WO2015189492A1 - Méthode et système de décontamination de bouchons ou de cols de récipients par bombardement électronique pulsé - Google Patents

Méthode et système de décontamination de bouchons ou de cols de récipients par bombardement électronique pulsé Download PDF

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    • A61L2202/20—Targets to be treated
    • A61L2202/23—Containers, e.g. vials, bottles, syringes, mail

Definitions

  • the invention relates to the field of the sterilization of caps or collars of containers.
  • the invention relates to a method and a system for decontaminating corks or container necks for optimally treating all the surfaces of these plugs or necks.
  • Containers such as tubes, jars, flasks, cardboard food bricks or PET bottles (polyethylene terephthalate) are most often intended to contain common consumer products, for example beverages, pharmaceuticals or cosmetics.
  • Containers, such as bottles (especially PET) are typically obtained via a stretch blow molding process from blanks, for example preforms or intermediate containers having previously already undergone a first forming operation. The blanks and caps of the containers are initially stored in a non-sterile environment.
  • Cardboard food bricks have a closure device, consisting of an attached collar, closed by a cap.
  • the manufacture of a brick generally comprises a collar gluing step at an opening on one side of the brick.
  • these bricks, their necks, and the caps that are intended for them are also initially arranged in a non-sterile environment. Therefore, before filling and closing the containers, the latter, their necks and their plugs must first undergo a decontamination process in a sterilization chamber.
  • a known solution is to spray a sterilizing agent on the internal surfaces of the plugs, necks and containers, for example hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and cause its evaporation by thermal action.
  • a sterilizing agent for example hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and cause its evaporation by thermal action.
  • H 2 O 2 hydrogen peroxide
  • Such a solution requires spraying the agent on all the surfaces of the containers, necks and plugs, however some surfaces are difficult to reach.
  • the containers / collars / plugs must be exposed to the agent for a predetermined time at a time sufficiently long to ensure effective sterilization, but also short enough to limit any damage by heating, potentially damaging these surfaces.
  • a rinsing step to ensure that any trace of the product has been eliminated.
  • Such a solution involves longer processing times and is complex to implement.
  • the document JPH06142165 proposes to irradiate with a low energy electron beam an object of complex shape, such as a plug. Accelerated electrons form this electron beam, some of which collide with gas molecules of the irradiated medium, thus generating scattered electrons. After propagation, the electron beam, composed of direct and scattered electrons, then reaches the surfaces of the object and sterilizes them. The irradiated surfaces of the object also induce reflected and / or secondary electrons to sterilize surfaces that are not directly irradiated.
  • a low energy beam involves a beam current (that is to say, anode current) of low value, usually of the order of ten mA. Since these current values are small, the quantity of accelerated electrons is limited, as are their penetration into the material (a few m) and their backscattering. To ensure the complete elimination of any microorganism, a minimum dose of electrons must be produced. Therefore, in order to deposit a sufficient lethal dose of electrons on the surface of the object to be treated, generally of the order of ten kGy, a treatment time of several seconds is commonly required.
  • the treatment time of an irradiated object is a parameter particularly critical. Indeed, a prolonged exposure time of an object to an electronic radiation may cause undesirable effects on the object, namely discoloration, degradation, crosslinking phenomena, or migrations of odors.
  • the solutions of the state of the art can only partially limit these problems.
  • An object of the present invention is to overcome all the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the present invention is to treat all the surfaces of plugs or collars of containers with complex shapes, having areas that can not be treated directly by an incident electron beam.
  • Another object of the present invention is to reduce the decontamination time of plugs or necks of containers with complex shapes, while improving the treatment efficiency, that is to say the rate of bacteriological reduction, on the surfaces. of these stoppers or collars of containers.
  • each plug comprising a roof, a body projecting from a peripheral edge of the roof, this body having an opening opposite the roof, ribs projecting from an inner face of the body and / or an inner face of the roof, each collar comprising ribs and an opening, the ribs having zones of shadow, this method comprising:
  • the bombardment being effected by means of a pulsed electric field comprising a series of electrical pulses of predetermined frequency, duration and intensity so as to obtain primary electrons and backscattered electrons, respectively allowing the decontamination of apparent areas and shadows of corks or passes.
  • the frequency is in a range between 50 and 500 Hertz
  • the frequency of the electrical pulses is 100 Hertz
  • the duration of the electrical pulses is in a range between 5 and 250 nanoseconds
  • the duration of the electrical pulses is 10 nanoseconds
  • the intensity of the electrical pulses is between 1 and 20 kiloamperes
  • the intensity of the electrical pulses is 5 kiloamperes.
  • each plug comprising a roof, a body projecting from a peripheral edge of the roof, this body having an opening to the opposite the roof, ribs projecting from an inner face of the body and / or an inner face of the roof, each collar comprising ribs and an opening, the ribs having shaded areas, this system comprising :
  • this system comprises a device for transporting caps contiguous to each other, according to a predetermined transport path and speed.
  • the transport device is made by a set of rails.
  • Figure 1 illustrates a system comprising an electron gun according to one embodiment
  • FIG. 2 illustrates an enlargement of a portion of the system comprising the electron gun according to one embodiment
  • FIG. 3 illustrates an enlarged sectional view of the system comprising the electron gun according to one embodiment
  • FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a container stopper, as well as the different electron paths resulting from a pulsed electron beam;
  • FIG. 5 illustrates a sectional view of a container neck, and the different electron trajectories from a pulsed electron beam.
  • FIG. 1 a system 1 comprising an electron gun, for generating a high intensity electron flow.
  • the flow of electrons generated at the outlet of this gun is a flow / electron beam pulsed, for bombarding plugs 2 and / or collars of containers for their decontamination.
  • plugs 2 Scroll with the aid of a transport device 3 in a sterilization chamber 4, that is to say a closed and sterile enclosure comprising the pulsed electron gun.
  • Scrolling means here a continuous temporal transport.
  • the plugs 2 are positioned in the sterilization chamber 3 sequentially, that is to say step by step, for example via the transport device 3. The realization of all of these elements is described in detail later.
  • FIG 2 is an enlarged detail of the zone II shown in Figure 1.
  • This figure shows the plugs 2 of the containers, the transport device 3 and the sterilization chamber 4 previously mentioned.
  • the flow / electron beam at the barrel outlet is formed by a set of electrons, the latter being accelerated via the application of a potential difference between two electrodes, respectively a cathode and anode.
  • the cathode is disposed in a closed space 5, for example an enclosure under "vacuum", that is to say at a pressure of very low value, for example less than 10 "5 bar, provided by a pumping device.
  • the creation of such a vacuum prevents the potential collision of the electrons with gas molecules, thus risking generating for these electrons a loss of energy.
  • the pumping device is connected to the closed space via a pipe 6.
  • the anode is one of the outer faces of the vacuum sealed space.
  • the electron flow can be emitted, for example in the direction of the anode by an explosive emission cathode, this cathode and the anode constituting a diode.
  • the cathode with explosive emission constitutive of the diode can by way of non-limiting examples be made of graphite, stainless steel, copper, carbon or any other known material for the realization of this type of electrode.
  • this cathode does not include a filament.
  • an explosive-emitting cathode diode has the advantages of:
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2. This figure shows the stoppers 2 of containers, the transport device 3, the sterilization chamber 4, as well as the anode 7 ensuring both closure and therefore insulation, vacuum space and the formation of an electron bombardment window.
  • the anode 7 is disposed downstream from the cathode in the direction of movement of the electrons and made in the form of a block of conductive metal, for example copper.
  • the latter In order to let accelerated electrons pass into the atmosphere, the latter is pierced at its center and covered with a thin metal foil 9, typically of a thickness of the order of a few tens of ⁇ m, which can for example be realized in titanium or aluminum.
  • the thickness of the metal sheet 9 is chosen so as to seal the vacuum between the cathode and the anode 7, while allowing the accelerated electrons from the cathode, and impacting this sheet to pass through.
  • the anode 7 thus produced constitutes an electron bombardment window 8 allowing the accelerated electrons to pass between the vacuum 10 of the closed space and an external medium 11, for example gaseous, such as the ambient air.
