JP2019138915A - 放射線遮蔽並びにその製造方法及び使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛を含まない放射線遮蔽材料並びにその製造方法及び使用方法が記載される。【解決手段】この放射線遮蔽は、光学的に透明でもありながら、ビスマスなどの重金属成分とポリマー成分とを含む。ビスマスは、ポリマー成分に結合させることもでき、ポリマーに結合させることなくポリマー成分のマトリックス中に埋め込むこともできる。さらに、ビスマスは、ポリマーと結合することなくポリマー成分のマトリックス中に含有されるナノ粒子であることもできる。ビスマスは、安定した、環境に優しい代替物を提供する。【選択図】 図２

Description

本出願は、一般的に、放射線遮蔽に関し、さらに特定すると、非鉛ベースの放射線遮蔽並びにその製造方法及び使用方法に関する。

Ｘ放射線（Ｘ線からなる）は、電磁放射線の一形態である。Ｘ線の波長は、ＵＶ線の波長よりも短く、典型的に、γ線の波長よりも長い。Ｘ線は、比較的厚い物体を、吸収されることも拡散されることもなく通り抜け得る。こうした理由から、Ｘ線は、視覚的に不透明な物体の内部を画像化するために広く使用されている。最もよく見られる用途は、医学Ｘ線撮影及び空港セキュリティスキャナにおけるものである。

医学及び工業の両方で広く使用されているが、電離放射線は危険であり、著しい身体傷害を引き起こし得る。Ｘ線光子は、原子を電離させたり、分子結合を分断したりするのに十分なエネルギーを有している。その結果、電離放射線は、生体組織に害を及ぼす。電離放射線により引き起こされる傷害の程度及び性質は、数多くの因子（被曝量、被爆頻度、及び個体が曝露される放射線の透過能を含む）によって決まる。曝露は、生体組織の微視的損傷を結果としてもたらし得、高照射線量では皮膚火傷及び放射線宿酔を、低照射線量では癌、腫瘍及び遺伝子損傷のリスクの統計的増大を結果としてもたらし得る。細胞レベルでは、高線量の電離放射線は、細胞の深刻な機能不全、及び死さえも結果としてもたらし得る。器官レベルでは、十分な数の細胞がそのように冒されれば、器官の機能は損なわれた状態になる。

放射線防護又は放射線学的防護と呼ばれることもある放射線遮蔽は、電離放射線（粒子放射線及び高エネルギー電磁放射線の両方を含む）の不利益な影響から人々及び環境を保護する。したがって放射線遮蔽は多くの場合、保護デバイスとして使用される。

本出願は、非鉛ベースの放射線遮蔽並びにその製造方法及び使用方法を記載するものである。この放射線遮蔽は、光学的に透明でもありながら、ビスマスなどの重金属成分とポリマー成分とを含む。ビスマスは、ポリマー成分に結合させることもでき、ポリマーに結合させることなくポリマー成分のマトリックス中に埋め込むこともできる。さらに、ビスマスは、ポリマーと結合することなくポリマー成分のマトリックス中に含有されるナノ粒子であることもできる。ビスマスは、放射線を阻止しさらにポリマーを光学的に透明なものとして維持しながら、安定した、環境に優しい鉛代替物を提供する。

以下の説明は、これらの図に照らしてより良く理解され得る。

図１は、放射線遮蔽を有するＸ線検査室の一部の実施形態を例示している。 図２は、重金属を含有する放射線遮蔽材料の作製方法の一部の実施形態を例示している。 図３は、重金属を含有する放射線遮蔽材料の作製方法の一部の実施形態を例示している。 図４は、重金属を含有する放射線遮蔽材料の作製方法の一部の実施形態を例示している。

これらの図は、放射線遮蔽並びに放射線遮蔽の作製方法及び使用方法の特定の態様を例示するものである。これらの図は、以下の説明と共に、本明細書に記載される構造、方法及び原理の原理を示し、説明する。図面において、構成要素の厚さ及び大きさは、理解を明確にするために、誇張又は別の方法で変更されている場合がある。異なる図面中の同じ参照符号は同じ要素を示しているので、それらの説明は繰り返されない。さらに、記載されるデバイスの態様を不明瞭にしないようにするために、周知の構造、材料又は操作は、図示も詳述もされていない。さらに、理解を明確にするために、これらの図は、単純化された又は部分的な眺めを示している場合があり、図中の要素の寸法は、誇張又は別の方法により比例していない場合がある。

