本公開(kāi)總體上涉及對(duì)食品的處理以消除生物病原體。更特別地，本公開(kāi)涉及使用高能量執(zhí)行此類處理。
背景技術(shù)：
1、本公開(kāi)討論了滿足若干需求的系統(tǒng)及其相關(guān)聯(lián)操作方法，用于進(jìn)行高能電子束和x射線植物檢疫處理以及食品輻照，以消除害蟲(chóng)，入侵物種、真菌、霉菌以及其他危害，從而鞏固全球食品安全并且延長(zhǎng)保質(zhì)期。目前的植物檢疫和輻照方法主要包括熱水浸泡(破壞質(zhì)地、食品屬性)，冷處理(閃凍)、甲基溴曝光(熏蒸)、co-60伽馬射線照射(放射源)，以及與低能陽(yáng)極(x射線管)或高能靶(電子加速器中的電子束轉(zhuǎn)換器)的軔致輻射x射線輻照。此外，高能x射線及其電子可被用于替代其他方法，對(duì)大宗材料、醫(yī)療設(shè)備，護(hù)膚品、織物、添加劑、生物有機(jī)材料以及原料、種子等進(jìn)行材料滅菌方法(諸如化學(xué)環(huán)氧乙烷處理)。
2、x射線和伽馬射線是優(yōu)選的處理手段，可以解決/克服化學(xué)處理具有持久致癌途徑的缺點(diǎn)。然而，基于3-5mci放射性co-60的當(dāng)前技術(shù)存在重大安全/轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，其全球供應(yīng)有限。通過(guò)傳統(tǒng)靜電系統(tǒng)使用電子軔致輻射x射線發(fā)生器的處理(在x射線管/窗口轉(zhuǎn)換器的情況下)已被限制在150kv至350kv的范圍內(nèi)。前者是使用醫(yī)療和檢驗(yàn)行業(yè)中使用的傳統(tǒng)的x射線管技術(shù)實(shí)施的。1至5mev級(jí)別的靜電系統(tǒng)(諸如pelletron或tandetron)通過(guò)使用諸如w或ta等材料的傳輸轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)類似低頻dc的效率，但其代價(jià)是物理尺寸和重量。這些系統(tǒng)的總功率通常有限，并且不適合高功率輻照。高電流電磁/rf加速器在1至10mev范圍內(nèi)操作，采用傳輸型x射線轉(zhuǎn)換器(高達(dá)7.5mev)和傳輸電子束窗口(高達(dá)10mev)。后者系統(tǒng)通常是采用超大再循環(huán)電子設(shè)備(諸如rhodotrons)或s波段直線加速器設(shè)備的服務(wù)設(shè)備。由于電子生成以及與加速所需的系統(tǒng)尺寸較大，通常采用單一波束將電子束傳輸?shù)酱牌D(zhuǎn)掃頻器(喇叭)中，該磁偏掃頻器在大面積和焦度上擴(kuò)散電子加熱，以生成x射線，或通過(guò)薄窗口使電子束在將被直接輻照的物體上進(jìn)行光柵化。為了實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，大型電子加速器需要250至1000kw才能在傳輸ta軔致輻射轉(zhuǎn)換器或薄箔窗上生成40至240kw的功率。由于大型磁轉(zhuǎn)向喇叭并且功率水平大于40kw，大型設(shè)備以單面方式準(zhǔn)連續(xù)地操作，用于輻照托盤(pán)或大型貨物。
3、食品或材料的輻照通常受到最低劑量要求，以實(shí)現(xiàn)抑制發(fā)芽、殺蟲(chóng)、延長(zhǎng)保質(zhì)期、減少病原體以及消除害蟲(chóng)。同樣，食品或材料在質(zhì)量、味道、結(jié)構(gòu)等方面通常受到最大劑量限制。因此，接收輻射的托盤(pán)或箱子將具有整個(gè)體積(對(duì)單面輻照具有挑戰(zhàn)性)上的輻射劑量檔案?？梢酝ㄟ^(guò)將材料的托盤(pán)或箱子通過(guò)掃描系統(tǒng)運(yùn)行2至4次，以及在隨后的掃描中材料相對(duì)于大加速器旋轉(zhuǎn)90或180度，可以緩解使用單面輻照實(shí)現(xiàn)足夠劑量的輻射的挑戰(zhàn)。這一過(guò)程降低了物理工廠的吞吐量(1/4x)，并且增加了用于運(yùn)輸和材料運(yùn)送的物理成本和占地面積(4x)。輻照系統(tǒng)的物理尺寸、功率處理和復(fù)雜性的改進(jìn)可以減少這種負(fù)面影響。
4、從運(yùn)營(yíng)支出(opex)的角度來(lái)看，能量轉(zhuǎn)換效率對(duì)于設(shè)備連續(xù)操作或者一年的高負(fù)荷操作非常重要。靜電加速提供大于75％的ac至dc轉(zhuǎn)換率，cw操作以及對(duì)電子束生成的廣泛接受。電磁(rf)功率效率較低，遠(yuǎn)小于50％的ac至rf轉(zhuǎn)換率，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本更高，此外電子成本也更高，約為3至10美元/瓦，相對(duì)于dc的1至2美元/瓦的成本來(lái)說(shuō)更高。電磁(mw)的效率甚至更低。然而，電磁電源提供系統(tǒng)尺寸減小的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的靜電加速器具有越來(lái)越大的尺寸，并且加速能量超過(guò)幾mev也會(huì)使這些系統(tǒng)成本高昂。傳統(tǒng)的rf/mw加速器功率非常高(>40kw)以實(shí)現(xiàn)輻照的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。在靜電、基于激光以及rf/mw加速器方面的創(chuàng)新可能支持/實(shí)現(xiàn)新的輻照方式，并且因此解決了本文上述當(dāng)前系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
