УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Предлагаемая полезная модель относится к установкам для облучения объектов и может использоваться на предприятиях, выпускающих медицинскую, пищевую и парфюмерную продукцию, а также на предприятиях, связанных с изготовлением и обработкой материалов. Например, предлагаемую полезную модель можно использовать для стерилизации медицинских материалов, имплантатов, медицинских инструментов и биологически активных отходов; для стерилизации, пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции; санитарной обработки потребительских товаров; стерилизации контейнеров или емкостей, а также для облучения различных материалов и изделий с целью их модификации и придания им новых свойств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны различные облучающие установки, основными компонентами которых являются источник излучения и конвейер, обеспечивающий транспортировку объектов в соответствии с заданной траекторией, проходящей через поле облучения, создаваемое указанным источником. Перемещаемые по конвейеру объекты или емкости могут лежать, например на ленте или на роликах конвейера, размещаться на тележках или висеть на грузонесущих креплениях. Очень часто для достижения требуемой однородности распределения дозы облучения по толщине объекта необходимо выполнять облучение объекта с двух противоположных сторон. Для этой цели в установках применяются различные средства, в том числе сложные электромагнитные системы, обеспечивающие облучение каждого объекта одновременно с двух противоположных сторон за один проход через поле облучения, или конвейеры, дополненные специальными системами механического разворота, обеспечивающими повторный проход каждого объекта через поле облучения, при котором к источнику излучения обращена противоположная сторона объекта.
Так, из патента US 5396074 известна облучающая установка, содержащая источник излучения, формирующий поле облучения, и конвейер, транспортирующий объекты в соответствии с заданной траекторией. Один из участков конвейера проходит через поле облучения перпендикулярно оси источника излучения, так что при транспортировке объекта по этому участку происходит облучение объекта со стороны, обращенной к источнику излучения. При необходимости облучения противоположной стороны повторяют транспортировку объекта в том же направлении и по тому же участку конвейера, предварительно развернув объект на 180 градусов для обращения к источнику излучения другой стороны объекта.
Для разворота и возвращения объектов на указанный участок конвейера для повторного облучения используют сложную систему, содержащую дополнительный конвейер и механические средства поворота. Несущие каретки, посредством которых осуществляется транспортировка объектов на конвейере, перемещают на дополнительный конвейер, где их разворачивают на 180 градусов вокруг вертикальной оси средствами механического поворота, установленными вблизи дополнительного конвейера, после чего дополнительный конвейер возвращает каретки на участок конвейера, проходящий через поле облучения, где происходит облучение противоположной стороны объектов.
Наличие такой системы разворота объектов существенно увеличивает габариты установки, усложняет ее конструкцию и увеличивает стоимость.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Основная задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании более компактной и менее дорогостоящей установки для облучения объектов. Указанная задача решена за счет модификации средств транспортировки объектов через поле облучения. Предлагаемая установка позволяет обойтись как без электромагнитных систем для облучения каждого объекта одновременно с двух противоположных сторон, так и без сложных механических систем для разворота и возвращения объекта в тот же участок поля облучения для облучения его с противоположной стороны.
Для решения указанной выше задачи предлагается установка для облучения объектов, содержащая:
- источник излучения, выполненный с возможностью формирования поля облучения;
- конвейер, выполненный с возможностью транспортировки объектов через указанное поле облучения,
отличающаяся тем, что указанный конвейер содержит первый участок, второй участок и третий участок, причем первый и третий участки конвейера расположены на разной высоте относительно друг друга и обеспечивают транспортировку объектов через указанное поле облучения в противоположных направлениях, при этом второй участок, который имеет криволинейную форму, соединяет между собой указанные первый и третий участки и обеспечивает передачу объектов с первого участка на третий участок с разворотом объектов по существу на 180 градусов.
Согласно одному из вариантов осуществления установки, указанные первый и третий участки обеспечивают транспортировку объектов через указанное поле облучения по существу в одной плоскости, перпендикулярной оси излучения указанного источника излучения.
Согласно еще одному варианту, указанные первый и третий участки проходят параллельно друг другу на одном расстоянии от оси излучения указанного источника излучения.
Согласно другому варианту, расстояние по вертикали между указанными первым и третьим участками является регулируемым.