以下の説明は、完全な理解をもたらすために特定の詳細を提供する。それにもかかわらず、当業者は、記載されるシステム及び方法が、これらの特定の詳細を採用することなく実行及び使用され得ることを理解するであろう。実際に、記載されるシステム及び方法は、例示されるデバイス及び方法を改変することにより実施され得、明確にするために産業において従来使用されている任意の他の装置及び技術と共に使用され得る。例えば、以下の説明はＸ線に対して放射線遮蔽を用いるシステム及び方法に焦点を当てているが、記載されるシステム及び方法（又はそれらの一部）は、任意の他の電離放射線に関して使用され得る。

本出願は、鉛でない重金属を含有する放射線遮蔽、そのような放射線遮蔽の作製方法、及びその放射線遮蔽の保護デバイスとしての使用方法を記載する。放射線遮蔽は、電離放射線（粒子放射線及び高エネルギー電磁放射線の両方を含む）の不利益な影響から人々及び環境を守るために使用され得る。放射線遮蔽は、様々な様式（拡散、コリメーション、集束、再指向、阻止又は減衰によるものを含む）で放射線の伝搬に影響を及ぼし得る。

放射線遮蔽がどのように使用され得るかの一例が図１に描かれている。図１は、光学的に透明な窓を含有する移動式放射線遮断壁を有するＸ線検査室１００を描いている。検査室１００は、その中に配置された放射線源９０を有する。検査室１００は、壁２０、床２２及び天井２４により画定されている。この部屋において、患者テーブル２８は、放射線源に対し、間隙３０がその間に形成されることとなるように位置決めされている。患者３２（又は他の物体）は、検査（すなわち、健康検査）の間、テーブル上で、間隙中に配置され得る。Ｘ線検出器３４は、テーブル内又はテーブル上に、それに衝突する放射線源からの放射線を受けるように位置決めされ得る。

放射線源９０は、放射線の生成時に電力を供給するためにＸ線管３６に接続された高電圧発生器３５からなる。Ｘ線管３６は、患者及びテーブルに相対する位置にＸ線管を支持する囲い３８に入れられている。Ｘ線管は、Ｘ線管から複数の方向に伝播するＸ線４６を生成する。望ましくない方向に伝播するＸ線の量を減少させるために、Ｘ線管囲い３８の内壁は、Ｘ線管の壁を透過するＸ線の量を望ましいレベルまで減少させるのに十分な厚さの放射線遮蔽材料６で被覆されている。Ｘ線が囲いを出て行くことを選択的に可能にするために、Ｘ線透明窓５０が、アノードに隣接した囲いの壁に設置されている。使用の際、この窓は、透過するＸ線が間隙内に指向されることとなるように、間隙の方に向けられている。

検査の間の放射線の生成時、Ｘ線は窓を透過し、間隙を透過し、患者を透過し、テーブルを透過して、Ｘ線感受性スクリーンに突き当たる。検出器３４がＸ線を検出し、本技術分野において周知のやり方でＸ線を可視光線に変換する。

Ｘ線管の壁を透過したあらゆる放射線が、部屋の中に伝播する。同様に、Ｘ線管からの放射線であってその経路にある物質（例えば、患者）と相互作用するものは、部屋の中で複数の方向に伝播する拡散放射線５４を生成する。拡散放射線及びＸ線管壁を透過するあらゆる放射線を閉じ込めるために、望ましいレベルの放射線減衰が得られるように、必要に応じて部屋の壁、床及び天井のうちの１つ以上に、放射線遮蔽材料６のコーティングが適用され得る。このように、検査の間に生成される放射線は、部屋の外での所望されない放射線曝露の可能性を最小限にするように許容可能なレベルまで室内に閉じ込められる。

Ｘ線検査室はまた、放射線からの保護を提供する放射線遮蔽窓を有するＸ線移動式遮断壁６０も含有し得る。この窓は、技師６２がそれを通して明確に見ることを可能にしながら、放射線からの保護を提供する。一部の実施形態において、遮断壁６０及び／又は放射線シールド６の一部又は全部が、本明細書に記載される放射線遮蔽材料から作製され得る。

明確にするために放射線遮蔽材料は、放射線が部分的又は完全に遮断される必要があるあらゆる方法、デバイス、又はシステムにおいて使用され得る。一部の構成において、放射線遮蔽は、部分的又は完全に、鉛ベースの放射線遮蔽及び／又は他の非鉛ベースの放射線遮蔽の構成に取って代わり得る。

