在醫(yī)用X射線放射診斷和放射治療工作中,，為了保障公眾和工作人員的身體健康,，根據(jù)不同的輻射防護目的,，常常采用不同材質(zhì)與不同厚度X射線屏蔽防護材料（簡稱防護材料）,。在X射線機房防護中,，為了屏蔽散漏X射線,，常用粘土磚,、重晶石混凝土防護涂料及鉛玻璃和鉛防護門等,；在放射診療活動中，工作人員需要佩戴鉛橡膠衣,、鉛橡膠圍裙和鉛玻璃眼鏡以及近年研制出不同品種無鉛材料防護用品,。在評價和應(yīng)用輻射防護材料時，除了要考慮防護材料的物理形態(tài),，力學(xué)性質(zhì),，機械強度和加工工藝外，主要考慮該材料對X射線的屏蔽性能,，為此國際電工委員會在1994年發(fā)布了相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)[1],。
輻射防護材料對X射線的屏蔽性能通常用鉛當(dāng)量表示。所謂鉛當(dāng)量是為了比較防護材料對X射線的屏蔽性能,，用鉛作為比較標(biāo)準(zhǔn),，把某厚度某種材料的屏蔽效果與達(dá)到同種屏蔽效果的鉛的厚度表達(dá)，稱為該厚度防護材料的鉛當(dāng)量,，其單位以毫米鉛（mmPb）表示,。
在日常檢測中我們發(fā)現(xiàn)，同一厚度的防護材料的鉛當(dāng)量并不是一個固定不變的,，有些防護的鉛當(dāng)量是隨著檢測時使用的X射線峰值管電壓而變化,。為了深入了解防護材料的鉛當(dāng)量值隨X射線管峰值電壓變化的規(guī)律，我們在中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學(xué)所的醫(yī)用放射診療設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量控制實驗室,，對五種常用的醫(yī)用X射線的防護材料的屏蔽性能與X射線管峰值電壓關(guān)系進行了測量和研究,。研究結(jié)果表明，對含鉛的防護材料和用品,，鉛當(dāng)量隨檢測時使用的X射線峰值電壓變化不大,；而對非含鉛的防護材料和用品，鉛當(dāng)量隨檢測時使用的X射線峰值電壓變化較大,。因此，我們認(rèn)為,，無論是對含鉛和非含鉛的防護產(chǎn)品,，當(dāng)用鉛當(dāng)量表示對射線屏蔽性能時，有必要注明檢測時X射線峰值管電壓,，以便規(guī)范防護產(chǎn)品鉛當(dāng)量表示方法,。
1 材料與方法
1.1 防護材料 檢測中選取了X射線診療中常用的幾種輻射防護產(chǎn)品，包括鉛橡膠板,、鉛防護眼鏡,、無鉛橡膠板、防護涂料和粘土磚等五種材料,。它們性狀及厚度如表1所示,。
表1. 常用X射線防護材料的性狀及物理特性
物理特性 鉛橡膠 鉛防護眼鏡 無鉛橡膠 防護涂料 粘土磚
厚度（mm） 1.60 2.52 1.70 11.0 50.0
性 狀 黑色 透明 灰色 土紅色 磚紅色
物理特性 鉛橡膠 鉛防護眼鏡 無鉛橡膠 防護涂料 粘土磚
厚度（mm） 1.60 2.52 1.70 11.0 50.0
性 狀 黑色 透明 灰色 土紅色 磚紅色
1.2 測量條件 本實驗室承擔(dān)的防護材料鉛當(dāng)量檢測是通過國家計量認(rèn)證考核的項目之一,。X射線是由德國PHILIPS 公司生產(chǎn)的MG324高穩(wěn)定度X射線機提供。在X射線出口處采用立體角為11.7度的限束系統(tǒng),。因此,，提供的有用X射線為窄束。測量的峰值管電壓從70kV到150kV可調(diào),，調(diào)節(jié)步節(jié)10 kV,，共9能量點。X射線束的總過濾為2.5 mmAl,。
1.3 儀器 防護材料鉛當(dāng)量測量使用的是PTW DCI-8500精密電流積分劑量儀和TK-30球型空氣電離室,。該設(shè)備是由國際原子能機構(gòu)（IAEA） 援助標(biāo)準(zhǔn)儀器。儀器的量程可通過更換標(biāo)準(zhǔn)電容的方式實現(xiàn),，測量量程可達(dá)10個量級,。TK-30球型空氣電離室的體積為30 cm3,具有優(yōu)良的能量響應(yīng)特性。
1.4 方法
