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(hù)目的,，常常采用不同材質(zhì)與不同厚度X射線屏蔽防護(hù)材料（簡(jiǎn)稱防護(hù)材料）,。在X射線機(jī)房防護(hù)中，為了屏蔽散漏X射線,，常用粘土磚,、重晶石混凝土防護(hù)涂料及鉛玻璃和鉛防護(hù)門等；在放射診療活動(dòng)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(wú)鉛材料防護(hù)用品。在評(píng)價(jià)和應(yīng)用輻射防護(hù)材料時(shí),，除了要考慮防護(hù)材料的物理形態(tài),，力學(xué)性質(zhì)，機(jī)械強(qiáng)度和加工工藝外,，主要考慮該材料對(duì)X射線的屏蔽性能,，為此國(guó)際電工委員會(huì)在1994年發(fā)布了相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[1]。
輻射防護(hù)材料對(duì)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(hù)材料對(duì)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(hù)材料的鉛當(dāng)量，其單位以毫米鉛（mmPb）表示,。
在日常檢測(cè)中我們發(fā)現(xiàn),，同一厚度的防護(hù)材料的鉛當(dāng)量并不是一個(gè)固定不變的，有些防護(hù)的鉛當(dāng)量是隨著檢測(cè)時(shí)使用的X射線峰值管電壓而變化,。為了深入了解防護(hù)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?cè)谥袊?guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)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(shí)驗(yàn)室，對(duì)五種常用的醫(yī)用X射線的防護(hù)材料的屏蔽性能與X射線管峰值電壓關(guān)系進(jìn)行了測(cè)量和研究,。研究結(jié)果表明,，對(duì)含鉛的防護(hù)材料和用品，鉛當(dāng)量隨檢測(cè)時(shí)使用的X射線峰值電壓變化不大,；而對(duì)非含鉛的防護(hù)材料和用品,，鉛當(dāng)量隨檢測(cè)時(shí)使用的X射線峰值電壓變化較大。因此，我們認(rèn)為,，無(wú)論是對(duì)含鉛和非含鉛的防護(hù)產(chǎn)品,，當(dāng)用鉛當(dāng)量表示對(duì)射線屏蔽性能時(shí)，有必要注明檢測(cè)時(shí)X射線峰值管電壓,，以便規(guī)范防護(hù)產(chǎn)品鉛當(dāng)量表示方法,。
1 材料與方法
1.1 防護(hù)材料 檢測(cè)中選取了X射線診療中常用的幾種輻射防護(hù)產(chǎn)品，包括鉛橡膠板,、鉛防護(hù)眼鏡,、無(wú)鉛橡膠板、防護(hù)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(hù)材料的性狀及物理特性
物理特性 鉛橡膠 鉛防護(hù)眼鏡 無(wú)鉛橡膠 防護(hù)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(hù)眼鏡 無(wú)鉛橡膠 防護(hù)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(cè)量條件 本實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的防護(hù)材料鉛當(dāng)量檢測(cè)是通過(guò)國(guó)家計(jì)量認(rèn)證考核的項(xiàng)目之一。X射線是由德國(guó)PHILIPS 公司生產(chǎn)的MG324高穩(wěn)定度X射線機(jī)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(cè)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(diǎn),。X射線束的總過(guò)濾為2.5 mmAl,。
1.3 儀器 防護(hù)材料鉛當(dāng)量測(cè)量使用的是PTW DCI-8500精密電流積分劑量?jī)x和TK-30球型空氣電離室。該設(shè)備是由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA） 援助標(biāo)準(zhǔn)儀器,。儀器的量程可通過(guò)更換標(biāo)準(zhǔn)電容的方式實(shí)現(xiàn),，測(cè)量量程可達(dá)10個(gè)量級(jí)。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(hù)材料衰減性能的測(cè)定》[2]推薦的幾何條件完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉛片和防護(hù)材料衰減比的測(cè)量,。為了減少在測(cè)量中鉛或防護(hù)材料散射對(duì)電離室的影響，d-e間的距離增加到500mm, 見(jiàn)圖1所示,。
圖1. 鉛當(dāng)量測(cè)量的幾何條件示意圖
圖中,，a：X射線管；b：限束系統(tǒng)和過(guò)濾片,；c：被檢的標(biāo)準(zhǔn)鉛片或防護(hù)材料,；d：限束光闌；e：TK-30球型空氣電離室,。我們分別在測(cè)量幾何條件不變的情況下將空白和被測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)鉛片和防護(hù)材料放置于距X射線管靶焦點(diǎn)500 mm處的測(cè)量支架上分別測(cè)量劑量讀數(shù),。在樣品后放置一個(gè)直徑50 mm圓孔的正方形光闌是為了減少散射線對(duì)電離室的貢獻(xiàn)而專門加工的。
1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)鉛片衰減比的測(cè)量 首先在C位置沒(méi)有放置任何標(biāo)準(zhǔn)鉛片條件下,，測(cè)量某一峰值管電壓時(shí),，即空白的劑量讀數(shù)A0 ,。 空白時(shí)的值A(chǔ)0稱為無(wú)衰減束（初級(jí)線束）測(cè)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(cè)量條件下測(cè)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(cè)量值稱為衰減束（次級(jí)線束）測(cè)量值,。通常我們把APb/ A0稱為衰減比或透過(guò)率,。
