CS268820B2

CS268820B2 - Screening structure for x-rays and gamma radiation protection

Info

Publication number: CS268820B2
Application number: CS867440A
Authority: CS
Inventors: Peter Teleki
Original assignee: Peter Teleki
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS744086A2; US4795654A; EP0220937A3; AU6423086A; EP0220937A2

Description

(57) Stínící konstrukce pro ochranu proti. rentgenovým paprskům a gama záření se vyznačuje tím, že má laminovanou strukturu o alespoň n vrstvách (11, 12, ..... ... ln) navzájem odlišných materiálů, přičemž n je větší než 2 nebo rovno 2, a každá z prvních n-1 vrstev, (například 12) zahrnuje prvek přeměňující alespoň Část rentgenových paprsků nebo gama záření, které se mají stínit, nebo alespoň část sekundárního záření vydávaného předcházející vrstvou, (například 11) v rentgenové paprsky nebo gama záření, jejichž energie je větší než energie elektronů ve vrstvě К atomů prvkuprvku, z něhož je následující vrstva, (například 13).

Obr. 2

CS 268 820 B2

Vynález ее týká stíničí konstrukce pro ochranu proti rentgenovým paprskům a gama záření·

Obvykle se pro ochranu proti rentgenovým paprskům a gama záření používá deskových konstrukcí zhotovených z kovu majícího vysokou absorpci, především z olova. Tloušťka stěny této konstrukce se volí podle požadovaného útlumu záření. Nevýhodou takovýchto známých konstrukcí je jejich poměrné značné hmotnost.

Vynález se týká stínící konstrukce, u níž je několik různých materiálů kombinováno za vzniku laminátové struktury.

Předmětem vynálezu je proto stínící konstrukce pro ochranu proti rentgenovým paprskům a gama záření, která se vyznačuje tím, že mé laminovanou strukturu o alespoň n vrstvách vyrobených z navzájem odliěných materiálů, přičemž n je vyšší než 2 nebo rovno 2, a každá z prvních n-1 vrstev zahrnuje prvek přeměňující alespoň část rentgenových paprsků nebo gama záření, které se mají stínit, nebo alespoň část sekundárního záření, vydávaného předcházející vrstvou, v rentgenové paprsky nebo gama záření, jejichž energie je větší než energie ve vrstvě К atomů prvku, z něhož je vytvořena následující vrstva.

Podle jednoho provedení vynálezu se к vytvoření první vrstvy konstrukce volí takový prvek, u něhož energie elektronů ve vrstvě X jeho atomů je nižší než maximální energie rentgenových paprsků nebo gama záření, které se mají stínit, kdežto к vytvoření druhé vrstvy konstrukce - a v případě, že n je větší než 2 - i každé z dalších vrstev se má volit takový prvek, u něhož energie elektronů ve vrstvě К jeho atomů leží mezi hladinami energie elektronů vrstev К a L atomů prvku, z něhož je vytvořena předcházející vrstva konstrukce, a výhodně je blízká energii elektronů ve vrstvě L.

Vynález je možno výhodně realizovat tak, že počet jednotlivých vrstev konstrukce činí dvě nebo tři. První vrstva může zahrnovat uran, olovo, zlato, platinu, iridium, osmium, rhenium, wolfram a/nebo tantal, kdežto druhá vrstva může zahrnovat cín, indium, kadmium, stříbro, paladium, rhodium, ruthenium, molybden a/nebo niob. Použije-li se třetí vrstvy, může, tato zahrnovat zinek, mě3, nikl, kobalt, železo, mangan, chrom, vanad a/nebo titan.

Pro realizaci v praxi může být výhodná kombinace se třemi vrstvami, z nichž první zahrnuje olovo nebo wolfram, druhá zahrnuje cín, kadmium nebo molybden, zatímco třetí vrstva zahrnuje zinek, mě3, nikl, železo nebo chrom. Při obzvláště výhodném provedení zahrnuje první vrstva olovo, druhá cín a třetí mě3.