  • an external medium for example gaseous, such as the ambient air.
  • the manner in which the conductive metal block of the anode 7 is pierced conditions the shape of the electron beam which passes through the surface of the metal foil 9 of the anode 7.
  • the shape of the electron beam and therefore the opening of the window 8 electron bombardment can be chosen according to different geometries, by way of non-limiting examples in rectangular, circular or annular.
  • FIG. 3 illustrates an opening, and therefore a rectangular window 8.
  • the sheet 9 of the electron bombardment window 8 does not yield under the pressure difference between the vacuum 10 and the external medium 11 (relative for example to the external atmospheric pressure):
  • the surface of the anode 7 can be made in a curved manner towards the inside of the vacuum-sealed space 10.
  • the sheet 9 covering the anode 7 must be kept at a sufficiently low temperature, by means of the installation of appropriate cooling means, not shown.
  • the anode 7 may for example be designed to include heat dissipation zones, or be cooled by circulating along the latter a cooling fluid through channels.
  • the electron beam obtained at the output of the electron gun is sufficiently homogeneous to treat all of the apparent surfaces of the object to be treated.
  • the surface of the electron bombardment window 8 is sized to cover a surface substantially greater than the apparent surface of the bottom of a plug 2 centered with respect to this window 8.
  • the electron gun further comprises supply means for establishing a potential difference between the anode 7 and the cathode, in order to accelerate the electrons emitted by the cathode.
  • the cathode is for example powered by a source of electrical energy (not shown) while the anode 7 is connected to ground.
  • a continuous electrical energy source in order to generate a stream of electrons pulsed at the output of the electron gun, will be used, for example a high voltage power supply coupled to means for storing the electrical energy. for example a capacitive or inductive storage.
  • a Tesla transformer is used coupled to a PFL (English acronym for "Puise Forming Line") shaping line, or any other power conditioning device, for example a Marx generator.
  • a switch makes it possible to control the pulse duration (pulsing) of the electrical energy of the beam, stored during a charging period of the electron gun.
  • This switch is coupled to a conductor, disposed in an insulation sheath.
  • the conductor in its insulating sheath relates to the curved portion 12 of the system 1.
  • the conductor is connected to the cathode of the diode of the electron gun, and provides the connection between the cathode and the transformer, via the switch, thereby supplying the diode with a pulsed voltage.
  • a potential difference is thus created between the cathode and the anode 7, allowing the acceleration of the electrons emitted by the cathode in the vacuum 10.
  • a pulsed electron flow of high intensity is obtained.
  • a pulsed mode coupled with a low energy electron beam (less than 1 MeV) makes it possible, as opposed to a continuous mode, to reduce the electrical insulation stresses of the electron gun and to reduce therefore its bulk.
  • effective electrical insulation of the transformer and the conductor is performed via oil insulation, and shielding steel or lead thin.
  • the pulsed electron beam obtained at the output of the electron gun is used to bombard plugs 2 of containers of complex shapes thus allowing their decontamination of any microorganism.
  • plug of complex shape is understood here to mean any plug having shaded areas, that is to say zones that can not be reached directly by incident scattered electrons.
  • the electrons obtained at the output of the electron gun are diffused in air (external medium 11) and the plugs 2 treated in the same medium.
  • air external medium 11
  • plugs 2 treated in the same medium.
  • any other gaseous or vacuum medium may be used for electron scattering and decontamination of plugs 2.
  • plugs 2 of complex shapes are brought into a sterilization chamber 4, facing the electronic bombardment window 8, the opening of the plugs being turned towards this window.
  • sterilization a closed, hermetic and sterile space including means of sterilization / decontamination.
  • this chamber 4 is made using insulating metal surfaces 13 (eg lead, steel) constituting a cylindrical volume whose axis of revolution is centered around the anode 7. This volume is pierced so as to comprise an inlet opening 14 and an outlet opening 15 through which the device 3 for transporting plugs 2, thus allowing their routing under the electronic bombardment window 8 formed by the anode 7.
  • the sterilization chamber 4 is thus, in this embodiment, constituent of the system 1 comprising an electron gun.
  • the sterilization chamber 4 is independent of the system comprising an electron gun and comprises in its interior part or all of this system 1.
  • the plugs 2 scroll laterally and in a single direction, parallel to and downstream of the window 8 of electron bombardment of the anode 7.
  • the arrow 16 indicates by way of example a direction of lateral scrolling of the plugs 2.
  • the plugs 2 are joined to each other, and scroll according to a predetermined transport path and speed, thanks to a preset transport device 3, here a set of rails on which slide the plugs 2.
  • the plugs 2 can scroll along these rails under the effect of gravity or using mechanical means (wheels, pushers) or pneumatic (guns).
  • such a rail system makes it possible to guarantee that the opening of the plugs 2 of the receptacles is turned towards the electron bombardment window 8 of the electron gun, during the movement of the plugs 2 under it.
  • any other transport device 3 for providing this arrangement of plugs 2 could be used, by way of non-limiting example, a pneumatic conveying device.
  • the plugs 2 are positioned step by step under the window 8 of electronic bombardment.
  • FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a circular vessel cap 2, as well as various electron trajectories from the electron beam pulsed at the exit of the electron bombardment window 8, the trajectories of these electrons allowing the decontamination of specific areas of the plug 2.
  • a plug of complex shape such as that illustrated in this figure, typically comprises:
  • ribs 19 protruding from an inner face of the body 18, generally protruding parts to be screwed on and / or latched, intended to come into contact with the outside of the neck of the container, - a skirt 27 forming part of a tamper evident band, disposed on the inner face of the body 18,
  • ribs 20 projecting from an inner face of the roof 17, typically an annular projection supporting a sealing lip.
  • the plug 2 is a monomaterial block that can be made of polyethylene terephthalate (PET), high-density polyethylene (HDPE) or polypropylene (PP) or any other thermoplastic polymer.
  • PET polyethylene terephthalate
  • HDPE high-density polyethylene
  • PP polypropylene
  • This type of plug 2 comprises shaded areas 21, that is to say surfaces that can not be reached directly by an incident particle beam, for example the areas below the projecting portions of the body 18, skirt 27 and roof 17 of the cap 2 according to the direction of movement of the particles.
  • the electron beam pulsed at the output of the electron gun is scattered towards the plugs 2 which scroll (or are positioned step by step) in front of the window 8 of electron bombardment.
  • the diffusion of the electrons is conditioned by the propagation medium.
  • the electrons from the electron gun constitute a rectilinearly distributed beam, and reach directly through the opening the surfaces of the plug 2 complex shape, sterilizing in the first place the internal apparent surfaces reached for example the roof 17 of the cap or the internal surfaces of its body 18.
  • the propagation of the electrons is considered in a gaseous external medium (in particular air) which is preferably sterile.
  • a gaseous external medium in particular air
  • a portion of the electrons from the electron gun is diffused directly towards the apparent surfaces of the plug 2, while another portion of electrons of this beam undergoes backscattering phenomena in the air.
  • These backscattering phenomena refer to collisions between the electrons and the particles of the external gaseous diffusion medium 11, for example elastic interactions generating deflections, that is to say modifications of the electron scattering angles without losses. (or minimal) energies.
  • the primary electron beam is sufficiently homogeneous to impact all of the apparent surfaces of the plug 2.
  • the primary electrons penetrate the material of the plug 2, and diffuse until they are absorbed. There is then an increase in the dose of electrons in the material, up to a maximum penetration thickness, a function of the material density of the plug 2 and the electron energy.
  • dose is meant here the amount of energy from the electrons absorbed by the material. This energy absorption results notably from a transfer of energy from the electrons to the atoms of matter via inelastic collisions.
  • the distribution of the electron dose is not progressive in the thickness of the material: this distribution depends on the penetration of electrons into the material.
  • the penetration of electrons into the material is all the more important if the energy of the electrons is high and / or the density of the material of the irradiated object is low; a portion of the primary electrons is directly reflected on the surface of the plug 2, resulting from elastic or inelastic collisions with particles constituting the material of the plug 2.
