многослойный детектор и способ измерения потока электронов

Формула изобретения

1. Детектор для измерения интенсивности генерированного потока (106) электронов, содержащий:

многослойную композитную конструкцию (104; 200; 300; 400; 500; 600; 608; 616; 700; 800), имеющую проводящий сердечник (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802), изолирующий слой (112; 404; 506; 508; 604; 612; 620; 708; 804), сформированный на проводящем сердечнике, и внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806), электрически соединенный с потенциалом и сформированный на изолирующем слое, и

опору (116), конфигурированную для размещения композитной конструкции на одной линии с генератором (102) потока электронов между генератором (102) потока электронов и целевым участком (108) на прямой траектории потока (106) электронов, генерируемого генератором (102) потока электронов.

2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806) подключен к нулевому потенциалу детектора (104; 200; 300; 400; 500; 600; 608; 616; 700; 800).

3. Детектор по п.1, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806) подключен к потенциалу, достаточному для обеспечения мощности, с которой электроны вырываются из плазмы вблизи детектора (104; 200; 300; 400; 500; 600; 608; 616; 700; 800).

4. Детектор по п.1, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806) окружает проводящий сердечник (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802).

5. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит генератор (102) потока электронов для испускания потока (106) электронов вдоль заданной траектории и

вакуумную камеру (124), в которой размещена нить (122) накала генератора (102) потока электронов.

6. Детектор по п.5, отличающийся тем, что содержит опору (126) для закрепления облучаемого материала на целевом участке (108), причем детектор размещен между генератором (102) потока электронов и целевым участком (108).

7. Детектор по п.5, отличающийся тем, что композитная конструкция сформирована на окне (128) выхода потока электронов вакуумной камеры (124).

8. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит

измеритель величины тока (132; 206; 208; 412; 512; 514; 714) для измерения электрического тока в проводящем сердечнике (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802) как меры интенсивности потока электронов.

9. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит матрицу композитных конструкций (302), сформированную в виде сетки для измерения интенсивности потока (106) электронов в каждой из многочисленных позиций на траектории.

10. Детектор по п.8, отличающийся тем, что композитные конструкции расположены под углами относительно заданного направления движения облучаемого материала в пределах целевого участка (108) и в плоскости, перпендикулярной заданной траектории потока (106) электронов.

11. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит

второй проводящий сердечник (504; 704), сформированный на изолирующем слое (506; 708); и

второй изолирующий слой (508; 708), сформированный на втором проводящем сердечнике (504; 704), причем внешний проводящий слой (510; 702) сформирован на втором изолирующем слое (508; 708) так, что второй проводящий сердечник (504; 704) и второй изолирующий слой (508; 708) сформированы между первым проводящим сердечником (502; 706) и внешним проводящим слоем (510; 702).

12. Детектор по п.11, отличающийся тем, что он ориентирован вдоль траектории так, что электроны, генерируемые вдоль траектории, до вступления в контакт с проводящим сердечником, проникают через внешний проводящий слой (510; 702) и второй проводящий сердечник (504; 704).

13. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит

множество проводящих сердечников (502; 504; 704; 706), разделенных изолирующим слоем (506; 708).

14. Детектор по п.1, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114) содержит участок уменьшенной толщины, чтобы обеспечить образование окна (130) уменьшенного поперечного сечения.

15. Детектор по п.1, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114) содержит множество окон (130), образованных путем изменения размеров.

16. Детектор по п.1, отличающийся тем, что содержит

множество композитных конструкций (202; 204), причем внешний проводящий слой каждой композитной конструкции содержит множество окон, сформированных путем изменения размеров, при этом множество композитных конструкций (202; 204) расположены рядом на траектории (106) потока электронов так, что окно, имеющее первый размер по длине первой композитной конструкции (202), параллельно окну, имеющему второй размер по длине второй композитной конструкции (204).

17. Детектор по п.16, отличающийся тем, что содержит

первый детектор (206) тока и второй детектор (208) тока для измерения тока в проводящем сердечнике каждой первой и второй композитных конструкций (202; 204), и

процессор (210) для сложения выходных сигналов первого детектора (206) тока и второго детектора (208) тока для идентификации ассиметрий интенсивности потока электронов.

