重金属屏蔽材料
常用的有铅(Pb)、铁(Fe)、铜(Cu)和钨(W)主要用于移动式防护屏和贮源容器等。
(1)铅(Pb)原子序数82,密度1.34g/cm 3 ,熔点327.4℃,布氏硬度为4.0,抗压强度为154kgf/ cm 2 ,伸长度为45%。具有耐腐蚀和强衰减X射线、γ射线特征,易加工成型,是一种良好的屏蔽材料,但铅具有化学毒性,机械强度差,用作防护材料需要夹持固定在铁板或木板上,以防止重力作用下垂。
使用铅做屏蔽材料要注意以下几点:
a.铅对250kV以下的低能X射线吸收能力强,但产生的散射线量也较大,其返回散射强度是铁的1.05倍,是铝的8.9倍,在实际应用中,为减少散射线强度,可采用铅、铝复合材料。
b.铅对250kV以上的高能X射线和γ射线,其防护性能相对降低,特别是在1MeV到几MeV的能区范围内,铅对X射线或γ射线衰减能力差。与混凝土相比,对100kV的X射线,1mmPb约相当于64mm混凝土的防护结果;而对于6MV的高能X射线和具有的平均能量1.25MeV的 60 Coγ射线,则1mmPb约相当于6.3mm混凝土的防护效果,其衰减能力下降至低能射线的1/10,因此,对高能X射线、γ射线的固定防护屏蔽采用铅室不划算的。
c.至今仍沿用将铅板贴附在X射线机房或CT机房内墙壁上增加厚度。这种办法有三点不利因素值得考虑:一是用铅板装饰造价高,寿命短;二是会增加机房内的反向散射线,对停留在机房内的患者不利;三是增加了铅对环境的污染,机房内的含铅量会增加。
(2)铁或钢(Fe)原子序数26,纯铁密度7.87g/cm 3 (用作防护材料钢铁不分,一般按7.87g/cm 3 ),熔点1536℃,钢铁是含碳的铁,作为防护材料,铁与钢可不做密度修正,因二者X射线、γ射线吸收基本相同。
铁的机械强度高,易加工,价廉,易于获得,有较好的防护性能,因此是防护性能与结构性能兼优的屏蔽材料,通常多用于移动式防护屏蔽。对于100kV及其以下的X射线,大约6mm厚的钢板相当于1mm厚的铅板的防护效果。因此,可在某些用途中用铁代替铅。而且铁常与铅复合应用,作为屏蔽体的骨架或铅板的夹持物,用于X射线、γ射线的屏蔽防护。
铁对高能X射线、γ射线的防护性能相对提高,例如对150~300kV的X射线,其比铅当量约为0.08mmPb/mm材料,而对6MV高能X射线,则铁当量比铅当量上升到0.56mmPb/mm材料,提高了6倍。
(3)铜(Cu)原子序数29,密度8.9g/cm 3 。其防护性能好,机械强度大,但价格较贵,仅用于较小的需要机械加工的防护部件,例如给手术室用小C形臂X射线机加工一个铜质集光筒,取代原机上配戴的塑料集光筒,可有效地降低操作者的受照剂量。
(4)钨(W)原子序数74,密度19.3g/cm 3 ,熔点3 410,布氏硬度为296,钨是一种最重、最硬和最难熔化的金属,若掺入6%的镍和4%的铜,构成合金钨,其密度降到17g/cm 3 ,但易于加工做成所需要的防护屏蔽。由于钨价格昂贵,故只用在高强度放射源的屏蔽防护上,如 60 Co治疗机和γ刀的 60 Co放射源储存器等。
(5)含金属元素的板材目前有2种:
a.射线防护钡板:是一种新型专利产品,属于无铅环保绿色建材。该产品选用天然硫酸钡为主料,配以天然植物纤维增强和其他辅料,经先进工艺加压、高温蒸养成形。其特点是安全无害、防火、耐用、易于施工等。
b.玻璃钢类防护板:是以硫酸钡为主料,配以玻璃纤维、树脂等辅料,层层平摊固化而成。上述两种板材均可用于隔墙、吊顶、贴墙面等防护装饰。