Согласно еще одному варианту, источник излучения содержит ускоритель заряженных частиц и электромагнит, подключенный к источнику тока, и обеспечивает формирование поля облучения посредством отклонения пучков заряженных частиц.
Согласно другому варианту, источник излучения выполнен с возможностью изменения скорости отклонения пучков заряженных частиц.
Согласно еще одному варианту, отклонение пучков заряженных частиц электромагнитом осуществляется посредством подачи на электромагнит двухполярного пилообразного тока, характеризующегося увеличением градиента изменения тока по времени вблизи точек смены его полярности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов предложенной установки в аксонометрии.
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение источника излучения, используемого в установке с фиг.1.
Фиг.3 иллюстрирует график распределения во времени тока, подаваемого на электромагнит для отклонения сканирующего пучка заряженных частиц согласно одному из вариантов осуществления полезной модели.
Фиг.4 иллюстрирует график распределения во времени тока, подаваемого на электромагнит для отклонения сканирующего пучка заряженных частиц согласно другому варианту осуществления полезной модели.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Рассмотрим один из частных вариантов осуществления предлагаемой полезной модели на примере установки для облучения объектов пучком заряженных частиц, схематично изображенной на фиг.1. Такую установку можно использовать, например, для стерилизации медицинских изделий, когда требуется облучить изделие с двух противоположных сторон. Основными компонентами рассматриваемой установки является источник 1 излучения и конвейер 2. Для раскрытия технической сущности полезной модели остальные компоненты установки не имеют принципиального значения. Такие компоненты хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому на чертеже они не показаны, и описание их конструкции и работы не приводится. Источник 1 излучения выполнен с возможностью облучения объектов 7, которые с этой целью транспортируют посредством конвейера 2 через поле облучения. Облучение объекта происходит сначала с одной из его сторон, потом с противоположной стороны, причем в отличие от решения, описанного в US 5396074, облучение объекта с двух противоположных стороны происходит на разных участках конвейера.
В данном примере использован источник 1 излучения, функциональная схема которого показана на фиг.2. Источник 1 излучения с фиг.2 содержит ускоритель (не показан), генерирующий мощные высокоэнергетичные пучки заряженных частиц, а также сканирующий электромагнит 3, соединенный с источником 4 тока пилообразной формы. График распределения во времени тока, подаваемого на электромагнит 3 для отклонения сканирующего пучка заряженных частиц согласно одному из вариантов осуществления полезной модели показан на фиг.3, где горизонтальная ось t соответствует времени, а вертикальная - силе I отклоняющего тока. Как показано на фиг.2, заряженные частицы 5, проходящие между полюсами сканирующего электромагнита 3, отклоняются от горизонтальной оси, соответствующей оси АА источника излучения, на угол, пропорциональный силе тока в электромагните 3 в момент их нахождения в пространстве между полюсами, в результате чего происходит развертка пучка заряженных частиц 5 по вертикали и формируется линейное поле 6 облучения. За время изменения отклоняющего тока от максимального положительного значения до минимального отрицательного значения пучок проходит всю область облучения по вертикали. Такие источники излучения известны из уровня техники, в частности, их описание приведено в работе «Интенсивные электронные пучки», Е.А.Абрамян, Б.А.Альтеркоп, Г.Д.Кулешов. М.: Энергоатомиздат, 1984, стр.203. Размеры и интенсивность поля облучения на поверхности объекта 7, предназначенного для обработки облучением, можно регулировать в соответствии с размерами и характеристиками поглощения объекта 7.