1.4.3 繪制衰減比-標(biāo)準(zhǔn)鉛厚度曲線 把測(cè)量的衰減比與標(biāo)準(zhǔn)鉛厚度繪制在半對(duì)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(cè)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(hù)材料（本次檢測(cè)的五種防護(hù)材料：鉛橡膠板,、鉛防護(hù)眼鏡、無(wú)鉛橡膠板,、防護(hù)涂料和粘土磚等）,，測(cè)量它們的衰減比Am/ A0 ,m代表某種防護(hù)材料。通過(guò)查鉛衰減標(biāo)準(zhǔn)曲線可獲得該防護(hù)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)鉛片的厚度,，mmPb。
2 測(cè)量結(jié)果
2.1 結(jié)果 五種防護(hù)材料的鉛當(dāng)量,，隨X射線管峰值電壓而相應(yīng)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示在圖2中,。
圖2. 輻射防護(hù)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(cè)的防護(hù)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(hù)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(hù)材料，如無(wú)鉛橡膠板,、粘土磚和防護(hù)涂料等,。而且，可以發(fā)現(xiàn)非含鉛防護(hù)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(shì),。該變化趨勢(shì)與文獻(xiàn)[3]報(bào)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(guò)濾不變的條件下,，根據(jù)Duane-Hunt公式[4],，增加X(jué)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(dòng),。
2.2.2 當(dāng)一束光子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，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(jiàn)文獻(xiàn)[5],。雖然B與物質(zhì)厚度與光子能量有關(guān)，但對(duì)窄束X射線 B≈1,。
對(duì)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(xiàn)中查得,；而對(duì)防護(hù)材料來(lái)說(shuō),，衰減系數(shù)μ就不是單一值了，它的值是由防護(hù)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(duì)高純度標(biāo)準(zhǔn)鉛片,，其衰減系數(shù)可表示為μ總=μpb ,，而對(duì)含鉛類防護(hù)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(hù)性能中所起作用大小,。
對(duì)非含鉛的防護(hù)材料，由于它的衰減系數(shù)中沒(méi)有鉛的貢獻(xiàn),，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(hù)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(hù)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(guò)計(jì)算來(lái)獲得它們的鉛當(dāng)量,，更不可能預(yù)測(cè)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(guò)實(shí)際檢測(cè)確定,。
3 討論
3.1 在本項(xiàng)研究中,，檢測(cè)的防護(hù)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(wú)鉛橡膠板,，粘土磚和防護(hù)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(hù)材料鉛當(dāng)量與X射線峰值管電壓的變化,，取決于防護(hù)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(xiàn)。在X射線屏蔽的防護(hù)材料中,，鉛的屏蔽作用愈大,，防護(hù)材料鉛當(dāng)量隨峰值管電壓變化愈小,；反之,，其他化合物或混合物等介質(zhì)材料對(duì)屏蔽的貢獻(xiàn)愈大，防護(hù)材料隨峰值管電壓變化愈大,。
3.2 鉛和含鉛的防護(hù)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(lái)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(guó)內(nèi)外已有了長(zhǎng)足進(jìn)展。依據(jù)我國(guó)目前實(shí)施的法規(guī),、標(biāo)準(zhǔn),，從事防護(hù)器材研制開(kāi)發(fā)、生產(chǎn),、銷售的單位,，應(yīng)定期將其產(chǎn)品送到具有國(guó)家計(jì)量認(rèn)證資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)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(hù)材料的鉛當(dāng)量值,，還應(yīng)同時(shí)注明該鉛當(dāng)量值檢測(cè)時(shí)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(hù)材料。
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