EP0360655A1 - Dispositif d'irradiation double face d'un produit - Google Patents

Dispositif d'irradiation double face d'un produit Download PDF

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EP0360655A1
EP0360655A1 EP89402442A EP89402442A EP0360655A1 EP 0360655 A1 EP0360655 A1 EP 0360655A1 EP 89402442 A EP89402442 A EP 89402442A EP 89402442 A EP89402442 A EP 89402442A EP 0360655 A1 EP0360655 A1 EP 0360655A1
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magnet
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Michel Cabinet Ballot-Schmit Vassenaix
Jacques Cabinet Ballot-Schmit Milcamps
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00—Irradiation devices
    • G21K5/04—Irradiation devices with beam-forming means

Definitions

  • the invention relates to devices which allow the irradiation of both sides of a product by means of a charged particle accelerator.
  • French patent 2396392 a two-sided irradiation device for a target having two opposite faces which comprises an accelerator of charged particles, for example electrons, associated with a microwave generator so as to provide high frequency pulses of charged particles.
  • the beam of charged particles is applied to a sweeping chamber in the shape of a horn, where it is subjected to its entry to a variable magnetic field to obtain a deflection of the beam by an angle on either side. of the axis of symmetry of the horn.
  • the beam In the wide part of the horn is made an opening which covers, on one side of the axis of symmetry, half of the opening of the horn and which is provided with two windows transparent to the beam between which the product to be irradiated is moved . Beyond this opening, the beam is subjected to a continuous magnetic field which realizes a 180 ° reversal of the beam when it scans the other half of the horn relative to the opening.
  • the beam irradiates one of the faces of the product when it scans the part of the horn having the opening and the other face when it scans the other part as a result of the reversal of the beam.
  • the device described in the aforementioned patent has the following drawbacks. It is very large in height since the accelerator producing the electrons and the scanning and magnetic deflection devices are superimposed in height.
  • a second drawback is that it does not allow control of the energy of the flow of electrons delivered by the accelerator and this results in a lack of uniformity in the ionizing treatment.
  • a third drawback is that the flow of electrons striking the upper face of the product to be ionized is divergent and, therefore, a large part of the available energy is not used.
  • a fourth drawback is that the ionization intensity of the part of the product close to the axis cannot be controlled.
  • the object of the present invention is therefore to produce a double-sided irradiation device for a product which does not have the abovementioned drawbacks.
  • the invention relates to a device for double-sided irradiation of a product which comprises an accelerator for charged particles associated with a modulator so as to emit a beam of charged particles in the form of pulses, a sealed vacuum scanning chamber in the form of a horn, said chamber having at the widest end an opening occupying one half of the horn and provided with two windows transparent to the beam, said opening serving for the passage of the product to be irradiated, characterized in that it comprises: magnetic scanning means associated with the scanning chamber for angularly deflecting the particle beam on either side of an axis for the duration of the beam pulse first magnetic deflection means associated with the scanning chamber to transform the diverging angular scanning into a parallel scanning, and - second magnetic deflection means associated with the scanning chamber to obtain a 180 ° deflection of the parallel scanning beam corresponding to the part of the scanning chamber not comprising the opening.
  • a double-sided irradiation device 10 for a product 22 comprises a particle accelerator 11 which provides a beam of charged particles, a scanning chamber 12 under vacuum to receive the beam of charged particles and a magnet system 13 to 20 which makes various angular modifications of said particle beam inside the scanning chamber 12.
  • the particle accelerator is for example an electron accelerator which emits pulses with a duration of ten microseconds and a power of ten Mev for example.
  • the scanning chamber 12 has the general shape of a horn whose narrow part constituting the entry of the beam is disposed at the exit of the accelerator 11.
  • the magnet system comprises a magnetic focusing lens 13, of the lens type. Glazer, which is intended to converge the electron beam which is divergent at the output of the accelerator.
  • This lens 13 is followed by centering magnets 14 which are used to adjust the direction of the electron beam on the entry of a magnet 15 materialized by a slot 8.
