CN113903492A - 一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辐照处理技术领域，公开了一种桶形容器内外表面辐照处理方法，通过加长的外径小于桶形容器开口尺寸的长输运管道，将低能电子束模块产生的柱状电子束输送到桶形容器内部，然后再由外部电磁铁产生的旋转磁场将柱状电子束偏转90度左右，并以入射电子束方向为轴旋转，对桶形容器的四周表面进行照射处理，桶形容器或者电子束模块上下移动，完成整个桶形容器内部表面的照射处理。桶形容器外部表面由放置在桶形容器外部两侧的电子束模块照射处理。本专利用低能电子束实现大尺寸桶形容器的内外表面电子束照射处理，成本低，体积小，射线防护简单。

Description

一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法

技术领域

本发明涉及辐照处理技术领域，尤其涉及一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法。

背景技术

目前电子束辐照处理技术应用越来越广泛，一些领域的应用中，需要对桶形容器内外表面进行电子束辐照处理，比如：内外表面的杀虫灭菌消毒、辐照改性、涂层固化等领域。以现有大型桶装饮料加工生产线为例，通常需要对待罐装的空桶进行灭菌操作，以保证其后期产品质量符合需要，通常采用的灭菌手段如化学灭菌、紫外线灭菌等；但采用化学手段灭菌容易在桶表面及其内部留下化学残留，进而影响后期产品的质量；而采用紫外线灭菌又只能杀死表面85％左右的细菌，故灭菌效果一般；在小尺寸饮料瓶包装灭菌领域，采用低能量的电子束灭菌在目前饮料生产行业中已经开始应用，CN 101416255B《一种电子束发射器》，适合小尺寸PET瓶，电子束模块伸入PET瓶内照射灭菌，但是，不适合大尺寸的桶形容器，直射出去的电子束，在空气中散开的程度有限，超过100mm直径的容器，侧壁剂量很低，难以获得满意的处理效果。另外，没有外部的磁屏蔽结构，不能施加偏转磁场进行大角度偏转和旋转，否则，电子束将在长输运管道内部就发生偏转，不能顺利通过引出窗引出。而采用从瓶外侧穿透式照射方式，见专利(江苏智研科技有限公司CN201821988554.7《采用单电子束对瓶子灭菌的装置》)普通PET瓶，壁厚0.1～0.3mm，电子束能量500keV左右可以完全穿透，加上瓶口入射的电子束，避开厚度较大的1mm以上的瓶口，实现完全灭菌。但是，桶形容器的壁厚超过0.8mm，加上桶肩部位的圆弧切线，以及内部空气厚度100～500mm，需要的电子束能量至少800keV以上，甚至1MeV以上才行，设备成本和射线防护成本非常高，体积尺寸也非常大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，该方法用带磁屏蔽的小直径加长输运管道，将柱状低能电子束无偏移地输送到桶形容器内部，在低能电子束离开引出窗后，再发生大角度偏转，同时旋转，有效利用低能电子束的有效射程，对桶形容器四周内表面进行照射处理

本发明采用的技术方案如下：一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，包括以下内容：

桶内表面处理：在桶形容器的桶口上方设置第一电子束发射装置，第一电子束发射装置发出柱状电子束，通过长输运管道输送进桶形容器内部，柱状电子束经过旋转磁场后，沿电子束径向发生偏转，并以入射电子束方向为轴旋转，对桶形容器的内表面四周进行辐照处理，控制旋转的电子束和桶形容器在轴向上相对运动，完成对桶形容器内表面的处理；

桶外表面处理：在桶形容器两侧分别设置一个第二电子束发射装置，两个第二电子束发射装置输出的带状电子束，经引出窗输出，照射在桶形容器外表面的两侧，桶形容器通过后，完成对桶形容器外表面的处理。