  • This physical phenomenon is commonly referred to as electron backscattering, also known as the English name "back-scattering".
  • the left medallion of FIG. 4 illustrates by enlargement the different possible paths 23, 24, 25, 28 of an electron backscattered on the surface of the plug 2.
  • the backscattered electron can itself be diffused direct (straight trajectory without deviation), such as the trajectory 24, or again undergo one or more elastic collisions in the external environment 11 of gas propagation as for the trajectories 23,25, 28.
  • the trajectory 28 in particular allows to reach and therefore decontaminate a shaded area located under the skirt 27;
  • the medallion on the right represents an enlargement of the trajectory 26 of a primary electron incident on the plug 2.
  • This electron initially has a non-deflected trajectory between the electronic emission window 8 and an apparent surface plug 2, penetrates, then diffuses into the material of the plug 2, then successively undergoes two reflections finally leading to its backscattering in the gaseous medium.
  • the electron beam pulsed at the output of the electron gun also makes it possible to decontaminate collars of containers that scroll (for example via a conveyor) or are positioned step by step in front of the window 8 electron bombardment.
  • These necks may for example be part of a preform, a bottle, a tube or glued on a packaging brick.
  • the neck is a mono-material block that can be made of polyethylene terephthalate (PET), high-density polyethylene (HDPE) or polypropylene (PP) or any other thermoplastic polymer.
  • Figure 5 illustrates an exemplary embodiment of decontaminating a container neck.
  • a sectional view of a circular container comprising a shoulder 29 and a neck 30 disposed upstream.
  • the opening of the neck 30 is turned towards the window 8 of electronic bombardment.
  • different electron trajectories from the electron beam pulsed at the outlet of the electron bombardment window 8 allow the decontamination of specific areas of the container neck 30.
  • the illustrated container neck is of complex shape and comprises the following elements:
  • the flange 31, the transfer ring 32 and the threads 33 all form ribs (helical in the case of threads 33) protruding, although of various radial extensions.
  • This type of collar 30 also comprises zones 21 of shadow, that is to say surfaces that can not be reached directly by a beam of incident particles, as examples the areas below the collar 31, of the transfer ring 32, and nets 33.
  • the rim 34 and the inner surface 35 are similar to visible areas of the neck 30, that is to say to areas that can be directly reached by a primary electron beam from the window 8 electron bombardment. As in the case of decontamination of plugs, the following physical phenomena are observed:
  • the trajectories 36, 37, 38, 39 illustrate examples of electron trajectories backscattered in the air and undergoing elastic collisions on the neck 30 or the container.
  • the trajectory 39 makes it possible to reach the shadow zone 21 below the flange 31 via an elastic collision on the shoulder 29 of the vessel followed by backscattering, resulting from a collision of the electrons with particles of the propagation medium; a part of the electrons penetrate the matter, diffuse into it, then undergo one or more elastic collisions before emerging. This situation is not illustrated here, but remains similar to that described for the right medallion of Figure 4.
  • the primary electrons make it possible to decontaminate the visible parts of the neck 30, whereas the shadows 21 are decontaminated using the backscattered electrons.
  • the backscattered electrons make it possible to reach through their trajectories the shaded areas of the plug 2 and / or the neck 30, and have a sufficiently high energy to be absorbed by the material of these zones, thus allowing their decontaminations.
  • the use of a pulsed electron flow makes it possible both to obtain a flow of electrons of high intensity, ensuring the deposition of a sufficient lethal dose in the shadows, without degrading exposed surfaces exposed to the primary electron beam: the exposure time of the plug 2 and / or the neck 30 to the electronic bombardment is indeed reduced to the minimum possible.
  • the more a material has heavy atoms the more the number of electrons backscattered by this material increases. Decontamination of caps and / or collars of complex-shaped containers by electron backscattering is therefore particularly advantageous for plugs and / or collars of containers made of PET, HDPE or PP materials.
  • a potential difference of 250 kV is applied across a filament diode of this gun to obtain an anode current of 50 mA.
  • the configurable parameters of this gun are the following: the number of pulses, the pulse duration of a pulse, the discharge voltage applied to the terminals of the diode, the current of the anode of the diode, the frequency of the emissions of the pulses.
  • 10 taps of 10 ns, generated at a frequency of 100 Hz are used by applying a potential difference of 250 kV across the diode with an anode current of 5kA.
  • the recharge time of the electron gun before you can generate a new source is here about 10 ms.
  • T-treatment Total treatment time
  • Nmax 3600 / T-treatment
  • N Number of Pits 5 to 200 10 to 100 10
  • a plurality of pulsed electron guns can be used simultaneously.
  • the parallel use of several guns being known to those skilled in the art, this embodiment allows in particular to further reduce the duration of application of a tap on the object to be treated.
  • the previously described embodiments make it possible to provide a decontamination process for cork and / or container necks that is effective (reduction in treatment times), and that is compatible with high rates, robust, and guarantees the non-degradation of stoppers and / or collars of containers (discoloration, crosslinking, odor migrations).

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Abstract

Méthode de décontamination de bouchons (2) ou de cols de récipients par bombardement électronique, cette méthode comprenant: une opération de défilement ou positionnement des bouchons (2) ou des cols de récipients face à une fenêtre (8) de bombardement électronique, l'ouverture des bouchons (2) ou cols de récipients étant tournée vers cette fenêtre (8); une opération de bombardement électronique des bouchons (2) ou des cols de récipients, lors du défilement ou positionnement des bouchons ou des cols de récipients devant la fenêtre (8); le bombardement étant réalisé au moyen d'un champ électrique puisé comprenant une série d'impulsions électriques de fréquence, de durée et d'intensité prédéterminées.

Description

Méthode et système de décontamination de bouchons ou de cols de récipients par bombardement électronique puisé
L'invention a trait au domaine de la stérilisation de bouchons ou de cols de récipients.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une méthode et un système de décontamination de bouchons ou de cols de récipients permettant de traiter de manière optimale l'ensemble des surfaces de ces bouchons ou cols.
Des récipients tels des tubes, pots, flacons, briques alimentaires en carton ou bouteilles PET (Téréphtalate de Polyéthylène) sont le plus souvent destinés à contenir des produits de consommation courants, par exemple des boissons, des produits pharmaceutiques ou cosmétiques. Des récipients, tels que des bouteilles (notamment en PET) sont typiquement obtenus via un procédé d'étirage soufflage à partir d'ébauches, par exemple de préformes ou de récipients intermédiaires ayant auparavant déjà subi une première opération de formage. Les ébauches ainsi que les bouchons des récipients sont initialement stockés dans un environnement non stérile.
Les briques alimentaires en carton comportent quant à elles un dispositif de bouchage, composé d'un col rapporté, fermé par un capuchon. La fabrication d'une brique comprend généralement une étape de collage du col au niveau d'une ouverture située sur une des faces de la brique. Généralement, ces briques, leurs cols, ainsi que les bouchons qui leur sont destinés sont eux aussi initialement disposés dans un environnement non stérile. Par conséquent, avant tout remplissage et fermeture des récipients, ces derniers, leurs cols, ainsi que leurs bouchons doivent préalablement subir un procédé de décontamination dans une chambre de stérilisation.
Une solution connue consiste à pulvériser un agent stérilisant sur les surfaces internes des bouchons, des cols et des récipients, par exemple du peroxyde d'hydrogène (H202) et à provoquer son évaporation par action thermique. Une telle solution nécessite de pulvériser l'agent sur l'intégralité des surfaces des récipients, des cols et bouchons, cependant certaines surfaces restent difficilement atteignables. Par ailleurs, les récipients/cols/bouchons doivent être exposés à l'agent durant un temps prédéterminé à la fois suffisamment long pour assurer une stérilisation efficace, mais aussi suffisamment court afin de limiter tout endommagement par échauffement, risquant de détériorer ces surfaces. Enfin, un tel procédé nécessite, selon les cas, une étape de rinçage afin de s'assurer que toute trace du produit a été éliminée. Une telle solution implique des temps de traitements rallongés et s'avère complexe à mettre en œuvre.
