Устройство для облучения полимерных пленок тяжелыми ионами
Изобретение относится к технике для облучения материалов тяжелыми ионами и может быть использовано для облучения полимерных пленок на ускорителях тяжелых ионов. Устройство содержит вакуумную камеру, разделенную вакуумплотной перегородкой на два объема, один из которых включает в себя облучательный узел, а другой - лентопротяжный механизм с подающей и приемной бобинами, каждый из объемов имеет отдельный форвакуумный и турбомолекулярный насосы. В вакуумной перегородке выполнены два щелевых канала, один из которых служит для пропускания полимерной подающей бобины из объема лентопротяжного механизма к узлу облучения, а другой канал - для пропускания облученной пленки в объем лентопротяжного механизма к приемной бобине, при этом размеры щелевого канала и допустимое натекание десорбированного газа в объем облучательного узла связаны между собой математическим выражением. Достигается повышение качества пленки и производительность устройства. 3 ил.
Изобретение относится к области техники облучения материалов тяжелыми ионами и может быть использовано для облучения материалов на ускорителях тяжелых ионов.
Аналогом изобретения может служить устройство облучения полимерных пленок, включающее в себя лентопротяжный механизм, с помощью которого облучаемая пленка пересекает поток тяжелых ионов неоднократно [1]. В качестве прототипа рассмотрим устройство для облучения полимерных пленок при изготовлении фильтровальных мембран [2]. Устройство содержит облучательную камеру с устройством для протяжки ленты, азотные экраны, а внутри камеры по ходу пленки расположены охлаждающие агрегаты контактного типа с линиями подачи жидкого азота и устройства последующего отогрева пленки, а также узлы, регулирующие температуру пленки при облучении, при этом охлаждающий агрегат представляет собой металлический сосуд с полированной плоской или цилиндрической боковой поверхностью, контактирующей с полимерной пленкой, заполненной хладагентом, например жидким азотом или его парами, и расположенный в непосредственной близости к азотным экранам так, что образующая его цилиндрической поверхности направлена параллельно щели, через которую входит пучок ускоренных тяжелых ионов; устройство отогрева пленки представляет собой участок полированной цилиндрической металлической поверхности, контактирующей с полимерной пленкой по всей ее ширине и имеющей вмонтированный в нее подогреватель. Недостатком данного устройства является применение сложной дорогостоящей криогенной техники, и при этом часто качество пленки не удовлетворяет предъявляемым требованиям; также недостатком упомянутых выше устройств 1,2 является значительное натекание газа, обусловленное десорбцией с поверхности пленки в вакуумную систему ускорителя, например циклотрона, в результате чего происходят электрические пробои в камере и ионопроводе в промежутках высокого напряжения: дуантах циклотрона, дефлекторе системы вывода пучка циклотрона, электростатической системы сканирования пучка в процессе облучения пленки потоком тяжелых ионов. Пробои прерывают облучение, и на облучаемом рулоне возникают необлученные или неравномерно облученные участки, что приводит к браку части производимого материала, а в некоторых случаях, когда требуется непрерывная дорожка облученного материала на всем протяжении пленки, намотанной на бобину, бракуется вся бобина. Вместе с тем, увеличение давления в объемах ионопровода и ускорителя, благодаря натеканию газа, уменьшает ток тяжелых ионов, а следовательно, производительность облучательного комплекса. Кроме того, высокое давление в ионопроводе и камере ускорителя нагружает систему откачных средств ускорителя и приводит к необходимости уменьшения периода между их профилактическими ремонтами, т.е. снижает производительность обучательного комплекса. Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение качества пленки и производительности всего облучательного комплекса за счет подавления натекания десорбированного газа с поверхности облучаемой пленки лентопротяжного механизма. Цель достигается благодаря тому, что в устройстве для облучения полимерных пленок ускоренными тяжелыми ионами, включающем вакуумную камеру с лентопротяжным механизмом, узел облучения, подающую бобину, ведущие ролики, приемную бобину, привод ведущих роликов и бобин, вакуумная камера разделена на два объема вакуумплотной перегородкой, имеющей два щелевых канала, при этом размеры щелевого канала выбирают в зависимости от допустимого натекания десорбированного газа с поверхности в зону облучательного узла, которое выражается формулой: Q4 = 4![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
