Techniki akceleratorowe – wiązka elektronów

Dysponent: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie

Kontakt: mgr inż. Ewa Pańczyk 

Opis metody

Jedną z najnowszych technik stosowanych w procesie dekontaminacji i sterylizacji mikrobiologicznej, jest metoda radiacyjna. Jest ona jedną z najbardziej skutecznych i bezpiecznych metod higienizacji i sterylizacji produktów i wyrobów rolno-spożywczych, medycznych, farmaceutycznych i kosmetycznych. Napromieniowanie nie pozostawia żadnych pozostałości i nie powoduje zmian użytkowych w napromieniowanym produkcie. Promieniowanie jonizujące może oddziaływać bezpośrednio z cząsteczką DNA wywołując jonizację zasad – jest to tzw. efekt bezpośredni lub poprzez radiolizę cząsteczek wody obecnych w komórce – jest to tzw. efekt pośredni. W wyniku radiolizy wody powstaje bardzo reaktywny rodnik hydroksylowy. Liczne dane eksperymentalne wskazują, że rodnik hydroksylowy jest uważany za główną, aktywną formę tlenu odpowiedzialną za powstawanie większości oksydacyjnych uszkodzeń w DNA. W ten sposób promieniowanie eliminuje skutecznie bakterie chorobotwórcze, niszczy zarodniki pleśni i grzybów oraz zabija szkodniki (owady, larwy, jaja). Procesowi napromieniowania nie towarzyszy wzrost temperatury dekontaminowanego produktu, który mógłby wpływać niekorzystnie na materiał. W zależności od dawki promieniowania obserwuje się wzrost temperatury w granicach maksymalnie kilku stopni. Dekontaminacja za pomocą wiązki elektronów jest procesem bardzo szybkim – przejście obiektu pod wiązką elektronów trwa kilka sekund, co czyni ten proces bardzo wydajnym. W ciągu krótkiego czasu można zdekontaminować bardzo dużą ilość obiektów, co umożliwia zastosowanie tej technologii do masowej dekontaminacji zbiorów muzealnych lub bibliotecznych. W porównaniu z promieniowaniem gamma dużo krótszy czas odkażania zbiorów za pomocą wiązki elektronów gwarantuje znacznie mniejsze efekty oksydacyjne i zapobiega potencjalnej degradacji materiału. Istnieje również możliwość prowadzenia procesu w opakowaniach barierowych, co zapobiega wtórnemu zakażeniu zbiorów po dekontaminacji. Obiekty odpowiednio zapakowane i dostarczone do radiacyjnej dekontaminacji przez zleceniodawcę pozostają nienaruszone przed, w trakcie i po sterylizacji, gdyż proces odbywa się bez żadnej ingerencji w zapakowane obiekty. Metoda dezynfekcji za pomocą wiązki elektronów jest bezpieczna, zarówno dla wykonujących dezynfekcję osób, jak i dla późniejszych użytkowników dezynfekowanych materiałów, czytelników, a także dla środowiska naturalnego.

Zastosowanie

W dekontaminacji obiektów zabytkowych metoda znajduje przede wszystkim zastosowanie do:

• Przedmiotów wykonanych z papieru, archiwaliów, książek, dokumentów
• Tkanin
• Przedmiotów wykonanych ze skóry
• Przedmiotów wykonanych z drewna, kamienia, metalu (w zależności od rozmiarów i gęstości materiału, z którego wykonany jest przedmiot dekontaminacja powierzchniowa lub dekontaminacja w całej objętości)

Metoda dekontaminacji przy wykorzystaniu wiązki elektronów eliminuje skutecznie bakterie, niszczy zarodniki pleśni i grzybów oraz zabija szkodniki (owady, larwy, jaja).

Aparatura

Instytut Chemii i Techniki Jądrowej dysponuje siedmioma akceleratorami elektronów o różnych parametrach:

 Najczęściej wykorzystywanym akceleratorem do dekontaminacji obiektów zabytkowych i archiwaliów jest akcelerator Elektronika 10-10 o następujących parametrach:

Warunki prowadzenia procesu:

Proces jest prowadzony w temperaturze pokojowej. Odpowiednio zapakowane obiekty (rys. 1) transportowane są do komory napromieniowania i po dekontaminacji wracają do miejsca załadunku (rys. 2).  Ograniczeniem szerokości dekontaminowanych obiektów jest szerokość przemiatania, która wynosi 65 cm. Kolejnym aspektem jest ograniczony zasięg penetracji wiązki elektronów w dekontaminowanym materiale, co stwarza wymagania odpowiedniego zapakowania dekontaminowanych obiektów. Równocześnie z procesem dekontaminacji wiązką elektronów prowadzona jest dozymetria, co gwarantuje dostarczenie do dekontaminowanego materiału równomiernej, ściśle określonej, efektywnej dawki promieniowania. Proces odbywa się beż żadnej ingerencji w zapakowane obiekty a przejście obiektu pod wiązką elektronów trwa kilka sekund.

Rys. 1. Dekontaminowane obiekty transportowane do komory napromieniowania

Rys. 2. Komora napromieniowania z oknem akceleratora

Przykładowe wyniki zastosowania dekontaminacji obiektów przy pomocy wiązki elektronów można znaleźć w publikacjach:

1. Leliwa Kania ,L. Gradoń , Badanie efektów radiolizy zachodzących przy dezynfekcji papieru promieniowaniem jonizujacym, Prace Wydziału Inżynierii Chemicznej I Procesowej politechniki Warszawskiej, T. XXIII z.3-4 (1996) 131-147
2. A. Zinovev, V. S. Skobkin, N. S. Lobanov,O. K. Chugunov, G. Ya. Pizhov, A. Ya. Naidenov, T. P. Dubinina, Radiation sterilization of mail, Atomic Energy, Vol. 100, No. 1, 2006
3. L. Auslender, V. A. Vedernikov, M. A. Grachev,V. V. Drukker, A. I. Korchagin, E. P. Kruglyakov, A. M. Kudryavtsev, N. S. Kulikova, O. G. Netsvetaeva, O. N. Pavlova, V. V. Parfenova, E. A. Semenova, V. I. Serbin, I. A. Terkina, A. V. Tkov, E. P. Chebykin. Sterilization of Mail by Means of an Electron Beam Accelerator. DOKLADY BIOLOGICAL SCIENCES Vol. 385, 2002, pp. 306–309
4. F. Desrosiers. Irradiation applications for homeland security. Radiation Physics and Chemistry 71 (2004) 479–482