CN114545481A - 用于x射线辐照的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用X射线(11x，12x)辐照货物(1g)的装置，包括：第一X射线源(11)，被配置成沿着以纵轴(X)为中心的第一辐照体积(11x)发射X射线；以及传送机构(3h，3v)，被配置成驱动货物使得货物(1g)的第一部分暴露于第一辐照体积；其中，传送机构(3v)被配置成沿着竖轴(Z)驱动目标产品(1)通过辐照体积(11x)。

Description

用于X射线辐照的装置

技术领域

本发明涉及一种使用X射线辐照货物的装置，确保了剂量沉积图案与承载货物的托盘或容器的高度无关。这可以通过特定的传送机构来实现，该传送机构被配置成驱动货物沿着竖轴(Z)而不是沿着水平方向通过X射线源的辐照体积。

背景技术

使用X射线辐照目标产品已经用于不同的目的，包括灭菌、树脂和涂料的交联、预紧装配聚合物片材或管材(例如电缆外周的护套)等。本领域已经出现了医疗设备、工具和服装的X射线灭菌以及食品的灭菌。X射线灭菌优于其他类型的灭菌技术，如γ辐照灭菌、电子束灭菌或环氧乙烷灭菌技术，这是因为X射线可以足够穿透密度高达1.0g/cm³(高于前述技术)的装满的托盘和容器，并且X射线灭菌可以容忍非常大的密度变化。

X射线是一种高能电磁辐射。大多数X射线的波长在10pm到10nm之间，对应的频率在3×10¹⁶Hz到3×10¹⁹Hz之间。一种常见的做法是根据辐射源来区分X射线辐射和γ射线辐射：X射线是通过电子与目标(优选地是高Z金属)的相互作用发射的，而γ射线是由原子核发射的。一种常见的替代方案是根据波长(或等效地，频率或光子能量)来区分这两种类型的辐射，其中γ辐射被定义为短于某个任意波长的辐射，例如10^-11m

这两个定义通常是一致的，因为X射线管发出的电磁辐射通常比放射性原子核发出的辐射的波长更长且光子能量更低。

X射线是通过加速(高能)电子与靶材(11t)中的原子相互作用而产生的。当高能电子通过原子核附近时，电子的全部或部分能量与原子核分离并以电磁辐射(X射线)的形式在空间中传播。元素越重(即原子序数或“Z值”越高)，X射线的转换效率就越高。钽(Ta)或钨(W)等金属通常用作靶材。

电子的能量可以通过在加速器中加速电子来增加。市场上有以下加速器：

·L波段直线加速器(在1GHz范围内加速射频；多腔单次加速；例如Impela)

·DC加速器(直流，例如Dynamitron)

·Rhodotron(一种射频型加速器，单腔多次加速，例如TT200)

当入射电子束小于100KeV时，产生的光子在所有方向上均匀地发射。随着入射辐射能量的增加，轫致辐射光束变得更加具有“前向尖峰”，如图4(a)所示。如图4(b)至图4(d)所示，为了控制从转换器(或靶材)发射出的辐照体积的几何形状，使用了扫描喇叭(11h)，其形状为倒漏斗，如图4(b)-图4(d)所示。扫描喇叭的形状和尺寸决定了由具有特定扫描喇叭的第一X射线源产生的第一辐照体积的几何形状和尺寸。

要用X射线辐照的货物可以堆叠在托盘上或装在容器里。容器可以是自支撑的，也可以放置在托盘的上面。这样的货物和托盘和/或容器形成目标产品。如图1(a)、图1(b)和图5(a)所示，在现有技术系统中，目标产品通常是在第一X射线源(11)的前方在传送机构的驱动下沿纵轴(X)水平传送。如本领域公知的，第一辐照体积以Y方向为中心，由于在该Y方向上的吸收，具有这种系统的货物上的剂量沉积分布迅速减少。为了解决这个问题，可以提供第二X射线源(未示出)，其指向与第一X射线源辐照的表面相对的目标产品表面。替代性地，目标产品可以返回到第一X射线源的前方，同时向X射线源示出与其相对的表面(未示出)，或者目标产品可以旋转。

量化沿给定方向或平面的剂量沉积分布的一种方法是计算沿该方向或平面的剂量均匀度比(DUR)，其中DUR＝DM/Dm，其中DM是最大剂量，Dm是沿该方向或平面沉积的最小剂量。当DUR的值等于1

