0
На первом соединительном участке 42 ширина равняется w, она является исходной шириной и шириной остальных витков. Внешний виток 80 в первом угловом секторе a имеет эту ширину, то есть ширину w. Во втором угловом секторе a его ширина увеличивается. На линии 1 она равняется ширине w, но затем плавно увеличивается до линии 2, где уже составляет w+dw. В третьем угловом секторе a ширина постоянна и равна w+dw до линии 3. В четвертом угловом секторе a она плавно уменьшается обратно к значению w, которое достигается на линии 4.
Угол между линией 1 и линией 2 составляет около 120°, угол между линией 2 и линией 3 составляет около 40°, угол между линией 3 и линией 4 составляет около 100°, а угол между линией 4 и линией 1 также составляет около 100°. Следует понимать, что изменение ширины спиралевидного участка может быть выполнено различными способами и что фиг.7б показывает лишь один из многих вариантов. Углы могут быть другими, а также может быть большее или меньшее количество угловых секций. Кроме того, ширина может быть переменной не только во внешнем витке, но и в любом другом витке. В то же время ширина во внешнем витке может быть постоянной.
В данном варианте осуществления ребро 56a рядом со щелью 54 имеет большую ширину, чем ребро 56b на другой стороне первого соединительного участка 42. Ребро 56b также находится рядом со щелью 54. Ширина ребра 56а приблизительно в два раза больше ширины 56b.
Ссылочные позиции:
10 устройство электронно-лучевой стерилизации
12 корпус
14 первая часть корпуса
16 вторая часть корпуса
18 окно выхода электронов
19 пленка
20 поддерживающий пленку элемент
30 генератор пучка электронов
32 испускающее электроны устройство
34 нить накала
36 спиралевидный участок
38 виток
42 первый соединительный участок
44 второй соединительный участок
48 интервал
50 внешний опорный элемент
52 внутренняя граница
54 зазор
56 ребро
58 точка соединения
60 внутренний опорный элемент
62 внешняя граница
64 отверстие
68 точка соединения
70 поддерживающая конструкция
72 поддерживающий стержень
74 поддерживающий корпус
80 внешний виток.