УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Предлагаемая полезная модель относится к конвейерам установок 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 конвейера можно использовать в установках для облучения с целью стерилизации медицинских материалов, имплантатов, медицинских инструментов и биологически активных отходов; стерилизации, пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции; санитарной обработки потребительских товаров; стерилизации контейнеров или емкостей, а также в установках для облучения различных материалов и изделий с целью их модификации и придания им новых свойств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные конвейеры, используемые в облучающих установках для облучения объектов, обеспечивающие транспортировку облучаемых объектов в соответствии с заданной траекторией, проходящей через поле облучения, создаваемое источником излучения.
Часто для достижения требуемой однородности распределения дозы облучения по толщине объекта необходимо выполнять облучение объекта с двух противоположных сторон.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является конвейер установки для облучения объектов, известной из патента на полезную модель RU 131896, который выбран в качестве прототипа полезной модели. Известный конвейер выполнен таким образом, что транспортировка объектов в поле облучения осуществляется в противоположных направлениях по двум участкам на разной высоте, которые соединены криволинейным промежуточным участком, который обеспечивает передачу объектов между участками с разворотом объектов по существу на 180 градусов. Такое решение обладает рядом достоинств, в частности позволяет обойтись без электромагнитных систем для облучения каждого объекта одновременно с двух противоположных сторон и сложных механических систем для разворота и возвращения объекта в тот же участок поля облучения для облучения его с противоположной стороны.
Вместе с тем здесь, как и в других известных решениях, транспортировка объектов происходит так, что в поле облучения опорная или несущая поверхность конвейера расположена параллельно оси источника излучения.
Недостатком является то, что опорная поверхность конвейера частично перекрывает, или «экранирует», основание облучаемого объекта от источника излучения, что снижает однородность распределения дозы по объему облучаемых объектов и, соответственно, уменьшает эффективность облучения.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Основная задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в повышении эффективности облучения.
В частности, предлагаемая полезная модель направлена на устранение недостатка, присущего, как отмечено выше, конвейерам в установках для облучения объектов, известным из уровня техники. Как обнаружили авторы полезной модели и как более подробно поясняется ниже, этот недостаток можно устранить за счет расположения опорных поверхностей конвейера под углом к центральной оси излучения на участках транспортировки объектов через поле облучения.
Для решения поставленной задачи предлагается конвейер для установки для облучения объектов, которая содержит источник излучения, выполненный с возможностью формирования поля облучения, симметричного относительно центральной оси излучения. Заявленный конвейер содержит множество опорных поверхностей, предназначенных для размещения объектов, и выполненный с возможностью транспортировки объектов на опорных поверхностях через указанное поле облучения; конвейер содержит первый участок, второй участок и третий участок, причем первый и третий участки конвейера обеспечивают транспортировку объектов, размещенных на опорных поверхностях, через указанное поле облучения в противоположных направлениях, так что опорные поверхности на первом и третьем участке находятся на разной высоте, над и под центральной осью излучения, соответственно, причем второй участок имеет криволинейную форму, соединяет между собой первый и третий участки и обеспечивает передачу объектов с первого участка на третий участок с разворотом объектов по существу на 180 градусов, при этом опорная поверхность по меньшей мере на верхнем из первого и третьего участков конвейера расположена под углом к центральной оси излучения, так что расстояние по вертикали между опорными поверхностями на первом и третьем участках конвейера увеличивается по мере удаления от источника излучения.
Согласно одному из вариантов осуществления конвейера, опорные поверхности расположены под углом к центральной оси излучения как на первом, так и на третьем участках конвейера.
Согласно дополнительному варианту осуществления конвейера, при транспортировке через поле облучения размещенные на опорных поверхностях объекты расположены по существу друг над другом, зеркально симметрично относительно центральной оси излучения.
Согласно другому варианту осуществления конвейера, расстояние по вертикали между указанными опорными поверхностями является регулируемым.
