EP1549220B1 - Radiation protection material based on silicone - Google Patents

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EP1549220B1
EP1549220B1 EP04764806A EP04764806A EP1549220B1 EP 1549220 B1 EP1549220 B1 EP 1549220B1 EP 04764806 A EP04764806 A EP 04764806A EP 04764806 A EP04764806 A EP 04764806A EP 1549220 B1 EP1549220 B1 EP 1549220B1
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EP
European Patent Office
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lead
substitute material
compounds
lead substitute
material according
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EP04764806A
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EP1549220A1 (en
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Barbara Ballsieper
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Mavig GmbH
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Mavig GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/10Organic substances; Dispersions in organic carriers
    • G21F1/103Dispersions in organic carriers
    • G21F1/106Dispersions in organic carriers metallic dispersions
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/12Laminated shielding materials
    • G21F1/125Laminated shielding materials comprising metals
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F3/00Shielding characterised by its physical form, e.g. granules, or shape of the material
    • G21F3/02Clothing
    • G21F3/03Aprons

Definitions

  • the invention relates to a lightweight lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV.
  • Conventional radiation protection clothing for use in X-ray diagnostics usually contains lead or lead oxide as protective material.
  • 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.
  • the DE 201 00 267 U1 describes a highly elastic, lightweight, flexible, rubbery radiation protection material, with additions of chemical elements and their oxides with an atomic number greater than or equal to 50 is added to a particular polymer.
  • the DE 102 34 159 A1 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.
  • matrix material Another essential component of the lead substitute materials is the matrix material, which should perform at least two functions.
  • matrix material is meant the carrier layer for the protective materials, which may consist of rubber, latex, flexible or solid polymers, for example.
  • the end product it is desirable for the end product to be as light, elastic and flexible as possible, without cracks or breaks occurring during subsequent processing.
  • the metallic fillers are distributed absolutely homogeneously, provided that they are firmly embedded in the matrix material, so that a satisfactory abrasion-resistant surface is ensured.
  • the degree of attenuation or the lead equivalent (International Standard IEC 61331-1, Protective devices against diagnostic medical X-radiation) of the respective material shows a partially very pronounced dependence on the beam energy, which is a function of the voltage of the X-ray tube.
  • Lead-free materials have lead behavior that differs greatly from that of lead, depending on the X-ray energy. Therefore, for simulating the absorption behavior of lead while maximizing weight savings, an advantageous combination of different elements is required.
  • the known radiation protective clothing made of lead-free material compared to lead a more or less severe drop in absorption below 70 kV and above 110 kV, especially about 125 kV. That is, to achieve the same shielding effect as with leaded material, a higher basis weight of protective clothing is required for this range of tube tension.
  • a radiation protection material comprising a rubber and a metal such as tungsten and / or bismuth is known.
  • a metal such as tungsten and / or bismuth.
  • silicone rubber is mentioned.
  • the radiation protection materials provide protection in an energy range from 1173 kV to 1332 kV.
  • Total lead equivalent in a protective-layer-shaped construction of a lead substitute material is understood to be 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.
  • X-ray voltages of up to 140 kV occur in certain X-ray applications, such as computed tomography and bone density measurements, as well as in luggage inspection equipment.
  • the object of the present invention is to provide a lead substitute material which can be used over a wide energy range of an X-ray tube, ie over a large energy range and at the same time contains a matrix material that is environmentally friendly, free of pollutants, against UV radiation is stable.
  • the object of the invention is achieved in a first embodiment by a lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV, wherein the lead substitute 12-22 wt .-% of a silicone-based material as a matrix material, 1 -39% by weight of tin or tin compounds, 16-60% by weight of tungsten or tungsten compounds, 16-60% by weight of bismuth or bismuth compounds.
  • the mixture detects nominal total lead values of 0.25-2.0 mm.
  • the object of the invention is achieved in a second embodiment by a lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV, wherein the lead substitute 12-22 wt .-% of a silicone-based material as matrix material, 40th -60% by weight of tin or tin compounds, 7-15% by weight of tungsten or tungsten compounds, 7-15% by weight of bismuth or bismuth compounds.
  • the mixture also records nominal total lead values of 0.25-2.0 mm.
  • the solution to the problem was to find a choice of material in terms of the matrix material and the lead-substitute metals and their quantity selection, the X-ray radiation can also effectively shield in the high energy range, at the same time by the choice of silicone-based material, a lead substitute material is provided, which can meet the environmental requirements described above while maintaining a high elasticity.
  • any silicone-based material is suitable as the matrix material, provided that it ensures a completely homogeneous, fine, uniform distribution of the metals or their compound.
  • Preferred silicone rubbers are those which have alkyl groups, vinyl groups and / or phenyl groups on the polymer chain.
  • Especially suitable Silicone rubber proved. Examples thereof include dimethylsilicone rubber, phenylmethyl rubber, phenylsilicone rubber and polyvinyl rubber.
  • the lead substitute material is characterized in that it additionally contains up to 40 wt .-% of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and or CsI includes.
  • Table 1 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.
  • the lead substitute material which additionally comprises one or more of the elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or CsI, a particularly strong increase in the absorption effect is achieved. In this way, the weight of the protective clothing can be significantly reduced.
  • the individual elements can be arranged so that a certain energy range is covered or that as uniform a course of the weakening results over a larger energy range.
  • the lead substitute material is characterized in that it additionally comprises up to 40% by weight of one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or their compounds.
  • U in the lead substitute materials usable metals Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U can also metals and / or their compounds and / or Csl with a relatively low degree of purity are used, as they arise as waste products.
  • the lead substitute material according to the invention fulfills by the combination of the matrix material based on silicone and the selection of lead-substitute metals or their compounds in a surprising manner, the conditions of a high-shielding radiation protection material that is elastic and lightweight and to a great extent all environmental requirements, eg. B. biocompatibility, recyclability, low emissions.
  • the lead substitute material of the present invention may further contain fillers for reinforcement and additives in conventional amounts.
  • the fillers include, for example, fibers or fibrous materials of cotton fibers, synthetic fibers, fiberglass fibers and aramid fibers.
  • Possible reinforcing fillers include fumed silica, precipitated silicas, iron oxide, titanium oxide, aluminum trihydrate and carbon black.
