Применение смеси, включающей эрбий и празеодим в качестве композиции, ослабляющей излучение, материал, ослабляющий излучение, и средство защиты от ионизирующего излучения, включающее такую композицию
Изобретение относится к материалам, используемым для защиты от радиоактивного излучения. Защитная смесь включает эрбий и празеодим в качестве композиции, ослабляющей излучение, то есть в качестве композиции, которая может ослаблять ионизирующее излучение, в частности рентгеновское и гамма-электромагнитное излучение. Изобретение также относится к материалу, ослабляющему излучение, в который диспергирована композиция на основе эрбия и празеодима, а также к средству защиты, которое обеспечивает коллективную или индивидуальную защиту от ионизирующего излучения и включает указанный материал. Изобретение пригодно для использования в ядерной медицине (сцинтиграфия, лучевая терапия и т.д.), радиологии, медицинской визуализации, ядерной промышленности и т.д. Технические результат - повышение эффективности защиты от ионизирующего излучения. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к применению смеси, включающей эрбий и празеодим, в качестве композиции для ослабления излучения, т.е. в виде композиции, имеющей свойство ослабления ионизирующего излучения, в частности рентгеновского и гамма-типа электромагнитного излучения.
Оно также относится к материалу, ослабляющему излучение, включающему композицию, ослабляющую излучение, включающую эрбий и празеодим, а также средство защиты, которое обеспечивает индивидуальную или коллективную защиту от ионизирующего излучения и включает указанный материал.
Изобретение находит применение во всех областях, в которых может потребоваться защита от ионизирующего излучения, и, в частности, в области ядерной медицины (сцинтиграфия, лучевая терапия и т.д.), радиологии, медицинской визуализации и ядерной промышленности.
Известный уровень техники
В некоторых профессиях обычно используют одежду и другие средства защиты от ионизирующего излучения.
Это, в частности, относится к области медицины, радиологии или медицинской визуализации, где ионизирующее излучение используется в диагностических и терапевтических целях.
Это также имеет место в индустрии пластмасс, где облучение используются для получения химических эффектов в полимеризации, прививке, сшивке или деструкции полимеров; в ядерной промышленности, где операторы подвергаются риску облучения особенно при работе с порошками ядерного топлива или при демонтаже объектов; или при лабораторном контроле, например, промышленных деталей, где используются аналитические методы, основанные на использовании ионизирующего излучения.
Большинство средств радиационной защиты, доступных в настоящее время на рынке включают матрицу, природа которой зависит от назначения указанных средств и которые содержат свинец в виде листов или в виде мелких частиц, свинец может находиться в виде металла, оксида или соли.
Учитывая токсичность свинца и его соединений, производство таких защитных средств требует тяжелого и дорогостоящего оборудования для предотвращения загрязнения персонала, занятого в их производстве.
Кроме того, утилизация отходов производства этих средств, а также этих защитных средств после использования, требует специальных мер по сбору и переработке, в противном случае их просто выбрасывают со всеми потенциальными вредными последствиями для окружающей среды.
Также недавно было предложено заменить свинец, используемый в качестве агента, ослабляющего излучение, другими металлами, которые также способны ослабить ионизирующее излучение, но которые не являются токсичными или, в любом случае, имеют более низкую токсичность, чем свинец.
Так, например, публикация международной заявки WO 2006/069007 [1] предлагает применение композиции, ослабляющей излучение, состоящей из соли бария, вольфрама и висмута.
US 2008/0128658 [2] описывает применение композиции, включающей оксид гадолиния Gd2O3, вольфрама и одного или нескольких оксидов редкоземельных элементов, отличных от гадолиния, таких как La2O3, СеО2, Nd2O3, Pr6O11, Eu2O3 и Sm2O3. FR 2948672 [3] предлагает применение композиции, состоящей из оксидов вольфрама, висмута и лантана.
WO 2005/017556 [4] предлагает использовать композицию, содержащую, по меньшей мере, два элемента, выбранных из сурьмы, висмута, йода, вольфрама, олова, тантала, эрбия, бария, их солей, соединений и сплавов, в то время как DE 102006958 [5] описывает многослойный материал радиационной защиты, определенные слои которого включают элемент, ослабляющий излучение, выбранный из олова, сурьмы, йода, цезия, бария, лантана, церия, празеодима и неодима, необязательно совместно со вторым элементом, ослабляющим излучение, имеющим, в свою очередь, атомный номер от 60 до 70.