D'autres méthodes connues consistent à effectuer l'étape de stérilisation des récipients via un bombardement d'électrons accélérés sur leurs surfaces. Ces méthodes permettent de briser les liaisons ADN de tout microorganisme, ou de créer des particules secondaires qui vont ensuite réagir avec les cellules microbiennes, conduisant ainsi à leur élimination.
Contrairement à la voie chimique, ces méthodes ne nécessitent pas d'étape de rinçage et ne laissent aucune trace résiduelle potentielle d'agent chimique. En outre, l'utilisation de faisceau d'électrons à faible énergie (inférieure à 1 MeV) permet de limiter les interactions avec la matière de l'objet à décontaminer. A titre d'exemple, le document JPH06142165 propose d'irradier par un faisceau d'électrons de faible énergie un objet de forme complexe, tel qu'un bouchon. Des électrons accélérés forment ce faisceau d'électrons, dont certains rentrent en collision avec des molécules de gaz du milieu irradié, engendrant alors des électrons éparpillés. Après propagation, le faisceau d'électrons, composé d'électrons directs et éparpillés, atteint alors les surfaces de l'objet et les stérilise. Les surfaces de l'objet irradiés induisent par ailleurs des électrons réfléchis et/ou secondaires permettant de stériliser les surfaces qui ne sont pas directement irradiées.
Cependant, l'utilisation d'un faisceau de faible énergie implique un courant de faisceau (c'est-à-dire une courant anodique) de faible valeur, le plus souvent de l'ordre d'une dizaine de mA. Ces valeurs de courant étant faibles, la quantité d'électrons accélérés s'avère limitée, de même que leur pénétration dans la matière (quelques m) et leur rétrodiffusion. Afin de garantir l'élimination complète de tout microorganisme, une dose minimale d'électrons doit être produite. Par conséquent, afin de déposer une dose létale d'électrons suffisante sur la surface de l'objet à traiter, généralement de l'ordre de la dizaine de kGy, un temps de traitement de plusieurs secondes est couramment nécessaire. Le temps de traitement d'un objet irradié est un paramètre particulièrement critique. En effet, un temps prolongé d'exposition d'un objet à un rayonnement électronique risque d'engendrer des effets indésirables sur l'objet, à savoir une décoloration, une dégradation, des phénomènes de réticulation, ou encore des migrations d'odeurs. Les solutions de l'état de l'art n'arrivent cependant que partiellement à limiter ces problèmes.
Un objet de la présente invention est de remédier à l'ensemble des inconvénients précités.
Un autre objet de la présente invention est de traiter l'ensemble des surfaces de bouchons ou de cols de récipients à formes complexes, présentant des zones ne pouvant être traitées directement par un faisceau électronique incident.
Un autre objet de la présente invention est de réduire le temps de décontamination des bouchons ou des cols de récipients à formes complexes, tout en améliorant l'efficacité de traitement, c'est-à-dire le taux de réduction bactériologique, sur les surfaces de ces bouchons ou cols de récipients.
A cet effet, il est proposé, selon un premier aspect, une méthode de décontamination de bouchons ou de cols de récipients par bombardement électronique, chaque bouchon comprenant un toit, un corps en saillie à partir d'un bord périphérique du toit, ce corps présentant une ouverture à l'opposé du toit, des nervures en saillie à partir d'une face interne du corps et/ou d'une face interne du toit, chaque col comprenant des nervures et une ouverture, les nervures présentant des zones d'ombre, cette méthode comprenant:
une opération de défilement ou positionnement des bouchons et/ou cols de récipients face à une fenêtre de bombardement électronique, l'ouverture des bouchons et/ou cols de récipients étant tournée vers cette fenêtre ;
- une opération de bombardement électronique des bouchons et/ou cols de récipients, lors du défilement ou positionnement des bouchons et/ou cols de récipients devant la fenêtre ;
le bombardement étant réalisé au moyen d'un champ électrique puisé comprenant une série d'impulsions électriques de fréquence, de durée et d'intensité prédéterminées de sorte à obtenir des électrons primaires et des électrons rétrodiffusés, permettant respectivement la décontamination de zones apparentes et de zones d'ombres des bouchons ou des cols.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :
- la fréquence est comprise dans un intervalle entre 50 et 500 Hertz ;
la fréquence des impulsions électriques est de 100 Hertz ;
la durée des impulsions électriques est comprise dans un intervalle entre 5 et 250 nanosecondes ;
- la durée des impulsions électriques est de 10 nanosecondes ;
l'intensité des impulsions électriques est comprise entre 1 et 20 kiloampères ;
l'intensité des impulsions électriques est de 5 kiloampères.
Selon un deuxième aspect, il est proposé un système de décontamination de bouchons ou de cols de récipients par bombardement électronique, chaque bouchon comprenant un toit, un corps en saillie à partir d'un bord périphérique du toit, ce corps présentant une ouverture à l'opposé du toit, des nervures en saillie à partir d'une face interne du corps et/ou d'une face interne du toit, chaque col comprenant des nervures et une ouverture, les nervures présentant des zones d'ombre, ce système comprenant:
des moyens de défilement ou positionnement des bouchons ou des cols de récipients face à une fenêtre de bombardement électronique, l'ouverture des bouchons ou des cols de récipients étant tournée vers cette fenêtre ;
des moyens de bombardement électronique des bouchons ou des cols de récipients, lors du défilement ou positionnement des bouchons ou des cols de récipients devant la fenêtre, au moyen d'un champ électrique puisé comprenant une série d'impulsions électriques de fréquence, de durée et d'intensité prédéterminées de sorte à obtenir des électrons primaires et des électrons rétrodiffusés, permettant respectivement la décontamination de zones apparentes et de zones d'ombres des bouchons ou des cols. Avantageusement, ce système comprend un dispositif de transport des bouchons accolés les uns aux autres, selon un chemin de transport et une vitesse prédéterminés. Avantageusement, dans ce système, le dispositif de transport est réalisé par un ensemble de rails.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description de modes de réalisations, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 illustre un système comprenant un canon à électrons selon un mode de réalisation ;
la figure 2 illustre un agrandissement d'une partie du système comprenant le canon à électrons selon un mode de réalisation ; - la figure 3 illustre une vue en coupe agrandie du système comprenant le canon à électrons selon un mode de réalisation ; la figure 4 illustre une vue en coupe d'un bouchon de récipient, ainsi que les différentes trajectoires d'électrons issus d'un faisceau d'électron puisé ;
- la figure 5 illustre une vue en coupe d'un col de récipient, ainsi que les différentes trajectoires d'électrons issus d'un faisceau d'électron puisé.
Sur la figure 1 est représenté un système 1 comprenant un canon à électrons, permettant de générer un flux d'électrons de forte intensité. Avantageusement, le flux d'électrons généré en sortie de ce canon est un flux/faisceau d'électrons puisé, servant à bombarder des bouchons 2 et/ou des cols de récipients en vue de leur décontamination. On décrit ici différents modes de réalisations appliqués aux bouchons 2, mais il est entendu que ces modes sont tout aussi applicables aux cols de récipients précités. Ces bouchons 2 défilent à l'aide d'un dispositif de transport 3 dans une chambre de stérilisation 4, c'est-à-dire une enceinte fermée et stérile comprenant le canon à électrons puisés. Par défilement, on entend ici un transport temporel continu. Selon un autre mode de réalisation, les bouchons 2 sont positionnés dans la chambre de stérilisation 3 de manière séquentielle, c'est-à-dire pas à pas, par exemple via le dispositif de transport 3. La réalisation de l'ensemble de ces éléments est décrite en détail par la suite.
La figure 2 est un détail à échelle élargie de la zone II représentée sur la figure 1. On observe sur cette figure les bouchons 2 de récipients, le dispositif de transport 3 et la chambre de stérilisation 4 précédemment mentionnés. Selon divers modes de réalisations, le flux/faisceau d'électrons en sortie du canon est formé par un ensemble d'électrons, ces derniers étant accélérés via l'application d'une différence de potentiel entre deux électrodes, respectivement une cathode et une anode. La cathode est disposée dans un espace fermé 5, par exemple une enceinte sous « vide », c'est-à-dire à une pression de très faible valeur, par exemple inférieure à 10"5 bars, assurée par un dispositif de pompage.
