RU2606233C2 - Sandwich type structure multilayer material for radiation protection - Google Patents
Sandwich type structure multilayer material for radiation protection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606233C2 RU2606233C2 RU2012136588A RU2012136588A RU2606233C2 RU 2606233 C2 RU2606233 C2 RU 2606233C2 RU 2012136588 A RU2012136588 A RU 2012136588A RU 2012136588 A RU2012136588 A RU 2012136588A RU 2606233 C2 RU2606233 C2 RU 2606233C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- ionizing radiation
- scintillation
- thickness
- layers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области радиационной защиты, а более точно к материалу для радиационной защиты, обладающему сцинтилляционными свойствами, типа сэндвич-структуры, т.е. являющемуся многослойным материалом.The present invention relates to radiation protection, and more particularly to radiation protection material having scintillation properties, such as a sandwich structure, i.e. being a multilayer material.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Материалы для радиационной защиты широко используются в медицине при проведении рентгенологического обследования пациентов для защиты тех частей тела пациента, которые не должны подвергаться радиационному (рентгеновскому) излучению, а также для защиты врачей, которые проводят обследование, и других пациентов, находящихся рядом.Materials for radiation protection are widely used in medicine during X-ray examination of patients to protect those parts of the patient’s body that should not be exposed to radiation (X-ray) radiation, as well as to protect the doctors who conduct the examination and other patients nearby.
Традиционные материалы, которые используются в медицине для защиты от облучения, обычно содержат свинец или оксид свинца. Использование свинца неудобно из-за того, что свинец загрязняет окружающую среду вследствие его токсичности, а также имеет сравнительно высокий удельный вес, поэтому медицинские фартуки, которые надевают на пациента и на врача, проводящего рентгенологическое обследование, например, в стоматологии или рентгенологическом обследовании внутренних органов, очень тяжелые.Traditional materials that are used in medicine to protect against radiation typically contain lead or lead oxide. The use of lead is inconvenient due to the fact that lead pollutes the environment due to its toxicity and also has a relatively high specific gravity, which is why medical aprons that are put on the patient and the doctor conducting an X-ray examination, for example, in dentistry or an X-ray examination of internal organs very heavy.
В качестве слоя, поглощающего радиацию, можно использовать также сплавы вольфрама, которые обеспечивают хорошую альтернативу свинцу. По сравнению с традиционными экранирующими материалами сплавы вольфрама показывают отличные результаты. Указанные сплавы имеют высокую плотность, поэтому обеспечивают такую же абсорбцию энергии рентгеновского радиационного излучения, что и свинец, но количество используемого для защитной одежды материала меньше на 30%. Однако вольфрам представляет собой материал, очень тяжелый в обработке, он имеет высокую точку плавления и высокую твердость. Для производства сплавов требуется дорогостоящее оборудование. Все это затрудняет и удорожает процесс изготовления защитного материала.As a radiation absorbing layer, tungsten alloys can also be used, which provide a good alternative to lead. Compared to traditional shielding materials, tungsten alloys show excellent results. These alloys have a high density, therefore, provide the same absorption of X-ray radiation energy as lead, but the amount of material used for protective clothing is 30% less. However, tungsten is a material that is very difficult to process; it has a high melting point and high hardness. The production of alloys requires expensive equipment. All this complicates and increases the cost of manufacturing a protective material.
В настоящее время остро стоит проблема, связанная с созданием материала для радиационной защиты, который обеспечивал бы такие же свойства поглощения радиации, как и свинец, но был бы легким и простым в изготовлении.Currently, there is an acute problem associated with the creation of a material for radiation protection, which would provide the same radiation absorption properties as lead, but would be light and simple to manufacture.
До настоящего времени не предлагался и не использовался материал для радиационной защиты на основе материалов, проявляющих сцинтилляционные свойства при стимулировании ионизирующим облучением.To date, no material has been proposed or used for radiation protection based on materials exhibiting scintillation properties when stimulated by ionizing radiation.
Сцинтилляторы - это вещества, обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения, например гамма-квантов, электронов, альфа-частиц и т.д. Как правило, излучаемое количество фотонов для данного типа излучения приближенно пропорционально поглощенной энергии.Scintillators are substances that have the ability to emit light when absorbing ionizing radiation, such as gamma rays, electrons, alpha particles, etc. As a rule, the emitted number of photons for a given type of radiation is approximately proportional to the absorbed energy.
Световыход - это количество фотонов, излучаемых сцинтиллятором при поглощении определенного количества энергии, обычно 1 МэВ. Большим световыходом считается величина 50-70 тыс. фотонов на 1 МэВ.The light output is the number of photons emitted by the scintillator when it absorbs a certain amount of energy, usually 1 MeV. A large light output is considered to be 50-70 thousand photons per 1 MeV.
Известно три механизма взаимодействия гамма-кванта с веществом.Three mechanisms of the interaction of gamma rays with matter are known.
