DE19909333A1 - Gerät und Verfahren zum Neutralisieren geladener Teilchen - Google Patents
Gerät und Verfahren zum Neutralisieren geladener TeilchenInfo
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Abstract
Das Neutralisieren einer geladenen Entladung beinhaltet das Vorsehen eines Neutralisiergehäuses mit einer sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Neutralisiergehäuses erstreckenden Längsachse. Eine geladene Entladung mit einer ersten Polarität wird in den Einlaß des Neutralisiergehäuses für eine vom Einlaß zum Auslaß parallel zur Längsachse verlaufende Strömung eingeführt. Ein Strom von Ionen mit einer ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität wird so gelenkt, daß er parallel zur Längsachse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömt, wobei dieser zum Neutralisieren der geladenen Entladung dient. Eine Elektrodenkonfiguration ist in der Lage, innerhalb des Neutralisiergehäuses ein elektrisches Feld zu erzeugen, das zum Lenken eines Stroms von Ionen derart, daß sie parallel zur Längsachse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömen, dient.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Neutralisieren
geladener Teilchen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich
insbesondere auf Verfahren und eine Vorrichtung zum Neutrali
sieren geladener Teilchen unter Verwendung eines Ionenstroms.
Neutralisationsvorrichtungen sind gegenwärtig zur Verwen
dung beim Neutralisieren geladener Teilchen für eine Vielzahl
von Anwendungen, wie das Neutralisieren geladener Nanometer
teilchen bei der Entwicklung von Standards, die Verwendung
solcher neutralisierter Teilchen für strukturierte Materia
lien, die Verwendung neutralisierter Teilchen für Biotechno
logieanwendungen und dergleichen, erhältlich. Beispielsweise
ist eine Neutralisationsvorrichtung in US-A-5 247 842
beschrieben. Die Neutralisationsvorrichtung wird in Kombina
tion mit einer elektrostatischen Sprühvorrichtung verwendet.
In der elektrostatischen Sprühvorrichtung wird eine elek
trisch leitende Flüssigkeit mit einer gesteuerten Rate einem
Kapillarrohr zugeführt. Eine Spannungsdifferenz zwischen dem
Kapillarrohr und einer umgebenden Kammerwand erzeugt ein
elektrostatisches Feld, das eine Oberflächenladung in der aus
dem Rohr austretenden Flüssigkeit induziert. Elektrostatische
Kräfte dispergieren die Flüssigkeit zu einem feinen Spray
geladener Tröpfchen. Um das Spray zu erzeugen, wird jedes
Tröpfchen auf etwa 80-95% der Rayleigh-Grenze (an der die
elektrostatische Abstoßung die Oberflächenspannung über
steigt) aufgeladen. Diese elektrostatischen
Sprühvorrichtungen werden infolge ihrer Fähigkeit, kleine und
gleichmäßige Tröpfchen zu erzeugen, bei vielen Anwendungen
verwendet.
Die gespritzte elektrisch leitende Flüssigkeit ist im
wesentlichen eine Flüssigkeit, in der Teilchen dispergiert
sind. Die Teilchen, beispielsweise Teilchen einer Suspension,
und die Flüssigkeit werden unter Verwendung der elektrostati
schen Sprühvorrichtung gespritzt, um ein Spray kleiner
Tröpfchen zu bilden. Die Tröpfchen werden dann getrocknet,
und die Teilchen bleiben in Aerosolform zurück. Die Teilchen
können dann unter Verwendung nachfolgender Analysiervorrich
tungen, beispielsweise Detektoren und Vorrichtungen, wie
einer Differentialbeweglichkeits-Teilchengrößen-Bestimmungs
vorrichtung (DMPS), differentieller Beweglichkeitsanalysato
ren (DMA), Elektrometern und Kondensationsteilchenzählern
(CPC), untersucht und analysiert werden. Die sich aus der
Verwendung der elektrostatischen Sprühvorrichtung ergebenden
geladenen Teilchen können beispielsweise einen Nenndurchmes
ser von etwa 100 Mikrometer oder weniger aufweisen.
Wenn Flüssigkeit von den Tröpfchen verdampft, erhöht sich
die Oberflächenladungsdichte auf den Tröpfchen, bis die
Rayleigh-Grenze erreicht worden ist, bei der die abstoßende
Coulombkraft in den gleichen Bereich gelangt wie die Kohäsi
onskräfte, wie die Oberflächenspannung. Durch die sich erge
bende Instabilität wird bewirkt, daß das ursprüngliche Tröpf
chen, das manchmal als Ausgangströpfchen oder Primärtröpfchen
bezeichnet wird, in kleinere Tröpfchen zerlegt wird, und die
sich ergebende Verteilung der Tröpfchengröße ist demgemäß
breit, d. h. ungleichmäßig. Eine Lösung des Problems besteht
darin, die Tröpfchen und damit die Teilchen zu neutralisie
ren.
Wie in US-A-5 247 842 beschrieben ist, wird eine in der
Nähe einer Elektrosprayentladung und entlang einem Verdamp
fungsbereich angeordnete Neutralisiervorrichtung verwendet,
um die Funktion des Verringerns der elektrischen Ladung der
Tröpfchen zu erzielen, wenn das Tröpfchenspray aus der elek
trostatischen Sprühvorrichtung austritt, um zu verhindern,
daß die Tröpfchen infolge der abstoßenden Coulombkräfte
zerlegt werden. Die elektrostatische Sprühvorrichtung erzeugt
beispielsweise sehr stark geladene Aerosolteilchen, die
typischerweise etwa 80%-95% der Rayleigh-Grenze der
Ladung, etwa 10-1000 Elementarladungen, aufweisen.
Wie in US-A-5 247 842 beschrieben ist, beinhaltet ein
bevorzugter Neutralisationsprozeß das Verwenden einer Quelle
ionisierender Strahlung (beispielsweise Alphateilchen emit
tierendes radioaktives Polonium oder eine Photonenionisa
tionsquelle) oder eine andere Ionenquelle in der Art einer
Koronaentladung. Die Ionenquelle ist in der Nähe der elektro
statischen Sprühvorrichtung angeordnet, so daß die Tröpfchen
praktisch sofort nach ihrer Bildung auf die Ionen treffen.
Weitere Ionenquellen können entlang dem Verdampfungsbereich
weiter stromabwärts angeordnet sein, so daß die Tröpfchen
weiter neutralisiert werden, wenn sie stromabwärts laufen.
Bei einer solchen Vorrichtung sind die stark unipolar
geladenen Teilchen, beispielsweise ein Spray von der elektro
statischen Sprühvorrichtung, den Ionen in der Neutralisier
vorrichtung ausgesetzt. Es gehen jedoch mehr als 80% der
geladenen Teilchen wegen der hohen elektrischen Beweglichkeit
der Teilchen innerhalb der Neutralisiervorrichtung, bei
spielsweise an den Wänden, verloren. Weiterhin gehen diese
Teilchen infolge der Verwendung eines zum Erzeugen von Tröpf
chen, die die geladenen Teilchen umgeben, erforderlichen
hohen elektrischen Felds verloren. Die geladenen Teilchen
folgen dem hohen elektrischen Feld vom Erzeugungspunkt bis zu
den Wänden, und viele von ihnen gehen an den Wänden verloren.
