DE4434767C1 - Einrichtung zur Elektronenbehandlung von Schüttgut, vorzugsweise von Saatgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Elektronenbehandlung von Schüttgut. Das bevorzugte Anwendungsgebiet ist die Behandlung von Saatgut, um samenbürtige Schaderreger, die an der Saatgutoberfläche haften bzw. deren Siedlungsbereich auf die Samenschalen begrenzt ist, abzutöten. Die Einrichtung ist auch dazu geeignet, um durch beschleunigte Elektronen Oberflächenmodifikationen mit begrenzten Tiefen an Schüttgütern durchzuführen.

In der Vergangenheit bis in die jüngste Zeit ist es üblich, das Saatgut mit geeigneten Chemikalien, wie beispielsweise Fungiziden zu behandeln, um samenbürtige Schad­ erreger zu vernichten. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Wirkstoffe in der Regel toxisch sind und die fungizide Potenz der Beizmittel häufig nicht voll ausge­ schöpft wird und die Gefahr der Überdosierung besteht. Das geschieht vor allem durch ungleichmäßige Anlagerung des Beizmittels am Samenkorn. Hinzu kommt, daß die Beizmittel eine Umweltbelastung darstellen. Durch Resistenzbildung besteht die Notwendigkeit, immer wieder neue Wirkstoffe zu entwickeln und anzuwenden.

Zur Vermeidung der Mängel, die durch den Einsatz von Chemikalien hervorgerufen werden, ist es bekannt, das Saatgut einer Behandlung mit beschleunigten Elektronen zu unterziehen, bei der an der Oberfläche und in der Samenschale siedelnde Krank­ heitserreger durch die biozide Wirkung beschleunigter Elektronen abgetötet werden. Die Energie der Elektronen und damit ihre Eindringtiefe in die Samenoberfläche wird dabei abhängig von der Morphologie der jeweiligen Fruchtart so gewählt, daß der empfindliche, von der Samenschale bedeckte Keim, von den Elektronen nicht erreicht und damit auch nicht geschädigt wird. Zu diesem Zweck wird das Saatgut durch eine evakuierte Prozeßkammer geführt und dort der Einwirkung der Elektronen ausge­ setzt. Um eine allseitige Elektroneneinwirkung auf jedem Samenkorn zu erreichen, wird das Saatgut in einem transparenten Vorhang im freien Fall in der Behandlungs­ zone den aus mehreren Raumrichtungen einwirkenden Elektronen ausgesetzt.

Dazu werden eine oder mehrere Axial-Elektronenkanonen zur Erzeugung von Elektronen­ strahlen genutzt, die über die Breite des Saatgutvorhanges gescannt werden (DD 291 704 A5; DD 2 91 705 A5; DD 2 91 677 A5).

Bei der Elektronenbehandlung von Massensaatgut, wie z. B. Getreidesaatgut, ent­ steht ein nachteiliger erheblicher Evakuierungsaufwand dadurch, daß das Saatgut bei der Führung durch die evakuierte Elektronenbehandlungsanlage einen Teil seines Wassergehaltes als Wasserdampf abgibt, der durch die Evakuierungseinrichtung auf relativ niedrigem Druckniveau mit abgepumpt werden muß. Die Evakuierungseinrich­ tung und die erforderlichen Saatgutschleusen bestimmen maßgeblich den apparati­ ven Aufwand für die bekannten Elektronenbehandlungsanlagen für Saatgut. Ein wei­ terer Mangel der bekannten Technik ergibt sich daraus, daß das Saatgut unvermeid­ bar Staub abgibt, der sich z. T. in der Evakuierungseinrichtung absetzt und deren zyklische Reinigung erfordert. Die bekannten Einrichtungen zur Elektronenbehand­ lung von Saatgut sind deshalb relativ voluminöse Anlagen, die praktisch nur stationär betrieben werden können und die zu ihrem wirtschaftlichen Einsatz die Behandlung sehr großer Saatgutmengen erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Behandlung von Schüttgut, vorzugsweise Saatgut, mit hohem Massendurchsatz zu schaffen. Die ober­ flächennahen Schichten des Gutes sollen mit hoher Gleichmäßigkeit der Flächen­ dosis behandelt werden. Der im Schüttgut vorhandene Wassergehalt und unvermeid­ bare Staub, insbesondere beim Saatgut, soll das Verfahren nicht behindern. Die ge­ samte Einrichtung soll so aufgebaut sein, daß sie auch mobil ausführbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 12 beschrieben.

