具有作為電子源的場發射器的大面積指示電子束照射器的製作方法
2023-05-17 10:05:31
專利名稱：具有作為電子源的場發射器的大面積指示電子束照射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子束照射器，更具體涉及一種設計為允許在寬區域中的電子束照射，而不使用掃描磁鐵系統，以及允許用高電流密度而不使用加熱器如燈絲或附加電源的低能電子束照射器，由此保證簡化的結構以及減小的尺寸。
背景技術：
所屬領域的技術人員清楚地了解，每種物質的性能由組成原子的鍵合決定，其中通過束縛到該原子的外層電子進行鍵合。用充分能級的電子束改變物質的鍵狀態可以獲得完全不同於先前物質的性能。
亦即，電子束可以被照射到物質，以給予它附加的可用性能，或從它除去任意性能，例如對人體有害的性能。
用於電子束照射器以產生電子束的陰極材料通常選自具有低功函數的各種單晶、氧化物等。但是，這些材料用於電子束照射源，它們的尺寸受到限制，因此必需使用電磁體，以便在寬的區域中電子束照射和處理目標。
此外，常規電子束照射器是熱電啟動類型，其中為了產生電子束，利用燈絲加熱陰極材料直至適合的高溫。由於此，必然需要與燈絲一起使用附加的分開電源。
發明內容
技術問題如上所述，常規電子束照射器具有複雜的結構。此外，由於用點電子束源進行常規電子束照射，存在其中照射效率降低和經濟競爭力和加工能力變差的缺點。
由此，在技術上需要一種能防止上述問題的電子束照射器。
為了解決現有技術的上述問題，進行本發明，因此本發明的目的是提供一種設計為在寬的區域中照射電子束而不使用電磁系統，以及在高電流密度中，而不使用加熱器如燈絲或附加電源的電子束照射器，由此保證簡單的結構以及減小的尺寸。
本發明的另一目的是提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為從陰極的條形場發射器尖端徑向地照射電子束，允許在更寬的區域中照射更大的區域，由此進一步提高電子束的照射效率。
本發明的再一目的是提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為被簡單地裝配和拆卸，由此增強裝配、替換和維護的快速性、簡單性和效率。
本發明的另一目的是提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為使通過電子束照射窗口照射的電子束的加速電場的形變最小化，同時防止通過電子束照射窗口損壞真空室的真空狀態，以及實現克服真空和空氣之間壓力差的充分承受力，同時使通過其照射電子束的金屬箔厚度最小化，由此減小通過金屬箔的電子束的損失和所得的能量損耗。
本發明的又一目的是提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為在一個圓柱體單元中形成幾個電子束照射窗口，以便根據用途，保證各個電子束照射窗口的獨立應用和高操作效率，具體對於圓柱體的內部進一步，提高處理效率，以及能夠根據照射器和目標之間的距離變化進行電流密度調整。
技術方案根據用於實現上述目的的本發明的一個方面，提供一種電子束照射器，包括具有在真空室的外周邊縱向地形成的電子束照射窗口的真空室；在真空內部中心地和縱向地放置的陰極，以及具有在陰極上形成的場發射器尖端，對應於電子束照射窗口；以及在真空室的一端放置的高壓電源，用於朝向陰極施加高壓。
優選，該場發射器尖端由碳納米管制成。
在本發明中，陰極是具有圓形截面的杆形結構，且包括在杆形結構的外周邊中縱向地形成的條形場發射器尖端。
該電子束照射器還可以包括在真空室的兩端整體地設置的固定法蘭(flange)，與固定法蘭之一耦合併具有高壓電源的第一真空法蘭；與另一固定法蘭耦合的第二真空法蘭；第一支撐件，包括在陰極一端形成的管腳插入孔和在高壓電源中形成的、用於通過連接器管腳的第一絕緣體，以便連接器管腳通過第一絕緣體被插入陰極的管腳插入孔中；以及第二支撐件，包括在第二真空法蘭的中心部分中縱向地和軸向地形成的第二絕緣體中形成的插入溝槽，以便在陰極的另一端形成的插入突起被插入該插入溝槽中，以支撐陰極。
