CN102479562A - 一种防辐射材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防辐射材料，所述防辐射材料为多层结构，且至少包括一层轻金属层和一层重金属层，所述轻金属层由热塑弹性体与轻金属混炼得到，所述重金属层由热塑性弹体与不包括铅、镉在内的重金属粉末混炼得到。本发明防辐射材料中并不含铅、镉，可有效减小环境污染，采用金属粉末与热塑弹性体混炼的方法代替金属熔炼，可减少对加工人员的健康伤害，更环保，而且本发明防辐射材料的韧性好，可直接用小刀或剪刀即可将该材料裁剪成所需的形状，易于加工成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种防辐射材料，尤其涉及一种用于放射治疗挡铅技术的防辐射材料，以及其在有放射源的场所的屏蔽技术中的应用。
背景技术
挡铅技术是一门应用在电子放射治疗中的技术。临床应用中，一般用附加铅块将限光筒的标准射野变为不规则射野，以适合靶区的形状，并保护周围的正常组织。挡块的主要目的一是将规则射野变成不规则射野，以使射野形状与靶形状的投影一致；二是为了保护射野内某一重要组织或器官。传统技术一般使用铅材料，但由于铅的熔点比较高（327℃），加工困难，不易于针对每一个患者制作特定形状的铅块，一般只作为射野标准挡块使用。
现如今，一般采用低熔点含铅材料来作挡铅材料。这种低熔点铅是一种熔点约为70℃的铅合金，其成分为铋50%，铅26.7%，镉10.0%，锡13.3%。此种合金虽然加工温度比铅低，但是仍然无法非常方便的根据不同的射野将其加工成所需的形状，并且因为加入了镉，所以在加工过程中，会不可避免的有些有毒的镉气体释放出，对环境和加工人员的健康都会造成一定的伤害。除此之外，无论是铅还是含铅的低熔点合金，都是由重金属元素构成，在放射过程中，电子会在重金属层中产生大量的韧致辐射（轫致辐射，又称刹车辐射，泛指带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射），而轫致辐射产生的光子是治疗计划中所没有充分考虑到的，其污染必然会对放疗结果产生影响，而且会对正常组织造成伤害。
美国专利US7041995B2提供了一种不含铅的防辐射材料，这种材料主要含锡、钨、铋，其可有效屏蔽在60~125kV下的X射线辐射。又如美国专利US20040029998A1公开了一种防辐射材料，采用热塑性树脂和比重大于4的非铅、镉的重金属制备了一种替代铅的防辐射材料，这种材料方便定型，且具有很好的防辐射功效。上述专利虽然成功的提供了一种能够替代铅的、且具有很好的防辐射功能的防辐射材料，但对于韧致辐射的污染问题并没有很好的解决措施。
发明内容
本发明提供了一种防辐射材料，针对上述问题，采用热塑性弹体和非铅、镉的金属粉末混炼，制备出一种能够有效减少韧致辐射、无污染、且可通过裁剪等方式易定型的新型挡铅材料。
本发明一种防辐射材料通过以下技术方案实现其目的：
一种防辐射材料，其中，所述防辐射材料为多层结构，且至少包括一层轻金属层和一层重金属层，所述轻金属层由热塑弹性体与轻金属混炼得到，所述重金属层由热塑性弹体与不包括铅、镉在内的重金属粉末混炼得到。
上述的防辐射材料，其中，所述热塑性弹体为以聚苯乙烯或聚酰胺为基体的热塑性弹体。
上述的防辐射材料，其中，在所述轻金属层中，轻金属的质量含量为30~70wt%。
上述的防辐射材料，其中，所述轻金属为铝、镁、锶、钡中的一种或多种。
上述的防辐射材料，其中，所述重金属在所述重金属层中的质量含量为50~97wt%。
上述的防辐射材料，其中，所述重金属为金、银、铜、锌、镍、钴、铬、铋、钡、钨中的一种或多种。
上述的防辐射材料，其中，所述材料由一层铝质量分数为45~55wt%的轻金属层与一层钨质量分数为75~87wt%的重金属层组成。
上述的防辐射材料在有放射源的场所的屏蔽中的应用，其中，所述防辐射材料应用在包括放疗、制造防护衣、工厂、实验室屏蔽领域中。
采用本发明一种防辐射材料其优点在于：
1. 本发明防辐射材料中并不含铅、镉，可有效减小环境污染，同时可减少对加工人员的健康伤害，更环保。
2. 本发明防辐射材料合成采用金属粉末与热塑弹性体混炼的方法代替金属熔炼，制得的材料具有很好的韧性，可直接用小刀或剪刀即可将该材料裁剪成所需的形状，易于加工成形。
3. 本发明防辐射材料使用时，重金属混炼材料与轻金属混炼材料可配合使用，不但有很好的防辐射功效，还有利于减少轫致辐射，增强治疗的精度和对正常组织的保护。
4. 本发明防辐射材料是一项新型环保的屏蔽材料和屏蔽技术，还可在制造防护衣，有放射源的工厂、实验室等领域使用，使用范围广泛。
具体实施方式
本发明防辐射材料在制备时，对于热塑性弹性体可选用聚苯乙烯或聚酰胺为基体的热塑性弹体，其主要成分为C，H和少量的O，经实验表明这些轻原子序数的元素存在，可以在一定程度上减少轫致辐射。所述的重金属可包括金、银、铜、锌、镍、钴、铬、铋、钡、钨中的一种或多种，轻金属可包括铝、镁、锶、钡中的一种或多种。在轻金属混炼材料中，所述轻金属的质量含量为：30~70wt%，而在重金属混炼材料中，所述重金属的质量含量为：50~97wt%。
