CN113903493A - 一种容器的辐照方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辐照处理技术领域，公开了一种容器的辐照方法，通过加长的外径小于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容器内部，然后再由偏转磁场将柱状电子束偏转成0～90度左右分布的扇形电子束，随着容器的快速旋转，实现对容器四周表面的照射处理，容器或者电子束模块上下移动，完成整个容器内部表面的照射处理。同一电子束模块完成容器内表面辐照处理后，移动到容器的外部，采用与内表面相同的照射方式，完成容器外表面辐照处理。本专利用低能电子束实现大尺寸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

一种容器的辐照方法

技术领域

本发明涉及辐照技术领域，尤其涉及一种容器的辐照方法。

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是目前饮料生产行业中已经开始应用，CN 101416255 B《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，难以达到理想的处理效果。另外，没有设计磁屏蔽结构，易受外部磁场影响，使电子束偏离中心，轰击到管壁上，造成束流损失，甚至完全不能引出，尤其是需要较长的输运管道的场合，影响更加明显。同时，不能施加偏转磁场，对电子束进行大角度偏转，无法用于大尺寸容器。而采用从瓶外侧穿透式灭菌方式，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，容器的壁厚超过0.8mm，加上容器肩部位的圆弧切线，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，提供了一种容器的辐照方法，该方法通过设置磁场使电子束发生径向偏转，再控制偏转的电子束相对于容器上移或者下移，同时旋转容器，完成容器的内外表面辐照。

本发明采用的技术方案如下：一种容器的辐照方法，包括以下内容：

容器内表面辐照：将容器开口移动至电子束模块下方，电子束模块发出柱状电子束，通过长输运管道输送至容器内部，柱状电子束经过偏转磁场，发生径向偏转，形成扇形状电子束，控制扇形状电子束或者容器在各自的轴向上运动，同时旋转容器，完成容器内表面的辐照处理；

容器外表面辐照：平移容器，使容器外侧壁位于电子束模块下方，通过加长的长输运管道，将低能电子束模块产生的柱状电子束输送到容器外侧壁一侧，柱状电子束经过偏转磁场，发生径向偏转，形成扇形状电子束，控制扇形状电子束或者容器在各自的轴向上运动，同时旋转容器，完成容器外表面的辐照处理。

进一步的，所述容器内表面辐照和容器外表面辐照过程中，使用同一个电子束模块或者分别使用两个电子束模块。使用同一个电子束模块时，一个电子束模块产生电子束，按顺序实现容器内表面辐照和容器外表面辐照；使用两个电子束模块时，两个电子束模块各产生一束电子束，分别完成容器内表面辐照和容器外表面辐照。

进一步的，所述容器内表面辐照和容器外表面辐照同时进行。

进一步的，所述磁场选用二极磁铁或四极磁铁产生。

进一步的，所述柱状电子束在二极磁铁形成的磁场的影响下，电子束中一部分最大偏转角度大于90度，一部分基本不偏转，保证在对容器内表面辐照时，电子束可以直达容器底部中心位置，其余部分的电子束偏转角度在0～90度范围内基本都有。电子束偏转角度略大于90度，在照射容器外表面时，可以照射到容器底部表面，在照射容器内表面时，可以对容器肩部位有效辐照。

进一步的，所述柱状电子束在四极磁铁形成的磁场的影响下，一部分电子束最大偏转角大于±90度，一部分电子束不发生偏转，其余部分电子束偏转角度分布在-90～90度范围内。照射容器外表面时，可以照射到容器底部表面，照射容器内表面时，可以对容器肩部位和底部支撑腿部位有效辐照。

进一步的，所述四极磁铁处理容器外表面辐照时，电子束左右两侧的容器同时上移、下移和旋转，电子束被四极磁铁散开成左右偏转的扇形电子束，同时对左右两侧的容器外表面及底部外表面进行照射。也可以仅仅处理一个容器的外侧壁，电子束中偏向另一侧的部分将没有起到作用。

进一步的，所述容器内表面辐照过程中，二极磁铁设置在容器外，不进入容器内部，所述二极磁铁选用电磁铁或永磁铁，调整偏转磁场大小，控制电子束的偏转角度。柱状电子束在偏转磁场作用下，仅仅发生偏转，没有展开成扇形电子束，在容器肩位置时，偏转角度大于90度，增加照射容器肩的有效电子束剂量，电子束在靠近到距离容器底部100mm左右时，停止靠近并停留一段时间，同时调节偏转磁场的数值，使得电子束的偏转角度逐渐减少直至不偏转，对容器底部100mm左右高度以下的部位形成有效辐照。