18. Способ облучения целевого участка (108) потоком электронов (106), излучаемых вдоль траектории, заключающийся в том, что

излучают поток электронов (106) через окно (128) выхода электронов вдоль траектории,

детектируют поток электронов (106), излучаемый из окна (128) выхода электронов, причем детектирование осуществляют посредством многослойной композитной конструкции (104; 200; 300; 400; 500; 600; 608; 616; 700; 800), имеющей проводящий сердечник (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802), изолирующий слой (112; 404; 506; 508; 604; 612; 620; 708; 804), сформированный на проводящем сердечнике, и внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806), сформированный на изолирующем слое, причем внешний проводящий слой подключен к потенциалу.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806) подключен к нулевому потенциалу.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806) подключен к потенциалу, достаточному для обеспечения мощности, с которой электроны вырываются из плазмы вблизи детектора.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что используют композитную конструкцию, которая содержит второй проводящий сердечник (504; 704) и второй изолирующий слой (506; 708), при этом внешний проводящий слой (510; 702) сформирован на втором изолирующем слое (506; 708) так, что второй проводящий сердечник (504; 704) и второй изолирующий слой (506; 708) сформированы между первым проводящим сердечником (502; 706) и внешним проводящим слоем (510; 702), способ заключается в том, что

распределяют энергию потока электронов (106) путем детектирования электронов, контактирующих с первым проводящим сердечником (502; 706) и вторым проводящим сердечником (504; 704).

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что

используют, по меньшей мере, три проводящих сердечника, которые изолируют друг от друга.

23. Способ по п.18, отличающийся тем, что

измеряют электрический ток проводящего сердечника (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802), который служит мерой интенсивности потока электронов.

24. Способ по п.18, отличающийся тем, что детектирование осуществляют посредством множества композитных конструкций, при этом способ заключается в том, что

сравнивают уровень электрического тока, детектируемого, по меньшей мере, в двух различных композитных конструкциях, который служит мерой распределения интенсивности потока электронов.

25. Аппарат для облучения целевого участка (108) потоком (106) электронов вдоль траектории, содержащий

средство (102) излучения потока электронов (106) через окно (128) выхода электронов вдоль траектории,

средство для детектирования потока (106) электронов, выходящих из окна (128) выхода электронов, причем детектирование осуществляется посредством композитной конструкции (104; 200; 300; 400; 500; 600; 608; 616; 700; 800), содержащей проводящий сердечник (110; 402; 502; 504; 602; 610; 618; 704; 706; 802), изолирующий слой (112; 404; 506; 508; 604; 612; 620; 708; 804), сформированный на проводящем сердечнике, и внешний проводящий слой (114; 406; 510; 606; 614; 622; 702; 806), сформированный на изолирующем слое, при этом внешний проводящий слой подключен к потенциалу.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к многослойному детектору и способу определения потока электронов.

Предшествующий уровень техники

Поток электронов широко используется во многих областях, в том числе для стерилизации путем облучения упаковочных материалов. Например, упаковочные материалы, такие как картонная тара, используемые для хранения жидких пищевых продуктов, подвергаются стерилизации путем облучения электронами. Для управления интенсивностью потока электронов в реальном времени и контроля его однородности при измерении дозы облучения используются датчики потока электронов. Сигнал от датчика анализируется и поступает в систему управления потоком электронов как сигнал обратной связи. При стерилизации упаковочного материала сигнал обратной связи от датчика служит гарантией достаточного уровня стерилизации. Выбор различных уровней стерилизации зависит от предполагаемого срока хранения и условий транспортировки и хранения упаковочных материалов, т.е. при низких температурах или температуре окружающей среды.

В одном из существующих типов датчиков для измерения интенсивности потока электронов, в основе которого лежат способы прямого измерения, используется проводник, помещенный в вакуумную камеру. Вакуумная камера обеспечивает изоляцию от окружающей среды. В силу того, что вакуумные датчики имеют относительно большие размеры, их размещают вне прямой траектории потока электронов во избежание экранирования облучаемых объектов. Экранирование может, например, препятствовать надлежащему облучению (и, как следствие, надлежащей стерилизации) упаковочного материала. Поэтому при измерении датчики учитывают либо вторичную информацию с периферии потока, либо информацию о вторичном облучении.

Во время работы электроны потока, имеющие достаточную энергию, проникают в окно, например титановое (Ti) окно вакуумной камеры, и поглощаются проводником. Поглощенные электроны создают ток в проводнике. Величина тока является мерой числа электронов, проникающих в окно вакуумной камеры. Ток является косвенной мерой интенсивности потока электронов в зоне расположения датчика.

