МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

Руководство по дозиметрии при обработке пищевых продуктов электронными пучками и рентгеновским (тормозным) излучением

(ISO/ASTM 51431:2005, NEQ)

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия. обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр Учебно-научного производственного комплекса Московского физико-технического института (ООО «Научно-исследовательский центр УНПК МФТИ»)

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 июня 2017 г. № 99-ст)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004—97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004—97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Армения	AM	Минэкономики Республики Армении
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан	KZ	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Россия	RU	Росстандарт
Таджикистан	TJ	Таджике гандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 августа 2017 г. № 809-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34157-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 февраля 2019 г.

5    Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта ISO/ASTM 51431:2005 «Руководство по дозиметрии при обработке пищевых продуктов электронными пучками и рентгеновским (тормозным) излучением» («Standard Practice for Dosimetry in Electron Beam and X-Ray (Bremsstrahlung) Irradiation Facilities for Food Processing», NEQ)

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ.2017

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

5.2    Компоненты установки

Установки для облучения электронным пучком или рентгеновской радиацией включают в себя систему ускорителя электронного пучка; систему транспортировки продукта; экран с системой защиты персонала от облучения; зоны загрузки, разгрузки и хранения продукта согласно нормативным требованиям; вспомогательное оборудование для питания, охлаждения, вентиляции и т.д. ; пункт управления оборудованием; дозиметрическую лабораторию; рабочие помещения для персонала. Рентгеновская установка включает в себя также рентгеновский преобразователь [24]).

5.3    Ускоритель электронов

Ускоритель электронного пучка состоит из источника излучения, оборудования для рассеивания пучка в продукте и вспомогательного оборудования. Эти аспекты подробнее рассматриваются в [23].

5.4    Система транспортировки продукта

5.4.1    Распределение поглощенной дозы в радиационно обрабатываемом пищевом продукте может зависеть от конфигурации системы транспортировки продукта.

5.4.2    Рентгеновские установки

Проникающая способность высокоэнергетических фотонов позволяет обрабатывать большие контейнеры или полные грузовые поддоны пищевых продуктов. Необходимый для оптимального использования энергии фотонов и достижения равномерного распределения дозы размер контейнеров зависит от максимальной энергии фотонов и плотности продукта. Узкое угловое распределение радиации заставляет отдать предпочтение использованию непрерывно перемещающихся конвейеров, а не систем прерывистого перемещения состановками, так как это улучшает равномерность распределения дозы.

5.4.3    Электронные установки

Размер технологической загрузки, необходимый для оптимального использования энергии пучка электронов и обеспечения равномерности дозы, зависит от энергии электронов и плотности продукта. Обычно используются две различных конфигурации.

5.4.3.1    Конвейеры или транспортеры

Для прохождения через электронный пучок технологические загрузки с пищевыми продуктами помещаются на транспортеры или конвейеры. Скорость конвейеров или транспортеров регулируется таким образом, чтобы обеспечить требуемую дозу облучения. См. также примечание к 9.4.3.2.

5.4.3.2    Системы сплошного потока

При облучении жидких или гранулированных пищевых продуктов типа зерна могут быть использованы сплошные потоки продукта, проходящие через зону облучения.

6 Дозиметрические системы

6.1    Для измерения поглощенной дозы используются дозиметрические системы. Они состоят из дозиметров, измерительной аппаратуры, прилагаемых к ней эталонов, а также методик использования дозиметрической системы (см. [6]. [8]—[19]).

Примечание — Полное рассмотрение различных методов дозиметрии, применяемых к типам облучения и величинам энергии, обсуждаемым в данном руководстве, см. в [16]. [20]. [21]. [22]. [43].

6.2    Описание классов дозиметров

Дозиметры могут быть разделены на четыре основных класса в соответствии с их относительным качеством и областью применения: первичные эталонные дозиметры, референсные эталонные дозиметры. эталонные дозиметры-переносчики и рабочие дозиметры. Информация по выбору систем дозиметров для различных применений указана в [6]. Все классы дозиметров, за исключением первичных эталонных дозиметров, требуют калибровки перед применением.

6.2.1 Первичные эталонные дозиметры

Первичные эталонные дозиметры создаются и поддерживаются национальными лабораториями эталонов с целью калибровки радиационного окружения (радиационных полей) и для калибровки остальных классов дозиметров. Двумя наиболее часто применяемыми типами первичных эталонных дозиметров являются ионизационные камеры и калориметры.

ГОСТ 34157-2017

6.2.2    Референсные эталонные дозиметры

Используются для целей калибровки радиационного окружения и калибровки рабочих дозиметров. Референсные эталонные дозиметры допускается также использовать какрабочие дозиметры. Примеры референсных эталонных дозиметров, вместе с диапазонами измеряемых поглощенных доз, приведены в [6].

6.2.3    Эталонные дозиметры-переносчики

Представляют собой специально отобранные дозиметры, применяемые для переноса информации о поглощенных дозах из аккредитованных лабораторий или национальных лабораторий эталонов на установки для облучения в целях обеспечения прослеживаемости результатов измерений, проводимых на этих установках. Эти дозиметры следует использовать, тщательно соблюдая условия их применения. указанные выпускающими лабораториями. Эталонные дозиметры-переносчики могут быть отобраны либо из числа референсных эталонных дозиметров, либо из рабочих дозиметров, с учетом критериев, перечисленных в (б).

6.2.4    Рабочие дозиметры

Рабочие дозиметры допускается использовать для контроля качества процесса облучения, мониторинга поглощенной дозы и картирования поглощенной дозы. Для гарантирования достоверности и точности измерений необходимо использовать правильные методики дозиметрии, включая калибровку. Примеры рабочих дозиметров, вместе с диапазонами измерения поглощенных доз, приведены в (6).