Weiterhin bewirkt die Raumladung der geladenen Teilchen auch
die Ausdehnung des Teilchenstroms, was zu einem Kontakt mit
den Wänden und einem Verlust an diesen führt. Bei diesem
Verlust stark geladener Teilchen ist die Anzahl der den
Ausgang erreichenden Teilchen, wo sie stromabwärts gelegenen
Vorrichtungen, wie Meß- und Einstufungsvorrichtungen, zur
Verfügung gestellt werden sollen, unerwünscht niedrig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Neutralisier
gerät beschrieben. Das Neutralisiergerät kann beispielsweise
zusammen mit einem Elektrospray-Aerosolgenerator, wie einer
elektrostatischen Sprühvorrichtung, die eine Entladung von
Tröpfchen und/oder Teilchen erzeugt, oder zum Neutralisieren
irgendwelcher anderer Quellen, die Entladungen mit hohen
Ladungsniveaus erzeugen, verwendet werden. Das Neutralisier
gerät gemäß der vorliegenden Erfindung liefert eine Strömung
von durch ein elektrisches Feld gelenkten Ionen. Die Strömung
der Ionen verläuft der Strömung der geladenen Teil
chen/Tröpfchen der Entladung entgegen. Die Entladung ist
dabei in die Strömung der gelenkten Ionen eingetaucht, was zu
einem schnellen Entladen der stark geladenen Entladung führt.
Der Teilchenverlust ist dadurch verringert
Fig. 1 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer Quelle
geladener Teilchen in Zusammenhang mit einem Neutralisier
gerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer als
Beispiel dienenden Ausführungsform eines Teilchenneutrali
siergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 3A, 3B und 3C sind Stirnansichten bzw. eine
Schnittansicht des Teilchenneutralisiergeräts aus Fig. 2,
wobei die Schnittansicht durch eine der Elektroden, die zur
Mitte des Teilchenneutralisiergeräts aus Fig. 2 hin angeord
net sind, verläuft.
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung des mit den im
Teilchenneutralisiergerät aus Fig. 2 verwendeten Elektroden
hergestellten elektrischen Felds.
Fig. 5 ist eine detailliertere Schnittansicht des Teil
chenneutralisiergeräts aus Fig. 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht einer alternativen Ausfüh
rungsform des Teilchenneutralisiergeräts aus Fig. 2 gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Teils einer weiteren
alternativen Ausführungsform des Teilchenneutralisiergeräts
aus Fig. 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Erfassen
und Kennzeichnen kleiner Teilchen unter Verwendung eines
Neutralisiergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte und Verfahren
zum Neutralisieren einer geladenen Entladung, d. h. einer
Entladung von Tröpfchen, Teilchen oder Kombinationen davon.
In Fig. 1 ist ein Neutralisiergerät 2 mit einer Öffnung 3 zum
Entgegennehmen einer stark geladenen Entladung 7 von einer
Quelle 4, beispielsweise einer elektrostatischen
Sprühvorrichtung, dargestellt. Die stark geladene Entladung 7
strömt in einer ersten Richtung zum Auslaß 6 des
Neutralisiergeräts 2 hin. Entgegen der Strömung der stark
unipolar geladenen Entladung verläuft ein unipolarer Strom
von Ionen 8 mit einer Polarität, die derjenigen der geladenen
Entladung 7 entgegengesetzt ist. Der Strom unipolarer Ionen
wird unter Verwendung eines elektrischen Felds, das in dem
Neutralisiergerät durch im wesentlichen als Beispiel
angegebene Elemente 9 in Fig. 1, beispielsweise eine
Elektrodenkonfiguration, hergestellt wird, zum Einlaß 3 des
Neutralisiergeräts 2 hin gelenkt. Der Strom unipolarer Ionen
wird zum Einlaß 3 hin gelenkt, so daß die Ionen dem Strom der
geladenen Entladung 7 entgegenströmen. Auf diese Weise kann
das Neutralisiergerät 2 zum Neutralisieren der unipolar
geladenen Entladung 7 verwendet werden. Beispielsweise
erzeugt die vorstehend beschriebene elektrostatische
Sprühvorrichtung sehr stark geladene Teilchen, die
typischerweise etwa 80% bis etwa 95% der Rayleigh-Grenze
der Ladung aufweisen. Diese stark geladenen Teilchen können
gemäß der vorliegenden Erfindung neutralisiert werden. Ein
Fachmann wird jedoch erkennen, daß weniger geladene Teilchen
auch gemäß der vorliegenden Erfindung neutralisiert werden
können.
Das Neutralisiergerät 2 nimmt die geladene Entladung 7
von der Quelle 4 geladener Teilchen durch den Einlaß 3 entge
gen. Die geladene Entladung 7 wird sofort in die unipolaren
Ionen 8 mit entgegengesetzter Polarität eingeführt, die der
Strömung der geladenen Entladung 7 entgegengerichtet sind.
Die geladene Entladung 7 stößt mit den unipolaren Ionen 8
zusammen, was zu einem schnellen Entladen der sich auf der
geladenen Entladung 7 befindenden Ladung führt. Es wird dann
am Auslaß 6 ein neutralisierter Strom bereitgestellt. Bei
einer solchen schnellen Neutralisierung ist der Teilchen
verlust an den Wänden eines Neutralisiergeräts 2 erheblich
verringert. Das Neutralisiergerät 2 bewirkt daher verglichen
mit anderen herkömmlichen Neutralisiergeräten eine höhere
Ausgabe neutralisierter Teichen am Auslaß 6 des Neutralisier
geräts 2.
Wenngleich die vorliegende Erfindung beim Neutralisieren
und Bereitstellen von Submikrometerteilchen beim Auslaß 6 des
Neutralisiergeräts 2 (also von Teilchen mit einem Nenndurch
messer von weniger als 1 Mikrometer) vorteilhaft ist, sind
die Vorteile für das Neutralisieren und Bereitstellen von
Nanometerteilchen (also von Teilchen mit einem Nenndurch
messer von weniger als etwa 100 Nanometer) sogar noch größer.
Die Quelle 4 zum Bereitstellen der geladenen Entladung 7
für das Neutralisiergerät 2 kann irgendeine Quelle sein, die
zum Bereitstellen einer geladenen Entladung, d. h. von Teil
chen, Tröpfchen oder Kombinationen davon, geeignet ist. Die
Quelle 4 ist vorzugsweise eine elektrostatische
Sprühvorrichtung, die ein unipolar geladenes Elektrospray
bereitstellt. Das bereitgestellte Elektrospray kann
Tröpfchen, die ein oder mehrere Teilchen aufweisen, und/oder
geladene Teilchen selbst beinhalten. Hier werden die Teilchen
und/oder die Tröpfchen, die diese Teilchen 7 aufweisen,
weiter als geladene Entladung bezeichnet. Eine geladene
Entladung soll Teilchen aufweisende Tröpfchen, Teilchen, die
sich aus dem Verdampfen der Flüssigkeit von Tröpfchen
ergeben, einen Strom eines unipolar geladenen Aerosols,
geladene Teilchen von einem Aerosolgenerator, natürlich
geladene Teilchen, wie geladene Teilchen in
Arbeitsumgebungen, geladene Teilchen im Ausstoß von Motoren
und dergleichen einschließen. Viele Typen von Entladungen
können gemäß der vorliegenden Erfindung geladen werden
(beispielsweise Polystyrol, Silber, biologisches Material und
dergleichen), und die vorliegende Erfindung ist nicht auf
einen bestimmten Typ einer Entladung beschränkt.