明確にするために放射線遮蔽は、ポリマー成分と重金属成分とを含有し、これらが組み合わされて放射線遮蔽材料を成す。一部の構成において、放射線遮蔽は、複数のポリマー成分及び／又は複数の重金属成分を含有し得る。

明確にするために放射線遮蔽は、熱硬化性物質及び／又は熱可塑性物質で補われ得るポリマー成分を含有する。ポリマー成分（１つ又は複数）の例としては、プラスチック、樹脂、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、シリコーンゴム、ビスマレイミド、ポリイミド、ビニルエステル、ウレタンハイブリッド、ポリ尿素エラストマー、フェノール樹脂、シアネート、セルロース、フルオロ−ポリマー、エチレン共重合体アロイエラストマー、エチレン酢酸ビニル、ナイロン、ポリエーテルイミド、ポリエステルエラストマー、ポリエステルスルホン、ポリフェニルアミド、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、アクリル樹脂、アセテート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、フルオロポリマーポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリアクリレート、ポリエーテルケトン、ポリアリール−スルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリブチレン、テレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、スチレンアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリフェニレン、エーテルブレンド、スチレン無水マレイン酸、アリル、アミノ、ポリフェニレンオキシド、並びにそれらのホモポリマー、コポリマー、及びイオノマー、並びにそれらの任意の組み合わせが挙げられる。

放射線遮蔽はまた、重金属成分も含有する。一部の実施形態における放射線（γ線、及び特にＸ線を含む）に対する遮蔽機構の有効性は、この遮蔽材の原子番号又はＺ値、及び密度によって決まる。より密度の高いより高いＺ値を有する遮蔽材は、高エネルギーＸ線及びγ線に対するより優れた遮蔽材である。したがって、一部の実施形態において、放射線遮蔽は、高Ｚ金属（例えば、ビスマス（Ｂｉ）、ヨウ素（Ｉ）、バリウム、スズ、タンタル、セシウム、アンチモン、金、及びタングステン）を含有する。

一部の構成において、放射線遮蔽は、重金属元素としてビスマスを含有する。ビスマスは、重金属のより毒性の低いもののうちの１つと考えられており、鉛に匹敵する放射線遮蔽を提供し、且つ光学的に透明であるように構成され得るので、ビスマスは、放射線遮蔽において鉛の代わりに使用され得る。さらに、鉛又は鉛ベースの材料と比べて増加した柔軟性を設計及び製造の両方において提供し且つより広い範囲の機能及び使用を可能にする、多様な機能性ビスマス源及びそれらの作製方法（例えば、カルボン酸モノマー、ラジカル重合可能なコモノマー、架橋剤、ラジカル開始剤、及び共有結合していない可溶性ビスマス源）が存在する。

鉛とは反対に、放射線遮蔽における高Ｚ金属（特にビスマス）の使用は、多数の環境上、商業上、及び適用上の利点を提供する。例えば、鉛は極めて厳格な規制を受けるのに対して、ビスマス化合物は、一般的に、それほど厳しい管理を受けない。また、鉛の摂取は不都合な結果を結果としてもたらすのに対して、ビスマス含有化合物の大多数のものの摂取は、そのようなことはない。

ビスマスは、比較的安全であるので使用され得る。この元素は、低い電気及び熱伝導率を有すると考えられ、一般的に、非反応性で且つ難燃性である。さらに、ビスマスは、危険又は毒性廃棄物処理問題を引き起こさず、特別な取扱い手順を必要としないので、特に鉛化合物と比べて製造費を減らす。明確にするために放射線遮蔽材料は鉛を含有しないので、鉛に関する煩わしい規制を回避しながら費用及び時間の両方において著しい節約が実現され得る。最後に、ビスマスは酸化鉛と同様の密度を有するので、ビスマスは、好都合な１：１比で、特定の種類／タイプの用途において鉛の代わりに使用され得る。

任意の量の重金属成分が、それが所望の放射線遮蔽及び所望の光学的透明性を示すならば、放射線遮蔽材料において使用され得る。一部の実施形態において、重金属成分の量は約１０〜４０ｗｔ％の範囲であり得る。他の実施形態において、重金属成分の量は、約３０ｗｔ％であり得る。