Хотя бесспорно, что эрбий и празеодим составляют часть химических элементов, которые упомянуты в вышеуказанных ссылках [2], [4], [5], как потенциально используемые в композициях, ослабляющих излучение, оказалось, что в этих ссылках отсутствует информация о реальных возможностях этих двух элементов, взятых по отдельности или в комбинации, ослаблять ионизирующее излучение.
В рамках своих работ, авторы настоящего изобретения обнаружили, что смесь, включающая эрбий или его соединение и празеодим или его соединение, обладает особенно интересными свойствами ослабления излучения, и что эти свойства могут быть преимущественно использованы для формирования защитных материалов и средств, способных обеспечить очень эффективную защиту от ионизирующего излучения, в частности рентгеновского и гамма-типа электромагнитного излучения. Это наблюдение положено в основу изобретения
Сущность изобретения
Предметом настоящего изобретения является, таким образом, во-первых, применение смеси, включающей:
- 30-70% масс. эрбия или его соединения;
- 20-50% масс. празеодима или его соединения; и
- 0-50% масс. висмута или его соединения;
в качестве композиции, ослабляющей излучение.
Основой принципа ослабления излучения, реализованного в настоящем изобретении, является взаимодействие, которое происходит между, с одной стороны, фотонами ионизирующего излучения и, с другой стороны, по меньшей мере, одним химическим элементом, ослабляющим излучение, причем последний поглощает часть энергии указанных фотонов.
Это ионизирующее излучение может быть электромагнитным излучением гамма-типа, когда оно испускается одним или большим числом радиоактивных атомов в процессе их распада.
Это ионизирующее излучение также может быть рентгеновским электромагнитным излучением, когда оно создается генератором рентгеновского излучения, в котором обычно применяется разность потенциалов в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен киловольт (кВ).
Вероятность и интенсивность этого взаимодействия тесно связаны с различными параметрами, такими как природа химического элемента, ослабляющего излучение, энергия связи между атомным ядром указанного элемента и его различными электронными оболочками, или энергия ионизирующего излучения.
Конкретно способность химического элемента ослаблять излучение может быть измерена с помощью массового коэффициента ослабления, который пропорционален этой вероятности взаимодействия, он также известен как "сечение".
Таким образом, чем выше сечение, тем больше ослабление. Для одного и того же элемента Периодической таблицы элементов в сечении имеется разрывность функции, связанная с энергией различных электронных оболочек этого элемента.
Явление поглощения фотона (гамма- или рентгеновского) химическим элементом, ослабляющим излучение, наблюдается, когда энергия фотона существенно больше, чем энергия одного из электронов указанного химического элемента. Это явление значительно усиливается, когда энергия указанного фотона достаточно высока, чтобы выбить электрон из глубокой электронной оболочки химического элемента, ослабляющего излучение.
Изобретатели, таким образом, смогли продемонстрировать, как поясняется далее, существование для эрбия и его соединений максимума поглощения энергии фотона порядка 60 килоэлектронвольт (кэВ). Этот максимум поглощения, кроме того, больше, чем измеренный максимум для свинца при той же энергии.
Взаимодействие между фотонами ионизирующего излучения и химического элемента, ослабляющего излучение, как описано выше, может иметь место в соответствии с несколькими эффектами, такими как фотоэффект, эффект Комптона или эффект материализации. Преобладающие эффекты тесно связаны с атомным номером химического элемента, который осуществляет поглощение, а также с энергией поглощаемого излучения.
В случае эрбия, элемента с атомным номером 68, под действием ионизирующего излучения 60 кэВ, взаимодействие происходит в основном в соответствии с фотоэлектрическим эффектом, что означает, что каждый фотон ионизирующего излучения поглощается с выбиванием электрона с одной из электронных оболочек атома эрбия. Затем реорганизуется образующаяся электронная вакансия и полученная энергия компенсируется испусканием одного или нескольких фотонов.
