DE102004001328A1 - Lightweight radiation protection material for a wide range of energy applications - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke, wobei das Blei-Ersatzmaterial 12-22 Gew.-% Matrixmaterial, 0-75 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0-73 Gew.-% W oder W-Verbindungen, 0-80 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst und wobei höchstens einer der Bestandteile 0 Gew.-% beträgt, für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25-2,0 mm. Ferner betrifft die Erfindung ein Blei-Ersatzmaterial, das zusätzlich eines oder mehrere der Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.The invention relates to a lead substitute material for radiation protection purposes, wherein the lead substitute material 12-22 wt .-% matrix material, 0-75 wt .-% Sn or Sn compounds, 0-73 wt .-% W or W compounds, 0-80 wt.% Bi or Bi compounds and wherein at most one of the ingredients is 0 wt.%, For total nominal lead equivalents of 0.25-2.0 mm. The invention further relates to a lead substitute material which additionally comprises one or more of the elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or their compounds and / or or Csl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–140 kV.The The invention relates to a lead substitute material for radiation protection purposes in the energy sector an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV.

Herkömmliche Strahlenschutzkleidung zur Anwendung in der Röntgendiagnostik enthält meist Blei oder Bleioxid als Schutzmaterial.conventional Radiation protection clothing for use in X-ray diagnostics usually contains Lead or lead oxide as protective material.

Eine Substitution dieses Schutzmaterials gegen andere Materialien ist insbesondere aus folgenden Gründen wünschenswert:
Zum einen führt Blei und seine Verarbeitung aufgrund seiner Taxizität zu einer hohen Umweltbelastung, zum anderen führt Blei aufgrund seines sehr hohen Gewichts notwendigerweise zu einem sehr hohen Gewicht der Schutzkleidung und damit zu einer starken physischen Belastung des Anwenders. Beim Tragen von Schutzkleidung, beispielsweise bei medizinischen Operationen, ist das Gewicht für den Tragekomfort und die physische Belastung des Arztes und des Assistenzpersonals von großer Bedeutung.Substitution of this protective material for other materials is desirable, in particular, for the following reasons:
On the one hand leads lead and its processing due to its taxiing to a high environmental impact, on the other hand leads lead due to its very high weight necessarily to a very high weight of the protective clothing and thus to a strong physical burden on the user. When wearing protective clothing, for example during medical operations, the weight is of great importance for the wearing comfort and the physical stress of the physician and the assistant personnel.

Deshalb wird seit Jahren nach einem Ersatzmaterial für Blei beim Strahlenschutz gesucht. Dabei wird vorwiegend der Einsatz von chemischen Elementen oder deren Verbindungen mit der Ordnungszahl von 50 bis 76 vorgeschlagen.Therefore is for years after a replacement material for lead in radiation protection searched. This is mainly the use of chemical elements or their compounds proposed with the atomic number of 50 to 76.

Die DE 199 55 192 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsschutzmaterials aus einem Polymer als Matrixmaterial und dem Pulver eines Metalls hoher Ordnungszahl.The DE 199 55 192 A1 describes a method for producing a radiation protection material from a polymer as matrix material and the powder of a metal of high atomic number.

Die DE 201 00 267 U1 beschreibt ein hochelastisches, leichtes, flexibles, gummiartiges Strahlenschutzmaterial, wobei Zusätze von chemischen Elementen und deren Oxide mit einer Ordnungszahl größer gleich 50 zu einem speziellen Polymer gegeben werden.The DE 201 00 267 U1 describes a highly elastic, lightweight, flexible, rubbery radiation protection material wherein additions of chemical elements and their oxides having an atomic number greater than or equal to 50 are added to a specific polymer.

Zur Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichen Bleischürzen wird in der EP 0 371 699 A1 ein Material vorgeschlagen, das ebenfalls neben einem Polymer als Matrix Elemente höherer Ordnungszahl aufweist. Dabei wird eine große Anzahl von Metallen genannt.To reduce weight compared to conventional lead aprons is in the EP 0 371 699 A1 proposed a material which also has elements of higher atomic number in addition to a polymer as a matrix. This is called a large number of metals.

Die DE 102 34 159.1 beschreibt ein Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–125 kV.The DE 102 34 159.1 describes a lead substitute material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-125 kV.

Je nach eingesetzten Elementen zeigt der Schwächungsgrad bzw. der Bleigleichwert (International Standard IEC 61331-1, Protective devices against diagnostic medical X-radiation) des jeweiligen Materials eine teilweise sehr ausgeprägte Abhängigkeit von der Strahlenenergie, die eine Funktion der Spannung der Röntgenröhre ist.ever after inserted elements shows the degree of weakening or the lead equivalent (International Standard IEC 61331-1, Protective devices against diagnostic medical X-radiation) of the respective material partially very pronounced dependence from the beam energy, which is a function of the voltage of the x-ray tube.

Bleifreie Materialien haben gegenüber Blei ein zum Teil stark abweichendes Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von der Röntgenenergie. Deshalb ist für die Nachbildung des Absorptionsverhaltens von Blei bei gleichzeitiger Maximierung der Gewichtseinsparung eine vorteilhafte Kombination unterschiedlicher Elemente erforderlich.lead-free Materials have opposite Lead a partly strongly differing absorption behavior in dependence from the X-ray energy. That is why for the replication of the absorption behavior of lead at the same time Maximizing the weight savings a beneficial combination different elements required.

So besitzen die bekannten Strahlenschutzkleidungen aus bleifreiem Material gegenüber Blei einen mehr oder minder starken Abfall der Absorption unterhalb von 70 kV und über 110 kV, insbesondere über 125 kV. Das heißt, zur Erzielung der gleichen Abschirmwirkung, wie bei bleihaltigem Material ist für diesen Bereich der Röhrenspannung ein höheres Flächengewicht der Schutzkleidung erforderlich.So own the well-known radiation protective clothing made of lead-free material across from Lead a more or less significant drop in absorption below from 70 kV and over 110 kV, in particular over 125 kV. This means, to achieve the same shielding effect as with leaded Material is for this range of tube voltage a higher one grammage the protective clothing required.

Deshalb ist der Anwendungsbereich von handelsüblicher bleifreier Strahlenschutzkleidung in der Regel eingeschränkt.Therefore is the scope of commercial lead-free radiation protection clothing usually restricted.

Um Blei für Strahlenschutzzwecke substituieren zu können, ist ein in Bezug auf Blei möglichst gleichartiges Absorptionsverhalten über einen größeren Energiebereich erforderlich, da Strahlenschutzstoffe üblicherweise nach dem Bleigleichwert eingestuft werden und die Strahlenschutzberechnungen häufig auf Bleigleichwerten basieren.Around Lead for Radiation protection purposes to be able to substitute is with respect to Lead as possible similar absorption behavior over a larger energy range required, as radiation protection materials usually after the lead equivalent be classified and the radiation protection calculations often on Lead equivalents are based.

