СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ


RU (11) 2234943 (13) C1

(51) 7 A61L2/08, B01J19/08 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 18.07.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.08.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003100826/15 
(22) Дата подачи заявки: 2003.01.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.01.10 
(45) Опубликовано: 2004.08.27 
(56) Аналоги изобретения: ЕР 0011414 А, 8.11.1981. RU 2044419 А, 20.09.1995. RU 2147900 А, 27.04.2000. RU 95107252 А1, 10.05.1997. RU 2079356 С1, 20.05.1997. RU 2976001 С1, 27.03.1997. RU 2190463 С1, 20.03.2000. RU 94006939 С1, 10.07.1996. US 6212255 В1, 3.04.2001. US 4666678 А, 19.05.1987. FR 266751 А, 20.03.2000. 
(72) Имя изобретателя: Эльяш С.Л. (RU); Калиновская Н.И. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно- исследовательский институт экспериментальной физики (RU) 
(98) Адрес для переписки: 129010, Москва, ул. Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", пат.пов. Ю.Д.Кузнецову 

(54) СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 

Изобретение относится к области радиационных технологий, в частности к облучению объектов пучком ускоренных электронов и рентгеновским излучением. Заявляемый способ и устройство можно использовать для поверхностной и объемной стерилизации, например, почты, медицинского инструмента, имплантируемых изделий и материалов, упаковки и продуктов в пищевой промышленности и т.п. Импульсное рентгеновское излучение можно использовать в медицине для облучения донорской крови, например, при трансплантации костного мозга, а также в промышленности для облучения элементов радиоэлектронной аппаратуры при контроле ее радиационной стойкости. Способ облучения объектов включает создание импульсного ионизирующего излучения и воздействия им на объекты. Облучение производят электронным пучком или рентгеновским излучением для радиационной обработки объектов, в том числе для стерилизации. Возможность выбора типа облучения, режима обработки и поля облучения обеспечивается набором сменных отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок. Формирование поля облучения производят одним модулем или набором модулей и манипуляцией с модулями в пространстве относительно объекта облучения. Способ реализуется устройством для облучения объектов, содержащим блок питания, блок управления и высоковольтный блок с отпаянной электронной или рентгеновской трубкой. Устройство содержит набор сменных отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок и по меньшей мере один модуль, включающий высоковольтный блок и отпаянную электронную или рентгеновскую трубку из набора, а в корпусе высоковольтного блока выполнено по меньшей мере одно гнездо для установки с возможностью замены отпаянной электронной или рентгеновской трубки, в которой выполнен унифицированный стыковочный узел. Техническим результатом при создании данного изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства, а также сокращение его габаритов. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области радиационных технологий, в частности к облучению объектов пучком ускоренных электронов и рентгеновским излучением. Заявляемый способ и устройство можно использовать для поверхностной и объемной стерилизации, например, почты, медицинского инструмента,, имплантируемых изделий и материалов, упаковки и продуктов в пищевой промышленности и т.п. Импульсное рентгеновское излучение можно использовать в медицине для облучения донорской крови, например, при трансплантации костного мозга, а также в промышленности для облучения элементов радиоэлектронной аппаратуры при контроле ее радиационной стойкости.

Известен способ облучения крови и устройство для его реализации по патенту США № 6212255, опубликованному 03.04.2001 г., с приоритетом от 26.08.1999 г., кл. МПК G 21 К 5/08, кл. НКИ США 378/66 “Система для рентгеновского облучения крови”. Способ облучения крови включает создание статического рентгеновского излучения от двух рентгеновских трубок, между которыми помещают пластиковый пакет с кровью или ее плазмой. Двухстороннее облучение обеспечивает объемную однородную обработку контейнера с пакетом толщиной 4 см двумя рентгеновскими трубками или одной трубкой с поворотом пакета с кровью. Одна трубка обеспечивает на передней поверхности пакета дозу 25 Гр и на задней дозу 15 Гр. Устройство содержит системы питания, управления и две статические рентгеновские трубки на напряжение 160 кВ с накаливаемым катодом и охлаждаемым анодом. Контейнер для пластикового пакета с кровью выдвигается из общего корпуса аппарата. Устройство выполнено передвижным.