Avantageusement, la création d'un tel vide prévient la collision potentielle des électrons avec des molécules de gaz, risquant alors d'engendrer pour ces électrons une perte d'énergie. Le dispositif de pompage est relié à l'espace fermé par l'intermédiaire d'une tubulure 6. L'anode constitue quant à elle une des faces externes de l'espace fermé sous vide. Le flux d'électron peut être émis, à titre d'exemple en direction de l'anode par une cathode à émission explosive, cette cathode et l'anode étant constitutive d'une diode. La cathode à émission explosive constitutive de la diode, peut à titre d'exemples non- limitatifs être réalisée en graphite, en acier inoxydable, en cuivre, en carbone ou tout autre matériau connu pour la réalisation de ce type d'électrode. Avantageusement, cette cathode ne comprend pas de filament.
Par opposition aux diodes à filament, l'utilisation d'une diode à cathode à émission explosive présente comme avantages :
de fournir de plus fortes densités de courant, et donc des doses d'électrons plus importantes pour la décontamination d'objets ; - d'émettre sur une large surface (ex : 200 cm2), d'assurer une distribution plus homogène des électrons indépendamment de la forme d'un filament ;
de ne pas nécessiter la mise en place d'un dispositif de chauffage pour l'émission des électrons ;
- de ne pas présenter une durée de vie dépendante d'un filament, (rupture du filament), empêchant alors toute émission d'électrons ; de ne pas présenter de risque de court-circuit interne à la diode, induit par une particule détachée de matière, extraite notamment du filament, et interrompant temporairement l'émission électronique. La figure 3 est une vue en coupe de la figure 2. On observe sur cette figure les bouchons 2 de récipients, le dispositif de transport 3, la chambre de stérilisation 4, ainsi que l'anode 7 assurant à la fois la fermeture, donc l'isolation, de l'espace sous vide et la formation d'une fenêtre 8 de bombardement électronique.
L'anode 7 est disposée en aval vis-à-vis de la cathode selon le sens de déplacement des électrons et réalisée sous la forme d'un bloc de métal conducteur, par exemple du cuivre.
Afin de laisser passer les électrons accélérés dans l'atmosphère, celle-ci est percée en son centre et recouverte d'une fine feuille 9 métallique, typiquement d'une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de pm, pouvant par exemple être réalisée en titane ou en aluminium. L'épaisseur de la feuille 9 métallique est choisie de manière à rendre étanche le vide entre la cathode et l'anode 7, tout en permettant aux électrons accélérés provenant de la cathode, et impactant cette feuille de la traverser.
L'anode 7 ainsi réalisée constitue une fenêtre 8 de bombardement électronique permettant le passage des électrons accélérés entre le vide 10 de l'espace fermé et un milieu extérieur 11, par exemple gazeux, tel l'air ambiant. Avantageusement, la manière dont le bloc de métal conducteur de l'anode 7 est percé conditionne la forme du faisceau d'électron qui traverse la surface de la feuille métallique 9 de l'anode 7. Ainsi, la forme du faisceau d'électrons et donc de l'ouverture de la fenêtre 8 de bombardement électronique peut être choisie selon différentes géométries, à titre d'exemples non limitatifs sous forme rectangulaire, circulaire ou encore annulaire.
A titre d'exemple, la figure 3 illustre une ouverture, et donc une fenêtre 8, rectangulaire. En outre, afin que la feuille 9 de la fenêtre 8 de bombardement électronique ne cède pas sous la différence de pression entre le vide 10 et le milieu extérieur 11 (relative par exemple à la pression atmosphérique extérieure) :
selon un mode de réalisation, on choisit une épaisseur de feuille 9 et une ouverture de fenêtre 8 apte à garantir sa rigidité, par exemple des ouvertures sous forme de stries ;
- selon un autre mode de réalisation, la surface de l'anode 7 peut être réalisée de manière courbée vers l'intérieur de l'espace fermé sous vide 10. On veillera de plus, pour la raison précédente, à maintenir la feuille 9 recouvrant l'anode 7 à une température suffisamment basse, via la mise en place de moyens de refroidissement appropriés non représentés. L'anode 7 peut par exemple être conçue de manière à comporter des zones de dissipation thermique, ou encore être refroidie en faisant circuler le long de cette dernière un fluide de refroidissement au travers de canaux.
Avantageusement, le faisceau d'électron obtenu en sortie du canon à électron est suffisamment homogène pour traiter l'ensemble des surfaces apparentes de l'objet à traiter. A titre d'exemple, la surface de la fenêtre 8 de bombardement électronique est dimensionnée de manière à couvrir une surface sensiblement supérieure à la surface apparente du fond d'un bouchon 2 centré vis-à-vis de cette fenêtre 8.
Le canon à électron comprend par ailleurs des moyens d'alimentation, permettant d'établir une différence de potentiel entre l'anode 7 et la cathode, afin d'accélérer les électrons émis par la cathode. La cathode est par exemple alimentée par une source d'énergie électrique (non représentée) tandis que l'anode 7 est reliée à la masse. Selon divers modes de réalisations, afin de générer un flux d'électrons puisés en sortie du canon à électrons, on utilisera une source d'énergie électrique continue, par exemple une alimentation haute tension couplée à des moyens permettant d'emmagasiner l'énergie électrique par exemple un stockage capacitif ou inductif.
A titre d'exemple on utilise un transformateur Tesla couplé à une ligne de mise en forme PFL (acronyme anglais de « Puise Forming Line »), ou tout autre dispositif de conditionnement de puissance par exemple un générateur de Marx. Avantageusement, un commutateur permet de contrôler la durée d'impulsion (puise) de l'énergie électrique du faisceau, emmagasinée durant une période de charge du canon à électron. Ce commutateur est couplé à un conducteur, disposé dans une gaine d'isolation. A titre d'exemple, sur la figure 1, le conducteur dans sa gaine d'isolation, se rapporte à la partie courbée 12 du système 1. Le conducteur est relié à la cathode de la diode du canon électron, et assure la jonction entre la cathode et le transformateur, par l'intermédiaire du commutateur, alimentant ainsi la diode par une tension puisée. Une différence de potentiel est ainsi créée entre la cathode et l'anode 7, permettant l'accélération des électrons émis par la cathode dans le vide 10.
On obtient donc en sortie de la fenêtre 8 de bombardement électronique, un flux d'électron puisé de forte intensité. Avantageusement, l'utilisation d'un mode puisé couplé avec un faisceau d'électrons à faible énergie (inférieur à 1 MeV), permet par opposition à un mode continu, de réduire les contraintes d'isolation électriques du canon à électrons et de diminuer par conséquent son encombrement. A titre d'exemple, une isolation électrique efficace du transformateur et du conducteur est effectuée via une isolation par huile, et un blindage d'acier ou de plomb de faible épaisseur.
Avantageusement, le faisceau d'électron puisé obtenu en sortie du canon à électron est utilisé pour bombarder des bouchons 2 de récipients de formes complexes permettant ainsi leur décontamination de tout microorganisme. On entend ici par bouchon de forme complexe, tout bouchon comportant des zones d'ombres, c'est-à-dire des zones ne pouvant être atteintes directement par des électrons diffusés incidents.
Dans les modes de réalisations décrits par la suite, les électrons obtenus en sortie du canon à électron sont diffusés dans de l'air (milieu extérieur 11) et les bouchons 2 traités dans ce même milieu. Cependant, il est entendu que tout autre milieu 11 gazeux ou sous vide peut être utilisé pour la diffusion des électrons et la décontamination des bouchons 2.
