CN107919177A - 射线防护砖及其制作方法和射线防护墙及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于射线防护技术领域，公开一种射线防护砖，其制作材料包括射线防护材料和固化剂；包括砖体，所述砖体具有四个侧表面，任意相对的两个侧表面上分别设有贯穿侧表面长度方向的凸起结构和凹槽结构，所述凸起结构和凹槽结构平行设置且能相互咬合。本发明的射线防护砖采用砖体的形式来进行射线防护，颠覆了传统的采用射线屏蔽材料对墙进行粉刷或采用大型屏蔽防护板设计操作；采用正弦曲线相互咬合紧密的结构设计，防止射线等透过砖与砖连接处的缝隙，使砖体之间形成无缝对接，根据防护要求调整射线防护砖的厚度或凸起结构的数量，从而提升整体防护性能，防护砖强度高，保证了所述射线防护砖制成的防护墙体的全面防护射线的效果。

Description

射线防护砖及其制作方法和射线防护墙及其应用

技术领域

本发明涉及射线防护技术领域，具体地，涉及一种射线防护砖及其制作方法以及由该射线防护砖构成的射线防护墙及其应用。

背景技术

随着放射线在医疗卫生、国防军工、科研、工业、农业等领域广泛应用，特别是X射线，成为人们应用最多的电离辐射，辐射技术给社会带来了巨大的经济利益，但另一方面，由于其能量高、穿透力强，对人体生理机能有不同程度的损害作用，随之带来的辐射定义也被广大民众所知悉，因此做好射线防护工程尤其重要。

传统的X射线防护材料为铅，但铅有毒，且机械性能不好，几何尺寸不稳定，易变形、下垂，且不防震，时间长易蠕变，因此铅不能单独施工，必须有夹持材料制成，且铅比重大、资源相对缺乏，使用成本高且施工程序复杂。

现有技术一般通过对需屏蔽空间的墙体进行粉刷来达到屏蔽射线的目的，其粉刷材料采用硫酸钡粉和固化剂等进行混合成粘质状，再将粘质状射线防护材料粉刷至墙体上，但这种墙体粉刷通常厚度达不到，屏蔽效果一般，且粉刷墙体容易开裂，形成X射线的逃逸空间，此外还可能造成装饰面开裂，影响美观，因此粉刷墙体需要很大的维护成本。

现有技术中也已出现了X射线屏蔽防护板材，但板材规格尺寸针对性强，无法量化生产，且生产过程复杂，需采用多种屏蔽剂、多种粘结剂及其它材料进行混合制得所需的复合板材，如现有技术中有一种由石英粉、锌粉、硫铝酸盐水泥、硫酸钡等原料经复杂工序加工制成的板材，其重量轻，吸收X射线效果好，但硫铝酸盐水泥为一种特种水泥，原料来源受限，生产成本高，其次为使在制作过程中容易产生气泡，使得板材内部具有孔隙，在原材料中加入锌粉，以期达到保温隔音和轻质的效果，但这种工艺过程控制难度大，难以得到符合全面屏蔽效果的屏蔽防护板。

同时现有技术的X射线屏蔽板材质量较重，强度不高，几何尺寸不稳定，容易变形，对射线的屏蔽性能较低，且施工工艺复杂，一般现有技术的硫酸钡粉刷10mm相当于0.8到0.9个铅当量，硫酸钡防护板效果也差不多，但它们的厚度不能够做到太厚，且易断，不好搬运施工，现场安装时劳动强度大，对安装空间等有较大需求，无法实现快速安装和后期维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种具有多重屏蔽层次的、屏蔽密封性能好的、通用性强且能模块化生产的射线防护砖。

本发明要解决的另一技术问题是提供所述射线防护砖的制作方法。

本发明同时还提供一种采用所述射线防护砖堆垒成的射线防护墙及该射线防护墙在医疗卫生、国防军工、科研、工业、农业射线防护工程上的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种射线防护砖，包括砖体，所述砖体具有四个侧表面，任意相对的两个侧表面上分别设有贯穿侧表面长度方向的凸起结构和凹槽结构，所述凸起结构和凹槽结构平行设置且能相互咬合。

各侧表面上的凸起结构可以相同也可以不同。

为提升射线防护砖的整体防护特性，两个凸起结构延伸至相交，两个凹槽结构也延伸至相交，以确保多个射线防护砖在相互咬合过程中凸起结构与凹槽结构之间无直通缝隙，避免射线穿透缝隙逃逸至屏蔽空间以外。