Unter Gesamtbleigleichwert bei einem schutzschichtenförmigen Aufbau eines Blei-Ersatzmaterials versteht man den Bleigleichwert der Summe aller Schutzschichten. Unter Gesamt-Nennbleigleichwert wird der nach DIN EN 61331-3 vom Hersteller für persönliche Schutzausrüstung anzugebende Bleigleichwert verstanden.Under Total Lead Equivalent in a Protective Layer Construction of a Lead Substitute one understands the lead equivalent of the sum of all protective layers. The total nominal equivalent value is understood to mean the lead equivalent value specified by the manufacturer of personal protective equipment according to DIN EN 61331-3.

Unter Matrixmaterial versteht man die Trägerschicht für die Schutzmaterialien, die beispielsweise aus Gummi, Latex, flexiblen oder festen Polymeren bestehen kann.Under Matrix material is understood as the carrier layer for the protective materials, for example, rubber, latex, flexible or solid polymers can exist.

Bei bestimmten Röntgenanwendungen, wie der Computertomographie und bei Knochendichtemessungen, aber auch bei Gepäckprüfungsgeräten, treten Röntgenspannungen von bis zu 140 kV auf.at certain X-ray applications, like computed tomography and bone density measurements, but even with luggage inspection equipment, step X voltages of up to 140 kV.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, Blei als Strahlenschutzmaterial hinsichtlich seiner Abschirmeigenschaften über einen weiten Energiebereich einer Röntgenröhre, also über einen großen Energiebereich zu ersetzen und dabei gleichzeitig eine möglichst große Gewichtsreduzierung zu erreichen. Dabei sollen ausschließlich gegenüber Blei umweltfreundlichere Materialien zum Einsatz kommen.The Object of the present invention is to lead as a radiation protection material in terms of its shielding properties over a wide energy range an X-ray tube, so over one huge Replace energy while keeping one as possible size To achieve weight reduction. It should be exclusive to lead more environmentally friendly materials are used.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–140 kV gelöst, wobei das Blei-Ersatzmaterial 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–75 Gew.-% Zinn oder Zinnverbindungen, 0–73 Gew.-% Wolfram oder Wolframverbindungen, 0–80 Gew.-% Wismut oder Wismutverbindungen umfasst und wobei höchstens einer der Bestandteile 0 Gew.-% beträgt. Die Mixtur erfasst Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–2,0 mm.The The object of the invention is achieved by a lead substitute material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube a voltage of 60-140 kV solved, the lead substitute material being 12-22% by weight matrix material, 0-75% by weight Tin or tin compounds, 0-73 % By weight of tungsten or tungsten compounds, 0-80% by weight of bismuth or bismuth compounds and at most one of the constituents is 0% by weight. The mixture records nominal total lead equivalents from 0.25 to 2.0 mm.

Zur Lösung der Aufgabe war es deshalb erforderlich, eine Materialauswahl und deren Mengenauswahl aufzufinden, die die Röntgenstrahlung auch im hohen Energiebereich gut wirksam abschirmen kann.to solution The task was therefore required, a choice of materials and To find their quantity selection, the X-rays in the high Can effectively shield the energy sector effectively.

In überraschender Weise wurde gefunden, dass sich die Absorptionswirkung bei hohen Energien durch hohe Anteile von Wolfram und/oder Wismut in dem Blei-Ersatzmaterial wesentlich verbessert.In surprising It was found that the absorption effect at high Energies by high levels of tungsten and / or bismuth in the lead substitute material improved.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–39 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0–60 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 0–60 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst und wobei höchstens einer der Bestandteile 0 Gew.-% beträgt.In a preferred embodiment invention, the lead substitute material is characterized that it is 12-22 Wt% matrix material, 0-39 % By weight of Sn or Sn compounds, 0-60% by weight of W or W compounds and 0-60 Wt% Bi or Bi compounds and at most one of the constituents is 0% by weight.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–39 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 16–60 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 16–60 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst.In a particularly preferred embodiment The invention is the lead substitute material characterized in that it contains 12-22% by weight of matrix material, 0-39% by weight Sn or Sn compounds, 16-60 wt.% W or W connections and 16-60 Wt .-% Bi or Bi compounds.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 40–60 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 7–15 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 7–15 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst.In a further preferred embodiment The invention is the lead substitute material characterized in that it contains 12-22% by weight of matrix material, 40-60 % By weight of Sn or Sn compounds, 7-15% by weight of W or W compounds and 7-15 Wt .-% Bi or Bi compounds.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.In Another particularly preferred embodiment of the invention The lead substitute material is characterized in that it adds up to 40% by weight of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl.

In folgender Tabelle 1 sind die Massen-Schwächungskoeffizienten von Bleifrei-Schutzstoffen außerhalb der Absorptionskanten bei verschiedenen Photonenenergien dargestellt. Die bei der jeweiligen Energie vorteilhaft einzusetzenden Elemente sind unterstrichen. Tabelle 1

Figure 00050001
Table 1 below shows the mass attenuation coefficients of lead-free protective substances outside the absorption edges at different photon energies. The advantageous elements to be used for the respective energy are underlined. Table 1
Figure 00050001

Durch das Blei-Ersatzmaterial, das zusätzlich eines oder mehrere der Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst, wird eine besonders starke Zunahme der Absorptionswirkung erreicht. Auf diese Weise kann das Gewicht der Schutzkleidung wesentlich gesenkt werden.By the lead substitute, in addition one or more of Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl is becoming a particularly strong Increased absorption effect achieved. That way that can Weight of protective clothing can be significantly reduced.

Zur Erzielung der beschriebenen Eigenschaften können nach der Tabelle 1 die einzelnen Elemente so zusammengestellt werden, dass ein bestimmter Energiebereich abgedeckt wird oder dass sich ein möglichst gleichmäßiger Verlauf der Schwächung über einen größeren Energiebereich ergibt.to Achieving the described properties can according to Table 1 the individual elements are put together so that a certain Energy range is covered or that is as uniform as possible the weakening of one larger energy range results.

In überraschender Weise wurde festgestellt, dass bei Einsatz der oben genannten zusätzlichen Elemente von deren Verbindungen bei dem Blei-Ersatzmaterial ein überproportionaler Anstieg der Schutzwirkung auftritt, vorzugsweise, wenn ihr Gewichtsanteil an dem Blei-Ersatzmaterial zwischen 20% und 40% beträgt.In surprising Way, it was found that when using the above additional Elements of their compounds in the lead substitute material a disproportionate Increase in protective effect occurs, preferably when their weight percentage on the lead substitute material is between 20% and 40%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich bis 40 Gew.-%, eines oder mehrerer der folgenden Elemente Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U und/oder ihrer Verbindungen umfasst.In a further preferred embodiment The invention is the lead substitute material characterized in that it additionally contains up to 40% by weight, one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or of their compounds.