Často může vyhovovat kombinace se dvěma vrstvami, při níž první vrstva zahrnuje olovo a druhá vrstva zahrnuje cín, kadmium nebo molybden. V případě záření o nízké energii může postačovat kombinace se dvěma vrstvami, kdy první vrstva zahrnuje olovo a druhá vrstva zahrnuje mě3.

Je velmi výhodné, jestliže konstrukce podle vynálezu je pro zvýšení absorpčního účinku vytvořena z tenkých vrstev. To je možno realizovat tak, že jedna nebo více vrstev sestává z tenkých vrstev téhož materiálu, mezi nimiž jsou upraveny tenké dělicí mezivrstvy. Dělicí mezivrstvy mohou být vytvořeny z oxidu prvku sousední tenké vrstvy nebo z hliníku; hliník zlepšuje absorpční vlastnosti stínící konstrukce

CS 268 820 B2 jakožto vrstvy rozptylující rentgenové paprsky nebo gama záření· Stínící konstrukci z tenkých vrstev podle vynálezu je možno vytvořit též tak, že zahrnuje řadu skupin vrstev uspořádaných za sebou, z nichž každá obsahuje n tenkých vrstev navzájem odlišných materiálů. V tomto případě nejsou tenké dělicí mezivrstvy nutné, avšak tenké hliníkové vrstvy rozptylující rentgenové paprsky nebo gama záření jsou i v tomto případě výhodné. Mohou být upraveny například po Jedné skupině vrstev nebo pc několika skupinách vrstev.

U stínící konstrukce podle vynálezu, vytvořené alespoň zčásti z tenkých vrstev, je tloušťka jednotlivých tenkých vrstev menší než 150 ^um. Pří dané tloušťce celé stínící konstrukce se absorpce zvyšuje s klesající tloušťkou tenkých vrstev tj. se zvyšujícím se počtem tenkých vrstev, takže obzvláště výhodná je tloušťka tenkých vrstev v rozmezí 0,1 až 20 Tenké vrstvy, z nichž je stínící konstrukce podle vynálezu vytvořena, nemusí nikterak mít tutéž tloušťku. Příznivý účinek tenkých vrstev ve stínící konstrukci podle vynálezu pramení pravděpodobně z okolností, že zábrany na hraničních plochách tenkých vrstev jsou značně větší než zábraný uvnitř tenkých vrstev; proto tenké vrstvy působí Jako hraniční plochy pro pohybující se nabité částice. Následkem toho tenké vrstvy tlumí elektrony buzené jak Comptonovým jevem, tak i fotoelektrickým jevem.

U stínící konstrukce podle vynálezu je možno tenké vrstvy nanést na Jednu stranu nosiče, výhodně na Jednu stranu měděné desky nebo desky z chromové ocele chránící před vnějšími vlivy, která je upravena na té straně tenkých vrstev, jež je přivrácena к záření, které se má stínit. Avěak tenké vrstvy mohou být upraveny mezi dvěma nosiči. Tenké vrstvy vyrobené například válcováním mohou být upevněny jedna к druhé а к jednomu nebo dvěma nosičům lepením nebo lisováním. Tenké vrstvy mohou být naneseny na nosič též napařením ve vakuu.

Výhodou stínící konstrukce podle vynálezu je, že požadované ochrany proti záření lže dosáhnout konstrukcí o nižší hmotnosti a tloušťce. Této konstrukce lze použít na všech úsecích ochrany proti záření. Je možno Jí použít například Jako krytu rentgenové trubice, Jako stěny nebo obalu či oděvu chránícího proti záření a jako stínění přístrojů nebo pokusného zařízení před zářením. Může se vyrábět v tuhém nebo i ohebném provedení.

Vynález je blíže objasněn na příkladech provedení znázorněných na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je znázorněn schematický pohled na konstrukci podle vynálezu, obr. 2 a 3 znázorňují schematické pohledy na konstrukce podle vynálezu, vytvořené v provedení z tenkých vrstev podle vynálezu, a obr. 4 znázorňuje schematický pohled na jiné provedení stínící konstrukce, vytvořené zčásti z tenkých vrstev podle vynálezu.