Известный в данной области техники датчик потока электронов, имеющий вакуумную камеру с защитным покрытием, и электрод, представляющий собой сигнальную шину внутри камеры, раскрыт в заявке на патент US 2004/0119024. Стенки камеры служат для поддержания вакуума вокруг проводника. Указанный датчик включает в себя окно вакуумной камеры, точно расположенное на одной линии с электродом, для определения плотности потока электронов. Датчик конфигурирован с возможностью размещения относительно движущегося облучаемого изделия напротив генератора потока электронов для измерения вторичного облучения. Аналогичный датчик потока электронов приведен в публикации патентной заявки WO 2004/061890. В одном из вариантов осуществления настоящего датчика вакуумная камера исключена, а электрод снабжен изолирующей пленкой. Изолирующая пленка позволяет избежать воздействия создаваемых потоком электронов электростатических полей и электронов плазмы, существенно влияющих на выходной сигнал электрода.

В патенте США № 6657212 раскрыто устройство для облучения потоком электронов, в устройстве предусмотрена изолирующая пленка, покрывающая проводник, например проводник из нержавеющей стали, детектора тока, помещенного за пределы окна электронно-лучевой трубки. Устройство для измерения тока включает в себя измеритель величины тока, измеряющий обнаруженный ток. Настоящий патент описывает преимущества детектора с керамическим покрытием.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Детектор для потока электронов содержит многослойную композитную конструкцию с проводящим сердечником, изолирующим слоем, сформированным на проводящем сердечнике, и внешним проводящим слоем, электрически соединенным с потенциалом и сформированным на изолирующем слое; и опору, конфигурированную для размещения проводящего сердечника на одной линии с генератором потока электронов между генератором потока электронов и целевым участком непосредственно на траектории потока электронов, который генерируется генератором потока электронов.

Предложен также способ облучения целевого участка потоком испускаемых вдоль траектории электронов. Способ заключается в излучении потока электронов через окно выхода электронов вдоль траектории потока, обнаружении потока электронов, испускаемого из окна выхода электронов, причем обнаружение осуществляется посредством многослойной композитной конструкции, содержащей проводящий сердечник, изолирующий слой, сформированный на проводящем сердечнике, и внешний проводящий слой, сформированный на изолирующем слое, причем внешний проводящий слой подключен к потенциалу.

Предложено также устройство для облучения целевого участка потоком испускаемых вдоль траектории электронов, содержащее средство для излучения потока электронов через окно выхода электронов вдоль заданной траектории потока, средство обнаружения потока электронов, испускаемого из окна выхода электронов, причем обнаружение осуществляется посредством многослойной композитной конструкции, содержащей проводящий сердечник, изолирующий слой, сформированный на проводящем сердечнике, внешний проводящий слой, сформированный на изолирующем слое, причем внешний проводящий слой подключен к потенциалу.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие конструкционные особенности и варианты осуществления станут понятными для специалистов в данной области техники после ознакомления со следующим подробным описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает генератор потока электронов с многослойным детектором потока электронов согласно изобретению;

фиг.2 и 3 - варианты осуществления конфигураций многослойного детектора согласно изобретению;

фиг.4, 5, 6А-6С и 7 - поперечные сечения альтернативных вариантов осуществления многослойных детекторов, которые отличаются разнообразием форм, в том числе коаксиальные детекторы согласно изобретению;

фиг.8 - дополнительный альтернативный вариант осуществления многослойного детектора согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показана система 100, которая включает в себя средство излучения потока электронов, например генератор 102 потока электронов, и средство обнаружения потока электронов, например детектор 104. Детектор 104 предназначен для контроля интенсивности (например, кратковременной интенсивности) потока 106 электронов, генерируемого генератором потока электронов вдоль траектории облучения целевого участка 108.

Детектор 104 включает в себя многослойную композитную конструкцию, содержащую проводящий сердечник 110, изолирующий слой 112 и внешний проводящий слой 114, сформированный на изолирующем слое 112. В описываемом варианте осуществления внешний проводящий слой 114 подключен к нулевому потенциалу детектора (например, нулевой потенциал системы 100) или к потенциалу, достаточному для обеспечения мощности, с которой электроны вырываются из плазмы вблизи детектора.