Im wesentlichen besteht die Einrichtung aus einer Prozeßkammer, mindestens einem Bandstrahler, der einen Elektronenstrahl erzeugt und Dosier- und Fördermitteln. Die Bandstrahler sind so ausgebildet und angeordnet, daß deren Emissionsbreite der Breite des Schüttgutstromes durch die Prozeßkammer entspricht. Das über die Öff­ nungen in der Prozeßkammer geführte Schüttgut gelangt im freien Fall und in einem transparenten Vorhang in den Behandlungsbereich. In der Ebene der Bandstrahler ist jedes einzelne Schüttgutteilchen der Einwirkung des von den Bandstrahlern er­ zeugten Elektronenvorhanges ausgesetzt. Die Elektronenstromdichte wird dabei so gewählt, daß nach Maßgabe der Fallgeschwindigkeit des Schüttgutes, insbesondere wenn es sich dabei um Saatgut handelt, die zur Bekämpfung der Schaderreger er­ forderliche letale Dosis übertragen wird. Die Beschleunigungsspannung für die Bandstrahler wird unter Berücksichtigung der im Strahlaustrittsfenster und der zwi­ schen diesem und dem Schüttgutstrom befindlichen Gasstrecke erlittenen Energie­ verluste derart gewählt, daß die Eindringtiefe der Elektronen in das Schüttgut, d. h. Samenkorn, die Dicke der von der Morphologie des Samens abhängigen Samen­ schale nicht übersteigt und damit die Elektronen den Keim nicht erreichen.

Zur Verbesserung der Isotropie der Elektroneneinwirkung auf das Schüttgut kann es im Falle ungenügender Richtungsstreuung des Elektronenvorhanges durch das Strahlaustrittsfenster und die Gasstrecke bzw. das erzeugte Plasma zweckmäßig sein, Streukörper anzuordnen, die den aus den Bandstrahlern emittierten Elektronen­ vorhang teilweise oder vollständig erfassen und in mindestens zwei Teilvorhänge mit zur Fallrichtung des Schüttgutes unterschiedlicher Neigung aufspalten. Um den durch diese Elektronenstreuung entstehenden Energieverlust der Elektronen hinreichend klein zu halten, ist für den Streukörper, zumindest für dessen Oberfläche, ein Werk­ stoff hoher Dichte zu verwenden. Die Streukörper sind in ihrer Ausführung und An­ ordnung so ausgebildet, daß eine Verwischung der durch sie reflektierten Elektro­ nenstrahlen erfolgt, um eine möglichst homogene Beaufschlagung aller Schüttgutteil­ chen zu erzielen.

Ferner ist es zweckmäßig, zwischen dem Schüttgutstrom und dem Elektronenaus­ trittsfenster aus dem Bandstrahler ein Gitter vorzusehen, das für die Elektronen durchlässig, für das Schüttgut aber undurchlässig ist.

Um die Bildung von nitrosen Gasen und Ozon im Behandlungsraum zu unterdrücken, ist es zweckmäßig, diesen mit einem Schutzgas zu füllen und durch eine ständige Schutzgaszufuhr die Sauerstoffkonzentration auf hinreichend kleinen Werten zu hal­ ten.

Die an die Ein- und Austrittsöffnungen der Prozeßkammer angeschlossenen Schütt­ gutführungen sind so ausgeführt, daß ein Austritt von Röntgenstrahlen vermieden wird. Die Prozeßkammer, die Bandstrahler und die Schüttgutführungen sind indivi­ duell oder integral mit bekannten Mitteln gegen den Austritt von Röntgenstrahlen ge­ schützt.

Der Saatgutbehandlung mit Elektronen als einem physikalischen Verfahren zur phytosanitären Saatgutbehandlung kommt insofern eine besondere Bedeutung zu, als dem Saatgut im Gegensatz zur chemischen Beizung keine toxischen Stoffe ange­ lagert werden. Das elektronenbehandelte Saatgut ist im Wirkungsbereich der Be­ handlung sowohl frei von samenbürtigen Schaderregern als auch von toxischen Stoffen. Dies stellt eine hervorragende Ausgangsbedingung für die anschließende Anlagerung mikrobieller Systeme dar, die als Antagonisten das Saatgut im Boden über die Auflaufphase hinweg vor dem Befall bodenbürtiger Schaderreger schützen und /oder die als Phytoeffektoren das Pflanzenwachstum aktiv unterstützen.

