الملحق و

التعقيم باستخدام الإشعاع بوسائل مختلفة

تتشابه عملية التعقيم باستخدام أشعة غاما والأشعة السينية وحزمة أشعة الإلكترون إلى حد كبير من حيث نقل الطاقة والتفاعل. وتتضمن كل من أشعة غاما والأشعة السينية عملية فوتونات من خطوتين تتفاعل مع المادة، بشكل أساسي من خلال تأثير الكومبتون، ثم تودع الإلكترونات الثانوية الناتجة الجرعة وتسبب الضرر للبنية البيولوجية للحمل الحيوي. وفي حالة حزمة أشعة الإلكترون، يتم حذف التفاعل الأولي للفوتونات مع المادة، وبدلاً من ذلك، تتفاعل الإلكترونات مباشرة مع المادة. وأي أن حزمة أشعة الإلكترون هي أكثر طرق التعقيم مباشرة. ويرجع هذا الاختلاف بين مصادر حزمة أشعة الإلكترون وأشعة غاما أو الأشعة السينية إلى أنه يؤدي إلى توزيعات مختلفة للجرعات في المنتج.

تتمتع الأشعة السينية باختراق أفضل قليلاً من أشعة غاما من الكوبالت 60 (راجع الشكل و.1). وكما هو الحال مع أشعة غاما، تولد الأشعة السينية إلكترونات، وهي العامل النشط عند التفاعل مع المنتج المراد تعقيمه. وتولد عملية الإشعاع الإنكباحي أشعة سينية يتم إنشاؤها لغرض التعقيم. وفي العادة يتم توجيه إلكترونات بقدرة 7.5 ميغا إلكترون فولت إلى مادة كثيفة ذات رقم ذري عالٍ مثل التنتالوم. ونظرًا لتشتت الإلكترونات بواسطة ذرات المواد المستهدفة، يتم إنتاج طيف واسع من الأشعة السينية (راجع الشكل و.2). وتكون عملية الإشعاع الإنكباحي غير فعالة للغاية عند قدرة 7.5 ميغا إلكترون فولت؛ ويتم تحويل 10-15 بالمائة فقط من طاقة الإلكترون إلى أشعة سينية. ويتم تبديد الباقي كحرارة في الهدف. ولذلك، لتوليد 15 كيلو واط من طاقة الأشعة السينية، يلزم ما يقرب من 120 كيلو واط من طاقة حزمة أشعة الإلكترون. وتطلق ميغا كوري من الكوبالت 60 ما يقرب من 15 كيلو وات من طاقة الفوتون.

تكون مسرعات حزمة أشعة الإلكترون المستخدمة في التعقيم عادة في نطاق 50 إلى 80 كيلو واط، وهو ما يعادل 3 إلى 5 ميغا كوري (111 إلى 185 غيغا بيكريل) من الكوبالت 60. ومن الممكن أن يصل معدل جرعة حزمة أشعة الإلكترون إلى 20 مللي غراي/ساعة مما يسمح بمعالجة صندوق أو كرتونة المنتج في غضون عشرات الثواني. ويمكن تصميم إنتاجية منشأة حزمة أشعة الإلكترون بحيث تكون قابلة للمقارنة مع منشأة غاما.

يعد معدل الجرعة أحد المعلمات التي قد تسبب اختلافًا في استجابة المادة لأساليب الإشعاع الثلاثة. وتوفر منشأة غاما عادةً ما يقرب من 10 كيلو غراي/ساعة. وبالنسبة لوصفة التعقيم النموذجية (25 كيلو غراي) فإن يعني أن الجهاز يجب أن يبقى في غرفة المشع لمدة 2.5 إلى 3 ساعات. ويمكن أن يكون معدل الجرعة لنظام الأشعة السينية ستة أضعاف معدل غاما، مما ينتج عنه وقت إشعاع يتراوح من 20 إلى 30 دقيقة. ويمكن أن توفر حزم أشعة الإلكترون حوالي 20 مللي غراي/ساعة، ويمكن تشعيع المنتجات هنا خلال ثوانٍ. ويمكن أن يكون هذا الاختلاف في معدل الجرعة مفيدًا أو غير ملائم اعتمادًا على المادة التي يتم تعقيمها. وقد لا يكون لدى بعض التفاعلات غير المرغوب فيها في المواد وقت للتطور بمعدلات جرعات أعلى، مما يحسن من قدرتها على تحمل التشعيع. ومع ذلك، يتسبب وجود 25 كيلو غراي في الماء في زيادة درجة الحرارة بمقدار 6° مئوية. وقد يكون هذا أعلى في مناطق معينة من المنتج اعتمادًا على الاختلافات في الكثافة والعوامل الهندسية الأخرى. ويمكن أن تكون الزيادة الحادة في درجة الحرارة في فترة زمنية قصيرة مصدر قلق أو قد تكون أكثر احتمالًا من قضاء 2 إلى 3 ساعات في بيئة درجة الحرارة المرتفعة لجهاز تشعيع نموذجي يعمل بالكوبالت 60.