ポリマー及び重金属成分に加えて、放射線遮蔽は、放射線シールドの材料特性を向上させるためにポリマー成分と重金属成分との混合物に添加され得る充填剤、結合剤、繊維、及び他の成分を含有し得る。例として、電気絶縁物質、補強物質、均一な組成をもたらす若しくは他の成分を結合させる物質、及び／又は密度増加物質が使用され得る。より具体的な例の一覧には、硫酸バリウム、タングステン、他の金属、炭酸カルシウム、アルミナ水和物、板状アルミナ、ケイ酸、ガラスビーズ、ガラス繊維、酸化マグネシウム、ケイ灰石、ステンレス鋼繊維、銅、カルボニル鉄、鋼、鉄、モリブデン、及び／又はニッケルのような物質が含まれる。

明確にするために放射線遮蔽は、所望の放射線保護特性を有する遮蔽を形成し得る任意の方法を用いて製造され得る。ビスマスが重金属成分として使用される場合、放射線遮蔽は、いくつかの方法を用いて作製され得る。第１の方法は、最終ポリマーにおいて共重合するビスマスモノマーを溶媒モノマーに溶解させることを含む。第２の方法は、最終ポリマーにおいて溶解した状態のままであるビスマス源を溶媒モノマー中に溶解させることを含む。第３の方法は、ポリマー中にビスマス含有化合物のナノ粒子を懸濁させることを含む。

図２は、第１の方法についての１つの典型的なプロセスフローを例示している。第１の方法２０５は、ボックス２１０に示されるように、ビスマス含有モノマーを作製することにより開始する。ビスマス含有モノマーは、ビスマスサブサリチレートメタクリレート、ビスマスサリチレートジメタクリレート、又はサブサリチレートメタクリレートモノマーを含み得る。一部の実施形態において、ビスマスサブサリチレートメタクリレートモノマー（ＭＡＡ）は、ビスマスサブサリチレート（ビスマス源として）及びメタクリル酸を真空下で一緒に組み合わせることにより生成され得る。市販のビスマスサブサリチレートは、非毒性で且つ極めて安定した、かなりの時間にわたって通常の大気条件下にて室温で貯蔵され得る環境に優しい安全なビスマス源であるので、これらの実施形態において使用され得る。他の実施形態において、ビスマスサブサリチレートの他の型及び誘導体が、酸化ビスマスをサリチル酸誘導体と反応させることにより生成され得る。これらの誘導体には、サリチル酸、３，５−ジヨードサリチル酸、４−ブロモサリチル酸、５−ブロモサリチル酸、４−クロロサリチル酸、４−メチルサリチル酸、５−メチルサリチル酸、ニトロサリチル酸、次没食子酸ビスマス、並びにそれらの誘導体及び他の組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。

メタクリル酸（ＭＡＡ）は、カルボン酸モノマーを提供し得るので、これらの実施形態において利用され得る。この酸モノマーは、ラジカル重合によるポリマー鎖への直接的な組み込みが可能なビスマスサブサリチレートカルボキシレート又はビスマスサブガレートカルボキシレートを生成するために、ビスマス源との縮合反応を受け得る。他の実施形態において、酸塩化物モノマーが、ラジカル重合によるポリマー鎖への直接的な組み込みが可能な化合物を生成するためのビスマス源とのこの縮合反応において、カルボン酸モノマーの代わりに使用され得る。他のカルボン酸モノマー（アクリル酸及びその誘導体、マレイン酸及びその誘導体、並びにメタクリル酸及びその誘導体が含まれるが、これらに限定されない）も可能である。

方法２０５は、ボックス２１５において、結果として生じる混合物が、次いで加熱され、摂氏約２５〜約１００度の範囲の温度で真空下にて撹拌されると続行する。次に、ボックス２２０に示されるように、この反応の結果として生じるあらゆる水が氷トラップを用いて除去され、次いで計量され得る。ボックス２２５に示されるように、結果として生じるビスマス含有モノマーは、次いで真空下にてほぼ室温まで冷却される。

方法２０５は、処理されたビスマス含有モノマーが重合プロセスを開始すると続行する。重合プロセスの一部として、ボックス２３０に示されるように、スチレン、架橋剤［例えば、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート］、及び開始剤［例えば、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）］が、ビスマス含有モノマーに添加され得る。スチレンは、ビスマス含有モノマーとのラジカル重合が可能なコモノマーであるので、この重合において使用され得る。使用され得る他の同様のコモノマーには、メタクリル酸メチル、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、及びメタクリル酸、並びにビニルコモノマー（例えば、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリルアミド、メチルスチレン、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ブチル、及び他のビニルモノマー）が含まれる。

ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレートは、１つより多くの位置でのラジカル重合の誘導が可能な架橋剤であるので、この重合において使用され得る。他の１つより多くの位置でのラジカル重合が可能な架橋剤も、他の実施形態において使用され得る。これらには、テトラ（エチレングリコール）ジメタクリレート及びジビニルベンゼンが含まれるが、これらに限定されない。

この方法において、ＡＩＢＮが、重合を達成するためにメタクリル酸と適合性のラジカル開始剤を提供するために、一部の実施形態において使用される。他の構成においては、他のラジカル開始剤（イソニトリル、ヒドロペルオキシド、カルバメート、ペルオキシ酸、及びペルオキシエステルが含まれるが、これらに限定されない）が使用され得る。

次に、ボックス２３５に示されるように、この混合物は、次いで、それが均質になり、不透明な白色の粘性液体が生じるまで撹拌され得る。方法２０５は、ボックス２４０に示されるように、この液体が、次いで、淡黄色の透明な液体が得られるまで加圧濾過されると続行する。濾過後に、この混合物は、重合プロセスが終了する前にもう一度脱気される。結果として生じる混合物は、ボックス２４５に示されるように、次いで金型に注入され、硬化される。任意選択で、この混合物は、次いでアニールされる。結果として生じる光学的に透明なビスマス含有ポリマーは、最終ポリマーマトリックスに化学的に結合されるビスマスを含有する。ビスマス含有ポリマーは、約３０ｗｔ％のビスマスを含有し、ビスマス含有ポリマーの約１．２ｃｍが鉛の０．０５ｃｍに相当するようなＸ線減衰を有する。

この第１の方法は、任意選択で変更され得る。一部の例においては、ビスマス及び／又はタングステン源を、重合２３０において添加することもできる。そのような変更は、より高いビスマス濃度を有する、又はビスマスと、Ｘ線スペクトル全体にわたるより均一なＸ線吸収の相乗利益を提供するタングステンとの両方を含有するシロップを生じさせる。

放射線遮蔽の第２の作製方法は、ポリマー材料中にビスマスを埋め込むが、ビスマスをポリマーに化学的に結合させない。この第２の方法の一部の実施形態が図３に例示される。この方法３０５において、ボックス３１０に示されるように、ビスマス及び／又はタングステン源は、ビニルモノマー、ビニル架橋剤、及びラジカル開始剤の混合物に添加され、それが溶解するように撹拌される。この方法において、ビニルモノマーには、アクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸メチルアクリル酸ブチル、アクリル酸フェニル、アクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、スチレン、メチルスチレン、並びにそれらのホモポリマー、コポリマー、及びイオノマー、並びにそれらの任意の組み合わせが含まれ得る。可溶性ビスマス源には、トリフェニルビスマス又はビスマス含有カルボキシレートが含まれ得、ここで、カルボキシレートには、式ＲＣＯ_２−の任意の分子が含まれ、ここで、Ｒは、１〜１２個の間の炭素原子を含有する官能基化された又は官能基化されていない炭化水素（例えば、フェニルビスマスカルボキシレート）である。可溶性タングステン源には、シリコタングステン酸、並びにリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ストロンチウム、バリウム、テトラメチルアンモニウム、及びテトラブチルアンモニウムシリコタングステート化合物、シラン変性欠損型（ｌａｃｕｎａｒｙ）シリコタングステン酸、シラン変性欠損型シリコタングステートの塩、ホスホタングステン酸、ホスホタングステートの塩、シラン変性欠損型ホスホタングステートの塩、又はそれらの組み合わせが含まれ得る。

方法３０５は、ボックス３１５に示されるように、結果として生じる混合物が濁りを除去するために濾過されると続行し、この結果として透明液体がもたらされる。ボックス３２０に示されるように、この透明液体は、次いで金型に注入され、重合される。ボックス３２５に示されるように、この混合物は、次いでアニールされ、硬化される。結果として生じる放射線遮蔽は、約１３ｗｔ％のビスマス及び／又はタングステンを含有し、ポリマーの約１．２ｃｍが鉛の０．０２ｃｍに相当するようなＸ線減衰を有する。

