Verfahren zur Bestrahlung von Objekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung von Objekten mit Elektronen hoher Energie. Wenn Objekte, die eine gewisse Dicke aufweisen, mit Elektronen hoher Energie bestrahlt werden sollen, z. B. Speisen oder Kunststoffartikel, so zeigt es sich, dass es schwierig und manchmal unmöglich ist, allen Objektteilen die für die Bestrahlung des Objektes nötige Dosis zuzuführen, ohne dass dabei andere Teile überbestrahlt und dadurch verdorben werden, z. B. dass im Falle von Speisen die Vitamine zerstört und der Geschmack verdorben wird.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine beträchtliche Homogenität der Dosis in den zu bestrahlenden Objekten erreicht werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu bestrahlende Objekt während der Bestrahlung von einem Material umgeben wird, welches praktisch das gleiche spezifische Gewicht hat und im wesentlichen aus einer Substanz besteht, deren Mittelwert aus den Atomnummern der sie aufbauenden Elemente gleich dem Atomnummernmittelwert des zu bestrahlenden Objektes ist.
Als Hüllmaterial mit im wesentlichen gleichen spezifischen Gewicht wie das zu bestrahlende Objekt, kann z. B. Holz oder Harz verwendet werden. Oft ist das zu bestrahlende Objekt Fleisch, Fett oder Harz (Kunststoff) oder ein anderes Medium, welches bestrahlungsmässig dem Wasser gleicht, d. h. also wasserähnlichen Substanzen, welche aus Atomen mit niedrigem Atomgewicht zusammengesetzt sind. Da Wasser nicht nur leicht erhältlich, sondern auch, wie erforderlich, leicht anzuordnen und gleichzeitig sehr widerstandsfähig gegen Bestrahlung ist, wird bevorzugt, das Material (Objekt) mit Wasser zu umgeben.
Im Falle relativ dicker Objekte wird die Dosis, welche von dem, dem von der Strahlung direkt getroffenen Teil entgegengesetzten Endteil des Objektes aufgenommen wird, zu gering ausfallen, doch kann dieser Nachteil leicht dadurch behoben werden, dass ein elektronenreflektierendes Material, z. B. eine Bleiplatte, quer zum aus dem Objekt austretenden Elektronenstrahl angeordnet wird. Andere geeignete Reflexionsmaterialien sind Aluminium, Kupfer, Eisen und Wolfram.
Bei seitlich begrenztem Objekt kann der durch das erwähnte reflektierende Material erreichbare Vorteil nicht ausreichend sein, wenn das zu bestrahlende Objekt seitlich nicht von einer Materialschicht ummantelt ist, die im wesentlichen das gleiche spezifische Gewicht und ungefähr das gleiche Atomgewicht hat, wie das Objekt selbst.
Ist das Objekt, z. B. eine zylinderförmige Fleisch Konserve und wird diese zylinderförmige Büchse von einem Ende her bestrahlt, so wird sich die Strahlung in der Konserve lediglich bis in die Nähe der Zylinderfläche ausbreiten. Dementsprechend wird die vom Objekt in der Nähe der Zylindermantelfläche empfangene Dosis wesentlich niedriger sein, als die in der Nähe der Konservenachse aufgenommene Dosis. Diese Dosisverminderung ist besonders in dem Endbereich der Konserve beachtlich, welcher dem die Strahlung zuerst aufnehmenden Endbereich entgegengesetzt ist und am bemerkenswertesten, wenn Reflektoren verwendet werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Fleischkonserve mit Messlinien für die Dosis.
Fig. 2 stellt Verteilungskurven für die Dosis in der Konserve dar, nachdem diese ohne Benutzung von Mantelmaterial und Reflexionsplatte bestrahlt worden ist.
Fig. 3 zeigt die Verteilung in der Konserve, nachdem diese bei Verwendung von Mantelmaterial und Reflexionsfläche bestrahlt worden ist.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Konservenbüchse aus 0, 2-mm dickem Dosenblech und einer Höhe von 4,5 cm. Die mit Fleisch gefüllte Konservenbüchse wird in durch Pfeile 12 angegebener Richtung mit einem Elek tronenstrahl von 13 MeV bestrahlt. Zur Bestimmung der von einzelnen Teilen der Fleischmasse empfangenen Dosis sind in regelmässigen Abständen Messtreifen 18 eingelegt. Die Konservenbüchse ist während der Bestrahlung von einer 4,3 cm dicken Wasserschicht ringsherum umgeben. Während eines Versuches ist unter dem Boden der Konservenbüchse ein Reflektor 11 gesetzt. Dazu wurde ein Vergleichsversuch durchgeführt, bei welchem die Konserve ohne Reflektor von Luft umgeben war.