Фотоэффект. Если энергия γ-кванта больше энергии связи электрона оболочки атома, происходит фотоэффект. Это явление состоит в том, что фотон целиком поглощается атомом, а один из электронов атомной оболочки выбрасывается за пределы атома.Photo effect. If the energy of the γ-quantum is greater than the binding energy of the electron shell of the atom, a photoelectric effect occurs. This phenomenon consists in the fact that the photon is completely absorbed by the atom, and one of the electrons in the atomic shell is ejected outside the atom.
Комптон-эффект - это рассеяние γ-квантов на свободных электронах. Электрон можно считать свободным, если энергия γ-квантов во много раз превышает энергию связи электрона. В результате комптон-эффекта вместо первичного фотона с энергией Eγ появляется рассеянный фотон с энергией E'γ < Eγ, а электрон, на котором произошло рассеяние, приобретает кинетическую энергию.The Compton effect is the scattering of gamma quanta by free electrons. An electron can be considered free if the energy of gamma rays is many times higher than the electron binding energy. As a result of the Compton-effect instead of primary photons of energy E γ appears scattered photon with energy E 'γ <E γ, and an electron in which the scattering occurred, it acquires kinetic energy.
Образование пары электрон–позитрон. Фотон, взаимодействуя с веществом, образует электрон-позитронную пару. Вероятность образования электрон-позитронной пары растет с ростом энергии фотона и с увеличением заряда ядра.Formation of an electron – positron pair . A photon interacting with a substance forms an electron-positron pair. The probability of the formation of an electron-positron pair increases with increasing photon energy and with increasing nuclear charge.
Поглощенная в сцинтилляторе энергия конвертируется в свет, время конвертирования называется временем высвечивания. Зависимость высвечивания сцинтилляторов от времени с момента поглощения частицы (кривая высвечивания) обычно может быть представлена как убывающая экспонента. Типичное время высвечивания неорганических сцинтилляторов - от десятков наносекунд до десятков микросекунд.The energy absorbed in the scintillator is converted into light, the conversion time is called the time of emission. The time dependence of scintillator emission from the moment of particle absorption (emission curve) can usually be represented as a decreasing exponent. Typical flashing times for inorganic scintillators range from tens of nanoseconds to tens of microseconds.
Чаще всего в качестве сцинтилляторов используются неорганические монокристаллы. Однако возможно использование и органических веществ, которые также широко известны в технике, например нафталин С10Н8, антрацен С14Н10, трансстильбен С14Н12.Inorganic single crystals are most often used as scintillators. However, it is possible to use organic substances, which are also widely known in the art, for example, naphthalene C 10 H 8 , anthracene C 14 H 10 , transstilbene C 14 H 12 .
В качестве неорганических сцинтилляторов используют NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BGO (Bi4Ge3O12), Lu1.8Y.2SiO5:Ce. Прозрачные керамические сцинтилляторы получают из прозрачных керамических материалов на базе оксидов Al2O3, Y2O3 и производных оксидов Y3Al5O12 и YAlO3, а также MgO, BeO.NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ), Lu 1.8 Y .2 SiO 5 : Ce are used as inorganic scintillators. Transparent ceramic scintillators are obtained from transparent ceramic materials based on Al 2 O 3 , Y 2 O 3 oxides and derivatives of Y 3 Al 5 O 12 and YAlO 3 oxides, as well as MgO, BeO.
Первичные центры флуоресценции возбуждаются за счет потери энергии падающим излучением. При распаде этих возбужденных состояний излучается свет в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Длина поглощения этого ультрафиолета, однако, весьма мала: центры флуоресценции непрозрачны для их собственного излученного света.Primary fluorescence centers are excited due to energy loss by incident radiation. When these excited states decay, light is emitted in the ultraviolet wavelength range. The absorption length of this ultraviolet, however, is very short: the fluorescence centers are opaque to their own emitted light.
Было обнаружено, что сцинтилляторы можно использовать для радиационной защиты, но для этого слой материала сцинтиллятора следует с двух сторон окружить по меньшей мере двумя слоями, которые служат для поглощения излучения, с образованием, так называемой сэндвич-структуры.It was found that scintillators can be used to radiation protection, but for this a layer of scintillator material should be surrounded on both sides by at least two layers that serve to absorb radiation, with the formation of a so-called sandwich structure.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей настоящего изобретения является создание материала для радиационной защиты, имеющего сэндвич-структуру и проявляющего сцинтилляционные свойства при стимулировании ионизирующим облучением, который обеспечивал бы такие же свойства поглощения радиации, как и свинец, но не был бы токсичным, при этом был более легким, чем свинец, вольфрам или другие металлы, и имел более простой способ производства, чем сплавы вольфрама.An object of the present invention is to provide a radiation protection material having a sandwich structure and exhibiting scintillation properties when stimulated by ionizing radiation, which would provide the same radiation absorption properties as lead, but would not be toxic, and be lighter than lead , tungsten or other metals, and had a simpler production method than alloys of tungsten.
