СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПЛЕКСОВ РАДИАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2013 года по МПК A61L2/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины, пищевой промышленности и технологии обработки различных материалов. Она может быть использована для стерилизации медицинских материалов, имплантируемых изделий, медицинских инструментов и медицинских отходов, для стерилизации и пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции, а также для обработки ускоренными электронами различных материалов с целью придания им новых свойств. Изобретение предназначено для применения в предприятиях, выпускающих медицинскую продукцию одноразового пользования, пищевую и парфюмерную продукцию, а также на предприятиях, связанных с изготовлением и обработкой материалов.

Уровень техники

Для радиационной обработки объектов используются различные источники излучения. Наибольшее развитие получил способ радиационной обработки ускоренными электронными пучками, как наиболее надежный высокопроизводительный и экологически чистый. Радиационная обработка на промышленных предприятиях производится на специальных производственных комплексах радиационной обработки. Каждый производственный комплекс радиационной обработки такого типа состоит из излучателя (высокочастотного ускорителя электронов) с устройством развертки электронного пучка в одной плоскости, находящейся в стационарном положении, зоны облучения, радиационной защиты от тормозного излучения ускорителя и из зоны облучения, а также транспортной системы для перемещения объектов обработки через зону облучения.

Наиболее крупные производственные комплексы радиационной обработки с энергией от 10 МэВ и выше и средней мощностью пучка от 10 кВт располагаются в бетонных бункерах. Транспортировка объектов в этих бункерах к зоне облучения осуществляется через лабиринтные каналы, которые предназначены снижать мощность дозы тормозного излучения из бункера до допустимой величины. По конструктивным особенностям на этих конвейерах объекты обработки располагаются с некоторыми промежуткоми друг от друга.

Наиболее близкими примерами таких транспортных систем можно считать:

1. Стандарты МАГАТЭ. IAEA Safety Standards. Radiation Safety of Gamma, Electron and X Ray Irradiation Facilities. Specific Safety Guide. No.SSG-8. FIG.4.

2. IMPEJA Ускорители |IOTRON Industries Canada/USA Inc.| Quality Electron Beam Service. http/www.iotron.com/impela-accelerators/

3. Комплекс Московского Радиотехнического Института Российской Академии Наук. Промышленная стерилизационная установка "Стерус-1" http:/www.mrtiran.ru.

При таких транспортных системах, двигающихся с постоянной скоростью, электронный пучок, развернутый в одной плоскости и стационарном положении этой плоскости, используется эффективно только при прохождении собственно объекта через зону облучения, а при прохождении промежутка между объектами пучок используется неэффективно, так как поглощается конвейером и радиационной защитой (Фиг.1). Скорость конвейера с объектом обработки и, соответственно, скорость облучения зависит от длины объекта обработки L и времени облучения Tоб. Время облучения Tоб, за которое объект должен получить нормированную дозу, устанавливается, в основном, исходя из параметров пучка (энергия, средняя мощность) и параметров объекта (плотность материала, толщина объекта). Для объектов конкретного вида время облучения является величиной постоянной. Скорость конвейера и скорость облучения составляют Vк1=Vоб=L/Tоб. Время цикла облучения, за которое объект проходит расстояние L и S составляет Tц1=(L+S)/Vк1.

Наибольшее распространение в промышленности получили производственные комплексы радиационной обработки с энергией пучка 5-7 МэВ и средней мощностью до 3 кВт. Эти комплексы, как правило, имеют индивидуальную радиационную защиту, внутри которой находится высокочастотный линейный ускоритель электронов с устройство развертки электронного пучка в одной плоскости, тоннель, зону облучения и транспортную систему для перемещения объектов обработки по тоннелю через зону облучения. Конкретным примером такого комплекса является комплекс I-Ax Technologies Radiation Processing http:/www.iaxtech.com/more.html, на который имеется патент США. Stirling Andrew J. Hare Gerald E Irradiation Apparatus for Production Line Use. US Patent 6,191,424. Filing date 02.20.1998. В этой транспортной системе, выполненной в виде конвейера, объекты обработки также двигаются с постоянной скоростью и располагаются с определенными промежутками друг от друга. Это объясняется тем, что в промежутках между объектами обработки установлены элементы радиационной защиты (экраны) из металла, которые снижают до допустимой величины тормозное излучение из зоны облучения вдоль тоннеля. При такой транспортной системе, двигающейся с постоянной скоростью, электронный пучок используется эффективно только при прохождении объекта обработки через зону облучения, а во время перемещения через зону облучения промежутка между объектами, где установлены элементы радиационной защиты, пучок используется неэффективно, так как поглощается элементами радиационной защиты (экранами). По информации авторов разработки эффективное использование электронного пучка составляет 25-50% (www.mevex.com/does/Scorpio.pdf).

Актуальной проблемой в технике радиационной обработки остается создание высокопроизводительных комплексов радиационной обработки, в которых электронный пучок используется только для облучения объектов обработки.

