Пристрій для впливу на сипкий матеріал прискореними електронами

Реферат: Винахід стосується пристрою, який включає в себе щонайменше один електронно-променевий генератор (301) для генерації прискорених електронів, впливу яких піддаються частинки (303) сипкого матеріалу під час вільного падіння, при цьому електронно-променевий генератор (301) виконаний кільцеподібним, у якого емітовані кільцевим катодом і прискорені електрони виходять з вікна для виходу електронів в напрямку осі кільця; причому цей кільцевий електронно-променевий генератор (301) розташований таким чином, що вісь його кільця орієнтована вертикально або відхиляючись від вертикалі на кут до 45°, і при цьому над кільцевим електронно-променевим генератором (301) розташований пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу, донні стінки (304) якого мають щонайменше один отвір, з якого частинки (303) сипкого матеріалу випадають і звідти провалюються через утворене електроннопроменевим генератором (301) кільце. UA 114690 C2 (12) UA 114690 C2 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується пристрою для обробки сипкого матеріалу, переважно посівного матеріалу, прискореними електронами. Переважною галуззю застосування є фітосанітарна обробка посівного матеріалу від збудників хвороб, які передаються через насіння, які переважно оселилися в насіннєвій шкірці насіннєвих зерен. Іншими галузями застосування є стерилізація поверхні гранулятів і порошків, хімічна активація поверхні, а також виконання інших радіохімічних процесів на сипкому матеріалі. Відомі різні способи і відповідні пристрої для впливу на сипкий матеріал прискореними електронами в різних варіантах здійснення, адаптованих до оброблюваного сипкого матеріалу. Так, у вакуумованій камері шляхом протилежного розташування двох прискорювачів електронів створюється електронне поле, яке має зустрічно направлені компоненти швидкості електронів, через яке сипкий матеріал спрямовується у вільному падінні розтягнутим прозорим потоком (DD 291 702 A5). Для електронної обробки сипкий матеріал вводиться в камеру через коміркові шлюзи барабанного типу і знову виводиться після електронно-променевого процесу. Однак недоліком таких пристроїв є високі апаратні витрати на створення електронного поля, оскільки потрібні щонайменше два прискорювачі електронів, і високі витрати вакуумної технології. Крім того, відомо створення електронного поля, яке має зустрічно направлені компоненти швидкості, таким чином, що електронний промінь, після того як він пройшов через потік частинок сипкого матеріалу, шляхом магнітного відхилення відхиляється назад на потік частинок. Подібні пристрої усувають витрати на другий прискорювач електронів. Однак недолік цього способу полягає в тому, що через відносно довгий шлях, який проходить електронний промінь в технологічній камері, необхідний істотно більш якісний вакуум, який вимагає ще більш високих апаратних витрат, пов'язаних зі створенням вакууму. Відомі також способи і пристрої, які працюють з двома прискорювачами електронів, які знаходяться один навпроти одного, причому ці електрони виходять через вікно для виходу променя під атмосферним тиском (DE 44 34 767 C1). При цьому сипкий матеріал також спрямовується через електронне поле у вільному падінні. При цьому вирішенні відсутні витрати на необхідну в іншому випадку вакуумування технологічну камеру. Проте, залишається недолік високих апаратних витрат через необхідність застосування щонайменше двох прискорювачів електронів. Крім того, відомий вплив на порошкоподібні і зернисті матеріали електронами при атмосферному тиску, при цьому застосовується тільки один прискорювач електронів, і опромінювані частинки спрямовуються в потоці газу через електронне поле (WO 98/43274 A1). Потік газу, який містить опромінювані частинки спрямовується через прямокутний канал, закритий з одного боку алюмінієвою фольгою товщиною 25 мкм, через яку електрони проникають після їх виведення через фольгу титанового вікна товщиною 13 мкм і проходження дистанції до опромінювального каналу. Прямокутний канал, який знаходиться навпроти алюмінієвої фольги, утворюється плоскою пластиною з матеріалу з високим порядковим номером елемента. Після пронизування поперечного перерізу каналу електрони від цієї пластини частково розсіюються зворотно. Зворотно розсіяні електрони мають компоненту швидкості, направлену зустрічно первинному напрямку входження електронів, і забезпечують можливість того, щоб сторона частинок, відвернена від первинного напрямку входження електронів, також піддавалась обстрілу електронами. Недоліком є те, що інтенсивність опромінення зворотно розсіяними електронами істотно нижча, ніж інтенсивність опромінення електронами, які безпосередньо виходять з вікна для виходу променя, що призводить до нерівномірного опромінення окремих частинок. Недоліком є також те, що швидкість, необхідна для перенесення частинок, зі зростаючим відношенням маси до поверхні частинок, які транспортуються, значно зростає. Таким чином, для грубозернистих сипких матеріалів, таких як, напр., пшениця або кукурудза, були б необхідні дуже високі швидкості потоку газу. При цих високих швидкостях дози енергії, які переносяться в електронному полі, обмежувалися б дуже малими, для численних випадків застосування, по суті, дуже низькими значеннями. Інший недолік цього відомого вирішення полягає в тому, що електрони після виходу з прискорювача електронів ще додатково повинні пронизувати алюмінієву фольгу, яка закриває прямокутний канал, перш ніж вони потраплять на оброблювані частинки. Через це електрони здійснюють додаткову небажану втрату енергії. Нарешті, в DE 199 142 A1 розкритий пристрій, у якого сипкий матеріал в багаторазовому вільному падінні проводиться повз електронно-променевий пристрій і піддається впливу прискорених електронів. Внаслідок багаторазового проходження, яке поєднується з проміжним перемішуванням сипкого матеріалу, при цьому варіанті здійснення дуже висока