Как указывалось, такая мощность может быть определена эмпирически путем регулирования напряжения, прикладываемого к внешнему проводящему слою 114, до достижения необходимого уровня плотности и точности интенсивности потока электронов за заданный период времени. В течение заданного периода времени можно контролировать интенсивность потока электронов, например, путем подключения внешнего проводящего слоя к контрольному потенциалу и одновременного использования второго автономного детектора (выполненного аналогично детектору, показанному на фиг.1, или имеющего иную подходящую конфигурацию с внешним слоем с нулевым потенциалом). Для измерения интенсивности потока электронов за заданный период времени в течение этапа настройки можно периодически размещать второй детектор на заданной траектории потока электронов. Второй детектор, периодически устанавливаемый на заданной траектории, может быть использован для измерений, результаты которых сравниваются с результатами измерений, полученных с помощью детектора, представленного на фиг.1 (постоянно находящегося на траектории потока электронов). Между измерениями второй детектор убирается с заданной траектории потока электронов и нарастание плазмы прекращается. Потенциал детектора, показанный на фиг.1, может быть отрегулирован на различных циклах этапа настройки, пока не будет определен приложенный к внешнему проводящему слою потенциал, обеспечивающий заданную стабильность и точность измерений детектора. В описываемом варианте осуществления к внешнему проводящему слою может быть приложен потенциал порядка 0-10 В.

Опора 116 выполнена с возможностью размещения композитной конструкции на одной линии с генератором потока электронов, например с генератором 102 потока электронов. Детектор 104 изолирован от опоры 116. С помощью опоры композитная конструкция размещается между генератором потока электронов и целевым участком 108 в пределах траектории потока электронов, генерированного генератором 102 потока электронов. В настоящем описании фраза «в пределах прямой траектории» относится к местоположению между окном выхода потока электронов и целевым участком, где электроны можно измерить по всей ширине потока 106 (т.е. всего потока или соответствующей его части), а не только электроны в ограниченной области. Электроны потока параллельных траекторий воздействуют на облучаемый объект, расположенный на целевом участке 108.

Генератор 102 потока электронов, представленный в качестве примера варианта осуществления, содержит высоковольтный источник питания 118, обеспечивающий подачу напряжения, достаточного для приведения в действие генератора потока электронов. Генератор потока электронов содержит также источник 120 питания цепи накала, связанный с высоким напряжением высоковольтного источника 118 питания, который преобразует энергию высоковольтного источника 118 питания в соответствующее выходное напряжение испускающей электроны нити 122 накала генератора потока электронов. Дополнительно, высоковольтный источник 118 питания включает в себя управляющую сетку 119.

Нить 122 накала размещена в отражателе внутри вакуумной камеры 124. В данном варианте осуществления вакуумная камера 124 герметична. Во время работы электроны (е) от нити 122 накала проходят по траектории потока электронов, например, по траектории 106 потока электронов в направлении целевого участка 108.

В описываемом варианте осуществления детектор 104 используется вместе с опорой, поддерживающей облучаемый объект. Такая опора представлена на фиг.1 как упаковочное устройство 126, например ведущий ролик продвижения упаковочного материала или другой соответствующий элемент. Упаковочное устройство 126 используется для размещения облучаемого объекта на целевом участке 108 в необходимом для измерения положении относительно проводящего сердечника 110 детектора 104.

В этом варианте осуществления (фиг.1) детектор 104 показан отдельно от генератора потока электронов 102. Однако в альтернативном варианте осуществления поток электронов 106, генерируемый нитью 122 накала, проходит через окно 128 выхода генератора потока электронов. Окно 128 выхода используется для диффузии потока электронов в более однородный поток и фокусировки потока электронов в направлении заданной поверхности 108. В данном варианте осуществления детектор 104 сформирован на или прикреплен к окну 128 выхода.

На фиг.1 представлен вариант примера детектора 104, включающего в себя необязательное окно 130 выхода. Окно 130 может быть сформировано на участке детектора 104, обращенного к генератору 102 потока электронов. Окно 130 может быть образовано, например, путем вытравливания части изолирующего слоя 112 для формирования участка меньшего диаметра, чтобы электроны из нити 122 накала проникали в проводящий сердечник 110 на этом участке.

На фиг.1 представлен поперечный разрез цилиндрического коаксиального детектора 104. Однако детектор может включать в себя многослойную композитную конструкцию, отличающуюся разнообразием форм. Например, композитная конструкция может быть коаксиальной формы или плоской конфигурации типа сэндвич, или другой заданной формы. Окно 130 может быть сформировано независимо от используемой конфигурации. Наличие окна позволяет использовать изолирующий слой для фильтрации электронов с энергией, недостаточной для проникновения в проводящий сердечник, а также обеспечивает измерение потока электронов в самой специфической области потока электронов.