Поставленная задача согласно изобретению решена путем создания многослойного материала для радиационной защиты типа сэндвич-структуры, содержащегоThe problem according to the invention is solved by creating a multilayer material for radiation protection such as a sandwich structure containing
слой сцинтилляционного материала, обеспечивающий при поглощении ионизирующего излучения преобразование указанной энергии ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения преимущественно рентгеновского и гамма-диапазона энергий, и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях,a layer of scintillation material, which, when absorbing ionizing radiation, converts the specified ionizing radiation energy into a set of scintillation or low-energy photons by 1 MeV of the supplied ionizing radiation energy, mainly of the x-ray and gamma-ray energies, and uniform emission of low-energy photons in all directions,
слой материала для приема и частичного ослабления ионизирующего излучения, размещенный с одной стороны указанного слоя сцинтилляционного материала и предназначенный также для поглощения фотонов низкой энергии из слоя сцинтилляционного материала,a layer of material for receiving and partial attenuation of ionizing radiation, placed on one side of the specified layer of scintillation material and also designed to absorb low-energy photons from the layer of scintillation material,
слой материала, предназначенный для поглощения фотонов низкой энергии из слоя сцинтилляционного материала, который также обеспечивает ослабление ионизирующего излучения, и размещенный на стороне указанного слоя сцинтилляционного материала, противоположной стороне, на которой размещен слой материала для приема ионизирующего излучения,a material layer for absorbing low-energy photons from a layer of scintillation material, which also attenuates ionizing radiation, and placed on the side of the specified layer of scintillation material, opposite to the side on which the layer of material for receiving ionizing radiation is placed,
при этом толщина слоя материала для приема ионизирующего излучения меньше толщины слоя сцинтилляционного материала и меньше или равна толщине слоя материала для поглощения фотонов.the thickness of the layer of material for receiving ionizing radiation is less than the thickness of the layer of scintillation material and less than or equal to the thickness of the layer of material for the absorption of photons.
Согласно второму варианту воплощения многослойный материал для радиационной защиты типа сэндвич-структуры содержитAccording to a second embodiment, the sandwich-type laminate for radiation protection comprises
множество слоев сцинтилляционного материала, обеспечивающего при поглощении ионизирующего излучения преобразование указанной энергии ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения преимущественно рентгеновского и гамма-диапазона энергий и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях,a plurality of layers of scintillation material, which, when absorbing ionizing radiation, converts the indicated ionizing radiation energy into a plurality of scintillation or low-energy photons per 1 MeV of the supplied ionizing radiation energy, mainly of the X-ray and gamma-ray energies, and uniform emission of low-energy photons in all directions,
слой материала для приема и частичного ослабления ионизирующего излучения, размещенный с одной стороны первого слоя из указанного множества слоев сцинтилляционного материала и предназначенный также для поглощения фотонов низкой энергии из прилегающего слоя сцинтилляционного материала,a layer of material for receiving and partially attenuating ionizing radiation, placed on one side of the first layer of the specified plurality of layers of scintillation material and also designed to absorb low energy photons from the adjacent layer of scintillation material,
множество слоев материала, предназначенного для поглощения фотонов низкой энергии из слоев сцинтилляционного материала по количеству слоев сцинтилляционного материала, а также для частичного ослабления излучения, и каждый слой из указанного множества слоев размещен на стороне соответствующего слоя сцинтилляционного материала, противоположной стороне, на которой размещен слой материала для приема ионизирующего излучения,a plurality of layers of material intended for absorbing low-energy photons from scintillation material layers by the number of scintillation material layers, as well as to partially attenuate radiation, and each layer of the plurality of layers is placed on the side of the corresponding scintillation material layer, opposite to the side on which the material layer is placed for receiving ionizing radiation,
при этом толщина слоя материала для приема ионизирующего излучения меньше толщины каждого из указанного множества слоев сцинтилляционного материала и меньше или равна толщине каждого из слоев материала для поглощения фотонов.wherein the thickness of the layer of material for receiving ionizing radiation is less than the thickness of each of the plurality of layers of scintillation material and less than or equal to the thickness of each of the layers of material for absorbing photons.
Предпочтительно, толщина слоя сцинтилляционного материала для достижения эффекта 50%-го ослабления излучения, находящегося в пределах 0,001-0,511 МэВ, находится в пределах от 0,01 мм до 26 мм. Для более широкого диапазона значений энергий или для более высокого процента ослабления, верхняя граница диапазона толщины слоя должна быть смещена в сторону увеличения.Preferably, the thickness of the layer of scintillation material to achieve the effect of 50% attenuation of radiation, which is in the range of 0.001-0.511 MeV, is in the range from 0.01 mm to 26 mm For a wider range of energy values or for a higher percent attenuation, the upper limit of the layer thickness range should be shifted upward.
