CN102293192A - 利用x射线杀虫灭菌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于辐照加工技术领域，具体涉及一种X射线辐射源，利用它进行杀虫灭菌。X射线是由高能X射线辐照设备中的X射线管产生的，它具有辐射能量高、穿透力强、温升＜2℃、无毒、无残留、无污染、投资少、易防护、使用灵活方便等特点。X射线与生物体相互作用时，引起一系列物理效应、化学效应和生物学效应，起到杀灭微生物和害虫的作用。是辐照加工行业继r射线辐射源和电子束后一种新的辐射源。辐照加工时，根据不同微生物和害虫所需的致死剂量，选择不同的辐射强度、辐射方式和辐射源到被辐照物间的距离及辐照时间等。广泛应用在工农业、交通、医疗卫生、食品、材料、环保、军事、文化、商检等行业。

Description

利用X射线杀虫灭菌的方法

技术领域

本发明属于辐照加工技术领域，具体涉及一种X射线辐射源。

利用放射性核素(钴-60、铯-137等)、电子束、X射线等辐射源，对生物体或材料进行辐照加工是基于高新技术的新兴产业。所谓辐照加工，就是利用电离辐射与物质相互作用的物理效应、化学效应和生物学效应，对物质进行加工处理的过程。

背景技术

多年来，X射线一直被应用于工业探伤和医疗诊断，追求的都是透视、摄影的清晰度。在工业探伤方面，利用X射线穿过机器零部件或材料时，其完好部位的强度与裂纹或气孔部位的强度有着显著差别的特点，于是在照相底片上留下与裂纹或气孔形状和大小一致的影像。主要用来发现材料内部缺陷和零部件及焊缝的内部缺陷，评价材料或制品的质量，从而防止因材料内部缺陷或加工不良而引起重大事故的发生。

根据X射线能使某些物质起光化学作用的原理。在一种透明片基的两面涂上一层溴化银感光乳剂所制成的X射线胶片，经X射线照射后形成潜影。再经过化学显影，溴化银变成黑色的金属银，未感光的溴化银则被定影液溶解掉。随着X射线能量不同，溴化银微粒的感光程度也不同，因而可以得到不同衬度的底片。X射线探伤就是利用X射线这一生化作用，使被检工件的缺陷的影像显示在底片上，给工业质量检验提供依据。

X射线在医学上的诊断，与工业探伤大同小异。也是利用X射线的穿透作用和荧光作用原理。由于人体各种组织器官的密度、厚度不同，对X射线的透过程度也各不一样。当X射线穿过人体组织到达荧光屏时，便显示出深浅不同的阴影。例如，X射线的胸部透视，两肺野充满气体，透过的X射线多，而心脏透过的X射线少，在荧光屏上便形成了黑白分明的器官影像。若肺内有空洞，则在该部位可见一透明环影；肺内有炎症，则呈斑片状阴影；肺内肿瘤大多数呈包块状影像。透视还可观察器官的活动情况，如心脏大血管的脉动、膈肌的运动和胃肠的蠕动等。这些可对疾病的诊断提供很有价值的依据。另外，还可适当转动病人，获得多方位的观察，了解病变的空间关系。在实际应用中，肺部疾患、胸膜膈肌的改变、心脏大血管轮廓和博动的观察、骨折和改变显著的疾病、腹部的气腹和肠梗阻等，都可以用透视进行观察。还可视情况对疾患部位结合摄影(点片)进行检查。为医生诊断患者疾病提供依据。

在利用X射线的过程中，人们早就发现X射线对生物体有损伤作用，在工业系统从事X射线探伤的人员和医疗系统从事放射科工作的医务人员以及制造X射线探伤机器的人员，由于长期接受X射线照射，往往发生毛发脱落、疲倦、恶心、白血球降低和眼痛等病症。有的因接受X射线过量引起皮肤烧伤、不育、消化不良和眼结膜炎等，甚至诱发癌症。这些都是因为X射线电离辐射所致，正由于X射线穿透物质的作用和生物学效应，致伤生物体。过去人们一直把X射线作为一种职业病危害而加以防护，力求将X射线的辐射剂量控制在最小范围内。