6.3    Выбор дозиметрических систем

Выбор дозиметрических систем, подходящих для определенных радиационных технологий на данном оборудовании, следует производить на основе критериев выбора, перечисленных в [6].

В процессе выбора необходимо для каждой дозиметрической системы учитывать поведение ее характеристик по отношению к существенным влияющим факторам и неопределенность результата измерения, которую дает выбираемая система. При применении ускорителя важно учитывать влияние на показания дозиметра мощности поглощенной дозы, (средней и пиковой мощности дозы в случае импульсных ускорителей), частоты и ширины импульса (при необходимости). Некоторые из дозиметрических систем, подходящих для гамма-излучения от радионуклидов (например ^Со). могут быть также пригодны для рентгеновского излучения (44).

Примечание — Дозиметры, состоящие о основном из воды или углеводородных материалов, как правило. пригодны как для гамма-излучения от радионуклидов, так и для рентгеновского излучения. Некоторыми исключениями являются дозиметры, содержащие существенные количества веществ с элементами высоких а томных номеров, которые имеют высокую чувствительность к низкоэнергетическим фотонам в спектре рентгеновского излучения. Следует отметить, что мощность дозы рентгеновского излучения может быть выше, чем у источника гамма излучения, применяемого для радиационной обработки, особенно в случае продуктов, проходящих вблизи от преобразователя. Зависимость показаний дозиметров от мощности дозы должна учитываться в методике их калибровки [45]. [46].

6.4    Калибровка дозиметрических систем

6.4.1    Калибровку дозиметрической системы следует выполнять перед ее использованием и впоследствии периодически с некоторым интервалом, в соответствии с документально оформленной методикой пользователя, определяющей в подробностях процесс калибровки и содержащей требования, гарантирующие качество системы. Требования к калибровке приведены в [6].

6.4.2    Калибровочное облучение

Облучение является важнейшей компонентой процедуры калибровки дозиметрической системы. Приемлемый способ выполнения облучения при калибровке зависит от того, используется ли дозиметр в качестве референсного эталонного дозиметра, эталонного дозиметра-переносчика или рабочего дозиметра.

6.4.2.1 Референсные эталонные дозиметры или эталонные дозиметры-переносчики

Облучение при калибровке следует выполнять в национальной или аккредитованной лаборатории с использованием критериев, указанных в [47].

6.4.2    2 Рабочие дозиметры

Облучение при калибровке допускается выполнять указанными ниже способами:

а)    в национальной или аккредитованной лаборатории с учетом критериев, установленных в [47].

б)    на местном калибровочном оборудовании, создающем поглощенную дозу (или мощность поглощенной дозы), измерение которой обладает свойством прослеживаемости до эталонов, признанных на национальном или международном уровне.

9

в; на производственном излучателе при реальных условиях производственного облучения, совместно с референсными эталонными дозиметрами или эталонными дозиметрами-переносчиками. обеспечивающими прослеживаемость результатов измерений до эталонов, признанных на национальном или международном уровне.

В случаях вариантов а) или б), получаемая в результате калибровочная кривая должна быть проверена в реальных условиях ее применения.

6.4.3 Калибровка измерительной аппаратуры и проверка ее работоспособности

При проведении калибровки аппаратуры и проверки работоспособности аппаратуры между калибровками необходимо использовать требования [6]. соответствующие стандарты ISO/ASTM или ASTM по дозиметрическим системам и/или специальные руководства по эксплуатации аппаратуры.

7    Технологические параметры

7.1    Параметры, характеризующие компоненты оборудования для облучения, технологические загрузки и условия облучения, называются технологическими параметрами. Установка этих параметров и дальнейшее управление ими будет определять поглощенную дозу в продукте.

7.2    В случае облучающего оборудования на основе генерируемого ускорителем излучения (электронного и рентгеновского) к технологическим параметрам относятся следующие.

7.2.1    Характеристики электронного пучка (например, энергия электронного пучка, ток электронного пучка, частота импульсов, длительность импульсов, поперечное сечение пучка, конструкция рентгеновского преобразователя).

7.2.2    Характеристики рассеяния электронного пучка (например, ширина сканирования, частота сканирования, апертура коллиматора).

7.2.3    Характеристики способа транспортировки продукта (например, скорость конвейера).

7.2.4    Характеристики загрузки продукта (например, размер технологической загрузки, насыпная плотность продукта, ориентация продукта).

7.2.5    Геометрия облучения (например, одно- или двустороннее облучение, использование нескольких проходов, наличие отражателей).

7.3 Первые три набора параметров (7.2.1,7.2.2 и 7.2.3) характеризуют облучающее оборудование вне зависимости от продукта или технологии. Эти параметры называются рабочими параметрами.

Примечание — Процедуры оценки операциогшогокачества(СЮ)имеютделосрабочими параметрами. Цель оценки технологического качества (PQ) состоит в определении значений всех технологических параметров (включай рабочие параметры) рассматриваемой радиационной технологии. При повседневной обработке продуктов рабочие параметры непрерывно регулируют и отслеживают для контроля процесса облучения.

8    Оценка качества монтажа установки

8.1    Цель оценки

Целью оценки качества монтажа установки является подтверждение того, что облучающее устройство и связанное с ним технологическое оборудование и измерительная аппаратура были поставлены и установлены в соответствии с техническими условиями. Оценка качества монтажа установки включает: проверку наличия документации на излучатель, связанное с ним технологическое оборудование и измерительную аппаратуру, установление методов испытаний, порядка работы и методики калибровки при их применении, а также подтверждение, что установка работает согласно техническим условиям. Эффективная программа оценки качества монтажа должна гарантировать правильную работу установки для облучения.

8.2    Документация на оборудование

Является документом, содержащим описание установки для облучения и связанного с ним технологического оборудования и измерительной аппаратуры. Эту документацию следует сохранять в течение всего срока эксплуатации установки. Как минимум, документация должна включать следующее.

