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BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG

http://www.bgs.eu/
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29.05.2019

Gamma- & Betastrahlen

Beta-, wie auch Gammastrahlung eignet sich für die Sterilisation. Der Hauptunterschied zwischen ihnen ist ihre Eindringtiefe in das Material und die Dosisrate:
  • Betastrahlen: hohe Dosisrate und eingeschränkte Eindringtiefe
  • Gammastrahlen: hohe Eindringtiefe und relative geringe Dosisrate

Die energiereichen Beta- oder Gammastrahlen zerstören die DNS von Mikroorganismen und machen sie so unschädlich. Strahlensterilisation ist daher der einzige Prozess, Produkte in ihrer Verpackung sterilisiert ohne die Temperatur entscheidend zu erhöhen und ohne Chemikalien einzusetzen, die stets das Risiko von Rückständen beinhalten. Sogar die verkeimten 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.

Betastrahlen

Betastrahlen zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, einzelne Verpackungen innerhalb von wenigen Sekunden zu behandeln. Dadurch kann bei optimalen Bedingungen eine ganze LKW-Ladung innerhalb von wenigen Stunden sterilisiert werden. Ihr Vorteil: Produkte können ohne Verzögerung verarbeitet werden – ohne Lagerung und die damit verbundenen Kosten. Die geringe Eindringtiefe macht es erforderlich, dass die Produkte in ihren Kartonagen von den Transportpaletten abgepackt, verarbeitet und wieder zurückgestapelt werden müssen. An unserem Standort in Saal verarbeitet eine voll-automatisierte Anlage große Produktmengen in einer sehr kurzen Zeit. Betastrahlen oder 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. Die Produkte werden mit Hilfe einer geeigneten Transportanlage durch das Bestrahlungsfeld geführt. Die Prozesscharakteristik der Betastrahlung unterscheidet sich grundsätzlich von der Bestrahlung mit Gammastrahlen. Die Produkte werden in der Regel in der Transportverpackung als einzelne Kartons, als loses Schüttgut oder als Endlosstrang abgewickelt und wieder aufgewickelt durch den Bestrahlungsprozess geführt. Der Bestrahlungsprozess dauert nur wenige Sekunden. Die mögliche Schichthöhe des Bestrahlungsgutes hängt dabei von der Dichte, dem Packschema und der Energie der Elektronen ab.
 

Gammastrahlen

Im Gegensatz zu Elektronenbeschleunigern, in denen der Bestrahlungsvorgang in wenigen Sekunden erfolgt, dauert die Bestrahlung in der Gamma-Anlage einige Stunden. Die Gammastrahlen entstehen durch den Zerfall des radioaktiven Isotops Kobalt-60 (60Co). Sie haben eine hohe Eindringtiefe und durchdringen komplette Paletten oder Gebinde. Die zu bestrahlenden Produkte können im Regelfall direkt auf den Anlieferungspaletten (Industriepalette: 1,20 x 1,00 m, Europalette: 1,20 x 0,80 m, Höhe bis zu 1,90 m) durch den Bestrahlungsprozess geführt werden. Die Paletten gelangen durch ein Fördersystem in die Anlage und umlaufen die Quellenwand mit den Strahlenquellen. Die Steuerung stellt sicher, dass jede Palette die jeweils festgelegte Anzahl an Umläufen absolviert. So wird die festgelegte Gesamt-Bestrahlungsdosis für jedes Produkt exakt eingehalten. Die Gamma-Anlage bei BGS kann unterschiedliche Produkte mit unterschiedlichen Dosen gleichzeitig bestrahlen. Zum gefahrlosen Betreten der Bestrahlungsanlage wird die Quellenwand in ein über acht Meter tiefes Wasserbassin abgesenkt, dessen Wassersäule als Abschirmmedium dient.
 
 
 

Produkte / Materialien

Eine wichtige Entscheidung ist die Auswahl der Materialien, die sehr unterschiedlich auf die Strahlung reagieren können. Metalle und die meisten anorganischen Materialien werden durch Strahlung nicht verändert, obwohl bei transparenten Materialien farbliche Veränderungen auftreten können. Polymere erfahren zwei prinzipiell unterschiedliche Reaktionen, die parallel auftreten und deren Verlauf von den chemischen Eigenschaften abhängen. Das Endergebnis hängt von der vorherrschenden Reaktion ab:

Vernetzung

Die Strahlung erzeugt freie Radikale in der Polymermatrix, die durch den Bruch chemischer Bindungen entstehen. Diese Radikale können sich neu verbinden und neue chemische Bindungen eingehen, was zu einem dreidimensionalen Netzwerk mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Hitzebeständigkeit sowie der chemischen und mechanischen Beständigkeit führt. Einige Polymere sind so reaktionsträge, dass zur Erreichung eines ausreichenden Vernetzungsniveaus spezielle Vernetzungsbeschleuniger erforderlich sind, die dem Polymercompound in geringen Mengen zugesetzt werden müssen. Der Hauptvorteil der Strahlenvernetzung besteht darin, dass sie bei niedrigen Temperaturen (Raumtemperatur) stattfindet und in der Regel keine chemischen Zusätze erforderlich sind, so dass keine Verunreinigung mit Rückständen auftritt.

Kettenspaltung (Abbau)

Einige Materialien reagieren in Form einer Kettenspaltung (Abbau). In diesem Fall wird das Molekulargewicht im Verhältnis zu der eingesetzten Strahlendosis reduziert. Dadurch verliert das Material seine Festigkeit und wird spröde. Für einige Anwendungen ist dies ein unerwünschter Effekt, da er die Funktion negativ beeinflusst. Bei anderen Materialien kann dies ein gewünschter Effekt sein, da das Molekulargewicht sehr präzise eingestellt werden kann, sodass die Fließ- und Verarbeitungseigenschaften (Rheologie) gezielt modifiziert werden können. Die Modifizierung von Stärke, Zellulose oder Polypropylen sind wichtige Beispiele für die Anwendung dieses Effekts.

Liste geeigneter Materialien