Возможно, чтобы все указанные слои многослойного материала были спрессованы с образованием монолитного слоя, либо закреплены любым другим механическим способом (рамка, скручивание). Если позволяют условия, также допускается возможность не закреплять слои, что не влияет на ослабляющую способность.It is possible that all of these layers of the multilayer material be compressed to form a monolithic layer, or fixed in any other mechanical way (frame, twisting). If conditions allow, the possibility of not fixing the layers is also allowed, which does not affect the weakening ability.
Предпочтительно, чтобы слой сцинтилляционного материала был сформирован из вещества, выбранного из группы, состоящей из NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BaF2, BGO (химическая формула Bi4Ge3O12), Lu1.8Y.2SiO5:Ce.Preferably, the scintillation material layer is formed from a substance selected from the group consisting of NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BaF 2 , BGO (chemical formula Bi 4 Ge 3 O 12 ), Lu 1.8 Y .2 SiO 5 : Ce.
При этом предпочтительно, чтобы слой материала для приема ионизирующего излучения и каждый слой, прилегающий к слою сцинтилляционного материала и предназначенный для поглощения фотонов низкой энергии, были сформированы из металла или сплава, выбранного из группы, состоящей из CU, AL, оксида алюминия, Fe, стали, W.Moreover, it is preferable that the layer of material for receiving ionizing radiation and each layer adjacent to the layer of scintillation material and designed to absorb low-energy photons be formed of a metal or alloy selected from the group consisting of CU, AL, alumina, Fe, steel, W.
Предпочтительно толщина слоя материала для приема ионизирующего излучения не более 0,511 МэВ находится в пределах от 0,01 мм до 5 мм (для железа Fe) и толщина каждого слоя из множества слоев материала, прилегающего к слою сцинтилляционного материала и предназначенного для поглощения фотонов низкой энергии, также находится в пределах от 0,01 мм до 5 мм (для железа Fe). Для более высоких энергий и/или необходимости использования металла или сплава из упомянутой группы, толщина слоя будет изменяться в большую сторону.Preferably, the thickness of the layer of material for receiving ionizing radiation of not more than 0.511 MeV is in the range from 0.01 mm to 5 mm (for Fe iron) and the thickness of each layer of a plurality of layers of material adjacent to the layer of scintillation material and designed to absorb low-energy photons, also ranges from 0.01 mm to 5 mm (for iron Fe). For higher energies and / or the need to use a metal or alloy from the aforementioned group, the layer thickness will change to a greater extent.
Согласно изобретению предложено изделие для радиационной защиты, содержащее многослойный материал типа сэндвич-структуры.According to the invention, an article is proposed for radiation protection containing a multilayer material such as a sandwich structure.
Для удобства использования изделие может содержать герметизирующую оболочку, прозрачную для ионизирующего излучения, в которую помещен многослойный материал.For ease of use, the product may contain a sealing shell, transparent to ionizing radiation, in which the multilayer material is placed.
Предпочтительно изделие имеет форму, выбранную из группы, состоящей из пластины, шара, цилиндра, параллелепипеда.Preferably, the product has a shape selected from the group consisting of a plate, ball, cylinder, parallelepiped.
Достигаемый технический эффект заключается в том, что предложенный материала для радиационной защиты, имеющий сэндвич-структуру, имеет низкий удельный вес и малую толщину, но обеспечивает такой же эффект ослабления излучения, какой обеспечивает свинец, легок в изготовлении по сравнению с вольфрамом, не загрязняет окружающую среду и не представляет опасности для здоровья человека в отличие от свинца, обеспечивает снижение затрат на специальное лицензирование для использования. Указанный материал может быть использован в медицине для изготовления одежды для защиты от рентгеновского излучения, для обшивки стен помещения, где проводится радиологическое исследование. Так же может быть использован в качестве коллиматора. Материал на основе сэндвич-структуры может быть использован в широком диапазоне устройств, используемых в первую очередь в областях медицины, индустрии, ядерной энергетики и физики высоких энергий.The technical effect achieved is that the proposed radiation protection material having a sandwich structure has a low specific gravity and small thickness, but it provides the same radiation attenuation effect that lead provides, is easy to manufacture compared to tungsten, and does not pollute environment and does not pose a threat to human health, unlike lead, provides a reduction in the cost of special licensing for use. The specified material can be used in medicine for the manufacture of clothing for protection against x-ray radiation, for sheathing the walls of a room where a radiological study is carried out. It can also be used as a collimator. The material based on the sandwich structure can be used in a wide range of devices used primarily in the fields of medicine, industry, nuclear energy and high-energy physics.