Когда электрон, испускаемый из цепи 122 накала, движется по направлению к целевому участку, на своей траектории он сталкивается с молекулами воздуха. На этой траектории электроны эмиттера обладают энергией, достаточной для ионизации газа, образуя при этом плазму. Плазма состоит из ионов и электронов. Электроны плазмы представляют собой вторичные электроны или тепловые электроны с малой энергией по сравнению с электронами потока электронов. Электроны плазмы имеют произвольную векторную скорость и могут только проходить расстояние, составляющее небольшой отрезок от средней длины свободного пробега потока электронов.

В этом варианте осуществления энергия электронов плазмы ниже первого энергетического порога, т.е. порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Энергия испускаемых электронов выше порога, т.е. порядка десятков электрон-вольт (эВ). Например, проникновение электронов эмиттера может составить порядка 10-50 микрон (мкм) (в воде - 1,0 г/см³).

Для минимизации попадания в и/или устранения электронов плазмы из проводящего сердечника толщина композитного слоя над проводящим сердечником определяется в зависимости от заданного порога. В вышеприведенном примере толщина может составлять более 1 мкм, но не больше, чем требуется для фильтрации контактов испускаемых электронов с заданной энергией и проводящим сердечником. Внешний проводящий слой 114 в окне 130 может быть относительно тонким, например порядка нескольких сотен нанометров (нм) для рассмотренного выше многослойного детектора.

Несмотря на то, что изолирующий слой 112 может иметь толщину, достаточную для того, чтобы препятствовать проникновению электронов плазмы в проводящий сердечник, внешний проводящий слой 114 предусмотрен для «выпуска» электронов плазмы и предотвращения их накапливания на поверхности. Такая сборка может в некоторых обстоятельствах отразить попадание необходимого количества испускаемых электронов в проводящий сердечник. Внешний проводящий слой выполнен также с возможностью обеспечения защиты изолирующего слоя от воздействия окружающей среды.

Проводящий сердечник может иметь любую подходящую толщину. Например, относительно небольшой проводящий сердечник может использоваться при комбинированной толщине изолирующего слоя и внешнего проводящего слоя. В данном варианте осуществления диаметр композитной конструкции может составлять порядка 0,3 миллиметра (мм) или более, или менее, по необходимости. При достаточно небольших размерах детектор может быть расположен в пределах прямой траектории потока электронов, между нитью 122 накала и целевым участком 108, не экранируя заданную поверхность.

Электроны, достигающие проводящего сердечника, можно обнаружить с помощью измерителя 132 величины тока. Обнаруженный электрический ток служит мерой интенсивности потока электронов на участке потока электронов, который воздействует на окно 130. Выходной сигнал измерителя величины тока подается на контроллер 134 в конфигурации программируемого компьютера, процессора или другого аналогичного устройства. Контроллер 134 служит средством регулирования интенсивности потока электронов по выходному сигналу детектора потока электронов. Например, контроллер 134 способен регулировать интенсивность потока электронов до заданного значения путем сравнения выходного сигнала измерителя 132 величины тока с заданным значением с последующей корректировкой выходных сигналов источника 118 питания, нити 120 накала и/или управляющей сетки 119 до получения регулируемых выходных сигналов из одного или нескольких перечисленных элементов.

В данном варианте осуществления проводящим сердечником может быть сигнальная шина из меди или нержавеющей стали, или другой соответствующий проводник. Изолирующим слоем 112 может, например, быть подходящий изолятор, в том числе диоксид кремния (SiO₂) или оксид алюминия (Al₂O₃ ), но не ограниченный указанным. Для внешнего проводящего слоя 114 может использоваться любой подходящий проводник, в том числе золото.

Как уже упоминалось, детектор 104 при наличии окна 130 может служить для измерения интенсивности потока электронов в заданной области потока. Вследствие относительно небольших размеров (например, от 0,3 мм до 1 мм или менее) для обеспечения меры средней интенсивности по длине проводящего сердечника многослойные окна выхода электронов могут быть сформированы по длине проводящего сердечника.

