医用X射线屏蔽机理及柔性防护材料的屏蔽特性研究

随着核技术在医疗领域的广泛应用，对辐射防护材料的需求日益增长。而含铅防护材料存在重量大、生物毒性等问题，亟需开发轻质、无铅、柔性的X射线防护材料。针对医疗诊断用X射线管电压范围（<150 kV），系统研究了X射线防护机理，并优化设计了防护材料。首先，通过XCOM程序计算分析了不同元素的光子质量衰减系数，发现钨（W）、铋（Bi）和钆（Gd）元素在不同能量区间表现出互补的K吸收边效应；再利用蒙特卡罗方法对W、Bi、Gd元素组合的屏蔽性能进行了模拟预测；最后实验制备了W+Bi基复合材料叠加Gd基材料的柔性防护材料并进行性能测试。结果表明：在120 kV管电压、2.7 mm铝过滤条件下，所制备材...

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Published inHé jìshu Vol. 48
Main Authors 王 博宇, 张 栋栋, 陆 地, 朱 伟杰, 魏 昊, 王 宇桐, 仇 天祎, 王 琦, 刘 洋
Format Journal Article
LanguageChinese
Published Science Press 01.06.2025
Subjects
X射线
光电效应
质量衰减系数
辐射防护
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ISSN0253-3219
DOI10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240260

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Summary:随着核技术在医疗领域的广泛应用，对辐射防护材料的需求日益增长。而含铅防护材料存在重量大、生物毒性等问题，亟需开发轻质、无铅、柔性的X射线防护材料。针对医疗诊断用X射线管电压范围（<150 kV），系统研究了X射线防护机理，并优化设计了防护材料。首先，通过XCOM程序计算分析了不同元素的光子质量衰减系数，发现钨（W）、铋（Bi）和钆（Gd）元素在不同能量区间表现出互补的K吸收边效应；再利用蒙特卡罗方法对W、Bi、Gd元素组合的屏蔽性能进行了模拟预测；最后实验制备了W+Bi基复合材料叠加Gd基材料的柔性防护材料并进行性能测试。结果表明：在120 kV管电压、2.7 mm铝过滤条件下，所制备材料屏蔽性能优异，屏蔽率达82.98%，质量衰减系数为5.86 cm2·g-1，线性衰减系数为9.16 cm-1，半值层为0.08 cm。基于K吸收边互补效应的材料设计策略可有效屏蔽X射线谱中的韧致辐射和特征辐射。
ISSN:0253-3219
DOI:10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240260