BETA- &
GAMMASTRAHLEN
Funktionsweise und Vorteile ionisierender Strahlung
BETA- &
IONISIERENDE STRAHLUNG: BESTRAHLUNG OHNE RÜCKSTÄNDE
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.
BETAstrahlung & GAMMASTRAHLUNG: TECHNOLOGISCHE UNTERSCHIEDE
Parameter | Betastrahlung/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. |
Ionisierende Strahlung: Anwendungsbereiche
Strahlensterilisation
Für die Sterilisation eignet sich Beta- wie Gammastrahlung. Parameter, wie z. B. Aufbau, Dichte und Material des Produktes entscheiden, welche Methode besser geeignet ist. 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.
Strahlenvernetzung
Für die Veredelung von Produkten kommt ebenfalls Beta- bzw. Elektronenstrahlung als auch Gammastrahlung zum Einsatz. Bei der Vernetzung von Kunststoffen sind hohe Dosisraten (50 bis 250 kGy) erforderlich, weshalb Elektronenstrahlen bevorzugt werden, um in kurzer Zeit die nötige Dosis zu erreichen. Bei kompakten Bauteilen mit dickeren Wandstärken kann wegen der höheren Eindringtiefe auch Gammastrahlung zur Vernetzung eingesetzt werden.
Optimierung von Leistungshalbleitern
Die Elektronenbestrahlung verbessert gezielt die Schalteigenschaften und die Zuverlässigkeit von Leistungshalbleitern, ohne die chemische Zusammensetzung zu verändern. Für diese Anwendung kommt ausschließlich Elektronenstrahlung zum Einsatz. Durch eine präzise Kontrolle der Defekte können Schaltzeiten verkürzt und Verluste reduziert werden, was zu einer höheren Effizienz und Leistung in anspruchsvollen Anwendungen führt.
ÜBERBLICK BETASTRAHLUNG
Strahlungsenergie
- Beta- bzw. Elektronenstrahlung
- Produkte werden hochenergetischen Elektronen ausgesetzt
Technische Parameter
- Strahlenergie
- Dosiseinstellung
- verschiedene Handlingsysteme
Produktfaktoren
- Geeignet für die Bestrahlung von Produkten mit geringer bis mittlerer Dichte
- kompatibel mit einer Vielzahl von Kunststoffen
Funktionsweise E-Beam: Wie funktioniert die Elektronenbestrahlung
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
- die Sterilisation von gleichmäßig verpackten Produkten mit geringer Dichte (z. B. Medizinprodukte in kleinen Gebindeeinheiten),
- die Entkeimung von gleichmäßig verpackten Produkten mit geringer Dichte,
- die Modifizierung von Polymeren,
- die Veredelung bzw. Vernetzung von Kunststoffen,
- die Bestrahlung von Leistungshalbleitern.
Elektronenbestrahlung: Vorteile von E-Beam
Die Bestrahlung durch E-Beam ist eine genaue, schnelle und sichere Lösung für die Behandlung Ihrer Produkte.
Effizient durch Hochgeschwindigkeit
Mit unseren modernen Hochgeschwindigkeits-Beschleunigern bietet die E-Beam-Bestrahlung eine Behandlung in wenigen Sekunden. Nach der Bestrahlung können die Produkte ohne Verzögerung verarbeitet werden, d. h. ohne Lagerung und die damit verbundenen Kosten.
Materialschonend
Die E-Beam-Bestrahlung wirkt punktgenau und ohne nennenswerte Temperaturerhöhung. Dank der geringen Eindringtiefe bei gleichzeitig hohen Dosierungsraten ist das Verfahren besonders geeignet für empfindliche Produkte mit geringer bis mittlerer Dichte.
Umweltfreundlich und sicher
E-Beam gilt als effiziente und nachhaltige Lösung, insbesondere für die Sterilisation. Die behandelten Produkte sind frei von jeglichen schädlichen Rückständen für Mensch und Umwelt.
VIDEO: PRINZIP DER BETA- BZW. ELEKTRONENBESTRAHLUNG
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Mehr InformationenÜBERBLICK GAMMASTRAHLUNG
Strahlungsenergie
- Zerfall von Kobalt-60
- Produkte werden Gammastrahlung ausgesetzt
Technische Parameter
- Verweildauer in der Anlage
- Bestückung der Quellenwand
Produktfaktoren
- Geeignet für die Bestrahlung von Produkten mit niedriger, mittlerer und hoher Dichte
- kompatibel mit einer Vielzahl von Materialien
Funktionsweise Gammastrahlung: Wie funktioniert die Bestrahlung mit Gammastrahlung?
Im 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:
- die Sterilisation von medizinischen Produkten für den einmaligen Gebrauch,
- die Sterilisation von verpackten Produkten mit niedriger bis hoher Dichte,
- Produkte mit komplexen Geometrien (z. B. Bauteile oder Bioreaktoren),
- die Entkeimung von Rohmaterialien.
Gammabestrahlung: Vorteile der Bestrahlung mit Gammastrahlen
Die Bestrahlung mit Gammastrahlen ist eine weit verbreitete und sichere Lösung für die Behandlung Ihrer Produkte.
Vielseitig einsetzbar
Gammastrahlung durchdringt komplette Palette ohne Umverpackung oder Umlagerung. Dank der hohen Eindringtiefe eignet sich Gammastrahlung hervorragend für die Behandlung unterschiedlichster Produkte – auch bei komplexen Formen, hoher Dichte oder großvolumiger Verpackung. So lassen sich selbst Produkte mit anspruchsvoller Geometrie zuverlässig und gleichmäßig durchstrahlen.
Größere Flexibilität
Bei der Sterilisation ermöglicht die Gammabestrahlung im Vergleich zur Elektronenbestrahlung eine flexiblere Bildung von Bearbeitungsklassen. So können unterschiedliche Produkte gemeinsam unter denselben Bedingungen
bestrahlt und der Validierungsaufwand verringert werden.
Umweltfreundlich und sicher
Die Umweltbelastung der Gammabestrahlung ist geringer, im Vergleich zu chemischen Methoden. Die eingesetzten Kobalt-60 Strahlenquellen werden über einen langen Zeitraum eingesetzt und nach der Nutzung wieder aufbereitet. Die bei BGS verwendete Strahlung erzeugt aufgrund physikalischer Gegebenheiten keine Radioaktivität .
VIDEO: PRINZIP DER GAMMABESTRAHLUNG
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Mehr InformationenFAQ: PRODUKTBESTRAHLUNG: HÄUFIGE FRAGEN
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 (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.
WEITERE INFORMATIONEN: FUNKTIONSWEISE
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