Gammabestrålingsanlegget

• Avkiming av krydder og andre smaksgivere
  Om bestråling av krydder og urter på Matportalen.no
• Konservering av matvarer (kun forskning)
• Sterilisering av medisinsk utstyr og legemidler
• Modifisering av materialegenskaper i polymere kunststoffer
• Teste strålingstoleranse til elektronisk utstyr brukt i satelitter

Gammabestrålingsanlegget på Kjeller er basert på stråling fra ⁶⁰Co. Det er bygget som et forsøksanlegg, men kan også utføre bestrålinger for industrielle formål på en effektiv måte.

Det radioaktive kildemateriale er metallisk kobolt utformet som sylindriske stenger ( 25 stk. ). Den totale aktivitetsmengden i anlegget vil variere mellom 2,0 og 3,5 petabecquerel ⁶⁰Co ( 1 PBq = 1015 Bq ) .

Strålingskilden er plassert i et meget godt skjermet bestrålingsrom. Volumet av dette er ca. 35 m³. Dosehastigheten i rommet med kilden i bestrålingsposisjon er opptil 15 000 sievert / time, avhengig av plassering i rommet. Når kilden ikke er i bruk, står den i en skjermet posisjon og strålingsnivået i rommet er da ca. 5 mikrosivert / time. Anlegget har et omfattende sikkerhetssystem, som hindrer at kilden kan komme i bestrålingsposisjon uten at bestrålingsrommet er forsvarlig avstengt.

For å sikre best mulig utnyttelse av strålekilden, benyttes det utstyr for automatisk transport av materiale som skal bestråles gjennom strålingsfeltet. Inne i bestrålingsrommet er det plass til 24 standariserte kartonger, plassert i tre høyder over hverandre. Alle kartongene med materiale som skal bestråles, gjennomløper samtlige posisjoner før bestrålingen er fullført. Dette sikrer en homogen bestråling av materialet. Strålingsdosen til hver kartong varieres ved å variere tidsintervallet mellom hver gang en ny settes inn og en ferdig bestrålt tas ut.

Materialet som bestråles er ikke under noen del av prosessen i kontakt med radioaktivt materiale. Strålingen som materialet eksponeres for kan heller ikke danne noen form for radioaktivitet i dette.

Kapasiteten til anlegget er ca. 24.000 standarenheter pr. år, bestrålt med doser på 10 kGy.

Hva er gammastråling?

Gammastråling er elektromagnetisk stråling av samme natur som vanlig lys, radiobølger og røntgenstråling, men gammastrålingen har høyere energi ( dvs. kortere bølgelengde ). ⁶⁰Co sender ut stråling med to energinivåer; 1173 keV og 1332 keV. Denne høyere energien gjør strålingen såkalt ioniserende. Det vil si at gamma-kvantene har tilstrekkelig energi til å slå løs elektroner i atomenes elektronskall slik at det dannes ioner, frie radikaler og eksiterte molekyler. Dette kan føre til kjemiske forandringer i et bestrålt molekyl, men det er ingen mulighet for at det skal skje forandringer i atomkjernene. Til det kreves stråling av betydelig høyere energi.

Emballasje for bestråling

Transportsystem sørger for at det som skal bestråles flyttes rundt i strålefeltet på en slik måte at det får en så jevn og ensarted stråledose som mulig over hele sitt volum. For å få til dette er det laget standardenheter for pakking av materiale for bestråling.

Strålebehandling av forskjellige produkter kan skje med materialet ferdig innpakket. Vanlige emballasjematerialer som plast, papir, papp, tre eller metall av moderat tykkelse skjermer bare i ubetydelig grad for gammastråling fra ⁶⁰Co.

Institutt for energiteknikk lagerfører to typer pappkartonger som er spesielt tilpasset anleggets transportsystem. De ytre dimensjoner på disse er:

61 x 39,5 x 50 cm³ ( 120 liter )
61 x 39,5 x 30 cm³ ( 72 liter )

Den største kartongtypen utnytter volumet i strålingsfeltet på best mulig måte. Den minste typen er beregnet på tyngre materialer, for eksempel krydder, for å få enklere håndtering ved transport og lagring.