1.4.1 幾何條件 依據(jù)現(xiàn)行（GBZ/T 147-2002）《X射線防護材料衰減性能的測定》[2]推薦的幾何條件完成對標(biāo)準(zhǔn)鉛片和防護材料衰減比的測量,。為了減少在測量中鉛或防護材料散射對電離室的影響,，d-e間的距離增加到500mm, 見圖1所示。
圖1. 鉛當(dāng)量測量的幾何條件示意圖
圖中,，a：X射線管,；b：限束系統(tǒng)和過濾片；c：被檢的標(biāo)準(zhǔn)鉛片或防護材料,；d：限束光闌,；e：TK-30球型空氣電離室。我們分別在測量幾何條件不變的情況下將空白和被測的標(biāo)準(zhǔn)鉛片和防護材料放置于距X射線管靶焦點500 mm處的測量支架上分別測量劑量讀數(shù),。在樣品后放置一個直徑50 mm圓孔的正方形光闌是為了減少散射線對電離室的貢獻而專門加工的,。
1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)鉛片衰減比的測量 首先在C位置沒有放置任何標(biāo)準(zhǔn)鉛片條件下，測量某一峰值管電壓時,，即空白的劑量讀數(shù)A0 ,。 空白時的值A(chǔ)0稱為無衰減束（初級線束）測量值；然后將一系列不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)鉛片（化學(xué)純度為99.99%,，厚度精為±0.01 mm）分別放置在C位置,，在相同測量條件下測量不同厚度的標(biāo)準(zhǔn)鉛片劑量讀數(shù)值A(chǔ) pb 1、A pb 2,、A pb 3…A pb i,，i代表標(biāo)準(zhǔn)鉛片的厚度。經(jīng)衰減后的測量值稱為衰減束（次級線束）測量值,。通常我們把APb/ A0稱為衰減比或透過率,。
1.4.3 繪制衰減比-標(biāo)準(zhǔn)鉛厚度曲線 把測量的衰減比與標(biāo)準(zhǔn)鉛厚度繪制在半對數(shù)圖上，畫出鉛衰減標(biāo)準(zhǔn)曲線,。
1.4.4 在70kV～150kV范圍內(nèi),，按照上述方法每隔10 kV測得并繪制每種峰值管電壓條件下鉛衰減標(biāo)準(zhǔn)曲線,，即（APbI/ A0）70、（APbI/ A0）80,、…（APbI/ A0）K, K代表X射線峰值管電壓,。
1.4.5 按（4.2）的方法，在C位置處依次放置防護材料（本次檢測的五種防護材料：鉛橡膠板,、鉛防護眼鏡,、無鉛橡膠板、防護涂料和粘土磚等）,，測量它們的衰減比Am/ A0 ,m代表某種防護材料,。通過查鉛衰減標(biāo)準(zhǔn)曲線可獲得該防護材料在某一峰值管電壓條件下的鉛當(dāng)量，即（APbI/ A0）K=（Am/ A0）K時標(biāo)準(zhǔn)鉛片的厚度,，mmPb,。
2 測量結(jié)果
2.1 結(jié)果 五種防護材料的鉛當(dāng)量，隨X射線管峰值電壓而相應(yīng)變化的對應(yīng)關(guān)系顯示在圖2中,。
圖2. 輻射防護材的鉛當(dāng)量與X射線峰值電壓的關(guān)系圖
從圖2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),，檢測的防護材料可分成兩類，一類是在70 kV至150 kV X射線范圍內(nèi)鉛當(dāng)量隨峰值管電壓變化不大(約在5%以內(nèi))的含鉛防護材料,，如,，鉛橡膠板和鉛眼鏡等；另一類是隨峰值管壓變化較大(約在18～40%)的非含鉛的防護材料,，如無鉛橡膠板,、粘土磚和防護涂料等。而且,，可以發(fā)現(xiàn)非含鉛防護材料的鉛當(dāng)量在90 kV～100 kV處出現(xiàn)峰值,，而X射線低能量端和高能量端的鉛當(dāng)量呈下降趨勢。該變化趨勢與文獻[3]報道結(jié)果一致,。
2.2 結(jié)果分析
2.2.1 改變X射線峰值管電壓的本質(zhì)是改變X射線光子的能量,。在X射線束的總過濾不變的條件下，根據(jù)Duane-Hunt公式[4],，增加X射線峰值管電壓,，也就是增加了X射線譜的高端能量光子的成分，因而使得X射線譜的平均光子能量向高端能量移動,。