  • the lead substitute material of the invention may also contain processing aids that further enhance the properties of the material. These include, for example, typical plasticizers.
  • a fall in the lead equivalent below the nominal lead equivalent or below the lower tolerance limit means that the radiation protection material can not be used at the relevant tube voltages, since the shielding effect is too low.
  • the basis weight of the lead substitute material must be increased to the extent that the permissible tolerances of DIN EN 61331-3 are met.
  • an increase in basis weight is considered disadvantageous.
  • Another possibility is to limit the scope of application in terms of energy or tube voltage.
  • 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.
  • the energy range 60-140 kV is divided into a plurality of partially overlapping regions in accordance with the most common applications of X-ray radiation:
  • This area of energy includes the most common X-ray and X-ray interventions, such as angiography, computed tomography, cardiac catheter examinations, interventional radiology, thorax hard-beam technique.
  • Lead-free protective clothing that can only be used in a certain energy range must be marked accordingly by the manufacturer.
  • one or more elements or their compounds of group A can be optimally combined with one or more elements or their compounds of group B, the choice being made according to the efficiency of the shielding, the accessibility of the respective element or its compound and As constant as possible of the lead equivalent takes place.
  • the proportion of Sn or Bi should exceed 40% by weight to ensure low energy dependence.
  • High protective effects or low basis weights can be achieved by using the elements or their compounds, which have their highest shielding effect especially in this small energy range.
  • a greater proportion of the elements or their group A compounds should be combined with a smaller proportion of the elements or their group B compounds, in which case a flat energy balance of the lead equivalent will not be so important because of the relatively small energy window is.
  • This area concerns special applications in radiology and nuclear medicine.
  • the weight per unit area of the radiation protection clothing is not in the foreground of the optimization in this area since the protective clothing is generally worn here only for a short time or fixed radiation protection screens are used.
  • composition of protective substances for individual energy ranges can be expediently optimized by splitting according to the most frequently occurring X-ray applications.
  • the lead substitute material has a structure of at least two separate or interconnected protective layers of different composition, wherein at least one layer at least 50% of the total weight of only one element from the group Sn, W and Bi or their Connections exists.
  • the lead substitute material is characterized in that it comprises a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different composition, wherein the protective layer (s) removed from the body predominantly the elements or their compounds with higher X-ray fluorescence yield and the body-near protective layer (s) comprising the elements or their compound with lower X-ray fluorescence yield.
  • the fluorescence component also referred to as build-up factor
  • the fluorescence component 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).
  • 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 kV Material A Material B 80 1.15 1.42 90 1.14 1.35 100 1.14 1.32 110 1.16 1.36
  • the lead substitute material is characterized in that it has a structure of protective layers of different composition.
  • the lead substitute material may comprise a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different composition, with the body-removed protective layer (s) predominantly comprising the lower atomic number elements or their compounds and the proximal protective layer (s) comprise the elements of higher atomic number or their compounds.
  • the lead substitute material may also be characterized in that a weakly radioactive layer is embedded between two separate or nonradioactive protective layers connected to the radioactive layer.
  • the effect of self-radiation can be mitigated by embedding the radioactive layer between two non-active layers of Bi.
  • low weight materials must also have a small grain size, i. be very finely distributed to develop an optimal protective effect.
  • the lead substitute material according to the invention after mixing the silicone matrix material and the metal / metal compounds in a conventional manner, after which a homogeneous mixture is obtained, further processed and cured, forming a dense, elastic material in a desired shape. Further processing techniques include, for example, extrusion, injection molding, calendering, compression molding or transfer molding.
  • the lead substitute material according to the invention is provided as sheet material which is cut into the desired shape according to techniques known per se or the like.
  • the material according to the invention can be used, for example, for protective gloves, protective aprons, patient covers, gonad protection, ovarian protection, dental protective shields, stationary lower body protection, table tops, stationary or portable radiation protection walls or radiation curtains are applied advantageously.
  • the FIG. 1 shows a lead substitute with 22 wt% tin, 27 wt% tungsten, 4 wt% erbium, and 15 wt% silicone matrix material.
  • This lead substitute is in the FIG. 1 denoted by 2.
  • 1 denotes a commercially available material of the composition 65% by weight of antimony, 20% by weight of tungsten and 15% by weight of matrix material.
  • the FIG. 1 shows a weight comparison of lead substitutes for a nominal lead equivalent of 0.5 mm.
  • FIG. 2 shows the lead replacement material according to the invention with 20 wt .-% tin, 36 wt .-% tungsten, 29 wt .-% bismuth and 15 wt .-% silicone matrix material.
  • This lead substitute is in the FIG. 2 denoted by 2.
  • 1 denotes a commercially available material of the composition 70% by weight of tin, 10% by weight of barium and 20% by weight of matrix material.
  • FIG. 2 shows a weight comparison of lead substitutes for a nominal lead equivalent of 0.5 mm.
  • a lead-free radiation protection apron was produced from 59% by weight Sn, 24% by weight Gd, 1% by weight W and 16% by weight silicone matrix material.
  • 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%.
  • Lead-free light radiation protection apron for the application range 60-125 kV.
  • a radiation protection apron was made from 50% by weight Sn, 11% by weight W, 23% by weight Gd and 16% by weight silicone matrix material.
  • Lead-free lightweight radiation protection apron for the application range 60-125 kV.
  • a radiation protection apron of 40% by weight of Bi, 20% by weight of Sn, 24% by weight of Gd and 16% by weight of silicone matrix material was produced.
  • 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 .
  • the lead equivalent value is approximately 20% higher than the nominal value of 0.5 mm Pb of a corresponding lead apron. This means an additional increased radiation protection.
  • a radiation protection apron of 40% by weight of Bi, 10% by weight of W, 34% by weight of Gd and 16% by weight of silicone matrix material was produced.
  • a nuclear medicine apron was prepared from 50 wt% Bi, 25 wt% Gd, 9 wt% Er and 16 wt% silicone matrix material.
  • the basis weight was 4.8 kg / m 2 for 0.5 nominal total lead equivalent.
  • FIG. 3 Figure 4 shows the calculated relative basis weights of protective clothing with nominal bleaching equivalences of 0.5 mm according to 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.
  • CT computer tomography

Description

Die Erfindung betrifft ein leichtes Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60-140 kV.The invention relates to a lightweight lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of 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 Toxizität 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 toxicity 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, for years, a replacement lead material has been sought in radiation protection. Here, the use of chemical elements or their compounds with the atomic number of 50 to 76 is mainly proposed.

