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Title:
APPARATUS FOR GENERATING ACCELERATED ELECTRONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/234529
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an apparatus for generating accelerated electrons, comprising: a housing (101), which delimits an evacuable space (102a; 102b) and has an electron exit window (104); an inlet for feeding a working gas into the evacuable space (102); at least one first cathode (105a; 105b) and at least one first anode, between which a glow discharge plasma (106) can be generated in the evacuable space (102a) by means of a first applied voltage, wherein ions from the glow discharge plasma (106) can be accelerated onto the surface (110) of a second cathode (107) and electrons emitted by the second cathode (107) can be accelerated toward the electron exit window (104) by means of a second voltage applied between the second cathode (107) and a second anode (108), wherein the housing (101), the second cathode (107), and the electron exit window (104) are designed as a ring segment, and wherein the surface perpendiculars of the electron exit window (104) and of the surface region (110) of the second cathode (107) from which the electrons are emitted are oriented towards the ring interior of the ring-segment-shaped housing (101). Furthermore, the space (102a) is divided into partial segments (113) by means of walls (112), wherein each partial segment (113) has at least one wire-shaped electrode (111), which extends through the partial segment (113), and at least one separate power supply device is associated with each partial segment (113), by means of which power supply device the strength of the electric current that flows through the at least one electrode (213) of the partial segment in question can be set.

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Inventors:
WEIDAUER, André (Sportplatzstraße 1, Dresden, 01259, DE)
RÖGNER, Frank-Holm (Voglerstraße 27, Dresden, 01277, DE)
MATTAUSCH, Gösta (Dorfstraße 42, Ullersdorf, 01454, DE)
BLÜTHNER, Ralf (Auf den Scherzen 13, Radebeul, 01445, DE)
VICENTE GABAS, Ignacio Gabriel (Bergmannstrasse 78, Dresden, 01309, DE)
KUBUSCH, Jörg (Troppauer Str. 19, Dresden, 01279, DE)
Application Number:
EP2018/066722
Publication Date:
December 27, 2018
Filing Date:
June 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. (Hansastrasse 27c, München, 80686, DE)
International Classes:
H01J3/02; H01J33/04
Domestic Patent References:
WO2007107331A12007-09-27
Foreign References:
DE102013111650B32015-02-05
DE102013113688B32015-05-07
US3518479A1970-06-30
US4755722A1988-07-05
DE19942142A12001-03-15
DE102006012666A12007-09-27
DE102013111650B32015-02-05
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Claims:
Patentansprüche . Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen, umfassend ein Gehäuse (101 ), welches einen evakuierbaren Raum (102a; 102b) begrenzt und ein Elektronen- austrittsfenster (104) aufweist; einen Einlass für das Zuführen eines Arbeitsgases in den evakuierbaren Raum (102); mindestens eine erste Kathode (105a, 105b) und mindestens eine erste Anode, zwischen denen mittels einer ersten anlegbaren elektrischen Spannung ein Glimmentladungsplasma (106) im evakuierbaren Raum (102a) erzeugbar ist, wobei Ionen aus dem Glimmentladungsplasma (106) auf die Oberfläche (1 10) einer zweiten Kathode (107) beschleunigbar sind und von der zweiten Kathode (107) emittierbare Elektronen mittels einer zwischen der zweiten Kathode (107) und einer zweiten Anode (108) anlegbaren zweiten elektrischen Spannung in Richtung Elektronenaustrittsfenster (104) beschleunigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101 ), die zweite Kathode (107) und das

Elektronenaustrittsfenster (104) als nicht geschlossener Ring mit einem Ringwinkel von mindestens 45° ausgebildet sind, wobei die Oberflächensenkrechten des

