DE2358652B2

DE2358652B2 - Bestrahlungsvorrichtung zur gleichmäßigen Bestrahlung von Bestrahlungsgut mittels elektromagnetischer Strahlung von mehr als S keV Energie

Info

Publication number: DE2358652B2
Application number: DE2358652A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6233 Kelkheim Tetzlaff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2358652A1; GB1472437A; CH581895A5; FR2252633B1; FR2252633A1; DE2358652C3; CA1026016A; US4029967A

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Bestrahlungsvorrichtung, mit der es gelingt Bestrahlungsgut mit großen Abmessungen und hoher Dichte gleichmäßig mittels kurzwelliger elektromagnetischer Strahlen zu bestrahlen.

Durch kurzwellige elektromagnetische Strahlung wie Röntgen- oder Gamma-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 Behälterg: oßen, 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 Überdosierungen erforderlich, um die Mindestdosis z. B. für die Sterilität zu erreichen. Dies bedeutet eine Minderung der Materialeigenschaften häufig eingesetzter Kunststoffe, wie z. B. Zunahme der Versprödung bei Polypropylen, oder Verfärbung und Geruchsentwicklung bei Polyvinylchlorid. Ferner ist durch die Überdosierung auch eine Qualitätsminderung bei Nährstoffen oder 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 »Überdosierungsfaktor« genannt Unter gleichmäßiger Bestrahlung wird verstanden, daß der Überdosierungsfaktor nahe bei 1 liegt.

Es ist eine Vorrichtung der ATOMIC ENERGY OF CANADA LIMITED (im folgenden als Vorrichtung A bezeichnet) bekannt bei der um eine tafelförmige ca. 1 m² große «"Co-Strahlenquelle eine Anzahl Kartons, die das Bestrahlungsgut aufnehmen, horizontal in zwei Lagen übereinander so um die Strahlenquelle herumgeführt werden, 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 Überdosierungsfaktor 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/cm³ bereits auf Werte an, die für viele Anwendungen zu hoch liegen.

Nach einer Vorrichtung der RADIATION DYNAMICS LIMITED (im folgenden als Vorrichtung R bezeichnet) bewegen sich 6 Behälter auf einer Kreisbahn von 2,2 m Durchmesser um eine ca. 45 cm lange ^Küo-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 Überdosierungsfaktor bei der Behältergröße 70 cm χ 70 cm χ 250 cm und der Fülldichte 0,7 g/cm³ größer als 2.

Für die Anwendung in der Forschung sind Vorrichtungen (z.B. von ATOMIC ENERGY OF CANADA ie LIMITED) bekannt, bei denen eine Vielzahl von stabförmigcn 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.

Durch die deutsche Patentschrift. 19 53 135 ist eine Vorrichtung bekannt, die mit einer aus einer Vielzahl von stabförmigen radioaktiven Elementen zusammengesetzten, im wesentlichen plattenförmigen Strahlenquelle arbeitet Durch Anbringen einer Ausblendvorrichtung,, bestehend aus prismatischen Stäben, erreicht man eine weniger starke Abnahme der Dosisleitung mit zunehmendem Abstand senkrecht zur Strahlenquelle. Dieses Ergebnis erzielt man sonst nur mit einer wesentlich größeren plattenförmigen Strahlenquelle. Die daher erzielte gleichmäßigere Bestrahlung pro Volumeneinheit auch von relativ dickem Bestrahlungsgut wird jedoch stets mit einer Verminderung der Strahlenausnutzung erkauft, die durch die prismatischen Stäbe verursacht wird.

Durch die Erzeugung eines homogeneren Strahlenfeldes in Luft — das gemeinsame Merkmal der geschilderten bekannten Vorrichtungen — läßt sich aber die Aufgabe, eine wirklich gleichmäßige Strahlendosis im Bestrahlungsgut zu erzeugen, also in Materie, nicht lösen; auch nicht durch Bestrahlung von mehreren Seiten. Das hat seine Ursache darin, daß von den beiden Größen, die die Gleichmäßigkeit der Bestrahlung beeinflussen, nämlich die Ausbreitung der Strahlung und die Strahlenabsorption, nur die Ausbreitung der Strahlung beeinflußt wird. Die Wirkung der Strahlenabsorption, die dazu führt, daß etwa in der Mitte des Bestrahlungsgutes ein Dosisminimum entsteht, kann so in keinem Fall ausgeglichen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung wird nicht versucht, ein homogenes Strahlenfeld in Luft zu erzeugen. Im Gegenteil, das Strahlenfeld wird absichtlich stark verzerrt, das heißt, inhomogener gemacht, überraschenderweise kann man so den Einfluß der Strahlenabsorption innerhalb des Bestrahlungsgutes ausgleichen. Das Bestrahlungsgut empfängt so in jedem Volumenelement die gleiche Strahlendosis, es entsteht in der Mitte also kein Dosisminimum. ω