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, with additions of chemical elements and their oxides with an atomic number greater than or equal to 50 is added to a particular 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 A1 beschreibt ein Blei-Ersatzmaterial für Strahlenschutzzwecke im Energiebereich einer Röntgenröhre mit einer Spannung von 60-125 kV.The DE 102 34 159 A1 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.

Eine weitere wesentliche Komponente der Blei-Ersatzmaterialen ist das Matrixmaterial, das mindestens zwei Funktionen erfüllen sollte. Unter Matrixmaterial versteht man die Trägerschicht für die Schutzmaterialen, die beispielsweise aus Gummi, Latex, flexiblen oder festen Polymeren bestehen kann. Zum einen ist es erwünscht, dass das Endprodukt möglichst leicht, elastisch und flexibel ist, ohne dass es bei einer nachfolgenden Verarbeitung zu Rissen oder Brüchen kommt. Zum anderen sollte gewährleistet sein, dass die metallischen Füllstoffe absolut homogen verteilt sind, unter der Voraussetzung einer festen Einbindung in das Matrixmaterial, so dass eine zufriedenstellende abriebfeste Oberfläche sichergestellt ist.Another essential component of the lead substitute materials is the matrix material, which should perform at least two functions. By matrix material is meant the carrier layer for the protective materials, which may consist of rubber, latex, flexible or solid polymers, for example. On the one hand, it is desirable for the end product to be as light, elastic and flexible as possible, without cracks or breaks occurring during subsequent processing. On the other hand, it should be ensured that the metallic fillers are distributed absolutely homogeneously, provided that they are firmly embedded in the matrix material, so that a satisfactory abrasion-resistant surface is ensured.

Ein weiterer Punkt ist die Umweltverträglichkeit der Matrixmaterialien. Viele herkömmliche Materialien liegen als halogenhaltige Polymere, z. B. PVC, vor. Die Verwendung dieser Materialien führt unverweigerlich zu schwerwiegenden Problemen bei der Herstellung, Benutzung und Recyclierung der Bleiersatzmaterialien, nicht nur für die Umwelt, sondern ebenfalls für die Personen, die mit den Bleiersatzmaterialien unmittelbar in Kontakt kommen.Another issue is the environmental compatibility of the matrix materials. Many conventional materials are halogenated polymers, e.g. As PVC, before. The use of these materials inevitably leads to serious problems in the production, use and recycling of the lead replacement materials, not only for the environment but also for those who come in direct contact with the lead replacement materials.

Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass die herkömmlichen Absorptionsmaterialien zum Teil erheblich dazu neigen, Fluoreszenzstrahlung zu emittieren, was eine nicht zu vernachlässigende gesundheitliche Beeinträchtigung für die Kontaktpersonen darstellt.Furthermore, it has been found that the conventional absorption materials sometimes considerable tend to emit fluorescence radiation, which is a non-negligible health impact on the contact persons.

Je nach eingesetzten Elementen zeigt der Schwächungsgrad bzw. der Bleigleichwert (International Standard IEC 61331-1, Protective devices against diagnostig medical X-radiation) des jeweiligen Materials eine teilweise sehr ausgeprägte Abhängigkeit von der Strahlenenergie, die eine Funktion der Spannung der Röntgenröhre ist.Depending on the elements used, the degree of attenuation or the lead equivalent (International Standard IEC 61331-1, Protective devices against diagnostic medical X-radiation) of the respective material shows a partially very pronounced dependence on 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 lead behavior that differs greatly from that of lead, depending on the X-ray energy. Therefore, for simulating the absorption behavior of lead while maximizing weight savings, an advantageous combination of different elements is 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.Thus, the known radiation protective clothing made of lead-free material compared to lead a more or less severe drop in absorption below 70 kV and above 110 kV, especially about 125 kV. That is, to achieve the same shielding effect as with leaded material, a higher basis weight of protective clothing is required for this range of tube tension.

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

Aus der US 2002/0179860 ist ein Strahlenschutzmaterial bekannt, das einen Kautschuk und ein Metall, wie Wolfram und/oder Wismut, umfasst. Als einzusetzender Kautschuk ist Silikonkautschuk erwähnt. Die Strahlenschutzmaterialien bieten einen Schutz in einem Energiebereich von 1173 kV bis 1 332 kV.From the US 2002/0179860 For example, a radiation protection material comprising a rubber and a metal such as tungsten and / or bismuth is known. As the rubber to be used, silicone rubber is mentioned. The radiation protection materials provide protection in an energy range from 1173 kV to 1332 kV.

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.In order to substitute lead for radiation protection purposes, one is as similar as possible to lead Absorptive behavior over a wider energy range is required since radiation protection agents are usually classified according to the lead equivalent value and the radiation protection calculations are often based on lead equivalents.

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.Total lead equivalent in a protective-layer-shaped construction of a lead substitute material is understood to be 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.