8.2.1    Описание расположения излучателя (ускорителя) в помещениях исполнителя работ, суказа-нием специальных зон и технических средств, предназначенных для обеспечения раздельного хранения необлученных и облученных продуктов.

8.2.2    Технические условия на ускоритель и его характеристики.

8.2.3    Описание методик работы с излучателем.

8.2.4    Описание конструкции и работы оборудования для транспортировки продукта.

Ю

ГОСТ 34157-2017

8.2.5    Описание материалов и конструкции всевозможных контейнеров, используемых для пищевых продуктов во время облучения.

8.2.6    Описание системы управления технологическим процессом.

8.2.7    Описание всех изменений, имевших место в процессе монтажа излучателя и в последующем.

8.3 Методики испытаний, работы и калибровки

Определение и применение стандартных рабочих методик испытаний, работы и калибровки (если необходимо) установленного излучателя и связанных с ним технологического оборудования и измерительной аппаратуры.

8.3.1    Методики испытаний

Эти методики описывают методы испытаний, применяемые для обеспечения гарантии, что установленный излучатель и связанные с ним технологическое оборудование и измерительная аппаратура работают в соответствии с техническими условиями.

8.3.2    Методики работы

Эти методики описывают способы работы на излучателе и связанном с ним технологическом оборудовании и измерительной аппаратуре в обычном режиме работы.

8.3.3    Методики калибровки

Методики периодической калибровки и поверки, гарантирующие, что установленное технологическое оборудование и измерительная аппаратура продолжают работать в соответствии с техническими условиями. Периодичность выполнения калибровки конкретного оборудования и аппаратуры может устанавливаться надзорными органами. Возможно возникнет необходимость обеспечить прослеживаемость калибровки некоторой части оборудования и аппаратуры до национальной или другой аккредитованной лаборатории эталонов.

8.4 Испытания технологического оборудования и измерительной аппаратуры

Проверяют соответствие работы установленного технологического оборудования и измерительной аппаратуры техническим условиям проекта с помощью методов испытаний, определенных в 8.3.1. Если необходимо, проверяют, чтобы оборудование и аппаратура были калиброваны в соответствии с методиками калибровки, определенными в 8.3.3.

8.4.1    Проводят испытания всего технологического оборудования для проверки удовлетворительной работы излучателя в соответствии с техническими условиями проекта. Документируют все результаты испытаний.

8.4.2    Проводят испытания характеристик измерительной аппаратуры для обеспечения гарантии, что она работает в соответствии с техническими условиями на характеристики. Документируют все результаты испытаний.

8.4.3    Если во время выполнения оценки качества монтажа установки были произведены какие-либо модификации или изменения технологического оборудования или измерительной аппаратуры, необходимо проведение повторных испытаний.

9 Оценка операционного качества

9.1    Цель оценки

Назначение дозиметрии при оценке операционного качества (OQ) состоит в определении базовых данных для оценки прогнозируемости работы установки и воспроизводимости результатов в ожидаемом диапазоне условий работы с точки зрения ключевых рабочих параметров, оказывающих влияние на поглощенную в продукте дозу (48).

В связи с этим дозиметрия применяется для:

9.1.1    Измерения распределения поглощенной дозы в референсном(ых) материале(ах) — этот процесс иногда называют «построением карты (картированием) дозы» (см. 9.3).

9.1.2    Измерения характеристик поглощенной дозы 8 ожидаемом диапазоне рабочих параметров в референсных условиях (см. 9.4).

9.1.3    Получение данных о вариациях поглощенной дозы, когда имеют место статистические флуктуации рабочих параметров в процессе нормальной работы (см. 9.5).

9.1.4    Определение влияния прерывания/повторного старта технологического процесса (см. 9.6).

9.2 Дозиметрические системы

Калибруют дозиметрические системы, применяемые в комплекте оборудования, в соответствии с разделом 6.

11

9.3 Построение карты дозы

9.3.1    Построение карты дозы выполняется путем объемного (в трех измерениях) размещения наборов дозиметров в пределах технологической загрузки, содержащей однородный референсный материал (например, зерно, картон или листы пластмассы), согласно указаниям (49) (см. также (43), (50)). Количество материала в данной технологической загрузке должно соответствовать количеству, ожидаемому во время типовых технологических прогонов, или должно быть равно максимальному проектному объему технологической загрузки.

Примечание — Для повышения пространственного разрешения карты поглощенной дозы (особенно при облучении электронным пучком) могут быть использованы дозиметрические полосы или листы, если отдельных дозиметров для этой цели недостаточно.

9.3.2    Методика построения карты поглощенной дозы, описанная в 9.3.1, может оказаться нереализуемой для некоторых типов излучателей при облучении продукта в сплошном потоке. В таких случаях минимальную и максимальную поглощенные дозы следует оценивать путем использования необходимого числа случайно расположенных дозиметров, перемещающихся вместе с продуктом через зону облучения. Для получения статистически значимых результатов следует использовать достаточное число дозиметров.

Примечание — С помощью метода Монте-Карло (51) могут быть проведены теоретические расчеты, применимые к промышленной радиационной обработке (52). Использование метода интегрирования функции влияния точечного источника (point-kernel method) не рекомендуется для расчетов в случае обработки электронным пучком, но может быть допустимо, если речь идет о рентгеновском облучении (53). Оба эти метода требуют знания точных значений поперечных сечений радиационного взаимодействия для всех материалов, присутствующих в установке между точкой, где определяется поглощенная доза, и точкой, где расположен источник, а также вокруг этих точек. Для такого рода расчетов существуют пакеты программ общего назначения (54). Модели, построенные на основе этих программ, должны быть проверены по дозиметрическим данным, чтобы прогнозирование на их основе было обоснованным. Эмпирические модели, построенные непосредственно поданным дозиметрии, могут быть удовлетворительными, но должны применяться только в пределах экспериментальных данных для конкретного оборудования.

