WO2005068544A2

WO2005068544A2 - Strahlenschutzmaterial, enthaltend als strahlenabsorbierende materialen eine kombination von zumindest antimon und bismuth

Info

Publication number: WO2005068544A2
Application number: PCT/EP2005/050156
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Lange
Original assignee: Arntz Beteiligungs Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-01-17
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2005-07-28
Also published as: WO2005068544A3

Abstract

Um ein bleifreies Strahlenschutzmaterial aus einem Elastomer oder einem Plastomer als Matrixmaterial, in das als strahlungsabsorbierende Materialien Elemente mit einer Ordnungszahl grösser 50 oder deren Verbindungen eingearbeitet sind, so weiter zu bilden, dass eine sichere Strahlungsabsorption erreicht wird, und das es wirtschaftlich herzustellen und einfach zu verarbeiten ist, ist als strahlungsabsorbierende Materialien eine Kombination von zumindest Antimon und Bismuth vorgesehen. In Weiterbildung können weiter Wolfram und / oder Elemente aus der Gruppe der "seltenen Erden" vorgesehen sein.

Description

Strahlenschutzmaterial

Die Erfindung betrifft ein Strahlenschutzmaterial aus einem Elastomer oder Plastomer als Matrixmaterial in das als Strahlungsabsorbierende Materialien Elemente mit einer Ordnungszahl größer 50 oder deren Verbindungen eingearbeitet sind.

Aus DE 19955192 ist eine Herstellungsweise für Strahlenschutzmaterialien bekannt, bei der als Strahlungsabsorbierende Materialien Elemente einer Ordnungszahl größer 50 oder Verbindungen mit diesen Elementen eingesetzt sind; als wesentlicher Bestandteil ist dort Zinn vorgesehen. Dieses Zinn erfordert aufgrund seiner Duktilität ein besonderes, dort beschriebenes Herstellungsverfahren, da beim Prozess die Zinnpart el zu Plättchen umgeformt werden, so dass das mit dem Strahlungsabsorbierenden Material versetzte unststoffaterial ge- strainert werden muss, um die gewünschten Eigenschaften sicher zu stellen. Ein solches Vorgehen ist aufwendig, so dass eine wirtschaftlich tragbare Herstellung in Frage gestellt ist. Zum Erreichen definierter Bleigleichwerte gibt die DE 10234158 zinnhaltige Zusammensetzungen an, bei deren Herstellung mit Zinnpulver die vorerwähnte Problematik nicht zu umgehen ist. Somit stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein Strahlenschutzmaterial anzugeben, mit dem eine sichere Strahlungsabsorption erreicht wi d, und das wi tschaftlich herzustellen und einfach zu verarbeiten ist.

Diese Aufgabenstellung wird durch die im unabhängigen Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.

Durch den Ersatz des Zinn durch Antimon lassen sich gegenüber der Röntgenstrahlung einer mit einer Spannung im Bereich von 4o kV bis 125 kV liegenden Betriebsspannung betriebenen Röntgenröhre Absorptionswerte erzielen, die im Wesentlichen die gleichen sind, wie sie mit Zinn erreicht werden. Daher kann es mit diesen auf Antimon umgestellten Materalien in überraschender Weise zu einer wesentlichen Vereinfachung des Herstellungsprozesses führen: Das Strainern entfällt, da sich Antimonpartkel während der Verarbeitung nicht zu Plättchen umformen. Dies führt damit zu einer einfacheren und somit wirtschaftlicheren Herstellung, wobei die Absorptionseigenschaften des Antimon denen des Zinns entsprechen. Die Zusätze von Bismut, seltene Erden wie beispielsweise Gadolinum oder Cer sowie von Wolfram helfen mit, bei Antimon vorkommende Absorptionslücken zu schl eßen.

