DE2358652A1

DE2358652A1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen bestrahlung mittels elektromagnetischer strahlung

Info

Publication number: DE2358652A1
Application number: DE2358652A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Tetzlaff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1975-05-28
Also published as: GB1472437A; CH581895A5; FR2252633B1; FR2252633A1; DE2358652B2; DE2358652C3; CA1026016A; US4029967A

Description

Ing. Karl-Heinz Tetzlaff ry ο \Z Q Q C 0

62^*· Kelkheim/Ts . ^ s? 0 0 D 0 4

Mörikestr. ^

Datura 23. November 1973

Vorrichtung zur gleichmäßigen Bestrahlung mittels elektromagnetischer -- - ' '__, Strahlung :" - "

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, mit der es gelingt, Material mit großen Abmessungen und hoher Die

ι, ' - <
elektromagnetischer Strahlen zu bestrahlen.

terial mit großen Abmessungen und hoher Dichte gleichmäßig, mittels

Durch kurzwellige elektromagnetische Strahlung wie Röntgen- oder Gam-Bia-Strahlung werden Stoffe in ihren physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften verändert. Technisch wird die Strahlung insbesondere zur Abtötung von Mikroorganismen eingesetzt» Bestrahlt werden z.B. Einwegspritzen, Skalpells/ Nahtmaterial, Tierfutter, Nahrungsmittel für den Menschen oder auch Enzymsysteme. Oft geschieht dieses in Versandfertigen Verpackungen. Eine bestimmte Mindestdosis garantiert hier praktisch .die Sterilität. Eine weitere Bestrahlung wird in der Regel nur noch das Bestrahlungsgut schädigen.Bei den technisch üblichen Behältergrößen, in denen das Bestrahlungsgut bestrahlt wird, führt die Ausbreitung der Strahlung und deren Absorption dazu, daß nicht jedes Volumelement mit der gleichen Dosis bestrahlt wird'. Auch wenn die Behälter, gemäß dem Stand der Technik, von mehreren Seiten, bestrahlt werden, sind beträchtliche partielle Uberdosierungen erforderlich, um die Mindestdosis z.B," für die Sterilität zu erreichen. Dies bedeutet eine Minderung der Materialeigenschaften häufig eingesetzter Kunststoffe, wie z.B. Zunahme dor Versprödung bei Polypropylen, oder Verfärbung und Geruchseritwicklung bei Polyvinylchlorid. Ferner ist durch die überdosierung auch eine Qualitätsminderung bei Nährstoffen öder eine beträchtliche Reduzierung der biologischen Wirksamkeit bei Enzymsystemen festzustellen. Das Verhältnis von größter Dosis zu kleinster Dosis in einem Bestrahlungsgut z.B. Bestrahlungsbehälter wie Karton oder Faß, wird im folgenden "Uberdosierungsfaktor" genannt. · Unter gleichmäßiger Bestrahlung wird versinken, daß der Uberdosierungsfaktor nahe bei 1 liegt.

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Es ist eine Vorrichtung der'ATOMlC ENERGY OF CANADA LIMITED (im folgenden als Vorrichtung A bezeichnet) bekannt, bei der um eine tafelförmige ca. 1 m große Co-Strahlenquelle eine Anzahl Kartons, die das Bestrahlungsgut aufnehmen, horizontal in zwei Lagen übereinander,so um die Strahlenquelle herumgeführt, daß die Kartons von zwei gegenüberliegenden Seiten bestrahlt werden. Die Kartons müssen nach der Hälfte der vorgesehenen Bestrahlungszeit gedreht, bzw. es muß die Bahnlage gewechselt werden. Der Uberdosierungsfpktor steigt z.B. bei einer Kartongröße von 55>2 cm χ 43>2 cm χ 91,4 cm und einer mittleren Fülldichte ab 0>3 g/cm' bereits auf Werte an, die für viele Anwendungen zu hoch liegen.

Nach einer Vorrichtung der RADIATION DYNAMICS LIMITED (im folgenden als Vorrichtung B bezeichnet) bewegen sich 6 Behälter auf einer Kreisbahn von 2,2 m Durchmesser um eine ca. Wy cm lange Co-Stabquelle, welche sich auf und ab bewegt. Die quaderförmigen Behälter mit quadratischer Grundfläche drehen sich dabei gleichsinnig um ihre eigene Längsachse. Die Drehung erfolgt schrittweise um 90 , so daß praktisch immer eine flache Seite zur Strahlenquelle gerichtet ist·. So ist z.B. der Uberdosierungsfaktor bei der Behältergröße 70 cm χ 70 cm χ 250 cm und der Fülldichte 0,7 g/cm' größer als 2.

