CN111276271A - 一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，由若干防护层组成，所述防护层包括：外层，由第一防辐射材料制成；末层，由第二防辐射材料制成，第二防辐射材料的密度大于等于第一防辐射材料的密度；若干内层，设置在外层与末层之间，由若干防辐射材料制成。其中外层直接暴露在有辐射的一侧，x射线经过外层减弱后经过内层，再经内层吸收一部分后射入末层，末层进一步吸收和阻挡，并存在小部分射线重新经过内层和外层，被进一步吸收。由于防辐射材料的差异化，使得屏蔽效果大大增强。本发明结构简单，采用多种材料组成对应的防护层，使得每一层主要吸收或损耗能量的范围不同，整体上相互弥补，大幅提高整体防辐射能力。
Description
技术领域
本发明涉及防辐射领域，特别涉及一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构。
背景技术
x射线最初用于医学成像诊断和 x射线结晶学。其中诊断用x射线的能量范围在20keV-100KeV之间，其与物质的作用主要有光电效应与康普顿效应为主，相干散射的比例很小。
光电效应，即x射线光子与构成原子的内层轨道电子碰撞，将全部能量都传给原子的壳层电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚，成为自由电子（光电子），而x射线光子则被物质的原子吸收。光电效应的比例与和入射光子能量的三次方成反比，与原子序数的四次方成正比，在光电效应在x射线摄影中不产生有效的散射，光子的能量全部被吸收，比任何其他效应都多。
康普顿效应，即光子击脱原子外层轨道上的电子或自由电子，入射光子损失部分能量，并改变原来的传播方向，变成散射光子，电子从光子处获得部分能量脱离原子核束缚，按一定方向射出，此过程光子能量减弱，但不被吸收。康普顿散射的几率与光子能量成反比，与物质原子序数成正比。
康普顿效应能够降低x射线光子的能量并改变光子的前进方向，光电效应能吸收x射线光子的全部能量。
针对x射线的特点，现有技术中也出现了较多的屏蔽手段。
如公开号 CN109416948A的发明公开了一种用于x射线数字检测器阵列的辐射屏蔽系统，包括第一辐射屏蔽物，其具有多个屏蔽垫以及在该多个屏蔽垫之间的多个间隙，该多个屏蔽垫相比该多个间隙的厚度具有较大的厚度。该多个屏蔽垫构造成定位在x射线数字检测器阵列的有源构件上且间隙构造成定位在x射线数字检测器阵列的无源构件上。
如授权公告号 CN106910544B的发明公开了一种室外防辐射屏蔽墙，用于室外放射性检查系统，室外放射性检查系统具有检测通道和辐射源，室外防辐射屏蔽墙包括沿检测通道方向排列的多个屏蔽板，多个屏蔽板在垂直于辐射源的射线扇束的竖直平面上的正投影区域为无缝区域，且多个屏蔽板中相邻两个屏蔽板之间具有缝隙。
为了更好的屏蔽效果，现有技术的结构或层次大多较为复杂，但相互之间又仅是简单叠加，功能上缺少相互的协同作用。
发明内容
针对现有技术结构复杂，层次之间缺少协同作用的问题，本发明提供了一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，通过将若干材料进行特定组合，使得不同材料发挥的作用相互影响和补充，产生协调作用，大大增加屏蔽和吸收能力。
以下是本发明的技术方案。
一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，由若干防护层组成，所述防护层包括：外层，由第一防辐射材料制成；末层，由第二防辐射材料制成，第二防辐射材料的密度大于等于第一防辐射材料的密度；若干内层，设置在外层与末层之间，由若干防辐射材料制成。本结构在使用时外层直接暴露在有辐射的一侧，x射线经过外层减弱后经过内层，再经内层吸收一部分后射入末层，末层进一步吸收和阻挡，并存在小部分射线重新经过内层和外层，被进一步吸收。由于防辐射材料的差异化，使得每一层主要吸收或损耗能量的范围不同，整体上相互弥补，使得屏蔽效果大大增强。
作为优选，所述第一防辐射材料为铝。其他可以选择的替代材料还有硅、镁或铝合金等，但综合考虑成本、可靠性等因素后铝是一种较优的选择。
作为优选，所述第二防辐射材料为铅。同样有较多可以选择的替代材料，但综合各个因素后，铅仍然是一种较优的选择。
作为优选，所述内层包括第一内层及第二内层，第一内层为有机玻璃，第二内层为铝板，第二内层的厚度大于外层的厚度。有机玻璃与铝板的存在，使得x射线因康普顿效应降低能量，使低能射线进一步被吸收。有机玻璃也可以使用PC板或高密度木板等替代。另外，第二内层与外层的材质均选用铝，而外层的作用是提供物理保护和初步的能量吸收，因此可以相对较薄。同时，在不考虑成本的情况下使用更多的内层会得到更好的效果。
作为优选，所述第一内层与第二内层的厚度相同。
作为优选，所述外层的厚度为3mm，所述末层的厚度为3mm，所述第一内层及第二内层的厚度为10mm。上述厚度的配合方式，一方面使得整个结构的厚度较薄，增加了适用范围，可以运用于体积较小的容器或墙面，另外不同层次存在厚度的差异，有利于突出每个层的主要作用，提升材料的利用效率。需要说明的是，厚度的选择需要根据应用场景进行适应性调整，上述几种厚度仅为一种适用性较广的选择之一。