9.3.3    Когда речь идет об аппаратуре для электронного облучения, распределение поглощенной дозы по глубине в однородном референсном материале является особым типом одномерной карты дозы. Оно может быть получено либо в плоской (пакетной) геометрии, либо в клинообразной: в обоих случаях — в сочетании с пленочной дозиметрией (23). Точный вид карты распределения дозы будет различным для различного оборудования, поскольку он зависит от спектра энергии электронного пучка и геометрических параметров облучения (55). Глубина проникновения зависит от энергии электронов.

Примечание — На рисунке 3 приведена иллюстрация типичного распределения дозы по глубине в однородном материале при использовании электронного пучка. Параметры глубины проникновения R^. R^и R^ могут быть использованы при проектировании оптимальной технологической загрузки. При использовании рентгеновской установки распределение дозы по глубине в однородном материале с низким атомным номером является приблизительно экспоненциальным, и проникающая способность рентгеновского излучения с энергией 5 МэВ немного больше, чем гамма-излучения кобальта-60 ((24]. рисунок А1.7).

9.4 Поглощенная доза и рабочие параметры

9.4.1    Доза в продукте зависит от нескольких рабочих параметров (таких как скорость конвейера, ток пучка, энергия пучка, ширина сканирования). В ожидаемом диапазоне этих параметров необходимо определить характеристики поглощенной дозы в референсном материале, используя подходящие методы дозиметрии.

9.4.1.1    Распределение дозы по глубине зависит от энергии пучка и характеристик референсного материала.

9.4.1.2    Поверхностная доза и ее равномерность зависит от скорости конвейера, характеристик пучка и параметров рассеяния пучка.

9.4.2    Распределение дозы по глубине

Для случая электронно-лучевого оборудования определяют распределения дозы по глубине для ожидаемых диапазонов энергии пучка и насыпной плотности референсного материала при одностороннем и двустороннем облучениях.

Примечание — При использовании рентгеновских излучателей спектр энергии и угловое распределение фотонов зависит от конструкции и состава рентгеновского преобразователя, а также от спектра энергии элек-

12

ГОСТ 34157-2017

тронов [24]. Электроны с более высокими энергиями будут увеличивать фокусное расстояние распределения фотонов и. следовательно, фотоны будут глубже проникать в продукт [56].

9.4.3 Поверхностная доза

Определяют взаимосвязь между поверхностной дозой (или дозой в референсной плоскости) и скоростью конвейера, характеристиками пучка и параметрами рассеяния пучка в ожидаемом диапазоне работы [23].

9.4.3.1    Определяют диапазон равномерной поверхностной дозы, которая может быть получена в референсном материале. Это позволяет установить необходимый диапазон скорости работы конвейера. частоту импульсов и частоту сканирования.

Примечания

1    При использовании электронно-лучевых и рентгеновских излучателей обычно применяют непрерывно движущиеся конвейеры. Ма равномерность дозы в референсной плоскости оказывает сильное влияние сочетание размеров пятна луча, скорости конвейера и частоты сканирования (для тех излучателей, о которых применяется сканирование луча). В случае импульсных излучателей все эти параметры должны быть также согласованы с шириной импульса и частотой импульсов. Недостаточное согласование этих параметров может привести к неприемлемым вариациям дозы в референсной плоскости.

2    Ускорители непрямого действия могут создать более высокие мощности дозы в течение импульса по сравнению с ускорителями прямого действия, имеющими такой же средний ток пучка. Кроме того, при сканировании луча небольшого диаметра могут возникнуть пульсации дозы по ширине луча. Это может оказывать влияние на функционирование дозиметров, если они чувствительны к мощности дозы.

9.4.3.2    Определяют взаимосвязь между поверхностной дозой и скоростью конвейера, при постоянных значениях всех других рабочих параметров. Как правило, поверхностная доза должна быть обратно пропорциональная скорости конвейера.

Примечание — Скорость конвейера и ток пучка при обычной обработке продукта можно связать таким образом, чтобы изменение одного из них приводило к изменению другого, в целях поддержания постоянной величины дозы на поверхности (или на референсной плоскости).

9.4.3.3    В случае рентгеновских излучателей мощность поглощенной дозы зависит также от спектра энергии падающих электронов и конструкции рентгеновского преобразователя.

9.5    Вариативность дозы

9.5.1    Определяют способность оборудования создавать воспроизводимую дозу в референсной геометрии. Измеряют флуктуации значений рабочих параметров, которые могут вызвать вариации поглощенной дозы. Проводят оценку величин соответствующих вариаций дозы в референсном материале, например, перемещая дозиметры на конвейере для продуктов в референсной геометрии через зону облучения с интервалами времени, соответствующими частоте флуктуаций параметров. Геометрия облучения референсного материала должна быть выбрана таким образом, чтобы размещение дозиметров на поверхности и внутри материала не влияло на воспроизводимость результатов измерений.

9.5.2    В соответствии с методикой 9.3 выполняют построение карты поглощенной дозы в достаточном числе номинально идентичных технологических загрузок, содержащих референсный материал, чтобы сделать возможной оценку вариаций величины и распределения поглощенной дозы. Полезную информацию по определению числа технологических загрузок, необходимых для данной оценки, могут обеспечить дозиметрические данные по излучателям такой же конструкции, ранее прошедшим оценку качества.

9.6    Прерывание технологического процесса и повторный запуск

9.6.1    Учитывая возможность прерывания технологического процесса, например остановки конвейерной системы при отказе энергопитания, необходимо исследовать последствия повторного запуска процесса (например влияние на равномерность дозы в референсной плоскости).

9.6.1.1    Подвергают систему дозиметров или полоску дозиметрической пленки, расположенные в референсной плоскости, воздействию условий внезапного прерывания, т. е. остановки и повторного старта конвейерной системы.