Предложенный сэндвич-материал может быть помещен в оболочку из прозрачного к излучению материала для удобства использования.The proposed sandwich material can be placed in a shell of a transparent to radiation material for ease of use.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения, не являющихся ограничительными, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred non-limiting embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 изображает схематично материал для защиты от рентгеновского излучения, имеющий сэндвич-структуру, содержащую три слоя, согласно изобретению;Figure 1 depicts schematically a material for protection against x-ray radiation having a sandwich structure containing three layers, according to the invention;
Фиг.2 изображает схематично материал для защиты от рентгеновского излучения, имеющий сэндвич-структуру, содержащую множество слоев, согласно второму варианту воплощения изобретения;Figure 2 depicts schematically an X-ray protection material having a sandwich structure comprising a plurality of layers according to a second embodiment of the invention;
Фиг.3 изображает вариант выполнения, когда толщина слоя материала для приема ионизирующего излучения равна толщине слоя материала для поглощения фотонов, согласно изобретению;Figure 3 depicts an embodiment when the thickness of the layer of material for receiving ionizing radiation is equal to the thickness of the layer of material for absorbing photons, according to the invention;
Фиг.4 изображает вариант выполнения, когда слои материала для приема ионизирующего излучения материала, сцинтилляционного материала и материала для поглощения фотонов имеют различную толщину, согласно изобретению;Figure 4 depicts an embodiment when the layers of material for receiving ionizing radiation of the material, scintillation material and material for absorbing photons have different thicknesses, according to the invention;
Фиг.5 изображает изделие для защиты от рентгеновского излучения медперсонала в виде фартука, защищающего оператора, при проведении рентгенологического обследования, согласно изобретению;Figure 5 depicts a product for protection against x-ray radiation of medical personnel in the form of an apron that protects the operator when conducting x-ray examination, according to the invention;
Фиг.6 изображает различные формы изделий для защиты от рентгеновского излучения в виде пластины, шара, цилиндра и параллелепипеда.6 depicts various forms of products for protection against x-ray radiation in the form of a plate, ball, cylinder and parallelepiped.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Согласно изобретению предложен многослойный материал для радиационной защиты, имеющий сэндвич-структуру.According to the invention, a multilayer material for radiation protection having a sandwich structure is provided.
В первом варианте воплощения многослойный материал 1 (Фиг.1) для радиационной защиты типа сэндвич-структуры содержит слой 2 сцинтилляционного материала, обеспечивающий при поглощении ионизирующего излучения γ преобразование указанной энергии ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения преимущественно рентгеновского и гамма-диапазона энергий и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях.In the first embodiment, the sandwich-type laminate material 1 (FIG. 1) comprises a
Материал 1 содержат также слой 3 для приема ионизирующего излучения γ, размещенный с одной стороны слоя 2 сцинтилляционного материала и предназначенный для частичного ослабления первоначального потока излучения и для поглощения фотонов низкой энергии из слоя 2 сцинтилляционного материала.The
Материал 1 содержит также слой 4, предназначенный для поглощения фотонов низкой энергии из слоя 2 сцинтилляционного материала и размещенный на стороне слоя 2 сцинтилляционного материала, противоположной стороне, на которой размещен слой 3 материала для приема ионизирующего излучения, который также может вносить вклад в частичное ослабление падающего ионизирующего излучения.The
Толщина слоя 3 материала для приема ионизирующего излучения меньше толщины слоя 2 сцинтилляционного материала и меньше или равна толщине слоя 4 материала для поглощения фотонов.The thickness of the
Во втором варианте воплощения изобретения многослойный материал 1 (Фиг.2) для радиационной защиты типа сэндвич-структуры содержит множество слоев 2, 2’ сцинтилляционного материала (на Фиг.2 показано два слоя), обеспечивающего при поглощении ионизирующего излучения γ преобразование указанной энергии ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения, и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях. Такой вариант возможен в случаях необходимости сокращения расходов использования сцинтиллирующего вещества при незначительном увеличении слоев металла.In the second embodiment of the invention, the sandwich-type laminate material 1 (FIG. 2) comprises a plurality of
Аналогично первому варианту выполнения материал 1 содержит также слой 3 материала для приема ионизирующего излучения, размещенный с одной стороны первого слоя из указанного множества слоев 2, 2’ сцинтилляционного материала и предназначенный для частичного ослабления первоначального потока и также для поглощения фотонов низкой энергии из прилегающего слоя 2 сцинтилляционного материала,Similarly to the first embodiment, the
Материал 1 содержит также множество слоев 4, 4’ материала, предназначенного для частичного ослабления первоначального потока и также для поглощения фотонов низкой энергии из слоев 2, 2’ сцинтилляционного материала, по количеству слоев сцинтилляционного материала, и каждый слой 4, 4’ из указанного множества слоев размещен на стороне соответствующего слоя 2, 2’ сцинтилляционного материала, противоположной стороне, на которой размещен слой материала для приема ионизирующего излучения.
Толщина слоя 3 материала для приема ионизирующего излучения меньше толщины каждого из указанного множества слоев 2, 2’ сцинтилляционного материала и меньше или равна толщине слоя 4, 4’ материала для поглощения фотонов.The thickness of the
Толщина слоя 2 или 2, 2’ сцинтилляционного материала находится в пределах от 0,01 мм до 26 мм для энергии излучения меньшей или равной 0,511 МэВ для случаев, требующих 50%-го ослабления.The thickness of a layer of 2 or 2, 2 ’scintillation material is in the range from 0.01 mm to 26 mm for radiation energy less than or equal to 0.511 MeV for cases requiring 50% attenuation.