Недостатком описанного выше технического решения является ограничение функциональных возможностей, т.к. раскрытые в нем способ и устройство предназначены для облучения только крови и только рентгеновским излучением. Кроме того, устройство содержит системы вакуумной откачки и водяного охлаждения и весит 386 кг, его размеры 10714766 см, т.е. оно имеет достаточно большие весогабаритные характеристики.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ и устройство для облучения объектов, раскрытые в европейском патенте ЕР № 0011414 с приоритетом от 03.11.1978 г., опубликованном 20.07.1983 г., кл. МПК А 61 L 2/08, H 01 J 37/00 “Способ и устройство для облучения поверхностей электронным пучком”. Способ облучения объектов по прототипу обеспечивает создание импульсного ионизирующего излучения и воздействия им на объекты. Ионизирующим излучением является электронный пучок для поверхностной стерилизации изделий, в основном упаковок пищевых продуктов. Способ облучения поверхности для серийной стерилизации изделий включает периодически повторяемое генерирование электроразрядных импульсов, периодически повторяемую подачу импульсов электронного пучка с холодного катода через электронопроницаемое окно анода, размещение окна анода вблизи части зоны, вдоль которой перемещаются изделия. Сопротивление ускорительной трубки с холодным катодом согласовано с сопротивлением цепи импульсного генератора. Облучение производят электронами с максимальной энергией до 450 кэВ, поверхностной дозой за импульс до 50 кГр.

Недостатком способа по прототипу является ограничение функциональных возможностей, т.е. только наличие электронной поверхностной стерилизации объектов, ограниченных размером до 4 см.

Устройство для облучения объектов по прототипу содержит блок питания, блок управления и высоковольтный блок с ускорительной трубкой. Высоковольтный блок представляет собой генератор Маркса и выполнен в отдельном корпусе. Два холодных катода жестко закреплены на общем высоковольтном вводе. Устройство содержит вакуумные насосы для непрерывной откачки ускорительных трубок. Объект облучения располагается между двумя окнами ускорительной трубки. Устройство выполнено передвижным.

Недостатками устройства являются ограничение функциональных возможностей, поскольку оно обеспечивает электронную поверхностную стерилизацию объектов ограниченных размером до 4 см и достаточно большие габариты за счет наличия вакуумных насосов. Габаритные размеры составляют примерно 6060100 см.

При создании данного изобретения решалась задача разработки способа облучения объектов различного назначения рентгеновским или электронным пучком для различных целей с широким диапазоном доз и легким переходом от одного режима к другому. При разработке устройства решалась задача создания компактного, автономного, универсального облучателя для радиационных технологий.

Техническим результатом при реализации предлагаемых способа и устройства является расширение функциональных возможностей, а также сокращение габаритов устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом облучения объектов, включающим создание импульсного ионизирующего излучения и воздействия им на объекты, новым является то, что облучение производят электронным пучком или рентгеновским излучением для радиационной обработки объектов, в том числе для стерилизации, с возможностью выбора типа облучения, режима обработки и поля облучения. Эта возможность обеспечивается набором сменных отпаянных, электронных и/или рентгеновских трубок. Кроме того, формирование поля облучения производят также одним модулем или набором модулей и манипуляцией с модулями в пространстве относительно объекта облучения.

Облучение объектов для поверхностной и объемной обработки производят электронами или квантами с энергией до 1 МэВ.

Формирование поля облучения при использовании одного модуля осуществляют в диапазоне диаметров пятна излучения на окне трубки от 10 до 120 мм.

Облучение объектов для радиационной обработки рентгеновским пучком производят при использовании одного модуля в диапазоне максимальных доз от 0,1 до 3 Гр за импульс, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

Облучение объектов, например, крови и ее компонентов производят импульсным рентгеновским излучением, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

Облучение объектов для стерилизации электронным пучком производят при использовании одного модуля в диапазоне максимальных доз от 5 до 50 кГр за импульс, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

Облучение объектов, например, для стерилизации упаковок, в частности почтовых конвертов со спорами сибирской язвы, осуществляют электронным пучком и дополнительно озоном, генерируемым этим пучком в замкнутом объеме упаковок.

При формировании поля облучения модули располагают, например, с противоположных сторон от обрабатываемого объекта для двухстороннего облучения.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным устройством для облучения объектов, содержащим блок питания, блок управления и высоковольтный блок с ускорительной трубкой, новым является то, что заявляемое устройство содержит набор сменных отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок и по меньшей мере один модуль, включающий высоковольтный блок и отпаянную электронную или рентгеновскую трубку из набора, а в корпусе высоковольтного блока выполнено по меньшей мере одно гнездо для установки с возможностью замены отпаянной электронной или рентгеновской трубки, в которой выполнен унифицированный стыковочный узел.