在本發明中，電子束照射窗口可以包括固定到真空室的基板，略微地從真空室突出到外面，並具有在其中心區中形成的延長矩形縫隙；被插入基板縫隙的外周邊中形成的插入溝槽中的金屬導線；放置在金屬導線上的金屬箔，具有一區域，該區域略微地大於被金屬導線圍繞的區域；以及與基板耦合的蓋板，對應於基板的縫隙，並具有對應於基板的中心區中的縫隙的電子束照射縫隙。
優選，該真空室是圓柱體，具有在其外周邊中形成的多個電子束照射窗口，以及其中放置在真空室內的陰極具有在該陰極的外周邊中形成的場發射器尖端，分別對應於真空室的電子束照射窗口。
根據用於實現上述目的的本發明的另一方面，提供一種電子束照射器，包括具有在真空室的外周邊區域中縱向地形成的多個電子束照射窗口的真空室；放置在真空室內的陰極，具有在其上形成的至少一個線性區和在該線性區上形成的多個場發射器尖端，分別對應於電子束照射窗口；以及放置在真空室的一端的高壓電源，用於朝向陰極施加高壓。
優選，該真空室具有與陰極的線性區平行相對的至少一個線性區，其中形成電子束照射窗口。
有益效果如上所述，本發明提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為通過使用場發射器尖端，在寬區域中以低能量照射電子束，以便在寬區域中可以照射電子束，而不使用電磁體，以及在高電流密度中照射電子束，而不使用加熱器如燈絲或附加電源，由此保證簡化的結構以及減小的尺寸。
此外，根據本發明，通過使用從陰極中形成的條形場發射器尖端發射的電子束，可以迅速地固化在寬區域中應用的油墨或塗料，以及便於醫學物品的消毒和殺菌。
此外，根據本發明，可以簡單地裝配和拆卸電子束照射器，由此增強裝配、替換以及維護的快速性、簡單性和效率。
此外，根據本發明，該電子束照射器，可以使通過電子束照射窗口照射的電子束的加速電場的變形最小化，同時防止通過電子束照射窗口損壞真空室的真空狀態，以及實現克服真空和空氣之間壓力差的足夠承受力，同時使通過其照射電子束的金屬箔厚度最小化，由此減小通過金屬箔的電子束的損失和所得的能量損耗，。
此外，根據本發明，該電子束照射器可以在單個圓柱體單元中形成幾個電子束照射窗口，以便根據使用保證各個電子束照射窗口的獨立應用和高操作效率，具體進一步提高圓柱體內的處理效率，以及允許根據照射器和目標之間的距離變化進行電流密度調整。
具體實施例方式
從下面結合附圖的詳細說明將更清楚地理解本發明的上述及其他目的、特點以及其他優點，其中
圖1是說明根據本發明實施例的電子束照射器的分解透視圖；圖2是說明圖1所示的電子束照射器的裝配狀態的剖面圖；圖3是說明根據本發明的電子束照射圖形的剖面圖；圖4是說明根據本發明的電子束照射窗口的分解透視圖；圖5是說明圖4所示的電子束照射窗口的裝配狀態的剖面圖；圖6是說明根據本發明的另一實施例的電子束照射器的透視圖；圖7a至7c說明根據本發明來自圖6所示的電子束照射器的電子束照射圖形，其中圖7a根據本發明的多個電子束照射窗口的圖例，其中執行單獨的照射，圖7b是根據本發明在三個側面提供的電子束照射窗口的圖例，其中在曲面上移動的目標上執行多重照射，以及圖7c是根據本發明在四個側面提供的電子束照射窗口的圖例，其中在圓柱體的內表面上執行多重照射；以及圖8是根據本發明的另一實施例的電子束照射器的工作狀態的圖例。
下面將結合附圖更詳細地描述本發明的優選實施例。
圖1是說明根據本發明實施例的電子束照射器的分解透視圖，如下面將描述。
如圖1所示，本發明的電子束照射器包括電-陽極的真空室1，該真空室1用於保持空內真空，在真空室1內縱向地居中並具有杆狀結構2A的陰極2，在真空室1內分別支撐陰極2的兩端的第一和第二支撐件3和4，以及用於施加高壓到陰極2的高壓電源5。
