СПОСОБ СТЕРИЛИЗАЦИИ И ЗАЩИТЫ ОТ ПОДДЕЛОК ПРОДУКЦИИ, РАЗМЕЩЕННОЙ В СТЕКЛЯННОЙ УПАКОВКЕ Российский патент 2002 года по МПК A61L2/08 B65B55/16 

Изобретение относится к области применения стерилизационных технологий на основе использования пучков ускоренных электронов в различных областях производства при выпуске промышленной продукции, в таких как пищевая промышленность, сельское хозяйство, медицина, фармацевтическая промышленность и т. д. , и может быть использовано для идентификации производителя продукции, размещенной в стеклянной упаковке.

Известен способ стерилизации упакованных изделий медицинского назначения, использующий сильноточный электронный пучок, который проникает через упаковку и генерирует внутри упаковки озон. Стерилизация осуществляется при облучении поглощенной дозой 10 кГр с ускоряющим напряжением до 200 кэВ (RU 2163144, A 61 L 2/08, 10.08.96). Данный способ не позволяет производить идентификацию производителя продукции и не включен в технологический цикл производства продукции.

Известен способ стерилизации перемещающихся объектов линейным резонансным ускорителем электронов ЛУЭ - 8-5В на технологической линии, выполненной в виде незамкнутой S-образной формы (В.А. Абрамян. "Промышленные ускорители электронов", М. , Энергоатомиздат, 1986, с. 207). Для размещения известного комплекса требуется большая занимаемая площадь с обеспечением требуемого уровня радиационной защиты. Способ также не обеспечивает идентификации производителя.

Известен способ стерилизации направленным пучком электронного излучения высокой энергии верхнего слоя стеклянной упаковки с содержимым, которое должно быть защищено от воздействия этого облучения (патент США 4652763, В 65 В 55/08, 24.03.87). Данный способ выбран в качестве ближайшего аналога. Согласно этому способу, энергию ускоренных электронов выбирают таким образом, чтобы учитывая материал упаковки, обеспечить на внешней поверхности обрабатываемой продукции дозу 2,5 Мрад, при которой происходит полная стерилизация обрабатываемой поверхности, и в то же время не происходит проникновения излучения во внутренний объем упаковки за счет полного поглощения излучения стенками упаковки. Указанные требования выполняются для электронного излучения с энергией ускоренных электронов в диапазоне 100-300 кэВ. При этом полное поглощение энергии излучения, например для электронов с энергией 160 кэВ, происходит в поверхностном слое стекла толщиной менее 0,1 мм и не может вызвать устойчивого изменения оптических свойств прозрачной стеклянной упаковки в видимом диапазоне (см. рис. 7 указанного патента, учитывая, что для стекла плотность равна 2,4 г/см³, а при толщине стекла 0,1 мм эквивалентная защита составляет 240 г/м²).

Известно, что устойчивое окрашивание стекла при его радиационной обработке гамма-излучением со средней энергией 1,2 МэВ (для радиационных установок с использованием Co⁶⁰) наблюдается в стеклах толщиной более 3 мм при поглощенной дозе 0,1-0,3 Мрад или (1-3)•10⁷ эрг/г (см., например, для боросиликатного стекла табл. 4.12, с. 212 "Влияние облучения на материалы и элементы электронных схем", перевод с англ. под редакцией В.Н. Быкова и С.П. Соловьева, Атомиздат, М., 1967). При этом поглощенная доза практически равномерно распределена по толщине стекла.

Устойчивое изменение оптических свойств стеклянной упаковки может быть достигнуто путем увеличения поглощенной дозы в наружном поверхностном слое стеклянной упаковки, например, за счет увеличения времени стерилизации более чем в 7 раз. Кроме этого, использование ускорителя, описанного в прототипе, обуславливает и тот существенный недостаток, что работая в стационарном режиме при высокой однородности поля ионизирующего излучения, радиационному окрашиванию подвергалась бы вся упаковка, что приводило бы к потере товарного вида продукции.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа стерилизации, заключающееся в возможности защиты от подделки продукции в стеклянной упаковке с одновременным эффектом стерилизации упаковки при повышении качества и эффективности обработки, сокращении времени обработки.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки стеклянной упаковки с продукцией, включающем стерилизацию упаковки направленным генерируемым ускорителем электронов пучком ускоренных электронов, согласно изобретению в качестве ускорителя электронов используют импульсный ускоритель электронов, который размещают на технологической линии изготовления продукции, направляют им пучок ускоренных электронов со средней энергией 0,35-0,6 МэВ на локальный участок стеклянной упаковки, одновременно изменяют оптические свойства ΔT локального участка в видимом диапазоне в форме окрашенной метки, соответствующей распределению энергии ускоренных электронов по сечению пучка, сохраняемой в течение срока хранения продукции в упаковке и задаваемой следующими параметрами:
ΔT = F(C,E_a,t₁,E_e),
где С - химический состав стекла,
Е_а - энергия восстанавливающего действия окружающей среды,
t₁ - время хранения упаковки,
Е_е - средняя энергия ускоренных электронов.