  • This magnet 15 has two functions, one of deflecting the direction of the beam to give it a vertical direction and the other to focus the electron beam in the axial plane in order to obtain a radially narrower beam.
  • the electron beam is directed towards a scanning magnet 17 by means of correction magnets 16, the latter serving to precisely adjust the direction of the beam towards the input of the magnet 17.
  • the magnet scanning 17, with circular pole pieces serves to deflect the direction of the beam by a certain determined angle, for example 20 ° to 25 ° approximately, for the duration of the pulse of ten microseconds.
  • the beam is directed towards a magnet 18 or a magnet 19 which each has the effect of transforming the beam made divergent by the scanning into a parallel beam.
  • a deflection magnet 20 has the effect of deflecting by an angle of 180 ° the parallel beam leaving the magnet 18 so as to obtain its complete reversal.
  • the products to be irradiated 22 are moved using a conveyor 27 transparent to the electron beam.
  • This conveyor is disposed between the magnet 20 and the magnet 19 in a direction perpendicular to the plane of Figure 1.
  • the latter has a notch 24 which is formed between the magnets 19 and 20 and this notch serves as a passage for the products to be irradiated there.
  • the enclosure 23 of the scanning chamber 12 has an upper window 25 and a lower window 26, both transparent to the electron beam while the rest of the scanning chamber is opaque to said beam.
  • FIG. 1 the different magnets 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 and 20 have been shown very schematically, mainly showing only their opposite pole pieces.
  • the windings such as 28 have also sometimes been added in a very diagrammatic form. All these magnets, with the exception of magnet 17, are supplied with direct current and generate a constant magnetic field between their opposite pole pieces; the values of these currents have been adjusted during the adjustments so as to obtain the desired deviations for the electron beam.
  • Only the coil 28 of the magnet 17 is supplied by a variable current over time so as to obtain the scanning of the electron beam during the duration of the pulse.
  • Figure 2 is a block diagram of a current control circuit in the coil 28. It comprises a DC power source 29, a capacitor 30 of capacitance C in parallel on the source 29, a switch 31 in series with the coil 28 with inductance L and resistance R.
  • the switch 31 is controlled by a synchronization circuit 32 which also controls a modulator 33 of the accelerator 11
  • the circuit comprising the capacitor 30 and the coil 28 is a resonant circuit such that the current flowing there is of the form: when the switch 31 is closed, the capacitor 30 having been previously charged to the voltage V o of the power source 29.
  • the diagram in FIG. 3 represents I (t) ; it is a sinusoid whose period has been chosen equal to eighty microseconds so as to define four zones A, B, C and D substantially linear of duration ten microseconds each, the duration of the pulse of the electron beam. It is by choosing one of these zones A, B, C or D that the electron beam is deflected on either side of the vertical axis and from the right to the left or vice versa . More precisely, since the triggering of the sinusoid of FIG. 3 is determined by the closing of the switch 31, this closing instant determines the instant of triggering of the beam pulses so that said pulses coincide with the zones A, B, C or D depending on the type of scan chosen.
  • the pulses of the beam begin with a certain delay le after the passage of the sinusoid at the zero amplitude or finish a certain time ⁇ before said passage.
  • the magnetic field is never zero in the presence of the electron beam.
  • FIGS. 4a and 4b show the synchronism between the beam pulses (FIG. 4b) and the zones A, B, C or D of the sinusoids (FIG. 4a).
  • the irradiation device which has just been described has the following advantages.
  • the irradiation is carried out by a scan, which makes it possible to ionize a relatively large surface of the product during a single pulse while using a narrow beam.
  • Each side of the product is scanned successively in both directions and this results in better homogeneity of the dose received by the product taking into account the distribution of the beam intensity during the duration of the pulse.
  • This homogeneity of the dose received is further improved by the combination of the deflection magnet 15 and the energy definition slot 9, which makes it possible to eliminate the electrons which do not have the energy corresponding to the magnetic field. of the magnet 15.
  • the invention has been described in its application to irradiating a product with a flow of electrons; however, it is applicable to any irradiation system from a pulse source of charged particles, particles which can be deflected by a magnetic field.