具体地，所述射线防护砖的剩余两个表面可随意设置，优选地，设置为平整平面，以便所述射线防护砖靠近有屏蔽需求的空间的墙体或金属骨架进行垒放时，可贴合墙体或金属骨架设置；同时设置为平整平面也节约了工艺步骤，无需过多考虑该平面的设计。

具体地，所述凸起结构和凹槽结构的设置一方面是为了射线防护砖与射线防护砖结合连接时，凸起结构和凹槽结构能隼接紧密，使射线防护砖之间连接稳定；另一方面，凸起结构与凹槽结构相互咬合，实现了射线防护砖之间的无缝对接，对射线的穿透起到了遮挡作用，使射线无法透过射线防护砖与射线防护砖的连接处，相当于在射线防护砖之间设置了屏障，起到了全面壁垒的作用。

进一步地，所述凸起结构在所在表面的宽度方向设有至少一个。

具体地，可根据所述射线防护砖的实际工况定制砖体的厚度，当所述射线强度较大时，所述射线防护砖的厚度也应相对厚些，为增强屏蔽效果，所述凸起结构在其所在表面的宽度方向可以设置多个。

为降低制作工艺的复杂程度，优选地，所述凸起结构设置为1～2个，进一步优选地，设置为2个，当需要进一步增加所述射线防护砖的厚度时，也可采用两层射线防护砖叠加来达到增厚的目的。

具体地，所述射线防护砖上的凹槽结构随凸起结构的数量确定。

进一步地，所述凸起结构在所在表面宽度方向的横截面为正弦曲线结构。

更进一步地，所述正弦曲线结构的设计公式为X=325t-81.25；Y=10sin（5t×360-180），t为砖体厚度，凸起结构的波峰波谷位置依射线防护砖的厚度确定。

具体地，上述确定公式的正弦曲线结构的设置，规范了所述射线防护砖凸起结构和凹槽结构的形状，确定了正弦曲线结构的波峰、波谷位置，增强了美观性，同时增强了所述射线防护砖的通用性，任意两块射线防护砖的凸起结构和凹槽结构均可随意搭配咬合。

射线防护砖的射线防护材料为硫酸钡粉或硼砂或金属粉末，通过固化剂与射线防护材料混合制得射线防护砖，射线防护材料与固化剂的含量比以重量份数计为3～5:1。

具体地，针对X或γ射线进行屏蔽防护，射线防护材料采用硫酸钡粉等具备吸收X或γ射线功能或使X或γ射线能量衰减的盐类化合物，也可采用各类金属，因硫酸钡粉不溶于水和酸，化学性质稳定，无磁性毒性，价格相对低廉成为所述射线防护材料的首选。

当针对中子射线进行屏蔽防护时，射线防护材料则可采用硼砂，总之，射线防护材料可根据具体需要防护的射线类型进行自由选择。

具体地，射线防护材料的粉末粒径为310～340目，优选地为325目。

因不同的射线穿透力不同，例如γ射线穿透力比X射线强，因此所述射线防护砖应根据需屏蔽的射线种类进行厚度设计，一般地，γ射线防护砖应相对X射线防护砖厚些。

更进一步地，为在射线防护效果与射线防护材料使用量之间达到一个相对平衡的状态，所述射线防护材料与固化剂的使用比例为4:1，该比例状况下制作的射线防护砖能在较低的成本条件下达到最优的射线屏蔽效果。

进一步地，所述固化剂可为有机粘结剂或无机粘结剂等适于与所述射线防护材料混合的粘结剂，优选地选用特种标号的水泥，该水泥能与射线防护材料粉末形成良好的融合状态，使制得的射线防护砖具备更好的屏蔽性能。