Die Einrichtung ist zur Behandlung von beliebigen Schüttgütern mit Elektronenstrah­ len verwendbar. Sie ist auch dort geeignet, wo dieses Schüttgut einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt hat und mit Stäuben behaftet ist.

Werden in einer Einrichtung mehrere Bandstrahler angeordnet, die sich gegenüber stehen, so sind diese, damit sie sich gegenseitig thermisch nicht belasten, in der Höhe des Strahlungsfeldes versetzt anzuordnen.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung für den Anwendungsfall Saatgutbestrahlung näher beschrieben. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Einrichtung zur Elektronenbehandlung von Saatgut mit einer durch Strahlaustrittsfenster und Gasstrecke induzierten Elektronenstreuung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Einrichtung zur Elektronenbehandlung von Saatgut mit der Anordnung von Streukörpern zwischen Strahlaustrittsfenster und Saatgutstrom,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Einrichtung nach Fig. 2 im Bereich der Streukörper,

Fig. 4 eine mobile Einrichtung auf einem LKW.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Prozeßkammer dargestellt. Zu beiden Seiten der Prozeßkammer 1 sind sich gegenüberliegende Bandstrahler 2 angeordnet. Der durch die Bandstrahler 2 erzeugte Elektronenstrahl 3 durchdringt das Strahlaustritts­ fenster 4 des Bandstrahlers 2 und wirkt atmosphärenseitig als diffuser Elektronenvor­ hang 5 allseitig auf das im freien Fall geförderte Saatgut 6 ein. Das Saatgut 6 fällt in einem breiten transparenten Vorhang, der durch einen Verteiler 7 mit einer Dosier­ einrichtung 8 am Kopf der Prozeßkammer 1 geformt wird, durch die Behandlungszone und verläßt die Prozeßkammer 1 durch ein s-förmig gekrümmtes Rohr 9. Die Krüm­ mung des Rohres 9 gewährleistet die Strahlendichtheit des Systems. Ein ebenfalls gekrümmtes Rohr 10 dient als Einlauf in die Prozeßkammer 1. Die Prozeßkammer 1 ist mit Luft oder einem Inertgas gefüllt. Die beiden Rohre 9 und 10 sind zur Abdich­ tung der Prozeßkammer 1 gegen den unkontrollierten Austritt von Gas mit einer Saatgutsäule 11 gefüllt. Die Rohre 9 und 10 haben einen der Breite des Saatgutstro­ mes angepaßten rechteckigen Querschnitt. Eine nicht dargestellte Regeleinrichtung sorgt für das Entstehen der Saatgutsäule 11. Der stetige Abtransport des anfallenden Saatgutstromes wird durch eine Fördereinrichtung 12 ausgeführt. Das zur Kühlung des Strahlaustrittsfensters 4 dienende Kühlgas ist identisch mit dem Gas in der Pro­ zeßkammer 1 und wird durch ein Düsensystem 13 mit einem Einlaß 14 und einem Auslaß 15 an dem Strahlaustrittsfenster 4 vorbeigeführt.

In der Einrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, sind zu beiden Seiten des herabfallen­ den Saatgutes 6 übereinander mehrere Streukörper 16 im Bereich des Elektronen­ strahls 3 angeordnet. Sie verlaufen horizontal und haben dreieckförmigen Querschnitt und dienen der Verbesserung der Isotropie der Elektroneneinwirkung auf das Saatgut 6. Desweiteren sind zur seitlichen Begrenzung des Saatgutstromes durch die Prozeß­ kammer 1 beiderseitig Gitter 17 angeordnet, welche transparent für die Elektronen, jedoch undurchlässig für das Saatgut 6 sind.

In Fig. 3 ist der Bereich, in dem der Behandlungsprozeß abläuft, vergrößert, jedoch nur im Prinzip dargestellt. Die aus dem Strahlaustrittsfenster 4 austretenden Elektro­ nenstrahlen 3 treffen zum größten Teil auf die in bestimmter Weise geometrisch aus­ gebildeten Streukörper 16 und werden so reflektiert, daß sich aus dem anfangs diffu­ sen Elektronenvorhang 5 zwei Teilvorhänge mit unterschiedlichem Richtungswinkel bilden. Das Saatgut 6 wird im Bereich des aufgeweiteten Teilvorhanges mehrmals von Elektronen beaufschlagt. Die so erreichte isotrope Elektronenstrahleinwirkung ermöglicht eine verbesserte Übertragung der erforderlichen Dosis auf dem gesamten Umfang eines jeden Saatgutkornes.