Bei den zusätzlich im Blei-Ersatzmaterial einsetzbaren Metallen Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U können auch Metalle und/oder ihre Verbindungen und/oder Csl mit einem relativ geringen Reinheitsgrad eingesetzt werden, wie sie als Abfallprodukte anfallen.at the additional metals usable in the lead substitute Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U can also be metals and / or their compounds and / or Csl with a relatively low degree of purity are used, as they arise as waste products.

In DIN EN 61331-3 ist eine Abweichung vom Nenn-Bleigleichwert nach unten nicht zugelassen. Lediglich die deutsche Fassung der Norm lässt eine Ausnahme zu, nämlich eine Abweichung von 10% vom Nenn-Bleigleichwert. Aus diesen Gründen ist ein möglichst flacher Verlauf des Bleigleichwerts über die Energie bei einem Blei-Ersatzmaterial anzustreben.In DIN EN 61331-3 is a deviation from the nominal lead equivalent value not allowed below. Only the German version of the standard leaves one Exception to, namely a deviation of 10% from the nominal lead equivalent. For these reasons is one possible flat trace of the lead equivalent over the energy of a lead substitute desirable.

Ein Absinken des Bleigleichwerts unter den Nenn-Bleigleichwert bzw. unter die untere Toleranzgrenze bedeutet, dass das Strahlenschutzmaterial bei den betreffenden Röhrenspannungen nicht genutzt werden kann, da die abschirmende Wirkung zu gering ist. In diesem Fall muss alternativ das Flächengewicht des Blei-Ersatzmaterials soweit erhöht werden, dass die zulässigen Toleranzen der DIN EN 61331-3 erfüllt werden. Eine Erhöhung des Flächengewichts wird jedoch als nachteilig angesehen.One Fall of the lead equivalent below the nominal lead equivalent or below the lower tolerance limit means that the radiation protection material at the relevant tube voltages can not be used because the shielding effect is too low is. In this case, alternatively, the basis weight of the lead substitute material so far increased be that permissible Tolerances of DIN EN 61331-3 are met. An increase in the grammage however, is considered disadvantageous.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beschränkung des Anwendungsbereichs im Hinblick auf die Energie bzw. die Röhrenspannung.A another possibility exists in the restriction the scope of application in terms of energy or tube voltage.

Es war von daher ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung, Elemente oder deren Verbindungen dergestalt auszuwählen, dass ein möglichst geringer Abfall des Bleigleichwerts im gewünschten Energienutzungsbereich erfolgt, unter Berücksichtigung der Zugänglichkeit der jeweiligen Elementen bzw. ihrer Verbindungen.It was therefore another object of the present invention, elements or select their compounds such that a possible low drop in lead equivalent in the desired energy use range takes place, taking into account accessibility the respective elements or their connections.

Die relative Wirksamkeit Nrel, als Zunahme des Bleigleichwertes (PbGW) bezogen auf eine normierte Massenbelegung von 0,1 kg/m2 wurde bei einer Reihe von Materialien in Versuchsreihen ermittelt und in unten stehender Tabelle 2 zusammengefasst. Sie gibt die Schwächungseigenschaften der einzelnen Elemente noch deutlicher wieder als die oben beschriebenen Massen-Schwächungskoeffizienten, da hier die Absorption im unmittelbaren Bereich der jeweiligen Absorptionskanten mit einfließt. Tabelle 2

Figure 00070001
The relative effectiveness N rel , as an increase in the lead equivalent (PbGW) based on a standardized mass coverage of 0.1 kg / m 2 was determined in a series of materials in test series and summarized in Table 2 below. It reproduces the weakening properties of the individual elements even more clearly than the mass attenuation coefficients described above, since here the absorption is included in the immediate area of the respective absorption edges. Table 2
Figure 00070001

In überraschender Weise zeigte sich hierbei, dass die Elemente oder deren Verbindungen wie folgt klassifiziert werden können:
Gruppe A: Materialien mit relativ geringerer Wirksamkeit mit Werten von Nrel < 1,2 – 1–6 mm PbGW pro 0,1 kg/m2 und einem geringen bzw. negativen Anstieg von 60 – 80 kV. Zu diesen Elementen oder ihren Verbindungen zählen Sn, Bi und W.
Gruppe B: Materialien mit relativ hoher Wirksamkeit mit Nrel ≥ 1,3 mm PbGW pro 0,1 kg/m2 und einem hohen Anstieg von 60–80 kV.Surprisingly, it was found that the elements or their compounds can be classified as follows:
Group A: relatively less effective materials with values of N rel <1.2 - 1-6 mm PbGW per 0.1 kg / m 2 and a small or negative increase of 60-80 kV. These elements or their compounds include Sn, Bi and W.
Group B: relatively high efficiency materials with N rel ≥ 1.3 mm PbGW per 0.1 kg / m 2 and a high rise of 60-80 kV.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher der Energiebereich 60–140 kV entsprechend den häufigsten Anwendungen der Röntgenstrahlung in mehrere, zum Teil überlappende, Bereiche aufgeteilt:In a particularly preferred embodiment Therefore, according to the invention, the energy range 60-140 kV will be the most common Applications of X-rays into several, partly overlapping, Divided areas:

1. Energiebereich 60–90 kV1. Energy range 60-90 kV

In diesem Energiebereich finden überwiegend zahnmedizinische Anwendungen der Einzelaufnahmetechnik und der Panorama-Schichttechnik statt.In find this energy range predominantly dental applications of single-shot technique and panorama-layer technique instead of.

2. Energiebereich 60–125 kV2. Energy range 60-125 kV

In diesem Energiebereich liegen die häufigsten Röntgenuntersuchungen und Röntgeninterventionen, wie Angiografie, Computer-Tomografie, Herzkatheter-Untersuchungen, interventionelle Radiologie, Thorax-Hartstrahltechnik.In This area of energy contains the most common X - ray examinations and X - ray interventions, such as Angiography, computed tomography, cardiac catheter examinations, interventional radiology, Thorax hard radiation technique.

3. Energiebereich 100–125 kV3. Energy range 100-125 kV

In diesen Energiebereich fallen die meisten Computer-Tomografen.In This energy range is covered by most computer tomographs.

4. Energiebereich 125–150 kV4. Energy range 125-150 kV

Das ist ein Energiebereich für spezielle Anwendungen, wie spezielle Computer-Tomografen, Knochendichte-Messungen, Spezial-Thorax-Hartstrahltechnik und nuklearmedizinische Diagnostik.The is an energy field for special applications, such as special computer tomographs, bone mineral density measurements, Special Thorax hard-jet technique and nuclear medicine diagnostics.