Na obrázcích jsou identické konstrukční prvky Jakož i konstrukční prvky mající tutéž funkci označeny shodnými vztahovými značkami.

Konstrukce, znázorněná na obr. 1, pro ochranu proti rentgenovým paprskům nebe gama záření přicházejícímu ze směru šipky 7 zahrnuje ochrannou vrstvu 8 a řadu vrstev II* 12. ... ln vytvořených z navzájem odlišných materiálů, kde n označuje počet vrstev.

CS 268 820 B2

Materiál první vrstvy 11 ze směru šipky 7 se má volit podle maximální energie přicházejícího záření tak, aby energie elektronů v К vrstvě atomů prvku, z něhož je vytvořena vrstva 11· byla nižší než uvedená maximální energie přicházejícího záření. V tabulce I je uvedena skupina prvků, z níž je možno tento prvek zvolit ve většině případů vyskytujících se v praxi· V následujícím textu je před symbolem prvku uvedeno též atomové číslo prvku. V tabulce I jaou uvedeny hodnoty energie elektronů ve vrstvách К a Ιχ atomů každého z uvedených prvků jakož i nejpravděpodobnější hladiny χ a 2 energie» které odpovídají přeskoku excitovaného elektronu mezi vrstvami К a L; všechny tyto hodnoty jsou v keV. S hlediska praktické aplikace jsou nejdůležitějšími prvky a Při použití uranu ^²U je nutno vzít v úvahu jeho vlastní radioaktivní záření.

Prvek pro druhou vrstvu 12 se má volit tak, aby energie elektronů v jeho К vrstvě byla v rozmezí energií ve vrstvách К a Ly atomů prvku, z něhož je vytvořena první vrstva 1Л, co nejblíže energii elektronů v vrstvě.

Tabulka II uvádí prvky vhodné pro vrstvu 12, jestliže byl prvek pro vrstvu 11 vybrán z tabulky I. Je zřejmé, že pro uran ⁷ U vybraný pro vrstvu 11 je možno zásadně zvolit kterýkoli z prvků ^°Sn, ..... ^^Ru, protože energie elektronů vrstvy К atomů těchto prvků je vyšší než energie elektronů vrstvy L, atomů uranu U.

Я2 74 ^x

Pro kterýkoliv z prvků Pb, .....^,JTa, použitý к vytvoření vrstvy 11, je zásadně možno zvolit kterýkoliv z prvků ^°Sn, ....^Nb, poněvadž ještě energie elektronů vrstvy К atomů niobu je vyšší než energie elektronů vrstvy atomů olova Pb·

Tabulka I

prvek	energie elektronů ve vrstvě К			energie elektronů ve vrstvě Ιχ
⁹²u	115,6	98,4	94,6	21,7
⁸² Pb	88,0	75,0	72,8	15,9
⁷⁹Au	80,7	68,8	67,0	14,3
78_pt	78,4	66,8	65,1	13,9
⁷⁷Ir	76,1	64,9	63,3	13,4
⁷⁶0s	73,9	63,0	61,5	13,0
⁷⁴W	69,5	59,3	58,0	12,1
⁷³Ta	67,4	57,5	56,3	11,6
		Tabulka II
prvek	energie elektronů	oC	ΰύ	energie elektronů
ve vrstvě К	1	2	ve vrstvě I>£
⁵°Sn	29,2	25,3	25,0	4,4
⁴⁹In	27,9	24,2	24,0	4,2
⁴⁸Cd	26,7	23,2	23,0	4,0
Íl·⁶	25,5	22,2	22,0	3,8
⁴⁶Pd	24,3	21,2	21,0	3,6
⁴⁵Rh	23,2	20,2	20,0	3,4
⁴⁴Ru	22,1	19,3	19,1	3,2
⁴²Mo	^; 20,0	17,5	17,4	2,8
⁴¹Nb	19,0	16,6	16,5	2,7

