Радиационно-технологический комплекс
Изобретение относится к области медицины, пищевой промышленности и технологии обработки различных материалов. Оно может быть использовано для стерилизации медицинских инструментов, стерилизации и пастеризации продуктов питания, а также для облучения ускоренными электронами различных материалов с целью придания им новых свойств. Радиационно-технологический комплекс включает ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, тоннель с зоной облучения и транспортное устройство, причем на боковых поверхностях тоннеля в плоскости развертки пучка расположены выемки. Транспортное устройство выполнено в виде каретки, содержащей блоки защиты и гнезда для облучаемых изделий между ними. На крайних защитных блоках каретки со стороны гнезд для облучаемых изделий расположены устройства преобразователя энергии электронного пучка. Изобретение позволяет обеспечить радиационную безопасность обслуживающего персонала, а также исключить сверхнормативное облучение стерилизуемого изделия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области медицины, пищевой промышленности и технологии обработки различных материалов. Оно может быть использовано для стерилизации медицинских инструментов, имплантируемых изделий, медицинских материалов и медицинских отходов, для стерилизации и пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции, а также для облучения ускоренными электронами различных материалов с целью придания им новых свойств. Изобретение предназначено для применения на предприятиях, выпускающих медицинскую продукцию одноразового пользования, пищевую и парфюмерную продукцию, а также на предприятиях, связанных с изготовлением и обработкой материалов.
Уровень техники
Для радиационного облучения изделий и материалов используются различные типы установок. Радиационное облучение с помощью ускоренных электронов является высокопроизводительным, надежным и экологически чистым способом обработки изделий и материалов. Каждая такая установка содержит излучатель (ускоритель электронов), транспортное устройство для подачи изделий в зону облучения, биологическую защиту персонала от ионизируещего излучения (JAMES L. HACKETT, A State of the Art Electron Beam Sterilization Facility. Radiat. Phys. Chem. Vol.52, Nos 1-6, pp.491-494. 1988). Существующие стерилизационные установки, используемые, например, для промышленной стерилизации серийной продукции, располагаются в специальных помещениях, где защитой служат бетонные стены толщиной до 2,8 м. Они занимают большие производственные площади, требуют строительства специализированного бункера и имеют высокую стоимость.
Известны также установки для радиационной стерилизации электронным пучком, имеющие локальную биологическую защиту, которая выполнена в виде толстостенного металлического контейнера, внутри которого располагаются ускоритель электронов и одно или несколько облучаемых изделий. Сложной задачей при разработке установок с локальной защитой является обеспечение допустимой дозы ионизирующего излучения наружи защиты. Обычно мощность дозы в зоне облучения превышает мощность дозы снаружи защиты, допускаемую санитарными нормами для обслуживающего персонала, приблизительно в 107 раз. Этими нормами фактически определяется толщина биологической защиты в каждом конкретном случае.
Одна из установок с локальной защитой содержит излучатель, использующий источник γ-излучения (Каушанский Д.А., Гуревич Я.А. Устройство для стерилизации медицинских изделий. Авт. свидетельство № 293387 от 28.05.1969). В ней несколько стерилизуемых изделий вводятся через окна в биологической защите, после чего окна закрываются толстостенными пробками. Каждая пробка имеет лабиринтное соединение с корпусом биологической защиты, предназначенное для уменьшения ионизирующего излучения через зазор между пробкой и корпусом. Однако лабиринтное соединение выполняет свои защитные функции только при закрытой пробке, а при ее движении зазор лабиринтом не перекрывается. В установках такого типа процесс облучения является медленным и длится несколько часов.