Конвейер 2 выполнен с возможностью транспортировки объектов 7, подлежащих облучению, по заданной траектории, проходящей через поле облучения, формируемое источником 1 излучения. Для простоты пояснения сущности предлагаемой полезной модели, на фиг.1 изображена лишь та область конвейера 2, которая проходит вблизи источника 1 излучения. В рассматриваемом варианте осуществления использован монорельсовый конвейер 2, в котором транспортируемые объекты размещены на тележках, движущихся по монорельсу. Следует отметить, что в качестве конвейера 2 могут быть использованы и другие транспортирующие устройства различного типа, в том числе, ленточный, пластинчатый, роликовый и подвесной конвейер, или комбинации транспортирующих устройств различного типа. Можно предусмотреть реверсирование и регулировку скорости движения конвейера 2. Для обеспечения однородности облучения целесообразно, чтобы скорость конвейера 2 была постоянной. Как показано на фиг.1, конвейер 2 содержит три участка, названные условно первым участком 21, вторым участком 22 и третьим участком 23. Участки 21, 23 конвейера 2 находятся напротив источника 1 излучения, проходя на разной высоте через формируемое им поле облучения, перпендикулярно оси (А-А) указанного источника 1, и выполнены с возможностью одновременной транспортировки объектов в противоположных друг другу направлениях, как показано стрелками на фиг.2. В варианте с фиг.1 первый участок 21 расположен выше третьего участка 23 и перед третьим участком 23, если смотреть по ходу движения конвейера 2. Разумеется, что возможна и обратная конфигурация, в которой участок, расположенный сзади по ходу движения конвейера, находится ниже участка, расположенного спереди по ходу движения конвейера. В предпочтительном варианте участки 21, 23 конвейера 2 расположены таким образом, что транспортировка объектов 7 по указанным участкам 21, 23 происходит по существу в одной плоскости, перпендикулярной оси (А-А) излучения указанного источника (1) излучения. При этом следует заметить, что сами участки 21, 23 не обязательно проходят в одной плоскости, перпендикулярной оси излучения источника излучения. Так, в рассматриваемом примере для транспортировки объектов 7 используется монорельсовый конвейер 2 с тележками, что обуславливает смещение по горизонтали между участками 21, 23, которые в этом случае проходят в разных вертикальных плоскостях перпендикулярно оси (А-А). Предпочтительно, чтобы первый и третий участки проходили по существу параллельно друг другу на одинаковом расстоянии от оси А-А источника 1 излучения. Первый и третий участки 21, 23, которые в данном примере выполнены прямолинейными, соединены друг с другом криволинейным вторым участком 22. Криволинейный второй участок 22 конвейера 2 выполнен в форме петли, которая соединяет концы первого и третьего участков 21, 23, в результате чего между указанными участками 21, 23 происходит изменение высоты конвейера 2, сопровождающееся его разворотом по существу на 180 градусов.
В случае монорельсового конвейера 2 второй участок 22 представляет собой криволинейный монорельс, который содержит, например, один наклонный и один поворотный сегмент, так что тележки с объектами 7 скатываются под собственным весом с верхнего участка 21 на нижний участок 23 и разворачиваются затем на 180 градусов, или один поворотно-наклонный сегмент, на котором одновременно происходит разворот тележек на 180 градусов и снижение уровня конвейера 2 с верхнего участка 21 до нижнего участка 23. При использовании конвейера другого типа задача изменения его высоты и разворота на 180 градусов может быть решена аналогичными несложными средствами, хорошо известными специалистам в данной области техники.
Параметры источника 1 излучения, взаимное расположение источника 1 излучения и конвейера 2 подобраны таким образом, что верхняя граница поля облучения совпадает по существу с верхней границей облучаемой поверхности объекта, перемещаемого через поле облучения на верхнем участке, таком как первый участок 21 конвейера 2 с фиг.1, а нижняя граница поля облучения совпадает по существу с нижней границей облучаемой поверхности объекта, перемещаемого через поле облучения на нижнем участке, таком как третий участок 23 конвейера 2 с фиг.1. Предпочтительно обеспечить возможность регулировки расстояния по вертикали между указанными первым и третьим участками 21, 23 конвейера в зависимости от высоты объектов, подлежащих облучению, так чтобы расстояние по вертикали между участками 21, 23 превышало высоту облучаемого объекта. При этом для уменьшения потерь энергии, используемой для облучения, предпочтительно минимизировать зазор по вертикали между объектами, находящимися в поле облучения на разных участках 21, 23.
Далее, на примере описанной выше установки для облучения объектов пучком заряженных частиц, схематично показанной на фиг.1, поясним принцип работы предлагаемой полезной модели. Как указано выше, в предлагаемой установке на разной высоте через поле облучения проходят два участка, на которых облучаемые объекты могут транспортироваться в противоположных друг другу направлениях.