CS 268 820 B2

Prvek pro vytvoření třetí vrstvy 13 se né volit tak, aby energie elektronů ve vrstvě К jeho atomů byla v rozmezí energií elektronů ve vrstvách К a atomů prvku druhé vrstvy P₍ co nejblíže energii elektronů ve vrstvě 1^. V tabulce III jsou uvedeny prvky a energie elektronů ve vrstvě К jejich atomů, které jsou vhodné pro zhotovení vrstvy 13. jestliže prvek pro vrstvu 12 byl vybrán podle tabulky II.

Tabulka III prvek energie elektronů ve vrstvě К

3°zn	9,7
²⁹Cu	9,0
²⁸Ni	8,3
²⁷Co	7,7
²⁶Fe	7,1
²5_to	6,5
²⁴Cr	6,0
²3_v	5,^{* 4}
²²Ti	5,0

Je zřejmé, že pro kterýkoliv s prvků ....^^Nb vrstvy 12 je zásadně možno zvolit kterýkoliv z prvků ³⁰Zn, .... Ti uvedených v tabulce III, poněvadž ještě energie elektronů ve vrstvě К atonů titanu ²²Ti je vyšší než energie elektronů ve vrstvě Ij atomů cínu ^°Sn.

Pokud jde o praktickou aplikaci, je pro stínicí konstrukci vytvořenou ze tří vrstev výhodná kombinace prvků - ^θ8η nebo ^²Mo - ^°Zn nebo ²*Cr, nebo kombinace prvků ⁸²Pb - ^°Sn nebo ⁴⁸Cd - ²^CU nebo ²⁸Ni. V některých případech je vhodná tříS2 50 29 vrstvá kombinace z prvků Pb - Sn - Cu, která je příznivá i z hlediska ceny.

Stínicí konstrukce podle vynálezu nemusí nezbytně mít třetí vrstvu 13 nebo další op CQ vrstvy 13.....ln. V některých případech stačí kombinace dvpu vrstev Pb - ² Sn nebo

4⁰Cd nebo ^²Mo.

Pro měkké paprsky (30 až 88 keV) se vhodně použije kombinace dvou vrstev, přičemž prvkem pro první vrstvu 11 je cín ^°Sn, pro druhou vrstvu mě3 ²⁹Cu.

Na obr. 2 je znázorněna stínicí konstrukce podle vynálezu, u níž všechny vrstvy

11. 12« .... ln jsou vytvořeny z tenkých vrstev. Sestává tedy vrstva 11 z tenkých vrstev 21, 22« .... 2k téhož materiálu, vrstva 12 z tenkých vrstev 31, 32, .... 31 téhož materiálu a vrstva ln z tenkých vrstev <1, 42, .... 4i téhož materiálu, přičemž všechny jsou upraveny na nosiči 2· Noaič 2 3® na té straně souboru tenkých vrstev, která je přivrácena к záření, a plní zároveň funkci ochranné vrstvy. Mezi jednotlivými tenkými vrstvami téhož materiálu jsou upraveny tenké dělicí mezivrstvy neznázorněné na obr. 2, vyrobené například z oxidu kovu tvořícího přilehlou tenkou vrstvu nebo z hliníku. Tenké hliníkové dělicí mezivrstvy rozptylují rentgenové paprsky nebo gama záření a tím zároveň zlepšují stínicí účinek konstrukce. Pro lepší názornost nejsou ani obr. 2, ani obr. 3 a 4 zakresleny v měřítku.

CS 268 820 B2

U konstrukce znázorněné na obr. 3 jsou materiály pro první tenkou vrstvu 111, pro druhou tenkou vrstvu 121 a pro třetí tenkou vrstvu 131 vybrány obdobně jako materiály pro konstrukci na obr. 1. Tenké vrstvy 111. 121 a 131 tvoří skupinu vrstev. U konstrukce znázorněné na obr. 3 je za sebou upraveno m skupin takovýchto vrstev. Tenké vrstvy 111· 121. 131; 112. 122· 132; ···.lim. 12m· 13m jsou uspořádány mezi dvěma nosiči i e 6.