DM＝Dm时，定义了沿给定方向或平面的完全均匀的剂量沉积分布。DUR的值越大，剂量沉积沿方向或平面的变化越大。

在如图1(a)、图1(b)和图5(a)所示的现有技术装置中，沿着传送机构的纵轴(X)的剂量沉积分布基本上是恒定的，其中沿纵轴(X)的DURx接近1，因为目标产品沿纵轴(X)滚动通过X射线源的辐照体积。然而，沿竖轴(Z)的剂量沉积分布变化很大，因为不同托盘上的目标产品的高度可能有很大的差异。由于高能X射线以如图4(a)所示的前向尖峰图案传播，较高的X射线剂量在辐照轴(X)的水平面上沉积到目标产品中，并且沿着竖轴(Z)沉积的X射线剂量随着与辐照轴(X)的距离增加而减少。因此，目标产品高度的变化会使沿竖轴(Z)的剂量沉积分布产生很大的相应变化，从而使得沿竖轴(Z)的远大于1的相应DURz值增加。这当然是不可接受的，因为要么接收最小剂量(DM)的目标产品部分没有被充分辐照以实现辐照的目的，例如灭菌、交联等，要么最小剂量(Dm)足以实现该目的，但是存在接收最大剂量(Dm)的部分被过度辐照并可能被该过程降解的风险。因此，重要的是减少DURz，从而确保沿所有方向的DUR都足够接近1。

为了在如图1(a)、图1(b)和图5(a)所示的系统中使竖向上的DURz值最小化，扫描喇叭(11h)的尺寸必须使其过扫描超出目标产品的边界，从而根据关于竖轴(Z)的近似抛物线形状的剂量沉积曲线的相对平坦的底部来沉积剂量。为了限制X射线扫描喇叭的尺寸和成本，过扫描通常被限制在目标产品的边界之外20cm到30cm。然而，由于不同托盘上的目标产品的高度可能会有很大差异，因此无法以合理的成本使用适合所有高度的单个扫描喇叭来优化DURz。请注意，在两个目标产品之间更换扫描喇叭既麻烦又不切实际。

US 6504898公开了一种在辐射装置前面旋转产品的旋转系统。当X射线辐射被上下扫描时，托盘绕其竖轴缓慢转动。由一对X射线吸收门组成的百叶窗装置位于扫描喇叭X射线转换板和托盘之间，以形成X射线图案，并在托盘的面朝向扫描喇叭转动期间衰减X射线强度。

这种X射线辐照系统的一个缺点是百叶窗会导致宝贵的X射线能量转化为热量并被浪费掉。另一个缺点是依赖于被辐照的靶材的精确机械运动和旋转来实现期望的剂量均匀度。百叶门的定时和控制必须与转台上托盘的旋转在机械上精确同步，以补偿不同的材料厚度。

US 6940944描述了一种用于目标产品的辐射处理的装置，包括辐射源、具有可变孔径的准直器和转台。准直器适于在辐照包装之前调节其孔径。

已经开发了替代性的辐照方法来用改进的DUR辐照各种不同密度的产品。EP1459770提出了一种至少两个托盘装载在旋转装置上进行同时辐照的过程。EP 1738776公开了一种托盘X射线辐照方法，其中托盘被布置在两个重叠的水平面上，并且X射线束沿着与在所述托盘组的下方水平面的中间高度到上方水平面的中间高度之间的距离相对应的高度被引导。然后切换托盘的水平面以进行完全辐照。

现有技术的解决方案适用于托盘和/或容器具有特定形状或高度基本相同的情况。如果需要使用这种系统处理具有不同高度的托盘，则光束扫描宽度需要适应产品高度，以避免处理效率低下。这会导致调度策略复杂。

本发明提供了一种简单且易于实施的解决方案，用于在所有方向上，特别是在由X射线辐照的不同形状和尺寸的目标产品的竖轴(Z)上降低DUR。下文将继续呈现本发明的这些优点和其他优点。

发明内容

本发明在所附独立权利要求中被限定。优选实施例在从属权利要求中被限定。特别地，本发明涉及一种使用X射线辐照货物的装置，包括：

·第一X射线源，被配置成沿着以纵轴(X)为中心的第一辐照体积发射X射线；

·传送机构，被配置成驱动货物使得货物的第一部分暴露于第一辐照体积，这些货物形成目标产品，并且优选地被装载在托盘和/或容器中，每个目标产品被内切在由底平面和高度(h)限定的棱柱形体积内，其中在传送期间，底平面沿着纵轴(X)和垂直于纵轴(X)的横轴(Y)延伸，并且高度(h)沿着垂直于底平面(X，Y)的竖轴(Z)延伸；

其中，传送机构被配置成驱动目标产品沿竖轴(Z)通过辐照体积。

在一个实施例中，传送机构包括旋转元件，该旋转元件被配置成将目标产品旋转(N-1)次，每次旋转2p/N rad，以将目标产品(1)的N个部分依次暴露于第一辐照体积，其中优选地，N＝2、3或4。N优选地等于2。