医用x射线机房内的散射线是以相对软射线为主的混合能量射线，以往使用单一高原子序数物质（比如铅）作为防护材料，混合能量射线射入铅皮，部分因光电效应被吸收，部分因康普顿效应改变前进方向，其中有一部分降低能量后重新摄入扫描机房，而软射线更容易被人体吸收。
本结构中，首先混合能量射线摄入外层的薄铝板，部分低能射线因光电效应被吸收，大部分因康普顿效应降低能量继续向前，然后继续通过内层的有机玻璃与厚铝板，进一步因康普顿效应降低能量，而低能射线进一步被吸收，最后射线抵达末层的铅板时，能量降低了许多，而光电效应的比例与和入射光子能量的三次方成反比，因此光电效应的比例大大提高，因此整体射线被吸收比例大大提高，而剩余的部分未吸收射线进一步降低能量，重新通过有机玻璃与厚铝板的吸收，外层薄铝板继续防护住可能溢出的射线。
本发明的实质性效果包括：结构简单，采用多种不同的材料组成对应的防护层，再通过厚度的控制，使得每一层发挥出理想的防辐射效果，并实现不同层之间的效果互补，大幅提高整体防辐射能力。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中包括：1-外层、2-第一内层、3-第二内层、4-末层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法和手段未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
如图1所示，是一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，由四层防护层组成，防护层包括：外层1，由铝制成；末层4，由铅制成；第一内层2与第二内层3，设置在外层1与末层4之间。本结构在使用时外层1直接暴露在有辐射的一侧，x射线经过外层1减弱后经过内层，再经内层吸收一部分后射入末层4，末层4进一步吸收和阻挡，并存在小部分射线重新经过内层和外层1，被进一步吸收。由于防辐射材料的差异化，使得每一层主要吸收或损耗能量的范围不同，整体上相互弥补，使得屏蔽效果大大增强。
本实施例的第一内层2为有机玻璃，第二内层3为铝板，外层1的厚度为3mm，末层4的厚度为3mm，第一内层2及第二内层3的厚度为10mm。有机玻璃与铝板的存在，使得x射线因康普顿效应降低能量，使低能射线进一步被吸收。另外，第二内层3与外层1的材质均选用铝，而外层1的作用是提供物理保护和初步的能量吸收，因此可以相对较薄。而上述厚度的配合方式，一方面使得整个结构的厚度较薄，增加了适用范围，可以运用于体积较小的容器或墙面，另外不同层次存在厚度的差异，有利于突出每个层的主要作用，提升材料的利用效率。
需要说明的是，厚度的选择需要根据应用场景进行适应性调整，上述几种厚度仅为一种适用性较广的选择之一。
医用x射线机房内的散射线是以相对软射线为主的混合能量射线，以往使用单一高原子序数物质（比如铅）作为防护材料，混合能量射线射入铅皮，部分因光电效应被吸收，部分因康普顿效应改变前进方向，其中有一部分降低能量后重新摄入扫描机房，而软射线更容易被人体吸收。
本实施例的原理是，首先混合能量射线摄入外层1的薄铝板，部分低能射线因光电效应被吸收，大部分因康普顿效应降低能量继续向前，然后继续通过内层的有机玻璃与厚铝板，进一步因康普顿效应降低能量，而低能射线进一步被吸收，最后射线抵达末层4的铅板时，能量降低了许多，而光电效应的比例与和入射光子能量的三次方成反比，因此光电效应的比例大大提高，因此整体射线被吸收比例大大提高，而剩余的部分未吸收射线进一步降低能量，重新通过有机玻璃与厚铝板的吸收，外层1薄铝板继续防护住可能溢出的射线。
实施例2：
本实施例结构组成与实施例1整体一致，区别在于外层1使用铝合金板替代铝板，第一内层2使用PC板。
上述实施例在室内环境中，相比单独使用铅板，屏蔽后的辐射强度降低10%以上。因此比铅板更安全。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构，可以通过其它的方式实现。以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，由若干防护层组成，其特征在于，所述防护层包括：
外层，由第一防辐射材料制成；
末层，由第二防辐射材料制成，第二防辐射材料的密度大于等于第一防辐射材料的密度；
若干内层，设置在外层与末层之间，由若干防辐射材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，其特征在于，所述第一防辐射材料为铝。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，其特征在于，所述第二防辐射材料为铅。
4.根据权利要求2所述的一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，其特征在于，所述内层包括第一内层及第二内层，第一内层为有机玻璃，第二内层为铝板，第二内层的厚度大于外层的厚度。
5.根据权利要求4所述的一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，其特征在于，所述第一内层与第二内层的厚度相同。
6.根据权利要求4或5所述的一种用于屏蔽吸收x射线的组合结构，其特征在于，所述外层的厚度为3mm，所述末层的厚度为3mm，所述第一内层及第二内层的厚度为10mm。
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