імовірність того, 1 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 що частинки сипкого матеріалу зі всіх сторін піддаються впливу прискорених електронів. Однак багаторазове проходження вимагає великих витрат часу при виконанні процесу обробки. Тому в основі винаходу є технічна проблема, створити пристрій для впливу на сипкий матеріал прискореними електронами, за допомогою якого можуть долатися недоліки рівня техніки. Зокрема, цей пристрій повинен передбачати більш компактні габаритні розміри порівняно з рівнем техніки, і, незважаючи на це, допускати високу пропускну здатність оброблюваного сипкого матеріалу. Розв'язання цієї технічної проблеми виходить за допомогою предметів з ознаками п. 1 формули винаходу. Інші переважні варіанти здійснення винаходу виходять із залежних пунктів формули винаходу. Одна з істотних ознак пристрою, який пропонується винаходом, полягає в тому, що він виконаний кільцеподібно, при цьому електрони можуть прискорюватися в напрямку внутрішньої області кільця. Таким чином, субстрат, який спрямовується через внутрішню область пристрою, може, проходячи опромінення, піддаватися впливу прискорених електронів по всьому об'єму в поперечному перерізі субстрату. У цьому місці потрібно однозначно посилатися на те, що термін "кільцеподібно" в контексті винаходу у всіх описаних нижче кільцевих пристроїв і конструктивних елементів не обмежений тільки кільцем круглої форми, а що термін "кільцеподібно" в контексті винаходу відноситься тільки до петлеподібно замкненого предмета, причому цей петлеподібно замкнений предмет повністю охоплює деякий вільний простір в своєму поперечному перерізі, і при цьому сипкий матеріал може пропускатися через цей вільний простір у внутрішній області кільця. Хоч при цьому в одному з переважних варіантів здійснення винаходу цей повністю охоплений кільцем поперечний переріз вільного простору виконаний круглим, але в найширшому контексті винаходу може також мати будь-яку іншу геометричну форму. Кільцевий електронно-променевий генератор пристрою, який пропонується винаходом в одному з варіантів здійснення, розташований таким чином, що вісь кільця кільцевого електронно-променевого генератора орієнтована вертикально. Альтернативно можливі також варіанти здійснення, в яких вісь кільця відхиляється від вертикалі до 45. Переважно вісь кільця кільцевого електронно-променевого генератора відхиляється від вертикалі не більше ніж на 45. У електронно-променевого генератора, розташованого таким чином, можна примусити сипкий матеріал у вільному падінні провалюватися через внутрішню область кільцевого електроннопроменевого генератора, і під час вільного падіння через внутрішню область впливати на сипкий матеріал прискореними електронами. Якщо необхідно забезпечити, щоб частинки сипкого матеріалу піддавалися впливу прискорених електронів за можливості по всьому об'єму, потік сипкого матеріалу, який падає через внутрішню область кільцевого електронно-променевого генератора, переважно виконаний таким чином, що частинки сипкого матеріалу провалюються через внутрішню область кільця нарізно. Тому пристрій, який пропонується винаходом, поряд з кільцевим електронно-променевим генератором, включає в себе також і розташований над кільцевим електронно-променевим генератором пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу, нижнє обмеження якого має щонайменше один отвір, з якого частинки сипкого матеріалу випадають і звідти провалюються через кільце, утворене кільцевим електронно-променевим генератором. Пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу може, наприклад, включати в себе ємність для розміщення частинок сипкого матеріалу, причому дно цієї ємності має щонайменше один отвір, з якого можуть випадати частинки сипкого матеріалу. Переважно цей отвір виконується такого розміру, що через отвір в дні ємності завжди може провалюватися тільки одна частинка сипкого матеріалу за іншою. Якщо частинки сипкого матеріалу мають приблизно однаковий розмір, розмір отвору в дні ємності може бути виконаний таким чином, щоб його діаметр був меншим двократного середнього діаметра частинок сипкого матеріалу. При застосуванні круглого кільцевого електронно-променевого генератора, вісь кільця якого орієнтована вертикально, пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу переважно розташовується над кільцевим електронно-променевим генератором таким чином, щоб отвір в дні ємності для розміщення частинок сипкого матеріалу знаходився на продовженій осі кільця електронно-променевого генератора. Таким чином, частинки сипкого матеріалу посередині падають через електронно-променевий генератор і по всьому об'єму піддаються впливу щонайменше приблизно однакової дози енергії. У такого пристрою, у якого через внутрішню область кільцевого електронно-променевого генератора завжди провалюється тільки одна частинка сипкого матеріалу за іншою, може забезпечуватися, щоб частинки сипкого матеріалу піддавалися впливу прискорених електронів 2 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 по всьому об'єму. Однак пропускна здатність частинок сипкого матеріалу, які піддаються впливу електронів, все ж є низькою. В альтернативному варіанті здійснення донні стінки ємності для розміщення і розділення частинок сипкого матеріалу мають один або декілька отворів, які розташовані не в місці продовженої осі кільця електронно-променевого генератора. Інша ознака цих донних стінок полягає в тому, що вони розташовані з можливістю обертання або з можливістю руху в горизонтальній площині. В іншому альтернативному варіанті здійснення пристрій, який пропонується винаходом, включає в себе круглий, кільцевий електронно-променевий генератор, вісь кільця якого орієнтована вертикально, а також розташований над кільцевим електронно-променевим генератором пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу, який має декілька отворів в донних стінках. Ці отвори в донних стінках переважно радіально-симетрично, кожен на однаковій