Электрическое соединение ускорительной трубки с высоковольтным блоком выполнено с помощью дополнительного токопроводящего трубчатого элемента с цангой или резьбой на концах.

Диаметр d катода ускорительной трубки и расстояние h между катодом и выходным окном трубки выполнены для набора отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок в соответствии с соотношением 1d/h3,5.

Корпус и стыковочный узел выполнены в виде тел вращения, сопряженных между собой. Корпус может иметь цилиндрическую, коническую, полусферическую или комбинированную форму.

Облучение объектов производят одним из двух видов излучения. Переход от электронного к рентгеновскому облучению осуществляют заменой электронной трубки на рентгеновскую. Операция замены отпаянной электронной или рентгеновской трубки производится без откачки и сложных манипуляций и занимает мало времени для подготовки выбранного вида облучения. В известных способах ставится, как правило, узкая задача: либо стерилизация одного вида изделий или материалов, или радиационная обработка объектов рентгеновским излучением. Заявляемый способ является многофункциональным: используя нужные отпаянные электронные или рентгеновские трубки из набора, путем легкой установки их в высоковольтный блок, выбирают вид облучения - электронное или рентгеновское, а также режимы облучения.

Облучение объектов можно производить не только поверхностное, как в способе по прототипу, но и объемное как электронами, так и рентгеновскими квантами. Энергетический спектр электронов зависит от формы импульсов тока и напряжения и имеет граничную энергию до 1 МэВ. Режим более мягкого спектра, например с граничной энергией 0,5-0,6 МэВ, может быть обеспечен ускорительной трубкой из набора, имеющей меньшее сопротивление, то есть больший катод и меньший межэлектродный зазор. В результате ток электронов увеличивается, а спектр смягчается, что приводит к увеличению поверхностной дозы, то есть к возможности поверхностной стерилизации. Более жесткий спектр, например с граничной энергией 1 МэВ, позволяет проводить объемную стерилизацию тонких образцов. Например, при двухстороннем облучении возможна объемная стерилизация за 1-2 минуты объектов толщиной в несколько мм.

Энергетический спектр рентгеновского излучения с граничной энергией квантов до 1 МэВ позволяет, в зависимости от материала и толщины облучаемого объекта, выбрав из набора необходимую рентгеновскую трубку, обеспечить при одностороннем или двухстороннем облучении равномерное распределение требуемой поглощенной дозы по толщине в несколько см.

При формировании поля облучения в зависимости от размера облучаемого объекта выбирается модуль (высоковольтный блок и трубка) или несколько модулей для обеспечения необходимого размера пятна излучения. Учитывая величину требуемой поглощенной дозы и необходимое время обработки, отбирается тип ускорительной трубки с оптимальным диаметром пятна излучения на окне в диапазоне от 10 мм до 120 мм. Этот диапазон обеспечивается ускорительными трубками с катодами диаметром от 10 до 120 мм. Один или несколько модулей дают необходимую площадь пятна излучения.

Кроме того, при формировании поля облучения учитываются материал и толщина облучаемого объекта, а также требуемая поглощенная доза и характер ее распределения в объекте. Если требуется равномерное распределение дозы по глубине, а материал достаточно плотный или толщина достаточно велика, то может оказаться целесообразным проводить двухстороннее облучение, при этом манипуляция с модулями сводится к расположению их с противоположных сторон от объекта. Конфигурация облучаемого объекта может быть сложной, такой, что для объемной обработки манипуляция с модулями может сводиться к расположению, например, трех модулей таким образом, что трубки направлены под углом 120 друг к другу. Таким образом, формирование поля облучения осуществляют манипуляцией в пространстве с любым количеством модулей в зависимости от формы объекта.

Обработка рентгеновским излучением по заявляемому многофункциональному способу облучения может быть использована для контроля радиационной стойкости элементов микроэлектроники в технологическом процессе их производства. Малые размеры микросхем позволяют использовать рентгеновские трубки из набора с минимальным размером катода 10 мм, дающих максимальную дозу 3 Гр за импульс. При этом мощность дозы достигает 109 Грс-1. Именно при большой мощности дозы могут наблюдаться сбои в работе микросхем, поэтому, испытывая их за один импульс на разных расстояниях от окна трубки и варьируя таким образом дозу и ее мощность, можно изучать радиационную стойкость микроэлектроники.