进一步的，在对桶内表面处理时，所述桶形容器之间间隔一定的距离，依次进入第一电子束发射装置下方，控制偏转后的旋转电子束向下运动进入桶形容器，并按照设定的运动速度在桶形容器的轴向上进行下移或回退运动，配合电子束的偏转角度的控制，完成对每个桶形容器的内表面处理。

进一步的，在对桶内表面处理时，所述桶形容器之间间隔一定的距离，依次进入第一电子束发射装置下方，控制桶形容器向上运动，使偏转后的旋转电子束进入桶形容器，并控制桶形容器按照设定的运动速度曲线在桶形容器的轴向上进行上移或回退运动，配合电子束的偏转角度的控制，完成对每个桶形容器的内表面处理。

进一步的，在桶内表面处理过程中，所述偏转后的旋转电子束与桶形容器的底部距离小于该电子束的有效射程后，所述偏转后的旋转电子束和桶形容器保持相对位置关系不变，不再缩小两者之间距离，同时将该电子束的偏转角度从90度逐步减少到0度，再逐步增加到90度，最后，偏转后的旋转电子束再退出桶形容器，完成桶形容器内表面的照射处理。

进一步的，所述第二电子束发射装置侧立放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗的长边方向与桶形容器的轴线平行，桶形容器间隔一定的间距，依次通过两个第二电子束发射装置的引出窗，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

进一步的，所述第二电子束发射装置横向放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗长边方向与桶形容器的轴线垂直，桶形容器间隔一定的间距，依次到达第二电子束发射装置的引出窗中心位置时，两个第二电子束发射装置按照预定的运动速度曲线沿桶形容器轴线方向进行下移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

进一步的，所述第二电子束发射装置横向放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗长边方向与桶形容器的轴线垂直，桶形容器间隔一定的间距，依次到达第二电子束发射装置的引出窗中心位置时，桶形容器按照预定的运动速度曲线沿轴线方向进行上移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

进一步的，所述第二电子束发射装置正对放置在桶形容器的两侧或者间隔一段距离放置在桶形容器的两侧。

进一步的，所述第二电子束发射装置选用长灯丝电子帘设备或者扫描式电子束设备，所述第二电子束发射装置输出的带状电子束的长度比桶形容器的高度多50mm左右。保证对桶形容器桶口外表面、桶身外表面以及桶底外表面的全覆盖。桶形容器经过电子束模块的扫描盒引出窗时，完成外表面的照射处理。

进一步的，在所述长输运管道上设置磁屏蔽层。磁屏蔽层选用导磁材料制成，包括坡莫合金等，磁屏蔽层保证电子束到达引出窗之前，不会受外部磁场的影响而发生偏转，保证电子束能够顺利通过引出窗引出到外部大气中。

进一步的，在所述长输运管道上设置冷却水通道。冷却水通道将外部冷却水接入到引出窗部位，对引出窗及其部件进行有效冷却，以利于引出更大的束流和制作更长的长输运管道，适合更快的辐照速度和更长的桶形容器。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

一、采用低能电子束实现了大尺寸桶形容器的内外表面照射处理；

二、电子束能量低，仅仅照射容器的表面，对桶体材料的损伤最小，无异味，无有害物质析出；

三、辐照处理效果好，用于灭菌时，灭菌率超过99.9999％。

附图说明

图1是长灯丝模块侧立式放置示意图。

图2是对容器内部辐照处理的局部放大示意图。

图3是长灯丝模块横向放置示意图。

图4是外表面处理模块错位放置示意图。

图5是扫描式电子束模块横向放置示意图。

图6是扫描式电子束模块侧立式放置示意图。

附图标记：高压电源1，高压电缆2，电子束模块3，长输运管道3a，长灯丝电子束模块4，引出窗4a，框式铁芯5，线包5a,线包5b,线包5c,线包5d，桶形容器6，电子束7，遮挡板8，测量棒9，扫描磁铁10，扫描盒11，引出窗11a。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1

本发明提供一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，该方法主要包括对桶形容器内表面的处理和外表面的处理。