5、本公開(kāi)的系統(tǒng)以及操作方法解決了已知系統(tǒng)的問(wèn)題，利用了高壓/高梯度材料、電子加速器運(yùn)動(dòng)力學(xué)的進(jìn)進(jìn)展，并提供了高效的功率耦合/傳輸。x射線轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)有助于為改進(jìn)iaea(國(guó)際原子能機(jī)構(gòu))認(rèn)可的5mev軔致輻射光子源提供新的途徑，用于食品的托盤(pán)輻照，以實(shí)現(xiàn)植物檢疫和病原體減少。根據(jù)本公開(kāi)的系統(tǒng)提供高達(dá)7.5mev的x射線源以及高達(dá)10mev的電子束直接輻照系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)本公開(kāi)，本文描述了一種包括多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)的食品輻照系統(tǒng)。多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)中的每一個(gè)緊湊型線性加速器系統(tǒng)包括：提供高達(dá)10mev粒子束的高能粒子束源；發(fā)射靶組件，其被配置為在受到粒子束的粒子撞擊時(shí)生成軔致輻射x射線；和粒子束在從高能粒子束源到發(fā)射靶組件的路徑上穿過(guò)的漂移管。發(fā)射靶組件定位于漂移管的遠(yuǎn)端，用于粒子束的直接撞擊以在定向輻射束中生成軔致輻射x射線。將多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)中的各個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)定位，使得多個(gè)緊湊式直線加速器系統(tǒng)作為群組以規(guī)定的輻射劑量水平為總累積體積提供定向輻射束覆蓋。
2、此外，還描述了一種托盤(pán)輻照系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述總結(jié)的食品輻照系統(tǒng)以及配置為承載支撐待輻照物體的托盤(pán)的運(yùn)輸裝置。
1.一種食品輻照系統(tǒng)，所述食品輻照系統(tǒng)包括多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述漂移管外部以及所述發(fā)射靶組件附近提供有屏蔽準(zhǔn)直器，其中，所述屏蔽準(zhǔn)直器定義所述定向輻射束中的軔致輻射x射線的輻射分散模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述屏蔽準(zhǔn)直器被配置為相對(duì)于所述發(fā)射靶組件進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述輻射分散模式在空間和能量方面被修改。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，相對(duì)于所述發(fā)射靶組件進(jìn)行調(diào)整有助于調(diào)整所述定向輻射束中的軔致輻射x射線的輻射模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射靶組件包括轉(zhuǎn)換器靶材，所述轉(zhuǎn)換器靶材當(dāng)受到所述粒子束的粒子撞擊時(shí)生成所述軔致輻射x射線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)換器靶材的取向是各向異性的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述高能粒子束源是電子加速器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射靶組件允許所述粒子束的粒子通過(guò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述漂移管被配置作為延伸噴嘴。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述粒子束從所述高能粒子束源到所述發(fā)射靶組件的路徑是由外部磁場(chǎng)源限定的彎曲通路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)的高能束源被保持在接近其他高能束源的位置，并且其中，在相應(yīng)漂移管的相應(yīng)彎曲路徑上，將相應(yīng)光束引導(dǎo)到被取向?yàn)橐砸?guī)定的輻射劑量水平為總累積體積提供所述定向輻射束覆蓋的單獨(dú)定位的發(fā)射靶組件。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括局部輻射屏蔽，所述局部輻射屏蔽被定位為將所述定向輻射束的能量遏制在輻照處理空間內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)包括束偏轉(zhuǎn)器，所述束偏轉(zhuǎn)器定位于所述發(fā)射靶組件之前并且被配置為改變所述粒子束朝向所述發(fā)射靶組件上的特定位置的軌跡。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)輻射探測(cè)器，所述輻射探測(cè)器被定位為接收來(lái)自一個(gè)或多個(gè)緊湊型直線加速器系統(tǒng)的能量，其中，所述輻射探測(cè)器提供指示以規(guī)定的輻射劑量水平為總累積體積提供所述定向輻射束覆蓋的信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述輻射探測(cè)器定位于探測(cè)器準(zhǔn)直器內(nèi)，以限定所述輻射探測(cè)器從中接收所述緊湊型直線加速器系統(tǒng)的所述定向輻射束的輻射的體積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括定位于所述總累積體積內(nèi)的校準(zhǔn)單元，所述校準(zhǔn)單元產(chǎn)生由所述輻射探測(cè)器感測(cè)到的校準(zhǔn)輻射。
18.一種托盤(pán)輻照系統(tǒng)，所述托盤(pán)輻照系統(tǒng)包括：