Zur Vermeidung der Nachteile, die durch einen großen Überdosierungsfaktor entstehen, wird eine Bestrahlungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der eine oder mehrere axialsymmetrisch emittierende Strahlenquellen und das in mindestens einer Aufnahmeeinrichtung gehaltene Bestrahlungsgut derart angeordnet sind, daß die Mittelachse des Bestrahlungsguts parallel zur Strahlenquellenachse verläuft und daß das Bestrahlungsgut von allen parallel zur Mittelachse verlaufenden Seiten gleichmäßig bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Strahlengangs von der Strahlenquelle 1 zur Bestrahlungsgut-Mittelachse mindestens ein geeignet gestaltetes Abschirmelement 5 derart angeordnet ist, daß die in Richtung auf die Mittelachse emittierten Strahlen nicht und die seitlich davon auf das Bestrahlungsgut 2 auftreffenden Strahlen mit zunehmendem seitlichen Abstand in zunehmendem Maße geschwächt werden.

Das Abschirmelement seitlich des Strahlenganges von der Strahlenquelle zur Bestrahlungsgut-Mittelachse sorgt dafür, daß in einem Querschnitt senkrecht zur Bestrahlungsgut-Mittelachse im Bestrahlungsgut 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, kurz Aufnahmeeinrichtung genannt, drehbar angeordnet ist, so daß sich das Bestrahiungsgut um die eigene Achse, z. B. Symmetrieachse, dreht, oder die Strahlenquelle und das 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 ruhend gruppiert sind. Dieses Anordnung enthält 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 Strahlenquellen ist 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 hindurchtreten, den zwei seitlich angeordnete Abschirmelemente freilassen. Vorzugsweise stimmt die Bestrahlungsgut-Mittelachse mit der längsten Symmetrieachse des Bestrahlungsgutes überein.

Um auch über das gesamte Volumen des Bestrahlungsgutes eine gleichmäßige Bestrahlung zu erzielen, wird die Einrichtung zur Aufnahme des Bestrahlungsgutes in Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelachse 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, ihrer Dichte oder der Bestrahlungsdosis mit der vorangegangenen Charge nicht übereinstimmt, tritt beim ersten Faß eine ungleichmäßige Bestrahlung ein.

Eine andere Möglichkeit einer gleichmäßigen Be-

strahlung besteht darin, die Strahlenquelle und Einrichtungen zur Aufnahme von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut so zu gestalten, daß die nutzbare Strahlenemission im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden des Bestrahlungsgutes vermindert wird. Diese Vermin- -, derung kann dadurch erreicht werden, daß eine vorzugsweise parallel zur Bestrahlungsgut-Mittelachse, also z. B. zur längsten Symmetrieachse, stehende relativ lange Strahlenquelle so aufgebaut ist, daß die Aktivitätsmenge je Längeneinheit in der Mitte geringer ist als ι ο gegenüber den axialen Enden des Bestrahlungsgutes, beziehungsweise die Mitte 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 ι -, Fall, daß sich das Bestrahlungsgut in einem Behälter befindet Es ist sogar möglich, diese Abschirmung durch einen Teil des Bestrahlungsgutes selbst zu bewirken. Das Bestrahlungsgut beziehungsweise der Bestrahlungsgut-Behälter hat dann eine etwa tonnenförmige Gestalt Für gleiche Verminderung der nutzbaren Strahlenemission sind auch Einrichtungen zur Aufnahme von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut geeignet, die es gestatten, eine im Verhältnis zu den Abmessungen des Bestrahlungsgutes geometrisch kleine, insbesondere in Axialrichtung relativ kurze 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 ju 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 j-, der Verweilzeit nötig. Zusätzlich zu diesen drei Maßnahmen zur Verminderung der nutzbaren Strahlenemission 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 Strahlen-■quellen angeordnet sind. Diese an sich bekannte Bestrahlungstechnik zur gleichmäßigen Bestrahlung, die ohne seitlich in den Strahlengang von Strahlenquelle und Bestrahlungsgut-Mittelachse eingebrachte Abschirmelemente arbeitet, ist jedoch auf die Anwendungsfälle beschränkt, bei denen die durchstrahlte Dicke und die Dichte des Bestrahlungsgutes nicht zu groß sind.

