Установка радиационной стерилизации
Владельцы патента RU 2533270:
Открытое акционерное общество "Московский радиотехнический институт Российской академии наук" (ОАО "МРТИ РАН") (RU)
Изобретение относится к области медицины и пищевой промышленности и может быть использовано для радиационной стерилизации. Установка радиационной стерилизации содержит ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде толстостенного металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов и устройство развертки пучка и который состоит из отдельных блоков, зону облучения и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, имеющей прямолинейное направление движения и содержащей блоки защиты зоны облучения и гнездо для стерилизуемых изделий между ними, верхняя и нижняя поверхности которых и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами, ориентированными так, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности и наоборот. Блоки толстостенного металлического контейнера имеют лабиринтные соединения между собой, а между ускорителем и системой развертки пучка установлен поглощающий защитный металлический экран. Предлагаемая установка радиационной стерилизации обеспечивает биологическую защиту обслуживающего персонала, а также позволяет упростить изготовление и снизить стоимость. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области медицины и пищевой промышленности. Оно может быть использовано для стерилизации медицинских инструментов, имплантируемых изделий, медицинских материалов и медицинских отходов, а также для стерилизации и пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции. Изобретение предназначено для применения на предприятиях, выпускающих медицинскую продукцию одноразового пользования, пищевую и парфюмерную продукцию, а также для применения в клиниках и больницах.
Уровень техники
Радиационная стерилизация с помощью ионизирующего излучения, создаваемого пучком ускоренных электронов, является высокопроизводительным, самым надежным и экологически чистым способом стерилизации изделий и материалов. Для радиационной стерилизации используются различные конструкции установок, каждая из которых содержит электронный ускоритель с системой развертки пучка (раструб и развертывающий магнит), транспортное устройство, биологическую защиту персонала от ионизирующего излучения. Существующие стерилизационные установки, используемые для промышленной стерилизации серийной продукции, располагаются в специальных помещениях, где защитой служат бетонные стены толщиной до 3 м. Они занимают большие производственные площади, требуют строительства специализированного помещения и больших финансовых затрат. Энергия электронов ускорителей таких установок обычно составляет величину порядка 10 МэВ. Диапазон используемых доз составляет 15-30 кГр. Известны также установки для радиационной стерилизации, имеющие "индивидуальную" биологическую защиту, которая выполнена в виде толстостенного металлического контейнера, внутри которого располагаются электронный ускоритель с системой развертки пучка и одно или несколько облучаемых изделий. Энергия электронов известных ускорителей с локальной защитой составляет величины от 5 до 8 МэВ. Диапазон используемых доз составляет 15-30 кГр. Сложной задачей при разработке установок с "индивидуальной" защитой является обеспечение допустимой дозы ионизирующего излучения снаружи защиты. В стерилизационной установке рентгеновское излучение генерируется в следующих устройствах:
- Ускоряющий резонатор, в котором теряется часть пучка в процессе ускорения;
- Раструб, в котором теряется часть пучка в процессе развертки;
- Камера облучения, в которой высаживается пучок ускоренных электронов.
Обычно мощность дозы в зоне облучения превышает мощность дозы снаружи защиты, допускаемую санитарными нормами для обслуживающего персонала, приблизительно в 107 раз. Величина мощности дозы 11,8 мкЗв/час является обязательной для постоянных рабочих мест обслуживающего персонала, где люди находятся в течение всего рабочего дня.
Наиболее близким по технической сущности является комплекс радиационной стерилизации (Мирончик Э. А., Мищенко А.В., Пироженко В.М. «Комплекс радиационной стерилизации», патент Российской Федерации N 2121369, приоритет от 22.09.97). Комплекс радиационной стерилизации, содержит ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов, устройство развертки пучка и зону облучения, и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, имеющей прямолинейное направление движения и содержащей защитные блоки и гнездо для стерилизуемых изделий между ними, причем верхняя и нижняя поверхности блоков защиты и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами, ориентированными таким образом, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности и наоборот. Стерилизуемое изделие вводится в зону облучения через окно в контейнере и проводится под устройством развертки с помощью каретки, при этом блоки защиты на каретке перекрывают окно в любой момент: во время загрузки изделия в гнездо, подачи его в зону облучения и процесса облучения. Продольные зубцы на поверхностях блоков защиты и зоны облучения значительно уменьшают ионизирующее излучение через зазоры между этими элементами и позволяют не выключать ускоритель в процессе работы установки.
