Kde najdete průmyslovou ozařovnu? Navštivte online databázi a zjistíte to.

Mezinárodní agentura pro atomovou energii se sídlem ve Vídni spravuje aktualizovanou databázi průmyslových ozařoven (DIIF), která obsahuje interaktivní mapu s informacemi o téměř 300 gama ozařovačích a urychlovačích elektronů z celého světa. DIIF je nástroj, který pomáhá organizacím a společnostem najít zařízení nejvhodnější pro ozařování jejich výrobků. Výzkumné skupiny a odborníci mohou také využít databázi k nalezení příležitostí pro školení a spolupráci.

Na rozdíl od jiných podobných databází je DIIF zdarma jak pro uživatele, tak pro ozařovny. Uživatelé mohou najít podrobnosti o každém zařízení, včetně aktivity zdroje či typu použitého urychlovače. DIIF také obsahuje a bude obsahovat nadcházející akce, publikace a e-learningové materiály MAAE týkající se radiačních technologií.

K čemu se ionizující záření používá

Ionizující záření může modifikovat fyzikální, chemické a biologické vlastnosti materiálů. Jeho nejběžnější aplikace zahrnují sterilizaci výrobků zdravotní péče, ozařování potravin, ochranu životního prostředí a modifikaci materiálů pro výrobu polymerů. Jedná se o jednu z nejekologičtějších a nákladově nejefektivnějších metod, které jsou v těchto oblastech k dispozici.

Záření gama

Zdravotnictví

Aplikace radioizotopů prošly od jejich prvního praktického použití před více než stoletím dlouhou cestu. Jednou z nejběžnějších aplikací radioaktivních zdrojů je sterilizace zdravotnických výrobků, včetně zdravotnických prostředků a léčiv. Radiační sterilizace může proniknout do výrobků, i když jsou uzavřeny v neprodyšném obalu, což zjednodušuje výrobní a distribuční proces. Běžně se sterilizují implantabilní prostředky (ortopedické implantáty, stenty atd.), stejně jako tkáňové vzorky pocházející od lidských dárců, aby se zvýšila zdravotní bezpečnost pacientů. Jako zdroj gama záření slouží ⁶⁰Co, izotop kobaltu. Vzhledem k obrovskému objemu produktů, které je třeba sterilizovat, se zpracování obvykle provádí ve velkých komerčních zařízeních gama obsahujících MCi (desítky PBq) množství kobaltu 60. (Poznámka: Ci (curie) je starší jednotkou aktivity, ale v oboru se stále používá, přestože platí novější jednotka Bq (becquerel).)

Potravinářství

Vysokoaktivní zdroje se také používají pro konzervaci potravin a fytosanitární aplikace. Aby se prodloužila trvanlivost potravin během přepravy a skladování, je třeba je chránit před škůdci a plísněmi. Kromě toho musí být přepravované produkty prosté dalších škodlivých organismů, které by mohly narušit životní prostředí nebo zemědělské oblasti, v nichž jsou získávány. V mnoha zemích se ozařování potravin kobaltem 60 běžně používá k prevenci klíčení nebo hniloby, ke zpoždění zrání a ke snížení rizika onemocnění z potravin.

Eradikace hmyzu

Sterilní hmyzí technika (SIT) je další běžnou aplikací zdrojů gama. Tato metoda hubení škodlivého  hmyzu (mouchy tse-tse způsobující spavou nemoc, komárů přenášejících malárii, ovocných škůdců, apod.) zahrnuje radiační sterilizaci cílových škůdců, následovanou systematickým celoplošným vypouštěním sterilních samců, aby se pářili s divokými samicemi bez produkce potomků. SIT se ukázal jako úspěšný, vymýtil několik hmyzích škůdců v různých regionech po celém světě.