відстані розташовані на круглій траєкторії навколо продовженої осі електроннопроменевого генератора. При цьому радіус круглої траєкторії, на якій виконані отвори в донних стінках, менший внутрішнього радіуса кільцевого електронно-променевого генератора, так що також всі падаючі з отворів донних стінок частинки сипкого матеріалу провалюються через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора. Переважно отвори в донних стінках пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу виконано такого розміру, що через отвір завжди може провалюватися тільки одна частинка сипкого матеріалу за іншою. Таким чином, створюється прозорий кільцевий потік сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок сипкого матеріалу, який провалюється через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора і при цьому піддається впливу прискорених електронів. "Прозорий" відносно кільцевого потоку падаючих частинок сипкого матеріалу означає, що сусідні падаючі частинки сипкого матеріалу завжди в деякій мірі віддалені одна від одної, так що також завжди між падаючими частинками сипкого матеріалу можуть проходити деякі електрони, прискорені кільцевим електронно-променевим генератором, які потім на протилежній стороні кільцевого падаючого потоку сипкого матеріалу потрапляють на задню сторону частинок сипкого матеріалу, орієнтовану до осі кільця, завдяки чому також у такого пристрою падаючі частинки піддаються впливу прискорених електронів по всьому об'єму. Альтернативно прозорий кільцевий потік сипкого матеріалу, який складається з падаючих, розрізнених частинок сипкого матеріалу, може створюватися таким чином, що в донних стінках пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу, розташованого над кільцевим електронно-променевим генератором, виконується кільцеподібний отвір. При цьому кільцевий отвір переважно виконаний радіально-симетрично навколо продовженої осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора. При цьому ширина щілини кільцеподібного отвору переважно виконується такого розміру, що по ширині щілини проходить наскрізь тільки одна частинка сипкого матеріалу. Таким чином також створюється прозорий кільцевий потік сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок сипкого матеріалу, який має ширину кільця в одну частинку сипкого матеріалу. Переважно також, якщо у всіх наведених вище прикладах здійснення щонайменше один конструктивний елемент пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу піддається впливу вібрації, щоб вказаний щонайменше один отвір в донних стінках пристрою не засмічувався частинками сипкого матеріалу. Так, наприклад, донні стінки пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу або його бічні стінки можуть піддаватися впливу коливання і таким чином вібрувати. Генератори коливань, які застосовуються для цього, які механічно контактують з яким-небудь конструктивним елементом пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу, відомі. Нижче винахід пояснюється детальніше на прикладах здійснення. На фігурах показано: фіг. 1: схематичне зображення в перспективі перерізу кільцевого електронно-променевого генератора, який має полоїдальні котушки; фіг. 2: схематичне зображення в перспективі перерізу альтернативного кільцевого електронно-променевого генератора, який має анодні дротяні електроди; фіг. 3: схематичне зображення перерізу пристрою, який пропонується винаходом в поперечному перерізі; фіг. 4a: схематичне зображення перерізу альтернативного пристрою, який пропонується винаходом в поперечному перерізі; фіг. 4b: схематичне зображення ємності для розміщення частинок сипкого матеріалу пристрою з фіг. 4a на вигляді зверху; фіг. 5a: схематичне зображення перерізу іншого альтернативного пристрою, який пропонується винаходом в поперечному перерізі; 3 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 фіг. 5b: схематичне зображення ємності для розміщення частинок сипкого матеріалу пристрою з фіг. 5a на вигляді зверху; фіг. 6: схематичне зображення перерізу пристрою, який пропонується винаходом, який має електронне дзеркало; фіг. 7: схематичне зображення перерізу альтернативної ємності для розміщення частинок сипкого матеріалу. На фіг. 1 і 2, передусім, схематично зображені кільцеві електронно-променеві генератори, які можуть застосовуватися в пристрої, який пропонується винаходом. Для кращого розуміння в цьому місці потрібно також дати визначення термінам "кільцевий циліндр" і "кільцевий диск" відносно кільцевого предмета. Коли внутрішній радіус круглого кільця віднімається від його зовнішнього радіуса, то виходить деякий розмір. Якщо цей розмір менший протяжності кільця в напрямку осі цього кільця, то це кільце виконано у вигляді кільцевого циліндра. Якщо цей розмір більший протяжності кільця в напрямку осі цього кільця, то це кільце виконане у вигляді кільцевого диска. На фіг. 1 показаний кільцевий електронно-променевий генератор 100 на схематичному зображенні перерізу в перспективі. Такий електронно-променевий генератор включає в себе, передусім, кільцевий корпус 101, який щонайменше в одній області обмежує вакуумовану камеру 102, розділену на вакуумовані камери 102a і 102b. Ця вакуумована камера 102 внаслідок форми корпусу також є кільцевою. У прикладі здійснення фіг. 1 корпус 101 виконаний радіально-симетрично навколо осі 103 кільця. Всі описані нижче конструктивні елементи, які відносяться до електронно-променевого генератора 100 і названі кільцевими, також радіальносиметричні і мають ту ж саму вісь 103 кільця. На внутрішній стороні кільця корпусу 101 корпус 101, як вікно 104 для виходу електронів, виконаний у вигляді кільцевого циліндра, тобто, якщо дивитися в напрямку виходу електронів, вікно 104 для виходу електронів має перпендикуляр до поверхні, який орієнтований до внутрішньої області кільця і у круглого кільцевого циліндра, як і у електронно-променевого генератора, до осі 103 кільця. Через щонайменше одне не зображене на фіг. 1 впускання в