Für" die Anwendung in der Forschung sind Vorrichtungen bekannt, (z.B. von ATOMIC ENERGY OF CANADA LIMITED) bei denen eine Vielzahl von stabförmigen Strahlenquellen auf einem Kreis angeordnet sind, bzw. eine Röntgen-Topfanode verwendet wird. Abgesehen von den nicht gleichmäßig bestrahlten Volumen an den axialen Enden, erhält man in der Mitte so einen zylindrischen Innenraum, der an allen Stellen eine in etwa gleiche Dosisleistung aufweist. Sobald jedoch in diesen Innenraum das Bestrahlungsgut eingebracht wird, fällt die Dosisleistung, insbesondere bei Bestrahlungsgütern mit höherer Dichte, stark ab. Dieser Sachverhalt kann die Forschungsarbeiten stark behindern.

Zur Vermeidung der, Nachteile, die durch einen großen Uberdosierungsfaktor entstehen, wird eine Vorrichtung vorgeschlafen, in der auch Bestrahlungsgut mit hoher Fülldichte und großen Abmessungen mit elektromagnetischer Strahlung, deren Qusntenenergie größer al 5 KeV ist, gleichmäßig bestrahlt werden kann, und die mindestens eine Strahlenquells und eine Einrichtung zur Aufnahme des Bestrrhlurigsgutes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung in Teilbereichen dadurch vermindert wird,

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daß seitlich des Strahlenganges von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelachse mindestens vein Abschirmelement/angeordnet ist ,und die Strahlenquelle und Einrichtungen zur Aufnahme von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut so gestaltet sind, daß die nutzbare Strahlenimmission im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden des Bestrahlurigsgutes im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus - vermindert wird.

Das Abschirmelement seitlich des Strahlenganges von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelachse sorgt d.afür,.'daß- in einem Querschnitt senkrecht zu:r Bestrahlungsgut-Mittelachse überall eine gleich große Bestrahlungsdosis erreicht wird. Bei großen Abmessungen des Bestrahlungsgutes ordnet man vorteilhaft zwei Abschirmelemente symmetrisch zu beiden Seiten des Strahlenganges an. Es genügt hierbei eine einzige Strahlenquelle, wenn die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes drehbar angeordnet ist- so, daß sich das Bestrahlungsgut um die eigene Achse, z.B. Symmetrieachse, dreht, oder die Strahlenquelle und .dvs seitliche Abschirmelement sich um das Bestrahlungsgut drehen. Die über den Querschnitt gleichmäßige Bestrahlung kann auch dadurch erreicht werden, daß mehrere Strahlenquellen mit; ihren zugehörigen seitlichen Abschirmelementen beispielsweise auf einem Kreis um das Bestrahlungsgut gruppiert sind. Diese Anordnung enthalt also keine beweglichen Teile.

Als- Strahlenquelle für Röntgenstrahlen wird in dieser Beschreibung der Ort ihrer Entstehung verstanden. Im, Gegensatz zur Bewegung oder Anordnung der radioaktiven St^ahienqulilien: igt es zweckmäßig,, nicht die gesamte-Vorrichtung zur Erzeugung der Röntgenstrahlen oder die Anode zu bewegen, sondern den die Röntgenstrahlen erzeugenden Elektronenstrahl durch elektrische oder elektromagnetische Felder auf eine feststehende Anode zu lenken. So läßt sich auch ohne "bewegte Teile eine rotierende beziehungsweise quasi rotierende Strahlenquelle erzeugen.

Der oben verwendete Begriff "Bestrahlungsgut-Mittelachse" bezeichnet bei der drehbaren Anordnung die Drehachse und bei der statischen Anordnung die Kreuzungslinie der Strahlenbündel, die von den einzelnen Strahlenquellen ausgehen, und ungehindert durch- den Spalt hindurehtreten, den zwei seitlich angeordnete Abschirmelemente freilassen* Vorzugsweise stimmt die Bestrahlungsgut-Mittelachse mit der längsten Symmetrieachse des Bestrahlungsgutes überein. ■■"",.