Bleifreie Schutzkleidung, die nur in einem bestimmten Energiebereich Verwendung finden kann, ist vom Hersteller entsprechend zu kennzeichnen.lead-free Protective clothing that is only used in a specific energy area must be marked accordingly by the manufacturer.

In einer Ausführungsform des Blei-Ersatzmaterials für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–90 kV ist das Blei-Ersatzmaterial für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–0,6 mm dadurch gekennzeichnet, dass es 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 49–65 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0–20 Gew.-% W oder W-Verbindungen, 0–20 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen und 5–35 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst. Der Energiebereich ist vorzugsweise der einer Röntgenröhre eines Dental-Röntgengeräts.In one embodiment of the lead-replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube having a voltage of 60-90 kV, the lead substitute material for nominal total equivalent values of 0.25-0.6 mm is characterized as having 12-22 wt. % Matrix material, 49-65 wt% Sn or Sn compounds, 0-20 wt% W or W compounds, 0-20 wt% Bi or Bi compounds, and 5-35 wt% of one or more of the elements Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl. The energy range is preferably that of an X-ray tube of a dental X-ray machine.

Bei dem relativ schmalen Energiebereich zeigte sich aus Tabelle 2, dass von den Gruppe A Elementen Sn am wirksamsten ist. Aus der Gruppe B ist Gd bevorzugt, wobei jedoch Csl ebenfalls zu einem Blei-Ersatzmaterial mit sehr guten Eigenschaften führte.at The relatively narrow energy range was shown in Table 2 of the group A elements Sn is the most effective. From the group B is preferably Gd, but Csl is also a lead substitute with very good features.

Energiebereich 60–125 kV (allgemeiner Röntgenbereich):Energy range 60-125 kV (general X-ray range):

Aus der Tabelle 2 können beispielsweise Elemente mit geringem und hohem Anstieg des Bleigleichwerts in vorteilhafter Weise in der Weise ausgewählt werden, dass die Verläufe des Bleigleichwerts über den gesamten Bereich möglichst flach bleiben. Eine gewisse Überhöhung bei 80 und 100 kV ist dabei physikalisch nicht zu umgehen.Out Table 2 can For example, elements with low and high rise in lead equivalent be selected in an advantageous manner in such a way that the courses of the Lead equivalent over the entire area as possible stay flat. A certain elevation at 80 and 100 kV is physically impossible to avoid.

Es können daher ein oder mehrere Elemente oder deren Verbindungen der Gruppe A mit einem oder mehreren Elementen oder deren Verbindungen der Gruppe B in optimaler Weise kombiniert werden, wobei die Auswahl nach der Effizienz der Abschirmung, nach der Zugänglichkeit des jeweiligen Elements oder dessen Verbindung und nach einem möglichst konstanten Verlauf des Bleigleichwerts erfolgt.It can therefore one or more elements or their compounds of the group A with one or more elements or their compounds Group B can be combined in an optimal way, with the selection according to the efficiency of the shield, according to the accessibility of each element or its connection and after a constant as possible course of lead equivalent.

Hierbei ist eine Abhängigkeit des Anteils der A-Elemente oder ihrer Verbindungen von denjenigen der B-Elemente oder ihrer Verbindungen gegeben. So muss bei einer Erhöhung des Anteils eines B-Elements auch der relative Gewichtsanteil eines A-Elements mit entgegengesetztem Energieverhalten deutlich erhöht werden, um den Verlauf des Bleigleichwerts über die Energie möglichst flach zu halten.in this connection is a dependency the proportion of A elements or their compounds of those given the B-elements or their compounds. So must with a increase the proportion of a B element also the relative weight fraction of a A-elements with opposite energy behavior can be significantly increased, to the course of the lead equivalent over the energy as possible to keep it flat.

Beispielsweise sollte bei einem Anteil von über 20 Gew.-% an B-Elementen oder deren Verbindungen der Anteil an Sn oder Bi über 40 Gew.-% steigen, um eine geringe Energieabhängigkeit sicherzustellen.For example should be at a share of over 20 wt .-% of B-elements or their compounds, the proportion of Sn or bi over 40% by weight increase to ensure low energy dependence.

Energiebereich 100–140 kV:Energy range 100-140 kV:

Das ist der Energiebereich für die meisten neueren Computer-Tomografen.The is the energy sector for most recent computer tomographs.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 100–140 kV dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–0,6 mm 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 40–73 Gew.-% Bi und/oder W oder ihre Verbindungen und 5–38 Gew.-% eines oder mehrere der folgenden Elemente Gd, Eu, Er, Hf und/oder ihrer Verbindungen umfasst.In a particularly preferred embodiment The invention is the lead substitute material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube a voltage of 100-140 kV characterized in that the lead substitute material for nominal total lead equivalents from 0.25 to 0.6 mm 12-22 Wt% matrix material, 40-73 Wt% Bi and / or W or their compounds and 5-38 wt% one or more of the following elements Gd, Eu, Er, Hf and / or of their compounds.

Hohe Schutzwirkungen bzw. geringe Flächengewichte können durch Einsatz der Elemente oder ihrer Verbindungen erzielt werden, die speziell in diesem kleinen Energiebereich ihre höchste Abschirmwirkung entfalten. Aus Gründen der Zugänglichkeit sollte ein größerer Anteil aus den Elementen oder ihren Verbindungen der Gruppe A mit einem kleineren Anteil der Elemente oder ihrer Verbindungen der Gruppe B kombiniert werden, wobei in diesem Fall ein flacher Energiegang des Bleigleichwertes wegen des relativ kleinen Energiefensters hier nicht so wesentlich ist.Height Protective effects or low basis weights can achieved by using the elements or their compounds, Especially in this small energy sector its highest shielding effect unfold. For reasons accessibility should be a larger share from the elements or their compounds of group A with a smaller proportion of the elements or their compounds of the group B are combined, in which case a shallow energy of lead equivalent because of the relatively small power window here not so essential.

Energiebereich 125–150 kV:Energy range 125-150 kV:

Dieser Bereich betrifft Sonderanwendungen in der Radiologie und Nuklearmedizin. Das Flächengewicht der Strahlenschutzschürze steht in diesem Bereich nicht im Vordergrund der Optimierung, da die Schutzkleidung in der Regel hier nur für kurze Zeit getragen wird oder ortsfeste Strahlenschutzschirme Verwendung finden.This This area concerns special applications in radiology and nuclear medicine. The basis weight the radiation protection apron is not in the foreground of the optimization in this area because the protective clothing is usually worn here only for a short time or stationary radiation shields are used.

Die Auswahl der Elemente oder ihrer Verbindungen geschieht nach den oben genannten Kriterien. Sehr gute Ergebnisse liefern Gd und Er in Kombination mit Bi. Die Wirkung von W ist in diesem Bereich zu gering.The Selection of elements or their connections happens after the above criteria. Very good results are provided by Gd and Er in combination with Bi. The effect of W is too low in this area.