进一步的，外置二极磁铁还可以采用永磁铁，改变两块磁铁的间距或调整两块磁铁之间的磁屏蔽，即可调节磁场大小，进而改变电子束的偏转角度，根据电子束模块长输运管道引出窗在容器内的不同位置，优化电子束的偏转角度，比如在容器肩位置，偏转角度略大于90度，增加照射容器肩的有效电子束剂量率，在距离容器底部100mm左右，停止移动并停留预定的足够时间，同时减少偏转角度直至基本不偏转，对容器底部100mm左右高度以下的部位形成有效照射，包括对支撑腿内凹部位形成斜入射辐照，避免因遮挡而形成照射死角。

进一步的，所述长输运管道上设有磁屏蔽结构。磁屏蔽结构保证电子束到达所述长输运管道端部之前，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长输运管道端部的引出窗引出到外部大气中。

进一步的，所述电子束长输运管道上的一端设有冷却水接口，另一端设有电子束引出窗和产生磁场的装置，电子束长输运管道上还设有冷却水通道；所述冷却水通道一端与冷却水接口相连，另一端与电子束引出窗和产生磁场的装置相连，外部冷却水通过冷却水通道对引出窗和产生磁场的装置进行冷却。有水冷的引出窗比无水冷的引出窗，引出的电子束流强更大，长输运管道的长度更长。适合大尺寸桶形容器的内表面处理，和更高的辐照处理速度。有水冷的内置磁铁防腐蚀外壳，可以保证内部磁铁不会发热损坏。

进一步的，所述电子束模块发出的电子束能量为150keV～300keV，束流为0.5mA～5mA。

进一步的，所述容器的转动速度是结合辐照剂量、电子束模块的输出束流强度，容器内外表面的照射时间等因素确定的，其旋转速度范围为0.1转/秒～10转/秒，确保电子束能够完全将容器的内外表面表面完全覆盖住，并且最低点剂量达到辐照要求。

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，对容器材料的损伤小，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、2、3是内置二极磁铁容器内部表面辐照示意图。

图4、5、6是内置二极磁铁容器外部表面辐照示意图。

图7是内置四极磁铁容器内部表面辐照示意图。

图8是内置四极磁铁容器外部表面辐照示意图。

图9、10、11是外置二极磁铁对容器内、外部表面辐照示意图。

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，托举旋转盘4，内置二极磁铁5，容器6，电子束7，内置四极磁铁8，外置二极磁铁9，外置二极磁铁磁轭11。

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

本发明提供一种容器的辐照方法，该方法具体包括以下内容：

如图1所示，首先，先将容器6开口移动至电子束模块3下方，使电子束模块3产生的柱状电子束7能够照射进容器。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产生柱状电子束7，由长输运管道的端部引出窗输出，进入磁场。在本实施例中，磁场选用二极磁铁产生，在对容器6内表面辐照时，该二极磁铁会进入到容器6内，因此该二极磁铁又被称为内置二极磁铁5，柱状电子束7经过内置二极磁铁5产生的磁场后，形成0～90度左右范围的偏向一侧的扇形分布的电子束7。容器6间隔一定的间距，依次进入到电子束模块3正下方，控制电子束模块3向下运动，如图2、图3所示，使扇形状的电子束7进入到容器6内，控制电子束模块3按照预定的运动速度曲线进行下移和回退运动，在移动的同时，旋转容器6，使扇形状电子束7对容器6内表面四周进行辐照，完成内表面的辐照处理。

如图4所示，在完成容器6的内表面辐照后，将电子束模块3移动至容器6的外侧，(内置二极磁铁5需跟随电子束模块3移动至容器6外侧)扇形状电子束7随之来到容器6外，容器6移动一段距离，电子束模块3与容器6外表面间隔10～50mm的距离，如图5、图6所示，控制电子束模块3按照预定的运动速度曲线进行上下移动，并旋转容器6，使容器6外表面被二极磁铁偏转生成的半扇形电子束7，从开口到容器底，对容器6外表面进行辐照。

电子束模块3发射的电子束能量150keV～300keV，束流0.5mA～5mA；电子束模块3可以是任何能产生柱状电子束7的电子加速器形式，比如：采用传统加速管方式或者本实施例中的高压插座引入方式等等。

内置二极磁铁5由两块永磁铁构成，外部有导磁材料构成的磁轭，永磁铁和导磁磁轭，放在防腐蚀外壳内，防腐蚀外壳由抗腐蚀性能优良的无磁或低磁材料制成，包括：低磁导率不锈钢或钛及其合金等。需要时可以通冷却水冷却。冷却水可以通过在长输运管道3a侧壁上设置冷却水通道接入。

内置二极磁铁5的磁场分布保证电子束其中一部分最大偏转角度略大于90度，有一部分基本不偏转，保证在对容器6内表面辐照时，电子束7可以直达容器6底部中心位置，其余部分的电子束7偏转角度在0～90度范围内基本都有。