So lassen sich Strahlenschutzmaterialien herstellen, die den in DE 199 55192 beschriebenen Strahlenschutzmaterialien entsprechen und diesen in ihren Absorptionseigenschaften nicht nachstehen; beispielsweise ist das Strahlenschutzmaterial mit einem Matrixmaterial auf der Basis eines Natur- oder eines Synthesekautschuks aufgebaut, in das Antimonpulver, versetzt mit Erdalkaliwolframate (in Form von Calziumwolframat) mit einem Gehalt von 64 Gew£ Wolfram als ein Zuschlagstoff I und Oxide, Carbo- nate oder andere anorganische Verbindungen von Elementen der Lanthanoi- den-Reihe, etwa Gadolinium-Oxid mit einem Gehalt 86,7 Gevi , Gadoliniumoder Cercarbonat mit einem Gehalt von 82,4 Gew£ Cer als Zuschlagstoff II, gleichförmig eingelagert ist. Dieses so gewonnene Kunststoffgemisch wird anschließend zur Folie gezogen, aus der dann Strahl enschutzschürzen oder andere Strahlenschutzkleidungen konfektioniert werden.

Dabei versteht es sich von selbst, dass auch in den zinnhaltigen Materialien nach dem Stand der Technik, etwa solche nach DE 199 55 192 oder DE 102 34 159, das in elementarer Form vorliegende Zinn durch Antimon ersetzt werden kann, wobei die auf die Masse bezogenen Gewichts- Prozent - angaben im Wesentlichen die Gleichen sind, wobei mit dem Ersatz von Zinn durch Antimon Materialien erreicht werden, mit denen identische Blei - gleichwerte mit dünneren Material stärken erreicht werden können .

Vortei l haft i st dabei ein Aufbau mit einer Matrix, die im Bereich von 5 bis 20 Gevι% l iegt . In das Material dieser Matrix sind die strahl ungsabsobierenden Zusätze ei ngearbeitet . Al s solche kommen in Betracht : Antimon mit 0 - 82 Gew2, Bismut mit 0 - 40 Gewft, Gadoli nium mit 0 - 20 GewX. Wol fram mit 0 - 30 Gewft und Cer mit 0 - 10 Gew£.

Vorteilhaft haben sich bewährt: Materi al AI Materi al A2 Material A3

Matrix: 10 - 20 Gew£ 12 - 18 Gew£ 12 - 14 Gew£

Sb: 0 - 40 Gew£ 32 - 82 Gewft 60 - 80 Gew%

Bi : 0 - 32 Gew£ 0 - 30 Gew% 4 - 18 Gew

Gd/Ce: 0 - 18 Gew2 4 - 18 Gew2 8 - 17 Gew£

W: 0 - 35 Gew2 0 - 27 Gew£ 9 - 18 Gew2

In bevorzugter Ausführung hat ein sol ches Material die folgende Zusa mensetzung:

Matrix: 18,0 Gew£

Sb: 30,0 Gew£

Bi : 35,0 Gew (als Oxid)

Gd: 11,0 Gevι% (als Oxid)

W: 7,0 Gew (als Oxid)

Ce: 5,0 Gevι% (als Oxid) Dieses Material weist die Schwächungsgleichwerte nach folgender Tabelle auf:

Nenn-Blei- FlächenSchwäch ungsg^' leichwerte nach EN6133-1

Gl eichwert gewicht bei 60 kV bei 80 kV bei 100 kV bei 125 kV mm kg/m2 mm Pb mm Pb m Pb mm Pb

0,125 1,380 0,121 0,140 0,147 0,138

0,250 2,900 0,258 0,289 0,304 0,264

0,500 5,900 0,561 0,657 0,654 0,545

Es versteht sich dabei von selbst, dass auch Mehrschicht-Systeme zum Einsatz kommen können. Dabei hat sich überraschender Weise gezeigt, dass in solchen Mehrschichten-Systemen die Schwächungsgleichwerte der einzelnen Schichten nicht additiv verknüpft sind und zumindest in Bereichen bis 100 kV deutlich über den additiven Werten liegen. So wurden folgende Sehwächungsgleichwerte im schmalen Strahlungsbündel mit Filterung für NormalStrahlung mit einer gemessen: Schwächungsgleichwerte nach EN6133-1 bei 60 kV bei 80 kV bei 100 kV bei 125 mm Pb mm Pb mn Pb mm Pb

Ml 0,115 0,132 0,142 0,135

Ml: 0,114 0,131 0,142 0,134

M2: 0,115 0,133 0,140 0,134

Diese Folien wurden in den folgenden Kombinationen zusammengesetzt und entsprechend der vorherigen Messreihe durchgemessen; die ermittelten Werte sind den additiven Werten gegenüber (Additiver Wert/Messwert) gestellt: Schwächungsgleichwerte nach EN6133-1 bei 60 kV bei 80 kV bei 100 kV bei 125 kV m Pb mm Pb mm Pb mm Pb