Selon divers modes de réalisation, des bouchons 2 de formes complexes sont amenés dans une chambre de stérilisation 4, face à la fenêtre 8 de bombardement électronique du canon électronique, l'ouverture des bouchons étant tournée vers cette fenêtre 8. On entend par chambre de stérilisation un espace fermé, hermétique et stérile comprenant des moyens de stérilisation/décontamination. Par exemple, en référence aux figures 2 et 3, cette chambre 4 est réalisée à l'aide de surfaces 13 métalliques isolantes (ex : plomb, acier) constitutives d'un volume cylindrique dont l'axe de révolution est centré autour de l'anode 7. Ce volume est percé de manière à comprendre une ouverture 14 d'entrée et des une ouverture 15 de sortie traversées par le dispositif 3 de transport de bouchons 2, permettant ainsi leur acheminement sous la fenêtre 8 de bombardement électronique formée par l'anode 7. La chambre de stérilisation 4 est ainsi, dans ce mode de réalisation, constitutive du système 1 comprenant un canon à électrons. Selon d'autres modes de réalisation, la chambre de stérilisation 4 est indépendante du système comprenant 1 un canon à électrons et comprend en son intérieur une partie ou l'ensemble de ce système 1.
Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3, les bouchons
2 défilent latéralement et selon un unique sens, parallèlement et en aval de la fenêtre 8 de bombardement électronique de l'anode 7. La flèche 16 indique à titre d'exemple un sens de défilement latéral des bouchons 2. Sur cette figure, les bouchons 2 sont accolés les uns aux autres, et défilent selon un chemin de transport et une vitesse prédéterminés, grâce à un dispositif 3 de transport préétabli, ici un ensemble de rail sur lesquels glissent les bouchons 2. Les bouchons 2 peuvent défiler le long de ces rails sous l'effet de la gravité ou encore à l'aide de moyens mécaniques (roues, poussoirs) ou pneumatiques (soufflettes).
Avantageusement, un tel système de rail permet de garantir que l'ouverture des bouchons 2 des récipients est bien tournée vers la fenêtre 8 de bombardement électronique du canon à électrons, lors du défilement des bouchons 2 sous celle-ci. Cependant, tout autre dispositif de transport 3 permettant d'assurer cette disposition de bouchons 2 pourrait être utilisé, à titre d'exemple non limitatif un dispositif de transport pneumatique. Selon un autre mode de réalisation, les bouchons 2 sont positionnés pas à pas sous la fenêtre 8 de bombardement électronique.
Avantageusement, les bouchons 2 de récipients défilant (ou positionnés) devant la fenêtre 8 de bombardement électrique subissent une opération de bombardement par le faisceau électronique puisé généré en sortie du canon à électrons. La figure 4 illustre une vue en coupe d'un bouchon 2 circulaire de récipient, ainsi que différentes trajectoires d'électrons issus du faisceau d'électron puisé en sortie de la fenêtre 8 de bombardement électronique, les trajectoires de ces électrons permettant la décontamination de zones spécifiques du bouchon 2. Par ailleurs, il est entendu que la description de ce type de bouchon 2 est fournie ici à titre d'exemple. En effet, les différents modes de réalisations décrits s'appliquent aussi bien à d'autres types de bouchons à formes complexes, par exemple des bouchons de type « sport » ou encore des capsules à goupille. Un bouchon de forme complexe, tel celui illustré sur cette figure, comprend typiquement :
un fond 17 plan, également dénommé « toit »,
un corps 18 de filets (internes et/ou externes) à partir d'un bord périphérique du toit 17, ce corps 18 présentant une ouverture à l'opposé du toit 17,
des nervures 19 en saillie à partir d'une face interne du corps 18, généralement des parties saillantes à visser ou/et encliqueter, prévues pour venir en contact avec l'extérieur du col du récipient, - une jupe 27 faisant partie d'une bande d'inviolabilité, disposée sur la face interne du corps 18,
des nervures 20 en saillie à partir d'une face interne du toit 17, typiquement une saillie annulaire supportant une lèvre d'étanchéité.
Selon divers modes de réalisation, le bouchon 2 est un bloc monomatière pouvant être réalisé en Polyéthylène téréphtalate (PET), en polyéthylène haute densité (PEHD) ou en Polypropylène (PP) ou tout autre polymère thermoplastique. Ce type de bouchon 2 comprend des zones d'ombres 21, c'est-à-dire des surfaces ne pouvant être atteintes directement par un faisceau de particules incident, à titre d'exemples les zones en contrebas des parties saillantes du corps 18, de la jupe 27 et du toit 17 du bouchon 2 selon le sens de déplacement des particules.
Le faisceau d'électrons puisé en sortie du canon à électron subit une diffusion en direction des bouchons 2 qui défilent (ou sont positionnés pas à pas) devant la fenêtre 8 de bombardement électronique. La diffusion des électrons est conditionnée par le milieu de propagation. Ainsi, dans une mode de réalisation, lorsque la chambre de stérilisation 4 est réalisée sous un milieu extérieur 11 vide, les électrons issus du canon à électrons constituent un faisceau diffusé de manière rectiligne, et atteignent directement par l'ouverture les surfaces du bouchon 2 à forme complexe, stérilisant en premier lieu les surfaces apparentes internes atteintes par exemple le toit 17 du bouchon ou les surfaces internes de son corps 18.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la propagation des électrons est considérée dans un milieu extérieur 11 gazeux (notamment de l'air) de préférence stérile. Dans un milieu gazeux, une partie des électrons issus du canon à électrons se diffuse directement en direction des surfaces apparentes du bouchon 2, tandis qu'une autre partie d'électrons de ce faisceau subi des phénomènes de rétrodiffusion dans l'air. Ces phénomènes de rétrodiffusion, se rapportent à des collisions entre les électrons et les particules du milieu extérieur 11 gazeux de diffusion, par exemple des interactions élastiques engendrant des déflections, c'est-à-dire des modifications des angles de diffusions des électrons sans pertes (ou minimes) d'énergies. La flèche 22 de la figure 4 représente à titre d'exemple la trajectoire d'un électron subissant à deux reprises une diffusion élastique dans le milieu extérieur 11 de propagation gazeux, c'est-à- dire des modifications de directions de propagations sans pertes d'énergie cinétique. Les électrons issus de la fenêtre 8 de bombardement électronique, diffusés de manière rectilignes ou déviés dans le milieu extérieur 11 gazeux, impactent alors en fonction de leurs trajectoires certaines zones spécifiques du bouchon 2, ces zones se rapportant à des surfaces apparentes du bouchon 2. Ces électrons sont par la suite désignés comme électrons primaires.
Avantageusement, le faisceau d'électrons primaires est suffisamment homogène pour impacter l'ensemble des surfaces apparentes du bouchon 2.