Таким образом, для данного элемента эти фотоны составляют основу вторичного рентгеновского излучения с максимумом энергией 52 кэВ.
Изобретателям, таким образом, удалось показать, что эрбий и его соединения, в частности, оксиды, оказались особенно эффективными в области ослабления излучения, когда они подвергаются воздействию ионизирующего излучения, например рентгеновского или гамма-типа электромагнитного излучения с максимумом энергии при 60 кэВ.
Под энергией "с максимумом" при 60 кэВ понимается энергия, равная 60 кэВ, доля которой больше или равна 80% в распределении фотонов в энергетическом спектре, который соответствует этому излучению.
Этот тип излучения могут давать, например, рентгеновские генераторы, в которых применяется разность потенциалов, например, в диапазоне 80-150 кВ. В частности, для разности потенциалов 80 и 140 кВ, изобретатели в частности смогли продемонстрировать наличие высокого распределения фотонов с энергией, приблизительно равной 60 кэВ.
Этот вид излучения также может быть основным излучением, испускаемым ядерным топливом, например, МОХ (состоящее из смеси оксидов плутония и урана), для которого это основное излучение соответствует излучению гамма фотонов америция-241, получающегося при β-распаде радиоактивного плутония-241.
Существование рентгеновского вторичного электромагнитного излучения, как описано выше, также было принято во внимание авторами изобретения. Следовательно, в соответствии с изобретением, эрбий или соединение эрбия используют в композиции, ослабляющей излучение, в сочетании с празеодимом или его соединением.
Действительно, с помощью композиции, ослабляющей излучение, объединяющей эрбий или его соединение с празеодимом или его соединением, изобретатели, таким образом, смогли продемонстрировать, как будет показано далее, существование двух максимумов поглощения:
- за счет эрбия или его соединения, например сесквиоксида эрбия (III), максимум поглощения энергии фотона порядка 60 кэВ; и
- за счет празеодима или его соединения, например оксид празеодима(III-IV), другой максимум поглощения энергии фотона порядка 45 кэВ, что соответствует энергии рентгеновского вторичного излучения, испускаемого эрбием, которое было описано ранее.
Соединение эрбия, предпочтительно представляет собой оксид эрбия и более предпочтительно сесквиоксид эрбия (III), формулы Er2O3, тогда как соединение празеодима предпочтительно является оксидом празеодима и более предпочтительно оксид выбран из оксида празеодима(III), оксида празеодима (IV) и оксида празеодима(III-IV), соответствующих формулам Pr2O3, PrO2 и Pr6O11. Оксид празеодима(III-IV) является особенно предпочтительным.
Когда композиция, ослабляющая излучение, согласно изобретению включает такие оксиды эрбия и празеодима, она предпочтительно включает 55-65% масс. оксида эрбия и 35-45% масс. оксида празеодима; более предпочтительно композиция, ослабляющая излучение, включает (60±2)% масс. оксида эрбия и (40±2)% масс. оксида празеодима.
Кроме того, авторам настоящего изобретения также удалось показать, что спектр поглощения композиции, ослабляющей излучение, которая включает эрбий или его соединение и празеодим или его соединение, может быть дополнительно расширен при совместном использовании с висмутом или его соединением.
Кроме того, в соответствии с особенно предпочтительным решением изобретения эрбий или соединение эрбия и празеодим или соединение празеодима используются в композиции, ослабляющей излучения, совместно, по меньшей мере, с висмутом, введенным в элементарной форме или в форме соединения, например, сесквиоксид висмута(III), формулы Bi2O3, в количестве, которое зависит, в частности, от энергии ионизирующего излучения, воздействующего на сформированную таким образом композицию, ослабляющую излучение.
Таким образом, с помощью композиции, ослабляющей излучение, объединяющей эрбий или его соединение, празеодим или его соединение и висмут или его соединение, изобретатели смогли продемонстрировать, как будет показано далее, существование трех максимумов поглощения:
- за счет эрбия или соединения эрбия, например сесквиоксида эрбия (III), максимум поглощения энергии фотона порядка 60 кэВ;
- за счет празеодима или соединения празеодима, например оксида празеодима (III-IV), максимум поглощения энергии фотона порядка 45 кэВ;
- наконец, за счет висмута или соединения висмута, максимум поглощения энергии фотона порядка 90 кэВ, к которому добавляются очень удовлетворительные свойства ослабления ионизирующего излучения с энергий фотонов порядка 40 кэВ и менее.