Wie weiter unten weiter beschrieben wird, können die
Elemente 9 zum Erzeugen eines elektrischen Felds zum Lenken
der unipolaren Ionen zum Einlaß 3 des Neutralisiergeräts 2
hin eine von vielen Formen annehmen. Wie weiter unten weiter
beschrieben wird, sind die Elemente beispielsweise Elektro
denringe, eine Unterlage aus widerstandsbehaftetem Material
oder irgendeine andere Konfiguration, die zum Herstellen
eines gleichmäßigen elektrischen Felds zum Lenken der unipo
laren Ionen zum Einlaß 3 hin geeignet ist. Die unipolaren
Ionen können durch verschiedene Quellen, wie beispielsweise
ionisierende Strahlung, Alphateilchen emittierendes radio
aktives Polonium oder eine Photonenionisationsquelle, oder
irgendeine andere Ionenquelle in der Art einer Koronaentla
dung bereitgestellt werden. Die Verwendung solcher Ionenquel
len wird weiter unten weiter beschrieben.
Die Quelle 4 für die geladene Entladung 7 kann beispiels
weise das im US-Patent 5 247 842 beschriebene elektrostati
sche Spritzgerät sein. Diese elektrostatische
Sprühvorrichtung wird weiter unten mit Bezug auf Fig. 8
beschrieben.
Eine Ausführungsform eines Neutralisiergeräts 10 ist in
den Fig. 2-5 dargestellt und wird mit Bezug auf diese
beschrieben. Das Neutralisiergerät 10 weist ein längliches
Neutralisiergehäuse 12 mit einer sich dadurch erstreckenden
Längsachse 11 auf. Das Neutralisiergehäuse 12 weist ein im
wesentlichen rohrförmiges Gehäuseteil 14 auf, das entlang der
Längsachse 11 verläuft, die wenigstens einen Abschnitt einer
Neutralisierzone oder eines Neutralisiervolumens 13 festlegt.
Das Neutralisiergehäuse 12 weist weiterhin ein erstes ring
förmiges Endteil 16 und ein zweites ringförmiges Endteil 18
auf. Das erste ringförmige Endteil 16 ist unter Verwendung
eines Befestigungselements 17 und eines Dichtungselements 72
mit einem Ende des rohrförmigen Gehäuseteils 14 verbunden und
gegenüber diesem abgedichtet, und das zweite ringförmige
Endteil 18 ist mit Befestigungselementen 19 und einem Dich
tungselement 73 mit dem anderen Ende des rohrförmigen Gehäu
seteils 14 verbunden. Es wird für einen Fachmann verständlich
sein, daß irgendeine Art von Verbindungselementen beim Aufbau
des Neutralisiergeräts verwendet werden kann, und daß das
Neutralisiergehäuse aus einem einzigen Element oder einer
anderen Anzahl von Elementen oder Teilen aufgebaut sein kann.
Weiterhin kann das Gehäuse 12 aus einer Anzahl nichtlei
tender Materialien, wie Plexiglas, Keramik und dergleichen
aufgebaut sein. Falls das Gehäuse aus einem Hochtemperatur-
Isoliermaterial, beispielsweise einem Hochtemperatur-Kunst
stoff oder einem Keramikmaterial, besteht, kann das Neutrali
siergerät 10 vor dem Durchführen der Neutralisierprozesse
ausgeheizt werden. Dieses Ausheizen erlaubt es zusammen mit
der Verwendung hochreiner Gase, daß Ionen bekannter Arten mit
der vom Neutralisiergerät 10 aufgenommenen geladenen Entla
dung wechselwirken.
Ein Einlaß 22 ist im ersten Endteil 16 des Neutralisier
gehäuses 12 ausgebildet, um eine geladene Entladung 20 aufzu
nehmen. Die geladene Entladung 20 ist, wie in Fig. 2 darge
stellt ist, ein unipolar geladener (negativer) Strom von
Teilchen oder Tröpfchen, der Teilchen beinhaltet, die zu
einem im zweiten Endteil 18 des Neutralisiergehäuses 12 zum
Ermöglichen des Austritts neutralisierter Teilchen 24 ausge
bildeten Auslaß 26 strömen. Das Neutralisiergehäuse 12 bildet
eine hindernisfreie Neutralisierzone 13, die sich vom Ein
laß 22 bis zum Auslaß 26 erstreckt. Die Strömung der unipolar
geladenen Teilchen oder der Entladung 20 weist einen unbehin
derten Weg entlang der Längsachse 11 des Neutralisier
geräts 10 auf.
Der Einlaß 22 ist durch ein ringförmiges Einlaßteil 23
gebildet, das mit dem ersten Endteil 16 um die Längsachse 11
konzentrisch ist. Ein Abschnitt des ringförmigen Einlaß
teils 23 erstreckt sich über die Öffnung 25 hinaus, die im
ersten Endteil 16 gebildet ist, um einen Anschluß des
Geräts 10 an Einrichtungen zu erleichtern, die die geladene
Entladung 20 bereitstellen. Ein Abschnitt 27 des ringförmigen
Endteils 23 erstreckt sich ins Innere des ersten Endteils 16,
wodurch mit einem Abschnitt des ersten Endes 16 und einer
ringförmigen Metallabschirmung 36 ein ringförmiger Hohl
raum 34 gebildet ist. Der Hohlraum 34 dient dazu, Luft oder
ein Gas 28 durch einen im ersten Ende 16 ausgebildeten
Lufteinlaß 30 aufzunehmen. Der Abschnitt 27 des ringförmigen
Einlaßteils 23 verjüngt sich, um eine Bewegung der Luft oder
des Gases 28 im Hohlraum 34 zur leitenden Abschirmung 36 hin
(beispielsweise eine Abschirmung mit geringerer Porosität,
gesintertes Metall, perforiertes Metall oder dergleichen) zu
fördern, so daß zwischen der geladenen Entladung 20 oder
anderen Teilchen, die entlang der Längsachse 11 und dem
Neutralisiergehäuse 12 strömen, eine ringförmige Hülle 52
sauberer Luft bereitgestellt ist. Mit anderen Worten umgibt
die ringförmige Lufthülle 52 die geladene Entladung 20 in der
Neutralisierzone 13, wodurch verhindert wird, daß darin
enthaltene Teilchen zur Innenfläche 47 des Neutralisier
gehäuses 12 wandern. Hierdurch wird der an der Innenfläche 47
des Neutralisiergehäuses 12 auftretende Verlust an Teilchen
minimiert. Die saubere Hülle 52 strömt im wesentlichen
parallel zur Längsachse 11 angrenzend an die Innenfläche 47
der Metallabschirmung 36 zum Auslaß 26. Die saubere Hülle 52
kann unter Verwendung eines Inertgases (beispielsweise Stick
stoff, Helium, Argon), teilchenfreier Luft oder dergleichen
erzeugt werden. Die Hülle 52 sauberer Luft wird vorzugsweise
bereitgestellt, indem eine Strömung von Luft oder des
Gases 28 bereitgestellt wird, die etwa das zweifache der in
den Einlaß 22 eintretenden geladenen Entladung 20 beträgt.
Weiterhin kann die saubere Hülle 52 eine erwärmte saubere
Hülle sein, um das Verdampfen innerhalb des Neutralisier
geräts 10 zu fördern.