Согласно еще одному варианту осуществления конвейера, конвейер, по меньшей мере на указанных первом и третьем участках, выполнен в виде монорельса.
Согласно другому варианту осуществления конвейера, указанные первый и третий участки конвейера представляют собой участки монорельса, снабженные самодвижущимися тележками для перемещения по указанным участкам, причем опорные поверхности установлены на указанных самодвижущихся тележках.
Согласно еще одному варианту осуществления конвейера, наклон опорных поверхностей обеспечен за счет наклона монорельса в области облучения, например на 8 градусов к горизонтальной оси.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение установки для облучения объектов, снабженной известным конвейером; за пределы изображения вынесен увеличенный фрагмент области облучения для иллюстрации необлученного участка.
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов осуществления предлагаемого конвейера.
Фиг.3 иллюстрирует график распределения дозы (кГр) по глубине объекта с плотностью 1 г/см3 для энергии электронов 10 МэВ, согласно одному из вариантов исполнения источника излучения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Для наглядного пояснения сущности предлагаемой полезной модели обратимся сначала к установке для облучения объектов, которая снабжена конвейером, известным из патента RU 131896, и один из вариантов которой изображен на фиг.1.
Основными элементами установки являются источник 1 излучения и конвейер 2. Поле облучения ограничивается траекториями OQ1-OQ6, при этом треугольник OQ1-OQ6 представляет собой равнобедренный треугольник, медиана которого проходит по оси X, являющейся центральной осью излучения и одновременно осью симметрии поля облучения источника 1 излучения.
В качестве примера представлена установка, в которой для транспортировки объектов используется известный монорельсовый конвейер 2, содержащий множество опорных поверхностей N1, N, предназначенных для размещения объектов.
Для лучшей наглядности на фиг.1 изображена лишь та часть монорельсового конвейера 2, на которой происходит транспортировка объектов 3, 4 в области облучения. Как видно из фиг.1, при транспортировке в области облучения объекты 3, 4 расположены на опорных поверхностях, например на опорных поверхностях N1 и N3, находящихся в этот момент на двух участках монорельсового конвейера 2, которые можно условно назвать первым и третьим участками. Как видно на фиг.1, на этих участках объекты расположены по существу друг над другом.
В практическом выполнении опорные поверхности N1, N3 конвейера могут быть установлены, например, на перемещающихся по монорельсу самодвижущихся тележках. Как показано на фиг.1, в известном решении указанные опорные поверхности N1, N3 находятся в поле облучения на разной высоте параллельно идущей горизонтально центральной оси X излучения.
Первый и третий участки соединены друг с другом криволинейным участком (на чертеже не показан), который можно условно назвать вторым участком. Криволинейный второй участок конвейера 2 выполнен в форме петли, которая соединяет концы первого и третьего участков, в результате чего между указанными участками реализуется изменение высоты конвейера, сопровождающееся его разворотом по существу на 180 градусов.
Таким образом, транспортировка объектов на первом и третьем участках происходит в противоположных направлениях. В случае монорельсового конвейера 2, второй участок представляет собой криволинейный монорельс, который содержит, например, один наклонный и один поворотный сегмент, так что тележки с расположенными на их опорных поверхностях NN объектами скатываются под собственным весом с верхнего участка на нижний участок и разворачиваются затем на 180 градусов, или один поворотно-наклонный сегмент, на котором одновременно происходит разворот тележек на 180 градусов и снижение уровня конвейера с верхнего участка до нижнего участка. 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.
Целесообразно выполнять облучение группы объектов, имеющих близкие или одинаковые размеры. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда необходимо подвергнуть облучению с целью стерилизации группу объектов, например, группу прямоугольных коробок, которые и представлены на чертеже объектами 3, 4.