Кроме того, можно отметить, что применение композиции, объединяющей эрбий или его соединение, празеодим или его соединение и висмут или его соединение, позволяет ослаблять ионизирующее излучение, имеющее широкий диапазон энергии, например в интервале 0-100 кэВ, свойства ослабления излучения каждого из указанных трех элементов являются не дискретными, а непрерывными.
Предпочтительно висмут используется в элементарной форме.
Также висмут предпочтительно присутствует в композиции, ослабляющей излучение, которая включает 30-45% масс. оксида эрбия, 20-30% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута; более предпочтительно она включает 33-42% и более предпочтительно (36±2)% масс. оксида эрбия, 22-28% и более предпочтительно (24±2)% масс. оксида празеодима и 30-45% и более предпочтительно (40±2)% масс. висмута.
В другом осуществлении также можно объединить эрбий или его соединение и празеодим или его соединение с сурьмой, барием, оловом, танталом, вольфрамом, ураном, одним из их соединений и их смесями.
В соответствии с изобретением эрбий или его соединение, празеодим или его соединение и, при необходимости, висмут или его соединение предпочтительно используют в виде порошков, диспергированных в матрице.
Целью настоящего изобретения, таким образом, также является материал, ослабляющий излучение, который включает матрицу, в которой диспергирована композиция, ослабляющая излучение, композиция находится в форме порошка, характеризуется тем, что включает:
- 30-70% масс. эрбия или его соединения;
- 20-50% масс. празеодима или его соединения; и
- 0-50% масс. висмута или его соединения.
Как указано ранее, соединение эрбия обычно является оксидом и, в частности, сесквиоксидом эрбия(III), формулы Er2O3.
Аналогичным образом соединение празеодима обычно является оксидом, который предпочтительно, выбран из оксида празеодима(III), оксида празеодима(IV) и оксида празеодима(III-IV), соответствующие формулам Pr2O3, PrO2 и Pr6O11, оксид празеодима (III-IV) является особенно предпочтительным.
Когда композиция, ослабляющая излучение, согласно изобретению включает такие оксиды эрбия и празеодима, она предпочтительно включает 55-65% масс. оксида эрбия и 35-45% масс. оксида празеодима; более предпочтительно эта композиция включает (60±2)% масс. оксида эрбия и (40±2)% масс. оксида празеодима.
Когда композиция, ослабляющая излучение, согласно изобретению включает оксид эрбия, оксид празеодима и висмут, она, предпочтительно включает 30-45% масс. оксида эрбия, 20-30% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута; более предпочтительно она включает 33-42% и наиболее предпочтительно (36±2)% масс. оксида эрбия, 22-28% и наиболее предпочтительно (24±2)% масс. оксида празеодима, и 30-45% и наиболее предпочтительно (40±2)% масс. висмута.
Согласно изобретению соответствующее содержание матрицы и композиции, ослабляющей излучение, в материале может меняться в значительной степени в зависимости от применения, для которого предназначен указанный материал, в частности, степени ослабления излучения, предусматриваемой в контексте указанного применения.
Обычно матрица предпочтительно представляет 10-25% масс. массы материала и композиция, ослабляющая излучение, в свою очередь, представляет 75-90% масс. массы материала.
Для изготовления средств радиационной защиты и, в частности, средств индивидуальной защиты, таких как защитная спецодежда, матрица предпочтительно представляет (15±2)% масс. массы материала и композиция, ослабляющая излучение, представляет (85±2)% масс. массы материала.
Кроме того, чтобы получить гомогенное, насколько возможно, распределение в матрице этой композиции, композиция, ослабляющая излучение, предпочтительно состоит из частиц, по меньшей мере, 90% которых имеют средний размер частиц менее или равный 20 мкм и более предпочтительно менее или равный 1 мкм.