Биологическая защита в виде толстостенного металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов, устройство развертки пучка и зону облучения, и транспортное устройство должны выполняться из отдельных блоков, которые позволяют устанавливать внутри контейнера ускоритель электронов и устройство развертки пучка. Соответственно между отдельными блоками существуют зазоры. Для уменьшения рентгеновского излучения через зазоры до безопасной величины для обслуживающего персонала размеры зазора между блоками не должны превышать сотые доли миллиметра при необходимой толщине блоков от 250 до 600 мм (в зависимости от положения блока относительно «земли»). При этом суммарный вес блоков будет составлять порядка 30 т. При увеличении зазора толщина блоков должна увеличиваться и соответственно увеличиваются общий вес защитного контейнера и его стоимость. К увеличению стоимости приводит также высокая точность изготовления массивных блоков, которая определяется в большой степени требованием получения минимальных зазоров между блоками.
Основная часть рентгеновского излучения в ускоряющем резонаторе генерируется в конце ускорителя электронов, в которых энергия оседающих электронов, например, при выходной энергии электронов 5 МэВ достаточно велика - до 2,3 МэВ. Вначале излучение гораздо слабее, поскольку энергия оседающих электронов меньше 0,5 МэВ. Так как пучок ускоренных электронов имеет спектр энергий, то при развертке пучка развертывающим магнитом часть электронов, имеющих более низкие энергии, высаживается на стенки раструба, что также генерирует рентгеновское излучение. Эти факты также приводят к увеличению толщины контейнера и его удорожанию. Интенсивность рентгеновского облучения увеличивается с ростом энергии электронов очень быстро. В диапазоне указанных энергий интенсивность рентгеновского излучения приблизительно пропорциональна энергии электронов в третьей степени и в направлении вперед приблизительно в 20 раз больше, чем вбок и назад. Для установки интенсивность рентгеновского облучения вперед не имеет большого значения, поскольку при обычном расположении установки на первом этаже это излучение направлено вниз, в землю. Соответственно это излучение слабо влияет на безопасность персонала.
Сущность изобретения
Актуальной проблемой в настоящее время является создание комплекса для радиационной стерилизации с помощью пучка ускоренных электронов, который мог располагаться в любом помещении предприятия без специальных строительных конструкций в виде бетонных стен толщиной до 3 м для защиты обслуживающего персонала, имел бы сравнительно низкую стоимость изготовления, минимально возможный вес защитного контейнера, высокую производительность, удобство обслуживания, возможность автоматизации производственного процесса.
Соединения между блоками металлического защитного контейнера целесообразно выполнять с лабиринтами, препятствующими прохождению рентгеновского излучения. В диапазоне энергий (5-8 МэВ) рентгеновское излучение при отражении под прямым углом ослабляется очень сильно - коэффициент отражения составляет порядка 0,01. Поэтому сложный лабиринт делать не требуется, достаточно одной ступеньки. После двух поворотов рентгеновское излучение ослабляется приблизительно в 104 раз. Для надежной защиты от рентгеновского излучения высота ступеньки в стыке между блоками должна быть, по крайней мере, в 10 раз больше возможной ширины щелей. Использование лабиринтных соединений позволит значительно расширить допуски на изготовление. Например, может быть принята допустимая ширина щелей порядка 1 мм. Тогда высота ступени в стыке между блоками может быть сделана 10-20 мм. Таким образом, введение лабиринтных соединений блоков контейнера, во-первых, исключает рентгеновское излучение через щели между блоками, и, во-вторых, позволяет упростить изготовление и снизить стоимость контейнера.
Основная часть рентгеновского излучения в ускоряющем резонаторе генерируется в нескольких последних ячейках резонатора. При развертке пучка развертывающим магнитом часть электронов, имеющих более низкие энергии, высаживается на стенки раструба, что также генерирует рентгеновское излучение. Поэтому целесообразно установить защитный поглощающий экран между системой развертки пучка и ускорителем, что существенно уменьшит рентгеновское излучение за пределами толстостенного металлического контейнера. Экран целесообразно изготавливать из свинца. Применение экрана даст возможность существенно уменьшить толщину в верхней части защиты, рассчитывая ее только для ослабления рентгеновского облучения от потерь пучка в ускорителе.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Установка радиационной стерилизации (вид сбоку).