l - длина щелевого канала, см. Предложенное устройство представлено на фиг. 1, где
1 - ионопровод ускорителя,
2 - пучок ускоренных тяжелых ионов,
3 - вакуумплотная перегородка с проходящими через нее щелевыми каналами, через которые облучаемая пленка с питающей бобины входит в облучательный узел и затем идет на приемную бобину,
4 - стенка вакуумной камеры облучающего устройства,
5 - питающая бобина,
6 - прижимной валик,
7 - ведущий валик,
8,9,15,16 - направляющие валики,
10,11,13 - стенки щелевого канала,
12 - полимерная пленка в щелевом канале,
14 - валик с полимерной пленкой, на которую падает поток ускоренных тяжелых ионов,
17 - приемная бобина,
18,19 - турбомолекулярные высоковакуумные насосы,
20,21 - форвакуумные насосы,
cd - направление движения пленки. На фиг. 2 представлены сечения ионопровода по А-А и щелевого канала по В-В,
22 - ширина сечения щелевого канала, равная b,
23 - высота щелевого канала, равная 2a. Пленка 12 делит канал на два канала, высотой а каждый (обычно толщиной пленки можно пренебречь). Сечение по А-А характерно размером К от нескольких до десятков см; величина H>b, ширины облучаемой пленки. На фиг. 3 представлено аксонометрическое изображение щелевого канала с прямоугольным сечением. Здесь 2a - высота щелевого канала, b - ширина щелевого канала, l - длина щелевого канала. Работа устройства происходит следующим образом (см. фиг. 1.). Облучательная установка заполняется воздухом до атмосферного давления; открываются ее уплотняющие устройства, лентопротяжный механизм заряжается полимерной пленкой требуемой ширины и толщины. При этом устанавливают бобину с пленкой в положение 5 и пропускают пленку через ведущие валики 6,7, направляющие валики 8,9, щелевой канал к валику 14 облучательного узла и от валика 14 через щелевой канал и направляющие валики 15,16 к приемной бобине 17. Затем форвакуумными насосами 20, 21 откачивают камеру облучательного устройства до вакуума, обеспечивающего эффективную работу турбомолекулярных насосов 18, 19. После включения насосов 18, 19, откачки объемов лентопротяжного механизма и облучательного узла до высокого вакуума соединяют ионопровод ускорителя с облучательным узлом, включают лентопротяжный механизм и начинают облучение пленки. При этом источник десорбции газа - открытая, площадью 1 м2, поверхность пленки - практически целиком находится в объеме лентопротяжного механизма, где давление P2 значительно выше, чем давление P1 в объеме облучательного узла, благодаря наличию щелевых каналов, таких, чтобы натекание из объема лентопротяжного механизма в объем облучательного узла было бы незначительным и давало возможность поддерживать с помощью стандартного турбомолекулярного насоса в объеме облучательного узла вакуум
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
К(l)=а/l ln (l/a). Пример реализации. Величина десорбции D с открытой поверхности полимерной пленки площадью S=1 м2 в объеме лентопротяжного механизма при температуре 25oC не превышает 100 см3 Торр/с. Таким образом, с поверхности пленки лентопротяжного механизма поступает 106 см3/с газа и давление в его вакуумном объеме P2=10-4 Торр поддерживает стандартный турбомолекулярный насос. Однако в объеме облучательного узла, соединенного ионопроводом с объемом ускорителя, давление должно быть
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
1. Патент США N 3529157. 2. Патент N 17777582.
Формула изобретения
Q4 = 4
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
где Q4 - полное натекание через 4 щели, образованные пленкой и стенками щелевых каналов, см3
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
F - пропускная способность прямоугольного щелевого канала, см3/с, определяемая формулой
F = 1,65
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
где K(l) - коэффициент уменьшения пропускной способности за счет длины l щелевого канала, величина безразмерная
K(l) = а/l ln (l/a),
а - высота щелей, образуемых полимерной пленкой и стенками щелевого канала, см;
b - ширина щелевого канала, см;
l - длина щелевого канала, см;
Р2 - перепад давления на щелевом канале, торр.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3