放射線遮蔽材料の第３の作製方法は、ポリマー中にビスマス含有化合物のナノ粒子を懸濁させることを含む。このビスマスナノ粒子は、ポリマーマトリックス中に懸濁されるが、ポリマーマトリックスに化学的に結合されない。この第２の方法の一部の実施形態が図４に例示される。この方法４０５では、ボックス４１０に示されるように、ビニル官能基化末端を有するシロキサンスターグラフトポリマーが調製され得る。一部の例において、このポリマーは、米国特許出願公開第５，９９３，９６７号明細書及び／又は同第６，８９６，９５８号明細書に記載される方法を用いるなどして調製され得る。

方法４０５は、ボックス４１５において、透明な重金属若しくは重金属酸化物ナノ粒子（ＺｒＯ、ＷＯ_３）及び／又は透明に被覆された重金属若しくは重金属酸化物ナノ粒子（ＺｎＯ被覆ＢｉＯ）、スターグラフトポリマー、ビニルモノマー混合物、及びラジカル開始剤が一緒に混合され、高剪断混合により均質化されると続行する。このプロセスは、重金属又は重金属酸化物ナノ粒子をシロキサンスターグラフトポリマーで被覆し、それらをビニルモノマー混合物中に懸濁させる。

次に、ボックス４２０に示されるように、結果として生じる混合物は、次いで金型に注入され、重合される。ボックス４２５に示されるように、この混合物は、次いでアニールされ、硬化される。結果として生じる放射線遮蔽材料は、懸濁され且つ周囲のビニルポリマーマトリックスと共重合されているシロキサンスターグラフトポリマーで被覆された透明ナノ粒子を含有する。

これらの３つの方法において、ビスマス源には、メタクリル酸ビスマス、モノフェニルビスマスジメタクリレート、ジフェニルビスマスモノメタクリレート、ビスマスジカルボキシレートメタクリレート、モノフェニルビスマスモノカルボキシレートモノメタクリレート、ジフェニルビスマスモノカルボキシレート、ビスマスサブガレート、及びビスマス３，５−ジヨードサブサリチレートが含まれ得、ここで、カルボキシレートには、式ＲＣＯ_２−の任意の分子が含まれ、ここで、Ｒは、１〜１２個の間の炭素原子を含有する官能基化された又は官能基化されていない炭化水素である。Ｒがヨウ素原子で官能基化されている場合（例えばヨード安息香酸又はその誘導体の場合）、結果として生じるビスマス源は、ポリマーマトリックスへのヨウ素の直接的な組み込みも可能にする。さらに、ビスマス３，５−ジヨードサブサリチレートは、ヨウ素がポリマー鎖に組み込まれることを可能にするために、実質的に等しいモル量でビスマスサブサリチレートの代わりに使用され得る。そしてタングステン源には、シリコタングステン酸、シリコタングステン酸テトラメチルアンモニウム、シリコタングステン酸セシウム、及びビニルシラン変性シリコタングステン酸テトラブチルアンミウム（ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｉｕｍ）が含まれ得る。

これらの方法によって作製される放射線遮蔽は、鉛を含有することなしに鉛アクリルの特性のいくつかを示す。これまでは、鉛（Ｐｂ）が、放射線遮蔽において使用される原材料であった。鉛は、その高い密度及び高い原子番号のため、γ線及びＸ線を減衰させるのに有効である。

鉛は放射線を遮断するのに有効ではあるが、鉛は多数の欠点を有する。摂取されると、鉛は有害である。鉛は神経系に損傷を与え、脳障害を引き起こす。過剰な鉛は、哺乳動物において血液障害も引き起こす。別の重金属である水銀元素と同様に、鉛は、軟組織及び骨の両方に蓄積する神経毒である。鉛は、その毒性のため、ますます厳格さが増している規制管理を受ける。しかも鉛は、限られた構造的完全性を有する。

しかし、上記のこれらの方法によって作製される放射線遮蔽は、鉛と同様の目的を果たすが欠点のいくつかを有さない重金属元素を含有する。放射線を遮断することができる重金属元素は、高い密度を持ち且つ高い原子番号又は高いＺ番号を有する元素である。放射線がこれらの高密度高Ｚ元素を透過しようとすると、それらの電子がＸ線のエネルギーを吸収し、拡散させる。