Bei bestimmten Röntgenanwendungen, wie der Computertomographie und bei Knochendichtemessungen, aber auch bei Gepäckprüfungsgeräten, treten Röntgenspannungen von bis zu 140 kV auf.X-ray voltages of up to 140 kV occur in certain X-ray applications, such as computed tomography and bone density measurements, as well as in luggage inspection equipment.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, ein Blei-Ersatzmaterial zur Verfügung zu stellen, das über einen weiten Energiebereich einer Röntgenröhre, also über einen großen Energiebereich einsetzbar ist und gleichzeitig ein Matrixmaterial enthält, das umweltverträglich ist, frei von Schadstoffen ist, gegenüber UV-Strahlung beständig ist.The object of the present invention is to provide a lead substitute material which can be used over a wide energy range of an X-ray tube, ie over a large energy range and at the same time contains a matrix material that is environmentally friendly, free of pollutants, against UV radiation is stable.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einer ersten Ausführungsform 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.-% eines Materials auf Silikonbasis als Matrixmaterial, 1-39 Gew.-% Zinn oder Zinnverbindungen, 16-60 Gew.-% Wolfram oder Wolframverbindungen, 16-60 Gew.-% Wismut oder Wismutverbindungen umfasst. Die Mixtur erfasst Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25-2,0 mm.The object of the invention is achieved in a first embodiment by a lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV, wherein the lead substitute 12-22 wt .-% of a silicone-based material as a matrix material, 1 -39% by weight of tin or tin compounds, 16-60% by weight of tungsten or tungsten compounds, 16-60% by weight of bismuth or bismuth compounds. The mixture detects nominal total lead values of 0.25-2.0 mm.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einer zweiten Ausführungsform 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.-% eines Materials auf Silikonbasis als Matrixmaterial, 40-60 Gew.-% Zinn oder Zinnverbindungen, 7-15 Gew.-% Wolfram oder Wolframverbindungen, 7-15 Gew.-% Wismut oder Wismutverbindungen umfasst. Die Mixtur erfasst ebenfalls Nenn-Gesamtbleigleichwerte von 0,25-2,0 mm.The object of the invention is achieved in a second embodiment by a lead replacement material for radiation protection purposes in the energy range of an x-ray tube with a voltage of 60-140 kV, wherein the lead substitute 12-22 wt .-% of a silicone-based material as matrix material, 40th -60% by weight of tin or tin compounds, 7-15% by weight of tungsten or tungsten compounds, 7-15% by weight of bismuth or bismuth compounds. The mixture also records nominal total lead values of 0.25-2.0 mm.

Die Lösung der Aufgabe bestand darin, eine Materialauswahl hinsichtlich des Matrixmaterials und der Blei-Ersatzmetalle und deren Mengenauswahl aufzufinden, die die Röntgenstrahlung auch im hohen Energiebereich gut wirksam abschirmen kann, wobei gleichzeitig durch die Wahl des Materials auf Silikonbasis ein Blei-Ersatzmaterial zur Verfügung gestellt wird, das unter Erhaltung einer hohen Elastizität den oben beschriebenen Anforderungen an die Umwelt genügen kann.The solution to the problem was to find a choice of material in terms of the matrix material and the lead-substitute metals and their quantity selection, the X-ray radiation can also effectively shield in the high energy range, at the same time by the choice of silicone-based material, a lead substitute material is provided, which can meet the environmental requirements described above while maintaining a high elasticity.

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.Surprisingly, it has been found that the absorption effect at high energies by high proportions of tungsten and / or bismuth in the lead replacement material significantly improved.

Es hat sich herausgestellt, dass als Matrixmaterial jedes Material auf Silikonbasis geeignet ist, unter der Voraussetzung, dass es eine vollständig homogene, feine, gleichmäßige Verteilung der Metalle bzw. ihrer Verbindung gewährleistet. Bevorzugte Silikonkautschuke sind solche, die Alkylgruppen, Vinylgruppen und/oder Phenylgruppen an der Polymerkette aufweisen. Als besonders geeignet hat sich Silikonkautschuk erwiesen. Beispiele dafür umfassen Dimethylsilikonkautschuk, Phenylmethylkautschuk, Phenylsilikonkautschuk und Polyvinylkautschuk.It has been found that any silicone-based material is suitable as the matrix material, provided that it ensures a completely homogeneous, fine, uniform distribution of the metals or their compound. Preferred silicone rubbers are those which have alkyl groups, vinyl groups and / or phenyl groups on the polymer chain. Especially suitable Silicone rubber proved. Examples thereof include dimethylsilicone rubber, phenylmethyl rubber, phenylsilicone rubber and polyvinyl rubber.

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 CsI umfasst.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the lead substitute material is characterized in that it additionally contains up to 40 wt .-% of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and or CsI includes.

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 Energie
(keV)
Sn Gd Er W Bi
40 19,42 6,92 8,31 10,67 14,95 50 10,70 3,86 4,63 5,94 8,38 60 6,56 11,75 13,62 3,71 5,23 80 3,03 5,57 6,48 7,81 2,52 100 1,67 3,11 3,63 4,43 5,74 150 0,61 1,10 1,28 1,58 2,08
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 energy
(KeV)
sn Gd He W Bi
40 19.42 6.92 8.31 10.67 14.95 50 10.70 3.86 4.63 5.94 8.38 60 6.56 11.75 13.62 3.71 5.23 80 3.03 5.57 6.48 7.81 2.52 100 1.67 3.11 3.63 4.43 5.74 150 0.61 1.10 1.28 1.58 2.08

Durch das Blei-Ersatzmaterial, das zusätzlich eines oder mehrere der Elemente Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm und/oder ihrer Verbindungen und/oder CsI umfasst, wird eine besonders starke Zunahme der Absorptionswirkung erreicht. Auf diese Weise kann das Gewicht der Schutzkleidung wesentlich gesenkt werden.By the lead substitute material, which additionally comprises one or more of the elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and / or their compounds and / or CsI, a particularly strong increase in the absorption effect is achieved. In this way, the weight of the 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 achieve the described properties, according to Table 1, the individual elements can be arranged so that a certain energy range is covered or that as uniform a course of the weakening results over a larger energy range.