如果我们把X射线辐照剂量加大，让它作用在有害微生物和害虫身上，令其致死，起到杀虫灭菌的效果，服务于人类，那X射线杀灭生物体的意义就是正面的了，就是一种新的技术，辐照加工技术领域就多了一种辐射源。

在辐照加工技术领域，人们普遍使用放射性同位素钴-60、铯-137等产生的r射线和电子加速器，即以放射性核素和电子束源为辐射源，对生物体等物质进行辐照加工，使用最多的是钴-60r射线源。

r射线辐射源能量高，穿透力强，可照射厚物品，吸收剂量均匀。但源价昂贵，需要定期补充，辐照加工成本高，防护难，投资大。建造一座钴-60r射线辐照源站，耗资数以千万计，又需要较为复杂的传输系统和防护源井等。特别是r射线辐射源时时刻刻不停地向四面八方辐射，并在日以继夜地发生放射性衰变。所以，不管使用于否，r射线的可使用时间都在不断减少，它的利用率低。

r射线辐射源站不能移动，被辐照物运来运去，加大了辐照费用。一个20万居里的钴-60源站年运行费用最低也需一百多万元人民币。由于r射线源的放射性衰变不受人为因素控制，其放射性活度随着时间变化不停地减少，即r射线辐射源的辐射强度是不断变化的。因此，即使辐照同一种物质，如果相隔了一段时间，也必须重新选取辐照时间等参数。

电子束辐射源穿透力弱，适于辐照薄层物品，产品中吸收剂量均匀性较差，一台平均束流功率4.2KW的电子加速器售价约1000万元人民币，且维护难度大，每年运行费用需一百万元左右。

截至目前为止，尚无人将X射线应用在辐照加工技术领域。

发明内容

本发明是利用X射线辐射源进行辐照加工，起到杀虫灭菌的效果。

X射线是由高能X射线辐照设备中的X射线管产生的，照射量率达4Gy-500KGy/h。X射线管在高真空状态下，加热阴极所发出的电子流在高压电场中加速获得较高的能量。高速运动的电子轰击由原子序数较高的元素钨(或铝、金、铂等)做成的靶极，受到靶极原子核电场的作用而被阻，从而产生轫致辐射或阻滞辐射，即X射线。X射线本质上与可见光、电磁波一样，都是电磁辐射。X射线来自核外电子的相互作用，产生轫致辐射或X射线，为直线扫描射束。X射线是一种光子，即不带正电荷，也不带负电荷，静止质量为零。

电磁辐射又称为波辐射，是指由高频电场和磁场产生的辐射，这类辐射是以电场和磁场交变振荡的方式穿过物质和空间过程，本质上是电磁波。X射线(波长10^-6-10^-10cm)是一种比紫外线波长更短，能量(30keV-10⁴keV)更高的电磁波，是一种电磁辐射。

X射线与物质相互作用产生物理效应、化学效应和生物学效应，起到杀灭有害微生物和害虫的作用。电离辐射是致害因子。

电离辐射的直接作用是指X射线直接将能量传递给生物分子，引起电离和激发，导致分子结构的改变和生物活性的丧失。X射线对生物分子的作用是随机的，但生物分子在吸收辐射能量后所形成的损伤往往局限于分子的一定部位或者较弱的化学键上。这是由于在特定的分子结构中能量传递有一定的趋向和能量沉积不均匀所致。

X射线首先作用于水，引起水分子的活化和自由基的生成，然后通过自由基再作用于生物分子，引起胶体等的断链、裂解，最后的结果是造成生物的损伤，发生细胞的异常代谢和死亡，这样的作用方式称为间接作用。

辐射生物学效应的本质在于杀伤那些对辐射敏感的细胞，随着被辐射细胞吸收剂量的增加，损伤达到致死的效应。

X射线穿透力强，辐射量大，是紫外线的几千倍，可辐照加工厚物品；照射剂量分布均匀又依需可调。每台X射线辐照设备造价30万至120万元人民币，仅为r射线的十几分之一。而每年运行费用约30万元人民币，维护费用仅需几万元人民币。所以说，采用X射线辐射源进行辐照加工，解决了长期以来困扰辐照加工行业建站投资大、运行成本高、维护费用高、推广普及速度慢和辐射源不可移动、使用不方便等问题。X射线辐射源是继放射性核素(钴-60、铯-137等)和电子加速器后的一种独具特点的理想辐射源。大功率X射线辐照设备是实现X射线杀虫灭菌的保障。