Целесообразно выполнять облучение группы объектов, имеющих близкие или одинаковые размеры. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда необходимо подвергнуть облучению с целью стерилизации группу объектов 7, например, группу прямоугольных коробок. При этом для достижения требуемой однородности распределения дозы облучения требуется выполнить облучение двух противоположных сторон объектов 7. Для простоты пояснения принципа работы установки представим сначала, что изображенные на фиг.2 два объекта 7 иллюстрируют один и тот же объект в моменты его нахождения в области облучения сначала на первом участке 21, потом на третьем участке 23 конвейера 2.
Конвейер 2 транспортирует подлежащий облучению объект 7 по заданной траектории, проходящей через поле облучения, формируемое источником 1 излучения. В области конвейера 2, расположенной напротив источника 1 излучения, объект 7 движется сначала по верхнему первому участку 21, проходящему через указанное поле облучения перпендикулярно оси (А-А) указанного источника 1. При транспортировке объекта 7 по первому участку 21 пучок заряженных частиц сканирует поверхность, обращенную к источнику 1 излучения, в результате чего происходит облучение и стерилизация объекта 7 с одной из его сторон. Конвейер 2 продолжает транспортировать объект 7 до поступления его на криволинейный второй участок 22, который, как указано выше, снабжен по меньшей мере одним устройством, обеспечивающим изменение высоты конвейера 2 и разворот конвейера 2 по существу на 180 градусов. Объект 7 перемещается по криволинейному второму участку 22, снижаясь и поворачиваясь таким образом, что на выходе с участка 22 он находится на уровне нижнего третьего участка 23, и по сравнению со своим положением на входе второго участка 22 развернут по существу на 180 градусов относительно оси, перпендикулярной направлению транспортировки. На участке 23, объект 7 движется в направлении, которое противоположно направлению его движения на верхнем первом участке 21, причем к источнику 1 излучения обращена другая поверхность объекта 7, то есть на нижнем третьем участке 23 происходит сканирование и облучение стороны, противоположной стороне, уже облученной при транспортировке объекта 7 по верхнему первому участку 21 конвейера 2. Возможен вариант осуществления полезной модели, в котором облучение объекта происходит в обратном порядке, то есть сначала на нижнем, а потом на верхнем участке конвейера.
Теперь со ссылкой на ту же фиг.1 рассмотрим транспортировку и облучение двух объектов 7 из указанной группы стерилизуемых объектов, имеющих форму прямоугольной коробки. Для уменьшения потерь энергии, при облучении группы объектов предпочтительно размещать объекты вдоль конвейера (в рассматриваемом примере - вдоль монорельса) по существу непрерывно один за другим по меньшей мере на проходящих через поле облучения участках 21, 23, так чтобы расстояние между соседними объектами вдоль конвейера было минимальным. Для простоты пояснения на фиг.2 не показаны остальные объекты группы, размещенные между рассматриваемыми двумя объектами 7, а также спереди и сзади по ходу движения от рассматриваемых двух объектов 7. Рассматриваемые два объекта 7 расположены на конвейере 2 с фиг.1 так, что они по существу синхронно проходят через поле облучения, формируемое источником 1 излучения. Таким образом, во время транспортировки двух объектов 7 по участкам 21-23, как показано на фиг.1, пучок заряженных частиц сначала сканирует поверхность первой стороны идущего впереди объекта 7 на верхнем первом участке 21. Затем идущий впереди объект 7 перемещается на криволинейный второй участок 22, где происходит его разворот по существу на 180 градусов и передача вниз на уровень третьего участка 23. При этом, по существу одновременно с вхождением идущего впереди объекта 7 в поле облучения на нижнем третьем участке 23, идущий позади объект 7 входит в то же самое поле облучения на верхнем первом участке 21. Далее, по существу одновременно с выходом идущего впереди объекта 7 из поля облучения на участке 23, происходит выход идущего позади объекта 7 из того же поля облучения на участке 21. То есть, облучение второй стороны (противоположной стороне, уже облученной на первом участке 21) идущего впереди объекта 7 происходит по существу синхронно с облучением первой стороны идущего позади объекта 7. Затем идущий впереди объект 7 движется дальше по конвейеру 2, а идущий позади объект 7 транспортируется по криволинейному второму участку 22, на котором происходит его разворот по существу на 180 градусов и передача вниз на третий участок 23, где пучок заряженных частиц сканирует поверхность второй его стороны (противоположной стороне, уже облученной на верхнем участке 21). Аналогичным образом синхронизировано облучение и других объектов в группе: в поле облучения на третьем участке 23 облучение второй стороны объектов происходит одновременно с облучением на первом участке 21 первой стороны объектов, расположенных позади по ходу движения конвейера. То есть, в одном и том же поле облучения одновременно происходит облучение, путем сканирования пучком заряженных частиц, поверхностей объектов, транспортируемых в двух противоположных направлениях по участкам 21, 23 конвейера, проходящим через указанное поле облучения на разной высоте. Поскольку участки 21, 23 транспортируют объекты по существу в одной вертикальной плоскости и параллельно друг другу на одинаковом расстоянии от оси А-А источника 1 излучения, обеспечена равномерность облучения поверхностей объектов 7.
