BLEIABSCHIRMUNG FÜR EIN BETATRON

BESCHREIBUNG

Bleiabschirmung für ein Betatron

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bleiabschirmung mit Kühlluftführung für ein Betatron, insbesondere zur Verwendung in einer Röntgenprüfanlage.

Bei der Überprüfung von großvolumigen Gegenständen wie Containern und Fahrzeugen auf unzulässige Inhalte wie Waffen, Sprengstoff oder Schmuggelware werden bekannterweise Röntgenprüfanlagen eingesetzt. Dabei wird Röntgenstrahlung erzeugt und auf den Gegenstand gerichtet. Die von dem Gegenstand abgeschwächte Röntgenstrahlung wird mittels eines Detektors gemessen und von einer Auswerteeinheit analysiert. Somit kann auf die Beschaffenheit des Gegenstandes geschlossen werden. Eine solche Röntgenprüfanlage ist beispielsweise aus der Europäischen Patentschrift EP 0 412 190 B1 bekannt.

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit der für die Überprüfung notwendigen Energie von mehr als 1 MeV werden Betatrons eingesetzt. Dabei handelt es sich um Kreisbeschleuniger, in denen Elektronen auf einer Kreisbahn beschleunigt werden. Die beschleunigten Elektronen werden auf ein Target gelenkt, wo sie beim Auftreffen eine Bremsstrahlung erzeugen, deren Spektrum unter anderem abhängig ist von der Energie der Elektronen.

Ein aus der Offen leg ungsschrift DE 23 57 126 A1 bekanntes Betatron besteht aus einem zweiteiligen Innenjoch, bei dem sich die Stirnseiten der beiden Innenjochteile beabstandet gegenüberstehen. Mittels zweier Hauptfeldspulen wird ein magnetisches Feld im Innenjoch erzeugt. Ein Außenjoch verbindet die beiden voneinander entfernten Enden der Innenjochteile und schließt den magnetischen Kreis. Zwischen den Stirnseiten der beiden Innenjochteile ist eine evakuierte Betatronröhre angeordnet, in der die zu beschleunigenden Elektronen kreisen. Die Stirnseiten der Innenjochteile sind derart ausgeformt, dass das von der Hauptfeldspule erzeugte Magnetfeld die Elektronen auf eine Kreisbahn zwingt und sie darüber hinaus auf die Ebene, in der diese Kreisbahn liegt, fokussiert. Zur Steuerung des magnetischen Flusses ist es bekannt, zwischen den Stirnseiten der Innenjochteile innerhalb der Betatronröhre einen ferromagnetischen Einsatz anzuordnen.

Zum Schutz der Umgebung vor Röntgenstrahlung werden Betatrons mit einer Bleiabschirmung versehen, die die Strahlung nur an einer definierten Stelle austreten lässt. Dabei ergibt sich die Aufgabe, die Bleiabschirmung derart auszugestalten, dass die im Betatron erzeugte Wärme abgeführt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen. Patentanspruch 6 betrifft eine Röntgenprüfanlage unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bleiabschirmung.

Im Rahmen dieses Dokuments bezeichnet der Begriff Mantelfläche die gebogene Oberfläche eines Halbzylinders. Die gegenüberliegende ebene Fläche wird als Schnittfläche bezeichnet.

Eine erfindungsgemäße Bleiabschirmung eines Betatrons besteht aus zumindest vier Abschirmungsteilen, von denen zwei Teile halbzylinderförmig ausgebildet und mit Ausnehmungen in ihren Mantelflächen versehen sind, wobei die halbzylinderförmigen Abschirmungsteile mit ihren Mantelflächen in entsprechenden Ausnehmungen der übrigen Abschirmungsteile angeordnet sind, sodass die Ausnehmungen in den Mantelflächen Luftkanäle zwischen den halbzylinderförmigen und den übrigen Abschirmungsteilen bilden.

Diese Anordnung hat den Vorteil, dass beliebig komplexe Strömungskanäle durch Einbringung entsprechender Ausnehmungen in die Mantelflächen der halbzylinderförmigen Abschirmungsteile erzeugt werden können. Die bogenförmigen Kontaktflächen zwischen den halbzylinderförmigen und den übrigen Abschirmungsteilen bewirken eine effektive Luftströmung ohne abrupte Richtungswechsel, die eine Stauung der Luft zur Folge hätten. Durch die gebogene Mantelfläche als Begrenzung des Luftkanals und die Möglichkeit, den Luftkanal in Kurven zu gestalten, wird die Röntgenstrahlung effektiv abgeschirmt, da keine gerade Sichtverbindung zwischen dem Betatron und der Umgebung existiert.

In einer Ausgestaltungsformd er Erfindung sind die beiden halbzylinderförmigen Abschirmungsteile bezüglich ihres Querschnitts zueinander drehsymmetrisch ausgestaltet und angeordnet. Dies bedeutet, dass die entlang einer Mantelfläche in die Abschirmung einströmende Luft zur diagonal gegenüberliegenden Kante des zweiten Halbzylinders gelangen muss, um wieder auszuströmen. Dies führt dazu, dass die Luft durch den gesamten Innenraum der Bleiabschirmung strömt.