Наиболее близким по технической сущности является комплекс радиационной стерилизации (Мирочник Э.А., Мищенко А.В., Пироженко В.М. Комплекс радиационной стерилизации. Патент Российской Федерации № 2121369, приоритет от 22.09.97). Комплекс содержит высокочастотный ускоритель электронов и локальную биологическую защиту в виде металлического контейнера, выполненного из крупных блоков специальной формы, отливаемых из чугуна. Стерилизуемое изделие вводится в зону облучения через тоннель в металлическом контейнере с помощью транспортного устройства, где применяется каретка, которая движется прямолинейно. Каретка содержит защитные чугунные блоки, которые экранируют зону облучения изделия при ее реверсивном движении из одного крайнего положения в другое.
Актуальной проблемой в настоящее время является создание радиационно-технологического комплекса для облучения с помощью ускоренных электронов, который имел бы высокую степень биологической защиты персонала, большую производительность, надежность, удобство обслуживания и возможность автоматизации производственного процесса. Желательно, чтобы комплекс мог располагаться в любом помещении предприятия без дополнительного производства трудоемких строительных работ, необходимых для защиты обслуживающего персонала, что дает значительную финансовую экономию. На предприятиях, выпускающих медицинские изделия одноразового пользования, типичные размеры коробок с изделиями составляют 60×40×30 см, а средняя плотность упаковки - 0,1-0,2 г/см3. Для облучения такой коробки по всей глубине необходимы электроны с энергией 5-8 МэВ. При этом толщина металлической защиты составляет 50 см и более, а ее масса - 20 тонн и более. При таких параметрах создание лабиринтов для ввода стерилизуемых изделий увеличивает во много раз массу и размеры установки. Использование же пробок с лабиринтными соединениями затрудняет применение непрерывного производственного процесса стерилизации. При установке транспортных устройств в виде реверсивных кареток возникают условия, когда во время прохождения изделия под электронным пучком часть пучка попадает на боковые стенки тоннеля. Это время составляет 80-85% от цикла перемещения каретки. Известно, что при взаимодействии ускоренных электронов с материалами возникает тормозное излучение (проникающее ионизирующее излучение). В данном случае это излучение проходит через технологические зазоры между боковыми стенками тоннеля и подвижными блоками каретки и в определенной степени негативно влияет на радиационную обстановку в зоне обслуживания. В цикле перемещения каретки имеются периоды, когда она останавливается для разгрузки/загрузки изделия. В этом положении каретки одно из изделий находится в зоне облучения, где создается опасность сверхнормативного облучения электронным пучком этого изделия
Техническим результатом изобретения является комплекс радиационной стерилизации, содержащий ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, тоннель с зоной облучения и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, движущейся прямолинейно и имеющей блоки защиты и гнезда для стерилизуемых изделий между ними. Верхняя и нижняя поверхность блоков защиты и тоннеля имеют продольные зубцы, ориентированные таким образом, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности и наоборот. Стерилизуемое изделие вводится в зону облучения через тоннель в контейнере и проводится под устройством развертки с помощью каретки, при этом блоки защиты на каретке перекрывают тоннель во время загрузки изделия в гнездо, подачи его в зону облучения и процесса облучения. Продольные зубцы на поверхностях блоков защиты и тоннеля значительно уменьшают тормозное излучение через верхние и нижние зазоры между этими элементами и позволяют не выключать ускоритель на любых этапах работы установки. На боковых поверхностях тоннеля в зоне облучения изделия электронным пучком имеются выемки, а на крайних защитных блоках каретки со стороны гнезд для стерилизации изделий установлены устройства преобразователя энергии электронного пучка.
Данная конструкция позволяет сместить источник тормозного излучения от плоскости зазоров между боковыми стенками тоннеля и блоками каретки, исключив прямое излучение через зазоры, и защитить одно из изделий, находящегося в зоне стерилизации, от сверхнормативного облучения электронным пучком в период, когда каретка останавливается на разгрузку/загрузку изделия.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Радиационно-технологический комплекс, положение каретки в период облучения изделия (виды спереди и сбоку).
Фиг.2. Иллюстрация принципа уменьшения уровня тормозного излучения с помощью впадин на боковых стенках тоннеля.