优选地，选用控制容器6上下移动代替电子束模块3上下移动。采用托举旋转盘4，在容器6进入到电子束模块3的照射区域之前，托举旋转盘4从容器6的传输装置上抓住容器6的底部，开始旋转，并送到电子束模块3的正下方，然后开始按照预定的运动速度曲线进行上移和回退运动。完成内部照射后，再平移到容器6外表面照射位置，然后开始按照预定的运动速度曲线进行上移和回退运动；完成后，将容器6送到传输装置上。

托举旋转盘4转动容器6的速度是结合辐照剂量、电子束模块3的输出束流强度、容器6内外表面的照射时间等因素确定，范围0.1转/秒～10转/秒，确保电子束7能够完全将容器6的内外表面表面完全覆盖住，并且最低点剂量满足辐照要求。

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，二极磁铁在对容器6内表面辐照过程中无需进入到容器6内，该二极磁铁称为外置二极磁铁9。外置二极磁铁9由两块磁铁和外置二极磁铁磁轭11构成，磁铁可以是永磁铁或者电磁铁，外置二极磁铁磁轭11由导磁材料构成，磁铁和磁轭放在防腐蚀外壳内，防腐蚀外壳有抗腐蚀性能优良的无磁或低磁材料制成，包括：低磁导率不锈钢或钛及其合金等，需要时可以通冷却水冷却。

如图9、图10所示，外置二极磁铁9对称设置在容器6外侧，在使用外置二极磁铁9对容器6内表面进行辐照时，如图11所示，外置二极磁铁9不进入容器6内，生成的磁场可保证电子束7最大偏转角度略大于90度，照射容器6外表面时，可以照射到容器6底部表面进行辐照，照射容器6内表面时，可以对容器6肩部位有效辐照。

外置二极磁铁9的外置二极磁铁磁轭11走向，保证不被偏转后的电子束轰击到，同时不影响容器6的运动。外置二极磁铁磁轭11不是必须的，可以取消外置二极磁铁磁轭11，相应地提高永磁磁钢的磁场强度或者提高电磁铁的激磁电流即可。

外置二极磁铁9采用电磁铁，改变激磁电流，就可以改变磁场大小，进而改变电子束7的偏转角度，根据电子束模块3长输运管道3a引出窗在容器内的不同位置，优化电子束7的偏转角度，比如在容器6肩位置，偏转角度略大于90度，增加照射容器6肩的有效电子束剂量率，在距离容器6底部100mm左右，停止移动并停留预定的足够时间，同时减少偏转角度直至不偏转，对容器6底部100mm左右高度以下的部位形成有效照射，包括对支撑腿内凹部位形成斜入射辐照，避免因遮挡而形成照射死角。

外置二极磁铁9还可以采用永磁铁，改变两块磁铁的间距或调整两块磁铁之间的磁屏蔽，即可调节磁场大小，进而改变电子束7的偏转角度，根据电子束模块3长输运管道3a引出窗在容器6内的不同位置，优化电子束7的偏转角度，比如在容器6肩位置，偏转角度略大于90度，增加照射容器6肩的有效电子束剂量率，在距离容器6底部100mm左右，停止移动并停留预定的足够时间，同时减少偏转角度直至基本不偏转，对容器6底部100mm左右高度以下的部位形成有效照射，包括对支撑腿内凹部位形成斜入射辐照，避免因遮挡而形成照射死角。

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，磁场选用四极磁铁产生，如图7所示，柱状电子束7在经过四极磁铁生成的磁场后，以柱状电子束7为0度中心，形成-90～90度左右范围的偏向两侧的扇形状电子束7。其中，一部分电子束最大偏转角略大于±90度，一部分电子束不发生偏转，其余部分电子束偏转角度分布在-90～90度范围内。照射容器6外表面时，可以照射到容器6底部表面，照射容器6内表面时，可以对容器6肩部位和底部支撑腿有效辐照。

同内置二极磁铁5一样，四极磁铁也称为内置四极磁铁8，在对容器内表面辐照时，该四极磁铁会进入到容器6内。

内置四极磁铁8由四块永磁铁构成，以电子束为轴心，呈四极磁场结构布置，外部有导磁材料构成的磁轭，永磁铁和导磁磁轭放在防腐蚀外壳内，防腐蚀外壳有抗腐蚀性能优良的无磁或低磁材料制成，包括：低磁导率不锈钢或钛及其合金等，可以通冷却水冷却，冷却水管道连接到电子束模块的长输运管道3a上，再与外部冷却水系统连接。防腐蚀外部尺寸小于容器6口径，可以自由进出容器6。

如图8所示，内置四极磁铁8处理容器6外表面辐照时，电子束7左右两侧的容器6同时上移下移和旋转，电子束被内置四极磁铁8散开成左右偏转电子束，同时对左右两侧的容器6外表面及底部外表面进行照射。也可以仅仅处理一个容器6的外侧壁，电子束7中偏向另一侧的部分将没有起到作用。