Что касается матрицы, ее также выбирают в зависимости от применения, для которого предназначен материал, ослабляющий излучение. Так, например, для изготовления индивидуальных средств защиты типа перчаток, спецодежды, накидки, куртки, юбки, нарукавника, защиты щитовидной железы, защиты гонад, защитных средств для рук, наголовников для защиты глаз, операционного поля, занавеса, листа, требуемые механические свойства, характеристики гибкости и комфорта этих средств предпочтительно ориентированы на матрицу на основе термопластичного материала, в частности, из поливинилхлорида или на основе эластомерного материала, выбранного, в частности, из натурального каучука, синтетических полиизопренов, полибутадиенов, полихлоропренов, хлорсульфированных полиэтиленов, полиуретановых эластомеров, фторированных эластомеров (или фторэластомеров), сополимеров изопрен-изо-бутилен (или бутилкаучуков), сополимеров этилен-пропилен-диен (или EPDM), чередующихся сополимеров стирол-изопрен-стирол (или SIS), чередующихся сополимеров стирол-этилен-бутилен-стирол (или SEBS) или и их смесей.
В другом осуществлении при изготовлении средств коллективной защиты типа постельных принадлежностей, панели, защитного экрана, поиск материала по характеристикам прочности и износостойкости приводит предпочтительно к кремнийсодержащим матрицам, в частности, стеклу, матрицам на основе термореактивной смолы, выбранной, в частности, из эпоксидных смол, сложных виниловых эфиров и ненасыщенных сложных полиэфиров или материала на основе термопласта, выбранного в частности, из полиэтилена, полипропилена, поликарбоната, например, поликарбоната бисфенола А, акрилонитрил-бутадиен-стирол (или ABS) и продуктов, полученных совместной экструзией ABS с соединениями типа (мет)акрилата, такими как полиметилметакрилат (или ПММА).
Целью изобретения также является средство, обеспечивающее защиту от ионизирующего излучения, включающее материал, ослабляющий излучение, как определено ранее.
Средство защиты предпочтительно является средством индивидуальной защиты, таким как перчатки, накидка, накидка, куртка, юбка, нарукавник, защита щитовидной железы, защита гонад, защитная одежда рук, наголовник для защиты глаз, операционное поле, занавес, листы или коллективным средством защиты, таким как постельные принадлежности, панель или защитный экран.
Изобретение имеет многочисленные преимущества.
Действительно, оно дает возможность производить материалы и средства защиты, которые имеют замечательные свойства ослабления ионизирующего излучения, в частности, рентгеновского и гамма-типа электромагнитного излучения, энергия которого может лежать в пределах широкого диапазона, как правило, в интервале 0-100 кэВ, и которые выполнены из металлов и оксидов металлов, которые не имеют токсичности, известной на сегодняшний день, для здоровья человека и окружающей среды. Кроме того, утилизация отходов, образующихся при их производстве, не требует каких-либо особых средств сбора и переработки.
Наконец, аналогично, утилизация этих материалов и средств защиты после использования не требует особых средств, кроме тех, которые определяются потенциальным загрязнением токсичными или радиоактивными материалами.
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более понятными по прочтению последующего описания, которое относится к примерам изготовления материалов в соответствии с изобретением, а также демонстрации свойств ослабления излучения этих материалов.
Очевидно, что эти примеры даны только в качестве иллюстрации предмета изобретения и ни в коем случае не создают ограничения указанного предмета.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является сравнительным графическим представлением массового коэффициента ослабления, обозначенного N, в зависимости от энергии фотонов, обозначенной Е, в случае элементов свинца (кривая отмеченная крестиками) и эрбия (кривая отмеченная дисками).
Фиг. 2 представляет разделение слагающих взаимодействия фотонов ионизирующего излучения в зависимости от атомного номера элемента, ослабляющего излучение, обозначенного Z, и энергии фотона, обозначенной Е, площади участков, обозначенных "ЕР", "ЕС" и "ЕМ", представляющих соответственно области наблюдения фотоэффекта, эффекта Комптона и эффекта материализации.
Фиг. 3 и соответственно фиг. 4 представляют сечение, обозначенное N, фотонов генератора рентгеновских лучей, в котором применяется разность потенциалов 80 кВ (соответственно, 140 кВ), в зависимости от энергии фотонов, обозначенной Е.