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Um auch über dns gesarate Volumen des Bestrahlungsputes eine gleichmäßige Bestrahlung zu erzielen, wird die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes in Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelochse bewegbar angeordnet, so daß beispielsweise das in Fässern abgefüllte Bestrahlungsgut sich drehend, und in dichter Folge mit Hilfe eines Förderbandes gleichmäßig an der Strahlenquelle vorbeibewegt. Die beste Strahlenausnutzung erreicht man dann, wenn mehrere Einrichtungen dieser Art die Strahlenquelle (bzw. ein Bündel von einzelnen Strahlenquellen) kreisförmig umgeben. Lediglich beim Wechsel auf eine andere Charge von Bestrahlungsgut, die in ihren Abmessungen, ihre Dichte oder der Bestrahlungsdosis mit der vorangegangenen Charge nicht übereinstimmt, tritt beim ersten Faß eine ungleichmäßige Bestrahlung ein.

Eine andere Möglichkeit einer gleichmäßigen Bestrahlung besteht darin, die Strahlenquelle und Einrichtungen zur Aufnahme von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut so zu gestalten, daß die nutzbare Str^hlenimmission im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden des Bestrahlu$igsgutes vermindert wird. Diese Verminderung kann dadurch erreicht werden, daß eine vorzugsweise parallel zur Bestrahlungsgut-Mittelachse (z.B. längste Symmetrieachse) stehende lange Strahlenquelle so aufgebaut ist, daß die Aktivitätsmenge je Längeneinheit in der Mitte geringer, ist als gegenüber den axialen Enden des Bestrahlungsgutes, beziehungsweise die Mit'te stärker abgeschirmt ist als die Enden. Diese Abschirmung kann sowohl in einer Verstärkung der Strahlenquellenumhüllung, als auch in einer Verstärkung der Behälterwand bestehen, für den Fall, daß sich das Bestrahlungsgut in einem Behälter befindet. Es ist sogar möglich, diese Abschirmung durch einen Teil des Bestrahlungsgutes selbst zu bewirken. D?s Bestrahlungsgut beziehungsweise der Bestrshlungsgut-Behälter hat dann eine etwa tonnenförmige Gestalt. Für gleiche Verminderung der nutzbaren Strahlenimmission sind auch Einrichtungen zur Aufnahme von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut geeignet, die es gestatten, eine im Verhältnis zu den Abmessungen des Bestrahlungsgutes geometrisch kleine Strahlenquelle relativ zur Bestrahlungsgut-Mittelachse so zu bewegen, daß ihre Aufenthaltsdauer je Längeneinheit der Bewegungsachse über einen Bestrahlungszyklus, der hier auch als Bewegungszyklus verstanden werden kann, in der Mitte geringer ist als im Bereich gegenüber den axialen Enden des Bestrahlungsgutes. Wird das Bestrahlungsgut beispielsweise in Behältern kontinuierlich an der Strahlenquelle vorbeigeführt, ist nur am Anfang und am Ende einer neuen Charge eine entsprechende Änderung der Verweilzeit nötig. Zusätzlich zu diesen drei Maßnahmen zur Verinin-

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derung der nutzbaren Strahlenimmission in der Mitte (Aktivitätsverteilung, Abschirmung und spezielle relative Strahlenquellenbewegung) soll das Bestrahlungsgut von allen Seiten bestrahlt werden. Wie schon weiter oben beschrieben, kann dieses dadurch erreicht werden, daß das Bestrahlungsgut sich dreht, oder die Strahlenquelle sich um das Bestrahlungsgut dreht. Die gleiche Wirkung wird auch erzielt, wenn um das Bestrahlungsgut mehrere Strahlenquellen angeordnet sind. Diese Bestrahlungstechnik zur gleichmäßigen Bestrahlung, die ohne seitlich in den-Strahlengang von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelachse eingebrachte -Abschirmelemente arbeitet, ist auf die Anwendungsfälle beschränkt, bei denen die durchstrahlte Dicke und die Dichte des Bestrahlungsgutes nicht zu groß sind. Gegenüber den bekannten Vorrichtungen läßt sich aber stets eine wesentliche Verringerung des Überdosierungsfaktors erzielen. (Siehe auch Beispiel).