Elektronenaustrittsfensters (104) und des Oberflächenbereichs (1 10) der zweiten Kathode (107), aus dem Elektronen emittierbar sind, zum Inneren des Ringes ausgerichtet sind, wobei die erste Anode eine Anzahl drahtförmiger Elektroden (1 1 1 ) umfasst, die sich durch den Raum (102a) hindurch erstrecken, wobei der Raum (102a) mittels Wandungen (1 12) in Teilsegmente (1 13) unterteilt ist, wobei jedes Teilsegment (1 13) mindestens eine drahtförmige Elektrode (1 1 1 ) aufweist, die sich durch das Teilsegment (1 13) hindurch erstreckt und jedem Teilsegment (1 13) mindestens eine separate Stromversorgungseinrichtung zugeordnet ist, mittels der die Stärke des elektrischen Stromes, der durch die mindestens eine Elektrode (213) eines jeweiligen

Teilsegments fließt, einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1 12) aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1 12) das gleiche elektrische Potenzial aufweisen wie das Gehäuse (101 ).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (1 12) elektrisches Massepotenzial aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101 ) und die erste Kathode (105a; 105b) das gleiche elektrische Potenzial aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101 ) und die zweite Anode (108) das gleiche elektrische Spannungspotenzial aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anode (108) als gitterförmiges Ringzylindersegment ausgebildet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101 ) mit einem Ringwinkel von 180° ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (101 ) mit einem Ringwinkel von 270° ausgebildet ist.

Description:
Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft beim Beaufschlagen von strangförmigen Substraten, Formteilen und Fluiden mit beschleunigten Elektronen eingesetzt werden.

Stand der Technik

Elektronenstrahltechnologie wird seit etlichen Jahrzehnten im Industriemaßstab zur chemischen Materialmodifikation sowie zur Desinfektion bzw. Sterilisierung von Oberflächen eingesetzt. Die Behandlung von Produkten kann wirtschaftlich vorteilhaft bei atmosphärischem Druck erfolgen, wozu die Elektronen zunächst im Vakuum freigesetzt, anschließend beschleunigt und schließlich durch ein Strahlaustrittsfenster, zumeist eine dünne Metallfolie, in die Behandlungszone ausgekoppelt werden müssen. Zum Durchdringen großtechnisch einsetzbarer, genügend robuster Elektronenaustrittsfenster sowie auch zum Sichern einer ausreichenden Behandlungstiefe im Produkt sind typischerweise Beschleunigungsspannungen > 100 kV erforderlich.

Verschiedene Verfahren und Strahlquellen sind für eine Randschichtbehandlung flacher Produkte, wie Platten und Bänder, wohletabliert, während das allseitige Behandeln von Formkörpern, Schüttgütern und Fluiden nach wie vor Probleme bereitet. So ist ein allseitiges gleichmäßiges Beaufschlagen gekrümmter Oberflächen mit Elektronen geometrisch problematisch aufgrund von Abschattungseffekten, variabler Absorption von Elektronenenergie auf der Gasstrecke sowie Dosis-Inhomogenitäten wegen unterschiedlicher

Projektionsverhältnisse.

Mit den bereits existierenden Quellensystemen, wie beispielsweise Axialstrahlern mit einer schnellen Ablenkeinheit oder Bandstrahlern mit einer langgestreckten Kathode, von denen beide Ausführungsformen mit einer geheizten thermionischen Kathode betrieben werden, ist eine allseitige Produktbehandlung nur umständlich, unter Nutzung zusätzlicher Einrichtungen oder mit einem hohen apparativen und/oder technologischen Aufwand möglich. Elektronenstrahlquellen auf Basis thermionischer Emitter sind außerdem mechanisch kompliziert, schwierig zu skalieren und erfordern aufwändige Hochspannungsversorgungen und Hochvakuumsysteme. Bei einer Beschädigung des Strahlaustrittsfensters mit daraus resultierendem Zusammenbruch des Vakuums kommt es zur irreversiblen Schädigung des Kathodensystems und somit zu einem hohen Reparaturaufwand. In DE 1 99 42 142 A1 ist eine Vorrichtung offenbart, bei der Schüttgut im mehrfachen freien Fall an einer Elektronenstrahleinrichtung vorbeigeführt und mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt wird. Aufgrund des Mehrfachdurchlaufs, verbunden mit einer zwischenzeitlichen Durchmischung des Schüttguts, ist die Wahrscheinlichkeit bei dieser Ausführungsform sehr hoch, dass die Partikel des Schüttgutes allseitig mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden. Der Mehrfachdurchlauf erfordert allerdings einen hohen Zeitaufwand bei der Durchführung des Behandlungsprozesses. Nachteilig ist hierbei außerdem, dass die Vorrichtung für die Behandlung größerer Formteile ungeeignet ist.