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.Surprisingly, it has been found that when using the above-mentioned additional elements of their compounds in the lead substitute material, a disproportionate increase in the protective effect occurs, preferably when their weight fraction of 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 of the invention, the lead substitute material is characterized in that it additionally comprises up to 40% by weight of one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and / or 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.In addition, in the lead substitute materials usable metals Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm, Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U can also metals and / or their compounds and / or Csl with a relatively low degree of purity are used, as they arise as waste products.

Das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial erfüllt durch die Kombination aus dem Matrixmaterial auf Silikonbasis und der Auswahl der Blei-Ersatzmetalle bzw. deren Verbindungen in überraschender Weise die Bedingungen eines hochabschirmenden Strahlenschutzmaterials, das elastisch und leicht ist sowie in hohem Maße allen Anforderungen an Umweltverträglichkeit, z. B. Biokompatibität, Recyclebarkeit, Emissionsarmut gerecht wird.The lead substitute material according to the invention fulfills by the combination of the matrix material based on silicone and the selection of lead-substitute metals or their compounds in a surprising manner, the conditions of a high-shielding radiation protection material that is elastic and lightweight and to a great extent all environmental requirements, eg. B. biocompatibility, recyclability, low emissions.

Das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial kann auch weiterhin Füllstoffe zur Verstärkung und Additive in üblichen Mengen enthalten. Zu den Füllstoffen zählen beispielsweise Fasern oder faserartige Materialien aus Baumwollfasern, synthetische Fasern, Fäserglasfasern und Aramidfasern.The lead substitute material of the present invention may further contain fillers for reinforcement and additives in conventional amounts. The fillers include, for example, fibers or fibrous materials of cotton fibers, synthetic fibers, fiberglass fibers and aramid fibers.

Mögliche verstärkende Füllstoffe umfassen hochdisperses Silika, gefällte Silikas, Eisenoxid, Titanoxid, Aluminiumtrihydrat und Ruß.Possible reinforcing fillers include fumed silica, precipitated silicas, iron oxide, titanium oxide, aluminum trihydrate and carbon black.

So kann das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial auch Verarbeitungshilfen enthalten, die die Eigenschaften des Materials weiterhin verbessern. Dazu zählen beispielsweise typische Weichmacher.Thus, the lead substitute material of the invention may also contain processing aids that further enhance the properties of the material. These include, for example, typical plasticizers.

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 a deviation from the nominal lead equivalent value downwards is not permitted. Only the German version of the standard allows one exception, namely a deviation of 10% from the nominal lead equivalent. For these reasons, it is desirable to have as flat a lead as possible over the energy of a lead substitute material.

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.A fall in the lead equivalent below the nominal lead equivalent or below the lower tolerance limit means that the radiation protection material can not be used at the relevant tube voltages, since the shielding effect is too low. In this case, alternatively, the basis weight of the lead substitute material must be increased to the extent that the permissible tolerances of DIN EN 61331-3 are met. However, an increase in basis weight is considered disadvantageous.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beschränkung des Anwendungsbereichs im Hinblick auf die Energie- bzw. die Röhrenspannung.Another possibility is to limit 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 a further object of the present invention to select elements or their compounds in such a way that the lowest possible drop in the lead equivalent in the desired energy utilization range takes place, taking into account the accessibility of the respective elements or their compounds.

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 Material Nrel
Mittlerer Zuwachs PbGW bezogen auf 0,1 kg/m2 (rel. Pb)
Anstieg PbGW von 60 auf 80 kV
bezogen auf 0,1 kg/m2
Gruppe
60-90 kV 60-125 kV 100-125 kV 125-150 kV
Sn 1,64 1,30 0,96 0,80 -0,005 A Bi 1,41 1,27 1,13 1,17 -0,005 A W 0,91 1,07 1,25 1,07 +-0,000 A Gd 1,85 2,05 2,27 1,56 +0,007 B Er 1,20 1,45 1,70 1,36 +0,009 B
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 material N rel
Average increase PbGW based on 0.1 kg / m 2 (relative Pb)
Increase PbGW from 60 to 80 kV
based on 0.1 kg / m 2
group
60-90 kV 60-125 kV 100-125 kV 125-150 kV
sn 1.64 1.30 0.96 0.80 -0,005 A Bi 1.41 1.27 1.13 1.17 -0,005 A W 0.91 1.07 1.25 1.07 + -0.000 A Gd 1.85 2.05 2.27 1.56 +0.007 B He 1.20 1.45 1.70 1.36 +0.009 B

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 of the invention, therefore, the energy range 60-140 kV is divided into a plurality of partially overlapping regions in accordance with the most common applications of X-ray radiation:

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 this field of energy predominantly dental applications of the single-shot technique and the panoramic layer technique take place.

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

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

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

In diesen Energiebereich fallen die meisten Computer-Tomografen.Most computer tomographs fall into this energy range.

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.This is an energy range for specific applications such as special computed tomography, bone density measurements, special thorax hard-jet technology 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 can only be used in a certain energy range must be marked accordingly by the manufacturer.

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.In the relatively narrow energy range, it was shown from Table 2 that of the group A elements Sn is the most effective. From Group B Gd is preferred, but Csl also resulted in a lead substitute with very good properties.

Energiebereich 60-125 kV (allgemeiner Röntgenbereich):

  • 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.
Energy range 60-125 kV (general X-ray range):
  • From Table 2, for example, elements with low and high rise of the lead equivalent can be advantageously selected in such a way that the waveforms of the lead equivalent remain as flat as possible over the entire range. 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, wöbei 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.Thus, one or more elements or their compounds of group A can be optimally combined with one or more elements or their compounds of group B, the choice being made according to the efficiency of the shielding, the accessibility of the respective element or its compound and As constant as possible of the lead equivalent takes place.

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.Here, a dependence of the proportion of the A elements or their compounds of those of the B elements or given their connections. Thus, when increasing the content of a B-element, the relative weight fraction of an A-element with opposite energy behavior must also be significantly increased in order to keep the course of the lead equivalent above the energy as flat as possible.