该装置可以包括第二X射线源，该第二X射线源被配置成沿着以第二纵轴为中心的第二辐照体积发射X射线，以辐照目标产品的第二部分，其中第二纵轴优选地平行于第一纵轴(X)，更优选地与第一纵轴(X)同轴，并且在与第一X射线源的辐照相对的方向上进行辐照。第二X射线源可以定位成与第一X射线源同时辐照目标产品，即两个X射线源面对面定位，第二纵轴与第一纵轴同轴。替代性地，第二X射线源可以被定位成辐照先前第一X射线源辐照过的目标产品。因此，第二X射线源被定位成第一X射线源的下游，并且与第一X射线源面向目标产品的不同的部分。

在优选实施例中，传送机构包括第一和第二水平部分，第一和第二水平部分被配置成沿着纵轴(X)在驱动目标产品的传送机构的平行于竖轴(Z)的竖直部分的上游和下游移动货物，以将目标产品的第一部分暴露于第一辐照体积。传送机构可以包括机构，该机构被配置成当第一目标产品和与该第一目标产品相邻且处于下游的第二目标产品沿着竖轴(Z)被驱动时，确保该第一目标产品的顶面与该第二目标产品的底面基本等距，而不管沿着这些目标产品的竖轴(Z)测量的高度如何。该机构优选地包括用于在改变沿竖轴的驱动方向之前改变沿纵轴(X)的驱动速度的可拆卸机构。

在第一实施例中，传送机构包括竖直部分，该竖直部分被配置成以恒定速度沿着竖轴(Z)驱动目标产品通过辐照体积。在替代性实施例中，传送机构包括竖直部分，该竖直部分被配置成根据目标产品的特性，例如货物的密度、目标产品沿纵轴(X)的尺寸等，以不同的速度驱动不同的目标产品沿竖轴(Z)通过辐照体积。

无论目标产品的高度(h)如何，本发明使得沿竖轴(Z)的剂量沉积分布非常窄。例如，竖直剂量均匀度比(DURz)被定义为在货物底部和货物顶部之间的竖轴(Z)上沉积到目标产品中的最大剂量(DMz)与最小剂量(Dmz)之比(DMz/Dmz)，对于0.1g/cm³的均匀货物密度，该竖直剂量均匀度比可以不大于1.2，优选地不大于1.1，更优选地不大于1.05。

平面剂量均匀度比(DURyz)被定义为在垂直于纵轴(X)的平面(Y，Z)上沉积到目标产品中的最大剂量(DMyz)与最小剂量(Dmyz)之比(DMyz/Dmyz)，对于0.1g/cm³的均匀货物密度，该平面剂量均匀度比对于沿纵轴(X)的任何穿透深度(x1，x2)值都低于1.7，更优选地低于1.35。

为了缩小沿横轴(Y)的剂量沉积分布，沿横轴(Y)测量的目标产品宽度(w1)与辐照跨度(wx)的扫描比(w1/wx)可以在30％和65％之间，优选地在35％和55％之间，更优选地在40％和50％之间。辐照跨度(wx)的值可以至少部分地由扫描喇叭控制。例如，目标产品宽度(w)优选地为100cm±20cm，辐照跨度(wx)优选地为220cm±20cm。