Ordnet man jedoch wie bei der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung die Einrichtungen zur Verminderung der nutzbaren Strahlenemission 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 bo durchstrahlender Dicke mit einer bisher für unerreichbar gehaltenen Gleichmäßigkeit bestrahlt werden. Dabei braucht das Bestrahlungsgut, welches eine beliebige axiale Länge haben kann, nicht in Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelachse verschoben werden. Die 1,5 beschriebenen Einrichtungen zur Gewährung einer Bestrahlung von allen Seiten sind selbstverständlich auch hierbei zu beachten. Für die äußere Gestalt des Bestrahlungsgutes ist die zylindrische Form, also ζ. Β ein Faß, am besten geeignet, das heißt, es läßt siel hiermit eine sehr gleichmäßige Bestrahlung bei gutei Strahlenausnutzung erzielen. Bei Verwendung anderei Querschnittsformen der Behälter zur Aufnahme de! Bestrahlungsgutes ist der Überdosierungsfaktor größer aber in vielen Fällen noch tragbar.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Bestrahlungsvorrichtung ist es jedoch aud möglich, große und beliebig unregelmäßig geformt« Bestrahlungsgüter, beziehungsweise Bestrahlungsgut ir großen und beliebig geformten Behältern sehr gleich mäßig zu bestrahlen. Bei dieser Ausführungsform is jedoch mit einer je nach Gestalt verminderter Strahlenausnutzung zu rechnen. Als äußere Behälter form eignet sich dabei vorzugsweise ein Zylinder. Ir diesem Zylinder ist beispielsweise ein Behälter mi' quadratischem Querschnitt eingebracht, dessen Innen raum das Bestrahlungsgut enthält. Der Zwischenraun von Zylinder und Innenraum ist hierbei mit Material dei gleichen Fülldichte gefüllt, wie sie auch das Bestrah lungsgut aufweist. Nach dieser Methode können aud große Fleischteile oder Fisch gleichmäßig bestrahl werden; hierbei kann Wasser für die Zwischenräum< verwendet werden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvor richtung ist es möglich, große Volumina, z. B. Zylindei mit über 1 m Durchmesser und hoher Fülldichte de: Bestrahlungsgutes, beispielsweise 1 g/cm³, gleichmäßij zu bestrahlen. Das hat neben der in manchen Fället erheblichen Qualitätsverbesserung des Bestrahlungsgu tes im Vergleich zur Bestrahlung in bekannter Vorrichtungen auch einen technischen Rationalisie rungseffekt, weil heute ein Trend zu immer größerei Verpackungs- und Versandeinheiten (Container) be steht, und die erfindungsgemäße Vorrichtung hierau leicht adaptiert werden kann.

Röntgenanlagen mit niedrigen Betriebsspannungei und ihrem einfachen Strahlungsschutz können jetz auch bei gegenüber bekannten Vorrichtungen wesent lieh größeren Bestrahlungsgut-Behältermaßen überal dort eingesetzt werden, wo es auf kurze Bestrahlungs zeit oder auf geringes Anlagengewicht ankommt, z. B. ii nicht stationären Anlagen.

Auch können behördlich festgesetzte Bestrahlungs Höchstdosen voll ausgeschöpft werden. Bei dei Bestrahlung von Lebensmitteln zum Zwecke dei Verlängerung ihrer Haltbarkeit kann dies zu Wett bewerbsvorteilen führen.

