BETA- &
GAMMASTRAHLEN
Funktionsweise und Vorteile
Von einer Strahlenquelle ausgehend, überträgt Strahlung Energie, entweder als elektromagnetische Wellen (wie bei Gammastrahlung) oder als Teilchenstrom (wie bei Betastrahlung). Diese hochenergetische, ionisierende Strahlung löst chemische Reaktionen aus, macht Mikroorganismen unschädlich und verbessert die Eigenschaften eines breiten Produktspektrums. Für die Strahlensterilisation und die Strahlenvernetzung nutzen wir bei BGS sowohl Betastrahlung, auch Elektronenstrahlung oder E-Beam genannt, als auch Gammastrahlung. Aufgrund physikalischer Grenzen erzeugt die bei uns verwendete Strahlung keine Radioaktivität. Die behandelten Produkte sind zudem vollständig frei von Rückständen und können sofort verwendet werden.
Parameter | Beta- bzw. Elektronenstrahlung | Gammastrahlung |
---|---|---|
Dosisleistung | hoch | niedrig |
Eindringtiefe | mittel | sehr hoch |
Bestrahlungszeit | wenige Sekunden | mehrere Stunden |
Energiequelle | elektrischer Strom | Kobalt-60 |
Bestrahlungseinheit | Einzelkartons, Kartons im Verbund oder Endlosstrang | Paletten |
Kunststoffkompatibilität | sehr hoch | hoch |
Verfahrensbeschreibung | Elektronen werden in einer Glühkathode emittiert und im Hochvakuum durch ein starkes elektrisches Feld auf sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Der Elektronenstrahl wird beim Austritt aus dem Beschleuniger durch ein Magnetfeld zeilenförmig mit hoher Frequenz über das Produkt geführt. | Gammastrahlen entstehen durch den Zerfall eines radioaktiven Isotops, z. B. Kobalt-60. Die Strahlen haben eine hohe Eindringtiefe und durchstrahlen komplette Paletten oder Gebinde. Kobalt-60 ist in Einzelquellen angeordnet und in der Quellenwand verbaut, wodurch ein individuelles Strahlenfeld erzeugt wird. Durch dieses Strahlenfeld werden die Produkte über einen fest vorgegebenen Weg transportiert. Dabei wird die erforderliche Strahlendosis ins Produkt abgegeben. |
Betastrahlen (Elektronenstrahlen oder auch E-Beam) zeichnen sich durch ihre geringe Eindringtiefe bei hohen Dosierungsraten aus. So können mit Betastrahlen einzelne Verpackungen innerhalb weniger Sekunden behandelt werden – bei optimalen Bedingungen ist die Behandlung einer kompletten LKW-Ladung innerhalb von wenigen Stunden möglich. Der Vorteil: Produkte können ohne Verzögerung verarbeitet werden, d. h. ohne Lagerung und die damit verbundenen Kosten. Die geringe Eindringtiefe der Betastrahlen macht es erforderlich, die Produkte in ihren Kartonagen von den Transportpaletten abzupacken, zu verarbeiten und wieder zurückzustapeln. An unserem Standort in Saal verarbeitet eine vollautomatisierte Anlage große Produktmengen in sehr kurzer Zeit.
Betastrahlen bzw. beschleunigte Elektronen werden durch Elektronenbeschleuniger erzeugt, die mit einer Braun’schen Röhre vergleichbar sind: Eine Glühkathode emittiert Elektronen, die im Hochvakuum in einem starken elektrischen Feld beschleunigt werden. Werden Energien oberhalb von 5 MeV benötigt, setzt BGS Resonanzbeschleuniger vom Typ Rhodotron® ein. In diesen werden Elektronen in einem zyklischen Wechselfeld in mehreren Stufen bis auf eine maximale Energie von 10 MeV beschleunigt. Der aus dem Beschleuniger austretende Elektronenstrahl wird in einem magnetischen Wechselfeld so abgelenkt, dass er aufgefächert auf die zu bestrahlenden Produkte trifft. Diese werden mithilfe einer geeigneten Transportanlage unter dem Strahl hindurchgeführt.
Die Prozesscharakteristik der Betastrahlung unterscheidet sich grundsätzlich von der Bestrahlung mit Gammastrahlen. Die Produkte werden in der Regel in der Transportverpackung als einzelne Kartons oder loses Schüttgut durch den Bestrahlungsprozess geführt. Stattdessen wird Endlosstrang abgewickelt und wieder aufgewickelt. Der Bestrahlungsprozess dauert nur wenige Sekunden. Die mögliche Füllhöhe des Bestrahlungsgutes hängt dabei von der Dichte, dem Packschema und der Energie der Elektronen ab.