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'irradiation double face d'un produit (22). L'invention réside dans le fait que l'on réalise un balayage du faisceau d'électrons (17, 28) pendant la durée de l'impulsion de manière à éviter un balayage suivant l'axe de la chambre de balayage (12) et que l'on dévie le faisceau de balayage divergent par des électro-aimants (18,19) de manière à obtenir un faisceau parallèle. Le dispositif est applicable aux appareils d'ionisation de produits alimentaires.

Description

  • L'invention concerne les dispositifs qui permettent d'irradier les deux faces d'un produit au moyen d'un accélérateur de particules chargées.
  • Pour obtenir une meilleure conservation de produits alimentaires sur une longue durée, il est connu de les soumettre à un rayonnement ionisant. A cet effet, les produits alimentaires sont déplacés devant une source de rayonnement dont les particules viennent frapper lesdits produits alimentaires sur un côté. Un tel traitement sur une seule faces des produits n'est pas suffisant lorsque les produits sont présentés sous forme de paquets plus ou moins épais. Un traitement double face peut être réalisé par deux passages successifs des paquets après leur retournement. Un tel retournement n'est pas possible lorsque les produits sont en vrac ou sous forme liquide; aussi, on utilise dans ce cas deux sources de rayonnements disposés de part et d'autre du dispositif de défilement des produits de manière à irradier simultanément les deux faces des produits.
  • Pour une irradiation double face, la demanderesse a décrit dans le brevet français 2396392 un dispositif d'irradiation biface d'une cible ayant deux faces opposées qui comprend un accélérateur de particules chargées, par exemple des électrons, associé à un générateur hyperfréquence de manière à fournir des impulsions haute fréquence de particules chargées. Le faisceau de particules chargées est appliqué à une chambre de balayage en forme de cornet où il est soumis à son entrée à un champ magnétique variable pour obtenir une déviation du faisceau d'un angle de part et d'autre de l'axe de symétrie du cornet. Dans la partie large du cornet est pratiquée une ouverture qui couvre, d'un côté de l'axe de symétrie, la moitié de l'ouverture du cornet et qui est munie de deux fenêtres transparentes au faisceau entre lesquelles est déplacé le produit à irradier. Au-delà de cette ouverture, le faisceau est soumis à un champ magnétique continu qui réalise un retournement de 180° du faisceau lorsqu'il balaye l'autre moitié du cornet par rapport à l'ouverture. Par cet arrangement, le faisceau irradie l'une des faces du produit lorsqu'il balaye la partie du cornet comportant l'ouverture et l'autre face lorsqu'il balaye l'autre partie par suite du retournement du faisceau.
  • Le dispositif décrit dans le brevet précité présente les inconvénients suivants. Il est d'un encombrement en hauteur très important car l'accélérateur produisant les électrons et les dispositifs de balayage et de déviation magnétique sont superposés en hauteur.
  • Un deuxième inconvénient est qu'il ne permet pas un contrôle de l'énergie du flux des électrons délivrés par l'accélérateur et il en résulte un manque d'uniformité du traitement ionisant.
  • Un troisième inconvénient est que le flux d'électrons frappant la face supérieure du produit à ioniser est divergent et, de ce fait, une part importante de l'énergie disponible n'est pas utilisée.
  • Un quatrième inconvénient est que l'intensité d'ionisation de la partie du produit à proximité de l'axe n'est pas contrôlable.
  • Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif d'irradiation double face d'un produit qui ne présente pas les inconvénients précités.