Ordnet man jedoch die Einrichtungen zur Verminderung der nutzbaren Strahlenimmission, und die seitlich in den Strahlengang von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelachse eingebrachten Abschirmelemente, zusammen in einer Vorrichtung an, so kann auch Bestrahlungsgut mit hoher Dichte und großer zu durchstrahlender Dicke, mit einer bisher für unerreichbar gehaltenen Gleichmäßigkeit, bestrahlt werden. Dabei braucht das Bestrahlungsgut, welches eine beliebige axiale Lange haben kann, nicht in Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelachse verschoben zu werden. Die beschriebenen'Einrichtungen zur Gewährung einer Bestrahlung von allen Seiten sind selbstverständlich a.uch hierbei zu beachten. Für die äußere Gestalt des Bestrahlungsgutes ist die zylindrische Form (Faß) am besten geeignet, das heißt, es läßt sich hiermit eine sehr gleichmäßige Bestrahlung bei guter Strahlenausnutzung erzielen. Bei Verwendung anderer Querschnittsformen der Behälter zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes ist der Überdosierungsfaktor größer, aber in vielen Fällen noch tragbar.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es jedoch auch möglich große und beliebig unregelmäßig geformte Bestrahlungsgüter, beziehungsweise Bestrahlungsgut in großen und beliebig geformten Behältern sehr gleichmäßig zu bestrahlen. Bei dieser Einrichtung ist jedoch mit einer, je nach Gestalt, verminderten Strahlenausnutzung zu rechnen. Als äußere Behälterform eignet s.ich dabei vorzugsweise ein Zylinder. In diesem Zylinder ist beispielsweise ein Behälter mit quadratischem Querschnitt eingebracht, dessen Innenraum das Bestrahlungsgut enthält. Der Zwischenraum von Zylinder und Innenraum ist hier-

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bei mit Material der gleichen Fülldichte gefüllt, wie sie auch das Bestrahlungsgut aufweist. Nach dieser Methode können auch große Fleischteile oder Fisch gleichmäßig bestrahlt werden, hierbei kann Wasser für die Zwischenräume verwendet werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, große Volumina, z.B. Zylinder.mit über 1 m Durchmesser, und hoher Fülldichte des Bestrahlungsgutes, beispielsweise.! g/cm , gleichmäßig zu bestrahlen. Das hat neben der in mr-nchen Fällen erheblichen Qualitätsverbesserung des Bestrahlungsgutes im Vergleich zur Bestrahlung in bekannten Vorrich- _~ tungen, auch einen technischen Rationalisierungseff'ekt, vivl'l heute ein Trend zu immer größeren Verpackung^- und Versandeinheiten (Container) besteht, und die erfindungsgemäße Vorrichtung hierauf leicht adaptiert werden kann.

Röntgenanlagen mit niedrigen Betriebsspannungen und ihrem einfachen Strahlenschutz können jetzt auch bei (gegenüber bekannten Vorrichtungen) wesentlich größeren Bestrahlungsgut-Behältermaßen, über?!Ll dort eingesetzt werden, wo es auf kurze Bestrahlungszeit oder auf geringes Anlagengewicht ankommt, z.B. in nicht stationären Anlagen.

Auch können behördlich festgesetzte Bestrahlungs-Höchstdosen voll ausgeschöpft werden. Bei der Bestrahlung von Lebensmitteln zum Zwecke der Verlängerung ihrer Haltbarkeit, kann dies zu Wettbewerbsvorteilen führen.

Für einen Forscher z.B., der Bestrahlungsversuche mit Lebensmitteln durchführt, und dazu eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem v/assergefüllten, gleichmäßig bestrahlten Innenraum benutzt, ergibt sich eine bedeutende Arbeitsvereinfachung, weil z.B. in Plastikbeuteln eingeschweißte, beziehungsweise in Dosen oder Flaschen verpackte Lebensmittelproben, die etwa der Dichte des Wassers entsprechen, an beliebiger •Stelle und beliebig dicht beieinander in den Bestrahlungsraum eingebracht v/erden können, ohne umständliche Abschirmberechnungen anstellen zu müssen. In der Praxis wird dieser Innenraum bei den bekannten Vorrichtungen schlecht ausgenutzt, weil jede neu eingebrachte Probe das Strahlenfeld für die anderen Proben stört.