X射线辐射源具有下列特点：

1、采用X射线辐射源进行辐照加工，由于温升小于2℃，所以是一种“冷加工”或说“冷处理”。由于辐照加工过程中产生的热量少，因此能够保持被杀虫灭菌的食品原有的风味和新鲜度，又营养成份不受破坏。

近来年，一些图书馆、档案馆、博物馆一直在呼吁，其书籍、档案、展品、藏品、动植物标本、字画等面临着严重虫蛀和霉变而又没有适当有效的杀虫灭菌之法。采用X射线辐射源杀虫灭菌是最佳选择。

2、采用X射线辐射源进行杀虫灭菌，就食品而言，不需添加任何添加剂，也不会感生放射性，更没有毒性物质生成，没有致癌物质生成，没有射线残留，没有辐解现象发生，更不污染环境。

3、X射线辐射源能量高，穿透力强，能够对予先包装好的食品、药品等被辐照物由表及里的均匀而深入的进行辐照加工，是一种新的简便易行的杀虫灭菌处理方法和检疫措施。

4、采用X射线辐射源进行辐照加工，比r射线辐射源和电子束源等辐照方法成本低，适应性好。X射线辐照设备较轻便，易于移动，可随时将辐照设备运往并安装在辐照加工现场，使用灵活方便，不必将大量被辐照物运来运去，辐照费用低。

5、X射线辐射源易于控制，只有在接通电源时，打开X射线辐照设备的开关，才产生X射线，并可随时根据被辐照物的不同吸收剂量要求调整X射线辐射源的辐射强度。当不工作时，关掉X射线辐照设备开关，X射线辐射源便停止发射X射线，即安全又节省能源。X射线辐射源适合进行规模化、连续化辐照加工。

6、采用X射线辐射源进行辐射杀虫灭菌，能够彻底杀灭令食品腐败变质的各种有害微生物，能够彻底杀灭蛀入果实、粮食和食品内部的全部害虫。辐照工艺简单。有些辐照加工还可以取消一些食品的冷藏问题。

7、X射线辐射源应用范围很广，可广泛应用于工农业生产、交通、食品、医药卫生、环境保护、材料、军事、文化、商检等诸多行业的辐照加工，适合对各种各样、形状不同、大小不一、厚薄不等、包装与未包装的被辐照物进行杀虫灭菌。

附图说明

附图为X射线辐射源杀灭微生物和害虫工作原理。

图中1为X射线辐射源，2为防止X射线泄漏的防护装置，3为X射线束，4为被辐照物，5为被辐照物上的微生物和害虫，6为执行机构。

辐射源(以产生X射线的X射线管的焦点计算)到被辐照物的距离称为焦物距。由于X射线剂量与距离平方成反比，因此，焦物距越小，辐射强度越大，杀伤力越强，但X射线锥形束所照射的被辐照物也少。但焦物距大，X射线被空气吸收多，辐射剂量降低。因此，辐照加工时要综合考虑致死剂量、焦物距、照射率、辐照时间等多种因素。

具体实施方式

X射线辐射源适用于杀灭各种害虫，如杀灭粮食、油料害虫，也能杀灭畜产品、水产品、中草药、中西成药、烟草及烟草制品、干鲜水果及其制品、干鲜蔬菜及其制品、竹木及其制品、毛棉及其制品、皮革及其制品、图书档案、博物馆展品和藏品、动植物标本、纸及其制品等中的害虫。并能杀灭衣物、被褥、地毯等生活用品中的螨虫等害虫。