Eine andere Lösung ist in DE 1 0 2006 01 2 666 A1 angegeben, welche drei Axialstrahler mit zugehöriger Ablenksteuerung und drei ebenfalls zugehörige Elektronenaustrittsfenster um- fasst. Die drei Elektronenaustrittsfenster sind derart angeordnet, dass sie einen dreieckigen Freiraum vollumfänglich umschließen. Wird ein Substrat durch diesen Freiraum geführt, kann dieses in einem Behandlungsdurchgang in seinem Querschnitt vollumfänglich mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden. Hat das Substrat jedoch nicht den gleichen dreieckigen Querschnitt wie der von den drei Elektronenaustrittsfenstern umschlossene Freiraum, wird die Dosisverteilung der Beaufschlagung mit beschleunigten Elektronen auf der Oberfläche des Substrates inhomogen ausfallen. Der apparative Aufwand bei dieser Ausführungsform ist außerdem sehr hoch, wodurch diese Lösung auch sehr preisintensiv ist. Aus WO 2007/107331 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der lediglich zwei Flächen- strahlerzeuger benötigt werden, zwischen denen ein Formteil zum Zwecke des Sterilisierens seiner Oberfläche hindurch bewegt und währenddessen mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden kann. Diese Vorrichtung weist außerdem mehrere Reflektoren aus Gold auf, mit denen von den Flächenstrahlerzeugern abgegebene Randstrahlen auf Ober- flächenbereiche des Formteils reflektiert werden, die nicht im unmittelbaren Einwirkbereich der Flächenstrahlerzeuger liegen. Da die aus dieser Schrift bekannten Reflektoren aus reinem Gold bestehen, sind derartige Vorrichtungen ebenfalls sehr preisintensiv und beeinträchtigen somit deren Wirtschaftlichkeit. Da reflektierte Elektronen eine geringere Energie aufweisen als nicht reflektierte Elektronen, ist auch mit dieser Vorrichtung nur ein inhomogener Energieeintrag in ein Substrat möglich. Eine ringförmige Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen ist in DE 10 201 3 1 1 1 650 B3 offenbart, bei welcher alle wesentlichen Komponenten, wie beispielsweise Kathode, Anode und Elektronenaustrittsfenster, ringförmig ausgebildet sind, so dass mittels einer solchen Vorrichtung ein ringförmiger Elektronenstrahl ausgebildet werden kann, bei welchem sich die beschleunigten Elektronen zum Ringinneren hin bewegen. Mittels einer solchen Vorrichtung können beispielsweise strangförmige Substrate, die durch die

Ringöffnung der Vorrichtung hindurchbewegt werden, bezüglich des Substratquerschnittes vollumfänglich mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden. Eine aus DE 1 0 201 3 1 1 1 650 B3 bekannte Vorrichtung weist üblicherweise eine kreisrunde Ringform auf, kann jedoch auch mit einer beliebig anderen Ringform ausgebildet werden. Bei vielen

Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, wenn alle Oberflächenbereiche eines Substrates mit möglichst der gleichen Energiedosis beaufschlagt werden. Bei den bekannten Vorrichtungen kann dies realisiert werden, indem beim Herstellen der ringförmigen Strahlungsquelle der Ringquerschnitt an den Strangquerschnitt des zu bestrahlenden strangförmigen Substrates angepasst wird. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass eine einmal angefertigte ringförmige Strahlungsquelle nur für den Einsatz von Substraten mit einer einzigen Querschnittsform optimal geeignet ist. Außerdem können mittels einer solchen Vorrichtung lediglich Substrate mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden, die vollständig durch das Ringinnere der Vorrichtung hindurchpassen. Weisen lediglich Anfang und Ende eines Substrates einen größeren Querschnitt auf als das Ringinnere der Vorrichtung, kann ein solches Substrat nicht mittels der Vorrichtung bearbeitet werden.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen zu schaffen, mittels der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können. Insbesondere sollen mit der Vorrichtung Substrate mit nicht rotationssymmetrischem Substratquerschnitt bezüglich der Substratoberfläche, mit möglichst gleichmäßiger Elektronendichte beaufschlagt werden können.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. Ein Merkmal einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass diese ringförmig ausgebildet ist, wobei der Ring jedoch nicht vollständig geschlossen ist und die Elektronen in Richtung des Ringinneren beschleunigbar sind. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit die Form eines Ringsegments auf, wobei das Ringsegment mit einem Ringwinkel von mindestens 45° und kleiner 360° ausgebildet ist. Prinzipiell ist es auch möglich, dass Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Ringwinkel kleiner als 45° auszubilden. Derartige Ausführungsformen weisen aber gegenüber bekannten Flächen oder Linienstrahlern kaum noch wahrnehmbare Vorteile auf. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf verwiesen, dass der Begriff „ringförmig " im Erfindungssinn bei allen nachfolgend beschriebenen ringförmigen Vorrichtungen und Bauelementen nicht nur auf einen Ring in Kreisform begrenzt ist. Der Querschnitt des vom Ring umschlossenen

Freiraumes ist zwar bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kreisförmig ausgebildet, kann aber im weitesten Erfindungssinn auch jede andere geometrische Form aufweisen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:

Fig. 1 eine schematische und perspektivische Querschnittsdarstellung einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht der Vorrichtung aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht zweier alternativer

erfindungsgemäßer Vorrichtungen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung seien an dieser Stelle noch die Begriffe„Ringzylinder" und„Ringscheibe" in Bezug auf einen ringförmigen Gegenstand definiert. Wird der Innenradius eines kreisförmigen Ringes von seinem Außenradius subtrahiert, dann ergibt sich ein Maß. Ist dieses Maß kleiner als die Ausdehnung des Ringes in Richtung seiner Ring- achse, so ist der Ring als Ringzylinder ausgebildet. Ist dieses Maß hingegen größer als die Ausdehnung des Ringes in Richtung seiner Ringachse, so ist der Ring als Ringscheibe ausgebildet.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein und dieselbe erfindungsgemäße Vorrichtung 100 schematisch dargestellt, in Fig. 1 als perspektivische Querschnittsdarstellung und in Fig. 2 als Draufsicht. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zunächst ein Gehäuse 1 01 in der Form eines Ringsegments, welches zumindest in einem Bereich einen evakuierbaren Raum 102 begrenzt, der in die evakuierbaren Räume 102a und 1 02b unterteilt ist. Dieser evakuierbare Raum 102 ist aufgrund der Gehäuseform ebenfalls als Ringsegment ausgebildet. Im Aus- führungsbeispiel von Fig. 1 und Fig. 2 ist das Gehäuse 1 01 als Ringsegment eines radialsymmetrischen Rings ausgebildet, welcher eine Ringachse 103 aufweist. Das

Ringsegment weist einen Ringwinkel von 270° auf. Alle nachfolgend beschriebenen, zu Vorrichtung 1 00 zugehörigen und als ringförmig bezeichneten Bauelemente sind ebenfalls Ringsegmente eines radialsymmetrischen Ringes mit einem Ringsegmentwinkel von 270° und weisen ein und dieselbe Ringachse 103 auf. An der Ringinnenseite des Gehäuses 1 01 ist das Gehäuse 1 01 als Elektronenaustrittsfenster 104 in Form eines Ringzylindersegments ausgebildet, d. h. in Austrittsrichtung der Elektronen betrachtet weist das