Für einen Forscher, der z. B. Bestrahlungsversucht mit Lebensmitteln durchführt und dazu eine erfindungs gemäße Vorrichtung mit einem wassergefüllten, gleich mäßig bestrahlten Innenraum benutzt, ergibt sich eini bedeutende Arbeitsvereinfachung, weil z. B. in Plastik beuteln eingeschweißte beziehungsweise in Dosen ode Flaschen verpackte Lebensmittelproben, die etwa de Dichte des Wassers entsprechen, an beliebiger Stell« und beliebig dicht beieinander in den Bestrahlungsraun eingebracht werden können, ohne umständliche Ab Schirmberechnungen anstellen zu müssen. In der Praxi wird dieser Innenraum bei den bekannten Vorrichtun gen schlecht ausgenutzt, weil jede neu eingebrachti Probe das Strahlenfeld für die anderen Proben stört

Gegenüber einer vergleichbaren bekannten Vorrich tung kann mit der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvor richtung auch noch die Strahlenausnutzung verbesser werden (siehe auch Beispiel), weil durch die seitlichei Abschirmelemente nur die Strahlendosis reduziert wire

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

Die erfindungsgemäße Bestrahlungsvorrichtung wird anhand der F i g. 1 bis 7 beispielsweise beschrieben:

F i g. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht von Fig. 1;

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestrahlung von Bestrahlungsgut in Behältern mit quadratischer Grundfläche;

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform mit mehreren Strahlenquellen und gleichmäßig bestrahltem Innenraum, die keine beweglichen Elemente enthalten.

Fig. 5 zeigt den Einfluß der Fülldichte auf den Überdosierungsfaktor im Diagramm;

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

Nach F i g. 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 eine gleichsinnige oder vorzugsweise gegenläufige Drehbewegung. Die Drehtellerwelle 4 soll als dünnwandige Hohlwelle ausgeführt sein. Gegebenenfalls ist auch eine Einrichtung geeignet, bei 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 F i g. 1 und F i g. 2 sind vorteilhaft jeweils zwei Abschirmelemente von benachbarten Behältern zu einer Einheit zusammengefaßt Bei kleinen Bestrahlungsgut-Behältern genügt auch ein Abschirmelement je Behälter. Die Abschirmelemente 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 Volumenelemente, die in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind, gleichmäßig zu bestrahlen, wird die vorzugsweise kurze stabförmige Strahlenquelle 1 so in axialer Richtung parallel zur Behälterachse bewegt, daß ihre Aufenthaltsdauer je Längeneinheit — im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus — im mittleren Bereich, relativ zu den Endpositionen (in F i g. 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 Endposittonen, 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 hat 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 das 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 Strahlenquel-

H) Ie 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 das Verhältnis der vom Bestrahlungsgut absorbierten Gamma-Strahlenenergie zu der vom Nuklid emittierten Gamma-Strahlenenergie verstanden. In dem nicht ausgenutzten Anteil der Gamma-Strahlenenergie ist enthalten: Selbstabsorption des radioaktiven Strahlers, Absorption der Quellenverkapselung und

jo sonstiger Vorrichtungen, ferner der aus geometrischen Gründen nicht ausnutzbare Strahlenanteil. In den Beispielen ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Selbstabsorption und die Absorption in dem zur Strahlenquelle gehörenden Material senkrecht zur Strahlenquellenachse mit 26% angenommen. Die Werte der Vorrichtung R gemäß dem Stand der Technik sind unter den gleichen Annahmen betrachtet.

Beispiel 1

a) Wie in F i g. 1 und 2 skizziert, sind um eine stabförmige «»Co-Strahlenquelle von 46 cm aktiver Länge und 3 cm Durchmesser 6 zylindrische Bestrahlungsgut-Behälter auf einem Teilkreis von 1 m Durchmesser angeordnet. Die Bestrahlungsgut-Behälter aus dünnem Blech haben einen Durchmesser von 45 cm und eine Höhe von 200 cm und sind mit Tierfutter (Fülldichte 0,7 g/cm³) gefüllt. In der Praxis wird man oft