Раскрытие изобретения

Задача повышения эффективности использования электронного пучка в комплексах радиационной обработки может быть решена способом практического исключения или значительного сокращения времени облучения промежутков между объектами на конвейере. Это достигается путем поворота плоскости развертки электронного пучка вдоль конвейера относительно оси ускорителя (Фиг.2). Угол поворота определяется расстоянием от центра поворота плоскости развернутого пучка до плоскости конвейера и расстоянием между смежными объектами обработки.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. Схема облучения объектов при стационарном положении плоскости развертки электронного пучка.

Фиг.2. Схема облучения объектов при повороте плоскости развертки электронного пучка.

Осуществление изобретения

Способ повышения производительности комплексов радиационной обработки может быть реализован путем управления поворотом плоскости развертки электронного пучка. (Фиг.2). Конвейер работает с постоянной скоростью. При приближении объекта обработки, расположенного на конвейере, к оси ускорителя на расстояние равное половине промежутка между объектами (S/2) плоскость развертки пучка поворачивается к переднему краю объекта обработки навстречу направления движения конвейера в положение "Начало облучения". При дальнейшем перемещении объекта на конвейере начинается облучение объекта, а плоскость развертки пучка поворачивается с постоянной скоростью, следуя за объектом, в направлении движения конвейера до положения "Конец облучения". Далее плоскость развертки пучка поворачивается в положение "Начало облучения" и цикл облучения повторяется. Поворот плоскости развертки электронного пучка из положения "Конец облучения" в положение "Начало облучения" практически должно происходить с технически возможной максимальной скоростью или мгновенно. Таким образом, из цикла обработки объектов на конвейере фактически исключается время облучение промежутка между объектами. За время облучения Tоб объект получает нормированную дозу. Объект на конвейере за время цикла обработки проходит с постоянной скоростью путь, равный длине объекта облучения L и длине промежутка между объектами облучения S. Плоскость развертки пучка при повороте за время цикла обработки проходит с постоянной скоростью путь, равный длине промежутку между объектами S.

Скорость движения конвейера составляет Vк2=(L+S)/Tоб.

Скорость поворота плоскости развертки пучка при движении вдоль движения конвейера составляет Vп=S/Tоб.

Скорость облучения объекта не изменяется и составляет Vоб=Vк2-Vп=(L+S)/Tоб-S/Tоб=L/Tоб.

Способ исключения или значительного сокращения времени облучения промежутка между объектами из цикла обработки объектов приводит к необходимости повышения скорости конвейера относительно скорости облучения объекта (Vк2>Vк1). За цикл обработки объект проходит расстояние L и S при скорости конвейера Vк2. Время цикла обработки, при этом, составляет Tц2=(L+S)/Vк2. Таким образом, повышение скорости конвейера и, соответственно, уменьшение времени цикла обработки позволяет повысить производительность комплексов радиационной обработки в 1.5-2 раза.

Согласованные движения конвейера и поворота плоскости развертки электронного пучка, а так же изменения режимов их работы определяются специальным алгоритмом, который реализуется с помощью системы автоматического управления. С этой целью конвейер, например, может быть оборудован сервоприводом с энкодером, позволяющим определять линейное положение объектов обработки на конвейере относительно оси ускорителя. Возможно применение других приводов и систем определения положения объектов обработки на конвейере.

Использование: для обработки ускоренными электронами различных материалов. Сущность заключается в том, что плоскость развертки электронного пучка поворачивается относительно оси ускорителя вдоль направления движения конвейера для исключения времени облучения промежутков между объектами, расположенных на конвейере. Технический результат: повышение эффективности использования электронного пучка. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения производительности комплексов радиационной обработки, в каждый из которых включены излучатель (высокочастотный ускоритель электронов) с устройством развертки электронного пучка в одной плоскости, зона облучения, радиационная защита от ионизирующего излучения от ускорителя и из зоны облучения, а также транспортная система конвейерного типа для перемещения с постоянной скоростью объектов обработки, расположенных на конвейере с определенными промежутками друг от друга, через зону облучения, отличающийся тем, что плоскость развертки электронного пучка поворачивается относительно оси ускорителя вдоль направления движения конвейера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поворот плоскости развертки электронного пучка относительно оси ускорителя из положения "Конец облучения" объекта в положение "Начало облучения" объекта на участке промежутка между смежными объектами обработки производится с технически возможной максимальной скоростью за весьма короткий промежуток времени.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поворот плоскости развертки электронного пучка из положения "Начало облучения" объекта в положение "Конец облучения" объекта на участке между смежными объектами обработки производится с постоянной скоростью во время прохождения объекта обработки под электронным пучком через зону облучения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что согласованные движения конвейера и поворота плоскости развертки электронного пучка, а также изменения режимов их работы определяются специальным алгоритмом, который реализуется с помощью системы автоматического управления.