УСТАНОВКА ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОСУДОВ

Заявляемое техническое решение относится к области плазменной техники, может быть использовано в электроннолучевой технологии, в частности, для стерилизации диэлектрических сосудов.
Известно устройство (патент США RE 39657), предназначенное для стерилизации объектов путем их размещения в рабочем объеме, в котором плазма генерируется в газе атмосферного давления путем ионизации электронным пучком. Электронный пучок, создаваемый пушкой с термокатодом, проникает в рабочий объем сквозь тонкую фольгу, закрывающую выводное окно. Недостатком устройства является ограничение средней мощности, затрачиваемой на создание плазмы, обусловленное невозможностью работы в непрерывном режиме из-за перегрева фольги. Кроме того, указанное устройство не позволяет создавать плазму непосредственно внутри диэлектрического сосуда. Проникновение плазмы в сосуд возможно лишь за счет диффузии, в процессе которой плазма распадается. Вывод электронного пучка через фольгу возможен лишь для электронов с энергией более 100 кэВ, что усложняет аппаратуру электропитания и предъявляет повышенные требования к защите персонала от ионизирующего излучения.
Известен генератор плазмы, возбуждаемой электронным пучком (Европейский патент EP 0884760 A2). В этом генераторе плазма создается радиально расходящимися электронными пучками, формируемыми электронным источником, содержащим накаливаемый катод. Рабочий объем поддерживается при давлении ниже атмосферного, что позволяет выводить пучки через эмиссионные окна, не перекрытые фольгой, причем энергия электронов может не превышать 10 кэВ. Плазма, создаваемая электронными пучками, равномерно заполняет рабочий объем, может быть использована для стерилизации открытых поверхностей и не пригодна для обработки внутреннего объема диэлектрических сосудов по причине распада плазмы при ее диффузии внутрь сосуда.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для генерации плазмы в диэлектрическом сосуде (патент России ПМ №146925). В этом устройстве диэлектрический сосуд размещается в вакуумной камере, давление в которой поддерживается в интервале 5-20 Па. Плазма создается в сосуде электронным пучком с энергией не более 10 кэВ, инжектируемым в этот сосуд. Инжекция пучка через горлышко сосуда обеспечивается фокусировкой пучка. Недостаток указанного технического решения состоит в значительной продолжительности процесса стерилизации из-за недостаточной стерилизационной активности плазмы.
Цель заявляемого технического решения состоит в снижении времени, затрачиваемого на стерилизацию диэлектрического сосуда. Заявленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем рабочую камеру с давлением в ней 5-20 Па, помещенный в камеру диэлектрический сосуд, электронный источник, соосный с горлышком сосуда, не имеющий накаливаемых элементов и снабженный фокусирующей системой, на диэлектрический сосуд надеты две короткие катушки со встречными магнитными полями, причем одна катушка размещена на уровне горлышка, а другая на уровне дна сосуда.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение времени, затрачиваемого на стерилизацию диэлектрического сосуда.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, представленным на Фиг. 1. На верхнем фланце рабочей камеры 1, откачиваемой механическим форвакуумным насосом до давления 5-20 Па, установлен плазменный электронный источник 2 на основе разряда с полым катодом. Источник не содержит накаливаемых элементов, и это позволяет использовать его в окислительной атмосфере. В рабочей камере размещен диэлектрический сосуд 3 (стеклянная банка). Отличие от прототипа состоит в наличии дополнительных элементов - двух коротких катушек 4, размещенных на уровне горлышка и дна сосуда. Токи в катушках создают встречные магнитные поля.
Устройство работает следующим образом. По достижении в рабочей камере давления 5-20 Па включается плазменный электронный источник 2. Сфокусированный электронный пучок 5, формируемый источником 2, проникает в сосуд 3, благодаря соосности источника 2 и горлышка сосуда 3. Под действием расфокусирующего магнитного поля катушек внутри сосуда формируется расфокусированный электронный пучок 6, пучок расширяется и облучает стенки и дно сосуда, производя стерилизацию. В силу того, что энергия электронов находится в интервале 5-10 кэВ, они оказывают более эффективное стерилизующее действие по сравнению с плазмой, создаваемой в сосуде электронным пучком и излучающей кванты ультрафиолетового излучения с энергией не более нескольких десятков электронвольт. В силу этого сокращается время, требуемое для полной стерилизации всей внутренней поверхности сосуда. Заряд, приносимый электронным пучком, нейтрализуется ионами плазмы, создаваемой пучком вдоль его траектории распространения, в том числе внутри сосуда.
9
9
Результаты, представленные в таблице, иллюстрируют положительный эффект, присущий заявляемому техническому решению, а именно, снижение времени, требуемого для стерилизации стеклянного сосуда при использовании заявляемого технического решения в сравнении с прототипом. Испытания проводились при одинаковых параметрах электронного пучка и одном и том же давлении газа (воздуха), равном 5 Па. В качестве сосуда использовался стеклянная банка для химических препаратов емкостью 250 мл. На внутреннюю поверхность банки наносилась суспензия, содержащая 1,5·10 КОЕ/мл бактерий кишечной палочки Е. Coli штамма АТСС 25922. Приготовление микробной взвеси и инокуляция внутренней поверхности банки были выполнены по стандартной методике, которая заключалась в следующем. Культуру Е. Coli выращивали на простом агаре. Через сутки, с суточной культуры Е. Coli готовили смыв в физиологическом растворе по стандарту мутности 5 по Мак-Фарланду (около 1,5·10 КОЕ/мл). Полученную суспензию наносили с помощью стерильного тампона на внутреннюю поверхность банки, затем банка помещалась в камеру и подвергалась сеансам пучково-плазменного воздействия. При испытаниях прототипа в банку инжектировался сфокусированный электронный пучок. Для реализации предлагаемого технического решения на банку надевались две катушки, создающие расфокусирующее магнитное поле. Для предотвращения растрескивания стекла облучение в обоих случаях проводилось сеансами по 3 секунды с интервалом между сеансами 30 с.
По завершении сеансов облучения банка извлекалась из камеры и отправлялась на бактериологическое исследование. Отбор проб с поверхности банки проводили методом смывов. С облученной поверхности делали смыв в 2 мл 0,5%-го сахарного бульона с помощью стерильного тампона. Полученные смывы инкубировали при 32°C в течение 7 суток. Каждая серия опытов сопровождалась контролем - сравнение степени прорастания смыва с контрольным посевом Е. Coli, который не подвергался пучково-плазменному воздействию.
В таблице приведены параметры электронного пучка и минимальное количество сеансов, требуемое для полного обеззараживания сосуда.
Предлагаемая система позволяет инжектировать электронный пучок в сосуды с минимальным внутренним диаметром горлышка, равным 10 мм, а следовательно, может быть использована для стерилизации банок и бутылок.