Bevorzugt weisen zumindest zwei der übrigen Abschirmungsteile Luftkanäle auf, die die Ausnehmungen in den Mantelflächen der halbzylinderförmigen Abschirmungsteile mit der Umgebung verbinden. Durch diese Luftkanäle strömt die Luft aus der Umgebung ins Innere der Abschirmung beziehungsweise wieder heraus.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung liegen die Halbzylinderförmigen Abschirmteile mit ihren Schnittflächen auf gegenüberliegenden Stirnseiten des Außenjochs des Betatrons auf. Dadurch wird gewährleistet, dass die Luft an den Hauptfeldspulen, der Betatronröhre und dem Innenjoch vorbei geführt wird und nicht zwischen den halbzylinderförmigen Abschirmungsteilen und dem Außenjoch hindurch strömt. Dabei sind die Schnittflächen der halbzylinderförmigen Abschirmteile bevorzugt mindestens so groß wie die Stirnseiten des Außenjochs. Dadurch wird erreicht, dass die einströmende Luft nicht von der Stirnseite des Außenjochs behindert wird und sich ein die Kühlleistung verschlechternder Staudruck bildet.

Die erfindungsgemäße Bleiabschirmung wird vorteilhaft mit einem Betatron in einer Röntgenprüfanlage zur Sicherheitsüberprüfung von Objekten eingesetzt. Es werden Elektronen in das Betatron injiziert und beschleunigt, bevor sie auf ein beispielsweise aus Tantal bestehendes Target gelenkt werden. Dort erzeugen die Elektronen Röntgenstrahlung mit einem bekannten Spektrum. Die Röntgenstrahlung wird auf das Objekt, vorzugsweise einen Container und/oder ein Fahrzeug, gerichtet und dort beispielsweise durch Streuung oder Transmissionsdämpfung modifiziert. Die modifizierte Röntgenstrahlung wird von einem Röntgendetektor gemessen und mittels einer Auswerteeinheit analysiert. Aus dem Ergebnis wird auf die Beschaffenheit oder den Inhalt des Objekts geschlossen.

Die vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Bleiabschirmung,

Figur 2 die Darstellung aus Figur 1 mit angedeuteter Luftströmung und

Figur 3 eine räumliche Ansicht eines halbzylinderförmigen Abschirmteils.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Bleiabschirmung 1 mit einem darin angeordneten Betatron 2. Das Betatron 2 besteht aus einer Betatronröhre 3, Hauptfeldspulen 4, einem Innenjoch 5 und einem Außenjoch 6, kann jedoch jeden anderen Aufbau aufweisen.

Die Bleiabschirmung 1 besteht aus zwei halbzylinderförmigen Abschirmungsteilen 7 und 8, sowie zwei übrigen Abschirmungsteilen 9 und 10. In die Mantelflächen der halbzylinderförmigen Abschirmungsteile 7 und 8 sind Ausnehmungen 11 beziehungsweise 12 eingebracht. Das halbzylinderförmige Abschirmungsteil 7 liegt derart in einer Ausnehmung des Abschirmungsteils 9, dass die Ausnehmung 11 in seiner Mantelfläche einen Luftkanal zwischen den Abschirmteilen 7 und 9 bildet. Analog bildet die Ausnehmung 12 in der Mantelfläche des halbzylinderförmigen Abschirmungsteils 8 einen Luftkanal zwischen den Abschirmungsteilen 8 und 10. Luftkanäle in Form von Ausnehmungen 13 und 14 in den Abschirmungsteilen 9 und 10 verbinden die Ausnehmungen 11 beziehungsweise 12 mit der Umgebung der Bleiabschirmung 1. Die Bleiabschirmung 1 ist derart ausgestaltet, dass die Schnittflächen der halbzylinderförmigen Abschirmungsteile 7 und 8 auf den gegenüberliegenden, rechteckigen Stirnseiten des Außenjochs 6 aufliegen. In der Schnittdarstellung in Figur 1 sind die Ausnehmungen 11 und 12 in den Mantelflächen der halbzylinderförmigen Abschirmungsteile 7 beziehungsweise 8 zueinander drehsymmetrisch ausgebildet und angeordnet. Dadurch ergibt sich der in Figur 2 durch Pfeile angedeutete Strömungsverlauf der Luft durch die Bleiabschirmung 1. Durch die Ausnehmungen 13 und 11 gelangt die Luft in die linke obere Ecke des Innenraums der Bleiabschirmung 1. Da sich der Luftauslass in Form der Ausnehmungen 12 und 14 an der rechten unteren Ecke befindet, strömt die Luft diagonal durch den Innenraum der Bleiabschirmung 1 an der Betatronröhre 3, den Hauptfeldspulen 4 und dem Innenjoch 5 vorbei und führt so die im Betatron 2 entstandenen Wärme ab. Optional wird die Luft beispielsweise durch Ventilatoren oder Lüfter in die Ausnehmung 13 eingeblasen und/oder aus der Ausnehmung 14 abgesaugt.

Figur 3 zeigt eine räumliche Ansicht des halbzylinderförmigen Abschirmungsteils 7. Die Breite b der Ausnehmung 11 entspricht der Ausdehnung der Stirnseite des Außenjochs 6 entlang einer senkrecht auf der Zeichenebene der Figuren 1 und 2 stehenden Achse. Optional erstreckt sich die Ausnehmung 11 über die gesamte Höhe des halbzylinderförmigen Abschirmungsteils 7. Bevorzugt entspricht die Ausdehnung der Ausnehmung 13 entlang der senkrecht auf der Zeichenebene der Figuren 1 oder 2 stehenden Achse der Breite der Ausnehmung 11 in der Mantelfläche des halbzylinderförmigen Abschirmungsteils 7 in Figur 3. Die vorstehenden Ausführungen treffen analog auf den halbzylinderförmigen Abschirmungsteil 8 sowie die Ausnehmungen 12 und 14 zu.