Auf Grund der Versuche wurden die Kurven in Fig. 2 und 3 gezeichnet. In diesen Zeichnungen sind als Abszisse die Abstände auf dem Durchmesser der zylindrischen Fleischkonserve und als Ordinate die Dosis in korrespondierenden Punkten auf jedem der Messstreifen 1-8 aufgetragen, welche Messtreifen in verschiedenen Abständen von der bestrahlten Fläche der Konserve angeordnet sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 2 zeigt die relativen Dosiswerte, die sich in der bestrahlten Konserve ergeben, wenn diese von Luft umgeben ist und unter ihrem Boden kein Reflektor 11 angeordnet ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, zeigen die oberen Schichten in der Konserve, die durch die Streifen 1 aI gekennzeichnet sind, eine relativ gleichmässige Verteilung der Dosis längs des Konservendurchmessers. Diese Dosis nimmt etwas mit dem Eindringen der Strahlung in die Konserve von der Schicht 1 bis zur Schicht 4 zu, es muss jedoch bemerkt werden, dass diese Dosis schwankungen keinen praktischen Einfluss auf eine wirksame Sterilisation haben.
Die Kurve, welche in der dem Messtreifen 5 zugeordneten Schicht empfangenen Dosis entspricht, ist im wesentlichen ebenfalls noch zufriedenstellend, wenn sich auch bereits eine bestimmte Überdosierung in der Mitte der Konserve bemerkbar macht.
In der dem Messtreifen 7 zugeordneten Schicht ist die maximale Dosis in der Mitte der Konserve noch befriedigend, während hier das Fleisch an den Wandpartien beachtlich unterbestrahlt ist.
Die Unterbestrahlung in der dem Messtreifen 8 zugeordneten Schicht ist über den ganzen Konservendurchmesser beachtlich, und das hat zur Folge, dass die Bestrahlung im ganzen nicht ihren Zweck erfüllt hat.
Fig. 3 zeigt die bestimmten relativen Dosiswerte, wenn die Konserve während der Bestrahlung vom Wasser umgeben und unter ihrem Boden ein Reflektor vorgesehen ist. Es ist ersichtlich, dass die Ungleichmässigkeit der von den Schichten 5, 6, 7 und 8 empfangenen Dosis vollkommen beseitigt ist, da die Kurven nunmehr mit der Tangente an die Kurve 5, bzw. mit den Kurven 4, 3 und 1 der Fig. 2 zusammenfallen. Die Bestrahlung kann in diesem für praktische Zwecke als gleichmässig und zufriedenstellend betrachtet werden.
Wenn die Bestrahlung an einer von Wasser umgebenen Konservendose jedoch ohne Benutzung eines Reflektors durchgeführt wird, so verlaufen die Kurven 1-7 gleich den in Fig. 3 gezeigten Kurven, während die Kurve für die Schicht 8 eine Gerade sein wird, die der Tangente an die Kurve 8 der Fig. 2 entspricht. In diesem Falle tritt eine Unterbestrahlung in Nähe des Konservenbodens auf. Dies ist davon abhängig, welche Maximal- und Minimaldosis zulässig ist. In manchen Fällen kann eine Bestrahlung ohne Reflektor zufriedenstellende Resultate ergeben, und zwar dann, wenn entweder nur eine dünne Fleischschicht vorliegt, oder wenn die Konserve in zwei Stufen, einmal von oben und dann von unten, oder wenn die Konserve gleichzeitig von oben und unten bestrahlt wird.
Wesentlich ist, dass die beobachtete Unterdosis in Nähe der Dosenwände durch Umhüllen der Konserve mit einem Material, welches praktisch das gleiche spezifische Gewicht und aus dem gleichen Stoff besteht wie der wesentlichste Bestandteil des Konserveninhaltes hat, vermieden wird.
Method for irradiating objects
The invention relates to a method for irradiating objects with high-energy electrons. When objects that have a certain thickness are to be irradiated with electrons of high energy, e.g. B. food or plastic items, it turns out that it is difficult and sometimes impossible to supply all parts of the object with the dose required for irradiating the object without over-irradiating other parts and thereby spoiling them, e.g. B. that in the case of food the vitamins are destroyed and the taste is spoiled.
The purpose of the invention is to provide a method with which a considerable homogeneity of the dose can be achieved in the objects to be irradiated.
The method according to the invention is characterized in that the object to be irradiated is surrounded during the irradiation by a material which has practically the same specific gravity and essentially consists of a substance whose mean value from the atomic numbers of the elements that make it up is equal to the atomic number mean value of the to irradiating object is.