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, if more than 20% by weight of B-elements or their compounds, the proportion of Sn or Bi should exceed 40% by weight to ensure low energy dependence.

Energiebereich 100-140 kV:

  • Das ist der Energiebereich für die meisten neueren Computer-Tomographen.
Energy range 100-140 kV:
  • This is the energy range for most recent computer tomographs.

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.High protective effects or low basis weights can be achieved by using the elements or their compounds, which have their highest shielding effect especially in this small energy range. For reasons of accessibility, a greater proportion of the elements or their group A compounds should be combined with a smaller proportion of the elements or their group B compounds, in which case a flat energy balance of the lead equivalent will not be so important because of the relatively small energy window is.

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

Dieser Bereich betrifft Sonderanwendungen in der Radiologie und Nuklearmedizin. Das Flächengewicht der Strahlenschutzbekleidung 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 area concerns special applications in radiology and nuclear medicine. The weight per unit area of the radiation protection clothing is not in the foreground of the optimization in this area since the protective clothing is generally worn here only for a short time or fixed radiation protection screens 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 the elements or their connections is done according to the above criteria. Very good results provide 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 Röntgenwendungen zweckmäßigerweise durch Aufspaltung optimiert werden kann.In summary, it can thus be stated that the composition of protective substances for individual energy ranges can be expediently optimized by splitting according to the most frequently occurring X-ray applications.

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 composition, wherein at least one layer at least 50% of the total weight of only one element from the group Sn, W and Bi or their Connections exists.

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 Schutzschicht(en) überwiegend die Elemente oder deren Verbindungen mit höherer Röntgen-Fluoreszenzausbeute und die körpernahe(n) Schutzschicht(en) die Elemente oder deren Verbindung mit geringerer Röntgen-Fluoreszenzausbeute umfassen.In a further preferred embodiment of the invention, the lead substitute material is characterized in that it comprises a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different composition, wherein the protective layer (s) removed from the body predominantly the elements or their compounds with higher X-ray fluorescence yield and the body-near protective layer (s) comprising the elements or their compound with lower X-ray fluorescence yield.

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 darunterliegenden 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.In the irradiation of materials with X-rays, characteristic X-radiation is excited as fluorescence radiation. The fluorescence yield depends on the atomic number. This proportion of fluorescence leads to an additional radiation exposure of the skin and the organs immediately below it. From measurements on protective clothing it was determined that in particular elements with smaller atomic numbers, in the present case in particular Sn, fluoresce particularly strongly. In a layered structure of the radiation protection material can advantageously a Stratification by elements so that the elements lie with the lowest fluorescence yield 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 kV Material A Material B 80 1,15 1,42 90 1,14 1,35 100 1,14 1,32 110 1,16 1,36 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 kV Material A Material B 80 1.15 1.42 90 1.14 1.35 100 1.14 1.32 110 1.16 1.36

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass es einen Aufbau aus Schutzschichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist.In a further particularly preferred embodiment of the invention, the lead substitute material is characterized in that it has a structure of 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) Schutzschicht(en) überwiegend die Elemente niedrigerer Ordnungszahl oder deren Verbindungen und die körpernahe(n) Schutzschicht(en) überwiegend die Elemente höherer Ordnungszahl oder deren Verbindungen umfassen.The lead substitute material may comprise a construction of at least two separate or interconnected protective layers of different composition, with the body-removed protective layer (s) predominantly comprising the lower atomic number elements or their compounds and the proximal protective layer (s) comprise the elements of higher atomic number or their compounds.

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 may also be characterized in that a weakly radioactive layer is embedded between two separate or nonradioactive protective layers connected to the radioactive layer.

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 be used as elements or their compounds of group B to shield high energy radiation and the actinides thorium or uranium, the latter z. B. as depleted uranium, are used. They have a high shielding effect in the energy range of 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.The effect of self-radiation can be mitigated by embedding the radioactive layer between two non-active layers of Bi.

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.The proportion of self-exposure by thorium or uranium should be low in most cases and therefore negligible. There is a trade-off here, which contrasts the benefits of lead elimination and higher protection with low intrinsic exposure.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Blei-Ersatzmaterial dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle oder Metallverbindungen gekörnt sind und deren Korngrößen einer 50er Perzentile nach folgender Formel D 50 = d p 10 mm

Figure imgb0001

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 substitute material is characterized in that the metals or metal compounds are grained and their grain sizes of a 50th percentile according to the following formula D 50 = d p 10 mm
Figure imgb0001

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 .

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.In measurements of lead equivalents on protective layers, which consist of metal powders or powders of metal compounds, it was surprisingly found that the radiolucency of the grained Substances existing layer is higher compared to a film layer at the same mass occupancy. This mainly affects the lower energy range of 60-80 kV. At higher energies, the local permeability differences, ie the X-ray contrast, become increasingly smaller.

Beispielsweise ergibt sich bei einem Sn-Anteil von 30% = 0,3 und einer Schichtdicke von 0,4 mm D 50 = 0 , 4 mm 0 , 3 = 0 , 012 mm = 12 μ m .

Figure imgb0002
For example, with an Sn content of 30% = 0.3 and a layer thickness of 0.4 mm D 50 = 0 . 4 mm 0 . 3 = 0 . 012 mm = 12 μ m ,
Figure imgb0002

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.Therefore, low weight materials must also have a small grain size, i. be very finely distributed to develop an optimal protective effect.

Bei Ausnutzung dieses Effekts kann das Gewicht einer Strahlenschutzbekleidung noch weiter reduziert werden.By taking advantage of this effect, the weight of a radiation protection clothing can be further reduced.