本发明还涉及一种使用X射线辐照装载在托盘上的货物的方法，包括以下步骤：

·提供如上定义的装置；

·沿着竖轴(Z)驱动货物通过辐照体积；

·当驱动货物通过辐照体积时，使用X射线辐照货物。

可以沿竖轴(Z)以恒定速度驱动目标产品通过辐照体积。

当沿着竖轴(Z)驱动货物时，货物优选地彼此基本等距，而不管沿着每个目标产品的竖轴(Z)测量的高度如何。

本发明的方法实现了保持沿第一辐照体积的X射线参数与沿目标产品的竖轴(Z)测量的高度无关。

附图说明

为了更充分地理解本发明的本质，结合附图参考以下具体实施方式，在附图中：

图1(a)：示出了用于通过X射线辐照目标产品的现有技术装置的侧视图。

图1(b)：示出了图1(a)的现有技术装置的俯视图。

图1(c)：示出了根据本发明的装置的实施例的侧视图。

图2(a)：示出了根据本发明的装置沿纵轴(X)和纵轴(Y)的剂量沉积分布。

图2(b)：示出了根据本发明的装置沿纵轴(X)和竖轴(Z)的剂量沉积分布。

图2(c)：示出了辐照目标产品的两个相对表面时沿着根据本发明的装置的纵轴(X)的剂量沉积分布。

图2(d)：示出了图2(a)至图2(c)中展示的目标产品。

图3(a)：绘制了根据本发明的装置的平面(X，Y)上的剂量沉积分布。

图3(b)：绘制了根据本发明的装置的平面(Y，Z)上的剂量沉积分布。

图3(c)：绘制了根据本发明的装置的平面(X，Z)上的剂量沉积分布。

图4(a)：示意性地示出了对于不同束能，由电子束与由高Z金属制成的目标撞击产生的光子的特殊分布。

图4(b)：示出了扫描喇叭示例的立体图。

图4(c)：示出了图4(b)的扫描喇叭的俯视图。

图4(d)：示出了图4(b)的扫描喇叭的侧视图。

图5(a)：示出了根据现有技术的装置的替代性实施例。

图5(b)：示出了根据本发明的装置的替代性实施例。

具体实施方式

如图1(c)和图5(b)所示，本发明的装置被配置成使用X射线(11x，12x)辐照货物(1g)。该装置包括第一X射线源(11)，该第一X射线源被配置成沿着以纵轴(X)为中心的第一辐照体积发射X射线(11x)。该装置还包括传送机构(3h，3v)，该传送机构被配置成驱动货物使得在第一辐照体积前方暴露货物(1g)的第一部分，这些货物优选地被装载在托盘(2)和/或容器中，从而形成如图2(d)所示目标产品(1)。每个目标产品(1)被内切在由底平面和高度(h)限定的棱柱形体积内，其中在传送期间，底平面一方面沿着纵轴(X)延伸，另一方面沿着垂直于纵轴(X)的横轴(Y)延伸，高度(h)沿着垂直于底平面(X，Y)的竖轴(Z)延伸。

如图1(c)和图5(b)所示，本发明的要点在于被配置成驱动目标产品(1)沿着竖轴(Z)通过辐照体积的传送机构。这具有很大的优点，即利用有限尺寸的单个扫描喇叭(11h)，基本上所有的目标产品都可以被具有令人满意的均匀剂量沉积分布的X射线辐照，而不管目标产品(1)的高度(h)如何。如图1(a)、图1(b)和图5(a)所示，由于以下原因，根据现有技术的装置并非如此，在现有技术中，沿着纵轴(X)驱动货物的同时沿着纵轴(Y)辐照目标产品。位于第一X射线源下游的目标产品(1)已经用X射线辐照了至少一次，在图中用附图标记(1x)表示。

辐照轴以及运动方向和法线方向形成的辐照平面

在根据现有技术和本发明的装置中，第一X射线源(11)被定位成用以辐照轴为中心的辐照体积辐照目标产品(1)，该辐照轴垂直于由平行于目标产品(1)运动的方向的运动方向和垂直于辐照轴和运动方向的法线方向限定的辐照平面。

·在如图1(a)、图1(b)和图5(a)所示的根据现有技术的装置中，辐照轴平行于横轴(Y)，运动方向平行于纵轴(X)，法线方向平行于竖轴(Z)。

·在如图1(c)和图5(b)所示的根据本发明的装置中，辐照轴平行于纵轴(X)，运动方向平行于竖轴(Z)，法线方向平行于横轴(Y)。

本发明的要点是将传送机构配置成使得法线方向平行于纵轴(Y)，目标产品(1)沿着该纵轴的宽度(w1)基本恒定，而不是像现有技术装置中那样平行于竖轴(Z)，目标产品沿着该竖轴的高度(h)可能在两个目标产品(1)之间大不相同。这样，沿着法线方向的剂量沉积分布的变化可以在不同目标产品之间保持基本均匀，而不改变X射线源(11，12)和扫描喇叭(11h，12h)的设置，如下所述。

沿运动方向的剂量沉积分布

给定目标产品(1)内和不同目标产品之间沿着运动方向的剂量沉积分布基本上是均匀的，因为目标产品以大致恒定的速率行进通过辐照体积，或者在一些实施例中，目标产品被控制以变化的速率行进，以根据例如它们的密度等进一步增强不同目标产品(1)之间的剂量沉积分布的均匀度。这在图2(b)中展示，其中当目标产品已经通过根据本发明的装置的辐照体积(11x)时，运动方向平行于竖轴(Z)，使得这样沉积的剂量基本上是均匀的。

然而，沿着法线方向的剂量沉积分布不是这种情况，其可能根据辐照条件而发生显著变化。

沿法线方向的剂量沉积分布

图2(a)示出了根据本发明的装置中沿着法线方向的剂量沉积分布，对于根据本发明的装置，法线方向平行于纵轴(Y)。它可以近似为以辐照轴(即根据本发明的装置的纵轴(X))为中心的抛物线，最大剂量沉积在辐照轴水平面的顶点处，并且随着距辐照轴任一侧的距离沿着法线方向(即纵轴(Y))增加而减小。给定目标产品(1)内沿方向(i)的剂量沉积分布可以通过剂量均匀度比(DURi)进行量化，剂量均匀度比定义为沿轴(i)沉积的最大剂量(DMi)与最小剂量(Dmi)之比(DMi/Dmi)。接近1的DURi值表示均匀的剂量沉积分布，其中DURi＝1对应于平坦的剂量分布。DUR的值远大于1表示剂量沉积沿方向(i)的变化较大。