3 kleinere Behälter übereinander setzen. Sie stehen auf sich gegenläufig drehenden Drehtellern, die auf einer aus dünnwandigem Material bestehenden Drehtellerwelle montiert sind. Der Abstand vom Antrieb des Drehtellers bis zur Drehteller-Auflage soll nicht kleiner als ca. 10 cm sein. Die seitlichen Abschirmelemente sind aus Winkelstahl in der abgebildeten Form gefertigt. Die äußere Schenkellänge beträgt 14 cm, die maximale Schenkeldicke 2,4 cm. Die Innenschenkel laufen spitz zu und sind leicht konkav mit einem Krümmungsradius von 43 cm. Sie sind wie in F i g. 1 und 2 angeordnet, wobei der Abstand von der Strahlenquellenachse bis zur 90°-Winkelkante 32 cm beträgt Bestrahlungsgut-Behälter und Abschirmelemente befinden sich zur bequemeren Bedienung auf einem Karussell, das sich um die Strahlenquellenachse bewegt. Die Strahlenquelle wird schrittweise durch ein Hubwerk angetrieben, wobei 12

b5 Positionen, die einen Abstand von jeweils 16,7 cm haben, von unten beginnend nacheinander angesteuert werden. In den Endpositionen gegenüber den Behälterenden hat die Strahlenquelle eine um den Faktor 2,8

längere Aufenthaltsdauer als an den übrigen Strahlenquellenpositionen. Es können auch mehrere Bewegungszyklen innerhalb eines Bestrahlungszyklus angewandt werden. Der Überdosierungsfaktor im Bestrahlungsgut beträgt 1,04 (Kurve H₀ in Fig.5), die Strahlenausnutzung 19%; (vergleiche Kurve H\ in F ig. 6).

b) Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Beispiel 1 a (Behälterdurchmesser 45 cm) ist in etwa vergleichbar mit den Kartonmaßen 55,2 cm χ 43,2 χ 91,4 cm der Vorrichtung A gemäß dem Stand der Technik, wobei das Maß 43,2 cm die zu durchstrahlende Dicke bedeutet Obwohl die Strahlenausnutzung (Fig.6, Kurve A) sehr günstig ist, liegt der Überdosierungsfaktor bei der betrachteten Fülldichte von 0,7 g/cm³ untragbar hoch (F i g. 5, Kurve A). Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte dieses Bestrahlungsgut selbst in Behältern mit 1,4 m Durchmesser noch gleichmäßig bestrahlt werden.

Beispiel 2

a) Auf einem Teilkreis von 1,84 m Durchmesser stehen 6 Behälter mit quadratischer Grundfläche auf Drehtellern, die sich gleichmäßig synchron und gegenläufig so drehen, daß 3 Behälter eine Kante, die anderen 3 Behälter eine 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/cm³ gefüllt. Um den Überdosierungsfaktor möglichst klein zu halten, sind Böden und Deckel mit 3 mm Stahlblech verstärkt Die aus Winkelstahl gefertigten Abschirmelemente haben eine größte Schenkellänge von 23,5 cm und eine größte Dicke von 3,2 cm. Die Innenschenkel des Winkelstahls sind keilförmig zugespitzt Die Winkelkante ist 48,5 cm von der Quellenachse entfernt Als Strahlenquelle wird die gleiche Anordnung benutzt wie in Beispiel 1 a. 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 3,6 höher als an den übrigen Positionen. Der Überdosierungsfaktor beträgt 1,3 (Kurve//, in Fig.5) die Strahlenausnutzung beträgt 18% (Kurve //, in F i g. 7).

b) Im Vergleich dazu ergibt sich für zylindrische Bestrahlungs-Behälter vom Durchmesser 79 cm und der Höhe von 250 cm (mit gleichem Volumen wie die quadratischen Behälter in Beispiel 2 a), die auf einem Teilkreis von 1,72 cm montiert sind, die etwas höhere Strahlenausnutzung von 19% (siehe Kurve Hj in F i g. 7). Der Überdosierungsfaktor liegt bei 1,04 (siehe Kurve H₀ in Fig.5). Dabei haben die zylindrischen Behälter untereinander den gleichen lichten Abstand wie der

Mindestabstand bei den quadratischen Behältern in Beispiel 2 a.

c) Das Beispiel 2 a ist direkt mit der Vorrichtung R gemäß dem Stand der Technik vergleichbar, da in beiden Fällen der gleiche Behältertyp und die gleiche Bestrahlungs-Behältergröße benutzt wird. Nach Kurve R in F i g. 5 erreicht der Überdosierungsfaktor der Vorrichtung R bei der Bestrahlungsgut-Fülldichte von 0,7 g/cm³ bereits einen Wert von 2,1. Die Strahlenausnutzung liegt bei 13% (siehe Kurve R in F i g. 7).