На фиг.2 представлен пример варианта детектора 200, в котором предусмотрены многослойные композитные конструкции. Каждая из композитных конструкций выполнена аналогично той, описание которой дано со ссылкой на фиг.1. Однако в данном случае каждая из композитных конструкций включает множество окон различных размеров.

На фиг.2 представлены многослойные композитные конструкции 202 и 204 с параллельными проводящими сердечниками, причем внешний проводящий слой каждой из композитных конструкций включает в себя множество окон различных размеров, при этом многослойные композитные конструкции расположены рядом друг с другом (параллельно) на траектории потока электронов. Электроны, испускаемые нитью накала (например, нитью 122 накала на фиг.1), могут пройти через первую композитную конструкцию 202 или через вторую композитную конструкцию 204. Окно одного размера по длине первой композитной конструкции 202 параллельно окну другого размера по длине другой композитной конструкции. Специалисты в данной области техники принимают во внимание, что несколько параллельных окон первого и второго проводящих сердечников могут иметь один и тот же размер (например, окна, расположенные в центральной зоне по длине первой и второй композитных конструкций).

В данном варианте осуществления размеры окон могут изменяться от одного конца проводящего сердечника к другому. Например, детектор 200 содержит первую композитную конструкцию 202, в которой окна становятся больше по мере продвижения в первом направлении, от одного конца проводящего сердечника к другому. Во второй композитной конструкции 204 окна становятся меньше в том же первом направлении, в результате чего обеспечивается проникновение во встречно-параллельные окна первой и второй композитных конструкций, имеющих различные размеры.

В этом варианте осуществления общая площадь окон может быть одинаковой для обеих многослойных композитных конструкций 202 и 204. По существу, если поток электронов имеет симметричную интенсивность по всей ширине, сигналы, генерированные детекторами 206 и 208 тока, анализируемые процессором 210, будут равны. Однако если интенсивность потока электронов несимметричная (т.е. неоднородная по ширине), сигналы тока от детекторов 206 и 208 тока, обработанные процессором 210, будут различными.

Путем сложения выходных сигналов детекторов 206 и 208 тока, процессор 210 программируется для идентификации асимметрий в потоке электронов и генерирования выходных сигналов (например, на дисплее), отображающих направление и величину отклонения выходного сигнала интенсивности потока электронов. Разность отношений выводится в виде выходных сигналов 212 процессора 210 и является мерой однородности потока электронов. Такого же эффекта можно добиться с помощью, например, первого проводящего сердечника с большими окнами в центральной зоне (например, центральная часть детектора) и малыми окнами на концах детектора. В первом варианте осуществления получена информация о лево-правой асимметрии, а во втором варианте осуществления получена информация о центральной асимметрии. Также могут использоваться и комбинации полученных данных.

Хотя на фиг.2 показан вариант осуществления, где прослежена однородность интенсивности потока электронов, специалисты в данной области техники принимают во внимание возможность проведения многомерного анализа интенсивности потока электронов. На фиг.3 показан пример варианта осуществления, где предусмотрены двухмерные измерения интенсивности потоков электронов. Матрица композитных конструкций представлена в виде сетки для определения энергии потока электронов в каждой из многочисленных зон в пределах двух линейных размеров поперечного сечения траектории потока электронов (т.е. на плоскости, поперечной траектории потока электронов).

В детекторе, показанном на фиг.3, матрица композитных конструкций 302 представлена в виде сетки, которая крепится к окну выхода электронов. Следовательно, детектор 300 может рассматриваться как сетка детекторов или установка распределения дозы облучения. Информация от каждого сердечника (например, амплитуда сигналов, разность/отношение сигналов, положение проводящего сердечника и т.д.) позволяет с помощью процессора 304 получить диаграмму интенсивности облучения. На фиг.3 представлен пример диаграммы 306, полученной с помощью процессора 304.

В варианте осуществления, показанном на фиг.3, многослойный детектор 300 может быть в виде окна 128 выхода генератора потока электронов или выполнен с возможностью крепления к окну 128 выхода. Кроме того, в варианте на фиг.3 композитные конструкции 302 расположены под углом друг к другу на плоскости, перпендикулярной траектории потока электронов. Такая конфигурация позволяет снизить (например, минимально) степень экранирования облучаемого объекта, проходящего под сеткой.