Elektronenaustrittsfenster 1 04 eine Oberflächensenkrechte auf, die zum Ringinneren und bei einem kreisförmigen Ringzylindersegment wie beim Elektronenaustrittsfenster 104 zur Ringachse 103 ausgerichtet ist. Durch mindestens einen in Fig. 1 nicht dargestellten Einlass im Gehäuse 1 01 wird ein Arbeitsgas in den evakuierbaren Raum 102 eingelassen und mittels mindestens einer in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellten Pumpeinrichtung ein Vakuum im evakuierbaren Raum 102 im Bereich von 0, 1 Pa bis 20 Pa und bevorzugt im Bereich von 1 Pa bis 3 Pa aufrechterhalten.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner mindestens eine erste Kathode und mindestens eine erste Anode auf, zwischen denen mittels einer ersten anlegbaren elektrischen Spannung, die von einer ersten Stromversorgungseinrichtung bereitgestellt wird, ein Glimmentladungsplasma im evakuierbaren Raum 102 erzeugbar ist. Im Ausführungsbeispiel wurden zwei als Ringscheibensegmente geformte Wandungsbereiche des Gehäuses 101 als erste Kathoden 1 05a und 105b ausgebildet, die den Raum 1 02a gegenüberliegend begrenzen. Bei der Vorrichtung 100 weisen somit das Gehäuse 101 und die ersten

Kathoden 105a, 105b das gleiche elektrische Potenzial auf, welches gleichzeitig das elektrische Massepotenzial der Vorrichtung 100 ist.

Die erste Anode einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst eine Anzahl drahtförmiger Elektroden, die sich durch den Raum 1 02a hindurch erstrecken und bei einem Gehäuse in Form eines kreisförmigen Ringsegments, wie Gehäuse 1 01 , vorzugsweise auf einem identischen Radius und mit gleichem Abstand zueinander um die Achse 103 herum angeordnet sind. Dabei werden die drahtförmigen Elektroden 1 1 1 , die ein leicht positives Spannungspotenzial in einem Bereich von +0,25 kV bis +5,0 kV gegenüber dem Gehäuse 101 aufweisen können, elektrisch isoliert durch das Gehäuse 101 und die ersten Kathoden 105a, 105b hindurchgeführt. Aufgrund der zwischen den drahtförmigen Elektroden 1 1 1 und den ersten Kathoden 1 05a und 105b angelegten elektrischen Spannung wird ein Plasma im Raum 1 02a ausgebildet. Der Raum 1 02a wird deshalb nachfolgend auch als Plasma-Raum 1 02a bezeichnet.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst des Weiteren mindestens eine zweite Kathode und mindestens eine zweite Anode, zwischen denen mittels einer zweiten Strom- Versorgungseinrichtung eine zweite elektrische Spannung geschaltet ist. Bei Vorrichtung 100 ist eine Kathode 107 als zweite Kathode und eine gitterförmige Anode 1 08 als zweite Anode ausgebildet. Sowohl Kathode 107 und Anode 1 08 weisen die Form eines

Ringsegments auf. Die zweite Kathode stellt bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kathode zum Emittieren von Sekundärelektronen dar, welche anschließend beschleunigt werden, und weist hierfür ein elektrisches Hochspannungspotenzial, bevorzugt im Bereich von -1 00 kV bis -300 kV, auf. Mittels eines Isolators 109 ist die zweite Kathode 1 07 elektrisch gegenüber dem Gehäuse 1 01 isoliert.

Bei der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung weisen die zweite Anode 108 und die ersten Kathoden 105a, 105b das gleiche elektrische Potenzial auf, welches als elektrisches Massepotenzial ausgebildet ist. Alternativ können die zweite Anode und die erste Kathode auch unterschiedliche elektrische Potenziale aufweisen.