Фиг. 5 представляет сравнительный график массового коэффициента ослабления, обозначенного N, в зависимости от энергии фотонов, обозначенной Е, в случае элементов эрбия (кривая отмеченная дисками) и празеодима (кривая отмеченная треугольниками).
Фиг. 6 представляет сравнительный график, воспроизводящий математическую трактовку и обозначения, используемые на фиг. 5, с добавлением к нему случая элемента висмута (кривая отмеченная квадратами).
Фиг. 7 представляет толстой линией, сечение, обозначенное n, фотонов гамма-типа ионизирующего излучения, испускаемого америцием-241, в зависимости от энергии фотонов, обозначенной Е. Площади участков, расположенные ниже кривой в виде тонкой линии, представляют сечение фотонов материала, включающего эрбий в соответствии с изобретением под действием ионизирующего излучения в зависимости от энергии фотонов.
Подробное описание конкретных осуществлений
Пример 1: Изготовление материалов в соответствии с изобретением
Изготавливают пять образцов материалов в соответствии с изобретением соответственно Е1, Е2, E3, Е4 и Е5.
Образцы Е1, Е2 и E3 соответствуют материалам, которые включают композицию, ослабляющую излучение, состоящую из Er2O3 и Pr6O11, тогда как образцы Е4 и Е5 соответствуют материалам, которые включают композицию, ослабляющую излучение, состоящую из Er2O3 и Pr6O11 и висмута в элементарной форме.
Эти образцы в виде квадратов со стороной около 30 сантиметров, изготавливают методом покрытия.
Кроме того, эти образцы дополняют композицию, ослабляющую излучение, в форме порошков, по меньшей мере, 90% частиц которых, образующих указанные порошки, имеют средний размер частиц менее или равный 20 мкм.
Характеристики каждого из этих образцов сгруппированы в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Образец | Е1 | Е2 | E3 | Е4 | Е5 |
| Толщина (мм) | 4,6 | 2,3 | 5,2 | 1,6 | 3,2 |
| Плотность (кг/м2) | 13,4 | 5,8 | 13,8 | 4,8 | 9,6 |
| Основа матрицы | Силикон | PVC | PVC | Силикон | Силикон |
| Массовая доля композиция/матрица (%/%) | 75/25 | 68/32 | 68/32 | 75/25 | 75/25 |
| Массовая доля Er2O3/Pr6O11/Bi в композиции (%/%/%) | 60/40/0 | 70/30/0 | 70/30/0 | 36/24/40 | 36/24/40 |
Пример 2: Свойства ослабления излучения материалов согласно изобретению
Образцы, полученные в примере 1 выше, подвергают испытаниям, предназначенных для оценки их эффективности ослабления рентгеновского ионизирующего излучения рентгеновских генераторов, в которых применяют разность потенциалов, или гамма-типа, которое, например, излучается порошками, используемыми в производстве ядерного топлива.
1. Свойства ослабления излучения в присутствии рентгеновского ионизирующего излучения
Свойства ослабления рентгеновского ионизирующего излучения материалами в соответствии с изобретением оцениваются с использованием положений стандарта NF EN 61331-1 под названием «Защитные устройства от диагностического медицинского рентгеновского излучения. - Часть 1: Определение свойств ослабления материалов".
Результаты, полученные с различными значениями разности потенциалов, выражаются в единицах теоретической эквивалентной толщины свинца, обозначенной etheo(X), и измеренной эквивалентной толщины свинца, обозначенной eexp(X).
Также определяют коэффициент ослабления, обозначенный Fx, для разности потенциалов и конкретных массовых отношений Er2O3/Pr6O11/Bi в композиции, ослабляющей излучение, как отношение eexp(X) к etheo(X).
Когда отношение Fx равно 1, эффективность материала эквивалентна, в единицах ослабления излучения, эффективности материала с той же плотностью, но состоящего только из свинца.