本发明防辐射材料为多层结构，相对于上述单层的防辐射材料，其拥有更高的防辐射电子与韧致辐射的效果。本发明防辐射材料至少包括一层轻金属层和重金属层，所述轻金属层由热塑弹性体与轻金属粉末混炼得到，所述重金属层由一层热塑性弹体与不包括铅、镉在内的重金属粉末混炼得到。制备时，利用热塑弹性体兼具橡胶和热塑性塑料的特性，用混炼的方法将金属粉末在高温时掺进弹性体，压片冷却成形，这样做成的材料虽然含有大量的金属粉末，但是仍然具有较好的韧性和加工性能，在使用时，可根据每个病人实际情况的不同直接用剪刀或小刀将材料裁剪成所需形状。
实施例1：
采用9MeV和12MeV作为入射电子的能量，对单层防辐射材料与相同等效厚度（等效厚度=密度×厚度）的铅板的防辐射效果比较：
单层防辐射材料：采用86wt%的钨和14wt%的苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）热塑弹性体制成的制成密度为4.40g/cm3防辐射材料。
铅作屏蔽材料时，屏蔽厚度分别选为0.32cm和0.41cm，此厚度的铅板能够屏蔽掉95%以上的初始电子。
1）屏蔽辐射电子能力：
比较相同等效厚度下的单层防辐射材料和铅的屏蔽性能，经过科学计算和实际测量可知：新材料对电子的屏蔽效果几乎与相同等效厚度的铅相当。实验测试结果显示，屏蔽9MeV电子时，透射电子数基本相等，而屏蔽高能的12MeV电子时，单层防辐射材料的屏蔽能力略差于铅，透射电子数比相同等效厚度铅屏蔽时要多出近6%。
2）防轫致辐射能力：
无论是9MeV或12MeV作为入射电子的能量，用单层防辐射材料屏蔽时产生的轫致辐射光子，为相同等效厚度铅屏蔽时的86%左右，所以用上述单层的防辐射材料可有效减小轫致辐射，增加治疗精度。
经过进一步的实验表明，增加材料中金属钨的质量百分比，可明显的提高新材料对电子的屏蔽性能，尤其是对高能电子的屏蔽，可达到甚至超过铅对电子的屏蔽能力。虽然钨含量提高时能够提高屏蔽性能，但是轫致辐射也会随钨含量的提高而增加。
实施例2：
多层防辐射材料与相同等效厚度的单层防辐射材料的防辐射效果比较：
以双层防辐射材料为例：上层：50wt%的铝和50wt%的苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）热塑弹性体混炼制成密度为1.26g/cm3的轻金属层。下层：86wt%的钨（W）和14wt%的苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）热塑弹性体混炼制成密度为4.40g/cm3的重金属层。
实验测试结果显示，采用上述双层防辐射材料，屏蔽9MeV电子时，透射过的电子数小于单层防辐射材料的96%；屏蔽12MeV电子时，透射电子数仅为单层时的89%，明显优于上述的单层防辐射材料。
2）防轫致辐射能力：
防屏蔽9MeV和12MeV电子时，使用本发明上述双层防辐射材料时产生的轫致辐射光子的仅为单层屏蔽时的85%左右，其产额比单层防辐射材料屏蔽时小，阻挡韧致辐射效果更好。其原理为：首先让它对辐射射线进行初步慢化，减少与重金属反应产生轫致辐射的几率；这样透射的电子再与下层材料反应，下层材料中的重金属对电子有很强的屏蔽作用，且在弹性体材料的作用下轫致辐射进一步减少；而背散射的电子也可再被上层的材料吸收。这样的双层结构在减少轫致辐射的同时，还可以大大减小的所述重金属混炼材料层的厚度，同时可以满足应用的要求，且具有更好的屏蔽效果。
通过实施例1和2，我们可知，在材料总的等效厚度不变的基础上，在原有重金属层上方加一层轻金属层，这种采用轻、重金属多层的防辐射材料和分层屏蔽辐射的方法不仅能有效屏蔽辐射电力，其可完全有效取代铅的作用，而且更有很强的屏蔽轫致辐射的作用。这种防辐射材料可有效增强治疗的精度和对人体正常组织的保护；而且加工性能更好。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种防辐射材料，其特征在于，所述防辐射材料为多层结构，且至少包括一层轻金属层和一层重金属层，所述轻金属层由热塑弹性体与轻金属混炼得到，所述重金属层由热塑性弹体与不包括铅、镉在内的重金属粉末混炼得到。
2.根据权利要求1所述的防辐射材料，其特征在于，所述热塑性弹体为以聚苯乙烯或聚酰胺为基体的热塑性弹体。
3.根据权利要求1所述的防辐射材料，其特征在于，在所述轻金属层中，轻金属的质量含量为30~70wt%。
4.根据权利要求3所述的防辐射材料，其特征在于，所述轻金属为铝、镁、锶、钡中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的防辐射材料，其特征在于，所述重金属在所述重金属层中的质量含量为50~97wt%。
6.根据权利要求5所述的防辐射材料，其特征在于，所述重金属为金、银、铜、锌、镍、钴、铬、铋、钡、钨中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的防辐射材料，其特征在于，所述材料由一层铝质量分数为45~55wt%的轻金属层与一层钨质量分数为75~87wt%的重金属层组成。
8.一种如权利要求1~7中任意一项所述的防辐射材料在有放射源的场所的屏蔽中的应用，其特征在于，所述防辐射材料应用在包括放疗、制造防护衣、工厂、实验室的屏蔽领域中。
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