Die Prozeßkammer 1 mit den beiden Bandstrahlern 2 sowie die gesamte Einrichtung zur Saatgutabführung einschließlich Dosiereinrichtung 8 sind mit einer integralen Bleiblechabschirmung 18 gegen den Austritt von Röntgenstrahlung geschirmt.

Um die gesamte Einrichtung örtlich unbegrenzt zum Einsatz zu bringen, ist in Fig. 4 eine mobile Ausführung derselben dargestellt. Die beschriebene Einrichtung ist ge­ eignet, um sie auf einen üblichen LKW 19 mit einem Hänger 20 zu montieren. Die ei­ gentliche Elektronenstrahlbehandlungsanlage 21 sowie die beiden Hochspannungs­ versorgungen 22 sind gemeinsam mit der Steuer- und Bedieneinheit 23 auf dem LKW 19 montiert. Auf dem Hänger 20 sind das Gebläse mit Rückkühlanlage 24, die Filter­ einheit 25 zum Filtern des Gases sowie Steuer- und Regeleinrichtungen 26 für den Saatguttransport untergebracht.

Diese gesamte mobile Einheit kann zu beliebigen Saatgutbehandlungszentren verlegt werden. Am Einsatzort ist es notwendig, die einzelnen Aggregate elektrisch und mit Fördereinrichtungen zu verbinden. Nach dem Aufbau ist die gesamte Einrichtung bin­ nen kurzer Zeit einsatzbereit.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Elektronenbehandlung von Schüttgut, vorzugsweise von Saat­ gut, bestehend aus mindestens einem Elektronenstrahlerzeuger, dessen Elek­ tronenstrahlen auf das im freien Fall durch eine Prozeßkammer geführte Schütt­ gut treffen und Dosier- und Fördermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens auf einer Seite an der etwa auf Atmosphärendruck befindlichen Pro­ zeßkammer (1) mindestens ein Bandstrahler (2) zur Erzeugung der Elektronen­ strahlen (3) und Führung durch ein Strahlaustrittsfenster (4) angeordnet ist, daß Mittel zur Formung und Dosierung eines breiten transparenten Schüttgutstromes durch die Prozeßkammer (1) angeordnet sind, daß die Emissionsbreite der Bandstrahler (2) mindestens der Breite des Schüttgutstromes entspricht, daß der Einlauf und Auslauf des Schüttgutes den Austritt von Röntgenstrahlen ver­ hindernd ausgeführt ist und daß im Bereich des Strahlaustrittsfensters (4) zur Kühlung desselben und Staubfernhaltung ein Düsensystem (13) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandstrahler (2) horizontal derart angeordnet ist, daß die mittlere Emissionsrichtung der aus dem Strahlaustrittsfenster (4) austretenden Elektronen zum Schüttgutstrom in der Prozeßkammer (1) rechtwinklig ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlaustrittsfenster (4) und dem Schüttgutstrom Streukörper (16) ange­ ordnet sind, deren Oberflächennormale mit der mittleren Emissionsrichtung der Bandstrahler (2) einen Winkel von ca. 70° bilden.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Oberfläche der Streukörper (16) aus einem Werkstoff hoher Dichte, vorzugs­ weise Wolfram, besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober­ fläche der Streukörper (16) in ihrer Längsrichtung gewellt verlaufend ausgeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streu­ körper (16) mit einer Schwingeinrichtung verbunden sind.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu beiden Seiten des Schüttgutstromes ein Gitter (17) über dem gesamten Bereich des Schüttgutstromes angeordnet ist, welches für Elektronen transparent jedoch für das Schüttgut undurchlässig ausgeführt ist.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schüttgutstrom, zumindest im Einwirkungsbereich der Elek­ tronen, von einer elektronendurchlässigen Folie umgeben ist.

9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Zu- und Abführung des Schüttgutes eine Regel­ einrichtung zur Konstanthaltung der Füllstände in dem Ein- und Auslauf ange­ ordnet ist.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prozeßkammer (1) einschließlich der Bandstrahler (2) und der Zu- und Abführungen für das Schüttgut von einer Abschirmung (18) gegen Röntgenstrahlen umgeben sind.

11. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Verbindung mit der Zu- und Abführung des Schüttgutes in die­ sem Bereich Düsen zur Erzeugung eines Gasstromes in Förderrichtung ange­ ordnet sind.

12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Prozeßkammer (1) Düsen derart angeordnet sind, daß de­ ren Gasstrom die Oberflächen der Streukörper (16) beaufschlagt.