これらの方法によって作製される放射線遮蔽は、光学的に透明でもある。一部の従来の放射線遮蔽は、光学的に透明ではない。そのようなものとして、本明細書に記載される放射線遮蔽は、従来の放射線遮蔽が使用され得ない用途において（すなわち、壁内の窓として）使用され得る。一部の構成において、放射線遮蔽は、約８５％以上の透過率を有し、約５％未満の曇り度を示す。

あらゆる先に示された変更に加えて、多数の他の変形及び代替的構成が、本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者により考案され得、添付の特許請求の範囲は、そのような変更及び構成を対象として含むことが意図される。したがって、現在最も実用的且つ好ましい態様であると考えられているものに関連して特徴及び詳細に関する情報を上に記載したが、多数の変更（形態、機能、作用様式、及び使用を含むが、これらに限定されない）が、本明細書で説明される原理及び概念から逸脱することなく加えられ得ることが当業者には明らかである。また、本明細書で使用される場合、実施例及び実施形態は、あらゆる点において例示のみが意図されており、いかなる点においても限定するものではないと解釈されるべきである。

Claims (20)

1. ポリマー成分と、
   鉛以外の約１０〜約４０ｗｔ％の重金属と、
   を含む放射線遮蔽材料であって、前記放射線遮蔽材料は、光学的に透明である、放射線遮蔽材料。
2. 前記重金属が、ビスマス、ヨウ素、バリウム、スズ、タンタル、セシウム、アンチモン、金、タングステン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の放射線遮蔽材料。
3. 前記重金属が、ビスマスを含む、請求項１に記載の放射線遮蔽材料。
4. 前記ビスマスが、前記ポリマー成分に化学的に結合されている、請求項３に記載の放射線遮蔽材料。
5. 前記ビスマスが、前記ポリマー成分中に、それに化学的に結合されることなく埋め込まれている、請求項３に記載の放射線遮蔽材料。
6. 前記ビスマスが、透明なナノ粒子又は透明に被覆されたナノ粒子である、請求項３に記載の放射線遮蔽材料。
7. 前記材料が、少なくとも約８５％の透過率及び約５％未満の曇り度を有する、請求項１に記載の放射線遮蔽材料。
8. 鉛を含まない重金属を含有するモノマーを作製することと、
   コモノマー、架橋剤及び開始剤を前記重金属含有モノマーと混合することにより前記重金属含有モノマーを重合させることと
   を含む、放射線遮蔽材料の作製方法。
9. 前記重金属が、ビスマス、ヨウ素、バリウム、スズ、タンタル、セシウム、アンチモン、金、タングステン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記重金属が、ビスマスを含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記開始剤が、ＡＩＢＮ、イソニトリル、ヒドロペルオキシド、カルバメート、ペルオキシ酸、ペルオキシエステル、又はそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記架橋剤は、ポリ（エチレングリコール）ジメタクリレート、テトラ（エチレングリコール）ジメタクリレート、ジビニルベンゼン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の方法。
13. 重金属源を提供すること（前記重金属は鉛を含まない）と、
    前記重金属源をビニルモノマー混合物、架橋剤及び開始剤に溶解させることと、
    前記混合物を重合させることと
    を含む、放射線遮蔽材料の作製方法。
14. 前記重金属が、ビスマス、ヨウ素、バリウム、スズ、タンタル、セシウム、アンチモン、金、タングステン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記重金属が、ビスマスを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ビスマス源が、トリフェニルビスマス又はビスマス含有カルボキシレートを含む、請求項１４に記載の方法。
17. ビニル官能基化末端を有するシロキサンスターグラフトポリマーを提供することと、
    透明な重金属若しくは重金属酸化物ナノ粒子又は透明に被覆された重金属若しくは重金属酸化物ナノ粒子を、前記スターグラフトポリマー、ビニルモノマー混合物及び開始剤と、前記重金属又は重金属酸化物ナノ粒子が前記シロキサンスターグラフトポリマーで被覆され、前記ビニルモノマー混合物に懸濁されるように混合すること（前記重金属は鉛を含まない）と、
    前記混合物を重合させることと
    を含む、放射線遮蔽材料の作製方法。
18. ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸フェニル、アクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、スチレン、メチルスチレン、それらのホモポリマー、それらのコポリマー、それらのイオノマー、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記透明な重金属又は重金属酸化物ナノ粒子が、ＺｒＯ、ＷＯ_３、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記透明に被覆された重金属又は重金属酸化物ナノ粒子が、ＺｎＯ被覆ＢｉＯを含む、請求項１７に記載の方法。

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