9.6.1.2    Создание поглощенной дозы, находящейся в пределах технических условий, при остановке и повторном запуске конвейера, является подтверждением возможности повторного запуска конвейера и продолжения технологического процесса после аварийной остановки. Влияние прерывания процесса (например, временной задержки) на сам продукт, рассматривается в 11.6.

9.6.1.3    Если обнаружено, что доза становится существенно неоднородной при остановке и повторном запуске, то необходимо оценить влияние этого обстоятельства на технологический процесс.

ГОСТ 34157-2017

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Термины и определения................................................1

3    Радиационная обработка................................................6

4    Характеристики источника излучения........................................7

5    Установки для облучения................................................7

6    Дозиметрические системы...............................................8

7    Технологические параметры.............................................10

8    Оценка качества монтажа установки........................................10

9    Оценка операционного качества...........................................11

10    Оценка технологического качества........................................14

11    Повседневная обработка продуктов.......................................17

12    Неопределенность измерений...........................................19

13    Сертификация.....................................................20

Библиография........................................................22

III

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Руководство по дозиметрии при обработке пищевых продуктов электронными пучками и рентгеновским (тормозным) излучением

Standard Practice (or Dosimetry in Electron Beam and X-Ray (Bremsstrahlung) Irradiation Facilities for Food Processing

Дата введения — 2019—02—01

1 Область применения

1.1    Данное практическое руководство содержит описание программы оценки качества монтажа облучателя и дозиметрических методик, которые следует использовать при оценке операционного качества, оценке технологического качества и процессах повседневной обработки, применяемых при обработке пищевых продуктов пучками высокоэнергетических электронов и рентгеновским (тормозным) излучением, в целях обеспечения гарантии, что продукты были обработаны с соблюдением заданного диапазона поглощенной дозы излучения. Обсуждаются также и другие методики, относящиеся к оценке операционного качества, оценке технологического качества и процессам повседневной обработки, которые могут влиять на оценку поглощенной в продукте дозы. Информация относительно эффективных или нормативных пределов доз для пищевых продуктов, а также приемлемых пределов энергии электронных пучков, используемых непосредственно или для генерации рентгеновских лучей, не входит в область применения данного практического руководства (см. [1J. [2). (3) и (4)).

Примечания

1    Дозиметрия является только одним из компонентов полной программы гарантирования качества, определяющей приемлемые производственные технологии, которыеследует использовать для производства безопасных и полезных пищевых продуктов.

2    Дозиметрические методики, применяемые для источников гамма-излучения, используемых при обработке пищевых продуктов, описаны в [5].

1.2    Указания по выбору и калибровке дозиметрических систем и интерпретации измерений поглощенных в продуктах доз содержатся в (6) и (7). Использование конкретных дозиметрических систем см. (8)—(19]. Обсуждение радиационной дозиметрии электронов и рентгеновского излучения содержится в [20] и [21]. Радиационная дозиметрия в случае импульсного облучения рассматривается в [22].

1.3    В то время как гамма-излучение от радионуклидов имеет дискретный спектр энергии, рентгеновское (тормозное) излучение от искусственных источников охватывает широкий диапазон энергий, от небольших значений (приблизительно 35 кэВ) до энергии падающего электронного пучка.

Информация, касающаяся технологии и дозиметрии излучения электронных пучков приведена в [23]). Информация, относящаяся к технологии и дозиметрии рентгеновского излучения, содержится в [24].

1.4    Данный стандарт не ставит своей целью осветить все вопросы, относящиеся к безопасности работы при его применении, если таковые имеются. На пользователе стандарта лежит ответственность за выработку достаточных мер безопасности перед началом работ с учетом нормативных ограничений.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 поглощенная доза D (absorbed dose): Количество энергии ионизирующего излучения, поглощенной в единице массы определенного вещества.

Изданио официальное

Примечания

1    Единица поглощенной дозы в системе СИ — грей (Гр), где 1 грей является эквивалентом поглощения энергии. равной 1 джоулю на килотрамм массы данного вещества (1 Гр = 1 Дж/кг). Математическое определение этой зависимости — частное от деления ds на dт, где di: — среднее значение дифференциальной энергии, переданной ионизирующим излучением веществу дифференциальной массы dm (см. (25)).

D-®.    (')

dm

2    Ранее использовавшаяся единица поглощенной дозы — рад (1 рад = 100 эрг/г = 0.01 Гр). Поглощенную дозу иногда называют просто дозой. При определении пот лощенной дозы в качестве референсного вещества часто выбирают воду. На практике калибровку дозиметров наиболее часто производят по поглощенной дозе в воде. Это означает, что дозиметр измеряет дозу, которую могла бы поглотить вода, если ее поместить на место расположения дозиметра. Вода является удобной для применении в этих целях средой, так как она легкодоступна и имеет хорошо известные свойства, а ее характеристики в отношении поглощения радиации и рассеяния близки кхаракте-ристикам биологических тканей. Требование эквивалентности характеристик тканей и воды исторически связано с опытом радиационной терапии. Однако для определения повышения температуры в облученном веществе необходимо знать дозу, поглощенную именно в этом веществе. Она может быть определена путем применения коэффициентов конверсии согласно [6].

2.2    картирование поглощенной дозы для технологической загрузки (absorbed-dose mapping): Измерение поглощенной дозы внутри технологической загрузки путем использования дозиметров. помещенных в определенных местах для получения одно-, двух-, и трехмерного распределения поглощенной дозы, в целях определения карты значений поглощенной дозы.

2.3    средний ток пучка (average beam current): Усредненный по времени ток электронного пучка.

Примечание — В случае импульсной установки усреднение необходимо производить по большому числу импульсов.