Enkelte benytter sine egne kartonger ved bestråling. Disse må da ha en grunnflate som ligger så nære opp til anleggets enhet på 61 x 39, 5 cm² som mulig. Toletransen er ± 0,5 cm. Høydemålet kan variere etter behov, maksimum er 54 cm.

Materialer med dimensjoner som ikke passer inn i disse enhetene kan plasseres i bestrålingsrommet utenfor transportsystemet. Her har det for eksempel rutinemessig vært bestrålt tremateriale i 220 cm lengder.

Avkiming av krydder og smaksgiver.

En rekke tørkede tilsatsstoffer for næringsmidler som krydder, tørkede grønnsaker, urter og andre smaksgivere, representerer en betydelig risiko for bakteriell kontaminasjon i forbindelse med industriell produksjon av næringsmidler. Bestråling med gammastråler er en effektiv metode for avkiming av slike varer og har vært rutinemessig benyttet i Norge siden 1982. Krydderet får en stråledose på 10 kGy og man oppnår ved det en drastisk reduksjon i kimtall. Kontrollforsøk har vist verdier på 1 til 10 millioner kolonier pr. gram ubestrålt krydder, og mindre enn 10 kolonier pr. gram etter bestråling. Det er ikke nødvendig med fullstendig sterilitet, da krydderet skal være ingrediens i matprodukter som allikevel har et visst bakterieinnhold.

I tillegg til å redusere kimtallet vil behandling med gammastråling også drepe soppsporer.

I henhold til "forskrift om merking av næringsmidler", skal næringsmidler som inneholder ingredienser som er bestrålt merkes med betegnelsen "bestrålt" eller "behandlet med ioniserende stråling".

Strålekonservering av matvarer

Forsøk med bestråling av matvarer for å oppnå forlenget holdbarhet, på linje med tradisjonelle behandlingsmåter som varmebehandling, frysing og hermetisering, har pågått siden tidlig i 1950-årene og det er ingen andre behandlingsmetoder for matvarer som har vært underkastet en grundigere forskning.

Bestråling av næringsmidler reguleres av "forskrift om behandling av næringsmidler med ioniserende stråling". I Norge er det tillatt å behandle følgende næringsmidler med ioniserende stråling: tørkede aromatiske urter, krydder og vegetabilske smaksgivere (dose 10 kGy).

Statens næringsmiddeltilsyn har i prinsippet godkjent bestråling av matvarer i Norge med doser inntil 10 kGy. Tilsvarende godkjennelse er gitt i en rekke andre land. Disse godkjennelsene er gitt etter at den internasjonale Codex Alimentarius Commision i 1981 anbefalte dette generelt. I praksis forutsetter helsemyndighetene kontakt med aktuelle brukerfirmaer på forhånd for å diskutere varetyper, mengde, dose, etc. før spesiell godkjennelse for det enkelte vareslag gis. Også verdens helse organisasjon WHO og verdens matvare organisasjon FAO anbefaler bestråling som metode for konservering av mat.

Forskning utført på dette feltet har vist at:

• bestråling ikke fører til dannelse av konsentrasjoner av kjemiske forbindelser som kan ha giftvirkning for mennesker
• den mikrobiologiske sikkerhet for bestrålte produkter er den samme som for varmebehandlede produkter
• bestråling fører ikke til vesentlige endring av matvarens ernæringsmessige kvalitet.

Påvirkningen er mindre enn for tilsvarende varmebehandling
Ikke alle matvarer egner seg for bestråling. For enkelte produkter vil smak, farge og konsistens kunne påvirkes negativt. Det er derfor nødvendig med spesielle forsøk for de forskjellige typer produkter. Slike forsøk kan gjøres i anlegget på Kjeller, og en rekke matvareprodukter er blitt testet gjennom årene. Typiske aktuelle matvarer er frisk frukt, grønnsaker, korn og belgfrukter, lyst kjøtt og eggeprodukter.