Например, там, где облучаемый объект, например упаковочный материал (фиг.3), проходит из нижней области диаграммы в верхнюю вся поверхность упаковочного материала по мере его движения облучается потоком электронов равномерно. Однако в наклонных композитных конструкциях поток электронов измеряется в многочисленных позициях в двухмерном поперечном сечении, что дает точное графическое отображение интенсивности потока электронов без нарушения процесса стерилизации. Следует понимать, что в настоящем варианте осуществления угол составляет 0-90° или иной соответствующий угол (например, детектор располагается под прямым углом к окну выхода электронов).

На фиг.4 представлен вариант осуществления, в котором детектор сформирован из многослойной композитной конструкции однородной толщины. Как показано на фиг.4, многослойный детектор 400 включает в себя проводящий сердечник 402, изолирующий слой 404 и внешний проводящий слой 406, сформированный аналогично детектору на фиг.1, за исключением окна 130.

На фиг.5 показан вариант осуществления с многочисленными композитными конструкциями, используемыми для образования многослойного детектора 500, снабженного проводящими сердечниками 502 и 504. Второй проводящий сердечник 504 сформирован на первом изолирующем слое 506 многослойного детектора 500. Второй изолирующий слой 510 сформирован на втором проводящем сердечнике 504. Внешний проводящий слой 510 образован на втором изолирующем слое 508 так, чтобы второй проводящий сердечник 504 и второй изолирующий слой были сформированы между первым проводящим сердечником 502 и внешним проводящим слоем 510.

В этом варианте осуществления детектор ориентирован вдоль траектории потока электронов так, чтобы электроны, генерированные вдоль своей траектории, перед контактом с первым проводящим сердечником проходили через внешний проводящий слой и второй проводящий сердечник. Такая конфигурация обеспечивает распределение интенсивности и энергии потока электронов с помощью, например, детекторов 512 и 514 тока. Для распределения интенсивности потока электронов, как было рассмотрено в примерах на фиг.2 и 3, эти детекторы соединяются с процессором.

Детектор, представленный на фиг.5, обеспечивает контроль как интенсивности, так и энергии электронов. Электроны, поглощаемые наиболее глубоким первым проводящим слоем, обладают более высокой энергией, а электроны, поглощаемые вторым проводящим слоем, имеют более низкую энергию. Среднюю энергию электронов, попадающих в каждый из слоев, можно рассчитать с помощью контроллера, например, контроллера 134 (фиг.1). В этом случае контроллер формирует зависимость интенсивности от энергии. По числу слоев, входящих в состав детектора, можно определить разрешающую способность, а по толщине слоев - кпд детектора.

На фиг.6А-6С показаны детекторы различных конфигураций. Цилиндрический коаксиальный детектор 600 (Фиг.6А) включает в себя внутренний проводящий сердечник 602, изолирующий слой 604 и внешний проводящий слой 606, соединенный с потенциалом (например, заземление).

На фиг.6В показан альтернативный нецилиндрический детектор 608 в конфигурации типа сэндвич, состоящий из внутреннего слоя 610, изолирующих слоев 612 и внешнего проводящего слоя 614. Как уже указано, внешний слой соединен с потенциалом.

На фиг.6С показан пример модификации детектора с открытыми концами, способными взаимодействовать с концами детектора коаксиальной конфигурации (фиг.6А) и/или сторонами детектора в конфигурации типа сэндвич (фиг.6В). В детекторе, представленном на фиг.6С, предусмотрен проводящий внутренний сердечник 618 вместе с изолирующим слоем 620. Внешний проводящий слой 622 покрывает изолирующий слой так, чтобы внутренний проводящий сердечник был полностью заключен в изолирующий слой и внешний проводящий слой, чтобы внутренний сердечник был окружен внешним проводящим слоем.

На фиг.7 показан пример варианта осуществления детектора 700, измеряющего интенсивность потока электронов и определяющего воздействие плазмы вблизи детектора на измерение интенсивности. Например, для измерения влияния плазмы к проводящему сердечнику подводится соответствующее напряжение. Для изменения величины зарегистрированного тока считывания регулируется постоянное напряжение (например, в диапазоне от -200 до+200 В, или более, или менее). При отрицательном напряжении смещения электроны в потоке электронов отталкиваются. При пониженном пороговом постоянном напряжении зарегистрированный ток возникает из положительных ионов плазмы.

Дифференциальные измерения осуществляются с учетом таких параметров, как угол обзора образца, напряжение смещения или геометрия. В основе данных измерений лежит регистрация сигналов от двух разных проводящих сердечников; при этом реальный сигнал электрона рассчитывается из их разности.