Все указанные слои 2, 3, 4 многослойного материала 1 могут быть спрессованы с образованием монолитного слоя, либо просто скреплены, также допускается нескрепление слоев материала между собой.All of these
Слой 2 или 2, 2’ сцинтилляционного материала сформирован из вещества, выбранного из группы, состоящей из NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BaF2, BGO (химическая формула Bi4Ge3O12), Lu1.8Y.2SiO5:Ce.A layer of 2 or 2, 2 'scintillation material is formed from a substance selected from the group consisting of NaI, CsI, LiI, ZnS, CdS, BaF 2 , BGO (chemical formula Bi 4 Ge 3 O 12 ), Lu 1.8 Y .2 SiO 5 : Ce.
Слой 3 материала для приема ионизирующего излучения сформирован из металла или сплава, выбранного из группы, состоящей из CU, AL, оксида алюминия, Fe, стали, W.The
Каждый слой из множества слоев 4, 4’ материала, прилегающих к слоям 2, 2’ сцинтилляционного материала и предназначенных для поглощения фотонов низкой энергии, сформирован из металла или сплава, выбранного из группы, состоящей из CU, AL, оксида алюминия, Fe, стали, W.Each layer of a plurality of
Толщина слоя 3 материала для приема ионизирующего излучения γ находится в пределах от 0,01 мм до 5 мм (для железа Fe), при необходимости 50%-го ослабления излучения с энергиями до 0,511 МэВ. Для более высоких энергий и/или необходимости использования металла или сплава из упомянутой группы, толщина слоя будет изменяться в большую сторону.The thickness of the
Толщина каждого слоя 4, 4’ из множества слоев материала, прилегающего к слою сцинтилляционного материала и предназначенного для частичного ослабления первоначально потока излучения и поглощения фотонов низкой энергии, находится в пределах от 0,01 мм до 5 мм (для железа Fe при необходимости 50%-го ослабления излучения с энергиями до 0,511 МэВ). Для более высоких энергий и/или необходимости использования металла или сплава из упомянутой группы, толщина слоя будет изменяться в большую сторону. Слои 2, 2’ или 4, 4’ могут быть различной толщины (Фиг. 3 и 4).The thickness of each
Согласно изобретению предложено также изделие для радиационной защиты, содержащее многослойный материал типа сэндвич-структуры. На Фиг.5 показан фартук для медицинского персонала, проводящего рентгенологическое обследование, разделенный на множество ячеек, в каждую из которых помещают пластинку из многослойного материала, причем пластинки перекрывают друг друга, обеспечивая при этом гибкость фартука в целом.The invention also provides a radiation protection article comprising a sandwich-type laminate. Figure 5 shows an apron for medical personnel conducting an x-ray examination, divided into many cells, each of which is placed a plate of multilayer material, and the plates overlap each other, while ensuring flexibility of the apron as a whole.
Изделие может быть выполнено в форме пластины, шариков или параллелепипедов и может содержать герметизирующую оболочку, прозрачную для ионизирующего излучения.The product may be in the form of a plate, balls or parallelepipeds and may contain a sealing shell that is transparent to ionizing radiation.
Изделия могут использоваться для обшивки стен помещений, в которых проводится радиологическое обследование, или в промышленных технологических помещениях. При этом обеспечивается снижение веса изделий, по сравнению со свинцом и другими металлами и сплавами, исключается загрязнение окружающей среды и вредное влияние на здоровье людей, и удешевляется стоимость изделия и процесс изготовления.Products can be used for wall cladding of rooms in which a radiological examination is carried out, or in industrial technological rooms. This ensures a reduction in the weight of products compared with lead and other metals and alloys, eliminates environmental pollution and harmful effects on human health, and reduces the cost of the product and the manufacturing process.
Многослойный материал для радиационной защиты работает следующим образом.A multilayer material for radiation protection works as follows.