Zusammenfassend lässt sich also feststellen, dass die Zusammensetzung von Schutzstoffen für einzelne Energiebereiche entsprechend den am häufigsten vorkommenden Röntgenanwendungen zweckmäßigerweise durch Aufspaltung optimiert werden kann.In summary let yourself So, determine that the composition of protective substances for individual Energy ranges corresponding to the most common X-ray applications expediently can be optimized by splitting.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Blei-Ersatzmaterial einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung auf, wobei mindestens bei einer Schicht mindestens 50% des Gesamtgewichts nur aus einem Element aus der Gruppe Sn, W und Bi oder deren Verbindungen besteht.In a further preferred embodiment of the invention, the lead substitute material has a structure of at least two separate or interconnected protective layers of different Zu Composition, wherein at least one layer at least 50% of the total weight consists of only one element from the group Sn, W and Bi or their compounds.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, wobei (die) vom Körper entferntere Schutzschichten) überwiegend die Elemente oder deren Verbindungen mit höherer Röntgen-Fluoreszenzausbeute und die körpernahe(n) Schutzschichten) die Elemente oder deren Verbindungen mit geringerer Röntgen-Fluoreszenzausbeute umfassen.In a further preferred embodiment The invention is the lead substitute material characterized in that it has a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different Composition, wherein (the) more remote from the body protective layers) predominantly the elements or their compounds with higher X-ray fluorescence yield and the body (s) Protective layers) the elements or their compounds with less X-ray fluorescence yield include.

Bei der Bestrahlung von Materialien mit Röntgenstrahlung wird charakteristische Röntgenstrahlung als Fluoreszenzstrahlung angeregt. Die Fluoreszenzausbeute hängt von der Ordnungszahl ab. Dieser Fluoreszenzanteil führt zu einer zusätzlichen Strahlenexposition der Haut und der unmittelbar darunter liegenden Organe. Aus Messungen an Schutzkleidung wurde ermittelt, dass insbesondere Elemente mit kleineren Ordnungszahlen, im vorliegenden Fall also insbesondere Sn, besonders stark fluoreszieren. Bei einem geschichteten Aufbau des Strahlenschutzmaterials kann in vorteilhafter Weise eine Schichtung nach Elementen so erfolgen, dass die Elemente mit geringster Fluoreszenzausbeute auf der Hautseite liegen.at The irradiation of materials with X-rays becomes characteristic X-rays excited as fluorescence radiation. The fluorescence yield depends on the ordinal number. This fluorescence content leads to an additional Radiation exposure of the skin and the immediate underlying Organs. From measurements on protective clothing it was determined that in particular Elements with smaller atomic numbers, in the present case especially Sn, particularly strong fluorescence. In a layered Structure of the radiation protection material can advantageously a Layering according to elements so that the elements with least Fluorescence yield lie on the skin side.

Der Fluoreszenzanteil, auch als build-up-Faktor bezeichnet, ist von marktüblichen bleifreien Schutzmaterialien (Material B) in der folgenden Tabelle 3 im Vergleich zu einem nach dem hier beschriebenen Prinzip schichtweise aufgebauten Material (Material A) dargestellt. Wie ersichtlich, kann der build-up-Faktor Werte bis 1,42 erreichen. D.h., die Haut wird in diesem Fall durch den Fluoreszenzanteil um 42% mehr belastet. Tabelle 3

Figure 00120001
The fluorescence component, also referred to as build-up factor, is represented by commercially available lead-free protective materials (material B) in the following Table 3 in comparison with a material constructed in layers according to the principle described here (material A). As can be seen, the build-up factor can reach values up to 1.42. That is, the skin is burdened in this case by the fluorescent component by 42% more. Table 3
Figure 00120001

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist.In Another particularly preferred embodiment of the invention the lead substitute material characterized in that it has a construction comprising protective layers of different composition.

Das Blei-Ersatzmaterial kann einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfassen, wobei die vom Körper entferntere(n) Schutzschichten) überwiegend die Elemente niedrigerer Ordnungszahl oder deren Verbindungen und die körpernahe(n) Schutzschichten) überwiegend die Elemente höherer Ordnungszahl oder deren Verbindungen umfassen.The Lead substitute may be a build up of at least two separate ones or interconnected protective layers of different composition include, being from the body more distant protective layers) predominantly the elements of lower atomic number or their compounds and the body (s) Protective layers) predominantly the elements higher Ordnungszahl or their connections include.

Das Blei-Ersatzmaterial kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass eine schwach radioaktive Schicht zwischen zwei getrennten oder mit der radioaktiven Schicht verbundenen nichtradioaktiven Schutzschichten eingebettet ist.The Lead substitute material can also be characterized in that a weak radioactive layer between two separate or with the radioactive layer connected non-radioactive protective layers is embedded.

Es können als Elemente oder deren Verbindungen der Gruppe B zur Abschirmung von Strahlung hoher Energie auch die Actinoiden Thorium oder Uran, letzteres z.B. als abgereichertes Uran, eingesetzt werden. Sie besitzen eine hohe Abschirmwirkung im Energiebereich 125–150 kV, sind jedoch selbst schwach radioaktiv.It can as elements or their compounds of group B for shielding of high-energy radiation also the actinides thorium or uranium, the latter e.g. as depleted uranium. You own a high shielding effect in the energy range 125-150 kV, but are themselves weakly radioactive.

Der Effekt der Eigenstrahlung kann dadurch abgeschwächt werden, dass die radioaktive Schicht zwischen zwei nicht aktive Schichten aus Bi eingebettet ist. Der Anteil der Eigenexposition durch Thorium oder Uran sollte in den meisten Fällen gering und damit zu vernachlässigen sein. Es hat hier eine Vorteilsabwägung stattzufinden, die die Vorteile, die durch die Eliminierung von Blei und durch die höhere Schutzwirkung entstehen, der geringen Eigenexposition gegenüberzustellen sind.Of the Effect of the own radiation can be weakened thereby, that the radioactive Layer sandwiched between two non-active layers of Bi is. The proportion of self-exposure by thorium or uranium should be in most cases low and therefore negligible be. It has to take advantage of this, which the Advantages due to the elimination of lead and the higher protective effect arise, which are to be contrasted with low self-exposure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle oder Metallverbindungen gekörnt sind und deren Korngrößen eine 50er Perzentile nach folgender Formel

Figure 00130001
aufweisen, worin D50 die 50er-Perzentile der Korngrößenverteilung, d die Schichtdicke in mm und p den Gewichtsanteil der jeweiligen Materialkomponente am Gesamtgewicht bedeuten und die 90er Perzentile der Korngrößenverteilung D90 ≤ 2·D50 ist.In a further preferred embodiment of the invention, the lead replacement material is characterized ge indicates that the metals or metal compounds are grained and their grain sizes are a 50th percentile according to the following formula
Figure 00130001
where D 50 is the 50th percentile of the particle size distribution, d is the layer thickness in mm and p is the weight fraction of the respective material component in the total weight and the 90th percentile of the particle size distribution D 90 ≦ 2 * D 50 .