На фиг.7 показан пример варианта детектора 700 в виде многослойного накопителя зарядов, в котором самый верхний слой (в направлении генератора потока электронов) выполнен как внешняя проводящая поверхность 702. Таким образом, каждый слой, за исключением подложки 710, имеет толщину порядка, например, 0,1-1 микрометр (мкм). Внешняя проводящая поверхность 702 и дополнительные слои 704 и 706, представляющие собой многослойные проводящие сердечники, выполнены аналогично конструкции, показанной на фиг.6. Проводящие сердечники отделены друг от друга изолирующими слоями 708. Подложка 710 служит опорной конструкцией.

Считается, что сумма токов, измеренных детекторами 714 тока, пропорциональна интенсивности потока электронов, в результате чего относительная величина выдает информацию о распределении энергии аналогично тому, как указано на фиг.5. Наружный слой 702 находится непосредственно на траектории электронов из потока 712 электронов. Несмотря на то, что конструкция на Фиг.7 включает в себя внешнюю проводящую поверхность и два проводящих сердечника, для обеспечения удовлетворительной разрешающей способности конструкция может содержать в себе любое количество таких сердечников.

На фиг.8 показан альтернативный вариант осуществления детектора, представленного на фиг.6А. Цилиндрический коаксиальный детектор 800 включает в себя внутренний проводящий сердечник 802, изолирующий слой 804 и внешний проводящий слой 806, подключенный к потенциалу, желательно нулевому. Предпочтительно, чтобы внутренний проводящий сердечник 802 представлял собой стержень из нержавеющей стали или алюминия. На внешней поверхности стержня осаждается изолирующий слой 804. Упомянутый слой 804 - тонкий, порядка 0,1-10 мкм и предпочтительно изготовлен из оксида, например оксида алюминия (Al₂O₃). Или же может быть использован другой изолирующий материал, например полимер. На внешней поверхности изолирующего слоя 804 формируется внешний проводящий слой 806, желательно в результате осаждения. Предпочтительно, чтобы упомянутый слой 806 был из золота (Au). Как уже упоминалось, задача образования внешнего проводящего слоя 806 на изолирующем слое 804 состоит в том, чтобы управлять электронами плазмы, препятствовать их накоплению на поверхности изолирующего слоя 804 и изменению свойств электрического поля в окружении детектора. Внешний проводящий слой в других вариантах осуществления тонкий, в результате чего он пропускает электроны из генератора потока электронов. Однако проводящий слой 806 может быть толще. В этом случае, в проводящем слое 806 необходимо наличие, по меньшей мере, "окна", через которое электроны смогли бы проникать во внутренний проводящий сердечник 802. Такое окно или окна могут быть сформированы различными способами, пока внешний проводящий слой 806 в состоянии отсеивать электроны плазмы. В представленном варианте осуществления небольшое окно 808 сформировано по длине детектора. В случае если концы детектора находятся вне траектории потока электронов, проводящий слой 806 прерывается. Следовательно, на концах детектора проводящий сердечник служит соединительным звеном для детектора. И, напротив, вместо одного удлиненного окна внешний проводящий слой 806 может быть сформирован в виде сетки, состоящей из нескольких "окон". Важность внешнего проводящего слоя доказана и экспериментальными данными и теоретическим моделированием. При наличии внешнего проводящего слоя эффективность детектора значительно повышается по сравнению с вариантом детектора, имеющим лишь покрытие из изолирующего оксидного слоя.

Способ облучения целевого участка испускаемым вдоль траектории потоком электронов можно понять на примере варианта осуществления, представленного на фиг.1. Поток электронов 106 испускается вдоль траектории из вакуумной камеры 124. Поток электронов, выходящий из вакуумной камеры, может считываться с помощью многослойного детектора 104, имеющего рассматриваемую ранее композитную конструкцию. Также, могут использоваться любые описанные в данной работе детекторы или их базовые модификации.

Специалисты в данной области техники принимают во внимание тот факт, что настоящее изобретение может быть воплощено в других видах без отклонения от сути и основных характеристик изделия. Описанные варианты осуществления во всех отношениях считаются иллюстративными и не имеют ограничений. Область техники, к которой относится изобретение, обозначена в большей степени в прилагаемой формуле изобретения, чем в предшествующем описании, и предполагается, что все изменения в отношении смысла, области распространения и эквивалентов изобретения заключены в ней.