进一步地，射线防护砖的制作材料还包括高分子保温材料，其可使射线防护砖具有良好的保温功能，当其处于恒温状态下，可隔绝砖体内外的热量交换。

本发明同时提供一种所述射线防护砖的制作方法，包括以下步骤：

a.按比例称量各原材料，混合均匀至成半流体粘结状；

b.将配置好的原材料注入模具，通过振动将原材料压实，原材料在模具中成型后脱模整形上架；

c.将上架后的成型砖置于干燥环境下通风至完全固化即得到成品X射线防护砖。

具体地，将所述射线防护材料和固化剂按3～5:1的重量份比例配置到位，所述射线防护材料和固化剂在搅拌机内搅拌混合，避免因原材料混合不均匀导致射线防护功能差。

具体地，所述模具具有凸起结构和凹槽结构的设计。

具体地，所述振动过程中还可对混合的原材料进行排气，使原材料在模具中成型后的成型砖表面光滑，避免表面产生气泡或缩孔。

具体地，所述通风环境温度为25℃～30℃，所述射线防护砖成型后在该温度条件下能迅速硬化。

具体地，为保证所述成型砖的硬度，所述固化时间为24～48h。

更具体地，为达到最佳硬度，固化时间优选为48h，经过长时间的风干和固化，所述射线防护砖的硬性、脆性、屏蔽防护性能均达最佳状态。

本发明同时提供所述射线防护砖在医疗卫生、国防军工、科研、工业、农业等射线防护工程上的应用，尤其在医疗卫生领域X或γ射线或中子射线射线屏蔽方面的应用。

具体地，所述射线防护砖尤其适用于作为医院CT、DR、牙片机、DSA手术室等X光线医疗设备防护工程的防辐射材料。

更具体地，所述射线防护砖应用在实际防护过程中，是将多块射线防护砖的凸起结构和凹槽结构咬合使之紧密结合成为防护墙，将所述防护墙贴近有屏蔽需求的空间的墙体或龙骨架处安装，防护墙的叠放高度视施工图纸要求而定。

所述防护墙中，任意一块射线防护砖的上下左右均通过凸起结构和凹槽结构咬合，真正实现无缝连接，避免射线的穿透逃逸。

所述防护墙作为防护层，可防止射线穿出墙外伤害辐射室旁的过往人群，同时确保医护人员不受射线的损害。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用射线防护材料和固化剂等材料制备成防护砖的形式来进行射线防护，颠覆了传统的采用射线屏蔽材料对墙进行粉刷或采用大型屏蔽防护板设计操作。

具体来说，以防护砖的形式取代传统的硫酸钡粉刷墙，避免硫酸钡粉刷过的粉刷墙面易开裂导致的屏蔽效果差的问题，同时也可避免随着年代久远或磕碰时墙壁粉刷表皮掉落的问题，降低墙面返工风险和维护成本；

本发明的射线防护砖采用正弦曲线相互咬合紧密的结构设计，防止射线等透过砖与砖连接处的缝隙，使砖体之间形成无缝对接，根据防护要求调整射线防护砖的厚度或凸起结构的数量，相当于对射线进行二次甚至是多次屏蔽，保证了所述射线防护砖制成的防护墙体的全面防护射线的效果；

通过在射线防护砖中添加高分子保温材料，使射线防护砖具有保温功能，可有效避免避免射线防护砖形成的射线防护墙内外温度交换的发生，相当于在射线防护墙内设置了一层稳定温度的屏障；

本发明所述射线防护砖质量轻、强度高、体积小，结构简单，通用性强，可实现模块化生产和施工，工期大大缩短，施工工艺简单，施工现场环境得到很大改善，远优于传统的大型硫酸钡防护板；

防护强度大，本发明中采用硫酸钡粉制作的硫酸钡防护砖40mm厚即可相当于3mmpb铅板的防护当量。

附图说明

图1为实施例1所述射线防护砖的结构示意图；

图2为实施例1所述射线防护砖的横截面结构示意图；

图3为实施例2所述射线防护砖的结构示意图；

图4为实施例3所述射线防护砖的结构示意图；

图5为所述射线防护砖垒成的防护墙体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1～2所示，一种射线防护砖1，采用射线射线防护材料和固化剂等材料制成，包括砖体，砖体具有四个侧表面，任意相对的两个侧表面上分别设有贯穿侧表面长度方向的凸起结构和凹槽结构，凸起结构和凹槽结构平行设置且能相互咬合。

四个侧表面中，设有凸起结构的两个侧表面为相邻表面，设有凹槽结构的两个侧表面也为相邻表面。

为提升射线防护砖的整体防护特性，两个凸起结构延伸至相交，两个凹槽结构也延伸至相交，以确保多个射线防护砖在相互咬合过程中凸起结构与凹槽结构之间无直通缝隙，避免射线穿透缝隙逃逸至屏蔽空间以外。

具体地，砖体上设有凸起结构的相邻表面具体为表面11和表面21,表面11上的凸起结构为111，表面21上的凸起结构为211；砖体上设有凹槽结构的相邻表面分别为表面31和表面41，表面31上的凹槽结构为311，表面41上的凹槽结构为411。