Как наглядно показано на фиг.1, если опорные поверхности N1, N3 расположены параллельно центральной оси X излучения, т.е. горизонтально, в области облучения появляется необлучаемый участок S между опорной поверхностью, перекрывающей пучок заряженных частиц, и траекторией OQ3', что является недостатком известного решения, поскольку снижается однородность и эффективность облучения объектов.
Заявленная полезная модель позволяет устранить этот недостаток.
На фиг.2 показан вариант осуществления предлагаемого конвейера, который аналогичен по конструкции описанному выше, но выполнен с наклоном опорных поверхностей N1, N3 в области облучения.
Как и в известном конвейере, изображенном на фиг.1, опорные поверхности N1, N3 находятся напротив источника 1 излучения на разной высоте в формируемом источником поле облучения и выполнены с возможностью одновременной транспортировки объектов 3, 4 в противоположных направлениях, при этом транспортировка объектов в поле облучения происходит предпочтительно по существу друг над другом, так что центры транспортируемых объектов находятся на равном удалении от источника 1 излучения, так что опорные поверхности N1, N3 на первом и третьем участке находятся на разной высоте, над и под центральной осью X излучения.
Между тем, в отличие от известного решения, опорные поверхности N1, N3 конвейера в области облучения расположены под углом к центральной оси X излучения. Как видно из фиг.2, тем самым предотвращается появление необлучаемого участка S и достигается более однородное распределение дозы по объему облучаемых объектов 3, 4, т.е повышается эффективность облучения.
В этой связи необходимо отметить, что необлучаемый участок S (фиг.1) можно устранить и за счет расположения под углом опорной поверхности лишь на верхнем участке, т.е. опорной поверхности, находящейся над центральной осью X излучения, такой как опорная поверхность N1 на фиг.2. Специалисту в данной области будет понятно, что наклон верхней поверхности не должен при этом создавать помех для обучения (приводить к появлению необлучаемого участка) объекта, находящегося на нижней опорной поверхности, такого как объект 4 на опорной поверхности N3 на фиг.2.
Необходимо также отметить, что расположение опорных поверхностей под углом к центральной оси X излучения позволяет дополнительно повысить эффективность облучения за счет обеспечения возможности приближения облучаемых объектов к источнику облучения. Как показано на фиг.1-2, при прочих равных условиях в установке с использованием предлагаемой полезной модели расстояние L2 от источника 1 излучения до объекта 3, 4 меньше расстояния L1 от источника 1 излучения до объекта в установке с использованием известного конвейера.
Уменьшения расстояния L2 можно было бы добиться и увеличением угла развертки пучка, однако при этом заряженные частицы будут проходить большие расстояния в объектах и увеличится неоднородность распределения поглощенной дозы по глубине объектов. Зависимость величины поглощенной дозы облучения от глубины проникновения заряженных частиц в объект показана на фиг.3, где в качестве примера приведен график распределения дозы (кГр) по объекту с плотностью 1 г/см3 для энергии электронов 10 МэВ. Глубина объекта выбирается так, чтобы доза облучения в центре объекта была не меньше, чем на поверхности. При увеличении длины пути электронов в объекте доза облучения в центре уменьшится.
Как уже отмечено, на практике конвейер 2 может быть реализован как монорельс, по которому перемещаются самодвижущиеся тележки, снабженные опорными поверхностями N1, N3. В примере, изображенном на фиг.2, для обеспечения углового расположения опорных поверхностей N1, N3 монорельс в зоне облучения наклонен на 8 градусов к горизонтальной центральной оси X излучения, однако заявленная полезная модель не ограничивается этим значением.
При этом, для решения поставленной задачи наклон опорных поверхностей N1, N3 конвейера 2 в зоне облучения, или верхней из опорных поверхностей N1, N3, должен быть выполнен так, чтобы вершина угла наклона к центральной оси X излучения была обращена к источнику 1 излучения, т.е. так, чтобы расстояние по вертикали между опорными поверхностями N1, N3 увеличивалось по мере удаления от источника 1 излучения.