实施例4

在实施例1或2或3的基础上，本实施例中，采用两个电子束模块3，每个电子束模块3下方都设置有一个磁场，其中，一个电子束模块3主要针对容器6内表面的辐照，另一个主要针对容器6外表面的辐照。磁场选用内置二极、内置四极或外置二极生成。还可以更多套同时工作，产能成倍数增加。

综上所述，本发明中提到的技术方案至少包括以下实施方式：

优选方案1：内置二极磁铁，容器旋转，容器上下移动；

优选方案2：内置二极磁铁，容器旋转，电子束模块上下移动；

优选方案3：内置四极磁铁，容器旋转，容器上下移动；

优选方案4：内置四极磁铁，容器旋转，电子束模块上下移动；

优选方案5：外置二极磁铁，容器旋转，容器上下移动；

优选方案6：外置二极磁铁，容器旋转，电子束模块上下移动；

优选方案7：两套电子束模块，两套内置二极磁铁，同时处理容器内外表面，产能提升一倍。还可以更多套同时工作，产能成倍数增加。

其他的组合方案都应包含在内：实现内置二极磁铁、四级磁铁和外置二极磁铁，内外表面都用同一个电子束模块和分别用两个电子束模块，容器上下移动和电子束模块上下移动的各种组合。比如：内置四极磁铁照射内表面，另外一个外部二极磁铁电子束模块照射外表面，间隔一段距离，相互不影响。

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 (12)

1.一种容器的辐照方法，其特征在于，包括以下内容：

容器内表面辐照：将容器开口移动至电子束模块下方，电子束模块发出柱状电子束，通过长输运管道输送至容器内部，柱状电子束经过偏转磁场单元，发生径向偏转，形成扇形状电子束，控制扇形状电子束或者容器在各自的轴向上运动，同时旋转容器，完成容器内表面的辐照处理；

容器外表面辐照：平移容器，使容器外侧壁位于电子束模块下方，电子束模块发出柱状电子束，通过长输运管道输送到容器外表面一侧，柱状电子束经过磁场后，发生径向偏转，形成扇形状电子束，控制扇形状电子束或者容器在各自的轴向上运动，同时旋转容器，完成容器外表面的辐照处理。

2.根据权利要求1所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述容器内表面辐照和容器外表面辐照过程中，使用同一个电子束模块或者分别使用两个电子束模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述容器内表面辐照和容器外表面辐照，在使用两个电子束模块时，可以同时进行。

4.根据权利要求1所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述磁场选用二极磁铁或四极磁铁产生。

5.根据权利要求4所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述柱状电子束在二极磁铁形成的磁场作用下形成扇形状电子束，其中一部分电子束最大偏转角度大于90度，一部分电子束不发生偏转，其余部分电子束偏转角度分布在0～90度范围内。

6.根据权利要求4所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述柱状电子束在四极磁铁形成的磁场作用下，形成扇形状电子束，其中一部分电子束最大偏转角大于±90度，一部分电子束不发生偏转，其余部分电子束偏转角度分布在-90～90度范围内。

7.根据权利要求4或6所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述四极磁铁处理容器外表面辐照时，扇形状电子束左右两侧的容器同时上移、下移，同时容器旋转，完成对左右两侧容器外表面的辐照处理。

8.根据权利要求4或6所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述容器内表面辐照过程中，二极磁铁设置在容器外，不进入容器内部，所述二极磁铁选用电磁铁或永磁铁，调整偏转磁场大小，控制电子束的偏转角度，柱状电子束在偏转磁场作用下，仅仅发生偏转，没有展开成扇形电子束，在容器肩位置时，偏转角度大于90度，增加照射容器肩的有效电子束剂量，电子束在靠近到距离容器底部100mm左右时，停止靠近并停留一段时间，同时调节偏转磁场的数值，使得电子束的偏转角度逐渐减少直至不偏转，对容器底部100mm左右高度以下的部位形成有效辐照。

9.根据权利要求1所述的一种容器内外表面电子束辐照处理方法，其特征在于，所述长输运管道上设有磁屏蔽结构。

10.根据权利要求1所述的一种容器内外表面辐照装置，其特征在于，所述电子束长输运管道上的一端设有冷却水接口，另一端设有电子束引出窗和产生磁场的装置，电子束长输运管道上还设有冷却水通道；所述冷却水通道一端与冷却水接口相连，另一端与电子束引出窗和产生磁场的装置相连，外部冷却水通过冷却水通道对引出窗和产生磁场的装置进行冷却。

11.根据权利要求1所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述电子束模块发出的电子束能量为150keV～300keV，束流为0.5mA～5mA。

12.根据权利要求1所述的一种容器的辐照方法，其特征在于，所述容器的旋转速度范围0.1转/秒～10转/秒。

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