真空室1可以是在兩端具有開口的圓柱體結構，以及具有在該圓柱體結構的外周邊中的基本上中間區中形成的延長電子束照射窗口11。此外，第一和第二固定法蘭12和12A與真空室1的兩端集成。
陰極2形成為延長的杆，具有圓形截面。在陰極2上形成場發射器尖端20，構形為延長的條，與真空室1中的電子束照射窗口11相對。場發射器尖端20優選由碳納米管20A構成。
碳納米管由NEC Corporation′s Fundamental Research Laboratory的Dr.Iijima Sumio在1991年發現，當他通過使用放電分析石墨陰極上生長的碳固體時，其中六個碳原子的六角形連接在一起變為具有約為僅僅幾納米至幾十納米直徑的管形狀。這也稱作場發射器尖端。此外，納米，如1/1,000,000,000m基本上等於人頭髮的1/100,000。
碳納米管顯示出高達銅的導電率，高達金剛石的導熱率，已知其特性具有最優異的強度和大於鋼100倍的強度。碳納米管可以忍受高達15％形變，而碳纖維在僅僅1％形變時切斷。在本發明中，採用碳納米管作為電子束照射器。
當碳納米管20A施加有高壓時，它通過場致發射，發射高電流密度電子束。
本發明的高壓電源5用於氣密密封真空室1的開口以及施加高壓到陰極2。
本發明的電子束照射器包括與真空室1的第一固定法蘭12耦合的第一真空法蘭51以及固定到真空室1的第二固定法蘭12A上的第二真空法蘭6，以便從外面氣密地密封真空室1。真空法蘭51和6通過螺栓加固密封。
此外，在本發明的電子束照射器中，第一和第二支撐件3和4用於在真空室1內在其兩端支撐陰極2。第一支撐件3包括在陰極2的一端形成的管腳插入孔31，如圖2所示，用於接收從其中的高壓電源5突出的連接器管腳52，以便提供到陰極2的電連接，同時支撐它們在適當的位置。
第一支撐件3具有圍繞連接器管腳52成形並由絕緣陶瓷構成的第一絕緣體32。第一絕緣體32在其中心部分具有管腳穿通孔321，允許高壓電源5的連接器管腳52通過。第一絕緣體32的外表面被旋入高壓電源5的絕緣體5a中設置的安裝溝槽33中。
該絕緣結構保證沿連接器管腳52流動的高電壓肯定地與除陰極2以外的其他元件電絕緣。
第二支撐件4包括在第二真空法蘭6的中心部分中形成的耦合溝槽45，第二絕緣體41在其後部中具有耦合突起44。後耦合突起44適合於與耦合溝槽45螺旋地耦合。
此外，第二絕緣體41具有在其前中心部分中形成的插入溝槽42，以及陰極2具有將被插入該插入溝槽42並在其中支撐的插入突起43。
此外，優選在第一和第二絕緣體32和41的表面中形成大量突起和凹坑，延伸其表面通道，以便防止高電壓下的絕緣擊穿。
圖2是說明圖1所示的電子束照射器的裝配狀態的剖面圖，如下面將描述。
在本發明的電子束照射器中，在真空室1的中心部分中縱向地設置陰極2，其中陰極2的一端通過第一支撐件3與高壓電源5連接，以及由此支撐，而陰極2的另一端通過第二支撐4與第二真空法蘭6連接並由此支撐在適當的位置。當高壓電源5的連接器管腳52通過第一支撐件3的第一絕緣體32被插入陰極2的管腳插入孔31中時，陰極2的一端被支撐，以及當陰極2的後插入突起43被插入第二絕緣體41的插入溝槽42中時，陰極2的另一端被支撐。
連接器管腳52通過高壓電源5電連接到電源(未示出)，以便從電源提供的高電壓被施加到陰極2。
在如上構成的本發明的電子束照射器中，當高電壓被施加到陰極2時，與真空室1的電子束照射窗口11相對設置的場發射器尖端20通過場致發射，發射高電流密度的電子束。由於陰極2具有圓形截面和沿圓形截面的曲線形成場發射器尖端20，因此如圖3所示徑向地產生電子束。
然後在電氣地用作陽極的真空室1和陰極2之間用預定能量加速該電子束，以便通過真空室1的電子束照射窗口11照射該加速的電子束。
圖4和5圖示了本發明的電子束照射器中裝備的電子束照射窗口，如下面將描述。