Gegenüber einer vergleichbaren bekannten Vorrichtung kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch noch die Strahlenausnutzung verbessert werden (siehe auch Beispiel), weil durch die seitlichen Abschirmelemente nur die Strahlendosis reduziert wird, die z.B. bei der Sterilisation

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ohnehin überflüssig ist; und weil an den axialen Enden des Bestrahlungsgutes die meist zu schwäch bestrahlten Stellen, auf die sich aber die Mindestdosis bezieht, durch einen geringen Mehraufwand an Strahlung auf das allgemeine Dosisniveau angehoben werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand der Figuren 1 bis 7 beispielsweise beschrieben:'

Fig.1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig.2 zeigt eine Draufsicht von Fig.1.

Fig.^i zeigt eine Ausführungsform"der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung von Bestrahlungsgut in Behältern mit quadratischer Grundfläche. ■ . .---■■-; .""-.. Fig.it zeigt eine Ausführüngsform mit mehreren Strahl en quellen und ..._ gleichmäßig bestrahltem Innenraum, die keine beweglichen Elemente enthalten. .-■"■-.-." .." "^: -.."■" Fig.5 zeigt den Einfluß der Fülldichte auf den Uberdosierungsfaktor im Diagramm. ■

Fig.6 und 7 zeigen die Strahlenausnutzung als Funktion der Fülldichte an verschiedenen Beispielen im Diagramm. ;

Nach Fig.1 und 2 ist um eine stabförmige radioaktive Strahlenquelle 1 das Bestrahlungsgut' 2 in 6 Behältern auf einem Kreis angeordnet. Die vorzugsweise zylinderförmigen Behälter stehen auf einer tellerförmigen Unterlage und erhalten durch einen Antrieb 3 ei^ne gleichsinnige oder vorzugsweise gegenläufige Drehbewegung, Die Drehtellerwelle if soll als dünnwandige Hohlwelle ausgeführt sein. Gegebenenfalls ist auch eine Einrichtung geeignet, b.ei der das Bestrahlungsgut hängend angeordnet' ist.

Strahlung, die nicht direkt auf die Mittelachse des Bestrahlungsgutes trifft, wird durch geeignet gestaltete Abschirmelemente 5 mit zunehmendem seitlichem Abstand stärker geschwächt„In Fig.1 und Fig„2 sind vorteilhaft jeweils zwei Abschirmelemente von benachbarten Behältern als Einheit zusammengefaßt. Bei kleinen Bestrahlungsgut-Behältern genügt auch ein Abschirmelement je Behälter. Die Äbschirmelemente 5 müssen der Fülldichte des zu bestrahlenden Materials und den geometrischen Verhältnissen angepaßt werden. Durch diese Anordnung erreicht man eine gleichmäßige Bestrahlung in einer Ebene senkrecht zur Behälterachse. Um auch Volumen el em en te, die in axialer Richtung; gegeneinander versetzt

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sind, gleichmäßig zu bestrahlen, wird die vorzugsweise kurze stabförmige Strahlenquelle 1 , so in axialer Richtung parallel ?,ur Behalterachse bewegt, daß ihre Aufenthaltsdauer je Längeneinheit - im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus - im. mittleren Bereich, relativ zu den Endpositionen (in Fig.1 als 6 und 7 bezeichnet) im Bereich gegenüber den Behälterenden, vermindert ist. Man erreicht auch ein ähnlich gutes Ergebnis, wenn man die Aufenthaltsdauer schon vor dem Erreichen der Endpositionen, gegenüber der Mitte etwas erhöht. Die Bewegung der Quelle kann sowohl kontinuierlich als auch schrittweise erfolgen. Diese Bewegung der Strahlenquelle muß nach den Behälterabmessungen und der Fülldichte des zu bestrahlenden Materials optimiert werden. Es het sich als zweckmäßig erwiesen, die Bestrahlungsgut-Behälter gemeinsam mit den .Abschirmelementen auf einem Karussell 8 anzuordnen, das eine Dreh- oder Pendelbewegung ausführt. Dadurch können im Mittelraum mehrere Strahlenquellen von unterschiedlicher Aktivität als Bündel eingesetzt werden, was für das Nachladen von Aktivität vorteilhaft ist. Außerdem erleichtert ein Karussell des Be- und Entladen der Vorrichtung. Das Bestrahlungsgut 2 kann auch zur besseren Anpassung an eine Produktionsanlage, aus mehrfach übereinander bzw. nebeneinander angeordneten kleineren Einheiten bestehen.