корпусі 101 робочий газ вставляється у вакуумовану камеру 102, і за допомогою щонайменше одного, також не зображеного на фіг. 1, насосного пристрою у вакуумованій камері 102 підтримується вакуум в межах від 0,5 Па до 1,5 Па і переважно в межах від 0,9 Па до 1,1 Па. Кільцевий електронно-променевий генератор має також щонайменше один перший катод і щонайменше один перший анод, між якими за допомогою першої електричної напруги, яка подається, яка надається першим пристроєм електропостачання, у вакуумованій камері 102 може створюватися плазма тліючого розряду. У цьому прикладі здійснення застосовувалися два виконаних у вигляді кільцевого диска перших катода 105a і 105b, які розташовані в камері 102a один навпроти одного поблизу бічних внутрішніх стінок корпусу 101. Також у електроннопроменевого генератора 100 корпус 101 включався як перший анод, при цьому корпус 101 одночасно має електричний потенціал маси електронно-променевого генератора 100. Але альтернативно як перший анод може також включатися щонайменше один окремий електрод, який електрично ізольований від корпусу 101. Кільцеві перші катоди 105a і 105b віддалені від відповідно прилеглих стінок корпусу 101 в такій малій мірі, що внаслідок екранування методом темного поля між катодами 105 і безпосередньо прилеглими стінками корпусу 101, включеного як перший анод, не утвориться електричний розряд. Таким чином, перша електрична напруга, яка подається між корпусом 101, включеним як перший анод, і першим катодом 105, призводить до того, що утвориться тліючий розряд між першим катодом 105a, 105b і відповідно протилежними стінками корпусу 101. Створена таким чином плазма 106 наповнює при цьому камеру 102a між двома першими катодами 105a і 105b. Кільцевий електронно-променевий генератор включає в себе також щонайменше один другий катод і щонайменше один другий анод, між якими за допомогою другого пристрою електропостачання включається друга електрична напруга. У електронно-променевого генератора 100 кільцевий катод 107 виконаний як другий катод, а кільцевий і одночасно ґратчастий анод 108 як другий анод. Другий катод у кільцевого електронно-променевого генератора являє собою катод для емісії повторних електронів, які потім прискорюються, і має для цього електричний потенціал високої напруги щонайменше -50 кВ. переважно в межах від -100 кВ до -300 кВ. За допомогою ізолятора 109 другий катод 107 електрично ізольований відносно корпусу 101. В описаному на фіг. 1 варіанті здійснення кільцевого електронно-променевого генератора другий анод 108 і перші катоди 105a і 105b мають однаковий електричний потенціал, який становить тільки декілька відсотків від потенціалу напруг другого катода 107 і переважно вибраний в межах від -0,5 кВ до -5 кВ. Альтернативно другий анод і перший катод можуть також 4 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 мати різні електричні потенціали, при цьому, однак, ці два потенціали напруг істотно менше відрізняються за напругою від першого анода, ніж від другого катода. З плазми 106 в камері 102a іони дрейфують через ґратчастий другий анод 108 в напрямку другого катода 107. Там іони потрапляють на область 110 поверхні другого катода 107, перпендикуляр до поверхні якого орієнтований до внутрішньої області кільця корпусу, і в радіально-симетричного корпусу, такого як корпус 101, до осі 103 кільця. При потраплянні іонів на область 110 поверхні іони, таким чином, пройшли різницю потенціалу, яка практично відповідає напрузі прискорення електронно-променевого генератора 100. При їх потраплянні вивільняється енергія іонів в дуже тонкому крайовому шарі катода 107 в області 110 поверхні, що призводить до виділення повторних електронів. При вищеназваних електричних напругах на другому катоді 107 відношення між електронами, які виділяються, і іонами, які потрапляють, мають величину близько 10, що робить цей вид генерації прискорених електронів дуже ефективним. Повторні електрони, які утворилися, дуже прискорюються електричним полем, яке подається, і пролітають через виконаний у вигляді кільцевого циліндра анод 108 і плазму 106 в камері 102a. Після перетину вікна 104 для виходу електронів, яке, наприклад, може бути виконано у вигляді тонкої металевої фольги, електрони просуваються у вільний простір, охоплений кільцевим корпусом 101, в якому може діяти більш високий тиск, ніж в камері 102, і через яке може провалюватися сипкий матеріал, який піддається впливу електронів. Як матеріал для вікна 104 для виходу електронів може застосовуватися всі відомі з рівня техніки матеріали для вікон для виходу електронів, такі як, наприклад, титан. Крім того, з метою більш високої механічної міцності вікна 104 для виходу електронів переважно забезпечити його опорними ґратами, як це також відомо з рівня техніки. Внаслідок кільцевої конфігурації всіх вищеназваних конструктивних елементів кільцевого електронно-променевого генератора з його допомогою створюється замкнена, кільцева траєкторія прискорених електронів, при цьому напрямок руху прискорених електронів орієнтований на вільний простір, укладений в кільці корпусу. Вільний простір, який охоплюється кільцем корпусу, і через яке провалюється сипкий матеріал, який обробляється, нижче називається також оброблювальною камерою. У радіально-симетричного кільцевого електронно-променевого генератора, такого як електроннопроменевий генератор 100, напрямок руху прискорених електронів переважно орієнтований на вісь 103 кільця. Розрізнений сипкий матеріал, який падає через внутрішню область корпусу такого кільцевого електронно-променевого генератора, може, таким чином, за один прохід по всьому об'єму піддаватися впливу прискорених електронів. Для повноти в цьому місці потрібно згадати, що кільцевий електронно-променевий генератор має також пристрій для охолодження, як це відомо також у інших пристроїв для генерації прискорених електродів з рівня техніки. Так, цей пристрій для охолодження кільцевого електронно-променевого генератора