内表面的处理：

如图1-2所示，在桶形容器6的桶口上方设置第一电子束发射装置，在本实施例中，第一电子束发射装置由电子束模块3通过高压电缆2与高压电源1连接构成，高压电源1产生的直流高压及悬浮在高压端的电子枪灯丝供电电源，经过高压电缆2，输送至电子束模块3，电子束模块3发出通往桶形容器6内部的柱状电子束，该柱状电子束经电子束模块3上的长输运管道3a输出至桶形容器6内，柱状电子束经过框式铁芯5产生的旋转磁场后，在磁场的作用下，沿电子束径向发生90度左右的偏转，并以入射电子束7方向为轴快速旋转，对桶形容器6的内表面四周进行辐照处理，控制长输运管道3a向下插入桶形容器6内，并按照一定速度下移和上移，使旋转的电子束从桶形容器6的桶口到桶底进行照射，完成对桶形容器6内表面的处理。遮挡板8、框式铁芯5、线包5a、线包5b、线包5c和线包5d与长输运管道3a一起上下移动。

桶内表面处理过程中，长输运管道3a输出的旋转电子束到桶形容器6的底部距离小于该电子束的有效射程后，长输运管道3a停止移动，不再缩小与桶形容器6的底部距离，同时将该电子束的偏转角度从90度逐步减少到0度，再逐步增加到90度，最后，偏转后的旋转电子束回退出桶形容器6，完成桶形容器内表面的照射处理。

桶外表面处理：

在本实施例中，第二电子束发射装置选用长灯丝电子帘结构的长灯丝电子束模块4，长灯丝电子束模块4通过高压电缆与高压电源相连产生电子束。

如图1所示，两个长灯丝电子束模块4相对侧立放置在桶形容器6的两侧，引出窗4a输出的带状电子束从两侧照射桶形容器6外表面，引出窗4a输出的带状电子束比桶形容器6桶口高度略高一点，比桶形容器6底部低50mm左右，保证对桶形容器6桶口外表面、桶身外表面以及桶底外表面的全覆盖。桶形容器6间隔一定的间距，依次通过两个相对放置的长灯丝电子束模块4的引出窗4a，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

如图4所示，两个长灯丝电子束模块4可以错开一段距离放置，桶形容器6每通过一个长灯丝电子束模块4，完成半个圆周桶外表面的照射处理，通过两侧的电子束模块即可完成完整的一个圆周的桶外表面照射处理。

在本实施例中，电子束模块3发射的电子束能量150keV～300keV，根据桶形容器的内直径大小确定，由于电子束在空气中运动会损失能量，对辐照效果有影响，因此桶形容器的内直径越大，需要电子束的能量越高，以保证桶形容器内表面的辐照处理效果；电子束的束流0.5mA～5mA，根据生产线的产能确定，束流越大，产能越高；电子束模块3可以是任何能产生柱状电子束的电子加速器形式，比如：采用传统加速管方式或者本发明表示的高压插座引入方式等等。

长灯丝电子束模块4输出的电子束能量120keV～300keV，束流1mA～10mA，。长灯丝电子束模块4可以是任何能产生带状电子束的结构形式，优选的为长灯丝电子帘结构。

长灯丝电子束模块4引出窗4a正前方设置有一个通水的测量棒9，斜跨引出窗4a的对角线，对引出窗4a输出的束流进行测量，并对输出束流进行反馈控制，保证输出照射剂量稳定。

长输运管道3a的长度与桶形容器6的高度基本相当，以电子束7能够完全照射到桶形容器内表面为准；长输运管道3a的外径，比桶形容器口径略小，保证能自由进出桶形容器；长输运管道3a根部设有冷却水接口，管道上设有冷却水通道，外部冷却水可以通过冷却水通道到达引出窗部位，对引出窗部件进行冷却。