Betastrahl- bzw. Elektronenstrahlbehandlung eignet sich am besten für
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Mehr InformationenIm Gegensatz zu Elektronenbeschleunigern, in denen der Bestrahlungsvorgang in wenigen Sekunden erfolgt, dauert die Bestrahlung in der Gammaanlage einige Stunden. Die Gammastrahlen entstehen durch den Zerfall des radioaktiven Isotops Kobalt-60 (60Co). Sie haben eine hohe Eindringtiefe bei geringer Dosisrate und somit die besondere Fähigkeit, komplette Paletten, Gebinde und versiegelte Produkte zu durchdringen. Die zu bestrahlenden Produkte können im Regelfall direkt auf den Anlieferungspaletten durch den Bestrahlungsprozess geführt werden. Die Paletten gelangen durch ein Fördersystem in die Anlage und umrunden das mit den einzelnen Strahlenquellen bestückte Gestell. Die Steuerung stellt sicher, dass jede Palette die jeweils festgelegte Anzahl an Umläufen absolviert. So wird die vorgegebene Gesamt-Bestrahlungsdosis für jedes Produkt sichergestellt. Die Gammaanlagen bei BGS können unterschiedliche Produkte mit unterschiedlichen Gesamtdosen gleichzeitig bestrahlen.
Zum gefahrlosen Betreten der Bestrahlungsanlage wird die Quellenwand in ein über acht Meter tiefes Wasserbassin abgesenkt, um die Strahlung vollständig abzuschirmen.
Gammastrahlbehandlung eignet sich am besten für:
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Mehr InformationenFür die Sterilisation eignet sich Beta- wie Gammastrahlung. Parameter wie z. B. Aufbau, Dichte und Material des Produktes entscheiden, welche Methode besser geeignet ist. Die energiereichen Beta- oder Gammastrahlen zerstören die DNA von Mikroorganismen und machen sie so unschädlich. Eine Sterilisation mit Strahlen ist daher der einzige Prozess, Produkte in ihrer Verpackung zu sterilisieren, ohne die Temperatur entscheidend zu erhöhen und ohne Chemikalien einzusetzen, die stets das Risiko von Rückständen beinhalten. Sogar die Innenoberflächen geschlossener Verpackungen oder Komponenten mit komplexen geometrischen Formen werden sicher und zuverlässig durch hochenergetische Strahlung sterilisiert. Diese Vorteile machen Strahlensterilisation zu einer einfachen, effektiven und umweltfreundlichen Alternative im Vergleich zu anderen Methoden.
Für die Veredelung von Produkten kommt ebenfalls Beta- bzw. Elektronenstrahlung als auch Gammastrahlung zum Einsatz. Da bei der Vernetzung von Kunststoffen höhere Bestrahlungsintensitäten erforderlich sind (50 bis 250 kGy), werden überwiegend die hohen Dosisraten der Elektronenbeschleuniger genutzt, um in wirtschaftlichen Bestrahlungszeiten die erforderliche Dosis einzubringen. Bei strahlenempfindlichen Materialien kann die Bestrahlungszeit in Abhängigkeit von der Dosisrate auch einen negativen Einfluss auf das Eigenschaftsspektrum haben – ein weiterer Grund für die Nutzung von Elektronenstrahlen mit hoher Dosisrate und somit kurzen Bestrahlungszeiten. Bei kompakten Bauteilen mit dickeren Wandstärken kann wegen der erforderlichen höheren Eindringtiefe auch Gammabestrahlung zur Vernetzung genutzt werden.
Unsere Fachbroschüren Strahlensterilisation & Strahlenvernetzung beantworten zentrale Fragen zu Technologie, Verfahren und Prozessintegration.
Nein! Aus physikalischen Gründen kann die Strahlung nur chemische Reaktionen in den Produkten auslösen. Die verwendeten Energien in den Anlagen von BGS sind zu gering, um Radioaktivität in den Produkten zu erzeugen.
Abhängig von der angewandten Strahlendosis findet keine nennenswerte Erwärmung der Produkte während der Bestrahlung statt. Bei höheren Dosen, die normalerweise für Vernetzung notwendig sind, findet eine geringe Temperaturerhöhung statt.
Die Energie der Strahlen wird in Megaelektronenvolt (106 eV, MeV) ausgedrückt, was die Stärke des elektrischen Feldes zur Beschleunigung der Elektronen beschreibt. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Durchdringungstiefe der Strahlen. Sie ist durch die Konstruktion unserer Anlagen auf ein Maximum von 10 MeV beschränkt, um eine Aktivierung der Produkte zu verhindern. Die Dosis (oder Menge) der Strahlung wird durch die Einheit Gray (Gy) ausgedrückt, die den gewünschten Effekt der Bestrahlung bestimmt. Für die Strahlensterilisation ist oft eine Dosis im Bereich von 25 kGy ausreichend, während für die Strahlenvernetzung eine Dosis von über 100 kGy typisch ist.
Nein, abhängig von der Materialdichte und der Energie der Betastrahlen (Elektronenstrahlen) beträgt die Eindringtiefe der Strahlen bis zu mehrere Zentimeter. Dies ermöglicht eine zuverlässige Modifikation von Bauteilen mit beachtlicher Materialdicke, die unter Umständen auch Metallkomponenten enthalten können.
BGS hat Anlagen- und Wartungssysteme entwickelt, die eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten. In den meisten Fällen sind redundante Produktionsanlagen verfügbar, um eine kontinuierlich hohe Verfügbarkeit der Produktionskapazität sicherzustellen und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.