可以通过增加抛物线剂量沉积图案的辐照跨度，或者换句话说，通过相对于沿法线方向的目标产品的尺寸使抛物线的尖端变平，来减小沿法线方向的DUR。目标产品(1)中剂量沉积沿法线方向的差ΔDy＝DMy-Dmy可以通过减小沿法线方向测量的目标产品尺寸(w1)与辐照跨度(wx)的扫描比(w1/wx)来减小。辐照跨度(wx)可以由扫描喇叭(11h，12h)控制，扫描喇叭可以改变抛物线剂量沉积图案的尺寸。尽管从理论的角度来看，无限的辐照跨度(wx)是可取的，但实际上辐照跨度(wx)是非常有限的，并且使用更大的扫描喇叭增加wx比时，成本会成比例地增加。

DUR与目标产品(1)的高度(h)

沿法线方向的DUR取决于扫描比(wx/w1)。虽然辐照跨度(wx)可以在装置的水平面进行控制，但目标产品尺寸(w1)并非如此，其显然取决于正在呈现给第一X射线源的目标产品(11)。在第一X射线源前面对所有正在传送的目标产品施加特定的尺寸可能是不可行的。

·在根据现有技术的装置中(参见图1(a)、图1(b)和图5(a))，沿法线方向测量的目标产品尺寸(w1)是沿竖轴(Z)测量的高度(h)(即，w1＝h)。

·在根据本发明的装置中(参见图1(c)和图5(b))，沿着法线方向测量的目标产品尺寸(w1)是沿着横轴(Y)测量的宽度(w1)(即，w1＝w)。

目标产品的高度(h)的变化明显大于其宽度(w1)的变化，而宽度(w1)受托盘(2)的宽度限制。这意味着当目标产品尺寸(w1)是目标产品的高度(h)(即w1＝h)时(现有技术装置)的扫描比(w1/wx)的变化比目标产品尺寸(w1)是目标产品的宽度(w)时(如本发明的装置)的扫描比(w1/wx)的变化大得多。由此可见，利用本发明的装置，有限尺寸的单个扫描喇叭(11h，12h)足以确保同一辐照线上不同尺寸的不同目标产品(1)之间的基本均匀的剂量沉积，以及给定目标产品(1)内的令人满意的均匀剂量沉积，而不管目标产品(1)的高度(h)如何。

例如，沿着横轴(Y)(对应于法线方向)测量的目标产品宽度(w1)与辐照跨度(wx)的扫描比(w1/wx)可以在30％和65％之间，优选地在35％和55％之间，更优选地在40％和50％之间。如上所述，辐照跨度(wx)的值至少部分地由扫描喇叭(11h，12h)控制，该扫描喇叭可以被配置成产生优选地为220cm±20cm的辐照跨度(wx)。目标产品宽度(w1)受限于目标产品所在托盘的宽度，因此不大于该托盘的宽度。托盘宽度(w2)通常为100cm±20cm。本领域通常使用的容器的情况大致相同。

在本发明的优选实施例中，竖直剂量均匀度比(DURz)被定义为在沿着辐照轴(X)的穿透深度(x1，x2)的给定值下，在货物底部和货物顶部之间的竖轴(Z)(对应于运动方向)上沉积到货物(1g)中的最大剂量(DMz)与最小剂量(Dmz)之比(DMz/Dmz)，对于0.1g/cm³的均匀货物密度，该竖直剂量均匀度比不大于1.2，优选地不大于1.1，更优选地不大于1.05。

辐照平面(X，Y)上的DURyz

图3(a)至图3(c)示出了在平面(i，j)上目标产品(1)中的剂量沉积分布，其中i和j分别是X、Y、Z之一。图3(a)示出了由第一X射线源(11)和第二X射线源(12)沉积在底平面(X，Y)上的剂量。图3(b)示出了在X的给定值x1和x2下沉积在辐照平面(Y，Z)上的剂量。图3(c)示出了在Y的给定值y1下沉积在平面(X，Y)上的剂量。在所有情况下，都示出了沉积在平面(i，j)上的剂量的最大值(DMij)和最小值(Dmij)以及剂量沉积变化(ΔDij＝DMij-Dmij)的相应值。

垂直于纵轴(X)(对应于辐照轴)的辐照平面(Y，Z)上的平面剂量均匀度比(DURyz)被定义为在辐照平面(Y，Z)上沉积到货物中的最大剂量(DMyz)与最小剂量(Dmyz)之比(DMyz/Dmyz)，对于具有0.1g/cm³的均匀密度的目标产品，该平面剂量均匀度比对于沿纵轴(X)的任何穿透深度(x1，x2)值都优选地低于1.7，更优选地低于1.5，更优选地低于1.4，最优选地低于1.35(参见图3(b))。由于