2.2.2 當(dāng)一束光子穿過物質(zhì)時，其穿透率即衰減比的大小主要取決物質(zhì)的衰減系數(shù)μ（質(zhì)量衰減系數(shù)或線性衰減系數(shù)）和物質(zhì)的厚度d（質(zhì)量厚度或線性厚度）,。其通用的數(shù)學(xué)表達(dá)式為A/ A0=Be-μd,，B是累積因子，其定義比較復(fù)雜,，見文獻[5],。雖然B與物質(zhì)厚度與光子能量有關(guān),，但對窄束X射線 B≈1。
對高純度標(biāo)準(zhǔn)鉛片,，衰減系數(shù)μ只是一組與光子能量有關(guān)的值,，該值可在許多參考文獻中查得；而對防護材料來說,，衰減系數(shù)μ就不是單一值了,，它的值是由防護材料可能存在的一種或多種化合物和混合物組成，即μ總=μ1+μ2+…+μn,。由此不難看出,，對高純度標(biāo)準(zhǔn)鉛片，其衰減系數(shù)可表示為μ總=μpb ,，而對含鉛類防護材料,，它的衰減系數(shù)可以表示為μ總=μpb+Σμn 。Σμn為材料中雜質(zhì)或介質(zhì)的衰減系數(shù)的總和,。因此,，在鉛起主導(dǎo)作用的屏蔽材料中，它的鉛當(dāng)量隨峰值管電壓變化與標(biāo)準(zhǔn)鉛片基本一致就不難理解了,。當(dāng)然,，其一致程度取決與雜質(zhì)或介質(zhì)Σμ，在防護性能中所起作用大小,。
對非含鉛的防護材料,，由于它的衰減系數(shù)中沒有鉛的貢獻，即μ總=Σμn,，因此,，這類材料鉛當(dāng)量隨X射線峰值管電壓的變化主要取決于防護材料本身衰減系數(shù)與純鉛的衰減系數(shù)之比隨光子能量的變化。然而,，由于防護材料的組成非常復(fù)雜,，獲得它們的衰減系數(shù)幾乎是不可能的。因此,，很難通過計算來獲得它們的鉛當(dāng)量,，更不可能預(yù)測它們的鉛當(dāng)量隨x射線峰值管電壓的變化關(guān)系，這些指標(biāo)只能通過實際檢測確定,。
3 討論
3.1 在本項研究中,，檢測的防護材料可分成兩類。一類是在70 kV至150 kV X射線范圍內(nèi)鉛當(dāng)量隨峰值管電壓變化不大的,，它們是鉛橡膠板和鉛眼鏡,。另一類是隨峰值管壓變化較大的，它們是無鉛橡膠板，粘土磚和防護涂料等,。產(chǎn)生變化的主要原因是由于物質(zhì)的衰減系數(shù)隨光子能量變化所致,。因此，一種防護材料鉛當(dāng)量與X射線峰值管電壓的變化,，取決于防護材料是否含鉛以及其它介質(zhì)材料在屏蔽X射線中所做的貢獻,。在X射線屏蔽的防護材料中，鉛的屏蔽作用愈大,，防護材料鉛當(dāng)量隨峰值管電壓變化愈?。环粗?，其他化合物或混合物等介質(zhì)材料對屏蔽的貢獻愈大,，防護材料隨峰值管電壓變化愈大。
3.2 鉛和含鉛的防護材料是傳統(tǒng)上廣泛應(yīng)用的X射線屏蔽材料,。然而,，隨著科學(xué)的發(fā)展和新材料的研制，以及鉛在生產(chǎn)和應(yīng)用中可能造成環(huán)境污染并給身體帶來危害深入認(rèn)知,，一些非含鉛的X射線屏蔽材料的研發(fā)及應(yīng)用在國內(nèi)外已有了長足進展,。依據(jù)我國目前實施的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn),，從事防護器材研制開發(fā),、生產(chǎn)、銷售的單位,，應(yīng)定期將其產(chǎn)品送到具有國家計量認(rèn)證資質(zhì)的檢測機構(gòu),，檢測其衰減性能，即特定x射線峰值管電壓條件下的鉛當(dāng)量,。在銷售的產(chǎn)品中,，應(yīng)采用規(guī)范的表示方式，除了標(biāo)明防護材料的鉛當(dāng)量值,，還應(yīng)同時注明該鉛當(dāng)量值檢測時所使用的x射線峰值管電壓kVp值,。只有這樣，在醫(yī)用X射線放射診療工作中,，我們才能有的放矢地使用好各種各樣的X射線防護材料,。
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