Фиг.3. Радиационно-технологический комплекс положения каретки в период разгрузки-загрузки стерилизуемых изделий (вид спереди и узел устройства преобразователя электронного пучка).
Осуществление изобретения
Комплекс, показанный на фиг.1, содержит следующие основные элементы:
1. Ускоритель электронов, включающий инжектор электронов 1 и ускоряющую секцию 2.
2. Устройство развертки пучка, включающее электромагнит развертки 3 и вакуумированный раструб 4.
3. Металлический контейнер 5.
4. Тоннель 6 с выемками 15 на боковых стенках и зону облучения 7.
5. Каретка, включающая платформы 8, 9, блоки защиты 10, 11, 12 и гнезда для стерилизуемого изделия 13, 14.
Комплекс работает следующим образом. Ускоритель электронов включен на непрерывный режим работы. В крайнем положении каретки (положение "а"), показанном на фиг.3, изделие загружается в гнездо 14 на каретке. Каретка входит в тоннель металлического контейнера и проводит изделие под ускорителем электронов и устройством развертки пучка, как показано на фиг.1. Пучок электронов, выходящий из ускорителя и развернутый в плоскости, перпендикулярной направлению движения каретки, непрерывно проходит через изделие. После того как все изделие пройдет под устройством развертки пучка и весь его объем окажется облученным, каретка останавливается в другом крайнем положении (положение "б"), где производится загрузка изделия в гнездо 13. Далее каретка возвращается в свое сходное положение "а", показанное на фиг 3. При таком реверсивном движении каретки каждое изделие проходит под пучком дважды и только после этого получает нормированную дозу облучения. Во всех положениях каретки тоннель в металлическом контейнере перекрыт либо правым блоком защиты, либо левым, либо частично правым и частично левым, так что суммарная толщина защиты всегда остается неизменной и не менее допустимой. Это гарантирует защиту обслуживающего персонала от тормозного излучения во всех режимах работы комплекса, включая аварийные режимы.
Принцип уменьшения величины тормозного излучения с помощью выемок на боковых стенках тоннеля иллюстрируется фиг.2.
Между стенками тоннеля Т и блоками защиты каретки S всегда имеется технологический зазор С. Плоскость F, в которой сканирует электронный пучок, имеет треугольную форму и расположена перпендикулярно направлению движения облучаемого изделия. Часть пучков ускоренных электронов в период облучения изделия попадает на боковые поверхности тоннеля Т в плоскости зазора С и преобразуется в тормозное излучение (Фиг.2а)
Наличие выемок на боковой поверхности тоннеля приводит к смещению источника тормозного излучения относительно зазора С на величину W и значительному снижению интенсивности излучения через зазор (Фиг.2б). Электронный пучок, пролетая после выхода из раструба в воздушной среде, увеличивает свой диаметр в зависимости от энергии и пути пробега. В связи с этим ширину В и глубину W каждой выемки целесообразно устанавливать соответственно величине диаметра пучка. При отсутствии выемок основной источник тормозного излучения располагается в плоскости зазора С, что способствует распространению излучения через этот зазор за пределы контейнера.
На фиг.3 показан комплекс с кареткой, в которой на крайних защитных блоках 10, 12 со стороны гнезд 13, 14 для стерилизации изделий установлены устройства 16, 17 преобразователей энергии электронного пучка в тормозное излучение. Преобразователи выполнены, например, в виде металлической коробки, практически исключают сверхнормативное воздействие электронного пучка на стерилизуемое изделие.
1. Радиационно-технологический комплекс, содержащий ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, тоннель с зоной облучения, транспортное устройство, выполненное в виде каретки, содержащей блоки защиты и гнезда для облучаемых изделий между ними, отличающийся тем, что на боковых поверхностях тоннеля в плоскости развертки пучка расположены выемки.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что комплекс содержит устройства преобразователя энергии электронного пучка, которые расположены на крайних защитных блоках каретки со стороны гнезд для облучаемых изделий.