В способе обработки импульсный ускоритель электронов может быть установлен на конвейер технологической линии после наполнения стеклянной упаковки продукцией и закупоривания упаковки перед раскладкой готовой продукции в транспортировочную тару.

Согласно изобретению на выходе импульсного ускорителя электронов может быть установлен трафарет, определяющий форму окрашенной метки.

Предпочтительно окрашенную метку наносить на локальном участке, расположенном со стороны крышки стеклянной упаковки.

Окрашенная метка может быть нанесена со стороны дна упаковки.

В большинстве случаев используемые способы защиты основываются на сравнительно доступных неограниченному числу пользователей технологиях. При этом не всегда очевидными становятся различия между оригинальной и поддельной продукцией при идентификации продукции по отличительным признакам упаковки, товарным знакам, клеймам и т.д.

Способ осуществляется следующим образом.

Импульсный ускоритель электронов устанавливают на конвейер технологической линии по производству продукции, например, производству газированных напитков.

В качестве импульсного ускорителя электронов предлагается использовать импульсный малогабаритный ускоритель электронов, например, типа АРСА, со средней энергией электронов около 0,5 МэВ, значением экспозиционной дозы на мишени 3,4•10⁶ Р, длительностью импульса излучения около 10 нс и частотой следования импульсов до 2 Гц ("Применение малогабаритного ускорителя АРСА для оперативного контроля показателей стойкости элементной базы к воздействию импульсного ионизирующего излучения". С.Л. Эльяш, Л.П. Профе. Радиационная стойкость электронных систем, Научно-технический сборник, Вып. 4, М., 2001, СПЭЛС, с. 201-202).

Возможность использования частотного режима работы, наличие локальной биологической защиты, небольшие габаритные размеры (⊘250•800 мм), потребляемая мощность около 200 Вт и электромагнитная совместимость с электронным оборудованием позволяют без особых затрат встроить ускоритель данного типа в технологическую линию изготовления оригинальной продукции. При этом наличие высокого градиента поля ионизирующего излучения (до одного порядка на сантиметр) обеспечивает проведение локального окрашивания обрабатываемой части упаковки.

Подлежащие обеззараживанию стеклянные упаковки с содержимым поочередно помещают вблизи мишени импульсного ускорителя электронов и производят один или несколько импульсов. Импульсный ускоритель направляет пучок электронов со средней энергией 0,45 МэВ на выбранный локальный участок со стороны крышки. Попадание излучения на стеклянную тару приводит к ее стерилизации и одновременному окрашиванию локального участка в виде окрашиваемой метки. При этом только половина падающей энергии поглощается непосредственно крышкой толщиной 250 мкм, а оставшаяся часть поглощается в стекле упаковки под крышкой, вызывая радиационное окрашивание упаковки.

Изменение оптических свойств ΔT локального участка упаковки задают следующими параметрами:
ΔT = F(C,E_a,t₁,E_e),
где С - химический состав стекла,
Е_а - энергия восстанавливающего действия окружающей среды,
t₁ - время хранения упаковки,
Е_е - средняя энергия ускоренных электронов.