Ионизирующее излучение γ проходит через слой 3, частично ослабляясь за счет обычных процессов ослабления (Фиг. 1), и попадает в слой 2 сцинтилляционного материала, который проявляет сцинтилляцию, когда на него падает ионизирующее излучение, ослабленное слоем 3. Слой 2 сцинтилляционного материала обеспечивает преобразование ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения для широкого диапазона рентгеновского и гамма-излучения, и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях. Фотоны низкой энергии передаются в слои 3 и 4 в качестве вторичного излучения и слои 3 и 4 поглощают переизлученные фотоны сцинтиллятора, а также частично влияют на ослабление первоначального потока гамма-квантов за счет обычных процессов взаимодействия γ-квантов с веществом слоев 2 и 4, т.е. фотоэффекта, эффекта Комптона и образования электрон-позитронных пар.The ionizing radiation γ passes through
Технология изготовления сцинтилляторов хорошо известна в технике. Однако, поскольку единственное применение сцинтилляторов, известное до сих пор, это ядерная физика, а именно детектирование частиц (томографические аппараты и т.д.), то для данного применения сцинтилляторы в основном изготавливают в виде сцинтилляционных матриц. Сцинтилляционные матрицы представляют собой линейный или двухмерный массив из множества сцинтилляционных пикселей, разделенных между собой оптически изолированными отражающими каналами. В зависимости от типа сцинтилляционного материала и его толщины активная область сцинтилляционных матриц может быть изготовлена от 5 мм до 200 мм при размере отдельного пикселя до 0,2 мм. В зависимости от применения и используемого сцинтиллятора можно изготавливать различные типы отражателей, расположенные между пикселями для минимизации перекрестных помех. Минимальные размеры пикселей сцинтилляционных матриц определяются главным образом механическими свойствами кристаллов, т.е. твердостью, плоскостью ориентации кристалла, простотой машинной обработки. В ядерной медицине сцинтилляционные матрицы могут применяться совместно с позиционно-чувствительными фотоэлектронными умножителями для изготовления детекторов. Очевидно, что в данном применении технологический процесс для производства сцинтилляционных матриц, обеспечивающий превосходный световой выход и отличную однородность между пикселями, представляет собой не только сложный, но и трудоемкий процесс, что несомненно отражается и на стоимости таких изделий. И если для применения в ядерной медицине подобное изготовление вполне оправдано, то для предлагаемого изобретения это не нужно. В предлагаемом изобретении предполагается использование любого типа изготовления сцинтилляторов, но без необходимости применения специальных матриц, увеличивающих стоимость и усложняющих процесс изготовления.Scintillator manufacturing techniques are well known in the art. However, since the only scintillator application known so far is nuclear physics, namely particle detection (tomography devices, etc.), for this application scintillators are mainly made in the form of scintillation matrices. Scintillation matrices are a linear or two-dimensional array of many scintillation pixels separated by optically isolated reflective channels. Depending on the type of scintillation material and its thickness, the active region of scintillation matrices can be made from 5 mm to 200 mm with a single pixel size of up to 0.2 mm. Depending on the application and the scintillator used, it is possible to produce various types of reflectors located between the pixels to minimize crosstalk. The minimum pixel sizes of scintillation matrices are determined mainly by the mechanical properties of crystals, i.e. hardness, plane orientation of the crystal, ease of machining. In nuclear medicine, scintillation matrices can be used in conjunction with position-sensitive photoelectronic multipliers for the manufacture of detectors. Obviously, in this application, the technological process for the production of scintillation matrices, which provides excellent light output and excellent uniformity between pixels, is not only a complex but also a labor-intensive process, which undoubtedly affects the cost of such products. And if for the use in nuclear medicine such a manufacture is justified, then for the proposed invention this is not necessary. The present invention assumes the use of any type of scintillator manufacturing, but without the need for special matrices that increase the cost and complicate the manufacturing process.
Ниже представлена сопоставительная Таблица, в которой приведены данные по толщине и весу материалов для защиты от гамма-излучения, необходимых для ослабления первоначального потока гамма-квантов 0,511 МэВ на 90%. Материалы, используемые до настоящего времени, включают свинец (Pb), вольфрам (W), железо (Fe), бетон. Согласно изобретению предложены для использования сцинтилляционные материалы, такие как NaI, CsI, BaF2, Lu1.8Y.2SiO5:Ce, BGO (химическая формула Bi4Ge3O12), CdWO4. A comparative table is presented below, which shows data on the thickness and weight of materials for protection against gamma radiation, necessary to attenuate the initial flux of gamma rays of 0.511 MeV by 90%. Materials used to date include lead (Pb), tungsten (W), iron (Fe), and concrete. According to the invention, scintillation materials such as NaI, CsI, BaF 2 , Lu 1.8 Y .2 SiO 5 : Ce, BGO (chemical formula Bi 4 Ge 3 O 12 ), CdWO 4 are proposed for use .
Экспериментальные данные для Pb, W, Fe и бетона получены с учетом дозового фактора BD накопления. Экспериментальные данные для многослойного материала типа сэндвич-структуры, в которых в качестве сцинтилляционного материала использованы следующие материалы: NaI, CsI, BaF2, Lu1.8Y.2SiO5:Ce, BGO (Bi4Ge3O12) и CdWO4 получены без учета дозового фактора BD накопления. Указанные материалы ослабляют поток ионизирующего излучения 0,511 МэВ на 90%. Для образования сэндвич-структуры было использовано железо Fe, т.е. общая толщина сэндвич-структуры L состояла из толщины сцинтиллятора, и толщины двух слоев железа Fe по 0,6 мм с каждой стороны от сцинтиллятора. Вес указан для пластин метр × метр при указанной толщине L.The experimental data for Pb, W, Fe and concrete were obtained taking into account the dose factor B D accumulation. Experimental data for a sandwich-type multilayer material, in which the following materials were used as scintillation materials: NaI, CsI, BaF 2 , Lu 1.8 Y .2 SiO 5 : Ce, BGO (Bi 4 Ge 3 O 12 ) and CdWO 4 were obtained excluding dose factor B D accumulation. These materials attenuate the flow of ionizing radiation of 0.511 MeV by 90%. To form a sandwich structure, iron Fe was used, i.e. the total thickness of the sandwich structure L consisted of the thickness of the scintillator, and the thickness of the two layers of iron Fe 0.6 mm on each side of the scintillator. Weight is for meter × meter plates with specified thickness L.