采用X射线辐射源进行辐照加工来防治虫害，可以全部杀死虫卵和幼虫，又令成虫不育或死亡，使粮食油料和一些食品中的害虫断子绝孙。这是因为X射线与生物机体的作用，可使其发生一系列的生物化学变化，这种变化直接影响生物有机体的新陈代谢和生命活动。当生物体内X射线积累到一定剂量时，使机体遭到损伤，直至死亡。各种生物体对X射线的敏感性是不同的，生物体组织结构愈复杂，愈进化，愈高等，对X射线愈敏感。例如，高等哺乳动物的致死剂量为6Gy(戈瑞)，而低等动物变形虫的致死剂量则需1000Gy。杀灭微生物则需几百几千到几万Gy；杀灭昆虫需几十到几百Gy，或更多才能杀死。不同种类的昆虫，同一种昆虫的不同生育期，不同性别，对X射线的敏感性也不同。卵、幼虫、蛹、成虫是昆虫生长发育过程中连续进行的不同变态时期，昆虫在不同的变态时期有其不同的细胞代谢和生殖生理特性。而这些特性又随着生理状况不断地变化着，如谷象的X射线致死剂量：卵为40Gy、幼虫为50Gy、蛹为112Gy、成虫致死剂量为153-205Gy，成虫不育剂量为80-100Gy；赤拟谷盗的X射线致死剂量：卵为109Gy、幼虫为105Gy、蛹为250Gy、成虫为212-345Gy，成虫不育剂量为200Gy。而寄生在猪肉中的旋毛线虫，可致人旋毛线虫病，辐射80Gy，可使第一代幼虫不育，150Gy可防止幼虫自毛囊脱出，300Gy就可保证新鲜猪肉内无活的旋毛线虫存在。

辐射敏感性与细胞的繁殖活动性成正比，与它们的分化程度成反比，因此处于不同发育期的昆虫具有不同的辐射敏感性。昆虫以卵期对X射线辐射最敏感，其次是幼虫，最耐辐射的是成虫。而成虫的性腺细胞对X射线辐射是敏感的，所以，较低剂量即可引起雄虫绝育。雄虫绝育技术是现代害虫防治的一项行之有效的技术。雄虫辐射绝育，通常用辐射源照射将羽化成虫的蛹比较合适，照射过的蛹发育成雄虫性功能正常，把它们分批释放到自然群体中去，与正常的雌虫交配，雌虫产生不育的卵，连续几代，这种害虫的总数将迅速减少，直至灭亡。一般杀灭田间害虫采用这种方法。而仓储粮食害虫，可直接杀死成虫，又可采用杀灭虫卵的方法，杀灭虫卵的办法成本最低。显然，为了降低成本，所以不一定要采取成虫致死剂量，可以采用缓期致死或不育剂量。例如，锯谷盗的致死剂量为206Gy，而不育剂量仅为100-158Gy；苹果囊娥的死亡剂量为250Gy，而不育剂量仅为177Gy。再如烟草甲，它是一种甲虫，危害烟叶、香烟、雪茄、种子、中草药、茶叶、咖啡豆、可可豆、干果、饼干和香料等。用x射线辐射源对其辐照100Gy时，可在6周内令烟草甲死亡，用400Gy辐照时，可以全部杀死烟草甲的成虫、卵、蛹和幼虫。而烟草甲的不育剂量雄性为250Gy、雌性为175Gy。

采用X射线辐射源杀虫灭菌的方法，能够全部杀灭粮食、肉类、水产品、水果蔬菜等中的寄生蠕虫、害虫，同时也杀灭了农产品、水产品和肉类的致病菌，又保持了产品原有的质量。X射线辐射源杀虫灭菌方法比用化学熏蒸法杀虫灭菌法好处更多，效果更显注。以化学熏蒸法常用的溴甲烷为例，溴甲烷不仅熏蒸不彻底，而且有剧毒，有残留，导致癌症。还造成臭氧层孔洞扩大。

采用X射线辐射源杀灭危害粮食、烟草、干鲜果蔬、各种食品和中草药等仓库害虫，减少仓储损失；杀死检疫害虫和商品害虫，以利贸易交流；杀灭生肉、水产品中的寄生虫，保证人类的健康。

随着我国进出口贸易的增加，商品的杀虫灭菌及包装物的杀虫灭菌问题日渐突出。北方某企业向俄罗斯出口方便面因大肠杆菌超标而无法离境。1998年，因出口美国货物的纯木包装材料中藏有天牛虫而被禁止入境。如果采用化学、高温等处理办法，不仅成本高，杀虫不彻底，而且毒害、污染被辐照物。如果采用X射线辐射源杀虫灭菌，短时间照射就可实现。

