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  • VerfahrenstechnikProduktveredelung durch Bestrahlung

  • 2

    Wirtschaftliche und umweltfreundliche Optimierung Ihrer Kunststoffprodukte

    BGS ist Ihr spezialisierter Dienstleister mit umfangreichem Anwendungswissen in der Bestrahlungstechnik. Wir erweitern den Einsatzbereich Ihrer Kunststoffprodukte durch Verbesse-rung der Hitze-, Abrieb- und Verschleifestigkeit oder zerst-ren pathogene Keime schnell, sicher und umweltfreundlich. Fr jeden Kunden und die jeweiligen Produktanforderungen finden wir die passende Lsung zur Strahlenvernetzung oder Strahlensterilisation.

    Unsere Mitarbeiter sind Spezialisten in der industriellen An-wendung von Beta- und Gammastrahlung. Die Produkthand-lingsysteme bei BGS sind Eigenentwicklungen, damit die Pro-dukte schonend der Bestrahlung zugefhrt werden. Daraus ergeben sich Vorteile: Das unternehmensinterne Know-how fhrt zu hoher Flexibilitt und Schnelligkeit bei der Behand-lung Ihrer Produkte.

    Selbstverstndlich erfllen unsere Bestrahlungsanlagen alle gesetzlichen Anforderungen im Strahlen- und Arbeitsschutz. Unsere Sicherheitsvorkehrungen werden stndig weiterentwi-ckelt, um der unternehmerischen Verantwortung gegenber Mitarbeitern, der Umwelt und den uns anvertrauten Produkten gerecht zu werden.

    BGS ist ein unabhngiges mittelstndisches Unternehmen. Das bedeutet fr Sie: Flexibilitt in der Auftragsgestaltung, Verlss-lichkeit in der Auftragsabwicklung und Rundum-Service. Ver-trauen Sie mehr als 25 Jahren Erfahrung in der Anwendung hochenergetischer Strahlen Ihre Produkte sind bei uns in bes-ten Hnden!

    BGS: An drei Standorten optimieren wir Ihre Produkte.

    Sie sind bei uns in guten Hnden!

  • 3

    Inhalt

    Maeinheiten der Bestrahlungstechnik 4

    Unterschiede zwischen Elektronen- und Gammastrahlen 6

    Das Prinzip der Elektronenbestrahlung 8 Anlagencharakteristiken 11

    Das Prinzip der Gamma-Anlage 12 Anlagencharakteristik 14

  • 4

    Dosis als wichtiger Parameter

    In der Bestrahlungstechnik gibt es wie bei jeder technischen Anwendung spezifische Parameter, die die Bestrahlung mess-, dokumentier- und reproduzierbar machen.

    Sowohl bei der Strahlenvernetzung bzw. beim Strahlenabbau von Kunststoffen als auch bei der Sterilisation bestimmt in ers-ter Linie die Bestrahlungsdosis die gewnschten Eigenschafts-vernderungen. Die Bestrahlungsdosis legt bei der Strahlens-terilisation den erreichbaren Sterilittsgrad fest (SAL = Sterility Assurance Level). Grundstzlich ist die Dosisleistung entschei-dend fr die Endeigenschaften des Produkts.

    Maeinheiten der Bestrahlungstechnik

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    ikDie Dosis ist physikalisch definiert als die absorbierte Strah-lungsenergie pro Masse. Nach dem SI-System verwendet man heutzutage die Einheit Gray (Gy), benannt nach dem britischen Physiker und Vater der Strahlenbiologie, Louis Harold Gray (1905-1965). Frher verwendete man die Einheit Rad (fr: radiation absorbed dose). Das Einheitenzeichen ist eigentlich rd, es wird aber fast immer rad verwendet.

    1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

    10 kGy = 1 Mrad

    Die pro Zeiteinheit von einem Produkt absorbierte Strah-lungsenergie, bezogen auf die Masse, ist die Dosisleistung. Deren Hhe spielt beispielsweise bei der Strahlenvernet-zung eine wichtige Rolle.