Bei den Messungen der Bleigleichwerte an Schutzschichten, die aus Metallpulvern oder Pulvern von Metallverbindungen bestehen, stellte sich in überraschender Weise heraus, dass die Strahlendurchlässigkeit der aus gekörnten Substanzen bestehenden Schicht im Vergleich zu einer Folienschicht bei gleicher Massenbelegung höher ist. Dies betrifft hauptsächlich den unteren Energiebereich von 60–80 kV. Bei höheren Energien werden die lokalen Durchlässigkeitsunterschiede, d.h. der Röntgenkontrast, zunehmend geringer.at Measurements of lead equivalents on protective layers made of metal powders or powders of metal compounds, turned out to be more surprising Way out that the radiotranslucency of the granular substances existing layer compared to a film layer at the same Mass occupancy higher is. This mainly applies the lower energy range of 60-80 kV. At higher energies become the local permeability differences, i.e. the X-ray contrast, increasingly lower.

Beispielsweise ergibt sich bei einem Sn-Anteil von 30% = 0,3 und einer Schichtdicke von 0,4 mm D50 = 0,4 mm·0,3 = 0,012 mm = 12 μm. For example, with an Sn content of 30% = 0.3 and a layer thickness of 0.4 mm D 50 = 0.4 mm x 0.3 = 0.012 mm = 12 μm.

Die 90er Perzentile der Korngrößenverteilung sollte darüber hinaus nicht größer als 2·D50 = 24 μm sein.In addition, the 90th percentile of the particle size distribution should not be greater than 2 · D 50 = 24 μm.

Materialien mit geringem Gewichtsanteil müssen daher auch eine geringe Korngröße besitzen, d.h. sehr fein verteilt sein, um eine optimale Schutzwirkung zu entfalten.materials with a small amount of weight therefore also have a small grain size, i.e. be very finely distributed for optimal protection unfold.

Bei Ausnutzung dieses Effekts kann das Gewicht einer Strahlenschutzschürze noch weiter reduziert werden.at Exploiting this effect may still increase the weight of a radiation protection apron be further reduced.

Das erfindungsgemäße Material kann beispielsweise bei Schutzhandschuhen, Patientenabdeckungen, Gonadenschutz, Ovarienschutz, Dentalschutzschilde, ortsfestem Unterkörperschutz, Tischaufsätzen, ortsfesten oder ortsbeweglichen Strahlenschutzwänden oder Strahlenschutzvorhängen vorteilhaft angewandt werden.The Inventive material For example, protective gloves, patient covers, Gonadal protection, ovarian protection, dental shields, fixed lower body protection, Table tops, fixed or portable radiation barriers or radiation curtains advantageous be applied.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.in the Below, the invention will be explained in more detail by way of examples.

Beispiel 1example 1

Die 1 zeigt das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial mit 22 Gew.-% Zinn, 27 Gew.-% Wolfram, 4 Gew.-% Erbium und 15 Gew.-% Matrixmaterial. Dieses Blei-Ersatzmaterial ist in der 1 mit 2 bezeichnet. Mit 1 ist ein marktübliches Material der Zusammensetzung 65 Gew.-% Antimon, 20 Gew.-% Wolfram und 15 Gew.-% Matrixmaterial bezeichnet.The 1 shows the lead substitute according to the invention with 22 wt .-% tin, 27 wt .-% tungsten, 4 wt .-% erbium and 15 wt .-% matrix material. This lead substitute is in the 1 With 2 designated. With 1 is a commercially available material of the composition 65 wt .-% antimony, 20 wt .-% tungsten and 15 wt .-% matrix material referred to.

Die 1 zeigt einen Gewichtsvergleich von Blei-Ersatzmaterialien bei einem Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm.The 1 shows a weight comparison of lead substitutes for a nominal lead equivalent of 0.5 mm.

Aus der 1 ist ersichtlich, dass das zum Erreichen eines Nenn-Bleigleichwerts von 0,5 mm erforderliche Flächengewicht zwischen 100 und 140 kV bei dem erfindungsgemäßen Material nur um etwa 7% zunimmt, während die Zunahme bei dem Vergleichsmaterial erheblich größer ist.From the 1 It can be seen that the basis weight required to achieve a nominal lead equivalent of 0.5 mm between 100 and 140 kV increases only about 7% for the material according to the invention, while the increase in the comparison material is considerably greater.

Beispiel 2Example 2

Die 2 zeigt das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial mit 20 Gew.-% Zinn, 36 Gew.-% Wolfram, 29 Gew.-% Wismut und 15 Gew.-% Matrixmaterial. Dieses Blei-Ersatzmaterial ist in der 2 mit 2 bezeichnet. Mit 1 ist ein marktübliches Material der Zusammensetzung 70 Gew.-% Zinn, 10 Gew.-% Barium und 20 Gew.-% Matrixmaterial bezeichnet.The 2 shows the lead substitute according to the invention with 20 wt .-% tin, 36 wt .-% tungsten, 29 wt .-% bismuth and 15 wt .-% matrix material. This lead substitute is in the 2 With 2 designated. With 1 is a commercially available material of composition 70 wt .-% tin, 10 wt .-% barium and 20 wt .-% matrix material designated.

Die 2 zeigt einen Gewichtsvergleich von Blei-Ersatzmaterialien bei einen Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm.The 2 shows a weight comparison of lead replacement materials at a nominal lead equivalent of 0.5 mm.

Aus der 2 ist ersichtlich, dass das zum Erreichen eines Nenn-Bleigleichwerts von 0,5 mm erforderliche Flächengewicht zwischen 100 und 140 kV bei dem erfindungsgemäßen Material nur um etwa 9% zunimmt, während die Zunahme bei dem Vergleichsmaterial ca. 60% beträgt.From the 2 It can be seen that this required to achieve a nominal lead equivalent of 0.5 mm The weight per unit area between 100 and 140 kV only increases by about 9% in the case of the material according to the invention, while the increase in the comparison material amounts to about 60%.

Beispiel 3Example 3

Bleifreie, leichte Strahlenschutzschürze für den Dentalbereich von 60–90 kV Pb-Nennbleigleichwert 0,5 mmLead-free, lightweight radiation protection apron for the dental sector from 60-90 kV nominal Pb nominal lead 0.5 mm

Es wurde eine bleifreie Strahlenschutzschürze aus 59 Gew.-% Sn, 24 Gew.-% Gd, 1 Gew.-% W und 16 Gew.-% Matrixmaterial hergestellt.It was a lead-free radiation protection apron from 59 wt .-% Sn, 24 wt .-% Gd, 1 wt .-% W and 16 wt .-% matrix material.