砖体还具有表面51和表面61,表面51和表面61的表面可随意设置，本实施例中设置为平整平面，以便射线防护砖1靠近有屏蔽需求的空间的墙体或金属骨架进行垒放时，可贴合墙体或金属骨架设置；同时设置为平整平面也节约了工艺步骤，无需过多考虑该平面的设计。

凸起结构和凹槽结构的设置一方面是为了射线防护砖与射线防护砖结合连接时，凸起结构和凹槽结构能隼接紧密，使射线防护砖之间连接稳定；另一方面，凸起结构与凹槽结构相互咬合，实现了射线防护砖之间的无缝对接，对射线的穿透起到了遮挡作用，使射线无法透过射线防护砖与射线防护砖的连接处，相当于在射线防护砖之间设置了屏障，起到了全面壁垒的作用。

可根据射线防护砖1的实际应用工况定制防护砖的厚度，当射线强度较大时，射线防护砖1的厚度也应相对厚些。

本实施例中凸起结构在所在表面的宽度方向仅设置一个，射线防护砖1上的凹槽结构数量随凸起结构的数量确定。

具体地，凸起结构111在表面11宽度方向横截面为正弦曲线结构，凸起结构211在表面21宽度方向横截面为正弦曲线结构。

正弦曲线结构的具体设计公式为X=325t-81.25；Y=10sin（5t×360-180），t为砖体厚度，如此一来，凸起结构的波峰波谷位置依射线防护砖的厚度确定，规范了正弦曲线结构的峰值位置，即确定了正弦曲线结构的轮廓走向，一方面增强了射线防护砖1的美观性，另一方面增强了射线防护砖1的连接稳定性，任意两块射线防护砖的凸起结构和凹槽结构均可随意搭配咬合。

射线防护砖的射线防护材料为硫酸钡粉或硼砂或金属粉末，通过固化剂与射线防护材料混合制得射线防护砖，本实施例主要针对X或γ射线防护，优选射线防护材料为硫酸钡粉，硫酸钡粉不溶于水和酸，化学性质稳定，无磁性毒性，价格相对低廉成为射线防护屏蔽的首选，射线防护砖的制作材料还包括固化剂，通过固化剂的添加使硫酸钡粉及其它相关材料混合粘结成型。

硫酸钡粉的粉末粒径选用325目。

硫酸钡粉与固化剂的成分含量以重量份数计为硫酸钡粉：固化剂=4:1，可使屏蔽效果与射线防护材料使用量达到一个相对平衡的状态，该比例状况下制作的射线防护砖能在较低的成本条件下达到最优的X或γ射线屏蔽效果。

固化剂为特种水泥，该固化剂能与硫酸钡粉形成良好的融合状态，使制得的硫酸钡砖具备更好的防护屏蔽性能。

射线防护砖的制作材料还进一步添加有高分子保温材料，可使射线防护砖具有保温功能，一般射线放射源设备对环境温度要求较高，要求在恒温条件下工作，因此需在防止射线放射源设备的空间内放置恒温控制设备，如空调，而该空间外部处在自然条件温度下，易与空间内产生温度交换等影响，此时具有保温功能的射线防护砖可有效避免避免温度交换的发生，相当于在空间内设置了一层稳定温度的屏障。

本实施例中射线防护砖1的规格为200mm×100mm×40mm。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于单块射线防护砖1上的凸起结构数量设置不同，具体地为表面11上设有2个凸起结构111，表面21上设有2个凸起结构211，同时表面31上设有2个凹槽结构311，表面41上设有2个凹槽结构411。

具体地，多个凸起结构在其所在表面的宽度方向设置是为了增强屏蔽效果，当凸起结构为两个，两块射线防护砖相互咬合时在咬合处可形成至少两层以上的屏障防止射线穿透。

本实施例中射线防护砖1的规格为200mm×100mm×50mm。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的不同之处在于凸起结构和凹槽结构的形状不同，本实施例中的凸起结构为矩形。