Пусть устойчивое интенсивное окрашивание стекла при его радиационной обработке гамма-излучением со средней энергией 1,2 МэВ (для радиационных установок с использованием Co⁶⁰) наблюдается в стеклах толщиной 3 мм при поглощенной дозе 0,3 Мрад. При этом поглощенная доза практически равномерно распределена по толщине стекла, т.к. слой половинного ослабления стекла для гамма-квантов с энергией 1,2 МэВ составляет около 5 см. Пусть прозрачность стекла m линейно связана с поглощенной дозой D как m = m₀+α•D. (m₀ - начальное значение коэффициента поглощения, α - коэффициент пропорциональности, связывающий изменение коэффициента поглощения стекла с поглощенной дозой излучения). Тогда, согласно закону Бугера-Ламберта, справедливо соотношение, связывающее падающую световую мощность I₀ и пропускаемую стенкой из стекла I₁ толщиной d и прозрачностью m:
I₁ = I₀•exp(-m•d) = I₀•exp(-m₀•d+α•D•d). (1)
Если поглощение излучения происходит в тонком слое стекла Δh, например, толщиной 0,1 мм, как в случае с электронным излучением с энергией электронов 160 кэВ, то для первоначально прозрачного стекла после облучения электронами с энергией 160 кэВ пропускаемая световая мощность может быть определена из соотношения:

где D_e/2 - усредненное значение поглощенной дозы по слою, т.к. на внешней поверхности слоя поглощенная доза - D_e, а на глубине Δh = 0.
Совместное решение (1) и (2) для одинакового изменения оптических свойств упаковки из стекла толщиной d при облучении гамма-квантами с энергией 1,2 МэВ и электронами с энергией 160 кэВ дает соотношение для определения поглощенной дозы, которая должна быть при этом поглощена в поверхностном слое стекла:
D_e = 2•D•d/Δh. (3)
Подставляя исходные данные D= 0,3 Мрад, d=3 мм, Δh = 0,1 мм, получаем значение D_e=18 Мрад, т.е. значение, в 7,2 раз превышающее поглощенную дозу, необходимую для проведения стерилизации.

Для средней энергии электронов около 0,5 МэВ полное поглощение излучения происходит в слое стекла толщиной более 1 мм. Поэтому для видимого окрашивания необходимое значение поглощенной дозы в стекле упаковки должно быть менее 1 Мрад, что вполне реализуемо при экспозиционной дозе падающего излучения 3,4•10⁶ Р и поглощении в крышке не более половины энергии падающего излучения.

Таким образом, расчеты показывают, что при толщине стекла 2-3 мм одновременно реализуются условия как для стерилизации, так и для радиационного окрашивания стекла.

Один из возможных вариантов компоновки ускорителя: ускоряющую трубку ускорителя размещают над конвейером мишенью вниз; упаковки с продукцией располагают на конвейере вертикально крышкой вверх, обеспечивая тем самым минимальный зазор между мишенью ускорителя и обрабатываемой поверхностью.

Импульсный ускоритель электронов устанавливают на конвейер технологической линии после наполнения стеклянной упаковки продукцией и установки крышки перед раскладкой в транспортную тару.

При этом на выходе импульсного ускорителя электронов в области мишени ускорителя может быть установлен трафарет различной конфигурации, задающий форму окрашиваемой метки.

Следующим примером осуществления способа может быть использование пучка электронов со средней энергией 0,45 МэВ, направленного на локальный участок со стороны дна стеклянной упаковки с парфюмерной жидкостью. При этом способ осуществляется как и в предыдущем примере осуществления.

Поскольку использование радиационных технологий сопряжено со сравнительно большими организационными и материальными затратами на приобретение высокотехнологичного оборудования и его эксплуатацию, быстро окупаемыми только в условиях массового производства, то для множества мелких товаропроизводителей, занимающихся подделкой оригинальной продукции, будет принципиально недоступна подделка отметок на стеклянной упаковке путем ее локального облучения. В то же время, защищая рынок от недоброкачественной продукции путем применения предложенного технического решения, крупные производители оригинальной продукции смогут покрыть свои расходы за счет средств, получаемых от увеличения объемов реализации оригинальной продукции при вытеснении с рынка фальсифицированной продукции.

Таким образом, оригинальная продукция, размещенная в стеклянной упаковке, после обработки локального участка упаковки пучком заряженных электронов при соблюдении указанных выше условий до изменения оптических свойств этого участка в видимом диапазоне, приобретает индивидуальную (отличимую от подделок) особенность - радиационное окрашивание облученного участка упаковки.

При использовании обработки продукции, размещенной в стеклянную упаковку, пучком ускоренных заряженных электронов на локальном участке для защиты от подделок следует иметь в виду следующее.