電子束照射窗口11被設置在真空室1中，以及具有在真空室1的延長的、基本上矩形的開口中形成的基板111。基板111從真空室1整體地突出。在基板111的中心部分中形成延長的矩形縫隙111A，以及在縫隙111A的外圓周中形成基本上矩形的導線插入溝槽111B，由此在基板111中容納金屬導線112。
在金屬導線112上密封薄的金屬箔113，以及在金屬箔113上放置蓋板114並通過螺栓加固與基板111耦合。在蓋板114的中心部分中，電子束照射縫隙114A具有基板111的縫隙111A的形狀匹配。
基板111優選被設計成能以最小尺寸突出，以便減小加速電場的變形。該金屬導線112用作密封件，以防止真空室1內的真空通過電子束照射窗口11損失。
在如上構成的本發明的電子束照射器中裝備的電子束照射窗口11中，薄的金屬箔113可以肯定地承受真空和空氣之間的壓力差，由於基板111中的縫隙A具有小的寬度。由於此可以相對增加貫穿金屬箔113的電子束數量，超過貫穿厚金屬箔的電子束數量，由此減小能量損耗。因此，有利地，電子束照射窗口11可以用作用於低能量電子束的適合電子束照射窗口。
圖6是說明根據本發明的另一實施例的電子束照射器的透視圖。如圖6所示，本發明的電子束照射器具有圍繞真空室1的多個電子束照射窗口11。此外，在真空室1內縱向地、中心地設置陰極2，以及具有分別匹配電子束照射窗口11的多個場發射器尖端20。
亦即，在本發明的一個電子束照射器中設置多個電子束照射窗口11，以便可以同時使用單個電子束照射窗口11，分開地具有不同的用途，如圖7a至7c所示。此外，對圓柱體目標的內表面提供處理是有效的，以及通過徑向地照射電子束，可以根據照射器和目標之間的距離變化調整電流密度。
如圖7a所示，利用在真空室1的兩側形成的電子束照射窗口11，本發明的電子束照射器可以對目標提供處理，而它們在真空室1外面沿箭頭S線性地移動。此外，如圖7b所示，利用在真空室1的三個側面設置的三個電子束照射窗口11，電子束照射器可以對目標提供處理，該目標在箭頭S的方向中在電子束照射窗口11周圍線性地移動。
此外，如圖7c所示，在真空室1的四個側面形成四個電子束照射窗口11，本發明的電子束照射器可以對圓柱體目標提供處理，而該目標在圓柱體內在箭頭S的方向中旋轉。
由於通過使用旋轉電動機(未示出)和電力傳輸(未示出)可以容易地製成用於旋轉真空室1的機構，這些在技術上是公共的，因此它們將不被詳細描述。
圖8是根據本發明的另一實施例的電子束照射器的工作狀態的圖例。
圖8所示的本發明的電子束照射器包括具有在真空室1上縱向地形成的多個電子束照射窗口11。
真空室1優選在外表面上具有線性區1a，其上形成電子束照射窗口11。
在真空室1內，提供具有多個場發射器尖端20的陰極2。陰極2具有與真空室1的線性區1平行相對的至少一個線性區2a。在線性區2a上，對應於電子束照射窗口11分別放置場發射器尖端20。此外，在真空室1中設置用於朝向陰極2施加高電壓的高壓電源(未示出)。
該場發射器尖端20優選由碳納米管20A構成。
本發明的電子束照射器可以有利地處理真空室1外面的目標，同時該目標在箭頭S的方向沿線性區1a線性地移動。該布置的優點是在短時期內可以同時照射大量劑量。
應當理解，儘管相對於幾個可能的優選實施例說明和描述了本發明，但是這種實施例僅僅是說明性的，以及本發明沒有理由被限於此。相反，打算對於所屬領域的技術人員來說無疑將發生體現本發明的原理的改進和改變。因此發明應該延伸至所有這種改進和改變，如在附加權利要求的全部精神和範圍內可以引入本發明的廣泛原理。具體，儘管可以不同地提出材料替換、簡單的功能增加、簡單的形狀改變和尺寸改變，很明顯這些應該屬於本發明的權利範圍。
工業實用性如上所述，本發明提供一種電子束照射器，該電子束照射器設計為通過使用場發射器尖端，在寬區域中用低能量照射電子束，以便可以在寬區域中照射電子束，而不使用電磁體，以及可以用高電流密度，而不使用加熱器如燈絲或附加電源，由此保證簡化的結構以及減小的尺寸。