При рентгеновском облучении крови размер пакета с кровью определяет выбор рентгеновской трубки с диаметром катода 120 мм. Эта трубка дает максимальную дозу 0,1 Гр за импульс. Поглощенная доза 15 Гр набирается за 150 импульсов. Таким образом, размер облучаемого объекта и требуемая величина поглощенной дозы диктуют выбор трубки, дающей оптимальную максимальную дозу рентгеновского излучения за импульс из диапазона от 0,1 до 3 Гр.

Обработка электронным пучком может использоваться для стерилизации облучаемых объектов. Например, при стерилизации хирургического шовного материала, а именно нити, свернутой в моток диаметром 2-3 см, целесообразно использовать электронную трубку с катодом диаметром 10 мм, обеспечивающую вблизи окна дозу 50 кГр за импульс. В пятне диаметром 3 см на расстоянии 2 см от окна стерилизующая доза 25 кГр набирается за 1-2 импульса. Если моток достаточной толщины, необходимо двухстороннее облучение.

При стерилизации почтовых конвертов разумно выбрать самую большую электронную трубку с диаметром катода 120 мм, дающую вблизи окна дозу 5 кГр за импульс. Стерилизующая доза 25 кГр может быть обеспечена на тыльной стороне письма за 30 импульсов. Таким образом, в зависимости от размеров объекта для стерилизации выбирается нужная электронная трубка с максимальной дозой за импульс из диапазона от 5 до 50 кГр.

Необходимо добавить, что озон, обладающий сильным бактерицидным действием, образуется из кислорода воздуха при высоких мощностях дозы. В заявляемом способе сильноточные электронные пучки электронных трубок создают в воздухе мощность дозы, достигающую вблизи окна 1012-1013 Грс-1. Из литературы известно (А.К.Пикаев. Современная радиационная химия. Радиолиз жидкостей и газов, М.: Наука, 1986), что максимальный выход озона происходит при мощности дозы 109-1011 Грс-1. Эти условия создаются у окна электронных трубок в слое воздуха толщиной 1-2 см. Упаковка, например конверт, не дает озону быстро уйти из зоны облучения и таким образом продлевает его действие как стерилизующего агента.

Заявляемое устройство, включающее один модуль, по сути является ускорителем прямого действия с отпаянной электронной или рентгеновской трубкой. Конструкция высоковольтного блока предусматривает торцевое и боковое расположение ускорительной трубки, для чего выполнены два одинаковых гнезда, одно из которых при работе устройства закрыто заглушкой. Унифицированный стыковочный узел ускорительной трубки позволяет применять в зависимости от задачи любую электронную или рентгеновскую трубку из набора, который комплектуется с учетом предполагаемых режимов облучения.

Основные типы трубок представлены на фиг.2. Четыре размера диаметров d катодов и три размера корпусов дают нам 8 основных типов трубок: 4 электронных и 4 рентгеновских. Кроме того, изготавливая отпаянные электронные или рентгеновские трубки с различными величинами h межэлектродного зазора, т.е. расстояния от катода до окна или до мишени, можно дополнительно изменять сопротивление трубки, влияя на жесткость спектра излучения внутри каждого типа трубок.

Приспособление для электрического соединения трубки с высоковольтным блоком представляет собой токопроводящий трубчатый элемент с цангой или резьбой на концах. Он прост в изготовлении, легко заменяется. Кроме того, он служит защитой для тонкого штенгеля и его кончика - места отпайки трубки. Индуктивность трубчатого элемента на порядок меньше индуктивности разрядного контура высоковольтного блока. Внутренний диаметр этого элемента определяется диаметром штенгеля ускорительной трубки, проходящего внутри, а его наружный диаметр выбирается из условия обеспечения электрической прочности. Его длина определяется расстоянием от катододержателя трубки до вывода высоковольтного блока.