2.4    длина пучка (beam length): Размер зоны облучения в направлении перемещения продукта, на установленном расстоянии от окна ускорителя (см. рисунок 1).

Примечание — Этот термин обычно применяется при электронном облучении. Таким образом, длина пучка перпендикулярна к ширине пучка и оси электронного пучка. В случае низкоэнергетического ускорителя электронов с одним зазором длина пучка равна активной длине катодной системы в вакууме. В случае неподвижного во время облучения продукта «длина пучка» и «ширина пучка» могут быть взаимозаменяемы.

2.5    ширина пучка (beam width): Размер зоны облучения, перпендикулярный к направлению перемещения продукта на заданном расстоянии от окна ускорителя (см. рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема, показывающая длину и ширину сканирующего пучка в конвейерной системе

Примечание — Этот термин обычно применяется при электронном облучении.

Т аким образом, ширина пучка перпендикулярна к длине пучка и оси электронного луча. В случае неподвижного во время облучения продукта «ширина пучка» и «длина пучка» могут быть взаимозаменяемы. Ширина пучка может быть количественно определена как расстояние между двумя точками профиля дозы, которые соответствуй

2

ГОСТ 34157-2017

ют заданной доле от максимального значения дозы в профиле (см. рисунок 2). Могут быть использованы различные методы для создания ширины электронного пучка, достаточной для покрытия зоны обработки, например применение электромагнитного сканирования узким пучком (в этом случае ширину луча также называют шириной сканирования). дефокусирующие элементы, рассеивающие фольги.

Рисунок 2 — Пример измеренного распределения дозы облучения электронным пучком по ширине пучка, где ширина пучка определена по некоторой заданной доле 1 от средней максимальной дозы Dmax

2.6    тормозное излучение (bremsstrahlung): Электромагнитная радиация с широким спектром, излучаемая в том случае, когда обладающие энергией заряженные частицы подвергаются воздействию сильного электрического или магнитного поля, например, вблизи атомных ядер.

Примечание — При радиационной обработке фотоны тормозного излучения с достаточной энергией для ионизации генерируются при торможении или отклонении высокоэнергетических электронов в материале мишени. Когда электрон пролетает вблизи от атомного ядра. сильное кулоновское поле вызывает его отклонение от первоначальной траектории. Это взаимодействие приводит к потере кинетической энергии за счет электромагнитного излучения. Поскольку такие взаимодействия неконтролируемы, они приводят к созданию непрерывного распределения энергии фотонов, которое имеет верхний предел, равный максимальной кинетической энергии первичных электронов. Спектр тормозного излучения зависит от энергии электронов, состава и толщины мишени, угла излучения по отношению к направлению движения первичных электронов. Несмотря на то. что тормозное излучение имеет широкий спектр энергии, номинальной энергией тормозного излучения принято называть величину энергии падающего электронного пучка.

2.7    компенсирующий макет (compensating dummy): См. пункт 2.35.

2.8    диапазон аппроксимации непрерывного замедления (CSDA диапазон)

(continuous-slowing-down-approximation range (CSDA range): Среднее значение длины пути, пройденного заряженной частицей до полной остановки, рассчитанное в приближении непрерывного замедления. г₀(см. [20)).

Примечание — Значения г₀ для широкого диапазона энергий электронов в ряде материалов приведены в табличном виде в (26].

2.9    распределение дозы по глубине (depth-dose distribution): Изменение поглощенной дозы с глубиной, отсчитываемой от наружной поверхности материала, подвергаемого облучению данным видом радиации.

3

Примечания

1    Типичное распределение показано на рисунке 1.

2    Распределения дозы по глубине для нескольких однородных материалов, создаваемые электронными пучками различных энергий, приведены в [23].

2.10    коэффициент неравномерности дозы [коэффициент макс/мин дозы] (для технологической загрузки) (dose uniformity ratio): Отношение максимального значения поглощенной дозы к минимальному для технологической загрузки.

Примечание — Для этого понятия используют также термин «коэффициент макс/мин дозы».

2.11    набор дозиметров (dosimeter set): Один или более дозиметров, используемых для измерения поглощенной дозы в определенном месте, среднее значение результатов измерения которых используется для определения поглощенной дозы в данном месте.

2.12    дозиметрическая система (dosimetry system): Система, используемая для определения поглощенной дозы, состоящая из дозиметров, измерительной аппаратуры и соответствующих эталонов вместе с методиками применения данной системы.

2.13    энергия пучка электронов (electron beam energy): Средняя кинетическая энергия электронов в пучке в Дж.

Примечание — В качестве единицы энергии электронов (в пучке) часто используют электронвольт(эВ) или его кратные величины, где 1 эВ = 1,602 х 10”¹⁹Дж (приблизительно).

2.14    глубина проникновения электронного пучка (electron beam range): Расстояние (отсчитанное вдоль оси пучка), на которое проникает электронный пучок в некоторое полностью поглощающее вещество.

Примечание — Данная величина может быть определен и оценена различными способами. Например, как «экстраполированная глубина проникновения электронного лучка. /?_ох» (см. 2.16), «практическая глубина проникновения электронного пучка. /?_р* (см. 2.23). и «глубина проникновения в аппроксимации непрерывного замедления. г₀» (см. 2.8). Величины Rи Я_ех могут быть определены путем измерения распределения дозы по глубине в эталонном материале (см. рисунок 3). В качестве размерности электронной глубины проникновения обычно выбирают массу на единицу площади (кг м"²). но иногда ее выражают в единицах толщины (м) заданного материала.

0    Rcf    Rv>    Rv>,    Re Глубина, произвольные единицы Рисунок 3 — Типичное (идеализированное) распределение дозы по глубине для электронного пучка в однородном материале, состоящем из элементов с низким атомным номером

Примечание — Отношение дозы в максимуме кривой распределения к ее значению на поверхности зависит от энергии падающего электронного пучка [20]. Показанное здесь распределение является типичным для электронов с энергией около 10 МэВ. В этом случае R_p = R_er поскольку фон рентгеновского излучения пренебрежимо мал. В том случае, когда /?_рне равно Я_вх (см. [23. приложение А1]).