Результаты, полученные для образцов Е1, Е2, Е4 и Е5, приведены ниже в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Разность потенциалов (кВ) | Образец | Массовая доля Er2O3/Pr6O11/Bi (%/%/%) | etheo(X) (мм) | eexp(X) (мм) | FX (⌀) |
| 80 | El | 60/40/0 | 0,88 | 1,35 | 1,53 |
| Е2 | 70/30/0 | 0,35 | 0,43 | 1,22 | |
| Е4 | 36/24/40 | 0,31 | 0,43 | 1,37 | |
| Е5 | 36/24/40 | 0,63 | 1,03 | 1,63 | |
| 110 | Е4 | 36/24/40 | 0,31 | 0,48 | 1,52 |
| Е5 | 36/24/40 | 0,63 | 1,02 | 1,61 | |
| 150 | Е2 | 70/30/0 | 0,35 | 0,40 | 1,14 |
| Е4 | 36/24/40 | 0,31 | 0,39 | 1,24 | |
| Е5 | 36/24/40 | 0,63 | 0,76 | 1,19 |
Коэффициенты ослабления в диапазоне между 1,14 и 1,63 получены с материалами в соответствии с изобретением, что означает, что указанные материалы обладают повышенными свойствами ослабления излучения по сравнению материалами, содержащими средство, ослабляющее излучение, состоящее только из свинца.
2. Свойства ослабления излучения в присутствии гамма-типа ионизирующего излучения
Свойства ослабления гамма-типа ионизирующего излучения материалов в соответствии с изобретением оценивают с помощью устройства, использующего указанные материалы, размещенные на определенном расстоянии между, с одной стороны, радиоактивным источником америция-241, который испускает гамма-типа ионизирующее излучение 59 кэВ, и с другой стороны, спектрометром с германиевым гамма-детектором.
Используемый способ состоит в определении ослабления гамма-типа излучения америция-241, измерением площади фотоэлектрических пиков поглощения регистрируемого детектором. Эта площади сравнивают тем же самым способом с площадями, полученными со свинцовыми экранами с известной толщины.
Как и в предыдущем пункте 1, теоретическая эквивалентная толщина свинца, обозначенная etheo(γ), определяется и рассчитывается на основе плотности испытуемых материалов и плотности свинца в виде металла. Другими словами, эта толщина соответствует толщине материала той же массы, что и испытуемые материалы, но состоящие только из свинца.
Также измеряется эквивалентная толщина свинца, обозначенная еехр(γ).
Также определяется коэффициент ослабления Fγ, соответствующий отношению еехр(γ)/etheo(γ).
Результаты, полученные для образцов Е2 и E3, показаны в таблице 3 ниже.
| Таблица 3 | ||||
| Образец | Массовая доля Er2O3/Pr6O11/Bi (%/%/%) | etheo(X) (мм) | eexp(X) (мм) | Fγ (⌀) |
| Е2 | 70/30/0 | 0,35 | 0,80 | 2,28 |
| E3 | 70/30/0 | 0,82 | 1,67 | 2,03 |
Коэффициенты ослабления более 2 получены с материалами в соответствии с изобретением, которые, таким образом, обладают свойствами повышенного ослабления излучения по сравнению с материалами, содержащими средство ослабления излучения, состоящего только из свинца.
Графическое представление сечения, обозначенного n, в зависимости от энергии фотонов, обозначенной Е, показано на фиг. 7.
Кривая, толстая линия, которая представляет сечение фотонов гамма-типа ионизирующего излучения, испускаемого америцием-241, в зависимости от энергии фотонов, имеет максимум, соответствующий пику распределения фотонов с энергией в основном близкой к 59,6 кэВ.
При сравнении площади под кривой в виде тонкой линии, наблюдается значительное ослабление излучения с энергией в основном близкой к 59,6 кэВ.
Кроме того, также можно наблюдать вторичное рентгеновское излучение, которое проявляется в виде двух пиков обозначенных "RS" и "RS′" на фиг. 7, и соответствующая энергия, которых в основном с максимумами при 49 и 55 кэВ.
Как изложено выше, такой материал в соответствии с изобретением может быть использован для ослабления излучения МОКС топлива.
В этом отношении и в качестве дополнения, можно добавить, что, в зависимости от колебания изотопного состава этого топлива, размещенного на небольшом расстоянии от точки измерения, как правило, 50 сантиметров, его гамма-типа ионизирующее излучение составляет 75-85% всего гамма- и рентгеновского излучения последнего.
Это высокая доля делает все более оправданным осуществление композиции, ослабляющей излучение, как описано выше, в производстве средств защиты от ионизирующих излучений.