Фиг.2 - Установка радиационной стерилизации (вид спереди).
Осуществление изобретения
Установка содержит следующие устройства:
- инжектор электронов 1;
- ускоряющий резонатор 2;
- магнит системы развертки пучка 3;
- раструб системы развертки пучка 4;
- блоки металлического контейнера 5;
- защитный металлический экран;
- защитный блок зоны облучения 7;
- транспортное устройство в виде каретки для перемещения облучаемого изделия и блоков защиты внутри металлического контейнера 8;
- облучаемое изделие 9.
Ускоритель электронов, показанный на фиг.1, содержит инжектор электронов (поз.1) и ускоряющий резонатор (поз.2). К выходному концу ускоряющего резонатора подсоединяется система развертки электронного пучка, состоящая из развертывающего магнита (поз.3) и раструба (поз 4.), расположенного так, что его широкая стенка перпендикулярна направлению движения каретки (поз.7). Электропитание инжектора электронов осуществляется от системы электропитания установки, не показанной на чертежах. В ускоряющий резонатор подается СВЧ мощность от СВЧ генератора, также не показанного на чертежах. Ускоритель помещен в толстостенный металлический контейнер, состоящий из нескольких блоков (поз.5). Толщина металлического контейнера и лабиринтная конструкция блоков, а также поглощающий защитный металлический экран (поз.6), установленный между ускоряющим резонатором и раструбом, обеспечивает величину дозы ионизирующего излучения на наружной поверхности металлического контейнера при его минимально возможной толщине, не превышающую допустимого для персонала значения. Каретка (поз.7) имеет возможность поступательного перемещения для ввода стерилизуемого изделия в зону облучения через окно в металлическом контейнере. Верхняя и нижняя поверхности блоков защиты зоны облучения (поз.8), расположенных на каретке, так же как и верхняя и нижняя поверхности окна и зоны облучения, имеют продольные зубцы. Поперечное сечение каретки и блока защиты зоны облучения показаны на фиг.2. Зубцы расположены таким образом, что зубцы на блоках защиты находятся в канавках между зубцами окна на металлическом контейнере и наоборот, причем зазор между зубчатыми поверхностями в любом положении каретки является минимальным.
При включении установки ускоритель электронов ускоряет инжектируемый пучок электронов до заданной энергии, а система развертки разворачивает пучок вдоль широкой стенки раструба (поз.4). Стерилизуемое изделие (поз.9) устанавливается в гнездо на движущую каретку между защитными блоками зоны облучения, которая входит в металлический контейнер и перемещает стерилизуемое изделие под ускорителем и устройством развертки пучка со скоростью, за которую пучок электронов облучает стерилизуемого изделие требуемой дозой облучения. После того как все стерилизуемое изделие пройдет под устройством развертки пучка и весь его объем окажется облученным, каретка возвращается в исходное положение и производится выгрузка изделия и загрузка нового. Далее цикл повторяется. Во всех положениях каретки окно в металлическом контейнере перекрыто блоками защиты зоны облучения (поз.8).
Установка радиационной стерилизации, содержащая ускоритель электронов, устройство развертки пучка, устройство биологической защиты в виде толстостенного металлического контейнера, охватывающего ускоритель электронов и устройство развертки пучка и состоящего из отдельных блоков, зону облучения и транспортное устройство, выполненное в виде каретки, имеющей прямолинейное направление движения и содержащей блоки защиты зоны облучения и гнездо для стерилизуемых изделий между ними, верхняя и нижняя поверхности которых и зоны облучения в металлическом контейнере выполнены с продольными зубцами, ориентированными так, что зубцы на одной поверхности находятся в канавках на сопрягаемой с ней поверхности и наоборот, отличающаяся тем, что блоки толстостенного металлического контейнера имеют лабиринтные соединения между собой, а между ускорителем и системой развертки пучка установлен поглощающий защитный металлический экран.