En fonction des trajectoires des électrons primaires différents phénomènes physiques sont alors observés :
une partie des électrons primaires pénètrent dans la matière du bouchon 2, et se diffusent jusqu'à être absorbés. On observe alors une augmentation de la dose d'électrons dans la matière, jusqu'à une épaisseur de pénétration maximale, fonction de la densité de matière du bouchon 2 et de l'énergie des électrons. On entend ici par dose, la quantité d'énergie provenant des électrons absorbée par la matière. Cette absorption d'énergie résulte notamment d'un transfert d'énergie des électrons vers les atomes de la matière via des collisions inélastiques. Par ailleurs, la distribution de la dose d'électrons n'est pas progressive dans l'épaisseur de la matière : cette distribution dépend de la pénétration des électrons dans la matière. La pénétration des électrons dans la matière est d'autant plus importante que l'énergie des électrons est élevée et/ou que la densité de la matière de l'objet irradié est faible ; une partie des électrons primaires est directement réfléchie à la surface du bouchon 2, résultant de collisions élastiques ou inélastiques avec des particules constitutives de la matière du bouchon 2. On désigne couramment ce phénomène physique sous le terme de rétrodiffusion d'électrons, également connu sous la dénomination anglaise « back-scattering ». A titre d'exemple, le médaillon gauche de la figure 4 illustre par agrandissement les différentes trajectoires 23, 24, 25, 28 possibles d'un électron rétrodiffusé en surface du bouchon 2. L'électron rétrodiffusé peut lui-même être diffusé de manière directe (trajectoire rectiligne sans déviation), telle la trajectoire 24, ou à nouveau subir une ou plusieurs collisions élastiques dans le milieu extérieur 11 de propagation gazeux comme pour les trajectoires 23,25, 28. La trajectoire 28, permet notamment d'atteindre et donc décontaminer une zone d'ombre située sous la jupe 27 ;
certains électrons pénètrent dans la matière, se diffusent dans celle-ci, puis subissent une ou plusieurs collisions élastiques avant d'en ressortir. Ce phénomène physique se rapporte lui aussi à une situation de rétrodiffusion des électrons primaires. Le nombre de réflexions, donc d'interactions des interactions avec les atomes de la matière du bouchon 2, ainsi que la probabilité d'en ressortir, sera d'autant plus grand que l'énergie cinétique, donc la vitesse des électrons est élevée. Notamment, les collisions élastiques des électrons primaires dans la matière, s'apparentent à de très faibles pertes d'énergies de ces derniers, augmentant leur probabilité de rétrodiffusion. Par opposition une succession de collisions inélastiques conduit rapidement à une perte d'énergie cinétique des électrons et par conséquent leur absorption par la matière. A titre d'exemple illustratif, le médaillon de droite représente un agrandissement de la trajectoire 26 d'un électron primaire incident sur le bouchon 2. Cet électron présente initialement une trajectoire non-déviée entre la fenêtre 8 d'émission électronique et une surface apparente du bouchon 2, pénètre, puis se diffuse dans la matière du bouchon 2, subit ensuite successivement deux réflexions conduisant finalement à sa rétrodiffusion dans le milieu gazeux. Selon un mode de réalisation, le faisceau d'électrons puisé en sortie du canon à électron permet aussi de décontaminer des cols de récipients qui défilent (par exemple via un convoyeur) ou sont positionnés pas à pas devant la fenêtre 8 de bombardement électronique. Ces cols peuvent par exemple être partie intégrante d'une préforme, d'une bouteille, d'un tube ou encore collés sur une brique d'emballage. Selon divers modes de réalisation, le col est un bloc mono-matière pouvant être réalisé en Polyéthylène téréphtalate (PET), en polyéthylène haute densité (PEHD) ou en Polypropylène (PP) ou tout autre polymère thermoplastique.
La figure 5 illustre un exemple de mode de réalisation de décontamination d'un col 30 de récipient. Sur cette figure est représenté une vue en coupe d'un récipient circulaire comprenant une épaule 29 et un col 30 disposé en amont. L'ouverture du col 30 est tournée vers la fenêtre 8 de bombardement électronique. Avantageusement, différentes trajectoires d'électrons issus du faisceau d'électron puisé en sortie de la fenêtre 8 de bombardement électronique (non représentée), permettent la décontamination de zones spécifiques du col 30 de récipient.
Le col 30 de récipient illustré est de forme complexe et comprend des éléments suivants :
une collerette 31 extérieure ;
un anneau 32 de transfert extérieur ;
des filets 33 extérieurs ;
une ouverture ou buvant 34 ;
- une surface interne 35, ici une surface plane.
La collerette 31, l'anneau 32 de transfert et les filets 33 forment tous des nervures (hélicoïdales dans le cas des filets 33) en saillie, quoique d'extensions radiales diverses.
Ce type de col 30 comprend aussi des zones 21 d'ombre, c'est-à- dire des surfaces ne pouvant être atteintes directement par un faisceau de particules incident, à titre d'exemples les zones en contrebas de la collerette 31, de l'anneau 32 de transfert, et des filets 33. Le buvant 34 et la surface interne 35 s'apparentent quant à eux à des zones apparentes du col 30, c'est-à-dire à des zones pouvant être directement atteintes par un faisceau d'électron primaire issu de la fenêtre 8 de bombardement électronique. On observe tout comme dans le cas de la décontamination des bouchons les phénomènes physiques suivants :
une partie des électrons primaires pénètrent dans la matière du col 30, et se diffusent jusqu'à être absorbés. Les zones apparentes du col 30, par exemples son buvant 34 et sa surface interne 35 sont alors décontaminées ;
une partie des électrons primaires est directement réfléchie sur les différentes surfaces du col 30 et/ou du récipient, résultant de collisions élastiques ou inélastiques avec des particules constitutives de la matière du bouchon 30 et/ou du récipient. Les trajectoires 36, 37, 38, 39 illustrent des exemples de trajectoires d'électrons rétrodiffusés dans l'air et subissant des collisions élastiques sur le col 30 ou le récipient. On note par exemple que la trajectoire 39 permet d'atteindre la zone d'ombre 21 en contrebas de la collerette 31 via une collision élastique sur l'épaule 29 du récipient suivie ensuite d'une rétrodiffusion, résultant d'une collision des électrons avec des particules du milieu de propagation ; une partie des électrons pénètrent dans la matière, se diffusent dans celle-ci, puis subissent une ou plusieurs collisions élastiques avant d'en ressortir. Cette situation n'est pas illustrée ici, mais demeure similaire à celle décrite pour le médaillon droite de la figure 4.
Ainsi, les électrons primaires permettent de décontaminer les parties apparentes du col 30, tandis que les zones d'ombres 21 sont décontaminées à l'aide des électrons rétrodiffusés
Avantageusement, les électrons rétrodiffusés permettent d'atteindre par leurs trajectoires les zones d'ombres du bouchon 2 et/ou du col 30, et présentent une énergie suffisamment élevée pour être absorbés par la matière de ces zones, permettant ainsi leurs décontaminations. En effet, l'utilisation d'un flux d'électron puisé permet à la fois d'obtenir un flux d'électrons de forte intensité, assurant le dépôt d'une dose létale suffisante dans les zones d'ombres, sans pour autant dégrader les surfaces apparentes exposées au faisceau d'électron primaire : le temps d'exposition du bouchon 2 et/ou du col 30 au bombardement électronique est en effet réduit au minimum possible. En outre, il convient de noter que plus un matériau comporte des atomes lourds, plus le nombre d'électrons rétrodiffusés par ce matériau augmente. Une décontamination de bouchons et/ou de cols de récipients à formes complexes par rétrodiffusion d'électrons est donc particulièrement avantageuse, pour des bouchons et/ou des cols de récipients réalisés en matières PET, PEHD ou PP.
Un exemple d'un ensemble de paramètres relatif au canon à électrons, permettant d'obtenir un flux d'électrons puisé et une rétrodiffusion d'électrons aptes à décontaminer des bouchons 2 et/ou des cols de récipients de formes complexes est donné ci-dessous. Afin d'illustrer les avantages des modes de réalisations décrits précédemment, ces paramètres sont comparés vis-à-vis d'une configuration se rapportant à l'état de la technique courant, utilisant un flux d'électrons continu pour la décontamination. L'état de la technique considéré est ici un canon à électrons à balayage utilisant un faisceau d'électrons continu pour décontaminer des bouchons. On fait ici l'hypothèse que le temps de traitement total pour décontaminer un bouchon avec un tel canon est de 1 seconde afin d'apporter une dose létale suffisante d'électrons et traiter l'ensemble des zones d'ombres. On applique une différence de potentiel de 250 kV aux bornes d'une diode à filament de ce canon permettant d'obtenir un courant anodique de 50 mA. On considère à titre d'exemple un flux continu d'électrons irradiant un bouchon pendant une durée de 1ms afin de calculer la dose d'électrons reçue par le bouchon durant cet intervalle.
Concernant les modes de réalisations du canon à flux d'électrons puisés de la présente demande, les paramètres configurables de ce canon sont les suivants : le nombre de puises, la durée d'impulsion d'un puise, la tension de décharge appliquée aux bornes de la diode, le courant de l'anode de la diode, la fréquence des émissions des puises. Dans cet exemple, on utilise 10 puises de 10 ns, générés à une fréquence de 100 Hz, en appliquant une différence de potentiel de 250 kV aux bornes de la diode avec un courant anodique de 5kA. Par ailleurs, le temps de recharge du canon à électrons avant de pouvoir générer un nouveau puise est ici d'environ 10 ms.