As a covering material with essentially the same specific weight as the object to be irradiated, z. B. wood or resin can be used. Often the object to be irradiated is meat, fat or resin (plastic) or some other medium that is similar to water in terms of irradiation, i.e. H. thus water-like substances, which are composed of atoms with a low atomic weight. Since water is not only readily available, but also, if necessary, easy to arrange and at the same time very resistant to radiation, it is preferred to surround the material (object) with water.
In the case of relatively thick objects, the dose received by the end part of the object opposite the part directly struck by the radiation will be too low, but this disadvantage can easily be remedied by using an electron-reflecting material, e.g. B. a lead plate, is arranged transversely to the electron beam emerging from the object. Other suitable reflective materials are aluminum, copper, iron and tungsten.
In the case of a laterally limited object, the advantage that can be achieved by the aforementioned reflective material may not be sufficient if the object to be irradiated is not laterally encased by a material layer that has essentially the same specific weight and approximately the same atomic weight as the object itself.
Is the object, e.g. B. a cylindrical meat can and if this cylindrical can is irradiated from one end, the radiation in the can will only propagate to the vicinity of the cylinder surface. Accordingly, the dose received by the object in the vicinity of the cylinder jacket surface will be significantly lower than the dose received in the vicinity of the can axis. This dose reduction is particularly noticeable in the end region of the can which is opposite to the end region which first receives the radiation, and is most noticeable when reflectors are used.
In the following an embodiment of the invention is described in more detail with reference to drawings.
Fig. 1 shows a canned meat with measuring lines for the dose.
FIG. 2 shows distribution curves for the dose in the can after it has been irradiated without using the jacket material and reflection plate.
FIG. 3 shows the distribution in the can after it has been irradiated using the jacket material and reflective surface.
Fig. 1 shows schematically a can made of 0.2 mm thick tin and a height of 4.5 cm. The tin can filled with meat is irradiated in the direction indicated by arrows 12 with an electron beam of 13 MeV. To determine the dose received by individual parts of the meat mass, measuring strips 18 are inserted at regular intervals. The tin can is surrounded by a 4.3 cm thick layer of water all around during irradiation. During an experiment, a reflector 11 is placed under the bottom of the tin can. For this purpose, a comparative experiment was carried out in which the can was surrounded by air without a reflector.
The curves in FIGS. 2 and 3 were drawn on the basis of the tests. In these drawings, the distances on the diameter of the cylindrical canned meat are plotted as the abscissa and the dose in corresponding points on each of the measuring strips 1-8 as the ordinate, which measuring strips are arranged at different distances from the irradiated surface of the can, as shown in Fig. 1 is shown.
FIG. 2 shows the relative dose values which result in the irradiated can when it is surrounded by air and no reflector 11 is arranged under its base. As can be seen from the drawing, the upper layers in the can, which are identified by the stripes 1 aI, show a relatively even distribution of the dose along the diameter of the can. This dose increases somewhat with the penetration of radiation into the can from layer 1 to layer 4, but it must be noted that these dose fluctuations have no practical influence on effective sterilization.
The curve which corresponds to the dose received in the slice assigned to the measuring strip 5 is also essentially still satisfactory, even if a certain overdosage is already noticeable in the middle of the can.
In the layer assigned to the measuring strip 7, the maximum dose in the middle of the can is still satisfactory, while here the meat on the wall parts is considerably under-irradiated.
The under-irradiation in the layer assigned to the measuring strip 8 is considerable over the entire diameter of the can, and this has the consequence that the irradiation as a whole has not served its purpose.
3 shows the relative dose values determined when the can is surrounded by water during irradiation and a reflector is provided under its bottom. It can be seen that the unevenness of the dose received by the layers 5, 6, 7 and 8 has been completely eliminated, since the curves are now tangent to curve 5 and curves 4, 3 and 1 of FIG coincide. The irradiation in this can be regarded as uniform and satisfactory for practical purposes.
If the irradiation is carried out on a tin can surrounded by water but without the use of a reflector, the curves 1-7 run the same as the curves shown in FIG. 3, while the curve for the layer 8 will be a straight line which is the tangent to the Curve 8 of FIG. 2 corresponds. In this case, under-irradiation occurs near the bottom of the can. This depends on which maximum and minimum dose is permitted. In some cases, irradiation without a reflector can give satisfactory results, either when there is only a thin layer of meat, or when the can is in two stages, once from above and then from below, or when the can is irradiated from above and below at the same time becomes.
It is essential that the observed under-dose in the vicinity of the can walls is avoided by wrapping the can with a material which has practically the same specific weight and consists of the same substance as the most essential component of the contents of the can.