微生物广泛存在于自然界中，如空气、土壤、海洋、江河、湖泊以及动植物、人的体表与体内及其与外界相通的呼吸道、消化道等腔道中，也广泛存在于人类生活用品、生产工具等各种与人接触的物体上。微生物的种类繁多，包括细菌、放线菌、霉菌、霉母菌、螺旋体、立克次体、支原体、衣原体、病毒、单细胞动物、单细胞藻类等。微生物的生命活动，无疑对人类、动物和植物的生存有其有益的一面，但有一小部分微生物引起人类及动植物的疾病，称为病原微生物。就细菌而言，又分为醋酸菌、乳酸菌、酪酸菌、病原菌(又称致病菌)。病原菌，即能够引起人类疾病的细菌，如伤寒杆菌、结核杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌、李斯特菌、炭疽杆菌等。各种有害微生物通过各种渠道危害人类的健康。所以，人类一刻也没有停止过研究杀灭有害微生物的方法。

杀虫灭菌的方法很多，如传统的加热法和化学法等一直在使用。近年，又出现了许多新的杀虫灭菌的技术与方法，如超声波法、红外线法、紫外线法、微波法、磁气法、水中脉冲法、超高压法、臭氧法、干燥法、过滤法、抗生酶法、膜分离法、r射线辐射法和电子束法等。这些杀菌灭虫方法，有的已在实践中应用，有的仍处于实验室研究阶段。有的由于杀菌力弱和其它种种因素局限，应用尚不普遍。

X射线辐射源杀灭微生物的方法，与r射线辐射源杀虫灭菌方法相比，具有投资少、灵活方便、运营成本低、安全可靠等特点。X射线辐射过程温升小于2℃，故更适用于对热敏感的塑料制品、生物体和药物等；X射线穿透力强，杀菌均匀彻底，不存在热量对流或气体扩散等问题；X射线能够辐照密封包装物品，杀灭内部的微生物，若不再二次感染，货架寿命几乎是无穷的，取出即可使用。

致病菌和病毒，隐藏在自然界中，隐藏在人体中和人所接触的一切食品中。为了保卫生命，求索健康，人类采取了许多措施，发明了许多方法。但有些方法并未完全奏效，如干洗法，干洗后的衣物上的细菌，并未因干洗而杀灭。所有宾馆、医院和家庭用的被褥等，并未因洗涤而除去致病菌。靓丽的手提包、钱夹、手机、裘皮大衣、金银手饰、文物、钱币等贵重物件上的细菌比比皆是，貌似雍荣华贵，实际上沾满细菌。其实，只有将与人接触的物品上的致病菌尽皆杀灭，才是真正的清洁、卫生和安全。同样，对电话机、餐巾纸、口罩、手帕、毛巾、卫生纸、沙发套、帽子、鞋袜和衣服等生活用品以及一切疑似沾有致病菌的物品，定期利用X射线辐射源辐照，杀虫灭菌，才是真正意义上的清洁卫生。近年，一些城市提出建立面对广大消费者的“消毒杀菌中心”，x射线辐射源当是最佳选择。有的城市提出对公交车、轿车杀菌，也只有X射线辐射源能办到。

各种微生物对X射线辐射敏感性由大到小依次为细菌-霉菌-酵母菌-细菌孢子-病毒，杀灭这些微生物所需的剂量为：细菌几百Gy、霉菌2.5-3KGy、酵母菌5KGy、细菌孢子8-10KGy、病毒10KGy以上。

利用x射线辐射源杀菌消毒的范围很广，就医疗用品和医药而言，包括：

1、一次性使用的医疗用品：注射器、针、刀具、骨锉、骨刀、钻头、导尿管、钳子、手套、采血与输血装置、吸入治疗装置、胶布、绷带、药棉等；

2、医务人员及病患者的用品，如听诊器、食器、服装被褥等；

3、天然与合成的手术缝合线及计划生育用具、用药等；

4、生物器官移植的灭菌组织，如人工动脉与心脏瓣膜、神经末梢、角膜、骨骼、硬脑膜、腱、皮肤及血液衍生物等；

5、中西成药、片剂、丸剂、粉剂、多种抗生素、激素和生物制药及化妆品等。

微生物的作用是引起食品腐败变质的主要原因，各种微生物在食品加工、储运和流通环节中污染食品，导致食品腐败变质，人们使用之后，引起肠道传染病和食物中毒。食品保藏的基本原理就是控制和杀灭各种有害微生物。根据杀菌目的的不同，把辐射杀菌分成三类：选择性辐射杀菌、针对性辐射杀菌和辐射杀菌。