Die Strahlenschutzwirkung entsprach derjenigen einer entsprechenden Bleischürze bei einem um etwa 35% verminderten Flächengewicht von nur 4,4 kg/m2.The radiation protection effect corresponded to that of a corresponding lead apron with a reduced basis weight of only 4.4 kg / m 2 by about 35%.

Beispiel 4Example 4

Bleifreie leichte Strahlenschutzschürze für den Anwendungsbereich 60–125 kVLead-free lightweight radiation protection apron for the application 60-125 kV

Es wurde eine Strahlenschutzschürze aus 50 Gew.-% Sn, 11 Gew.-% W, 23 Gew.-% Gd und 16 Gew.-% Matrixmaterial hergestellt.It became a radiation protection apron from 50 wt .-% Sn, 11 wt .-% W, 23 wt .-% Gd and 16 wt .-% matrix material produced.

Hierbei ergaben sich für einen Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm Blei ein Flächengewicht von 4,5 kg/m2, für einen Nenn-Bleigleichwert von 0,35 mm Blei ein Flächengewicht von 3,3 kg/m2 und einen Nenn-Bleigleichwert von 0,25 mm Blei ein Flächengewicht von 2,4 kg/m2.This resulted in a basis weight of 4.5 kg / m 2 for a nominal lead equivalent of 0.5 mm lead, a surface weight of 3.3 kg / m 2 for a nominal lead equivalent of 0.35 mm lead and a nominal Lead equivalent of 0.25 mm lead a basis weight of 2.4 kg / m 2 .

Beispiel 5Example 5

Bleifreie leichte Strahlenschutzschürze für den Anwendungsbereich 60–125 kVLead-free lightweight radiation protection apron for the application 60-125 kV

Es wurde eine Strahlenschutzschürze aus 40 Gew.-% Bi, 20 Gew.-% Sn, 24 Gew.-% Gd und 16 Gew.-% Matrixmaterial hergestellt.It became a radiation protection apron from 40 wt .-% Bi, 20 wt .-% Sn, 24 wt .-% Gd and 16 wt .-% matrix material produced.

Hierbei ergab sich für einen Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm Blei ein Flächengewicht von 5,0 kg/m2.This resulted in a basis weight of 5.0 kg / m 2 for a nominal lead equivalent of 0.5 mm lead.

Bleifreie handelsübliche Strahlenschutzschürzen weisen bei Nenn-Bleigleichwerten von 0,50 mm Flächengewichte von 5,4 bis 6,1 kg/m2 auf. Herkömmliches Blei-Gummi-Material besitzt ein Flächengewicht von 6,75 kg/m2.Lead-free commercial radiation protection aprons have basis weights of 5.4 to 6.1 kg / m 2 at nominal lead equivalent values of 0.50 mm. Conventional lead-rubber material has a basis weight of 6.75 kg / m 2 .

Damit wird der wesentliche Vorteil vorliegender Erfindung deutlich, wonach die Schutzkleidung erheblich leichter werden kann. Dies ist insbesondere bei mehrstündiger Anwendung der Schutzkleidung ein ganz wesentlicher Vorteil.In order to the essential advantage of the present invention becomes apparent, according to which the protective clothing can be much easier. This is special at several hours Application of protective clothing a very significant advantage.

Arbeitet der Anwender bei Röhrenspannungen von 80–100 kV ist zudem der Bleigleichwert um ca. 20% über dem Nennwert von 0,5 mm Pb einer entsprechenden Bleischürze. Dies bedeutet einen zusätzlichen erhöhten Strahlenschutz.Is working the user with tube voltages from 80-100 kV is also the lead equivalent value about 20% above the nominal value of 0.5 mm Pb of a corresponding lead apron. This means an additional increased radiation protection.

Beispiel 6Example 6

Bleifreie leichte Strahlenschutzschürze für die Computer-Tomografie.Lead-free lightweight radiation protection apron for computer tomography.

Es wurde eine Strahlenschutzschürze aus 40 Gew.-% Bi, 10 Gew.-% W, 34 Gew.-% Gd und 16 Gew.-% Matrixmaterial hergestellt.It became a radiation protection apron from 40 wt .-% Bi, 10 wt .-% W, 34 wt .-% Gd and 16 wt .-% matrix material produced.

Es ergab sich ein überraschend niedriges Flächengewicht für 0,5 mm Nenn-Bleigleichwert von nur 4,6 kg/m2.There was a surprisingly low basis weight for 0.5 mm nominal lead equivalent of only 4.6 kg / m 2 .

Beispiel 7Example 7

Bleifreie leichte Schütze für nuklearmedizinische Anwendungenlead-free easy shooter for nuclear medicine applications

Es wurde eine nuklearmedizinische Schürze hergestellt aus 50 Gew.-% Bi, 25 Gew.-% Gd, 9 Gew.-% Er und 16 Gew.-% Matrixmaterial.A nuclear medicine apron was made from 50 wt% Bi, 25 wt% Gd, 9 wt% He and 16 wt .-% matrix material.

Das Flächengewicht betrug für 0,5 Nenn-Gesamtbleigleichwert 4,8 kg/m2.The basis weight was 4.8 kg / m 2 for 0.5 nominal total lead equivalent.

Beispiel 8Example 8

Die 3 zeigt die berechneten relativen Flächengewichte der erfindungsgemäßen Schutzkleidung mit Nenn-Bleigleichwerten von 0,5 mm gemäß den Beispielen 3, 4 und 6 im Vergleich zu einer Bleischürze mit 0,5 mm Bleigleichwert. Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die Schutzschürzen für Dentalanwendung, allgemeines Röntgen und Computer-Tomografie (CT) jeweils in den vorgesehenen Energiebereichen geringstes Flächengewicht aufweisen.The 3 shows the calculated relative basis weights of the protective clothing according to the invention with nominal lead equivalents of 0.5 mm according to the examples 3 . 4 and 6 compared to a lead apron with 0.5 mm lead equivalent. From the illustration it can be seen that the protective aprons for dental application, general X-ray and computer tomography (CT) each have the lowest basis weight in the envisaged energy ranges.