De nevnte negative effekter som kan oppstå for enkelte varer kan ofte unngås ved å begrense bestrålingsdosen, bestråle varen vakuumpakket ( for å begrense oksygentilgang ) og ved å kombinere med andre, tradisjonelle former for matvarebehandling.

En spesiell anvendelse er bestråling av mat for sykehuspasienter, som av behandlingsmessige grunner trenger å oppholde seg i mest mulig sterilt miljø. Ferdige måltider kan bestråles innpakket og oppbevares inntil servering er aktuelt.

Strålesterilisering

Medisinsk utstyr laget av termolabile plastmaterialer, slik som injeksjonssprøyter, bandasjer og bandasjesett, operasjonsutstyr, bekledningsartikler og lignende, lar seg normalt ikke sterilisere på vanlig måte i dampautoklav, da slike produkter ikke tåler oppvarming til steriliseringstemperatur. Sterilisering med ioniserende stråling er et åpenbart alternativ, og det er siden metoden kom i almen bruk i begynnelsen av 1960-årene bygget flere hundre anlegg for strålesterilisering rundt i verden. Disse er enten basert på stråling fra en akselerator eller på stråling fra en innkapslet radioaktiv kilde, slik som i anlegget på Kjeller.

Behandling med ioniserende stråling med en dose på 25 kGy, er godkjent av norske helsemyndigheter som generell steriliseringsmetode. Også emballasje for medisinske produkter som plastflasker, tuber, etc., egner seg for sterilisering med ioniserende stråling.

Også emballasje for næringsmidler og melkeprodukter blir bestrålt. Det benyttes da en lavere dose (10 kGy).

Gamma-strålingen fra ⁶⁰Co er på grunn av sin høye energi, svært gjennomtrengende. Materiale som skal steriliseres kan derfor pakkes ferdig i plastemballasje for engangsbruk, legges i samleesker og ytteremballasje og tilslutt bestråles som en enhet som siste ledd i produksjonsprosessen.

Modifisering av materialegenskaper i polymere kunststoffer

Gammastråling påvirker organiske molekyler og deres evne til polymerisering. Dette utnyttes industrielt til polymerisering av plast-monomerer og til herding av plaststoffer gjennom økt grad av kryssbindinger. Praktiske eksempler er hurtig herding av lakkerte flater, fremstilling av plastartikler med "shape-memory" egenskaper og produksjon av kombinasjonsmaterialer basert på tre/plast eller betong/plast.

Anlegget på Kjeller er blitt benyttet til praktisk fremstillig av en rekke plast-baserte spesialprodukter som skisåler, skjøtemuffer for rør og kabler, treplast til gulvbelegg og herding av folier.

Hva skjer under bestråling

Når gamma-stråling blir absorbert, løsrives elektroner fra molekylene i det absorberende stoffet. Det kan på denne måten dannes ioner, eksiterte molekyler og frie radikaler. Frie radikaler er svært reaktive og vil reagere med omkringliggende molekyler nærmest momentant etter at de er dannet. I biologisk materiale som har høyt vanninnhold, vil radikaler dannet fra vannmolekyler være de viktigste strålingsproduktene. Disse reagerer videre med andre biomolekyler. Når DNA molekylet skades, enten direkte av stråling eller via et radikal, vil det i de aller fleste tilfeller miste evnen til å reprodusere seg selv. Det er dette som er grunnlaget for bruk av ioniserende stråling til sterilisering og reduksjon av kimtall.

Noen enheter som benyttes når vi snakker om stråling

Becquerel ( Bq ) enhet for radioaktiv desintegrasjon, 1 Bq = 1 desintegrasjon pr. sekund. 1 Curie ( Ci ) = 37 GBq = 37 000 000 000 Bq

Gray ( Gy ) enhet for absorbert stråledose, 1 Gy = 1 joul pr. kilogram

Sievert ( Sv ) enhet for doseekvivalent, 1 Sv = dose i Gy x strålingsvekfaktor Strålingsvekfaktor for gammastråling = 1