    1 Gy/s = 1 W/kg = 0,36 Mrad/h

    Die Eindringtiefe von hochenergetischen Elektronen bzw. Gammastrahlen ist von ihrer Energie und der Dichte der bestrahlten Produkte abhngig. Die Maeinheit der Energie ist das Joule (J), frher Elektronenvolt (eV). Elektronenvolt wird auch heute noch hufig verwendet, da man gut hand-habbare Zahlen erhlt.

    1 MeV = 1,6 x 10-13 J = 0,16 pJ (Pikojoule)

    Die Eindringtiefe/Dosisverteilung bei einseitiger Bestrah-lung ergibt sich somit:

    Die Leistung einer radioaktiven Strahlenquelle wird durch ihre Aktivitt charakterisiert. Frher verwendete man die Einheit Curie (Ci), benannt nach Marie und Pierre Curie, die zusammen mit Antoine Henri Becquerel 1903 den Nobel-preis fr die Entdeckung der Radioaktivitt erhielten. Heut-zutage benutzt man die SI-Einheit Becquerel (Bq).

    Das Becquerel gibt die Anzahl der Atome an, deren Zerfall nach der Statistik des radioaktiven Zerfalls pro Sekunde erwartet wird.

    1 Bq = 1/s

    1 Ci = 3,7 x 1010 Bq = 37 GBq

    s = 5,1 E - 2,6

    5

  • 666

    Unterschiede zwischen Elektronen- und Gammastrahlen

    Durchdringungsfhigkeit und Dosisleistung

    Der Hauptunterschied zwischen den beiden Strahlenarten besteht in ihrer Durchdringungsfhigkeit: Betastrahlung ent-spricht eher einer Partikelstrahlung und weist daher eine be-grenzte Eindringtiefe auf. Gammastrahlen hingegen haben als elektromagnetische Strahlung eine wesentlich hhere Durch-dringungsfhigkeit.

    In Anlagen mit Elektronenbeschleunigern wird mit beschrnkter Eindringtiefe bei hohen Dosisleistungen gearbeitet, in Gamma-anlagen hingegen mit einer hohen Durchdringungsfhigkeit bei geringerer Dosisleistung.

    Die Dosisleistung hngt ab von der installierten Gesamtaktivi-tt. Anwendungstechnisch bedeutet dies, dass in Elektronen-beschleunigern die Dosis innerhalb von Sekunden aufgebracht wird, fr die in der Gam-maanlage Stunden ben-tigt werden. Dafr lassen sich in der Gammaanlage grere Volumina gleich-zeitig bestrahlen.

    Dosis (%)

    0

    50

    100

    2 4 6Flchengewicht (g/cm)

    Durchdringungsfhigkeit

    Gamma 60CoElektronen 5 MeV

    8 10

    150

    0

    Durchdringungsfhigkeit

  • Unte

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    Gammastrahlen

    1

    4

    1 gekapselte Co-Strahlenquelle2 -Quanten3 Sekundrelektronen4 bestrahlte Materie

    3

    2

    60

    Gammastrahlen

    Elektronenstrahlen

    1

    4

    1 Eindringtiefe der Elektronen2 Primrelektronen3 Sekundrelektronen4 bestrahlte Materie

    3

    2

    Elektronenstrahlen

    Fr die Vernetzung von polymeren Werkstoffen werden hauptschlich Elektronenstrahlen verwendet, da relativ hohe Bestrahlungsdosen erforderlich sind. Bei kompakten Bauteilen kann wegen der hheren Eindringtiefe aber auch Gammabestrahlung eingesetzt werden. Generell lsst sich feststellen, dass polymere Werkstoffe bei einer Bestrahlung durch die wesentlich krzere Einwirkdauer von Elektronenstrahlen deutlich weniger oxidativ beein-trchtigt werden.