Typy ozařoven

Odhaduje se, že ve výzkumných ústavech, univerzitách a vládních laboratořích se po celém světě nacházejí stovky tzv. samostínicích zařízení s kobaltem 60 (s až 100 kCi kobaltu). Vzhledem k této jejich nízké aktivitě se však tato nastavení zřídka používají pro průmyslové aplikace. Větší (několik set kCi) výzkumné ozařovače s kobaltem 60 jsou ještě méně časté než samostíněné kobaltové jednotky, nicméně po celém světě je instalováno několik desítek takových zařízení. Typické zařízení tohoto druhu se skládá z betonového bunkru s bazénem nebo stojanem se zdrojem ⁶⁰Co) uprostřed. Výrobky k ozařování jsou obvykle umístěny kolem zdroje, někdy na otočných plochách, aby se mohly ozářit ze všech stran (tzv. gramofonech). Toto nastavení může pojmout větší objemy ozařovaných vzorků ve srovnání s jednotkami se samostíněním. Moderní ozařovny mají systém běžících pásů, které pohybují ozařovaným zbožím kolem zářiče.

Shrnutí použití ozařovačů gama

Průmyslové ozařovače užívající kobalt 60 se používají především pro potravinářské nebo fytosanitární aplikace a sterilizaci zdravotnických prostředků. Pracují buď kontinuálně, nebo méně často v dávkách. Výrobky, které mají být ozařovány, přicházejí na paletách nebo v přepravkách. Ozařování potravin vyžaduje relativně nízké dávky: méně než 1 kGy k potlačení růstu klíčků, zpomalení procesu zrání a zabíjení hmyzu a larev, které se nacházejí v obilí, ovoci a zelenině po sklizni; a až 10 kGy pro ničení patogenů v mase a rybách, kontrolu plísní a prodloužení trvanlivosti čerstvých produktů. Proto ozařování potravin obvykle používá malé (~ 1 MCi) průmyslové ozařovače, které mohou rychle poskytnout dávky 1-10 kGy. Velké průmyslové ozařovače (více než 1 MCi) se používají téměř výhradně pro sterilizaci zdravotnických prostředků, protože mohou dodávat vysoké dávky potřebné pro zdravotnické výrobky (25 - 50 kGy) při vysoké rychlosti. Odhaduje se, že asi 500 MCi kobaltu 60 je instalováno v asi 200 zařízeních ve světě.

Elektronový paprsek a rentgen 

Mnoho vlád a mezinárodních organizací se obává o zabezpečení zdrojů s vysokou aktivitou např. před teroristy,  poskytuje proto institucionální podporu pro přijetí a vývoj neradioizotopových alternativ. Nejběžnější náhradou za radioaktivní zdroje jsou rentgenové trubice a urychlovače elektronů. Hlavní výhodou těchto alternativních technologií je možnost jejich zapnutí a vypnutí a jejich minimální bezpečnostní rizika. Tyto přístroje nemohou produkovat zbytkovou radioaktivitu, a proto nevedou k radioaktivnímu odpadu. Historicky byly takové urychlovače složité a poměrně drahé. V poslední době však bylo vyvinuto mnoho modelů pro různé aplikace a mnoho z nich je kompaktních, všestranných a také mnohem spolehlivějších.

RTG

Jedním z nejrozšířenějších zdrojů rentgenového záření je rentgenová trubice - jednoduchý nástroj, vyvinutý již před více než stoletím, ale stále široce používaný v medicíně, průmyslu a vědě. Rentgenová trubice se skládá z katody, která emituje elektrony. Zrychleny elektrickým polem bombardují kovovou anodu. Jak dopadající paprsek elektronů prochází anodou, jsou primárně zpomaleny Coulombovým polem obklopujícím atomová jádra. Rozdíl mezi počáteční energií elektronu a jeho konečnou energií je vyzářen ve formě fotonů, známých také jako bremsstrahlung (brzdné záření). Energetické spektrum fotonů brzdného záření je spojité, od téměř nuly až po aplikované napětí. Rentgenové trubice jsou jednoduché, kompaktní a robustní; jejich energetický výkon je však omezen na několik set keV (kiloelektronvoltů), což je méně než energie záření gama emitovaného cesiem 137 a kobaltem 60. (Elektronvolt odpovídá kinetické energii elektronu urychleného ve vakuu napětím jednoho voltu. Používá se k měření malých množství energie zejména v částicové fyzice.)