  • L'invention se rapporte à un dispositif d'irradiation double face d'un produit qui comporte un accélérateur de particules chargées associé à un modulateur de manière à émettre un faisceau de particules chargées sous forme d'impulsions, une chambre de balayage étanche sous vide en forme de cornet, ladite chambre présentant à l'extrémité la plus large une ouverture occupant une moitié du cornet et munie de deux fenêtres transparentes au faisceau, ladite ouverture servant au passage du produit à irradier, caractérisé en ce qu'il comprend:
    - des moyens magnétiques de balayage associés à la chambre de balayage pour dévier angulairement de part et d'autre d'un axe le faisceau de particules pendant la durée de l'impulsion du faisceau
    - des premiers moyens magnétiques de déviation associés à la chambre de balayage pour transformer le balayage angulaire divergent en un balayage parallèle, et
    - des deuxièmes moyens magnétiques de déviation associés à la chambre de balayage pour obtenir une déviation de 180° du faisceau de balayage parallèle correspondant à la partie de la chambre de balayage ne comportant pas l'ouverture.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels:
    • - la figure 1 est une vue perspective cavalière du dispositif d'irradiation double face d'un produit selon l'invention,
    • - la figure 2 est un schéma d'un dispositif de commande du courant de l'aimant qui réalise le balayage du faisceau de particules chargées,
    • - la figure 3 est un diagramme de courant permettant de comprendre la manière dont on commande le courant de l'aimant de balayage,
    • - les figures 4a et 4b sont des diagrammes montrant la synchronisation entre les signaux de balayage et les impulsions de particules.
  • En référence avec la figure 1, un dispositif d'irradiation 10 double face d'un produit 22 selon l'invention comprend un accélérateur de particules 11 qui fournit un faisceau de particules chargées, une chambre de balayage 12 sous vide pour recevoir le faisceau de particules chargées et un système à aimants 13 à 20 qui réalise différentes modifications angulaires dudit faisceau de particules à l'intérieur de la chambre de balayage 12.
  • L'accélérateur de particules est par exemple un accélérateur d'électrons qui émet des impulsions d'une durée de dix microsecondes et d'une puissance de dix Mev par exemple.
  • La chambre de balayage 12 a la forme générale d'un cornet dont la partie étroite constituant l'entrée du faisceau est disposée à la sortie de l'accélérateur 11. Le système à aimants comprend une lentille magnétique de focalisation 13, du type lentille de Glazer, qui est destinée à rendre convergent le faisceau d'électrons qui est divergent à la sortie de l'accélérateur. Cette lentille 13 est suivie d'aimants de centrage 14 qui servent à ajuster la direction du faisceau d'électrons sur l'entrée d'un aimant 15 matérialisée par une fente 8. Cet aimant 15 a deux fonctions, l'une de dévier la direction du faisceau pour lui donner une direction verticale et l'autre de focaliser le faisceau d'électrons dans le plan axial afin d'obtenir un faisceau radialement plus étroit. En sortie de cet aimant 15, se trouve une fente de définition d'énergie 9. Ne peuvent passer dans cette fente 9 que les électrons dont l'énergie correspond au champ magnétique produit par l'aimant 15. Ceci permet le contrôle de l'énergie des électrons délivrés.
  • Le faisceau d'électrons est dirigé vers un aimant de balayage 17 par l'intermédiaire d'aimants de correction 16, ces derniers servant à ajuster de manière précise la direction du faisceau vers l'entrée de l'aimant 17. L'aimant de balayage 17, à pièces polaires circulaires, sert à dévier la direction du faisceau d'un certain angle déterminé, par exemple 20° à 25° environ, pendant la durée de l'impulsion de dix microsecondes. Selon le sens du balayage, le faisceau est dirigé vers un aimant 18 ou un aimant 19 qui chacun a pour effet de transformer le faisceau rendu divergent par le balayage en un faisceau parallèle.
  • Enfin, un aimant de déviation 20 a pour effet de dévier d'un angle de 180° le faisceau parallèle sortant de l'aimant 18 de manière à obtenir son retournement complet.
  • Les produits à irradier 22 sont déplacés à l'aide d'un convoyeur 27 transparent au faisceau d'électrons. Ce convoyeur est disposé entre l'aimant 20 et l'aimant 19 dans une direction perpendiculaire au plan de la figure 1. Comme le déplacement des produits est dans l'air alors que les différents trajets du faisceau d'électrons sont réalisés dans la chambre de balayage 12 sous vide, cette dernière comporte une encoche 24 qui est pratiquée entre les aimants 19 et 20 et cette encoche sert de passage aux produits pour y être irradiés. A l'endroit de cette encoche 24, l'enceinte 23 de la chambre de balayage 12 présente une fenêtre supérieure 25 et une fenêtre inférieure 26, toutes deux transparentes au faisceau d'électrons alors que le reste de la chambre de balayage est opaque audit faisceau.