U tohoto uspořádání není nutno použít dělicích mezivrstev mezi jednotlivými tenkými vrstvami, poněvadž sousedící tenké vrstvy jsou všude vytvořeny 2 odlišných materiálů.

Na obr. 4 je znázorněna taková konstrukce, u níž pouze první vrstva 11 je vytvořena z tenkých vrstev 21. 22, ....2k, a struktura ostatních vrstev 12. 13. ....ln je stejná jako na obr. 1.

Stínící konstrukce podle vynálezu může mít jiný tvar než je desková konstrukce znázorněná na přiložených obrázcích. Může být vytvořena například jako ohebný útvar, z něhož je možno vyrobit ochranný oděv nebo kterého lze použít jako ochranného obalu proti záření, který nemá rovinný povrch.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Stínící konstrukce pro ochranu proti rentgenovým paprskům a gama záření, vyznačující se tím, že má laminovanou strukturu o alespoň n vrstvách (11, 12, ....ln) navzájem odlišných materiálů, přičemž n je větší než 2 nebo rovno 2, a každá z prvních n-1 vrstev (např· 12) zahrnuje prvek přeměňující alespoň část rentgenových paprsků nebo gama záření, které se mají stínit, nebo alespoň část sekundárního záření vydávaného předcházející vrstvou (např· 11) v rentgenové paprsky nebo gama záření, jejichž energie je větší než energie elektronů ve vrstvě К atomů prvku, z něhož je následující vrstva (např· 13)·
2. Stínící konstrukce podle bodu 1, vyznačující se tím, že první vrstva (11) zahrnuje prvek, u něhož energie elektronů ve vrstvě К je nižší než maximální energie rentgenových paprsků nebo gama záření, které se mají stínit.
3. Stínící konstrukce podle bodů 1 nebo 2, vyznačující se tím, že druhá vrstva (12), a v případě, že n je větší než 2 každá z dalších vrstev (13, ••••ln) zahrnuje prvek, u něhož energie elektronů ve vrstvě К jeho atomů je mezi energiemi elektronů ve vrstvách К a L atomů prvku, z něhož je vytvořena předcházející vrstva.
4. Stínící konstrukce podle bodu 3, vyznačující se tím, že druhá vrstva (12), a v případě, že n je větší než 2 každá z dalších vrstev (13, <··.1η), zahrnuje prvek, u něhož energie elektronů ve vrstvě К jeho atomů se blíží energii elektronů ve vrstvě L atomů prvku, z něhož je vytvořena předcházející vrstva (11)·
5· Stínící konstrukce podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že n je rovno 2 nebo 3.
6. Stínící konstrukce podle bodu 5, vyznačující se tím, že první vrstva (11) zahrnuje uran, olovo, zlato, platinu, iridium, osmium, rhenium, wolfram a/nebo tantal.
7· Stínící konstrukce podle bodu 6, vyznačující se tím, že druhá vrstva (12) zahrnuje cín, indium, kadmium, stříbro, paladiun, rhodium, ruthenium, molybden a/nebo niob.
8. Stínící konstrukce podle bodu 7, vyznačující se tím, že třetí vrstva (13) zahrnuje zinek, měň, nikl, kobalt, železo, mangan, chrom, vanad a/nebo titan·
9. Stínící konstrukce podle bodu 5, vyznačující se tím, že první vrstva (11) zahrnuje olovo nebo wolfram, druhá vrstva (12) zahrnuje cín, kadmium nebo molybden, zatímco třetí vrstva (13) zahrnuje zinek, měň, nikl, železo nebo chrom·
10. Stínící konstrukce podle bodu 9, vyznačující se tím, že první vrstva (11) zahrnuje olovo, druhá vrstva (12) zahrnuje cín, zatímco třetí vrstva (13) zahrnuje měň.
11. Stínící konstrukce podle bodu 5, vyznačující se tím, že n je rovno 2 a první vrstva (11) zahrnuje olovo, zatímco druhá vrstva (12) zahrnuje cín, kadmium nebo molybden.
12. Stínící konstrukce podle bodu 5, vyznačující se tím, že n je rovno 2 a první vrstva (11) zahrnuje cín, zatímco druhá vrstva (12) zahrnuje zěň.