Der Auslaß 26 ist durch ein ringförmiges Auslaßteil 27
gebildet, das um die Längsachse 11 herum mit dem zweiten
Endteil 18 konzentrisch ausgebildet ist. Ein Abschnitt des
ringförmigen Auslaßteils 27 erstreckt sich über die
Öffnung 35 des ersten Endteils 18 hinaus, um einen Anschluß
des Geräts 10 an Einrichtungen, denen der Strom 24 neutrali
sierter Aerosolteilchen zugeführt wird, wie beispielsweise
DMPS, CPC und dergleichen, zu erleichtern.
Die Größe des rohrförmigen Gehäuseteils 14 ist so ausge
wählt, daß die Verluste der am Einlaß 22 der Innenfläche 47
des Neutralisiergehäuses 12 entgegengenommenen geladenen
Entladung 20 minimiert sind. Die Größe des rohrförmigen
Gehäuseteils 14 ist mit anderen Worten so ausgewählt, daß die
geladene Entladung die Wand nicht erreicht, was zu einem
Teilchenverlust führen würde. Vorzugsweise sind der Durchmes
ser des rohrförmigen Gehäuseteils 14 und der Durchmesser des
Einlasses 22 so ausgewählt, daß die mittlere Geschwindigkeit
der sauberen Hülle in etwa der mittleren Geschwindigkeit der
geladenen Entladung gleicht. Die Verweilzeit der Teilchen im
Gehäuse hängt wenigstens teilweise von der mittleren
Geschwindigkeit der geladenen Entladung, der mittleren
Geschwindigkeit der Lufthülle und der Querschnittsfläche des
rohrförmigen Geäuseteils 14 ab.
Das Neutralisiergerät 10 weist weiterhin eine Ionen
quelle 38 auf, die beim Bereitstellen des Stroms unipolarer
Ionen in der Neutralisierzone 13 verwendet wird. Bei dieser
speziellen Ausführungsform ist die Ionenquelle 38 eine
radioaktive Quelle, die verwendet wird, um bipolare Ionen in
einem eingesenken ringförmigen Schlitz 63 im rohrförmigen
Gehäuseteil 14 zu erzeugen. Die radioaktive Quelle kann
beispielsweise Ionium-210, Kohlenstoff-14, Kr-85, Ni-63, Am
241 oder eine andere bekannte und geeignete radioaktive
Quelle zum Bereitstellen bipolarer Ionen sein. Wegen der
Wirksamkeit des Neutralisiergeräts 10 ist die Quellenstärke
der zum Erziele einer Neutralisation und bevorzugten Ausgabe
neutralisierter Teilchen erforderlichen radioaktiven Quelle
minimiert. Die Quellenstärke der radioaktiven Quelle ist
vorzugsweise kleiner als etwa 3 Millicurie und bevorzugt
kleiner oder gleich etwa 0,5 Millicurie.
Der eingesenkte ringförmige Schlitz 63 im rohrförmigen
Gehäuseteil 14 ist in der Nähe des Auslasses 26 des Neutrali
siergehäuses 12 entlang der Innenfläche 47 des rohrförmigen
Gehäuseteils 14 angeordnet. Es wird ein eingeschlossenes
gleichmäßiges elektrisches Feld hergestellt, wie weiter unten
beschrieben wird. Das gleichmäßige elektrische Feld bewirkt,
daß Ionen einer Polarität (positiv, wie in Fig. 2 dargestellt
ist) entlang der Längsachse 11 zum Einlaß 22 des Neutrali
siergeräts 10 hin geschoben werden. Durch das Lenken unipola
rer Ionen zum Einlaß 22 hin an sich wird eine Strömung
bereitgestellt, die der Strömung der entlang der Längs
achse 11 strömenden geladenen Entladung 20 entgegengerichtet
ist. Der durch das elektrische Feld in der Neutralisations
zone 13 zum Einlaß 22 hin gelenkte Strom unipolarer Ionen
kollidiert mit der geladenen Entladung 20. Die Kollisionen
bewirken dabei, daß die geladene Entladung 20 neutralisiert
wird. Die Neutralisation tritt normalerweise in einem
Neutralisationsbereich 15 der Neutralisationszone 13 auf,
wenn sich die unipolaren Ionen dem Einlaß 22 nähern. Ein
Bereich 31 bipolarer Ionen wird in der Nähe des Auslasses 26
und der radioaktiven Quelle 38 aufrechterhalten. Wenn daher
eine in die Neutralisationszone 13 gerichtete geladene Entla
dung entgegengenommen wird, tritt sie in den Neutralisations
bereich 15 ein, woraufhin Kollisionen mit unipolaren Ionen
entgegengesetzter Ladung die geladene Entladung 20 neutrali
sieren. Wenn die neutralisierte Entladung weiter durch die
Neutralisationszone 13 läuft, tritt ein weiteres Verdampfen
auf, was dazu führt, daß neutralisierte Teilchen in den
Bereich 31 bipolarer Ionen strömen. Da der Bereich 31 bipola
rer Ionen mit negativen und positiven Ionen aufrechterhalten
wird, werden die neutralisierten Teilchen nicht vor dem
Austreten durch den Auslaß 26 zur einen oder anderen
Polarität überladen.
Im allgemeinem wird das eingeschlossene gleichmäßige
elektrische Feld, das im wesentlichen parallel zur Längs
achse 11 verläuft und zum Lenken des Stroms unipolarer Ionen
zum Einlaß 22 hin verwendet wird, unter Verwendung einer
Laufzeitröhren-Elektrodenkonfiguration 44 erzeugt. Das einge
schlossene gleichmäßige elektrische Feld 70 ist in Fig. 4
allgemein dargestellt, wobei das Feld unter Verwendung iso
lierter Ringelektroden 46, die entlang der Längsachse 11
verteilt angeordnet sind, hergestellt ist. Die Ringelektroden
sind vorzugsweise in gleichen Abständen zueinander angeord
net. Es kann zum Erzeugen des Felds eine geeignete Anzahl von
Ringelektroden, vorzugsweise 5 oder mehr, verwendet werden.
Spannungen, deren Pegel vom Einlaß bis zum Auslaß rampen
förmig geändert wird, werden durch eine oder mehrere Lei
stungsquellen, die allgemein durch einen Bezugspfeil 40
angegeben sind, der die verschiedenen angelegten Spannungen
angibt, an die Elektroden 46 angelegt. Wie in Fig. 1 darge
stellt ist, ist mit anderen Worten an die Ringelektrode 46 in
der Nähe des Auslasses eine Spannung von -x Volt und an die
Ringelektrode in der Nähe des Einlasses 22 eine Spannung von
-y Volt angelegt. An die Ringelektroden 46 zwischen dem
Einlaß und dem Auslaß sind rampenförmige Spannungen zwischen
-x Volt und -y Volt angelegt. Wenn die Spannung in der Nähe
der Abschirmung 36 negativer als in der Nähe des Auslasses 26
ist, werden positive Ionen zum Einlaß 22 hin gelenkt. Wenn
die Gleichspannungen angelegt sind, ermöglicht die Laufzeit
röhren-Elektrodenkonfiguration 44 das Einrichten eines einge
schlossenen elektrischen Felds 70 parallel zur Strömung der
in den Einlaß 22 eintretenden geladenen Entladung 20, und sie
ist geeignet, einen Strom unipolarer Ionen mit entgegen
gesetzter Polarität zur geladenen Entladung 20 oder zum
Einlaß 22 hin zu lenken.