Цитированные ссылки
[1] WO 2006/069007
[2] US 2008/0128658
[3] FR 2948672
[4] WO 2005/017556
[5] DE 102006958
1. Применение смеси, включающей:
- 30-70% масс. эрбия или его соединения;
- 20-50% масс. празеодима или его соединения; и
- 0-50% масс. висмута или его соединения; в качестве композиции, ослабляющей излучение.
2. Применение по п. 1, характеризующееся тем, что соединение эрбия является оксидом эрбия.
3. Применение по п. 2, характеризующееся тем, что оксид эрбия является сесквиоксидом эрбия(III), формулы Er2О3.
4. Применение по любому из пп. 1-3, характеризующееся тем, что соединение празеодима является оксидом празеодима.
5. Применение по п. 4, характеризующееся тем, что оксид празеодима является оксидом празеодима(III-IV), формулы Pr6О11.
6. Применение по п. 4, характеризующееся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 55-65% масс. оксида эрбия и 35-45% масс. оксида празеодима.
7. Применение по п. 6, характеризующееся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает (60±2)% масс. оксида эрбия и (40±2)% масс. оксида празеодима.
8. Применение по п. 4, характеризующееся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 30-45% масс. оксида эрбия, 20-30% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута.
9. Применение по п. 8, характеризующееся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 33-42% масс. оксида эрбия, 22-28% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута.
10. Материал, ослабляющий излучение, включающий матрицу, в которой диспергирована композиция, ослабляющая излучение, причем указанная композиция находится в форме порошка и включает:
- 30-70% масс. эрбия или его соединения;
- 20-50% масс. празеодима или его соединения; и
- 0-50%) масс. висмута или его соединения.
11. Материал, ослабляющий излучение, по п. 10, характеризующийся тем, что соединение эрбия является оксидом эрбия.
12. Материал, ослабляющий излучение, по п. 11, характеризующийся тем, что оксид эрбия является сесквиоксидом эрбия(III), формулы Er2О3.
13. Материал, ослабляющий излучение, по любому из пп. 10 - 12, характеризующийся тем, что соединение празеодима является оксидом празеодима.
14. Материал, ослабляющий излучение, по п. 13, характеризующийся тем, что оксид празеодима является оксидом празеодима(III-IV), формулы Pr6О11.
15. Материал, ослабляющий излучение, по п. 13, характеризующийся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 55-65% масс. оксида эрбия и 35-45% масс. оксида празеодима.
16. Материал, ослабляющий излучение, по п. 15, характеризующийся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает (60±2)% масс. оксида эрбия и (40±2)% масс. оксида празеодима.
17. Материал, ослабляющий излучение, по п. 13, характеризующийся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 30-45% масс. оксида эрбия, 20-30% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута.
18. Материал, ослабляющий излучение, по п. 17, характеризующийся тем, что композиция, ослабляющая излучение, включает 33-42% масс. оксида эрбия, 22-28% масс. оксида празеодима и 30-45% масс. висмута.
19. Материал, ослабляющий излучение, по п. 10, характеризующийся тем, что матрица составляет 10-25% масс. массы материала, в то время как композиция, ослабляющая излучение, составляет 75-90% масс. массы материала.
20. Материал, ослабляющий излучение, по п. 19, характеризующийся тем, что матрица составляет (15±2)% масс. массы материала, в то время как композиция, ослабляющая излучение, составляет (85±2)% масс. массы материала.
21. Материал, ослабляющий излучение, по п. 10, характеризующийся тем, что композиция, ослабляющая излучение, состоит из частиц, по меньшей мере, 90% которых имеют средний размер частиц менее или равный 20 мкм.
22. Средство защиты от ионизирующего излучения, в частности рентгеновского и гамма-типа электромагнитного излучения, включающее материал, ослабляющий излучение, по любому из пп. 10 - 21.
23. Средство защиты по п. 22, характеризующееся тем, что оно представляет собой перчатки, спецодежду, накидку, куртку, юбку, нарукавник, защиту щитовидной железы, защиту гонад, нарукавник, наголовник для защиты глаз, операционное поле, занавес, лист, постельные принадлежности, панель или защитный экран.