Das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial wird nach dem Vermischen des Silikon-Matrixmaterials und der Metalle/Metallverbindungen in an sich bekannter Weise, wonach eine homogene Mischung erhalten wird, weiterverarbeitet und ausgehärtet, wobei sich ein dichtes, elastisches in eine gewünschte Form Material bildet. Weiterverarbeitungstechniken sind beispielsweise die Extrusion, das Spritzgießen, das Kalandern, die Druckverformung oder das Spritzpressverfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial als Bahnenware vorgesehen, das in die gewünschte Form nach an sich bekannten Techniken geschnitten oder dgl. wird.The lead substitute material according to the invention, after mixing the silicone matrix material and the metal / metal compounds in a conventional manner, after which a homogeneous mixture is obtained, further processed and cured, forming a dense, elastic material in a desired shape. Further processing techniques include, for example, extrusion, injection molding, calendering, compression molding or transfer molding. In a preferred embodiment, the lead substitute material according to the invention is provided as sheet material which is cut into the desired shape according to techniques known per se or the like.

Das erfindungsgemäße Material kann beispielsweise bei Schutzhandschuhen, Schutzschürzen, Patientenabdeckungen, Gonadenschutz, Ovarienschutz, Dentalschutzschildern, ortsfestem Unterkörperschutz, Tischaufsätzen, ortsfesten oder ortsbeweglichen Strahlenschutzwänden oder Strahlenschutzvorhängen vorteilhaft angewandt werden.The material according to the invention can be used, for example, for protective gloves, protective aprons, patient covers, gonad protection, ovarian protection, dental protective shields, stationary lower body protection, table tops, stationary or portable radiation protection walls or radiation curtains are applied advantageously.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auch auf die Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1:
ein Blei-Ersatzmaterial (Referenz) mit 22 Gew.-% Zinn, 27 Gew.-% Wolfram, 4 Gew.- % Erbium und 15 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial,
Fig. 2:
das erfindungsgemäße Blei-Ersatzmaterial mit 20 Gew.-% Zinn, 36 Gew.-% Wolfram, 29 Gew.-% Wismut und 15 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial und
Fig. 3:
die berechneten relativen Flächengewichte einer Schutzkleidung mit Nenn- Bleichgleichwerten von 0,5 mm gemäß den Beispielen 3, 4 und 6 im Vergleich zu einer Bleischürze mit 0,5 mm Bleigleichwert.
In the following, the invention will be explained in more detail by way of examples with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1:
a lead substitute (reference) containing 22 wt% tin, 27 wt% tungsten, 4 wt% erbium and 15 wt% silicone matrix material,
Fig. 2:
the lead replacement material according to the invention with 20 wt .-% tin, 36 wt .-% tungsten, 29 wt .-% bismuth and 15 wt .-% silicone matrix material and
3:
the calculated relative basis weights of protective clothing with nominal bleaching equivalents of 0.5 mm according to Examples 3, 4 and 6 compared to a lead apron with 0.5 mm lead equivalent.

Beispiel 1 (Referenz)Example 1 (reference)

Die Figur 1 zeigt ein Blei-Ersatzmaterial mit 22 Gew.-% Zinn, 27 Gew.-% Wolfram, 4 Gew.-% Erbium und 15 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial. Dieses Blei-Ersatzmaterial ist in der Figur 1 mit 2 bezeichnet. Mit 1 ist ein marktübliches Material der Zusammensetzung 65 Gew.-% Antimon, 20 Gew.-% Wolfram und 15 Gew.-% Matrixmaterial bezeichnet.The FIG. 1 shows a lead substitute with 22 wt% tin, 27 wt% tungsten, 4 wt% erbium, and 15 wt% silicone matrix material. This lead substitute is in the FIG. 1 denoted by 2. 1 denotes a commercially available material of the composition 65% by weight of antimony, 20% by weight of tungsten and 15% by weight of matrix material.

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

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

Beispiel 2Example 2

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

Die Figur 2 zeigt einen Gewichtsvergleich von Blei-Ersatzmaterialien bei einem Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm.The FIG. 2 shows a weight comparison of lead substitutes for a nominal lead equivalent of 0.5 mm.

Aus, der Figur 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 FIG. 2 It can be seen that the basis weight required to reach a nominal lead equivalent of 0.5 mm between 100 and 140 kV only increases by about 9% for the material according to the invention, while the increase in the comparison material is about 60%.

Beispiel 3 (Referenz)Example 3 (reference)

Bleifreie, leichte Strahlenschutzschürze für den Dentalbereich von 60-90 kV Pb-Nennbleigleichwert 0,5 mm.Lead-free, light radiation protection apron for the dental sector of 60-90 kV Pb nominal lead equivalent 0.5 mm.

Es wurde eine bleifreie Strahlenschutzschürze aus 59 Gew.-% Sn, 24 Gew.-% Gd, 1 Gew.-% W und 16 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial hergestellt.A lead-free radiation protection apron was produced from 59% by weight Sn, 24% by weight Gd, 1% by weight W and 16% by weight silicone 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 4 (Referenz)Example 4 (reference)

Bleifrei leichte Strahlenschutzschürze für den Anwendungsbereich 60-125 kV.Lead-free light radiation protection apron for the application range 60-125 kV.

Es wurde eine Strahlenschutzschürze aus 50 Gew.-% Sn, 11 Gew.-% W, 23 Gew.-% Gd und 16 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial hergestellt.A radiation protection apron was made from 50% by weight Sn, 11% by weight W, 23% by weight Gd and 16% by weight silicone matrix material.

Hierbei ergaben sich für einen Nenn-Bleigleichwert von 0,5 mm Blei ein Flächengewicht von 4,5 kg/m2, für ein 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.In this case, for a nominal lead equivalent of 0.5 mm lead, a surface weight of 4.5 kg / m 2 was obtained , for a nominal lead equivalent of 0.35 mm lead a surface weight of 3.3 kg / m 2 and a nominal Lead equivalent of 0.25 mm lead a basis weight of 2.4 kg / m 2 .

Beispiel 5 (Referenz)Example 5 (reference)

Bleifreie leichte Strahlenschutzschürze für den Anwendungsbereich 60-125 kV.Lead-free lightweight radiation protection apron for the application range 60-125 kV.