може включати в себе, наприклад, канали охолодження, які проходять всередині ізолятора 109 і по яких тече охолоджуюче середовище. Другий анод 108, який у кільцевого електронно-променевого генератора переважно виконаний у вигляді ґратчастого кільцевого циліндра, і який являє собою просторовий кордон між вакуумованими камерами 102a і 102b, виконує два суттєві завдання. По-перше, внаслідок своєї різниці напруг відносно другого катода 107 він спричиняє прискорення емітованих повторних електронів. Внаслідок того факту, що кільцева ґратчаста структура другого анода 108 виконана паралельно поверхні 100 другого катода 107, яка емітує повторні електрони, електричне поле утвориться таким чином, що також траєкторії прискорених повторних електронів проходять практично паралельно. По-друге, другий анод 108 екранує плазму від потенціалу напруги другого катода 107, перешкоджає тим самим дрейфу дуже великої кількості іонів в напрямку другого катода 107 і сприяє, таким чином, підтримці плазми 106 в камері 102a. Однак, для підтримки плазми 106 необхідні й інші заходи. Відносно низький тиск, дорівнює приблизно 1 Па, в камері 102a дозволяє генерувати тільки відносно малу кількість низькоенергетичних електронів внаслідок тліючого розряду між першим катодом 105 і включеним як перший анод корпусом 101. Дрейф цих низькоенергетичних електронів прямим шляхом між першим катодом 105 і першим анодом призводив би тільки до недостатньої кількості реакцій зіткнення з частинками інертного газу і, таким чином, до отримання іонів, які не були б достатні для підтримки плазми 106. Таким чином, необхідні заходи, які продовжать шлях низькоенергетичних електронів в камері 102a і таким чином підвищать імовірність і частоту їх зіткнень. Такий ступінь зображена на фіг. 1 у вигляді кільцевих магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b, які створюють кожна магнітне поле з полоїдально прохідними лініями магнітного поля. Тому такі магнітні котушки називаються також полоїдальними котушками. Магнітні котушки 111a, 111b, 112a, 112b розміщені дві пари одна навпроти одної і поза корпусом 101 на висоті 5 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 першого катода 105 таким чином, що їх магнітне поле пронизує камеру 102a. При цьому магнітні котушки 111a і 111b мають ідентичні радіуси кільця, які більші ідентичних радіусів кільця магнітних котушок 112a і 112b. Полоїдально прохідні лінії магнітного поля в камері 102a змушують низькоенергетичні електрони рухатися по криволінійних траєкторіях, які мають енергозалежний радіус обертання, що збільшує ділянку дрейфу і разом з тим тривалість перебування низькоенергетичних електронів в камері 102 і, таким чином, кількість зіткнень, які створюють іони. Однак магнітні поля магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b впливають не тільки на траєкторії низькоенергетичних електронів, але і на траєкторії високоенергетичних електронів, які емітуються з другого катода 107, і потім які прискорюються, а також які пролітають через камеру 102a. Без магнітних полів магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b більшість прискорених високоенергетичних електронів проходили б через вікно 104 для виходу електронів під перпендикулярним кутом або, відповідно, під кутом, близьким до перпендикулярного. Однак магнітні поля магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b змінюють цей кут проходження, що, залежно від випадку застосування, може бути переважним або небажаним. Переважним це є, наприклад, при гомогенізації введення енергії в субстрати, які мають криволінійні області поверхні, або для впливу на області поверхні субстратів, які при радіальному напрямку поширення прискорених електронів знаходилися б в затінених областях поверхні. Однак, в багатьох випадках застосування переважно, якщо проходження прискорених електронів через вікно 104 для виходу електронів здійснюється під прямим кутом до поверхні вікна 104 для виходу електронів або, відповідно, під кутом, близьким до прямого кута. Крім того, кожне відхилення від нормального входження призводить до більш високої абсорбції електронів у фользі вікна 104 для виходу електронів і, зокрема, також в ґратчастій структурі вікна 104 для виходу електронів, зазвичай яка підтримує й охолоджує фольгу. Тому у тих випадках застосування, в яких прискорені електрони повинні пройти через вікно 104 для виходу електронів по можливості перпендикулярно, при використанні магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b потрібне коректування траєкторії польоту прискорених електронів. Відхилення траєкторій польоту прискорених електронів внаслідок магнітних полів магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b може, наприклад, компенсуватися за допомогою щонайменше однієї додаткової пари розташованих один навпроти одного полоїдальних котушок, причому ця додаткова пара полоїдальних котушок має зовнішній радіус, який ще менший ніж внутрішній радіус магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b. Однак, при цьому переважно внутрішні радіуси всіх трьох пар кільцевих магнітних котушок більші ніж зовнішній радіус циліндричного вікна 104 для виходу електронів, а зовнішні радіуси всіх пар кільцевих магнітних котушок менші ніж внутрішній радіус ґратчастого другого анода 108. Таким чином забезпечується, що магнітні поля кільцевих магнітних котушок всередині пристрою, який пропонується винаходом, проходять в основному в камері 102a і сприяють там підтримці плазми або, відповідно, коректуванню траєкторії польоту прискорених електронів. Але альтернативно, залежно від випадку застосування, можливе й інше розташування магнітних котушок. Потрібні значення кількості, положення і збудження магнітних котушок для даного випадку застосування можуть знаходитися, наприклад, за допомогою імітаційних розрахунків. Інше вирішення для продовження траєкторій дрейфу низькоенергетичних електронів між першим катодом і першим анодом вказане на фіг. 2. На фіг. 2 