Claims (27)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012136588A RU2606233C2 (en) | 2012-08-27 | 2012-08-27 | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012136588A RU2606233C2 (en) | 2012-08-27 | 2012-08-27 | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012136588A RU2012136588A (en) | 2014-03-10 |
RU2606233C2 true RU2606233C2 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=50191258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012136588A RU2606233C2 (en) | 2012-08-27 | 2012-08-27 | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2606233C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664715C2 (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-22 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Ionizing radiation protective screen for onboard equipment complex |
RU2681517C1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-03-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040119032A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-24 | Chen Chang Shu | Radiation shield sheet |
EP1605470A1 (en) * | 2003-03-18 | 2005-12-14 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | Shield material |
RU2446490C2 (en) * | 2005-12-06 | 2012-03-27 | Ко-Оперейшнз, Инк. | Chemically combined ceramic radiation protective material and its treatment method |
WO2012059694A1 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Marc Delpech | Material absorbing electromagnetic waves |
-
2012
- 2012-08-27 RU RU2012136588A patent/RU2606233C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040119032A1 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-24 | Chen Chang Shu | Radiation shield sheet |
EP1605470A1 (en) * | 2003-03-18 | 2005-12-14 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | Shield material |
RU2446490C2 (en) * | 2005-12-06 | 2012-03-27 | Ко-Оперейшнз, Инк. | Chemically combined ceramic radiation protective material and its treatment method |
WO2012059694A1 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Marc Delpech | Material absorbing electromagnetic waves |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2664715C2 (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-22 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Ionizing radiation protective screen for onboard equipment complex |
RU2681517C1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-03-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Polymeric composite for protection against ionizing radiation based on track membranes and method for production thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012136588A (en) | 2014-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8993989B1 (en) | Apparatuses and methods employing multiple layers for attenuating ionizing radiation | |
WO2013099162A1 (en) | Radiation detector | |
WO2017047094A1 (en) | Scintillator array | |
Hu et al. | BaF2: Y and ZnO: Ga crystal scintillators for GHz hard X-ray imaging | |
Sawakuchi et al. | Relative optically stimulated luminescence and thermoluminescence efficiencies of Al2O3: C dosimeters to heavy charged particles with energies relevant to space and radiotherapy dosimetry | |
RU2606233C2 (en) | Sandwich type structure multilayer material for radiation protection | |
ALMisned et al. | An investigation on gamma-ray and neutron attenuation properties of multi-layered Al/B4C composite | |
JP6862427B2 (en) | Scintillator array | |
RU2601874C2 (en) | Use of mixture comprising erbium and praseodymium as radiation attenuating composition, radiation attenuating material, and article providing protection against ionising radiation and comprising such composition | |
JP6456946B2 (en) | Ce3 + activated luminescent composition for application in imaging systems | |
US7250607B1 (en) | Collimator | |
Prosper et al. | Characterisation of cerium-doped lanthanum bromide scintillation detector | |
Gaber et al. | Utilization of boron oxide glass and epoxy/ilmenite assembly as two layer shield | |
Koroleva et al. | New scintillation materials and scintiblocs for neutron and γ-rays registration | |
CN113539536A (en) | High-energy ray shielding material | |
Frantz Jr et al. | Attenuation of scattered cesium-137 gamma rays | |
Deiev et al. | The research of X-ray and gamma radiation absorption by layered structures | |
Kuroda et al. | Poissonian-type new radiation imager | |
US10908301B2 (en) | Radiation monitor | |
Winch et al. | Segmented scintillators for megavolt radiography | |
Aryaeinejad et al. | High-resolution Compton-suppressed CZT and LaCl/sub 3/detectors for fission products identification | |
Das et al. | Measurement of gamma radiation background in a low energy accelerator facility Sathi Sharma1, Sangeeta Das1, Arkajyoti De1, Sudatta Ray1 | |
Bystritsky et al. | Response of a hexagonal NaI (Tl) scintillation probe in the attenuated neutron radiation of 14.1 MeV neutron generator ING-27 | |
Dhillon et al. | Evaluation of Selected Rare-Earth Scintillators for Gamma-Ray Sensing Applications | |
JP2024026395A (en) | Radiation shield, method for manufacturing radiation shield, and radiation shield structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170828 |