Eine Ausführungsform, die keine bewegten Teile enthält, zeigt Fig.4. Hier ist eine Anzahl von stabförmigen Strahlenquellen 1 um das Bestrahlungsgut 2 angeordnet. Das Bestrahlungsgut 2 hat die Form eines Zylinders. Seitlich des Strahlenganges von Strahlenquelle und Zylinderachse sind jeder Strahlenquelle zwei Abschirmelemente 5 zugeordnet. In dieser Darstellung sind jeweils zwei Abschirmelemente als Einheit ausgebildet. Die stabförmigen Strahlenquellen. 1, die etwas langer sind als die Länge des zylinderförmigen Bestrahlungsgutes, haben an den Enden eine größere Aktivitätsmenge je Längeneinheit als in der Mitte. Für den Fall, daß die Strahlenquellen durch einzelne Anodenbereiche einer Röntgenanlage gebildet werden, wird der Elektronenstrahl analog zur Aktivitätsverteilung so gesteuert, daß an den Enden eine höhere Leistung in der Anode absorbiert wird.

Für die praktische Anwendung spielt die Strahlenausnutzung eine wesentliche Rolle. Unter Strahlenausnutzung wird der Anteil der vom Bestrahlungsgut absorbierten Gamma-Strahlenenergie zu der vom Nuklid emittierten Gamma-Strahlenenergie verstanden. In dem nicht ausgenutzten Anteil der Gamma-Strahlenenergie ist enthalten: Selbstabsorbtion dos rediopk-

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tiven Strahlers^ Absorption der- Quellenwrkapselung URd sonstiger Vorrichtungen*. Ferner de?- aus geometrischen ©runden nicht ausnutzte are Strahl en an teil, "- In den Beispielen igt bei der erfindungsgemäßen Vor™ richtung die Selbstabsorption und di© Absorption in dem zur Strahlen* quelle gehörendem Material senkrecht zur Strahlenquellenachse mit 26 % angenommen, Die Werte der forriehtung g gemäß dem. Stand der Technik sind unter- den, gleichen Annahmen betrachtet,.. ■

a) Wie in Fig,. 1 und 2 skizziert, sind um eine stabförmige lenquelle von 46 cm aktiver Länge und ~*> em !Durchmesser 6 zylindris.che Bestrahlungsgut-Behälter auf einem feilkreis von .1 m Durchmesser angeordnet. Die Bestrahlungsgut^Behalter aus dünnem Blech haben einen Durchmesser von 45- cm und eine Höhe von 2OQ em und sind mit Tierfutter (Füll·» dichte 0,,7' g/em ■) gefüllt« In der. Praxis wird man oft 3 kleinere Behält ter übereinander setzen» Sie stehen auf sich gegenläufig drehenden Dreh-' t ellern,, die auf einer aus dünn.viandigem Material, bestehendem %Dr eh teller^ welle montiert sind* Der Abstand \forn. Antrieb des 'Drehtelle'rs: bis zur-DrehtellerTsAuflage· aoll nicht kleiner als ca> 10 cm'sein.. Die aeitli-t chen Abschirmelemente- sind aus Winkelstahl in der· a-bgeh.il de ten Form: gefertigt,. Die äußere Schenkellänge beträgt 14 ein, die maximale Schenkel-, dicke 2_%k cm," Die Innensehenkel laufen spitz zu und sind leicht konkav mit einem· Krümmungsradius von 4^ cm, Sie sind wie in Fig, 1. und 2 angeo.rdnet^ wobei der Abstand von der Strahlenquellenaehse bis zur 90 kelkante·- ^2 cm beträgt, B:estrahlungsgut-,Behälter und Ab schirme! emen te befinden sieh zur bequemeren Bedienung· auf einem Karussell,, das sich um die. Strahlenquellenaehse bewegt., Die Strahlenqueile wird s,e.hrittw.eise durch ein- Hubwerk, angetrieben:,, wobei %Z Po/sitionen* die einen Abstand von jeweils. 16,.? cm haben von uniten beginnend; nacheinander angesteuert v/erden.. In äerx Endpo-sitionen ^genttber den Behäl ter enden·": hat die Strahlenquelle eine um den Faktor- ?,8 längere Aufenthaltsdauer als an den übrigen S;trahlen-qu&llenpo.s;i.tionen._[ Ee können auch mehrere Bewegungszyklen innerhalb eines- Bestrahlungszyklusses angewandt werden. Der Überdosierungsfaktor ini Bestrahlungsgut beträgt. %,,Qk -(Kurve Ho. in Fig.5) > die Strahlenausnutzung 1;9 %i Cvergleie-he lurve- H in Fig,.6),