所以有

现有技术装置的特征通常在于辐照平面上的DUR大于1.7甚至1.8。

也是如此，因为

(参见图3(c))。

沿辐照轴(X)的剂量沉积分布

图2(a)和图2(b)(底部曲线图)展示了通过单个X射线源(11)沿辐照轴(X)的目标产品的剂量沉积分布。为了减小DMx和Dmx之间的差异，可以优选地从不同的方向辐照目标货物。在一个实施例中，当每个目标产品(1)位于第一X射线源(11)的辐照体积内时，每个目标产品(1)围绕竖轴(Z)连续或间歇地旋转。例如，传送机构可以包括旋转元件，该旋转元件被配置成将目标产品旋转(N-1)次，每次旋转2π/N rad，以将目标产品(1)的N个部分依次暴露于第一辐照体积(10x)。一般来说，N可以等于2，3，或4。优选地，N＝2，并且旋转πrad(＝180°)。

替代性地，传送机构可以在单个X射线源(11)前方驱动每个目标产品(1)N次(优选两次)，从而暴露目标产品的径向相对的表面。前述解决方案改善了沿着辐照轴(X)的剂量沉积分布的均匀度，但是它们也延长了处理时间，因为旋转或者再次递送目标产品是耗时的。

在图1(c)和图5(b)(虚线所示)所示的另一个实施例中，该装置可以包括第二X射线源(12)，该第二X射线源被配置成沿着以第二纵轴(X2)为中心的第二辐照体积发射X射线(12x)，以辐照目标产品(1)的第二部分。第二纵轴(X2)优选地平行于第一纵轴(X)，更优选地与第一纵轴(X)同轴，并且在与第一X射线源(11)的辐照相对的方向上进行辐照。这种解决方案比前一种解决方案成本更高，因为它需要第二X射线源(12)，但它允许更快和连续地辐照目标产品(1)，因为它们不需要旋转或者再次循环目标产品。第二X射线源(12)可以被定位成

·使得与第一X射线源(11)同时辐照目标产品(1)，或者

·使得辐照先前第一X射线源(11)辐照过的目标产品(1x)(如图1(c)和图5(b)所示)。

通过辐照目标产品(1)的N＝2个相对表面产生的沿辐照轴(X)的剂量沉积分布如图3(c)的底部曲线图所示。图3(c)示出了第一X射线源(11)和第二X射线源(12)，但是通过在第一X射线源(11)前面将目标产品旋转角度πrad(＝180°)或者再次循环，也获得相同的结果。通过比较图2(a)和图2(c)，可以看出，通过沿辐照轴(X)辐照目标产品的单个部分而获得的剂量沉积变化(ΔDx)可以通过将目标产品的N＝2个相对部分暴露于沿辐照轴(X)的X射线辐照而显著减小到值ΔDx2<ΔDx。

辐照轴(X)所在的平面(X，Y)和平面(X，Z)上的剂量沉积分布，其中N＝2。

图3(a)和图3(c)分别展示了通过辐照目标产品(1)的N＝2个相对表面在平面(X，Y)和平面(X，Z)上产生的剂量沉积分布。图3(a)展示的平面(X，Y)上的剂量沉积分布呈马鞍形，这是由于一方面由第一X射线源(11)和第二X射线源(12)沿辐照轴(X)沉积的累积剂量的衰减，另一方面由上述沿横轴(Y)的抛物线剂量沉积图案的组合。沿辐照轴(X)的衰减是由被辐照材料的吸收和X射线的穿透深度控制的。上文已经讨论了用于减轻所述衰减的解决方案，例如通过在辐照体积内围绕竖轴(Z)旋转目标产品(1)。但是，除了这些解决方案之外，当X射线更深地穿透目标产品(1x)时，没有其他方法来限制X射线沿辐照轴或纵轴(X)的衰减。

可以使沿横轴(Y)的抛物线剂量沉积分布变平，以通过使用适当的扫描喇叭增加辐照变化(wx)来减小扫描比(w1/wx)，从而减小剂量沉积跨度(ΔDy＝DMy-Dmy)。使抛物线剂量沉积分布变平会减小差异ΔDy＝DMy-Dmy，从而使DURy＝DMy/Dmy的值更接近于统一。扫描比的值是DURy优化和成本之间的折衷。

传送机构

如图1(c)和图5(b)所示，传送机构优选地被配置成在沿着竖轴(Z)驱动货物之前和之后沿着纵轴(X)移动货物，以在第一辐照体积(11x)前方暴露货物的第一部分。在图1(c)的实施例中，托盘被可枢转地固定到传送轨道，使得无论轨道的方向如何，底平面都保持恒定水平(平行于轴线(X，Y))。该轨道包括水平部分(3h)，接着是竖直部分(3v)，通过圆柱形引导装置或滚筒等引导装置驱动。目标产品(1)在第一射线源(11)和可选的第二X射线源(12)前方的竖直部分(3v)中被竖直驱动。一旦受到辐照，目标产品(1x)可以被引导沿着第二水平部分(3h)再次水平前进。但是优选地是，如图1(c)所示，目标产品在被引导至第二水平部分(3h)之前被竖直驱动返回至与第一水平部分(3h)相同的水平面。该解决方案在节能方面是有利的，因为被向下驱动的目标产品(1x)的重量可以用于向上驱动目标产品(1)。在图1(c)和图5(b)中，目标产品首先被向上驱动，然后被向下驱动。很明显，反过来也是可能的，目标产品首先被向下驱动，然后再次被向上驱动到与第一水平部分(3h)相同的水平面，这取决于容纳该装置的车间的结构。