Ein Fachmann wird erkennen, daß durch die angelegten
negativen oder positiven Spannungen bewirkt wird, daß die
unipolaren Ionen im Neutralisationsbereich 15 positiv oder
negativ sind, wenn eine bipolare Quelle verwendet wird. Es
wird innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung
in der ganzen hier gegebenen Beschreibung daran gedacht, die
angelegten Spannungen umzukehren, wobei dies das Umkehren der
rampenförmigen Natur dieser Spannungen einschließt, um eine
positive und negative Ionenneutralisation entgegengesetzt
geladener Entladungen zu erreichen. Die hier zur Veranschau
lichung verwendeten speziellen Spannungen sind nicht in
unzulässiger Weise als die vorliegende Erfindung einschrän
kend anzusehen, da die vorliegende Erfindung nur durch die
anliegenden Ansprüche eingeschränkt ist.
Wenn die geladene Entladung 20 mit dem Strom unipolarer
Ionen zusammenstößt, die im Bereich 15 dazu entgegengesetzt
strömen, wird die geladene Entladung 20 schnell entladen, und
die neutralisierten Teilchen bewegen sich durch die Luft
hülle 52 unterstützt durch den Auslaß 26 und treten durch
diesen aus.
Das eingeschlossene gleichmäßige elektrische Feld 70 ist
als ein Feld definiert, das in einem Kernbereich 99 um die
Längsachse 11 in der Neutralisationszone 13 im wesentlichen
gleichmäßig ist, wobei keine unkontrollierte Streuung des
elektrischen Felds vom Kernbereich 99 zum Neutralisier
gehäuse 12 auftritt. Das eingeschlossene Feld 70 verläuft im
wesentlichen parallel zur Längsachse und zum Einlaß 22 hin.
Eine gesteuerte Streuung zwischen den Ringelektroden 46 ist
in Fig. 4 durch eine Bezugszahl 77 dargestellt. Diese
Streuung verläuft nicht vom Kernbereich 99 zum Neutralisier
gehäuse und wird unter Verwendung der Lufthülle 52 gesteuert
oder eingeschlossen. Beispielsweise kann die Lufthülle 52,
die Konstruktion oder die Konfiguration des Neutralisier
gehäuses 12 und/oder die Elektrodenkonfiguration so optimiert
sein, daß die maximal mögliche Feldstreuung der Elektroden 46
innerhalb der Lufthülle eingeschlossen wird, und die Breite
der Lufthülle kann beispielsweise auf das zweifache der
maximalen Strecke festgelegt sein, um die sich die Streuung
in den Neutralisationsbereich 13 hinein erstreckt. Diese
Streuung tritt bei der weiter unten mit Bezug auf Fig. 6
beschriebenen Konfiguration einer zusammenhängenden Wider
standsschicht nicht auf.
Die Fig. 3A-3C sind Stirnansichten bzw. eine
Schnittansicht des Neutralisiergeräts 10 aus Fig. 1. Die
Schnittansicht aus Fig. 30 verläuft durch eine der Ringelek
troden 46, die zur Mitte des Neutralisiergeräts 10 hin ange
ordnet sind.
Eine spezielle Ausführungsform eines Neutralisiergeräts
gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt.
Diese Ausführungsform beinhaltet weitere Einzelheiten hin
sichtlich des in Fig. 2 dargestellten Neutralisiergeräts 10,
und es werden dabei die gleichen Bezugszahlen verwendet, wie
sie darin zum Bezeichnen der gleichen oder ähnlicher Elemente
verwendet werden. Das in Fig. 5 dargestellte Neutralisier
gerät 10 weist eine Ringelektrodenkonfiguration 44 in der Art
der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen auf. Bei dieser
detaillierteren Darstellung des Geräts aus Fig. 2 werden die
Spannungen unter Verwendung einer einzigen Leistungsquelle
102 an die verschiedenen Elektroden angelegt. Die rampenför
mige Spannung der Ringelektroden 46 wird durch Anordnen von
Widerständen 110 zwischen benachbarten Elektrodenringen 46
hergestellt. Die Elektrode 46 in der Nähe des Auslasses 26
ist geerdet.
Bei zu allen oben beschriebenen der Veranschaulichung
dienenden Ausführungsformen alternativen Konfigurationen kann
die Leistungsquelle zum Anlegen von Spannungen an die ver
schiedenen Elektroden durch Wechselspannungsquellen gegeben
sein. Wenn Wechselspannungen angelegt werden, wird ein oszil
lierendes elektrisches Feld erzeugt. Bei einem solchen oszil
lierenden elektrischen Feld werden beispielsweise Bündel
positiv geladener Ionen und negativ geladener Ionen abwech
selnd in den Neutralisationsbereich 15 gelenkt. Auf diese
Weise können geladene Entladungen, die von unipolar geladenen
Entladungen verschieden sind, wirksam neutralisiert werden.
Die Leistungsquelle 102 soll das Anlegen von Gleich- oder
Wechselspannungen darstellen.
Das konfigurierte elektrische Feld 70 (Fig. 4) kann auch
unter Verwendung der in der Darstellung aus Fig. 6 gezeigten
alternativen Laufzeitröhren-Elektrodenkonfiguration herge
stellt werden. Wie dort gezeigt ist, sind die Ringelektroden
durch einen Dickschichtwiderstand 202 mit gleichmäßiger Dicke
auf einem Abschnitt der nichtleitenden Innenfläche 203 des
Neutralisiergehäuses 206 ersetzt. Die Widerstandsschicht 202
erstreckt sich von einem ersten Ende 204 zu einem zweiten
Ende 205, das an die Metallabschirmung 210 angeschlossen ist.
Wenn eine Spannung an das zweite Ende 205 der Widerstands
schicht 202 angelegt wird, ändert sich die Spannung entlang
der Achsenrichtung zum zweiten Ende 204 hin, das an die
Elektrode 209 angrenzt, die elektrisch geerdet ist, rampen
förmig (sie wird beispielsweise weniger negativ). Diese
Elektrodenkonfiguration bildet auch ein eingeschlossenes
gleichmäßiges elektrisches Feld im Bereich 211, das zur
Strömung der geladenen Entladung 20 parallel verläuft und zum
Lenken eines unipolaren Stroms von Ionen entgegen der Strö
mung der geladenen Entladung geeignet ist.