长输运管道3a设有磁屏蔽层，磁屏蔽层选用导磁材料制成，包括坡莫合金等，避免外部磁场(包括：让电子束旋转偏转的磁场和其他部件产生的磁场等各种磁场)对内部电子束7运动轨迹造成干扰，影响电子束7的顺利引出。

本实施例中的框式铁芯5由四段直铁芯构成，每段直铁芯上分别套有线包5a、线包5b、线包5c和线包5d，线包5b设置在5a的对面，线包5d设置在5c的对面。线包5a和线包5b为一组，产生与其所在铁芯平行的磁场；线包5c和线包5d为一组，产生与其所在铁芯平行的磁场，两组磁场正交，共同合成一个偏转磁场；两组磁场为频率相同幅值相同的正弦波交流磁场，相位相差90度，合成的偏转磁场是一个旋转的磁场，频率与正弦波交流磁场相同。调整线包中的激磁电流的频率就可以改变磁场旋转频率，调整线包中激磁电流的幅值就可以调整偏转磁场的幅值，控制电子束7的偏转角度。

电子束7的旋转频率范围：1Hz～500Hz，偏转角度范围0～90度，根据不同部位照射剂量的需要，优化电子束的停留时间和偏转角度，实现桶形容器内表面均匀照射的目的。

优选地，长输运管道3a端部的引出窗与框式铁芯5、线包5a、线包5b、线包5c及线包5d之间还放置有遮挡板8，用于遮挡偏转旋转电子束7，防止其轰击到框式铁芯5、线包5a、线包5b、线包5c及线包5d上，造成损伤。遮挡板8内部设有冷却水通道，接外部冷却水进行冷却。遮挡板8与框式铁芯5、线包5a、线包5b、线包5c及线包5d相互之间的位置固定，一起上下运动。

遮挡板8将接受到的电子束转换成电信号输出到控制系统，实现电子束模块3的输出束流测量和校准装置，保证照射剂量的稳定。

实施例2

本实施例与实施例1基本一致，其区别在于，本实施例中，在对桶内表面处理时，桶形容器6间隔一定的间距，依次进入到电子束模块3正下方，然后将桶形容器6向上运动，让电子束模块3的长输运管道3a进入桶形容器6，桶形容器6按照预定的运动速度曲线进行上移和回退运动，快速旋转的电子束7对桶内表面进行照射处理，电子束模块3及其长输运管道3a、外部的遮挡板8、框式铁芯5、线包5a、线包5b、线包5c和线包5d与长输运管道3a固定不动。

实施例3

本实施例与实施例1基本一致，其区别在于，本实施例中，长灯丝电子束模块4横向放置，如图3所示，引出窗长方向与桶形容器6的轴线垂直，桶形容器6间隔一定的间距，依次到达长灯丝电子束模块4的引出窗中心位置时，两个相对放置的长灯丝电子束模块4按照预定的运动速度曲线进行下移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。两个长灯丝电子束模块4可以错开一段距离放置，如图4所示。桶形容器每进入一个长灯丝电子束模块4，完成半个圆周桶外表面的照射处理，通过两个长灯丝电子束模块4即可完成完整的一个圆周的桶外表面照射处理。

实施例4

本实施例与实施例1基本一致，其区别在于，本实施例中，长灯丝电子束模块4横向放置，如图3所示，引出窗长方向与桶形容器6的轴线垂直，桶形容器6间隔一定的间距，依次到达两个相对放置的长灯丝电子束模块4的引出窗4a中心位置时，桶形容器6按照预定的运动速度曲线进行下移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。两个长灯丝电子束模块4可以错开一段距离放置，桶形容器每进入一个长灯丝电子束模块4，完成半个圆周桶外表面的照射处理，通过两个长灯丝电子束模块4即可完成完整的一个圆周的桶外表面照射处理。

实施例5

本实施例与实施例1或3或4基本一致，其区别在于，本实施例中，第二电子束发射装置选用扫描式电子束模块，如图5、图6所示，扫描式电子束模块也分为侧立放置和横卧放置两种放置方式。扫描式电子束模块包括扫描盒11和扫描磁铁10。