4

ГОСТ 34157-2017

2.15    спектр энергии электронов (electron energy spectrum): Распределение интегральной плотности потока электронов как функция энергии.

2.16    экстраполированная глубина проникновения пучка электронов [R_ex] (extrapolated electron beam range): Глубина от поверхности входа пучка в референсный материал (т. е. на которой электроны входят в материал) до точки на оси глубин, где касательная, взятая в точке наибольшей крутизны (точке перегиба) на почти прямой спадающей части кривой распределения дозы по глубине, пересекает ось глубин.

Примечание — При определенных условиях /?_вх = R₀, что показано на рисунке 3. Эти условия обычно выполняются в случае пищевых продуктов, облучаемых электронами с энергией равной или меньшей 10 МэВ. См. также 2.23.

2.17    глубина половинного от входного значения дозы    (half-entrance    depth): Глубина

однородного материала, на которой поглощенная доза уменьшается до 50 %от величины поглощенной дозы на входной поверхности материала (см. рисунок 3).

2.18    глубина половинной дозы [R^] (half-value depth) (R^q): Глубина однородного материала, на которой поглощенная доза уменьшается до 50 % от максимальной величины дозы поглощения (см. рисунок 3).

2.19    оценка качества монтажа установки IQ (installation qualification): Получение и документальное оформление свидетельств, что излучатель, вместе со всем относящимся к нему оборудованием и аппаратурой, поставлен и смонтирован в соответствии с техническими условиями.

2.20    оценка операционного качества OQ (operational qualification): Получение и документальное оформление свидетельств, что характеристики установленного оборудования и аппаратуры укладываются в заранее определенные пределы при использовании в соответствии с методиками работы.

2.21    оптимальная толщина [R_opt] (optimum thickness): Глубина однородного материала, на которой поглощенная доза равна поглощенной дозе на поверхности входа электронного пучка (см. рисунок 3).

2.22    оценка технологического качества PQ (performance qualification): Получение и документальное оформление свидетельств, что оборудование и аппаратура, при монтаже и работе на нем согласно методикам работы стабильно имеет эксплуатационные характеристики, соответствующие заранее установленным критериям, и благодаря этому производит продукцию, соответствующую техническим условиям.

2.23    практическая глубина проникновения электронного пучка R_p (practical electron beam range): Глубина от входной поверхности референсного материала (т. е. на которой электронный пучок входит в материал), где касательная в точке наибольшей крутизны (точке перегиба) на почти прямой спадающей части кривой распределения дозы по глубине пересекает линию экстраполированного фона рентгеновского излучения (см. рисунок 3).

Примечания

1    Дополнительные пояснения см. в (23).

2    При энергиях, меньших примерно 10 МэВ. фон рентгеновского излучения, создаваемый падающими электронами. незначителен для материалов, состоящих из элементов с низкими атомными номерами (например, пищевых продуктов). В этом случае R_p = R_ex(см. 2.16).

2.24    первичный эталонный дозиметр (primary-standard dosimeter): Дозиметр наивысшего метрологического качества, установленный и поддерживаемый в качестве эталона поглощенной дозы национальной или международной лабораторией эталонов (6).

2.25    технологическая загрузка (process load): Объем материала с заданной конфигурацией загрузки продукта, облучаемый как единый объект.

2.26    технологический прогон (для облучения в непрерывном потоке или в режиме перемещения с остановками) (production run): Серия технологических загрузок, состоящих из материалов и продуктов, имеющих сходные характеристики поглощения излучения, которые облучаются последовательно в установленном диапазоне поглощенной дозы.

2.27    частота импульсов (pulse rate): Частота повторения импульсов в герцах (Гц).

Примечание — Это относится к импульсному ускорителю.

2.28    ширина импульса (pulse width): Интервал времени между двумя точками на переднем и заднем фронте импульса тока, в которых величина тока равна 50 % от пикового значения.

Примечание — Это относится к импульсному ускорителю.

5

2.29    референсный материал (reference material): Материал, имеющий одну характеристику или более, которые достаточно хорошо установлены и могут быть использованы для калибровки аппаратуры, аттестации метода измерений или приписывания значений параметрам материалов.

2.30    референсная плоскость (reference plane): Выбранная в зоне облучения плоскость, перпендикулярная к оси электронного пучка.

2.31    референсный эталонный дозиметр (reference-standard dosimeter): Дозиметр высокого метрологического качества, используемый в качестве эталона для реализации измерений, обладающих свойством метрологической прослеживаемости до первичных эталонных дозиметров [6].

2.32    рабочий дозиметр (routine dosimeter): Дозиметр, калиброванный по первичному или рефе-ренсному эталонному дозиметру или эталонному дозиметру-переносчику и используемый при повседневных измерениях поглощенной дозы (6).

2.33    сканирующий луч (scanned beam): Электронный пучок, отклоняющийся в одну и другую стороны под действием переменного магнитного поля.

Примечание — Наиболее часто применяется отклонение пучка вдоль одного направления (ширины пучка). Однако может использоваться также двумерное сканирование (по ширине и длине пучка) в случае сильно-точных электронных пучков в целях исключения перетреванин выходного окна пучка или мишени при рентгеновском облучении.

2.34    частота сканирования (scan frequency): Число полных циклов сканирования в секунду, выраженное в Гц.

2.35    модель продукта (simulated product): Материал, имеющий характеристики ослабления и рассеивания радиации, аналогичные характеристикам облучаемых продуктов, материалов или веществ.