  • Sur la figure 1, les différents aimants 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 et 20 ont été représentés de manière très schématique en ne montrant principalement que leurs pièces polaires opposées. On a aussi ajouté parfois les enroulements tels que 28 sous une forme très schématisée. Tous ces aimants, à l'exception de l'aimant 17, sont alimentés en courant continu et génèrent un champ magnétique constant entre leurs pièces polaires opposées; les valeurs de ces courants ont ajustées lors des réglages de manière à obtenir les déviations souhaitées pour le faisceau d'électrons.
  • Seule la bobine 28 de l'aimant 17 est alimentée par un courant variable au cours du temps de manière à obtenir le balayage du faisceau d'électrons pendant la durée de l'impulsion.
  • La figure 2 est un schéma de principe d'un circuit de commande du courant dans la bobine 28. Il comprend une source d'alimentation en courant continu 29, un condensateur 30 de capacité C en parallèle sur la source 29, un interrupteur 31 en série avec la bobine 28 d'inductance L et de résistance R. Le commutateur 31 est commandé par und circuit de synchronisation 32 qui commande également un modulateur 33 de l'accélérateur 11 Le circuit comportant le condensateur 30 et la bobine 28 est un circuit résonnant tel que le courant qui y circule est de la forme :
    Figure imgb0001
     lorsque l'interrupteur 31 est fermée, le condensateur 30 ayant été préalablement chargé à la tension Vo de la source d'alimentation 29.
  • Dans cette formule ωo = 1 LC
    Figure imgb0002
     et R est « 2 √L/C
  • Le diagramme de la figure 3 représente I(t); c'est une sinusoïde dont la période a été choisie égale à quatre-vingts microsecondes de manière à définir quatre zones A, B, C et D sensiblement linéaires de durée dix microsecondes chacune, la durée de l'impulsion du faisceau d'électrons. C'est par le choix de l'une de ces zones A, B, C ou D que l'on dévie le faisceau d'électrons de part et d'autre de l'axe vertical et de la droite vers la gauche ou inversement. Plus précisément, comme le déclenchement de la sinusoïde de la figure 3 est déterminé par la fermeture de l'interrupteur 31, cet instant de fermeture détermine l'instant de déclenchement ultérieur des impulsions du faisceau de manière que lesdites impulsion coïncident avec les zones A, B, C ou D selon le type de balayage choisi.
  • En outre, afin d'éviter d'avoir un faisceau sur l'axe, les impulsions du faisceau commencent avec un certain retard ϑ après le passage de la sinusoïde à l'amplitude nulle ou terminent un certain temps ϑ avant ledit passage. Autrement dit, le champ magnétique n'est jamais nul en présence du faisceau d'électrons.
  • Les diagrammes de figures 4a et 4b montrent le synchronisme entre les impulsion du faisceau (figure 4b) et les zones A, B, C ou D des sinusoïdes (figure 4a).
  • Si l'on prend comme convention qu'un courant croissant positif dévie le faisceau de la gauche vers la droite, alors la partie I de la figure 4 correspond à une déviation du faisceau de l'axe vers la droite, soit un balayage du produit 22 par le fenêtre inférieure 26; la partie II correspond à une déviation du faisceau de l'axe vers la gauche, soit un balayage du produit 22 par la fenêtre supérieure 25; la partie III correspond à une déviation du faisceau de la droite vers l'axe, soit un balayage du produit 22 par la fenêtre inférieure 26; enfin la partie IV correspond à une déviation du faisceau de gauche vers l'axe, soit un balayage du produit 22 par la fenêtre supérieure 25.
  • Le dispositif d'irradiation qui vient d'être décrit présente les avantages suivants.