电子束模块3的输出接扫描磁铁10和扫描盒11，电子束模块3输出的柱状电子束7经扫描磁铁10扫描，在扫描盒11中飞行一段距离后展开成带状电子束7通过引出窗11a输出，替代长灯丝电子帘结构的长灯丝电子束模块4，完成桶外表面的照射处理。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，包括以下内容：

桶内表面处理：在桶形容器的桶口上方设置第一电子束发射装置，第一电子束发射装置发出柱状电子束，通过长输运管道输送进桶形容器内部，柱状电子束经过旋转磁场后，沿电子束径向发生偏转，并以入射电子束方向为轴旋转，对桶形容器的内表面四周进行辐照处理，控制旋转的电子束和桶形容器在轴向上相对运动，完成对桶形容器内表面的处理；

桶外表面处理：在桶形容器两侧分别设置一个第二电子束发射装置，两个第二电子束发射装置输出的带状电子束，经引出窗输出，照射在桶形容器外表面的两侧，桶形容器通过后，完成对桶形容器外表面的处理。

2.根据权利要求1所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，在对桶内表面处理时，所述桶形容器之间间隔一定的距离，依次进入第一电子束发射装置下方，控制偏转后的旋转电子束向下运动进入桶形容器，并按照设定的运动速度在桶形容器的轴向上进行下移或回退运动，配合电子束的偏转角度的控制，完成对每个桶形容器的内表面处理。

3.根据权利要求1所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，在对桶内表面处理时，所述桶形容器之间间隔一定的距离，依次进入第一电子束发射装置下方，控制桶形容器向上运动，使偏转后的旋转电子束进入桶形容器，并控制桶形容器按照设定的运动速度曲线在桶形容器的轴向上进行上移或回退运动，配合电子束的偏转角度的控制，完成对每个桶形容器的内表面处理。

4.根据权利要求2和3所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述桶内表面处理过程中，偏转后的旋转电子束与桶形容器的底部距离小于该电子束的有效射程后，所述偏转后的旋转电子束和桶形容器保持相对位置关系不变，不再缩小两者之间距离，同时将该电子束的偏转角度从90度逐步减少到0度，再逐步增加到90度，最后，偏转后的旋转电子束再退出桶形容器，完成桶形容器内表面的照射处理。

5.根据权利要求1所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述第二电子束发射装置侧立放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗的长边方向与桶形容器的轴线平行，桶形容器间隔一定的间距，依次通过两个第二电子束发射装置的引出窗，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

6.根据权利要求1所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述第二电子束发射装置横向放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗长边方向与桶形容器的轴线垂直，桶形容器间隔一定的间距，依次到达第二电子束发射装置的引出窗中心位置时，两个第二电子束发射装置按照预定的运动速度曲线沿桶形容器轴线方向进行下移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

7.根据权利要求1所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述第二电子束发射装置横向放置在桶形容器的两侧，第二电子束发射装置的引出窗长边方向与桶形容器的轴线垂直，桶形容器间隔一定的间距，依次到达第二电子束发射装置的引出窗中心位置时，桶形容器按照预定的运动速度曲线沿轴线方向进行上移和回退运动，完成两个半圆周桶外表面的照射处理。

8.根据权利要求5或6或7所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述第二电子束发射装置正对放置在桶形容器的两侧或者间隔一段距离放置在桶形容器的两侧。

9.根据权利要5或6或7所述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述第二电子束发射装置选用长灯丝电子帘设备或者扫描式电子束设备，所述第二电子束发射装置输出的带状电子束的长度比桶形容器的高度多50mm左右。

10.根据权利要求1述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，在所述长输运管道上设置磁屏蔽层。

11.根据权利要求1述的一种桶形容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，在所述长输运管道上设置冷却水通道。

Images