Aus dem Plasma 106 im Raum 102a werden durch das Anlegen eines

Hochspannungspotenzials im Bereich von -1 00 kV bis -300 kV Ionen durch die gitterförmige zweite Anode 108 in Richtung der zweiten Kathode 107 beschleunigt. Dort treffen die Ionen auf einen Oberflächenbereich 1 10 der zweiten Kathode 1 07, dessen

Oberflächensenkrechte zum Ringinneren des Gehäuses, zur Ringachse 103 ausgerichtet ist. Beim Auftreffen der Ionen auf den Oberflächenbereich 1 10 haben die Ionen somit eine Potenzialdifferenz durchfallen, die weitgehend der Beschleunigungsspannung der

Vorrichtung 1 00 entspricht. Bei ihrem Auftreffen wird die Energie der Ionen in einer sehr dünnen Randschicht der Kathode 107 im Oberflächenbereich 1 10 frei, was zur Auslösung von Sekundärelektronen führt. Bei den zuvor genannten elektrischen Spannungen an der zweiten Kathode 107 ist das Verhältnis zwischen ausgelösten Elektronen und auftreffenden Ionen in der Größenordnung 10 angesiedelt, was diese Art des Erzeugens beschleunigter Elektronen sehr effizient macht. Die entstandenen Sekundärelektronen werden vom anliegenden elektrischen Feld stark beschleunigt und durchfliegen die in Form eines

Ringzylinders ausgebildete gitterförmige Anode 108 und das Plasma 106 im Raum 102a. Nach dem Durchqueren des Elektronenaustrittsfensters 1 04, das beispielsweise als dünne Metallfolie ausgeführt sein kann, dringen die Elektronen in den vom ringförmigen Gehäuse 101 umschlossenen Freiraum vor, in dem ein höherer Druck als im Raum 1 02 herrschen kann und durch den ein mit Elektronen zu beaufschlagendes Substrat durch die

Gehäuseringöffnung hindurchgeführt werden kann. Als Material für das Elektronenaustrittsfenster 104 können alle aus dem Stand der Technik für ein Elektronenaustrittsfenster bekannten Materialien, wie beispielsweise Titan, verwendet werden. Außerdem ist es zum Zwecke einer höheren mechanischen Stabilität des Elektronenaustrittsfensters 1 04 vorteilhaft, dieses mit einem Stützgitter zu versehen, wie es ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Aufgrund der Ringsegmentform zuvor genannten Bauteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit dieser ein Vorhang beschleunigter Elektronen in Form eines

Ringsegmentes erzeugt, wobei die Bewegungsrichtung der beschleunigten Elektronen auf den vom Gehäuseringsegment eingeschlossenen Freiraum ausgerichtet ist. Der Freiraum, der vom Gehäuseringsegment umschlossen wird und durch den ein Substrat

hindurchgeführt werden kann, wird nachfolgend auch als Behandlungsraum bezeichnet. Bei einer radialsymmetrischen erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie Vorrichtung 1 00, ist die Bewegungsrichtung der beschleunigten Elektronen vorzugsweise auf die Ringachse 1 03 ausgerichtet. Ein Substrat, welches durch das Innere des Gehäusringsements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt wird, kann somit in einem großen Bereich, bezüglich seines Substratquerschnitts, in einem Durchlauf mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden. Rotiert dabei ein beispielsweise stabförmiges Substrat um seine Stabachse, kann das stabförmige Substrat auch vollumfänglich mit beschleunigten

Elektronen beaufschlagt werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher besonders für das Beaufschlagen mit beschleunigten Elektronen von strangförmigen Substraten, von Formteilen aber auch von Fluiden geeignet. Dadurch, dass eine erfindungsgemäße

Vorrichtung nur die Form eines nicht vollständig geschlossenen Ringes aufweist, können mittels einer solchen Vorrichtung auch Oberflächenbereiche eines strangförmigen