CS 26β 820 B2
13* Stínicí konstrukce podle bodů 1 až 12, vyznačující se tím, Že zahrnuje řadu skupin vrstev, kteréžto skupiny jsou uspořádány za sebou a každá z nich zahrnuje uvedených n vrstev materiálů navzájem odlišných (111, 121, 131), přičemž každá vrstva (111, ....13m) je tvořena tenkou vrstvou.
14. Stínicí konstrukce podle bodů 1 až 12, vyznačující se tím, že alespoň jedna z uvedených vrstev (11) sestává z tenkých vrstev (21, 22, ....2k) téhož materiálu, mezi nimiž jsou upraveny tenké dělicí mezivrstvy.
15. Stínicí konstrukce podle bodu 14, vyznačující ae tím, Že pouze první vrstva (11) je vytvořena z tenkých vrstev (21, 22, ....2k).
16. Stínicí konstrukce podle bodu 14, vyznačující se tím, že každá z vrstev (11, 12, ....ln) je vytvořena z tenkých vrstev (21, 22, ....2k; 31, 32, ....3j; 41, 42,

•. · .4i).
17. Stínicí konstrukce podle bodů 14 až 16, vyznačující se tím, že tenké dělicí mezi vrstvy sestávají z oxidu prvku, z něhož je vytvořena sousední tenká vrstva, nebo z hliníku.
18. Stínicí konstrukce podle bodů 13 až 17, vyznačující se tím, že tloušlka tenkých vrstev (21, 31, ....3j; 41, ....4i; 111, 121, ....13m) je menší než 150 yum, s výhodou menší než 50 ^um.
19. Stínicí konstrukce podle bodu 18, vyznačující se tím, že tlouStka tenkých vrstev (21, 31, *...3j; 41, ...·4χ, 111, 121, *...13m) je v rozmezí 0,1 až
20 yum.

20. Stínicí konstrukce podle bodů 13 až 19, vyznačující se tím, že zahrnuje další tenké vrstvy rozptylující rentgenové paprsky nebo gama záření, výhodně vyrobené z hliníku, mezi uvedenými tenkými vrstvami (21, ....2k; 31, ...*3j; 41, . ...4i; 111, 121, ....13m).
21. Stínicí konstrukce podle bodů 13 až 20, vyznačující se tím, že uvedené tenké vrstvy (21, 22, ....4i) jsou naneseny na jedné straně nosiče (5).
22. Stínicí konstrukce podle bodu 21, vyznačující se tím, že nosičem (5) je měděná deska nebo deska z chromové oceli upravená na straně tenkých vrstev (21, 22, .. ..4i) přivrácené к záření, které se má stínit.
23. Stínicí konstrukce podle bodů 13 až 20, vyznačující se tím, že uvedené tenké vrstvy (111, 121, ....13m) jsou upraveny mezi dvěma nosiči (5, 6).
24. Stínicí konstrukce podle bodu 21, vyznačující se tím, že uvedené tenké vrstvy (21, 22, ....41), v daném případě též tenké dělicí mezivrstvy a rozpt.ylovací vrstvy, jsou naneseny na nosič (5) napařením ve vakuu.
25. Stínicí konstrukce podle bodů 21 až 23, vyznačující se tím, že uvedené tenké vrstvy (21, 22, . ...4i; 111, 121, ....13m) jsou spolu spojeny a připevněny к jednomu nebo dvěma nosičům (5, 6) lepením nebo lisováním.