Claims (19)

Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–140 kV, wobei das Blei-Ersatzmaterial für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–2,0 mm 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–75 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0–73 Gew.-% W oder W-Verbindungen, 0–80 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst und wobei höchstens einer der Bestandteile 0 Gew.-% beträgt.Lead substitute material for radiation protection purposes in the energy sector an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV, being the lead substitute material for nominal total lead equivalents from 0.25 to 2.0 mm 12-22 Weight% matrix material, 0-75 % By weight of Sn or Sn compounds, 0-73 wt% W or W compounds, 0-80% by weight Includes Bi or Bi compounds and at most one of the constituents 0 wt .-% is. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–39 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0–60 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 0–60 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst und wobei höchstens einer der Bestandteile 0 Gew.-% beträgt.Lead substitute according to claim 1, characterized that the lead substitute material 12-22 wt.% Matrix material, 0-39% by weight Sn or Sn compounds, 0-60 W .-% W or W compounds and 0-60 wt.% Bi or Bi compounds includes and at most one of the constituents is 0% by weight. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 0–39 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 16–60 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 16–60 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst.Lead substitute according to claim 2, characterized that the lead substitute material 12-22 wt.% Matrix material, 0-39% by weight Sn or Sn compounds, 16-60 wt.% W or W compounds and 16-60 Wt .-% Bi or Bi compounds. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 40–60 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 7–15 Gew.-% W oder W-Verbindungen und 7–15 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen umfasst.Lead substitute according to claim 1, characterized that the lead substitute material 12-22 wt.% Matrix material, 40-60% by weight Sn or Sn compounds, 7-15 W .-% W or W compounds and 7-15 wt% Bi or Bi compounds includes. Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.Lead substitute according to one of claims 1-4, characterized characterized in that the lead substitute material in addition to 40 wt .-% of a or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.Lead substitute according to claim 5, characterized that the lead substitute addition to 20% by weight of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 8 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.Lead substitute according to claim 6, characterized that the lead substitute addition to 8% by weight of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl. Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Ta, Nf, Lu, Yb, Tm, Th, U und/oder ihrer Verbindungen umfasst.Lead substitute material according to any one of claims 1-7, characterized characterized in that the lead substitute material in addition to 40 wt .-% of a or more of the following elements Ta, Nf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or theirs Compounds includes. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U und/oder ihrer Verbindungen umfasst.Lead replacement material according to claim 8, characterized that the lead substitute addition to 20% by weight of one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or their compounds. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial zusätzlich bis 8 Gew.-% eines oder mehrerer der folgenden Elemente Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U und/oder ihrer Verbindungen umfasst.Lead replacement material according to claim 9, characterized that the lead substitute in addition to 8% by weight of one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or their compounds. Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60–90 kV nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–0,6 mm 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 49–65 Gew.-% Sn oder Sn-Verbindungen, 0–20 Gew.-% W oder W-Verbindungen, 0–20 Gew.-% Bi oder Bi-Verbindungen und 5–35 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder Csl umfasst.Lead substitute material for radiation protection purposes in the energy sector an x-ray tube with a voltage of 60-90 kV according to one of the claims 5-10, characterized in that the lead substitute material for nominal total lead equivalents from 0.25 to 0.6 mm 12-22 Weight% matrix material, 49-65 % By weight of Sn or Sn compounds, 0-20 wt% W or W compounds, 0-20% by weight Bi or bi compounds and 5-35% by weight of one or more the elements Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or Csl includes. Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 100–140 kV nach einem der Ansprüche 5–10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blei-Ersatzmaterial für Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25–0,6 mm 12–22 Gew.-% Matrixmaterial, 40–73 Gew.-% Bi und/oder W oder ihre Verbindungen und 5–38 Gew.-% eines oder mehrere der folgenden Elemente Gd, Eu, Er, Hf und/oder ihrer Verbindungen umfasst.Lead substitute material for radiation protection purposes in the energy sector an x-ray tube with a voltage of 100-140 kV according to one of the claims 5-10, characterized in that the lead substitute material for nominal total lead equivalents from 0.25 to 0.6 mm 12-22 Weight% matrix material, 40-73 Wt .-% Bi and / or W or their compounds and 5-38% by weight one or more of the following elements Gd, Eu, Er, Hf and or of their compounds. Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst.Lead substitute material according to any one of claims 1-12, characterized characterized in that it has a structure of protective layers of different Composition includes. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, wobei die vom Körper entferntere(n) Schutzschichten) überwiegend die Elemente niedrigerer Ordnungszahl oder deren Verbindungen und die körpernahe(n) Schutzschichten) überwiegend die Elemente höherer Ordnungszahl oder deren Verbindungen umfassen.Lead substitute according to claim 13, characterized in that that there is a construction of at least two separate or with each other comprising bonded protective layers of different composition, being from the body more distant protective layers) predominantly the elements of lower atomic number or their compounds and the body (s) Protective layers) predominantly the elements higher Ordnungszahl or their connections include. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, wobei mindestens bei einer Schicht mindestens 50% des Gesamtgewichts nur aus einem Element aus der Gruppe Sn, W und Bi oder deren Verbindungen besteht.Lead substitute material according to claim 13 or 14, characterized characterized in that it has a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different composition comprising at least 50% of the total weight of at least one layer only one element from the group Sn, W and Bi or their compounds consists. Blei-Ersatzmaterial nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus mindestens zwei getrennten oder miteinander verbundenen Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst, wobei die vom Körper entferntere(n) Schutzschichten) überwiegend die Elemente oder deren Verbindungen mit höherer Röntgen-Fluoreszenzausbeute und die körpernahe(n) Schutzschichten) die Elemente oder deren Verbindungen mit geringerer Röntgen-Fluoreszenzausbeute umfassen.Lead substitute according to claim 13, characterized in that that there is a construction of at least two separate or with each other comprising bonded protective layers of different composition, being from the body more distant protective layers) predominantly the elements or their compounds with higher X-ray fluorescence yield and the body (s) Protective layers) the elements or their compounds with less X-ray fluorescence yield include. Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 13–16, dadurch gekennzeichnet, dass eine schwach radioaktive Schicht zwischen zwei getrennten oder mit der radioaktiven Schicht verbundenen nichtradioaktiven Schutzschichten eingebettet ist.Lead substitute material according to any one of claims 13-16, characterized characterized in that a weakly radioactive layer between two Separate or non-radioactive protective layers associated with the radioactive layer is embedded. Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle oder Metallverbindungen gekörnt sind und deren Korngrößen eine 50er Perzentile nach folgender Formel
Figure 00210001
aufweisen, worin D50 die 50er-Perzentile der Korngrößenverteilung, d die Schichtdicke in mm und p den Gewichtsanteil der jeweiligen Materialkomponente am Gesamtgewicht bedeuten, und die 90er Perzentile der Korngrößenverteilung D90 ≤ 2·D50 ist.Lead substitute according to any one of claims 1-17, characterized in that the metals or metal compounds are granulated and their grain sizes a 50th percentile according to the following formula
Figure 00210001
wherein D 50 is the 50th percentile of the particle size distribution, d is the layer thickness in mm and p is the weight fraction of the respective material component in the total weight, and the 90th percentile of the particle size distribution D 90 ≤ 2 * D 50 . Strahlenschutzschürze aus Blei-Ersatzmaterial nach einem der Ansprüche 1–18.Radiation protection apron made of lead substitute material according to one of the claims 1-18.
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