показаний альтернативний кільцевий електронно-променевий генератор 200 на схематичному зображенні перерізу в перспективі, який, передусім, включає в себе ідентичні конструктивні елементи і ознаки електронно-променевого генератора 100 з фіг. 1, за винятком магнітних котушок 111a, 111b, 112a, 112b. Замість магнітних котушок електронно-променевий генератор 200 має деяку кількість дротяних електродів 213, які проходять через камеру 102a, і при корпусі у вигляді круглого кільця, такому як корпус 101, розташовані на ідентичному радіусі і на однаковій відстані один від одного навколо осі 103. При цьому дротяні електроди 213, які можуть мати легкий позитивний потенціал напруги в межах від +0,5 кВ до +5 кВ відносно корпусу 101, проведені, будучи електрично ізольованими, через корпус 101 і перші катоди 105a, 105b. Завдяки дротяним електродам 213 низькоенергетичні електрони в камері 102a також відводяться на спіралеподібні і, таким чином, продовжені траєкторії і при цьому підтримують плазму 106. Для мінімізації виникнення озону і оксидів азоту рекомендується продування оброблювальної камери благородним газом, завдяки чому одночасно також виникає ефект охолодження сипкого матеріалу, який обробляється, і вікна для виходу електронів. У зв'язку з цим можна також додатково впливати на введення енергії в сипкий матеріал, який піддається 6 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 впливу прискорених електронів, який падає через оброблювальну камеру, шляхом належного вибору або змішування різних газів в оброблювальній камері, оскільки абсорбція енергії і розсіювання електронів на ділянці шляху газу між вікнами для виходу електронів і поверхнею сипкого матеріалу, яка піддається впливу, залежать від масової густини локальної атмосфери. Регулювання допоміжного розряду між першим катодом і першим анодом, за допомогою інтенсивності якого може регулюватися потужність електронного променя кільцевого електронно-променевого генератора, може здійснюватися різними шляхами. Поряд з потоком газу в електронно-променевий генератор, як регулююча величина для цього можуть бути також напруга допоміжного розрядуміж першим катодом, а також струм через кільцеві магнітні котушки. В одному з варіантів здійснення, який включає в себе дротяні електроди 213, як комплементарні регулюючі величини можуть бути вибрані тиск в камері 102 і електрична напруга дротяних електродів 213. При цьому потрібно помітити, що електричні настановні величини зазвичай мають більш короткі постійні часу, і тому можуть служити, з одного боку, для швидкого регулювання, а також, з іншого боку, забезпечують можливість імпульсного робочого режиму. На фіг. 3 показано схематичне зображення перерізу пристрою 300, який пропонується винаходом. Пристрій 300 включає в себе кільцевий електронно-променевий генератор 301, вісь кільця якого орієнтована вертикально. Вісь кільця лежить в площині перерізу, зображеній на фіг. 3. Над електронно-променевим генератором 301 розташований пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу. Пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу включає в себе циліндричну ємність 302, в якій знаходяться частинки 303 сипкого матеріалу. Донні стінки 304 ємності 302 виконані конічними, які мають направлену вниз вершину конуса. Вершина конуса розміщена точно на продовженій осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора 301. На вершині конуса донні стінки 304 ємності 302 мають отвір такого розміру, щоб з ємності 392 завжди могла випадати тільки одна частинка 303 сипкого матеріалу за іншою і звідти посередині провалюватися через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора 301. Під час провалювання через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора 301 частинки 303 сипкого матеріалу по всьому об'єму піддаються впливу прискорених електронів з електронно-променевого генератора 301. Пристрій для розділення частинок 303 сипкого матеріалу включає в себе також не зображені на фіг. 3 засоби, за допомогою яких поповнюються частинки 303 сипкого матеріалу в ємності 302. Крім того, пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу може включати в себе щонайменше один, також не зображений на фіг. 3, генератор коливань, який має механічний контакт з ємністю 302, внаслідок чого ємність 302 вібрує. Вище вказувалося, що розмір отвору в донних стінках ємності 302 переважно вибраний так, що за можливості через отвір може провалюватися тільки одна частинка сипкого матеріалу за іншою. Такий варіант здійснення підходить, зокрема, тоді, коли тільки поверхні частинок сипкого матеріалу піддаються впливу прискорених електронів, але вся частинки сипкого матеріалу не повинна повністю пронизуватися електронами, як це, наприклад, відбувається при обробці насіннєвого матеріалу. Однак якщо завдання, яке виконується, полягає в тому, щоб повністю пронизувати частинки сипкого матеріалу електронами, як, наприклад, при модифікації частинок полімерного матеріалу, отвір в ємності 302 може також виконуватися більшого розміру, так щоб через отвір одночасно могли падати декілька частинок 303 сипкого матеріалу. Це судження відносно розміру отвору в донних стінках ємності для розміщення частинок сипкого матеріалу, яка стосується даного випадку застосування, застосовна також до всіх варіантів здійснення, описаних нижче. На фіг. 4a схематично зображений альтернативний пристрій, який пропонується винаходом 400 в перерізі. Пристрій 400 включає в себе кільцевий електронно-променевий генератор 401, вісь кільця якого орієнтована вертикально. Вісь кільця лежить в зображеній на фіг. 4a площини перерізу. Над електронно-променевим генератором 401 розташований пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу. Пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу включає в себе циліндричну ємність 402, в якій знаходяться частинки 403 сипкого матеріалу. Ємність 402 на фіг. 4b схематично зображена на вигляді зверху. Донні стінки 404 ємності 402 в центральній