Конкретный угол наклона опорных поверхностей N1, N3 относительно центральной оси X излучения, их взаимное расположение по высоте, расстояние от источника 1 излучения, а также параметры самого источника 1 излучения целесообразно подобрать таким образом, чтобы границы поля облучения Q1, Q6 по существу совпадали с границами облучаемых объектов 3, 4 на обоих участках конвейера 2 в поле облучения, т.е. соответственно, с верхней границей объекта 3 на верхнем участке и с нижней границей объекта 4 на нижнем участке конвейера 2, а излучение от источника 1 не перекрывалось опорными поверхностями N1, N3.
Следует также отметить, что конвейер 2 может представлять собой и другие транспортирующие устройства различного типа, в том числе, ленточный, пластинчатый, роликовый конвейер, или комбинации транспортирующих устройств различного типа, подходящие для обеспечения описанных выше разворота объекта и наклона опорных поверхностей в области облучения.
Можно также предусмотреть реверсирование и регулировку скорости движения конвейера 2. Для обеспечения однородности облучения целесообразно, чтобы скорость конвейера 2 была постоянной.
Для уменьшения потерь энергии, используемой для облучения, предпочтительно минимизировать расстояние по вертикали между объектами, находящимися в поле облучения на разных опорных поверхностях N1, N3, для чего можно предусмотреть регулировку расстояния по вертикали между опорными поверхностями N1, N3.
На практике при транспортировке объектов 3, 4 на опорных поверхностях N1, N3 в области облучения будет оставаться зазор по вертикали между верхней поверхностью объекта 4 на нижнем участке и нижней поверхностью объекта 3 на верхнем участке, зависящий от конструктивных параметров конкретных средств, используемых для транспортировки объектов через поле облучения.
В показанном на чертежах примере использован источник 1 излучения, содержащий ускоритель, генерирующий мощные высокоэнергетичные пучки заряженных частиц, например электронов с энергией 10 МэВ, а также сканирующий электромагнит, соединенный с источником тока пилообразной формы. 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 объектов, предназначенных для обработки облучением, можно регулировать в соответствии с размерами и характеристиками поглощения объектов. Вместе с тем, как будет понятно специалистам в данной области техники, возможно применение и других источников излучения, способных обеспечить генерацию пучков заряженных частиц в поле облучения, и полезная модель не ограничена в этом отношении указанным выше типом источника.
Для уменьшения потерь пучка электронов при сканировании и повышения тем самым энергетической эффективности установки, предпочтительно, чтобы скорость пересечения пучком описанного выше зазора по вертикали между облучаемыми объектами 3, 4, находящимися на разной высоте на опорных поверхностях N1, N3 конвейера превышала скорость сканирования пучком поверхности этих объектов 3, 4. То есть, при переходе сканирующего пучка между объектами 3, 4 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 нелинейный пилообразный ток с увеличивающимся градиентом скорости его изменения по времени вблизи точек смены его полярности. Время изменения отклоняющего тока от максимального положительного значения до минимального отрицательного значения соответствует времени прохождения пучком электронов всей области облучения по вертикали, то есть по существу времени сканирования по вертикали поверхностей объектов, находящихся на верхней и нижней опорных поверхностях, таких как, например, объекты 3, 4 на опорных поверхностях N1, N3 с фиг.2.
Использование нелинейного пилообразного тока с увеличивающимся градиентом скорости его изменения по времени вблизи точек смены полярности для сканирования объектов аналогично тому, как осуществлено в установке для облучения объектов, описанной в упомянутом выше патенте RU 131896.
Необходимо принимать во внимание, что в настоящем описании заявленной полезной модели приведены лишь примеры вариантов осуществления предлагаемого конвейера, т.е. описание является сугубо иллюстративным и не ограничивает объем патентных притязаний заявителя, определяемый приводимой ниже формулой полезной модели.