Устройство позволяет облучать объекты разных размеров в диапазоне диаметров пятна излучения на окне трубки от 10 до 120 мм, что определяется параметром d, то есть диаметром катода. В зависимости от задачи, то есть необходимого режима облучения, выбирается параметр h - расстояние от катода до мишени или окна трубки. Именно отношение d/h определяет сопротивление ускорительной трубки, влияющее на ток через трубку и напряжение на ней. Диаметр d катода ускорительной трубки и расстояние h между катодом и выходным окном трубки выполнены для набора отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок в соответствии с соотношением 1d/h3,5.

Выполнение этого соотношения обеспечивает определенный диапазон сопротивлений ускорительных трубок в наборе, являющихся нагрузкой генератора Маркса. Данный диапазон сопротивлений в наборе отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок обеспечивает заявляемые диапазоны режимов облучения, а именно: размеров поля облучения, максимальных значений дозы излучения за импульс, максимальных энергий квантов и электронов. Например, для рентгеновской трубки с катодом 90 мм (d=90) и расстоянием от катода до окна трубки 28 мм (h=28) величина отношения d/h=3,2 принадлежит интервалу 1...3,5. Максимальная доза за импульс в этом случае равна 60 сГр, она находится в заявляемом интервале (0,1...3) Гр. Максимальная энергия квантов рентгеновского излучения 950 КэВ также попадает в заявляемый интервал (до 1 МэВ). При значении d/h<1 сопротивление трубки значительно возрастает, а ток уменьшается, что приводит к снижению максимальной дозы за импульс и неприемлемо большому времени облучения. При значении d/h>3,5 сопротивление трубки уменьшается, и при достаточно большом токе через трубку ускоряющее напряжение на ней может оказаться настолько низким, что энергии электронов не хватает для прохождения через окно. Максимальная доза за импульс снижается, и время облучения неприемлемо возрастает. Эксперименты доказывают оптимальность соотношения 1d/h3,5 для заявляемого устройства.

Корпус и стыковочный узел каждой отпаянной электронной или рентгеновской трубки из набора выполнены в виде тел вращения, сопряженных между собой. Корпус может иметь форму цилиндрическую, коническую, полусферическую или комбинированную. Унифицированный стыковочный узел имеет определенный диаметр его цилиндрической части, например в конкретном наборе трубок это 69 мм. Диаметр катода в наборе трубок изменяется от 10 до 120 мм, и окно трубки должно иметь диаметр больший, чем катод. Поэтому переход от стыковочного узла к выходному окну осуществляется выполнением корпуса в виде двух или более тел вращения (см. фиг.2). При катодах небольших диаметров, например 10 или 25 мм, корпус выполняется цилиндрическим с диаметром, равным диаметру цилиндрической части стыковочного узла. При больших диаметрах катодов (например, в конкретном наборе трубок - 50, 90 и 120 мм) корпус может быть комбинацией цилиндрической и конической или цилиндрической и полусферической форм.

Таким образом, устройство позволяет плавно менять условия облучения в необходимых пределах в зависимости от поставленной задачи и является многофункциональным, что обеспечивается изготовлением, подбором и заменой трубок.

Способ и устройство являются альтернативой гамма-облучению и устройствам с изотопными источниками. Заявляемое устройство работает от сети 220 В, 50 Гц. Радиационная опасность возникает только при включении устройства. Работа отпаянной электронной или рентгеновской трубки не требует водяного охлаждения и вакуумной откачки. Все устройство, включающее один или несколько модулей, блок питания и блок управления, является переносным. Вес устройства, включающего один модуль, составляет 74 кг (без защиты). Габаритные размеры не превышают для модуля 388430 см, для блока питания 5103426 см. Биологическая защита выполнена местной и представляет собой свинцовую камеру, в которой располагают облучаемый объект и выступающую часть трубки.

На фиг.1 изображено заявляемое устройство для облучения объектов и реализации заявляемого способа, содержащее один модуль.

На фиг.2 изображены основные типы ускорительных (электронных и рентгеновских) трубок, которые могут входить в набор и обеспечивать электронное и/или рентгеновское облучение в разных режимах.

На фиг.3 изображено соединение ускорительной трубки с высоковольтным блоком.

На фиг.4 изображено соединение трубчатого элемента с катододержателем.

На фиг.5 изображен пример реализации способа при одностороннем облучении объекта, например письма, двумя модулями с торцевым расположением трубок.

На фиг.6 изображен пример реализации способа при двухстороннем облучении объекта двумя модулями с боковым расположением трубок.