Во-первых, степень изменения оптических свойств стекла зависит от химического состава стекла, энергии ускоренных заряженных электронов и длительности облучения.

Во-вторых, при хранении происходит постепенное восстановление исходных оптических свойств стекла в зависимости от химического состава стекла, температуры окружающей среды и фотообесцвечивания под действием ультрафиолетового излучения солнечного света. Вскрытие упаковки приводит к тому, что обработанная часть стеклянной упаковки лишается защиты со стороны крышки от воздействия прямого света, что ускоряет процесс восстановления первоначальных оптических свойств (происходит фотообесцвечивание обработанного участка).

В соответствии с вышеуказанным, режим обработки продукции, размещенной в стеклянную упаковку, пучком ускоренных заряженных электронов на локальном участке для защиты от подделок (энергию ускоренных электронов и время обработки) следует выбирать таким, чтобы отличительный признак оригинальной продукции, полученный при этом, сохранялся в течение всего срока, устанавливаемого производителем оригинальной продукции.

Место нанесения метки принципиального значения не имеет, поскольку важен только факт ее наличия. Из общих соображений следует отдать предпочтение нанесению метки со стороны крышки и дна упаковки. В первом случае обеспечивается дополнительная защита самой крышкой упаковки обработанного участка от воздействия прямого света, а в последнем случае при хранении продукции в вертикальном положении обработанный участок будет дополнительно защищен боковыми поверхностями упаковки и основанием, на котором располагается упаковка с продукцией от воздействия прямых солнечных лучей, ускоряющих обесцвечивание обработанного участка.

Принципиальной особенностью радиационного окрашивания прозрачного стекла является то, что не предъявляется особых требований к его утилизации. При облучении не изменяется химический состав стекла, что снимает всякие ограничения по утилизации боя стекла и допускает возможность переработки в обычных плавильных печах для изготовления прозрачной стеклянной упаковки.

Изобретение позволяет обрабатывать стеклянные упаковки с различным содержимым пищевой промышленности, медицины, сельского хозяйства, фармацевтической и косметической продукции.

Изобретение расширяет функциональные возможности способа стерилизации пучком ускоренных электронов с обеспечением защиты от подделки продукции в стеклянной упаковке, с повышением качества и эффективности обработки и сокращением времени стерилизации.

Изобретение относится к области применения ионизирующих излучений при выпуске промышленной продукции и может быть использовано для идентификации производителя продукции в стеклянной упаковке. Способ стерилизации стеклянных упаковок с продукцией осуществляется в технологическом цикле изготовления продукции. При этом стеклянные упаковки обрабатывают пучком ускоренных электронов определенной энергии, окрашивают локальные участки упаковок, изменяя их оптические свойства в видимом диапазоне. Способ позволяет защитить от подделки продукции и повысить качество и эффективность обработки. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ стерилизации продукции, размещенной в стеклянной упаковке, включающий обработку упаковки направленным пучком ускоренных электронов, генерируемым ускорителем электронов, отличающийся тем, что в качестве ускорителя электронов используют импульсный ускоритель электронов, который размещают на технологической линии изготовления продукции, направляют генерируемый им пучок ускоренных электронов со средней энергией 0,35-0,6 МэВ на локальный участок стеклянной упаковки, одновременно изменяют оптические свойства ΔT локального участка в видимом диапазоне в форме окрашенной метки, соответствующей распределению энергии ускоренных электронов по сечению пучка, сохраняемой в течение срока хранения продукции в упаковке и задаваемой следующими параметрами:
ΔT = F(C,E_a,t₁,E_e),
где С - химический состав стекла;
Е_а - энергия восстанавливающего действия окружающей среды;
t₁ - время хранения упаковки;
Е_е - средняя энергия ускоренных электронов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсный ускоритель электронов устанавливают на конвейер технологической линии после наполнения стеклянной упаковки продукцией и закупоривания упаковки перед раскладкой готовой продукции в транспортировочную тару. 3. Способ по любому из п. 1 или 2, отличающийся тем, что на выходе импульсного ускорителя электронов может быть установлен трафарет, определяющий форму окрашенной метки. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что окрашенную метку наносят на локальном участке, расположенном со стороны крышки стеклянной упаковки. 5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что окрашенную метку наносят на локальном участке со стороны дна упаковки.