M2 + M3 0,229/0,249 0,264/0,287 0,282/0,288 0,269/0,258

M1+M2+M3 0,344/0,394 0,396/0,472 0,424/0,465 0,401/0,391

Die Messwerte sind dabei im diagnostisch interessierenden Bereich unter 120 kV deutlich größer als die additiven Werte, so dass die gewünschte Strahl ungsschwächung mit einer geringeren Dicke und somit mit geringerem Gewicht der daraus hergestellten Strahlenschutzkleidung erreicht wird. Weiter versteht es sich von selbst, dass neben Gadolinium auch andere Zusätze mit großem Neutronen-Absorptionsquerschnitt - beispielsweise Bor oder Bor-Verbindungen - zum Einsatz kommen können. Bei der Auswahl solcher Zusätze ist zu berücksichtigen, wie diese Zusätze von dem Matrixmaterial aufgenommen und in diese eingemischt werden können, wobei die Benetzbarkeit dieser Zusätze durch das Matrixate- rial zu beachten ist.

Diese aus einem Strahlenschutzmaterial auf Basis einer Elastomer-Matrix hergestellte Folie eignet sich zur Herstellung eines Materials für Strahlenschutzkleidungen, wie beispielsweise Schürzen. Dabei werden neben einem einlagigen Material auch mehrlagige Materialien eingesetzt, wobei auch gleiche Folien in mehreren Lagen verwendet werden. Der gegenüber einfacher Addition der einzelnen Schwächungsgleichwerte höhere Schwächungsgleichwerte der Kombination erlaubt dabei eine Verringerung der Dicke des Materials für die Strahlenschutzkleidung und damit auch deren Fl chengewicht.

Claims

Patentansprüche

1. Bleifreies Strahlenschutzmaterial aus einem Elastomer oder einem Plastomer als Matrixmaterial in das als Strahlungsabsorbierende Materialien Elemente mit einer Ordnungszahl größer 50 oder deren Verbindungen eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als strahlungsabsor- bierende Materialien eine Kombination von Antimon und Bismuth vorgesehen ist.

2. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Zusatz Wolfram oder Wolfram-Verbindungen vorgesehen ist/sind.

3. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz von Verbindungen des Wolframs in Form von Wolfra at, vorzugsweise als Erdalkali -Wolframat vorgesehen ist.

4. Strahlenschutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Zusatz Elemente oder deren Verbindungen aus der Gruppe der seltenen Erden, vorzugsweise Gadolinium oder Cer vorgesehen sind.

5. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz von Verbindungen seltener Erden, vorzugsweise von Gadolinium oder Cer, in Form von Oxiden oder Carbonaten vorgesehen ist.

6. Strahlenschutzmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 für einen Schwächungsgleichwert für Röntgenstrahlungsenergien im Bereich von 60 kV bis 125 kV von mindestens 0,135 mm Pb bei einem Nenn- Bleigleichwert von 0,125 mm, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: Matrixmaterial: 16 Gew& bis 18 Gew&, Antimon Sb: 25 Gew% bis 35 Gewft. Bismuth Bi: 30 Gew£ bis 40 Gewft, Gadolinium Gd: 8 Gew% bis 14 Gew£, Wolfram W: 5 Gevι% bis 9 Gewft und Cer Ce: 3 Gew% bis 7 Gew£.

7. Strahlenschutzmaterial nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: Matrixmaterial: 18 Gew£, Antimon Sb: 30 Gevι%. Bismuth Bi: 35 Gew&, Gadolinium Gd: 11 Gevι%, Wolfram W: 7 Gew£ und Cer Ce: 5 Gew£.

8. Verwendung des Strahlenschutzmaterials nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einzelfolie für die Strahlenschutzkleidungen vorgesehen ist.

9. Verwendung des Strahlenschutzmaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Einzelfolien für die Strahlenschutzkleidungen vorgesehen sind, die zumindest an den umlaufenden Rändern zusammenge- fasst sind.