Так как транспортировка объектов 7 по указанным участкам 21, 23 происходит по существу в одной вертикальной плоскости, на практике имеется зазор по вертикали между верхней поверхностью объекта на нижнем участке (третий участок 23 с фиг.1) и нижней поверхностью объекта на верхнем участке (первый участок 21 с фиг.1). Этот зазор зависит от расстояния по вертикали между участками 21 и 23, а также от конструктивных параметров средств, используемых для транспортировки объектов через поле облучения. Для уменьшения потерь пучка заряженных частиц, используемого при сканировании, и повышения тем самым энергетической эффективности установки, предпочтительно, чтобы скорость пересечения пучком указанного зазора по вертикали превышала скорость сканирования пучком поверхности облучаемых объектов. То есть, при переходе сканирующего пучка между объектами предпочтительно увеличить скорость сканирования пучка, что можно обеспечить путем увеличения градиента изменения отклоняющего тока по времени вблизи точек смены его полярности. С этой целью в качестве отклоняющего тока можно использовать не линейно изменяющийся пилообразный ток (показанный на фиг.3), а нелинейный пилообразный ток, с увеличивающимся градиентом скорости его изменения по времени вблизи точек смены его полярности, как показано на графике с фиг.4, где горизонтальная ось t соответствует времени, а вертикальная - силе I отклоняющего тока. Время изменения отклоняющего тока от максимального положительного значения до минимального отрицательного значения соответствует времени прохождения пучком заряженных частиц всей области облучения по вертикали, то есть по существу времени сканирования по вертикали поверхностей объектов, находящихся на верхнем первом и нижнем третьем участках конвейера. График изменения тока в сканирующем электромагните, показанный на фиг.4, иллюстрирует увеличение градиента изменения отклоняющего тока при смене его полярности, что соответствует пересечению сканирующим пучком зазора по вертикали между объектами на нижнем и верхнем участках конвейера (участки 23 и 21 конвейера 2 с фиг.1). Как показано на фиг.4, после участка, пересекающего горизонтальную ось t и соответствующего ускоренной смене полярности, сила I отклоняющего тока постепенно возрастает от значения, при котором происходит отклонение пучка с облучением им краевой области объекта, наиболее близкой к оси источника излучения, до значения, при котором происходит отклонение пучка с облучением краевой зоны объекта, наиболее удаленной от оси источника излучения. Затем происходит симметричное постепенное уменьшение силы I отклоняющего тока, при котором пучок сканирует поверхность облучаемого объекта в обратном направлении; затем скорость сканирования снова увеличивается за счет ускоренной смены полярности тока электромагнита, в результате чего пучок ускоренно смещается по вертикали на поверхность другого объекта в области облучения (то есть, ускоренно пересекает зазор по вертикали между объектами 7 на верхнем первом и нижнем третьем участках 21, 23 конвейера 2 с фиг.1), и аналогичным образом сканирует поверхность этого другого объекта до следующей смены полярности отклоняющего тока.
Таким образом, за счет усовершенствования конвейера предлагаемая установка для облучения объектов позволяет выполнять облучение объекта с двух противоположных сторон без использования для этого сложных и дорогостоящих электромагнитных систем одновременного облучения противоположных сторон объекта или механических систем возврата объекта в поле облучения. Для случая, когда при облучении двух противоположных сторон объектов применяется сканирование поверхности объектов пучками заряженных частиц, предусмотрено дополнительное повышение эффективности установки путем модификации источника излучения.
Настоящее описание заявленной полезной модели является иллюстративным и не ограничивает объем патентных притязаний заявителя, определяемый приводимой ниже формулой полезной модели.