Substrates mit beschleunigten Elektronen beaufschlagt werden, deren Stranganfang und Strangende einen größeren Querschnitt aufweisen als das Ringinnere der Vorrichtung, sofern ein zu beaufschlagender Mittenbereich des strangförmigen Substrat durch das nicht vorhandene Ringsegment der Vorrichtung in den freien Innenbereich der Vorrichtung einführbar ist. Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines nicht vollständig geschlossenen Rings besteht darin, dass der Behandlungsraum der Vorrichtung besser zugänglich ist, was insbesondere bei Wartungsarbeiten vorteilhaft ist.

Der Vollständigkeit halber sein an dieser Stelle erwähnt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Einrichtung zum Kühlen der Vorrichtung aufweist, wie es auch bei Vorrichtungen zum Erzeugen beschleunigter Elektronen aus dem Stand der Technik bekannt ist. So kann diese Einrichtung zum Kühlen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise Kühlkanäle umfassen, die sich innerhalb des Isolators 109 erstrecken und durch die ein Kühlmedium strömt. Die zweite Anode 1 08, welche bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt als gitterförmiges Ringzylindersegment ausgebildet ist und welche die räumliche Grenze zwischen den evakuierbaren Räumen 102a und 1 02b darstellt, erfüllt drei wesentliche Aufgaben. Zum einen bewirkt sie aufgrund ihrer Spannungsdifferenz gegenüber der zweiten Kathode 107 eine Beschleunigung der aus dem Plasma extrahierten Ionen in Richtung der zweiten Kathode. Zum anderen bewirkt sie auch eine Beschleunigung der durch den lonenbeschuss erzeugten Sekundärelektronen in Richtung des

Elektronenaustrittsfensters 1 04. Aufgrund des Sachverhaltes, dass die Gitterstruktur der zweiten Anode 1 08 parallel zur Sekundärelektronen emittierenden Oberfläche 1 10 der zweiten Kathode 1 07 ausgebildet ist, wird ein elektrisches Feld derart ausgebildet, dass auch die Bahnen der beschleunigten Sekundärelektronen weitgehend parallel verlaufen. Des Weiteren schirmt die zweite Anode 108 das Plasma vom Spannungspotenzial der zweiten Kathode 1 07 ab; verhindert dadurch das Abdriften zu vieler Ionen in Richtung zweiter Kathode 107 und trägt somit zum Aufrechterhalten des Plasmas 106 im Raum 1 02a bei. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Plasma-Raum 1 02a ferner mittels

Wandungen 1 1 2 in Teilsegmente 1 1 3 unterteilt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Bei der Vorrichtung 1 00 bestehen die Wandungen 1 12 aus einem elektrisch leitfähigen Material und weisen das gleiche elektrische Spannungspotenzial auf wie das Gehäuse 1 01 , die ersten Kathoden 105a, 105b und auch das Elektronenaustrittsfenster 1 04. Im Ausführungsbeispiel ist dieses elektrische Spannungspotenzial das elektrische Massepotenzial. Dabei weist jedes Teilsegment 1 13 mindestens eine drahtförmige Elektrode 1 1 1 auf, die sich durch das Teilsegment 1 1 3 vorzugsweise parallel zur Ringachse 1 03 erstreckt. Ferner ist jedem Teilsegment 1 1 3 eine in den Figuren nicht dargestellte separate

Stromversorgungseinrichtung zugeordnet, mittels welcher die Stärke des elektrischen Stromes, der durch die mindestens eine Elektrode 1 1 1 eines jeweiligen Teilsegments 1 13 fließt, einstellbar ist.

Auf Grund der zuvor beschriebenen Spannungspotenzialverhältnisse fungieren bei Vorrichtung 1 00 die ersten Kathoden 105a, 105b, die zugehörigen Wandungen 1 12 als auch ein jeweiliger zugehöriger Abschnitt des Elektronenaustrittsfensters 104 als Kathode für die Plasmaentladung innerhalb eines jeweiligen Teilsegments 1 13.