选择性辐射杀菌，就是利用一定剂量的电离辐射，使食品腐生物的数量降低，以防止食品变质，延长货架期。大多数易造成新鲜农产品如鱼、肉、水果、蔬菜等损失的霉变微生物对辐射较敏感，采用1-5KGy剂量辐照就可使其损失减少好几成。如用1-2KGy剂量辐照用聚乙烯膜包装的杨梅，由于降低了微生物数量，在1-2℃冷库中使保鲜期延长3个月左右；柑橘在储藏期易生绿霉菌和蓝霉菌，而造成大量腐烂，用2.5KGy剂量对其辐照，即可防止霉烂，又保持了外观和纯正风味。将辐照技术与热水结合处理，对防治草莓灰腐病、甜樱桃和桃的褐腐病、葡萄的腐烂病、梨的轮纹病、芒果的软腐病、荔枝的匍枝根霉等真菌所引起的水果内腐病有很好的效果。用0.45KGy剂量辐照人参，在室温自然条件下，可以保存一年。用2.5-3KGy剂量可以杀死淡水鱼(鲤鱼)的99％以上的各种微生物，也可以杀死海产品贝类中95％左右的微生物。

经3KGy剂量辐射处理过的小包装冷却肉，其保质期可达30d(＜5℃)，并杀死各类腐败菌、寄生虫和各种肠道性致病菌，从而可以有效的防止食源性疾病发生，具有很好地社会效益。另外，香肠、板鸭、烧鸡、捆猪蹄等熟食制品，经x射线辐射后，防腐防霉效果良好。

针对性辐射杀菌是利用一定剂量的x射线电离辐射杀死食品内除病毒以外的各种无孢子病原细菌，如沙门氏菌、大肠杆菌、志贺氏菌、李斯特菌、副溶血性弧菌等。过去和现在，还找不到任何一种技术可以保证生产的食品，特别是以家禽、肉类、水产品、果蔬及调味品为原料的食品中不含病原微生物。冷冻处理只能抑制其繁殖，彻底加热可以杀灭细菌，但有些国家和民族有食用生的或半熟状态食品的习惯；而加热令调味品芳香族成分破坏；采用化学熏蒸法，又易污染食品和产生残留物，联合国已决定禁止使用。所以，X射线辐射源是最理想的选择，不仅杀菌彻底，而且被加工的食品不影响产品质量。

辐射杀菌是采用较高的辐射剂量，消灭食品中全部微生物，达到细菌总数、致病菌为零。以保证食品在室温条件下，长期贮存不会腐败，也不会因微生物引起中毒，在没有新的污染情况下可以长期保存。它可以长期为野外工作人员、宇航人员及要求无菌饮食的病人提供美味、营养、卫生的优质食品。

Claims (6)

1.一种新的X射线辐射源，用它辐照生物体，起到杀灭生物体的作用。

2.根据权利要求1所述的X射线辐射源，其特征在于X射线辐射源的X射线是由X射线辐照设备中的X射线管产生的，照射量率达4Gy-500KGy/h。

3.根据权利要求1或2所述的X射线辐射源，其特征在于用X射线辐照加工时，引起一系列物理效应、化学效应和生物学效应，起到杀死被辐照物上面和内部的有害微生物和害虫。在辐照加工中，辐射剂量不受限制，根据彻底杀灭各种生物体所需的实际致死剂量选择正确的辐射剂量。

4.根据权利要求1或2所述的X射线辐射源，其特征在于根据杀死不同有害微生物和害虫所需的致死剂量，来选择不同的辐射强度、照射率、辐射方式和辐射源到被辐照物间的距离，同时确定辐照时间的长短。

5.根据权利要求1或2所述的X射线辐射源，其特征在于X射线具有很强的穿透力，可辐照较厚的物品，杀灭隐藏内部或深处的有害微生物和害虫，而且不必打开包装物。X射线辐射源辐射能量高，辐射效率高，辐照加工效果好。

6.根据权利要求1或2所述的X射线辐射源，其特征在于X射线辐照设备产生的X射线和被辐照物均在防止X射线泄露的封闭空间内进行辐照加工，被辐照物可以是移动的、固定的、翻动的或转动的，由专用的执行机构来完成。

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