області виконані конічними, які мають направлену вниз вершину конуса. Вершина конуса розміщена точно на продовженій осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора 401. Завдяки конічній формі центральної області донних стінок 404 частинки 403 сипкого матеріалу витісняються в нижній області ємності 402 на кільцеву зовнішню область донних стінок 404, яка має множину отворів 405. Отвори 405 обертально-симетрично розташовані навколо продовженої осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора 401 і віддалені кожен 7 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 однаковою мірою від сусіднього отвору 405. Кожен з отворів 405 має такий розмір, що через отвір 405 може провалюватися тільки одна частинка 403 сипкого матеріалу за іншою. Задопомогою цього пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу створюється прозорий, кільцевий і обертально-симетрично розташований навколо осі кільця електроннопроменевого генератора 401 потік сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок 403 сипкого матеріалу, який падає через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора 401 і під час вільного падіння піддається впливу прискорених електронів. Послідовно такого пристрою, у якого створюється кільцевий прозорий потік сипкого матеріалу, який піддається впливу прискорених електронів кільцевого електронно-променевого генератора, можуть реалізовуватися більш компактні габаритні розміри обладнання, ніж за допомогою пристрою з рівня техніки, у якого прозорий, лінійний потік сипкого матеріалу, який має таку ж довжину, піддається впливу прискорених електронів з лінійних випромінювачів. Інша перевага пристроїв, які пропонуються винаходом, перед рівнем техніки, в якому застосуються два розташованих один навпроти одного лінійних випромінювача, полягає в тому, що застосовується тільки один електронно-променевий генератор. Таким чином, у пристрої, який пропонується винаходом, також є потреба тільки в одному комплекті периферійних пристроїв (таких як, наприклад, вакуумні насоси і пристрої електропостачання), на відміну від чого в рівні техніки є потреба в двох комплектах периферійних пристроїв. Пристрій для розділення частинок 403 сипкого матеріалу включає в себе також не зображені на фіг. 4 засоби, за допомогою яких поповнюються частинки 403 сипкого матеріалу в ємності 402. Крім того, пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу може включати в себе щонайменше один, також не зображений на фіг. 4 генератор коливань, який має механічний контакт з ємністю 402, внаслідок чого ємність 402 вібрує. На фіг. 5a схематично зображено в перерізі інший альтернативний пристрій 500, який пропонується винаходом. Пристрій 500 включає в себе кільцевий електронно-променевий генератор 501, вісь кільця якого орієнтована вертикально. Вісь кільця лежить в зображеній на фіг. 5a площини перерізу. Над електронно-променевим генератором 501 розташований пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу. Пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу включає в себе ємність для розміщення частинок 503 сипкого матеріалу. Ємність складається з циліндричних бічних стінок 502 і конічних донних стінок 504, при цьому між бічними стінками 502 і конічними донними стінками 504 виконана кільцева щілина 505. Ємність схематично зображена на фіг. 5b на вигляді зверху. Вершина конуса донних стінок направлена вгору і розміщена точно на продовженій осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора 501. Завдяки конічній формі донних стінок 504 частинки 503 сипкого матеріалу витісняються в нижній області циліндра 502 на кільцеву зовнішню область, в яку частинки сипкого матеріалу випадають через отвір у вигляді кільцевої щілини 505. Кільцева щілина 405 обертально-симетрично розташована навколо продовженої осі кільця кільцевого електроннопроменевого генератора 401 і має таку ширину щілини, що по ширині щілини через кільцева щілина 505 може випадати тільки одна частинка сипкого матеріалу за іншою. Якщо дивитися по довжині кільцевої щілина 505, через кільцеву щілину 505 можуть, зрозуміло, одночасно провалюватися декілька частинок 503 сипкого матеріалу. За допомогою цього пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу створюється прозорий, кільцевий і обертально-симетрично розташований навколо осі кільця електроннопроменевого генератора 501 потік сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок 503 сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок 403 сипкого матеріалу, який падає через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора 501 і під час вільного падіння піддається впливу прискорених електронів. Порівняно з пристроєм 400 з фіг. 4a кільцевий потік сипкого матеріалу, який створюється за допомогою пристрою 500, може утворюватися з більш високою густиною частинок в кутовій протяжності свого кільця і при цьому дозволяє отримати більш високу пропускну здатність. Також пристрій 503, який застосовується при цьому, для розділення частинок сипкого матеріалу включає в себе не зображені на фіг. 5a засоби, за допомогою яких можуть поповнюватися частинки 503 сипкого матеріалу в циліндрі 502. Крім того, цей пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу може включати в себе щонайменше один, також не зображений на фіг. 5a, генератор коливань, який має механічний контакт з циліндром 502 і/або донними стінками 504, завдяки чому ці конструктивні елементи вібрують і тим самим можуть забезпечувати безперервний, падаючий потік сипкого матеріалу. На фіг. 6 схематично в перерізі зображений інший пристрій, який пропонується винаходом 600, який, передусім, має всі ознаки пристрою 500 з фіг. 5a. Додатково пристрій 600 має циліндричне електронне дзеркало 506, яке проходить через отвір кільця кільцевого електронно 8 UA 114690 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 променевого генератора 506. При цьому циліндричне електронне дзеркало 506 виконане обертально-симетрично навколо осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора 501 і має радіус, який менше радіуса прозорого кільцевого потоку сипкого матеріалу, який складається з падаючих частинок 503 сипкого матеріалу. За допомогою циліндричного електронного дзеркала 506 прискорені електрони, які пронизують прозорий кільцевий потік сипкого матеріалу, можуть відбиватися, і при цьому падаючі частинки 503 сипкого матеріалу піддаються впливу прискорених електронів на своїй задній стороні, орієнтованій до осі кільця. В іншому варіанті здійснення циліндричне електронне дзеркало 506 в кутовій протяжності свого кільця розділене на сегменти, при цьому кожний сегмент електрично законтактовано і за допомогою електричних з'єднувальних елементів сполучений з пристроєм аналітичної обробки. Таким чином для кожного сегмента реєструється деяке значення, яке відповідає кількості електронів, які потрапляють на сегмент. Так, наприклад, для кожного сегмента може реєструватися значення електричного струму. Такий варіант здійснення може, наприклад, застосовуватися для забезпечення якості, тому що при цьому може робитися якісне судження про те, чи піддавалися різні кутові сегменти кільця прозорого кільцевого потоку сипкого матеріалу впливу щонайменше приблизно однакової дози енергії. Якщо при такій конфігурації пристрою застосовується також і кільцевий електронно-променевий генератор, другий катод якого виконаний сегментованим, або електронно-променевий генератор, який має дротяні електроди 213, то кільцевий електронний промінь кільцевого електронно-променевого генератора може регулюватися по сегментах таким чином, щоб компенсувалися можливі відмінності в потоці електронів, який реєструється на різних сегментах циліндричного електронного дзеркала. При цьому може забезпечуватися рівномірний вплив на кільцевий потік сипкого матеріалу по всьому периметру кільця. Таке циліндричне електронне дзеркало 506, сегментоване або несегментоване, може застосовуватися у всіх варіантах здійснення винаходу, в якому створюється кільцевий падаючий потік сипкого матеріалу, як, наприклад, також у варіанті здійснення відповідно до фіг. 4a. На фіг. 7 схематично в перерізі зображений один з альтернативних варіантів здійснення ємності для розміщення частинок 703 сипкого матеріалу. Ємність складається з циліндричних бічних стінок 702 і конічних донних стінок 704, при цьому між бічними стінками 702 і донними стінками 704 виконана кільцева щілина 705. Вершина конуса донних стінок 704 направлена вгору і розміщена точно на продовженій осі кільця належного кільцевого електроннопроменевого генератора. Завдяки конічній формі донних стінок 704 частинки 703 сипкого матеріалу витісняються в нижній області циліндра 702 на кільцеву зовнішню область, в якій частинки сипкого матеріалу випадають через отвір у вигляді кільцевої щілини. Донні стінки 704 і/або циліндричні бічні стінки 702 виконані з можливістю регулювання по висоті. Завдяки цьому може встановлюватися ширина кільцевої щілини між бічними стінками 702 і донними стінками 704 і пристосуватися до даного розміру частинок 703 сипкого матеріалу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пристрій, який включає в себе щонайменше один електронно-променевий генератор (301) для генерації прискорених електронів, впливу яких піддаються частинки (303) сипкого матеріалу під час вільного падіння, який відрізняється тим, що a) електронно-променевий генератор (301) виконаний кільцеподібним, у якого емітовані кільцевим катодом і прискорені електрони виходять з вікна для виходу електронів в напрямку осі кільця; b) кільцевий електронно-променевий генератор (301) розташований таким чином, що вісь його кільця орієнтована вертикально або відхиляючись від вертикалі на кут до 45°; c) над кільцевим електронно-променевим генератором розташований пристрій для розділення частинок сипкого матеріалу, донні стінки (304) якого мають щонайменше один отвір, з якого випадають частинки (303) сипкого матеріалу і звідти провалюються через утворене електроннопроменевим генератором (301) кільце. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що отвір має такий розмір, що через отвір завжди провалюється тільки одна частинка (303) сипкого матеріалу за іншою. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що отвір розташований в місці продовженої осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора (301). 4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що нижні донні стінки (404) мають декілька отворів (405), які розташовані концентрично навколо продовженої осі кільця кільцевого електроннопроменевого генератора (401). 9 UA 114690 C2 5 10 15 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що отвір (505) виконаний кільцеподібно навколо продовженої осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора (501). 6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що отвір (505) має таку ширину кільця, що відносно ширини кільця проходить тільки одна частинка сипкого матеріалу. 7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що донні стінки (504) включають в себе конічний елемент, вершина конуса якого розташована в місці продовженої осі кільця кільцевого електронно-променевого генератора (501). 8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що він забезпечений щонайменше одним генератором коливань, який має механічний контакт щонайменше з одним конструктивним елементом пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу. 9. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше один конструктивний елемент пристрою для розділення частинок сипкого матеріалу виконаний з можливістю регулювання по висоті. 10. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що він забезпечений щонайменше одним циліндричним електронним дзеркалом (506), яке проходить через отвір кільця кільцевого електронно-променевого генератора (501). 10 UA 114690 C2 11 UA 114690 C2 12 UA 114690 C2 13 UA 114690 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 14