Das Unterteilen des ringförmigen Plasma-Raums 102a in Teilsegmente 1 13 im

Zusammenspiel mit dem separaten Steuern der Stärke des Stromes, der durch die mindestens eine drahtförmige Elektrode 1 1 1 eines Teilsegments 1 1 3 fließt, ermöglichen es, dass innerhalb jedes Teilsegments 1 1 3 ein separates Plasma mit einer separaten

Plasmastärke ausgebildet werden kann. Die Menge an Elektronen, die über den einem jeweiligen Teilsegment 1 1 3 zugehörigen Flächenabschnitt des Elektronenaustrittsfensters 104 abgestrahlt werden, ist somit für jedes Teilsegment 1 13 separat einstellbar. Folglich kann das ringförmige Emissionsprofil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an die Kontur der Querschnittsfläche bzw. an den unterschiedlichen Dosisbedarf einzelner

Oberflächenbereiche eines mit beschleunigten Elektronen zu beaufschlagenden Substrates angepasst werden. Sind die Wandungen 1 12 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels einer rückbaubaren Montagevariante in der Vorrichtung integriert, lässt sich durch das Versetzen von Wandungen 1 1 2 und/oder das Verändern der Anzahl der verwendeten Wandungen 1 1 2 im Zusammenspiel mit dem veränderten Ansteuern von drahtförmigen Elektroden, die dann zu einem Teilsegment gehören, eine weitere Anpassung an

Substratprofile erzielen ohne gleich eine gänzlich neue Strahlvorrichtung herstellen zu müssen.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung 100 ist der Plasma-Raum 1 02a lediglich beispielhaft in 6 gleich große Teilsegmente 1 13 unterteilt. Alternativ kann der Plasma-Raum 102a einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch in eine beliebig andere Anzahl von Teilsegmenten unterteilt werden, die bei einer Ausführungsform auch eine unterschiedliche Größe, bezogen auf den Ringwinkel, aufweisen können. Auch ist die Anzahl von einer drahtförmigen Elektrode 1 1 1 pro Teilsegment 1 13 nur beispielhaft gewählt. Alternativ können die Teilsegmente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mehr als nur eine drahtförmige Elektrode aufweisen.

In Fig. 3 sind zwei alternative erfindungsgemäße Vorrichtungen 200 schematisch als Draufsicht dargestellt. Die Vorrichtungen 200 weisen einen gleichen prinzipiellen Aufbau auf, wie die Vorrichtung 100 aus den Fig. 1 und 2. Ein Unterschied besteht lediglich darin, dass das Gehäuse der Vorrichtung 1 00 aus den Fig. 1 und 2 mit einem Ringwinkel von 270° ausgebildet ist, während die Gehäuse und damit auch andere ringsegmentförmige Bauteile der Vorrichtungen 200 aus Fig. 3 lediglich einen Ringwinkel von 180° aufweisen. Die zwei Vorrichtungen 200 aus Fig. 3 sind somit bezüglich derer Gehäuse als Halbschalen ausgebildet und umschließen spiegelbildlich gegenüberliegend und aneinandergrenzend angeordnet einen kreisrunden Freiraum, der auch Behandlungsraum genannt wird, vollumfänglich. Mit zwei derartig ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich beispielsweise strangförmige Substrate, die durch den Behandlungsraum bewegt werden, auf der Oberfläche vollumfänglich mit beschleunigten Elektronen beaufschlagen. Bei einer Elektronenquelle, bestehend aus zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die wie Vorrichtung 200 als Halbschale ausgebildet sind, ergeben sich mehr Möglichkeiten, ein Substrat in den Behandlungsraum einzubringen und die Vielfalt zu behandelnder Substrate erhöht sich, gegenüber bekannten Vorrichtungen, bei denen die Elektronenquelle als geschlossener Ring ausgebildet ist.