Устройство для облучения объектов содержит блок 1 питания, блок 2 управления, высоковольтный блок 3 с масляной изоляцией, ускорительную трубку 4. Устройство содержит по меньшей мере один модуль 5, включающий высоковольтный блок 3 и отпаянную электронную или рентгеновскую трубку 4. В корпусе высоковольтного блока 3 выполнено по меньшей мере одно гнездо 6 для установки с возможностью замены отпаянной электронной или рентгеновской трубки 4, в которой выполнен унифицированный стыковочный узел 7.

Устройство для облучения содержит набор отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок 4. Электрическое соединение ускорительной трубки 4 с высоковольтным блоком 3 выполнено с помощью дополнительного токопроводящего трубчатого элемента 8 с цангой 9 или резьбой на концах.

Кроме того, типы ускорительных трубок фиг.2 включают в себя отпаянные электронные и/или рентгеновские трубки 4 с разными размерами катодов, окон и корпусов. Каждая трубка выполнена отпаянной, т.е. откачивается во время изготовления и сохраняет вакуум в процессе эксплуатации. Трубка представляет собой вакуумный диод с холодным катодом 10. Анодом являются заземленные цилиндрическая металлическая часть унифицированного стыковочного узла 1, корпус 11 и окно 12 для вывода излучения.

Рентгеновская трубка содержит дополнительно внутреннюю мишень 13 из материала с большим атомным номером. Унифицированный стыковочный узел 7, фиг.2, 3, 4, содержит катододержатель 14, конический стеклянный изолятор 15, цилиндрическую часть 16 корпуса трубки и штенгель 17, через который производилась откачка трубки. Электрическое соединение высоковольтного вывода 18 высоковольтного блока 3 с катодом 10 ускорительной трубки 4 осуществляется с помощью дополнительного токопроводящего соединительного трубчатого элемента 8 с цангой 9 или резьбой на концах. Цанга 9 охватывает высоковольтный вывод 18 и ножку катододержателя 14, фиг.4.

Работает заявляемое устройство следующим образом. Блок 1 питания подключается к сети 220 В. С помощью блока 2 управления включается зарядка емкостей блока 1 питания, при нажатии кнопки “Пуск” в блоке питания срабатывает управляемый разрядник, осуществляя разрядку накопительных емкостей блока питания на первичную обмотку импульсного трансформатора, расположенного в высоковольтном блоке 3. Импульс напряжения со вторичной обмотки трансформатора заряжает накопительные емкости каскадного генератора Маркса. При достижении напряжения пробоя на разряднике первого каскада последовательно срабатывают разрядники остальных каскадов, формируя импульс высокого напряжения на ускорительной трубке, соединенной с выводом высоковольтного блока с помощью дополнительного токопроводящего соединительного трубчатого элемента 10. На катоде происходит взрывная эмиссия электронов, которые под действием ускоряющего напряжения движутся к аноду (окну) ускорительной трубки, а далее электроны проходят через окно электронной трубки в атмосферу и попадают на облучаемый объект, поглощаясь в нем и создавая требуемую поглощенную дозу за необходимое количество импульсов. В случае рентгеновской трубки ускоренные электроны поглощаются внутренней мишенью, а образовавшиеся рентгеновские кванты выходят через окно в атмосферу и воздействуют на облучаемый объект, создавая требуемую поглощенную дозу за определенное число импульсов.

Замена ускорительной трубки осуществляется следующим образом. Высоковольтный блок располагают так, чтобы окно трубки было горизонтальным и направлено вверх. Сначала освобождается фланец, зажимающий уплотняющую резиновую прокладку в гнезде высоковольтного блока, а затем вынимается трубка. Токопроводящий трубчатый элемент с цангами на концах надевается на катододержатель новой трубки. После этого трубка вместе с токопроводящим трубчатым элементом вставляется в высоковольтный блок таким образом, чтобы вторая цанга охватывала вывод высоковольтного блока. Затем зажимается уплотняющий фланец. После заполнения маслом пространства под коническим изолятором ускорительной трубки модуль готов к работе.