Bei einer anderen in Fig. 7 gezeigten alternativen
Darstellung eines Abschnitts eines Neutralisiergeräts 300
legt das Neutralisiergehäuse 301 eine Neutralisationszone 303
fest. Koronaentladungsringe oder Koronaentladungsscheiben 302
mit einer geschärften Kante sind entlang dem Gehäuse 301
verteilt, um der Neutralisationszone 303 freie Elektronen
und/oder Ionen zuzuführen. Die freien Elektronen und/oder
Ionen werden dann verwendet, um den Strom geladener Teilchen
310, die entlang der Längsachse 311 des Geräts 300 strömen,
zu neutralisieren. An die Koronaentladungsringe oder Korona
entladungsscheiben ist eine hohe Spannung angelegt (die
negativ oder positiv ist) . Mehrere perforierte oder poröse
Metallplatten oder Abschirmungen 304 sind entlang des Gehäu
ses 301 zwischen den geschärften Kanten der Koronaentladungs
scheiben und der Neutralisierzone 303 verteilt. Die perfo
rierten Platten 304 ermöglichen es, daß die Koronaentladung
um die geschärfte Kante herum gebildet wird, wobei freie
Elektronen und/oder Ionen in die Neutralisationszone 303
hineingezogen werden. Die perforierten Platten 304, an die
rampenförmige Spannungen angelegt sind, erzeugen das hier
zuvor mit Bezug auf andere Ausführungsformen beschriebene
eingeschlossene elektrische Feld und stellen auch eine Refe
renzspannung bereit, die niedriger ist als die an die Korona
entladungselemente zur Erzeugung der Koronaentladung ange
legte Hochspannung. Da bei dieser Ausführungsform jedoch eine
hohe Konzentration freier Elektronen entlang der ganzen
Neutralisationszone 303 erzielt wird, ist das Lenken der
freien Elektronen zum Einlaß des Geräts 300 hin möglicher
weise nicht erforderlich. Da bei dieser speziellen Ausfüh
rungsform kein Bereich bipolarer Ionen zum Verhindern des
Überladens von Teilchen, die vor dem Austreten aus dem Neu
tralisiergerät 300 neutralisiert worden sind, vorgesehen ist,
muß die Konzentration der Ionen in der Neutralisationszone
303 gesteuert werden. Mit anderen Worten muß die Konzentra
tion freier Elektronen und/oder Ionen in der Neutralisations
zone 303 auf einem bestimmten Wert gehalten werden, so daß
die aus dem Neutralisationsgerät 300 austretenden Teilchen
nicht geladen werden, nachdem sie vor dem Austreten aus dem
Gerät 300 neutralisiert worden sind. Zum Verhindern des
Überladens kann alternativ ein Bereich 313 bipolarer Ionen
neben dem Ausgang angeordnet sein, um das Überladen vom
Neutralisiergerät 300 zu vermeiden. Beispielsweise kann eine
radioaktive Quelle verwendet werden, um bipolare Ionen in
diesem Bereich 313 bereitzustellen.
In Fig. 8 ist ein System zum Erkennen und Kennzeichnen
von Teilchen unter Verwendung eines Neutralisationsgeräts 2
dargestellt, das ein elektrisches Feld zum Lenken eines
Stroms unipolarer Ionen zum Einlaß des Neutralisations
geräts 2 aufweist, wie hier zuvor beschrieben wurde. Das
System 400 ist anders als das Neutralisiergerät 2 in näheren
Einzelheiten im US-Patent 5 247 842 beschrieben und wird hier
nicht detailliert beschrieben. Es wird für einen Fachmann
verständlich sein, daß die verschiedenen beschriebenen Kompo
nenten oder Elemente zum Bereitstellen eines Elektrosprays
für das Neutralisationsgerät 2 einschließlich von Heizvor
richtungen zum Erzielen eines Verdampfens und auch Elementen
zum Entgegennehmen der neutralisierten Teilchen viele
verschiedene Formen annehmen können. Wie in Fig. 8
dargestellt ist, beinhaltet das System 400 Teilchen als Teil
einer in einem Behälter 424 gehaltenen Flüssigkeitsprobe oder
Lösung. Eine mit Flüssigkeit vom Behälter geladene Spritzen
pumpe 422 führt die Flüssigkeit einer Elektrospraykammer 404
zu. Weiterhin wird in die Elektrospraykammer 404 mit stabiler
Rate gefiltertes Gas, typischerweise Luft, eingeführt.
Insbesondere wird in einem Behälter 414 unter Druck stehende
Luft durch ein Ventil 412 einem Filter 410 und dann durch
Steuern einer Öffnung 408 der Elektrospraykammer 404
zugeführt. Dieses Gas kann auch erwärmt werden. Eine
Hochspannungsquelle 420 ist elektrisch an eine Kapillarnadel
406 der elektrostatischen Sprühvorrichtung 404 angeschlossen,
während Teile der elektrostatischen Sprühvorrichtung von der
Nadel isoliert und geerdet sind. Zum Zuführen des
Elektrosprays wird eine hohe Potentialdifferenz zwischen der
Nadel 406 und einem isolierten Abschnitt vorgesehen. Es wird
auch verständlich sein, daß Luft von einer Zufuhr 434 durch
ein Ventil 432, einen Filter 430 und eine Steueröffnung 428
zu einer Heizeinrichtung 426 geleitet werden kann, um sie dem
Neutralisiergerät 2 zuzuführen und die Temperatur innerhalb
des Neutralisiergeräts 2 zu erhalten. Hierdurch wird das
Verdampfen von Tröpfchen der Flüssigkeitsprobe gefördert.
Das System 400 weist weiterhin einen Ausgang vom Neutra
lisiergerät 2 auf, der einer Differentialbeweglichkeits-
Teilchengrößen-Bestimmungsvorrichtung (DMPS) 402 und/oder
einem Ladungsspektrometer 403 zugeführt wird. Die DMPS
besteht aus einer elektrostatischen Klassifiziereinrichtung
452, einem Kondensationsteilchenzähler 454 und einem geeigne
ten Mikrocomputer 450. Diese zum Bestimmen der Größe und zum
Klassifizieren von Teilchen zu verwendenden Komponenten sind
von TSI Incorporated erhältlich. Das Ladungsspektrometer 403
wird verwendet, um eine Ladungsverteilung des Stroms aus dem
Neutralisiergerät 2 austretender Teilchen bereitzustellen.
Wenn Tröpfchen aus der Kapillarnadel 406 der elektrosta
tischen Sprühvorrichtung 404 austreten, beginnen die Tröpf
chen der Lösung fast sofort infolge des Verdampfens des
flüchtigen Lösungsmittels der Probenlösung zu schrumpfen.
Falls alle Tröpfchen ihre elektrische Ladung behalten würden,
würde sich die Oberflächenladungsdichte mit verringernder
Tröpfchengröße erhöhen. Schließlich würden die Coulombkräfte
die Kohäsionskräfte, wie die Oberflächenspannung, überstei
gen, was dazu führt, daß sich jedes Tröpfchen in mehrere
kleinere Tröpfchen auflöst. Durch die Coulombzerlegung, die
im allgemeinen im ganzen Aerosol auftritt, würde die gleich
mäßige Größe der Tröpfchen zerstört werden. Bei Verwendung
des Neutralisiergeräts 2 gemäß der vorliegenden Erfindung
trifft der unipolare Strom von Ionen auf die Tröpfchen von
der elektrostatischen Sprühvorrichtung 404, wodurch ihre
elektrische Ladung am Einlaß verringert wird und diese Tröpf
chen neutralisiert werden. Hierdurch wird das Potential zur
Tröpfchenzerlegung infolge von Coulombkräften beim Fortbewe
gen der Tröpfchen und deren Verdampfen im Neutralisiergerät 2
minimiert. Weiterhin wird der Teilchenverlust an den Wänden
des Neutralisiergeräts 2 durch Neutralisieren des geladenen
Sprays unmittelbar nach dem Entladen im Neutralisiergerät
verringert.
Claims (30)
1. Verfahren zum Neutralisieren einer geladenen Entladung
mit den Schritten:
Vorsehen eines Neutralisiergehäuses mit einer sich zwi schen einem Einlaß und einem Auslaß des Neutralisiergehäuses erstreckenden Längsachse,
Einführen einer geladenen Entladung mit einer ersten Polarität in den Einlaß des Neutralisiergehäuses für eine vom Einlaß zum Auslaß parallel zur Längsachse verlaufende Strö mung und
Lenken eines Stroms unipolarer Ionen mit einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität, derart, daß er parallel zur Längsachse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömt, wobei dieser zum Neutralisieren der geladenen Entladung dient.