Es wurde eine Strahlenschutzschürze aus 40 Gew.-% Bi, 20 Gew.-% Sn, 24 Gew.-% Gd und 16 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial hergestellt.A radiation protection apron of 40% by weight of Bi, 20% by weight of Sn, 24% by weight of Gd and 16% by weight of silicone matrix material was 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.Thus, the essential advantage of the present invention becomes apparent, according to which the protective clothing can be considerably easier. This is a very significant advantage especially for several hours of application of protective clothing.

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.In addition, if the user works with tube voltages of 80-100 kV, the lead equivalent value is approximately 20% higher than the nominal value of 0.5 mm Pb of a corresponding lead apron. This means an additional increased radiation protection.

Beispiel 6 (Referenz)Example 6 (reference)

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.-% Silikon-Matrixmaterial hergestellt.A radiation protection apron of 40% by weight of Bi, 10% by weight of W, 34% by weight of Gd and 16% by weight of silicone matrix material was 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 7 (Referenz)Example 7 (Reference)

Bleifreie leichte Schürze für nuklearmedizinische Anwendungen.Lead-free lightweight apron for nuclear medicine applications.

Es wurde eine nuklearmedizinische Schürze hergestellt aus 50 Gew.-% Bi, 25 Gew.-% Gd, 9 Gew.-% Er und 16 Gew.-% Silikon-Matrixmaterial.A nuclear medicine apron was prepared from 50 wt% Bi, 25 wt% Gd, 9 wt% Er and 16 wt% silicone 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 Figur 3 zeigt die berechneten relativen Flächengewichte von Schutzkleidung mit Nenn-Bleichgleichwerten 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 FIG. 3 Figure 4 shows the calculated relative basis weights of protective clothing with nominal bleaching equivalences of 0.5 mm according to 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 (18)

  1. Lead substitute material for radiation protection purposes in the energy range of an X-ray tube having a voltage of from 60 to 140 kV, wherein for nominal overall lead equivalents of from 0.25 to 2.00 mm, the lead substitute material comprises
    from 12 to 22 wt.% of a silicone-based material,
    from 1 to 39 wt.% Sn or Sn compounds,
    from 16 to 60 wt.% W or W compounds, and
    from 16 to 60 wt.% Bi or Bi compounds.
  2. Lead substitute material for radiation protection purposes in the energy range of an X-ray tube having a voltage of from 60 to 140 kV, wherein for nominal overall lead equivalents of from 0.25 to 2.00 mm, the lead substitute material comprises
    from 12 to 22 wt.% of a silicone-based material,
    from 40 to 60 wt.% Sn or Sn compounds,
    from 7 to 15 wt.% W or W compounds, and
    from 7 to 15 wt.% Bi or Bi compounds.
  3. Lead substitute material according to any one of claims 1 or 2,
    characterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 40 wt.% of one or more of the following elements Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sm and/or their compounds and/or CsI.
  4. Lead substitute material according to claim 3,
    characterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 20 wt.% of the elements and/or their compounds and/or CsI.
  5. Lead substitute material according to claim 4,
    characterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 8 wt.% of the elements and/or their compounds and/or CsI.
  6. Lead substitute material according to any one of claims 1 to 5,
    characterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 40 wt.% of one or more of the following elements Ta, Hf, Lu, Yb, Tm, Th, U and/or their compounds.
  7. Lead substitute material according to claim 6,
    charcterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 20 wt.% of the elements and/or their compounds.
  8. Lead substitute material according to claim 7,
    characterized in that
    the lead substitute material additionally comprises up to 8 wt.% of the elements and/or their compounds.
  9. Lead substitute material according to any one of claims 1 to 8,
    characterized in that
    the silicone-based material comprises silicone rubber.
  10. Lead substitute material according to claim 9,
    characterized in that
    the silicone rubber comprises dimethyl silicone rubber, phenylmethyl silicone rubber, phenyl silicone rubber and polyvinyl silicone rubber.
  11. Lead substitute material according to any one of claims 1 to 10,
    characterized in that
    it comprises fillers and processing aids.
  12. Lead substitute material according to any of claims 1 to 11,
    characterized in that
    it comprises a structure of protective layers of different compositions.
  13. Lead substitute material according to claim 12,
    characterized in that
    it comprises a structure of at least two protective layers of different compositions which are separate or joined together, wherein the protective layer(s) more remote from the body comprise(s) predominantly the elements having a lower atomic number, or their compounds, and the protective layer(s) close to the body comprise(s) predominantly the elements having a higher atomic number, or their compounds.
  14. Lead substitute material according to claims 12 or 13,
    characterized in that
    it comprises a structure of at least two protective layers of different compositions which are separate or joined together, wherein at least in one layer at least 50% of the total weight consists of only one element from the group Sn, W and Bi or their compounds.
  15. Lead substitute material according to claim 13,
    characterized in that
    it comprises a structure of at least two protective layers of different compositions which are separate or joined together, wherein the protective layer(s) more remote from the body comprise(s) predominantly the elements or their compounds having a higher X-ray fluorescent yield, and the protective layer(s) close to the body comprise(s) the elements or their compounds having a lower X-ray fluorescent yield.
  16. Lead substitute material according to any one of claims 13 to 15,
    characterized in that
    a weakly radioactive layer is embedded between two non-radioactive protective layers which are separate from or joined to the radioactive layer.
  17. Lead substitute material according to any one of claims 1 to 16,
    characterized in that
    the metals or metal compounds are granular and their particle sizes exhibit a 50th percentile according to the following formula D 50 = d p 10 mm
    Figure imgb0004

    wherein
    D50 represents the 50th percentile of the particle size distribution,
    d represents the layer thickness in mm, and
    p represents the proportion by weight of the particular material component in the total weight,
    and the 90th percentile of the particle size distribution is D90 ≤ 2 · D50.
  18. Radiation protection clothing of lead substitute material according to any one of claims 1 to 17.
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