На фиг.5 показан пример реализации способа облучения объектов. Импульсное ионизирующее излучение создают в виде электронного пучка для стерилизации, например, почтовых конвертов с письмом. Стандартный конверт размером 1122 см с вложенными в него тремя сложенными втрое листами писчей бумаги (всего 11 слоев бумаги) облучается пучком электронов. Граничная энергия электронов 1 МэВ. Это позволяет создавать за 20 секунд стерилизующую дозу 20 кГр на задней поверхности конверта при одностороннем облучении. В данном случае из набора ускорительных трубок используется электронная трубка с катодом диаметром 12 см. Проводить стерилизацию возможно с помощью одного модуля, перемещая конверт относительно окна трубки (два положения конверта) или используя два рядом расположенных модуля (одно положение конверта). Внутри конверта образуется озон, который является дополнительным стерилизующим агентом.

На фиг.6 показан еще один пример реализации способа облучения объектов, а именно облучения пакета с донорской кровью. Кассета толщиной 4 см из тонкого пластика, в которую помещен пакет с кровью, располагается между окнами двух ускорительных трубок двух модулей заявляемого устройства. В данном случае используются рентгеновские трубки с катодом диаметром 12 см. Энергетический спектр рентгеновского излучения с граничной энергией квантов 1 МэВ позволяет при двухстороннем облучении обеспечить равномерное распределение поглощенной в крови дозы по толщине пакета. Необходимая для предотвращения осложнений при трансплантациях доза 15 Гр обеспечивается не более чем за 5 минут.

Таким образом, заявляемый способ и устройство для облучения объектов по сравнению с прототипом является многофункциональным с широким диапазоном параметров по дозам рентгеновского и электронного излучения и по размерам облучаемых объектов.

Устройство является многофункциональным, малогабаритным и может быть размещено на столе в офисе. Площадь, занимаемая устройством с одним модулем, по сравнению с прототипом примерно в 1,5 раза меньше. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ облучения объектов, включающий создание импульсного ионизирующего излучения и воздействия им на объекты, отличающийся тем, что облучение производят электронным пучком или рентгеновским излучением для радиационной обработки объектов, в том числе для стерилизации с возможностью выбора типа облучения, режима обработки и поля облучения, которую обеспечивают набором сменных отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок, при этом формирование поля обучения производят одним модулем или набором модулей и манипуляцией с модулями в пространстве относительно объекта облучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение объектов для поверхностной и объемной обработки осуществляют электронами или квантами с энергией до 1 МэВ.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при использовании одного модуля формирование поля облучения осуществляют в диапазоне диаметров пятна излучения на окне трубки 10-120 мм.

4. Способ по любому из пп.1- 3, отличающийся тем, что облучение объектов для радиационной обработки рентгеновским излучением при использовании одного модуля осуществляют в диапазоне максимальных доз 0,1-3 Гр за импульс, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что облучение объектов, например крови и ее компонентов, осуществляют импульсным рентгеновским излучением, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что облучение объектов для стерилизации электронным пучком при использовании одного модуля осуществляют в диапазоне максимальных доз 5-50 кГр за импульс, а необходимую дозу набирают в частотном режиме.

7. Способ по любому из пп.1, 2, 3, 6, отличающийся тем, что облучение объектов для стерилизации упаковок, в частности почтовых конвертов со спорами сибирской язвы, осуществляют электронным пучком и дополнительно озоном, генерируемым этим пучком в замкнутом объеме упаковок.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при формировании поля для двухстороннего облучения модули располагают, например, с противоположных сторон от обрабатываемого объекта.

9. Устройство для облучения объектов, содержащее блок питания, блок управления и высоковольтный блок с отпаянной электронной или рентгеновской трубкой, отличающееся тем, что оно содержит набор сменных отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок и по меньшей мере один модуль, включающий высоковольтный блок и отпаянную электронную или рентгеновскую трубку из набора, а в корпусе высоковольтного блока выполнено по меньшей мере одно гнездо для установки с возможностью замены отпаянной электронной или рентгеновской трубки, в которой выполнен унифицированный стыковочный узел.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что электрическое соединение отпаянной электронной или рентгеновской трубки с высоковольтным блоком выполнено с помощью дополнительного токопроводящего трубчатого элемента с цангой или резьбой на концах.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что диаметр d катода отпаянной электронной или рентгеновской трубки и расстояние h между катодом и выходным окном трубки выполнены для набора отпаянных электронных и/или рентгеновских трубок в соответствии с соотношением 1d/h3,5.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус и стыковочный узел каждой отпаянной электронной или рентгеновской трубки из набора выполнены в виде тел вращения, сопряженных между собой.