本实施例中射线防护砖1的规格为200mm×100mm×30mm。

实施例4

本实施例与实施例3的不同之处在于射线防护砖的规格为200mm×100mm×40mm。

实施例5

本实施例提供一种射线防护砖的制作方法，包括以下步骤：

a.以3～5:1的重量份比例称量射线防护材料和固化剂，将射线防护材料和固化剂及其它相关材料置于搅拌机内搅拌混合均匀至成半流体粘结状，避免因原材料混合不均匀导致射线防护功能差；

b.将配置好的半流体混合物注入具有凸起结构和凹槽结构设计的模具，通过振动将半流体混合物压实，半流体混合物在模具中成型后脱模整形上架，振动过程中还可对半流体混合物进行排气，使半流体混合物在模具中成型后的成型砖表面光滑，避免表面产生气泡或缩孔；

c.将上架后的成型砖置于干燥环境下通风至完全固化即得到成品射线防护砖，其中通风环境温度为25℃～30℃，射线防护砖成型后在该温度条件下能迅速硬化，固化时间为24～48h，为达到最佳硬度，固化时间优选为48h，经过长时间的风干和固化，射线防护砖的硬性、脆性、屏蔽防护性能均达最佳状态。

为使射线防护效果与射线防护材料使用量之间达到一个相对平衡的状态，射线防护材料与固化剂的重量份配比为4:1，该比例状况下制作的射线防护砖能在较低的成本条件下达到最优的射线屏蔽效果。

实施例6

如图5所示，本实施例提供一种采用如实施例1、实施例2或实施例3所述的射线防护砖1堆垒而成的射线防护墙2，射线防护墙2为采用多个射线防护砖1在水平方向和竖直方向分别咬合叠加而成。

为增加射线防护墙2的美观性，射线防护砖1的叠加方式也可进行一些方向的设置变换，即当射线防护砖的砖体长度与高度呈整数倍设计时，射线防护砖在射线防护墙上可呈水平设置也可呈直立设置。

具体地，射线防护砖相互之间的连接处还可填充具屏蔽功能的粘接剂，最大限度地防止射线穿透连接缝隙。

因射线防护砖凸起结构和凹槽结构的设置，射线防护墙2与其安装墙体的连接边缘处将存在缝隙，此时采用射线防护材料与固化剂制成的浆料填充至缝隙中间抹平即可使射线防护墙2与安装墙体无缝对接。

本发明实施例中的射线防护砖1能使X射线能量衰减从而达到GBZ 131-2002《医用X射线治疗卫生防护标准》的要求，为表明本发明的射线防护砖1对X射线的防护效果，依据《X射线物理学》书本的论述，对实施例1～实施例3的射线防护砖1堆垒成的防护墙体2做了防护性能的测试，得到不同厚度的射线防护砖、不同凸起结构或不同射线防护材料对X射线的铅板防护当量如表1：

表1

由以上数据可知，本发明的射线防护砖具有优良的屏蔽性能，同时具备质量轻、强度高、体积小，结构简单，通用性强，可实现模块化生产和施工等优点，是射线防护领域的一大进步。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射线防护砖，其特征在于，包括砖体，所述砖体具有四个侧表面，任意相对的两个侧表面上分别设有贯穿侧表面长度方向的凸起结构和凹槽结构，所述凸起结构和凹槽结构平行设置且能相互咬合。

2.根据权利要求1所述射线防护砖，其特征在于，相邻的两个侧表面上的凸起结构延伸至相交，相邻的两个侧表面上的凹槽结构延伸至相交。

3.根据权利要求1或2所述射线防护砖，其特征在于，所述凸起结构的横截面为正弦曲线结构。

4.根据权利要求3所述射线防护砖，其特征在于，所述正弦曲线结构的设计公式为X=325t-81.25；Y=10sin（5t×360-180），t为砖体厚度。

5.根据权利要求1所述射线防护砖，其特征在于，射线防护砖的射线防护材料为硫酸钡粉或硼砂或金属，通过固化剂与射线防护材料混合制得射线防护砖，射线防护材料与固化剂的含量比以重量份数计为3～5:1。

6.根据权利要求5所述射线防护砖，其特征在于，射线防护砖中还添加有高分子保温材料。

7.根据权利要求1～6任意一项所述射线防护砖的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.按比例配备原材料，按并混合均匀至成半流体粘结状；

b.将配置好的原材料注入模具，通过振动将原材料压实、排气，原材料在模具中成型后脱模整形上架；

c.将上架后的成型砖置于干燥环境下通风至完全固化即得到成品射线防护砖。

8.根据权利要求7所述射线防护砖的制作方法，其特征在于，所述通风环境温度为25℃～30℃；所述固化时间为24～48h。

9.一种射线防护墙，其特征在于，采用多个如权利要求1～6任意一项所述的射线防护砖通过凸起结构和凹槽结构的相互咬合堆垒而成。

10.根据权利要求9所述射线防护墙在医疗卫生、国防军工、科研、工业、农业射线防护工程上的应用。