Elektronové urychlovače

Používají elektronová děla (katody) k výrobě kolimovaného elektronového paprsku, který je urychlován buď stejnosměrným napětím, nebo mikrovlnnými dutinami. Velké stroje mohou urychlovat elektrony na stovky GeV, avšak pro průmyslové účely by energie elektronů neměla překročit 10 MeV a pro některé aplikace by měla být ještě nižší. Této energie lze dosáhnout i poměrně malými jednotkami. Elektrony s vysokou energií se mohou použít okamžitě bez úpravy („tak, jak jsou“), což je vhodné pro ozařování produktů s nízkou hustotou nebo tenkých produktů. Alternativně mohou být převedeny na rentgenové záření pomocí konvertoru - tenké desky materiálu z wolframu nebo tantalu. Výsledné rentgenové paprsky jsou vysoce pronikavé, ale účinnost procesu přeměny nepřesahuje více než několik procent. Střední energii fotonů brzdného záření lze zhruba odhadnout na jednu třetinu energie elektronového paprsku. Elektronový paprsek 9 MeV tedy vede k průměrné energii fotonů asi 3 MeV a elektronový paprsek 4 MeV bude ekvivalentem energie gama ze zdrojů kobaltu 60.

Porovnání použitelnosti gama a urychlovačů

K zajištění vysokých dávkových příkonů potřebných pro vysokou průchodnost produktem by bylo zapotřebí spolehlivých urychlovačů dodávajících jak svazky s vysokou energií (až 10 MeV, jak to dovolují místní předpisy), tak s vysokým výkonem (desítky kW). Pouze hrstka společností na světě však vyrábí takové stroje a ty jsou stále relativně složité a drahé. Aby bylo možné nahradit průmyslové kobaltové ozařovače, měl by být v každém zařízení instalován více než jeden urychlovač – jak pro zajištění propustnosti, tak pro zajištění zálohy v případě údržby nebo odstávky.

Tabulka použití

​

Interaktivní mapa s informacemi o téměř 300 gama ozařovačích a urychlovačích elektronů z celého světa je součástí nové online databáze MAAE. 

 Programy MAAE pro aplikace ozařování 

Prostřednictvím programu technické spolupráce podporuje MAAE tyto aktivity v rozvojových zemích a pomáhá budovat místní kapacity. Rovněž organizuje a vede školicí kurzy a workshopy, poskytuje individuální školení personálu a vysílá odborníky do radiačních zařízení v členských státech, kde je potřebná pomoc. To vše lze provádět mnohem účinněji a efektivněji pomocí komplexního seznamu radiačních zařízení působících v členských státech.

Databáze může sloužit jako cenný nástroj pro vytváření vztahů mezi regionálními a meziregionálními zařízeními. Adresáře ozařoven využívajících gama záření a radioizotopy byly poprvé zveřejněny v roce 2004 a 2007 na základě informací poskytnutých MAAE prostřednictvím dotazníků rozeslaných organizacím zapojeným do provozu těchto zařízení v členských státech. Současná databáze je jejich aktualizací. Ozařovací zařízení jsou klasifikována podle geografické oblasti, země, typu stroje a energetického dosahu paprsku nebo aktivity, použití a kapacity ⁶⁰Co.

Navzdory veškerému  úsilí je spravedlivé předpokládat, že tento adresář není úplný. Tato technologie se také rychle rozšiřuje, a proto je ještě důležitější udržovat informace v tomto adresáři aktuální. 

Zdroj:  DIIF webpage

Další webstránky: Gamma Industry Processing Alliance (GIPA)

The International Irradiation Association (iia)

The Office of Radiological Security (ORS), NNSA, US DOE

World Nuclear University (WNU), School on Radiation Technologies​