Enfin on prendra pour hypothèse, un bouchon d'une masse de 3g et comportant un coefficient de rétrodiffusion η de 0.07%. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau ci-après. Exemple de mode de Etat de l'art: flux
Paramètres réalisation: flux d'électrons d'électrons puisé continu
N: Nombre de puises 10 1
Tpulse: Durée d'impulsion
10 1000000 (unité: ns, nanosecondes)
_ l: Courant de décharge anodique
5 0,00005 (unité: kA, kiloampère)
U: Tension de décharge
250 250 (unité: kV, kilovolt)
m: Masse bouchon
3 3
(unité: g, gramme)
Texpo: Temps d'exposition total du
bouchon au flux d'électrons 0,0001 1
(unité: ms, milliseconde) ;
Texpo= N*Tpulse
Tcharge: Temps de charge
du canon à électrons 9,99999 0
(unité: ms, milliseconde) ;
T-traitement: Temps de traitement total
d'un bouchon (unité: ms, milliseconde) ; 100 1000 T-traitement=(Tpulse+Tcharge)*N
Nmax: Nombre maximal
de bouchons traités par heure: 36000 3600
Nmax=3600/T-traitement
E: Energie transmise (unité: Joule, J)
125 12,5 E= N*U*I*T
D: Dose reçue (unité: kilogray, kGy)
41,66666667 4,166666667 D=E/M
Qpulse: Quantité d'électricité par puise
(unité: Coulomb, C) ; 5,00E-05 5,00E-05 Qpulse= l*Tpulse
Qtot: Quantité d'électricité totale
(unité: Coulomb, C) ; 5,00E-04 5,00E-05 Qtot=Qpulse*N
n.: Coefficient de rétrodiffusion
0,07 0,07 de la matière du bouchon (%)
Qretro: Quantité d'électricité rétrodiffusée
(unité: Coulomb, C) ; 3,50E-05 3,50E-06 Qretro= n*Qtot L'exemple donné ci-dessus illustre plusieurs avantages résultant de l'utilisation d'un canon à électrons puisés. Notamment, l'utilisation d'un courant anodique de valeur beaucoup plus élevé que celui employé dans l'état de l'art, permet des temps d'irradiations très courts tout en permettant la distribution d'une dose d'électrons beaucoup plus élevée, ici dix fois plus que dans l'état de la technique. Ainsi, la quantité d'électricité associée aux électrons rétrodiffusés est aussi plus élevée et permet de décontaminer correctement les zones d'ombres du bouchon. Par opposition, les doses d'électrons reçus dans l'état de l'art étant plus faibles, il en est de même pour la quantité d'énergie d'électrons rétrodiffusés, ce qui limite fortement le traitement des zones d'ombres. De plus, on observe que l'utilisation d'un flux d'électrons puisé permet des durées de traitement beaucoup plus courtes et donc la décontamination d'un nombre de bouchon beaucoup plus élevé durant une même période temporelle.
Des travaux expérimentaux en vue de décontaminer des bouchons et/ou des cols de récipients à formes complexes, ont conduit à identifier des valeurs de doses d'électrons permettant un traitement efficace de ces bouchons et/ou cols de récipients. Préférentiellement, les valeurs de ces doses se situent, dans un intervalle compris entre 15 et 50 kGy.
Ainsi, selon divers modes de réalisations, d'autres combinaisons de paramètres peuvent être choisis en complément de l'exemple précédent, permettant d'obtenir des doses d'électrons situées dans cet intervalle. Le tableau ci-dessous spécifie la gamme de ces paramètres :
Intervalle Intervalle
Paramètres Exemple
large restreint
N: Nombre de puises 5 à 200 10 à 100 10
Tpulse: Durée d'impulsion
5 à 250 10 à 125 15
(unité: ns, nanosecondes)
h Courant de décharge anodique
là 20 2 à 10 3,5
(unité: kA, kiloampère)
U: Tension de décharge
75 à 500 200 à 300 250
(unité: kV, kilovolt)
f: fréquence des puises
50-500 100 à 200 100
(unité: Hz, Hertz) En outre, selon divers modes de réalisation, afin de pouvoir encore diminuer le temps de décontamination des bouchons et/ou des cols de récipients, une pluralité de canons à électrons puisés peuvent être utilisés simultanément. L'utilisation en parallèle de plusieurs canons étant connu de l'homme du métier, ce mode de réalisation permet notamment de pouvoir encore diminuer la durée d'application d'un puise sur l'objet à traiter.
Avantageusement, les modes de réalisations précédemment décrits permettent de fournir un procédé de décontamination de bouchon et/ou de cols de récipients efficace (diminution des temps de traitement), et compatible avec des hautes cadences, robuste, et garant de la non- dégradation des bouchons et/ou des cols de récipients (décoloration, réticulation, migrations d'odeurs).

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de décontamination de bouchons (2) ou de cols (30) de récipients par bombardement électronique, chaque bouchon (2) comprenant un toit (17), un corps (18) en saillie à partir d'un bord périphérique du toit (17), ce corps (18) présentant une ouverture à l'opposé du toit (17), des nervures (19,20) en saillie à partir d'une face interne du corps (18) et/ou d'une face interne du toit (17), chaque col (30) comprenant des nervures (33) et une ouverture (34), les nervures (19, 20, 33) présentant des zones (21) d'ombre, cette méthode comprenant :
une opération de défilement ou positionnement des bouchons (2) ou des cols (30) face à une fenêtre (8) de bombardement électronique, l'ouverture des bouchons (2) ou des cols (30) étant tournée vers cette fenêtre (8) ;
une opération de bombardement électronique des bouchons (2) ou des cols (30), lors du défilement ou positionnement des bouchons ou des cols (30) devant la fenêtre (8) ;
cette méthode étant caractérisée en ce que le bombardement est réalisé au moyen d'un champ électrique puisé comprenant une série d'impulsions électriques de fréquence, de durée et d'intensité prédéterminées de sorte à obtenir des électrons primaires et des électrons rétrodiffusés, permettant respectivement la décontamination de zones apparentes et de zones d'ombres des bouchons (2) ou des cols (30).
2. Méthode selon la revendication 1, où la fréquence est comprise dans un intervalle entre 50 et 500 Hertz.
3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, où la fréquence des impulsions électriques est de 100 Hertz.
4. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la durée des impulsions électriques est comprise dans un intervalle entre 5 et 250 nanosecondes.
5. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, où la durée des impulsions électriques est de 10 nanosecondes.
6. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes où l'intensité des impulsions électriques est comprise entre 1 et 20 kiloampères.
7. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes où l'intensité des impulsions électriques est de 5 kiloampères.
8. Système de décontamination de bouchons (2) ou de cols (30) de récipients par bombardement électronique, chaque bouchon (2) comprenant un toit (17), un corps (18) en saillie à partir d'un bord périphérique du toit (17), ce corps (18) présentant une ouverture à l'opposé du toit (17), des nervures (19,20) en saillie à partir d'une face interne du corps (18) et/ou d'une face interne du toit (17), chaque col (30) comprenant des nervures (33) et une ouverture (34), les nervures (19, 20, 33) présentant des zones (21) d'ombre, ce système comprenant :
des moyens de défilement ou positionnement des bouchons (2) ou des cols (30) de récipients face à une fenêtre (8) de bombardement électronique, l'ouverture des bouchons (2) ou des cols (30) de récipients étant tournée vers cette fenêtre (8) ;
- des moyens de bombardement électronique des bouchons (2) ou des cols (30) de récipients, lors du défilement ou positionnement des bouchons (2) ou des cols (30) de récipients devant la fenêtre (8) ;
ce système étant caractérisé en ce que les moyens de bombardement électronique sont agencés pour générer un champ électrique puisé comprenant une série d'impulsions électriques de fréquence, de durée et d'intensité prédéterminées de sorte à obtenir des électrons primaires et des électrons ré t rod iff u sé s , permettant respectivement la décontamination de zones apparentes et de zones d'ombres des bouchons (2) ou des cols (30).
9. Système selon la revendication 8, où les bouchons (2) sont accolés les uns aux autres et défilent selon un chemin de transport et une vitesse prédéterminés, grâce à un dispositif de transport (3) préétabli.
10. Système selon la revendication 9, où le dispositif de transport
(3) est réalisé par un ensemble de rails.
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