图1(c)所示的装置被描绘成具有第一X射线源(11)和第二X射线源(12)。很明显，它可以包括单一的X射线源，仅仅是第一X射线源或者第二X射线源。如上所述，即使使用单一的X射线源，也可以例如通过旋转目标产品来辐照目标产品的几个部分。

在一个优选实施例中，传送机构包括机构，该机构被配置成当第一目标产品和与该第一目标产品相邻且处于下游的第二目标产品沿着竖轴(Z)被驱动时，确保该第一目标产品的顶面与该第二目标产品的底面基本等距，而不管沿着这些目标产品的竖轴(Z)测量的高度如何。

例如，目标产品可以被固定到图1(c)所示的装置的传送机构上，并在整个处理期间保持在传送机构的移动元件的固定位置。目标产品的固定位置可以通过在将每个目标产品固定到传送机构的移动元件之前测量其高度(h)并计算相邻目标产品的最佳相对位置来优化，以确保当它们到达传送机构的竖直部分(3v)时，将任何目标产品的顶部与位于其下游的相邻目标产品的底部分开的间隙是恒定的(术语“上游”和“下游”是相对于目标产品的运动方向来表示的)。

替代性地，目标产品不联接到传送机构的移动元件的固定点，但是该机构包括用于在改变沿竖轴的驱动方向之前改变沿纵轴(X)的驱动速度的可拆卸机构，从而当相邻目标产品被驱动通过辐照体积(11x，12x)时，确保相邻目标产品之间的间隙恒定。

图5(b)示出了替代性实施例，其中货物(优选地封装在容器中)放置在托盘(2)的上面，托盘(2)具有沿着纵轴(Y)在两侧突出的联接元件。托盘(2)在第一水平部分(3h)上传送，并且在到达竖直部分(3v)时，联接元件接合属于传送机构的配合接收元件，该配合接收元件沿着竖轴(Z)竖直驱动目标产品通过辐照体积(11x，12x)。同样，目标产品(1)在第一水平部分(3h)中的相对位置可以根据先前测量的目标产品的高度确定，以便在传送机构的竖直部分中的相邻目标产品之间保持间隙恒定。替代性地，传送机构可以包括用于在改变沿竖轴的驱动方向之前改变沿纵轴(X)的驱动速度的可拆卸机构。

在一个实施例中，传送机构的竖直部分(3v)被配置成沿着竖轴(Z)以恒定速度驱动目标产品(1)通过辐照体积。这是简单而可靠的实施例。

在更复杂的实施例中，传送机构的竖直部分(3v)被配置成根据被辐照的目标产品，沿着竖轴(Z)以不同的速度驱动目标产品(1)通过辐照体积。例如，根据货物的密度或沿纵(和辐照)轴(X)测量的目标产品的深度(d)，给定目标产品的速度可以在穿过辐照体积时发生变化。该实施例需要测量参数，或者从数据库或者从目标产品上提供的机器可读信息标签中检索参数。它还需要用于根据参数值改变沿竖轴(Z)的驱动速度的可拆卸机构。该实施例确保了不同密度或尺寸的不同目标产品之间的X射线处理的均匀度更高。

用于使用X射线辐照货物的方法

本发明的装置可以有利地用在使用X射线(11x，12x)辐照装载在托盘(2)上的货物(1)的方法中，该方法包括以下步骤：

·提供如上所述的装置；

·沿着竖轴(Z)驱动货物(1)通过辐照体积；

·当驱动货物通过辐照体积时，使用X射线辐照货物。

这种非常简单、易于实施的解决方案允许用单个标准尺寸的扫描喇叭(11h，12h)显著增强货物中剂量沉积分布的均匀度，其可以通过例如剂量均匀度比DUR＝DM/Dm来量化。这意味着X射线沿着第一辐照体积的编程参数与沿着装载在每个托盘上的货物的竖轴(Z)测量的高度无关，并且可以保持恒定，而无论目标产品的高度如何。

如上所述，可以沿竖轴(Z)以恒定速度驱动货物(1)通过辐照体积。替代性地，可以根据货物的一些参数(例如它们的密度、目标产品的深度(d)等)，以不同的速度驱动它们。这可以确保增强在一个或多个前述参数显著不同的目标产品之间处理的均匀度。

Claims (15)