Примечание — Модель продукта используется при изучении характеристик излучателя в качестве замены реальных продуктов, материалов или веществ. Когда модель продукта применяется в обычных технологических прогонах для компенсации отсутствия продукта, ее иногда называют компенсирующим макетом (имитатором). При применении для построения карты поглощенной дозы модель продукта иногда называют фантомным материалом.

2.36    эталонный дозиметр-переносчик (transfer-standard dosimeter): Дозиметр, часто являющийся референсным эталонным дозиметром, пригодный для транспортировки между различными местоположениями. применяющийся для сравнения результатов измерения поглощенной дозы [6].

2.37    рентгеновское излучение (X-radiation): Ионизирующее электромагнитное излучение, включающее как тормозное излучение, так и характеристическое излучение при переходе атомных электронов на более низкие уровни (см. 2.6).

2.38    рентгеновские лучи (X-ray): См. термин «рентгеновское излучение».

Примечание — При технологическом использовании радиации основным источником рентгеновского излучения является тормозное излучение. Термин «рентгеновское излучение» может быть использован вместо термина «рентгеновские лучи».

2.39    рентгеновский преобразователь (X-ray converter): Устройство для генерирования рентгеновского (тормозного) излучения, состоящее из мишени, средств охлаждения мишени и крепежных устройств.

2.40    рентгеновская мишень (X-ray target): Компонента рентгеновского преобразователя, предназначенная для взаимодействия с электронным пучком.

Примечание — Мишень обычно изготавливается из металла с высоким атомным номером, имеющего высокую температуру плавления и большую теплопроводность.

2.41    Определения других терминов, используемых в настоящем стандарте и относящихся к радиационным измерениям и дозиметрии, можно найти в (27). Определения в (27) совместимы с определениями в [25].

3 Радиационная обработка

3.1 Пищевые продукты могут подвергаться обработке излучением, генерируемым ускорителем (электронами и рентгеновским излучением), с различными целями: подавление паразитов и патогенных микроорганизмов, уничтожение насекомых, замедление роста и созревания, продление срока хранения. Технические условия облучения пищевых продуктов почти всегда включают указание минимальной или максимальной дозы поглощенного излучения, а иногда и обеих величин: нижний предел дозы может

6

ГОСТ 34157-2017

устанавливаться для обеспечения гарантии предусматриваемого уровня воздействия, а верхний предел — чтобы избежать ухудшения качества продукта или упаковки. В конкретных случаях одна или обе эти величины могут быть предписаны правительственными нормативами, установленными на основе научных данных. Поэтому перед началом облучения пищевых продуктов необходимо убедиться в способности технических средств облучения создавать дозы поглощения в предписанных пределах. Необходимо также осуществлять контроль и документальную регистрацию поглощенной дозы во время каждого производственного прогона для проверки соответствия техническим условиям обработки с предусмотренным уровнем достоверности.

Примечание — Комиссия ООН по разработке продовольственных стандартов (Codex AJimentarius Commission) разработала международный Общий стандарт и Свод правил, относящиеся к применению ионизирующей радиации при обработке пищевых продуктов, в которых особо подчеркивается роль дозиметрии с точки зрения правильного применения радиационной обработки [28].

3.2    Подробное рассмотрение радиационной обработки различных пищевых продуктов содержится в [1]—[4]. а также в [29]—[42].

3.3    Радиация, создаваемая ускорителем электронов, может иметь форму как непосредственно электронного облучения, так и рентгеновского излучения, порожденного электронами. При выборе между электронным или рентгеновским облучением одним из факторов, влияющих на решение, является степень проникновения радиации в продукт, требуемая для достижения нужного эффекта

3.4    Для того, чтобы гарантировать облучение продукта в пределах установленной дозы, обычное управление процессом требует применения стандартной дозиметрии продуктов, документально оформленных действий с продуктом (до. во время и после облучения), стабильной ориентации продуктов во время облучения, мониторинга наиболее важных рабочих параметров и документирования всех относящихся к этому процессу видов работ.

4 Характеристики источника излучения

4.1    Электронные установки

Источники радиации в виде электронных пучков с энергией электронов больше 300 кэВ. рассматриваемые в данном практическом руководстве, могут быть либо устройствами прямого действия (на основе разности потенциалов), либо ускорителями непрямого действия (микроволновыми или радиочастотными). Радиационные поля зависят от характеристик и конструкции ускорителей. Характеристики пучка включают такие параметры электронного пучка, как энергетический спектр электронов, средний ток электронного пучка, длительность импульса, поперечное сечение пучка, распределение тока пучка по поверхности продукта. Более подробное рассмотрение содержится в [23].

4.2    Рентгеновские установки

4.2.1    Генератор высокоэнергетического рентгеновского излучения создает коротковолновое электромагнитное излучение (фотонное излучение), воздействие которого на облучаемые материалы в общих чертах похоже на воздействие гамма-излучения от радионуклидов. Однако эти виды радиации отличаются по своему энергетическому спектру, угловому распределению и величинам дозы.

4.2.2    Характеристики рентгеновского излучения зависят от конструкции рентгеновского преобразователя и от параметров электронного пучка, сталкивающегося с мишенью, т. е. от спектра энергии электронов, среднего тока в пучке и распределения тока по мишени.

4.2.3    Физические характеристики рентгеновского источника и его пригодность для радиационной обработки дополнительно обсуждаются в [24].

4.3    Комиссия ООН по разработке продовольственных стандартов (Codex Alimentarius Commission) [28]. а также нормативы некоторых стран ограничивают в настоящее время максимальную энергию электронов и энергию рентгеновского излучения, применяемых для облучения пищевых продуктов.

5 Установки для облучения

5.1 Конструкция установки для облучения оказывает влияние на величину поглощенной дозы в продукте. Следовательно, при выполнении измерений поглощенной дозы, требующихся согласно разделам 9—11. необходимо учитывать параметры конструкции установки для облучения.

7