  • D'abord, on obtient une irradiation des deux faces d'un produit, ce qui permet à puissance égale d'augmenter l'épaisseur du produit.
  • Ensuite, l'irradiation est effectuée par un balayage, ce qui permet d'ioniser une surface relativement importante du produit pendant une seule impulsion tout en utilisant un faisceau étroit.
  • S'agissant d'un balayage, l'énergie du faisceau est répartie sur une plus grande surface des fenêtres et il en résulte un échauffement ponctuel dû aux pertes plus faible.
  • Chaque face du produit est balayée successivement dans les deux sens et il en résulte une meilleure homogénéité de la dose reçue par le produit compte tenu de la répartition de l'intensité du faisceau pendant la durée de l'impulsion. Cette homogénéité de la dose reçue est encore améliorée par la combinaison de l'aimant de déviation 15 et de la fente de définition d'énergie 9, ce qui permet d'éliminer les électrons qui n'ont pas l'énergie correspondant au champ magnétique de l'aimant 15.
  • En faisant en sorte que le faisceau soit toujours décalé par rapport à l'axe, ceci dégage un espace au centre sans rayonnement pour placer les guides du convoyeur 27. En outre, ceci permet de contrôler l'intensité d'ionisation sur le bord intérieur du produit 22.
  • L'invention a été décrite dans son application à l'irradiation d'un produit par un flux d'électrons; cependant, elle est applicable à tout système d'irradiation à partir d'une source impulsionnelle de particules chargées, particules qui peuvent être déviées par un champ magnétique.
  • On peut aussi transformer ces particules chargées en un autre type de particules, par exemple électrons en photons, en utilisant des cibles a proximité de chaque fenêtre 25 et 26 qui transforment le flux d'électrons en flux de photons par exemple.
  • Afin de mieux irradier les bords du produit 22, il est possible de modifier le champ magnétique au niveau des aimants 19 et 20 à proximité des fenêtres 26 et 25 de manière à concentrer le faisceau sur les bords du produit.

Claims (3)

1. Dispositif d'irradiation double face d'un produit (22) qui comporte un accélérateur de particules chargées (11) associé à un modulateur (33) de manière à émettre un faisceau de particules chargées sous forme d'impulsions, une chambre de balayage étanche sous vide (12) en forme de cornet, ladite chambre présentant à l'extrémité la plus large une ouverture (24) occupant une moitié du cornet et munie de deux fenêtres transparentes (25, 26) au faisceau, ladite ouverture servant au passage du produit à irradier (22) caractérisé en qu'il comprend :
- des moyens de balayage (17) associés à la chambre de balayage (12) pour dévier angulairement de part et d'autre d'un axe le faisceau de particules pendant la durée de l'impulsion du faisceau
- des premiers moyens magnétiques de déviation (18, 19) associés à la chambre de balayage (12) pour transformer le balayage angulaire divergent en un balayage parallèle, et
- des deuxièmes moyens magnétiques de déviation (20) associés à la chambre de balayage (12) pour obtenir une déviation de 180° du faisceau de balayage parallèle correspondant à la partie de la chambre de balayage ne comportant pas l'ouverture (24).
2. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens magnétiques de balayage (17) comprennent un aimant à pièces polaires circulaires dont l'enroulement (28) est alimenté par un courant variable au cours de la durée d'une impulsion.
3. Dispositif d'irradiation selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement (28) fait partie d'un circuit oscillant comportant un condensateur (30) en parallèle sur une source d'alimentation en courant continu (29) et un interrupteur (31) en série avec l'enroulement (28), ledit interrupteur (31) et le modulateur (33) de l'accélérateur de particules chargées (11) étant commandés par un circuit de synchronisation (32) de manière que l'interrupteur (31) soit d'abord fermé pour alimenter l'enroulement (28) et que le modulateur (33) soit ensuite commandé afin que le faisceau de particule apparaisse à un certain temps déterminé après le début de l'oscillation dans le circuit oscillant.
EP89402442A 1988-09-16 1989-09-07 Dispositif d'irradiation double face d'un produit Expired - Lifetime EP0360655B1 (fr)

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