1.一种使用X射线(11x，12x)辐照货物(1g)的装置，包括：

·第一X射线源(11)，被配置成沿着以纵轴(X)为中心的第一辐照体积(11x)发射X射线；以及

·传送机构(3h，3v)，被配置成驱动货物使得所述货物(1g)的第一部分暴露于所述第一辐照体积，所述货物形成目标产品(1)并且优选地装载在托盘(2)上和/或容器中，每个目标产品(1)被内切在由底平面和高度(h)限定的棱柱形体积内，其中，在传送期间，所述底平面沿着纵轴(X)和垂直于所述纵轴(X)的横轴(Y)延伸，并且所述高度(h)沿着垂直于所述底平面(X，Y)的竖轴(Z)延伸；

其特征在于，传送机构(3v)被配置成驱动所述目标产品(1)沿着所述竖轴(Z)竖直地通过所述辐照体积。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传送机构包括旋转元件，所述旋转元件被配置成将目标产品旋转(N-1)次，每次旋转2p/N rad，以将所述目标产品(1)的N个部分依次暴露于所述第一辐照体积，其中优选地，N＝2、3或4。

3.根据权利要求1所述的装置，包括：第二X射线源(12)，被配置成沿着以第二纵轴为中心的第二辐照体积(12x)发射X射线，以辐照所述目标产品的第二部分，其中所述第二纵轴优选地平行于所述第一纵轴(X)，更优选地与所述第一纵轴(X)同轴，并且在与所述第一X射线源的辐照相对的方向上进行所述辐照。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第二X射线源(12)被定位成

·使得与第一X射线源(11)同时辐照目标产品(1)，或者

·使得辐照先前所述第一X射线源(11)辐照过的目标产品(1)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述传送机构包括第一和第二水平部分(3h)，所述第一和第二水平部分被配置成沿着所述纵轴(X)在平行于所述竖轴(Z)驱动所述目标产品的所述传送机构的竖直部分(3v)的上游和下游移动所述货物，以将所述目标产品的所述第一部分暴露于所述第一辐照体积(11x)。

6.根据前一项权利要求所述的装置，其中，所述传送机构包括机构，所述机构被配置成当第一目标产品和与所述第一目标产品相邻且处于下游的第二目标产品沿着所述竖轴(Z)被驱动时，确保所述第一目标产品的顶面与所述第二目标产品的底面基本等距，而不管沿着所述目标产品的所述竖轴(Z)测量的高度如何，其中，所述机构优选地包括用于在改变沿所述竖轴的驱动方向之前改变沿所述纵轴(X)的驱动速度的可拆卸机构。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述传送机构包括竖直部分(3v)，所述竖直部分被配置成以恒定速度沿着所述竖轴(Z)驱动所述目标产品(1)通过所述辐照体积。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述传送机构包括竖直部分(3v)，所述竖直部分被配置成根据所述目标产品的特性，以不同的速度沿着所述竖轴(Z)驱动不同的目标产品(1)通过所述辐照体积。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，竖直剂量均匀度(DURz)被定义为在货物的底部和所述货物的顶部之间的所述竖轴(Z)上沉积到目标产品中的最大剂量(DMz)与最小剂量(Dmz)之比(DMz/Dmz)，对于0.1g/cm³的均匀货物密度，所述竖直剂量均匀度比不大于1.2，优选地不大于1.1，更优选地不大于1.05。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，沿着所述横轴(Y)测量的目标产品宽度(w1)与辐照跨度(wx)的扫描比(w1/wx)在30％和65％之间，优选地在35％和55％之间，更优选地在40％和50％之间，并且其中，所述辐照跨度(wx)的值至少部分由扫描喇叭控制，并且其中，所述目标产品宽度(w)优选地为100cm±20cm，并且其中，所述辐照跨度(wx)优选地为220cm±20cm。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，平面剂量均匀度比(DURyz)被定义为在垂直于所述纵轴(X)的平面(Y，Z)上沉积到目标产品中的最大剂量(DMyz)与最小剂量(Dmyz)之比(DMyz/Dmyz)，对于0.1g/cm³的均匀货物密度，所述平面剂量均匀度比对于沿所述纵轴(X)的任何穿透深度(x1，x2)值都低于1.7，更优选地低于1.35。

12.一种使用X射线(11x，12x)辐照装载在托盘(2)上的货物(1)的方法，包括以下步骤：

·提供根据前述权利要求中任一项所述的装置；

·沿着所述竖轴(Z)驱动所述目标产品(1)通过所述辐照体积；

·当驱动所述货物通过所述辐照体积时，使用X射线辐照所述货物。

13.根据前一项权利要求所述的方法，其中，沿所述竖轴(Z)以恒定速度驱动所述目标产品(1)通过所述辐照体积。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，当沿着所述竖轴(Z)驱动所述目标产品时，所述目标产品彼此基本等距，而不管沿着所述目标产品的所述竖轴(Z)测量的高度如何。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，沿所述第一辐照体积的所述X射线的参数与沿所述目标产品的所述竖轴(Z)测量的高度无关。

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