權利要求
1.一種電子束照射器，包括真空室，具有在真空室的外周邊縱向地形成的電子束照射窗口；在真空室內中心地和縱向地放置的陰極，並具有在陰極上形成的場發射器尖端，對應於電子束照射窗口；以及在真空室的一端放置的高壓電源，用於朝向陰極施加高壓。
2.根據權利要求1的電子束照射器，其中該場發射器尖端由碳納米管制成。
3.根據權利要求1的電子束照射器，其中陰極是具有圓形截面的杆狀結構，以及包括在杆狀結構的外周邊中縱向地形成的條形場發射器尖端。
4.根據權利要求3的電子束照射器，其中沿陰極的圓形截面形成場發射器尖端，以徑向地發射電子束。
5.根據權利要求1或3的電子束照射器，還包括在真空室的兩端整體地設置的固定法蘭；與固定法蘭之一耦合併具有高壓電源的第一真空法蘭；與另一固定法蘭耦合的第二真空法蘭；第一支撐件，包括在陰極的一端形成的管腳插入孔和在高壓電源中形成的、用於通過高壓電源的連接器管腳的第一絕緣體，以便該連接器管腳通過第一絕緣體插入陰極的管腳插入孔中；以及第二支撐件，包括在第二真空法蘭的中心部分中縱向地和軸向地設置的第二絕緣體中形成的插入溝槽，以便在陰極的另一端形成的插入突起被插入該插入溝槽中，以支撐陰極。
6.根據權利要求5的電子束照射器，其中第二支撐件的第二絕緣體具有在第二絕緣體上形成的多個突起和凹坑，以延伸其表面通道，以便防止高電壓下的絕緣擊穿。
7.根據權利要求1的電子束照射器，其中該電子束照射窗口包括基板，固定到真空室，從真空室略微地突出到外面，以及具有在其中心區中形成的延長矩形縫隙；金屬導線，插入基板縫隙的外周邊中形成的插入溝槽中；金屬箔，放置在金屬導線上並具有一區域，該區域略微地大於被金屬導線圍繞的區域；以及與基板耦合的蓋板，對應於基板的縫隙，以及具有對應於基板中心區中的縫隙的電子束照射縫隙。
8.根據權利要求1或3的電子束照射器，其中該真空室是圓柱體，具有在其外周邊中形成的多個電子束照射窗口，以及其中在真空室內放置的陰極具有在陰極的外周邊中形成的場發射器尖端，分別對應於真空室的電子束照射窗口。
9.根據權利要求8的電子束照射器，其中在真空室的兩側形成該電子束窗口，以為在真空室外面線性地移動的目標提供處理。
10.根據權利要求8的電子束照射器，其中在真空室的三個側面形成電子束窗口，以為在真空室周圍移動的目標提供處理。
11.根據權利要求8的電子束照射器，其中在真空室的四個側面形成電子束窗口，以對圓柱體目標提供處理，同時該真空室在圓柱體內旋轉。
12.一種電子束照射器，包括真空室，具有在真空室的外圍區中縱向地形成的多個電子束照射窗口；陰極，放置在真空室內，以及具有在其上形成的至少一個線性區和在該線性區上形成的多個場發射器尖端，分別對應於該電子束照射窗口；以及高壓電源，放置在真空室的一端，並用於朝向陰極施加高壓。
13.根據權利要求12的電子束照射器，其中該真空室具有與陰極的線性區平行相對的至少一個線性區，其中形成電子束照射窗口。
全文摘要
本發明提供一種電子束照射器，該電子束照射器能用場發射器尖端，在高電流密度下，在寬區域中執行電子束照射。該電子束照射器包括具有在真空室的外周邊縱向地形成的電子束照射窗口的真空室；在真空室內中心地和縱向地放置的陰極，並具有在陰極上形成的場發射器尖端，對應於電子束照射窗口；以及在真空室的一端放置的高壓電源，用於朝向陰極施加高壓。根據本發明，可以在寬區域中進行電子束照射，而不使用電磁體，以及用高電流密度，而不使用加熱器如燈絲或附加電源，由此保證簡化的結構以及減小的尺寸。
文檔編號H01J31/02GK1954402SQ200580007663
公開日2007年4月25日 申請日期2005年3月9日 優先權日2004年3月9日
發明者李炳鐵, 林永暻, 韓泳煥, 鄭永旭, 樸聖姬, 李鐵真, 李泰宰 申請人:韓國原子力研究所