Vorsehen eines Neutralisiergehäuses mit einer sich zwi schen einem Einlaß und einem Auslaß des Neutralisiergehäuses erstreckenden Längsachse,
Einführen einer geladenen Entladung mit einer ersten Polarität in den Einlaß des Neutralisiergehäuses für eine vom Einlaß zum Auslaß parallel zur Längsachse verlaufende Strö mung und
Lenken eines Stroms unipolarer Ionen mit einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität, derart, daß er parallel zur Längsachse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömt, wobei dieser zum Neutralisieren der geladenen Entladung dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des
Lenkens des Stroms unipolarer Ionen das Erzeugen eines einge
schlossenen elektrischen Felds innerhalb des Gehäuses paral
lel zur Längsachse zum Lenken des Stroms unipolarer Ionen zum
Einlaß hin, wobei dieser zum Neutralisieren der geladenen
Entladung dient, beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des
Erzeugens des eingeschlossenen gleichmäßigen elektrischen
Felds innerhalb des Gehäuses die folgenden Schritte beinhal
tet:
Anordnen mehrerer Ringelektroden entlang der Längsachse und
Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse verlaufenden Ringelektroden rampenförmig ändert.
Anordnen mehrerer Ringelektroden entlang der Längsachse und
Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse verlaufenden Ringelektroden rampenförmig ändert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Neutrali
siergehäuse einen nichtleitenden rohrförmigen Abschnitt mit
einer Innenfläche aufweist, und wobei der Schritt des Erzeu
gens des eingeschlossenen gleichmäßigen elektrischen Felds
innerhalb des Gehäuses weiter die folgenden Schritte beinhal
tet:
Vorsehen einer Schicht aus widerstandsbehaftetem Mate rial mit einem ersten und einem zweiten Ende, die sich ent lang der Innenfläche des nicht leitenden rohrförmigen Abschnitts erstreckt,
Anlegen einer Spannung an das erste Ende und
Erden des zweiten Endes.
Vorsehen einer Schicht aus widerstandsbehaftetem Mate rial mit einem ersten und einem zweiten Ende, die sich ent lang der Innenfläche des nicht leitenden rohrförmigen Abschnitts erstreckt,
Anlegen einer Spannung an das erste Ende und
Erden des zweiten Endes.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der Strom
unipolarer Ionen durch Anordnen einer radioaktiven Quelle in
der Nähe des Auslasses des Neutralisiergehäuses zur Erzeugung
bipolarer Ionen bereitgestellt wird und wobei das einge
schlossene elektrische Feld weiter Ionen einer ersten Polari
tät, die den Strom unipolarer Ionen bilden, in einer Strömung
parallel zur Längsachse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß
hin lenkt, wobei die bipolaren Ionen in der Nähe des Auslas
ses bleiben.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die radioaktive
Quelle eine Radioaktivität von weniger als etwa 3 Millicurie
aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches
weiter das Erzeugen einer sauberen Hülle zwischen der gelade
nen Entladung und dem Neutralisiergehäuse beinhaltet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der
Strom unipolarer Ionen durch eine oder mehrere Korona
entladungselektroden mit einer daran angelegten Spannung
bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
geladene Entladung wenigstens eines von mehreren Teilchen und
mehrere Tröpfchen, in denen mehrere Teilchen schweben, auf
weist.
10. Neutralisiergerät, aufweisend:
ein längliches Neutralisiergehäuse mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, die darin ausgebildet sind, wobei der Einlaß zum Aufnehmen einer geladenen Entladung dient, und
eine Elektrodenkonfiguration, die in der Lage ist, inner halb des Neutralisiergehäuses ein eingeschlossenes gleich mäßiges elektrisches Feld zu erzeugen, das zum Lenken eines Stroms unipolarer Ionen derart, daß sie parallel zur Längs achse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömen, dient.
ein längliches Neutralisiergehäuse mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, die darin ausgebildet sind, wobei der Einlaß zum Aufnehmen einer geladenen Entladung dient, und
eine Elektrodenkonfiguration, die in der Lage ist, inner halb des Neutralisiergehäuses ein eingeschlossenes gleich mäßiges elektrisches Feld zu erzeugen, das zum Lenken eines Stroms unipolarer Ionen derart, daß sie parallel zur Längs achse des Neutralisiergehäuses zum Einlaß hin strömen, dient.
11. Gerät nach Anspruch 10, wobei das Gerät weiter eine
Einrichtung zum Erzeugen einer sauberen Hülle zwischen der
geladenen Entladung und dem Neutralisiergehäuse aufweist.
12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, wobei das längliche
Neutralisiergehäuse ein ringförmiges Gehäuse, das sich zwi
schen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt, aufweist, wobei
sich die Längsachse dadurch erstreckt, und wobei das Gerät
weiter ein ringförmiges Einlaßteil am Einlaß aufweist, das so
dimensioniert ist, daß die geladene Entladung in eine durch
das ringförmige Gehäuse festgelegte Neutralisationszone
eingebracht wird, wobei das Gerät weiter einen zwischen dem
ringförmigen Gehäuse und dem ringförmigen Einlaßteil ausge
bildeten Gaseinlaß-Hohlraum aufweist, um ein Gas aufzunehmen
und das Gas zwischen der parallel zur Längsachse und dem
ringförmigen Gehäuse strömenden geladenen Entladung zu len
ken.
13. Gerät nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die Elek
trodenkonfiguration aufweist:
mehrere entlang der Längsachse angeordnete Ringelektroden und
eine oder mehrere Leistungsquellen zum Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
mehrere entlang der Längsachse angeordnete Ringelektroden und
eine oder mehrere Leistungsquellen zum Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
14. Gerät nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei das
längliche Neutralisiergehäuse einen nichtleitenden Rohr
abschnitt mit einer Innenfläche aufweist und wobei die Elek
trodenkonfiguration eine Schicht aus widerstandsbehaftetem
Material mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist,
die entlang der Innenfläche des nicht leitenden Rohrabschnitts
verläuft, und wobei weiter eine Leistungsquelle angeschlossen
ist, um eine Spannung an das erste Ende anzulegen, wobei das
zweite Ende geerdet ist.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 14, welches
weiter eine oder mehrere Koronaentladungselektroden zum
Bereitstellen des Stroms unipolarer Ionen aufweist.
16. Neutralisiergerät nach Anspruch 15, wobei das eine
oder die mehreren Koronaentladungselemente entlang der Längs
achse angeordnet sind, um eine Konzentration freier Elektro
nen/Ionen in eine durch das Neutralisiergehäuse festgelegte
Neutralisierzone einzubringen, wobei die Konzentration so
gesteuert ist, daß das Überladen der geladenen Entladung
verhindert ist.
17. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die
geladene Entladung mindestens eines von mehreren Teilchen
und/oder von mehreren Tröpfchen, die mehrere Teilchen
enthalten, aufweist.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 17, welches
weiter eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer geladenen
Entladung an ihrem Auslaß beinhaltet, wobei die geladene
Entladung elektrisch geladene Tröpfchen aufweist, denen eine
Ladung zugeordnet ist, wobei sich der Einlaß des Neutrali
siergehäuses in der Nähe des Auslasses der Vorrichtung befin
det, und das längliche Neutralisiergehäuse zum Verringern der
Größe der Tröpfchen dient.
19. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei der
Strom unipolarer Ionen durch Anordnen einer radioaktiven
Quelle in der Nähe des Auslasses des Neutralisiergehäuses zur
Erzeugung bipolarer Ionen bereitgestellt ist, und wobei das
eingeschlossene elektrische Feld weiter Ionen einer ersten
Polarität, die den Strom zum Einlaß hin gerichteter unipola
rer Ionen bilden, lenkt, wobei die bipolaren Ionen in der
Nähe des Auslasses bleiben.
20. Gerät nach Anspruch 19, wobei die radioaktive Quelle
eine Radioaktivität von wenigen als etwa 3 Millicurie auf
weist.
21. Verfahren zum Neutralisieren einer geladenen Entla
dung, welches die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Neutralisiergehäuses mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Neutrali siergehäuses erstreckt,
Einleiten einer geladenen Entladung in den Einlaß des Neutralisiergehäuses zum Erzielen einer zum Einlaß der vom Einlaß zum Auslaß verlaufenden Längsachse parallelen Strömung und
Erzeugen eines parallel zur Längsachse verlaufenden elektrischen Wechselfelds innerhalb des Gehäuses zum abwech selnden Lenken von Bündeln negativ geladener Ionen und posi tiv geladener Ionen zum Einlaß hin, wobei diese zum Neutrali sieren der geladenen Entladung dienen.
Vorsehen eines Neutralisiergehäuses mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Neutrali siergehäuses erstreckt,
Einleiten einer geladenen Entladung in den Einlaß des Neutralisiergehäuses zum Erzielen einer zum Einlaß der vom Einlaß zum Auslaß verlaufenden Längsachse parallelen Strömung und
Erzeugen eines parallel zur Längsachse verlaufenden elektrischen Wechselfelds innerhalb des Gehäuses zum abwech selnden Lenken von Bündeln negativ geladener Ionen und posi tiv geladener Ionen zum Einlaß hin, wobei diese zum Neutrali sieren der geladenen Entladung dienen.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des
Erzeugens des elektrischen Wechselfelds innerhalb des Gehäu
ses beinhaltet:
Positionieren mehrerer Ringelektroden entlang der Längs achse und
Anlegen mehrerer Wechselspannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
Positionieren mehrerer Ringelektroden entlang der Längs achse und
Anlegen mehrerer Wechselspannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ringelektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Neutra
lisiergehäuse einen nicht leitenden rohrförmigen Abschnitt mit
einer Innenfläche aufweist und wobei der Schritt des Erzeu
gens des elektrischen Wechselfelds innerhalb des Gehäuses
weiter die folgenden Schritte beinhaltet:
Vorsehen einer Schicht aus widerstandsbehaftetem Material mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei sich die Schicht aus widerstandsbehaftetem Material entlang der Innen fläche des nichtleitenden rohrförmigen Abschnitts erstreckt, Anlegen einer Wechselspannung an das erste Ende und Erden des zweiten Endes.
Vorsehen einer Schicht aus widerstandsbehaftetem Material mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei sich die Schicht aus widerstandsbehaftetem Material entlang der Innen fläche des nichtleitenden rohrförmigen Abschnitts erstreckt, Anlegen einer Wechselspannung an das erste Ende und Erden des zweiten Endes.
24. Verfahren nach Anspruch 21, 22 oder 23, welches
weiter das Erzeugen einer sauberen Hülle zwischen der gelade
nen Entladung und dem Neutralisiergehäuse beinhaltet.
25. Neutralisiergerät, aufweisend:
ein längliches Neutralisiergehäuse mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, die darin ausgebildet sind, wobei der Einlaß zum Aufnehmen der geladenen Entladung dient, und
eine Elektrodenkonfiguration, die so arbeiten kann, daß sie innerhalb des Neutralisiergehäuses parallel zur Längs achse ein eingeschlossenes, gleichmäßiges elektrisches Wech selfeld erzeugt, das dazu dient, Bündel negativ geladener Ionen und positiv geladener Ionen abwechselnd zum Einlaß hin zu lenken, wobei diese zum Neutralisieren der geladenen Entladung dienen.
ein längliches Neutralisiergehäuse mit einer Längsachse, die sich zwischen einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, die darin ausgebildet sind, wobei der Einlaß zum Aufnehmen der geladenen Entladung dient, und
eine Elektrodenkonfiguration, die so arbeiten kann, daß sie innerhalb des Neutralisiergehäuses parallel zur Längs achse ein eingeschlossenes, gleichmäßiges elektrisches Wech selfeld erzeugt, das dazu dient, Bündel negativ geladener Ionen und positiv geladener Ionen abwechselnd zum Einlaß hin zu lenken, wobei diese zum Neutralisieren der geladenen Entladung dienen.
26. Gerät nach Anspruch 25, welches weiter eine Einrich
tung zum Erzeugen einer sauberen Hülle zwischen der geladenen
Entladung und dem Neutralisiergehäuse aufweist.
27. Gerät nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Elektroden
konfiguration aufweist:
mehrere entlang der Längsachse angeordnete Ringelektroden und
eine oder mehrere Wechselspannungsquellen zum Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ring elektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
mehrere entlang der Längsachse angeordnete Ringelektroden und
eine oder mehrere Wechselspannungsquellen zum Anlegen mehrerer Spannungen, deren Pegel sich von einer ersten Ring elektrode zu einer letzten Ringelektrode der mehreren entlang der Längsachse angeordneten Ringelektroden rampenförmig ändert.
28. Gerät nach Anspruch 25, 26 oder 27, wobei das längli
che Neutralisiergehäuse einen nichtleitenden Rohrabschnitt
mit einer Innenfläche aufweist, wobei die Elektrodenkonfigu
ration eine Schicht aus widerstandsbehaftetem Material mit
einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, die entlang der
Innenfläche des nichtleitenden Rohrabschnitts verläuft, und
wobei weiter eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist,
um eine Wechselspannung an das erste Ende anzulegen, wobei
das zweite Ende geerdet ist.
29. Gerät zum Erzeugen eines Aerosols mit einer Vorrich
tung zum Bereitstellen einer geladenen Entladung an einem
Auslaß von dieser, wobei die geladene Entladung elektrisch
geladene Tröpfchen mit einer ersten Ladung aufweist, wobei
ein Verdampfungs-Neutralisiergehäuse zum Verringern der Größe
der Tröpfchen verwendet wird und wobei das Gehäuse einen
Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei sich der Einlaß in
der Nähe des Auslasses der die geladene Entladung erzeugenden
Vorrichtung befindet.
30. Gerät nach Anspruch 29, wobei eine dem Verdampfungs-
Neutralisiergehäuse zugeordnete Elektrodenkonfiguration
innerhalb des Gehäuses ein gleichmäßiges elektrisches Feld
erzeugt, das dazu dient, einen Strom unipolarer Ionen zum
Einlaß des Gehäuses zu lenken, das sich in der Nähe des
Auslasses der die geladene Entladung bereitstellenden Vor
richtung befindet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/034,433 US5992244A (en) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | Charged particle neutralizing apparatus and method of neutralizing charged particles |
Publications (1)
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