Aus den Ergebnissen von Beispiel 2 a und 2 c erkennt man deutlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich der Strahlenausnutzung, vor allem aber hinsichtlich des Überdosierungsfaktors einen wesentlichen technischen Fortschritt darstellt. Der kleine Überdosierungsfaktor 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung Abschmierelemente bei gleichmäßiger Behälterdrehung verwendet werden (siehe Abschnitt III).

Tabelle 1

Überdosierungsfaktoren für Behälter
70 cm χ 70 cm χ 250 cm bei verschiedenen
Bestrahlungsgut-Fülldichten und Anordnungen

Fülldichte
0,05 0,7
g/cm³ g/cm³

I Quelle gleichmäßig auf und ab 1,2 2,1

Behälterdrehung intermittierend
um 90°
ohne Abschirmelemente

II Quelle mit erhöhter Strahlen- 1,05 1,6

emission gegenüber den
Behälterenden

Behälterdrehung intermittierend
um 90°
ohne Abschirmelemente

111 Quelle mit erhöhter Strahlen- 1,03 1,3

emission gegenüber den
Behälterenden

Behälterdrehung gleichmäßig
mit Abschirmelementen

Abschnitt 1 entspricht der bekannten Vorrichtung R.
Abschnitt III entspricht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Beispiel 2a.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bestrahlungsvorrichtung zur gleichmäßigem Bestrahlung von Bestrahlungsgut mittels elektretmagnetischer Strahlung von mehr als 5 keV Energie, bei der eine oder mehrere axialsymmetrisch emittierende Strahlungsquellen und das in mindestens einer Aufnahmeeinrichtung gehaltene Bestrahlungsgut derart angeordnet sind, daß die Mittelachse ι ο des Bestrahliiingsguts parallel zur Strahlenquellenachse verläuft und daß das Bestrahlungsgut von allen parallel zur Mittelachse verlaufenden Seiten gleichmäßig bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Strahlengangs von der is Strahlenquelle (1) zur Bestrahlungsgut-Mittelachse mindestens ein geeignet gestaltetes Abschirmelement (5) derart angeordnet ist, daß die in Richtung auf die Mittelachse emittierten Strahlen nicht und die seitlich davon auf das Bestrahlungsgut (2) auftreffenden Strahlen mit zunehmendem seitlichen Abstand in zunehmendem Maße geschwächt werden.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinricrntung (8) drehbar angeordnet ist

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Strahlenquelle (1) und mindestens ein zugeordnetes Abschirmelement (5) drehbar um die Aufnahmeeinrichtung (8) angeordnet sind.

4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahlenquellen (1) mit ihren zugeordneten Abschirmelementen (5) die Aufnahmeeinrichtung (8) kreisförmig umgeben, und daß die Strahlenquellen und die Abschirmelemente ruhend angeordnet sind.

5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (8) derart ausgebildet ist, daß sie eine kontinuierliche oder schrittweise Bewegung des Bestrahlungsgutes (2) in Richtung der Bestrahlungsgut-Mittelachse gestattet.

6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer relativ zu den Abmessungen des Bestrahlungsgutes (2) kurzen Strahlenquelle (1) die Strahlenquelle relativ zum Bestrahlungsgut derart bewegbar ist, daß ihre Verweilzeit je Längeneinheit der Bewegungsachse im mittleren Bereich zwischen den so axialen Enden des Bestrahlungsgutes im zeitlichen Mittel über einen Bestrahlungszyklus geringer ist als im Bereich der Enden (6,7) des Bestrahlungsgutes.

7. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Strahlenquelle (1), deren Länge etwa der Länge des Bestrahlungsgutes (2) entspricht, die Strahlenquelle in der Mitte eine geringere Aktivitätsmenge je Längeneinheit der Achse aufweist als an den Enden.

8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich zwischen den axialen Enden (6,7) des Bestrahlungsgutes (2) zwischen der Strahlenquelle (1) und der Bestrahlungsgut-Mittelachse strahlenabsorbierendes Material angeordnet ist, das die Strahlung auf die Bestrahlungsgut-Mittelachse vermindert

9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (8) einen vorzugsweise zylindrischen Behälter trägt, in dem bei Verwendung beliebig geformter Bestrahlungsgüter (2) zwischen der Behälterwandung und dem Bestrahlungsgut Material angeordnet ist das die gleiche Fülldichte aufweist wie das Bestrahlungsgut