b) Die erfindungsgemäß.e Vorric-btung Xkme-h Beispiel W m.esser 45 cm), ist in etwa vergleich.bar. mit dien K'artoHimiaßen. 55 j.2 c-m χ 4^ ,,2- cm χ 91i4 ^CiT1 äer Vorrichtung A gemäß, dem St-and( der "Technik * wobei das Maß 4^,? cm die zu durq-h strahl en de Dicke bedeutet. Obwohl die

Strahlenausnutzung (Fig.6 Kurve A) sehr günstig ist, liegt der überdodierungsfaktor bei der betrachteten Fülldichte von 0,7 g/cm untragbar hoch (Fig.5 Kurve A). Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte dieses Bestrahlungsgut selbst in Behältern mit 1,if. m Durchmesser noch gleichmäßig bestrahlt werden. ...

Beispiel 2 ■

a) Auf einem Teilkreis von 1,8^ m Durchmesser stehen 6 Behälter mit quadratischer Grundfläche auf Drehtellern* die sich gleichmäßig synchron und gegenläufig so drehen, daß "²J Behälter die K^nte, die anderen * Be hälter ihre flache Seite der Strahlenquelle zukehren (siehe auch Fig. 3)·. Die aus dünnem Stahlblech gefertigten Behälter haben eine Kantenlänge von 70 cm und eine Höhe von 250 cm und sind mit Bestrahlungsgut der Fülldichte 0,7 g/cm gefüllt. Um den Überdosierunpsfaktor möglichst klein zu halten, sind Böden und Deckel mit 3 mm Stahlblech verstärkt. Bie aus Winkelstahl gefertigten Abschirmelemente h^ben eine größte Schenkellänge von 2^X,5 era und eine größte Dicke von ^,2 cm. Die Innenschenkel des Winkelstahls sind keilförmig zugespitzt. Die Win£elkmte ist if8,5 cm von der Quellenachse entfernt. Als Strahlenquelle wird die gleiche Anordnung benutzt, wie in Beispiel 1a. Auch werden wieder 12 Positionen angesteuert. Der Schwerpunkt der Strahlenquelle in den beiden Endpositionen liegt den Behälterenden gegenüber·.. Die Aufenthaltsdauer an, diesen Endpositionen ist um den Faktor 5,,6 höher als an den übrigen Positionen. Der Uberdosierungsfaktor beträgt \ ,⁷^ (Kurve Hq in Fig.5) die Strahlenausnutzung beträgt 18 % (Kurve Hq in Fig.7).

b) Im Vergleich dazu ergibt sich für zylindrische Bestrahlungs-Behälter vom Durchmesser 79 cm und der Hohe von 250 cm (mit gleichem Volumen wie die quadratischen Behälter- in Beispiel Pa) , die auf einem Teilkreis von 1,72 m montiert sind, die etwas höhere. Strahl en ausnutzung von .19 % (siehe Kurve H in Fig.7).- Der Uberdosierungsfaktor liegt bei T,O/t (siehe Kurve Ho in Fig.5). Dabei haben die zylindrischen Behälter untereinander den gleichen lichten .Abstand wie der Kindestabst.-nd 'bei den quadratischen Behältern in Beispiel 2a»

c) Das Beispiel 2a ist direkt mit der Vorrichtung R gemäß dem Stand der

Technik vergleichbar, dp in beiden Fällen der gleiche Behältertyp und die gleiche Bestrahlungs-Behälter-größe benutzt wird. Nach Kurve R in Fig.5 erreicht der Uberdosierungsfaktor der Vorrichtung R bei der Bestrahlungsgut-Fiilldichte von 0,7 g/cm bereits einen Wert von 2,1.. Die-Strahlenausnutzung liegt bei 1^ % (siehe Kurve R in Fig. 7)-.