    Gammaanlagen kommen heute hauptschlich zur Strahlensterilisation bzw. Entkeimung zum Einsatz.

    Aus rein physikalischen Grnden erzeugen die von BGS eingesetzten Strahlenquellen Elektronenbeschleuniger bis zu einer maximalen Energie von 10 MeV oder Gammastrah-len ausgehend vom Kobaltisotop 60Co keine Radioaktivitt.

    Elektronen dringen in die Materie ein. Dabei werden die Molekle im bestrahl-ten Material angeregt und ionisiert.

    -Quanten dringen in die Materie ein. Durch verschiedene Wechselwirkungs-prozesse entstehen Sekundrelektronen, die wiederum Mole-kle im bestrahlten Material anregen und ionisieren.

    7

  • 8

    1 Hochspannungserzeugung2 Kathode3 Beschleunigerrhre4 Scanner5 Frdersystem mit Kartons6 Drucktank mit Isoliergas7 Betonabschirmung

    1

    4

    3

    2

    7

    6

    5

    1 Hochspannungserzeugung2 Kathode3 Beschleunigerrhre4 Scanner5 Frdersystem mit Kartons6 Drucktank mit Isoliergas7 Betonabschirmung

    1

    4

    3

    2

    7

    6

    5

    88

    Das Prinzip der Elektronenbestrahlung

    Schema eines Elektronenbeschleunigers

    mit Kartonhandling.

    Nutzung beschleunigter Elektronen

    Das Prinzip eines Elektronenbeschleunigers ist mit der Braunschen Rhre vergleichbar. Eine beheizte Glhkathode emittiert Elektronen, die in einem elektrischen Feld auf rund 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Die Ge-schwindigkeit ist abhngig von der zwischen Glhkathode und Anode (Erdpotential) anliegenden Spannung.

    Die Hochspannung wird an die unter Hochvakuum stehende Beschleunigerrhre gelegt. Die Elektronen, die aus der Kathode austreten, werden gebndelt und beschleunigt. In einem ma-gnetischen Wechselfeld wird der Strahl so abgelenkt, dass er am Ende des Scanners als aufgefcherter Elektronenstrahl auf das zu bestrahlende Produkt trifft. Die Eindringtiefe hochener-getischer Elektronen ist von ihrer Energie und damit von der Beschleunigungsspannung abhngig.

    Die Teile des Beschleunigers sind in einem Drucktank mit Iso-liergas untergebracht, um Spannungsberschlge zu vermei-den. Der Scanner mit dem Elektronenaustrittsfenster und die gesamte Anlage sind mit Betonwnden umgeben. Dies stellt sicher, dass der Elektronenstrahl und die entstehende Rntgen-bremsstrahlung absorbiert werden. Somit ist eine Gefhrdung der an der Anlage ttigen Personen vollstndig ausgeschlos-sen. Bei abgeschaltetem Strahlstrom knnen die Bestrahlungs-rume gefahrlos betreten werden.

    Je nach Art der Produkte sind unterschiedliche Handlingsyste-me notwendig. Endlosprodukte etwa werden umgespult und als Endlosstrang durch das Bestrahlungsfeld gefhrt. Es gibt jeweils spezielle Vorrichtungen, um jedes Produkt unter dem aufgefcherten Elektronenstrahl hindurchzufhren und eine gleichmige Bestrahlung zu gewhrleisten: auf Trommeln ge-wickeltes Stranggut (Rohre, Kabel, Schluche) ebenso wie in Kartonagen verpackte Artikel oder Schttgter.

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  • 101010

    Stranggut wird zur Bestrahlung von der Trommel abgewickelt. ber Umlenkrollen gelangt es durch die Abschir-mung hindurch in den Bestrahlungsbereich. Dort wird das Stranggut in mehreren Lagen unter dem Strahlenfeld durchge

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