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BAD

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Aue.den Ergebnissen von Beispiel 2a und 2c erkennt man deutlich, daß die - erfindungsgemäße Vorrichtung-; hinsichtlich der Strahlenausnutzung, vor allem:, aber hinsichtlich des Überdosierungsfaktors einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt. Der kleine^^ Überdösierungsfaktor -der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Beispiel 2,a wird dadurch erreicht, daß im Gegensatz zur Vorrichtung R, die Strahlenquelle gegenüber den Behälterenden eine erhöhte Strahlenmenge emittiert (vergleiche Tabelle 1, Abschnitt I mit Abschnitt II) und daß bei der er-; findungsgemäßeh Vorrichtung'Abschirmelemente bei gleichmäßiger Behälterdrehuhg¹ verwendet werden (siehe Abschnitt III).

Tabelle 1 ; Uberdosierungsfaktoren für Behälter 70 cm χ 70 cm χ 250 cm bei verschiedenen Bestrahlungsgut-Fülldichten und Anordnungen.

■ Fülldichte •	■ o,o5 ;^: ■ ■ g/cm	0,7" g/cm
Quelle gleichmäßig auf und ab I Behälterdrehung intermittierend um 90 ohne Abschirmelemente	1,2	2,1
Quelle mit erhöhter Strahlenimission _TT. gegenüber den Behälterenden , Behälterdrehung intermittierend um 90 ohne Abschirmelemente : ; ■	• 1,05 -	1,6
Quelle mit erhöhter Strahlenimission " _T gegenüber den Behälterenden _: Behälterdrehung gleichmäßig mit Abschirmelementen	1,03	1,3

Abschnitt I entspricht der bekannten Vorrichtung B-Abschnitt III entspricht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Beispiel 2a ■ ■-.'-..--

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Onsetu AL

Claims

Patentansprüche

[\.) Bestrahlungsvorrichtung zur gleichmäßigen Bestrahlung mittels elek- ■ tromagnetischer Strahlung, deren Quantenenergie größer als 5 KeV ist, die eine oder mehrere Strahlenquellen und Einrichtungen zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Strahlenganges von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelschse mindestens ein Abschirmelement angeordnet ist.
2. -Bestrahlungsvorrichtung zur gleichmäßigen Bestrahlung mittels elektromagnetischer Strahlung, deren Quantenenergie größer als 5 KeV ist, die eine oder mehrere Strahlenquellen und Einrichtungen zur Aufnahme des Eestrahlungsgutes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle und Einrichtungen zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes und der Strahlenquelle so gestaltet sind, daß die nutzbare Strahlenimmission im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden des Bestrahlungsgutes - im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus - vermindert ist, und die Einrichtungen zur Aufnahme des Bestrahluagsgutes und der Strahlenquelle so gestaltet sind, daß das Bestrahlungsgut von allen Seiten bestrahlt wird.
3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Strahlenquelle und mindestens ein zugeordnetes Ab-

-•schirmelement drehbar um die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes angeordnet sind.
4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes drehbar angeordnet ist.
5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ zu den Abmessungen des Bestrahlungsgutes kleine Strahlenquelle angeordnet wird, und die Einrichtungen zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes und der Strahlenquelle so gestaltet sind, daß die Strahlenquelle relativ zum Bestrahlungsgut so bewegt werden kann, daß ihre Verweilzeit im mittleren Bereich zwischen den axialen En-

. den des Bestrahlungsgutes je Längeneinheit i'.der · Bewegungsachse im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus - vermindert wird»-
6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer langen Strahlenquelle, die etwa der Länge des Bestrahlungsgutes entspricht, in der Mitte eine geringere Aktivitätsmenge je Lön-

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geneinheit der Achse angeordnet ist als an den Enden.
7. Betrahlungsvorrichtung nach Anspruch ] bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur .Aufnahme;, des Bestrshlungsgutesin der Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelachse bewegbar angeordnet ist.
8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet', daß im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden des Bestrahlungsgutes, zwischen der Strahlenquelle und der .Bestrahlungsgut-Mittelachse, zusätzlich Material angeordnet ist, das die Strahlung auf die Bestrahlungsgut-Mittelachse vermindert, ." . ·
9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch.1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes einen vorzugsweise zylindrischen Behälter trägt, und beliebig geformte Bestrahlungsgiiter dadurch gleichmäßig-bestrahlt werden, daß zwischen Behälter und Bestrahlungsgut Materialangeordnet ist, das die gleiche Fülldichte aufweist wie das Bestrahlungsgut. ..".--

Hierzu^:5 Blatt Zeichnungen

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