بخشی از مقاله
چکیده:
حفاظهای کامپوزیتی به تازگی برای محافظت کارکنان و بیماران از اشعه مورد استفاده در مراکز تشخیصی و درمانی بیمارستانی معرفیشده است. استفاده از کامپوزیتهای فلز-ماتریکس پلیمری با توجه به کارایی مطلوب، در دسترس بودن، استحکام بالا، سبکی برای کاربردهای حفاظت در مقابل پرتوهای یونیزه کننده، گزینهی مناسبی بهحساب میآید. هدف از این تحقیق، ساخت و ارزیابی توانایی حفاظت پرتویی کامپوزیت سیلیکونی با درصدهای 5 و 10 حاوی میکرو ذرات Bi2Cl3، PbCl2 و WO3 است. نتایج نشان داد که ضریب تضعیف خطی و جرمی کامپوزیتها با افزایش درصد میکرو ذرات بیسموت کلراید، تنگستن اکسید و سرب کلراید افزایش مییابد. همچنین با افزایش درصد وزنی میکروذرات پرکننده، لایه نیم جذب کاهش پیدا می کند.
مقدمه:
در دستگاههای پرتو پزشکی که تنها بخشی از بدن فرد باید پرتودهی شود، استفاده از حفاظهای سربی و قالبهای بتنی که سمی، مستحکم و غیرقابل انعطاف هستند، مشکلاتی ایجاد میکند. درنتیجه امروزه نوع جدیدی از جاذبهای غیر سربی انعطافپذیر بهمنظور حفاظت در برابر پرتوهای یونیزان پزشکی معرفیشده است. دراینبین کامپوزیتها یکی از مناسبترین و پرکاربردترین مواد برای ساخت حفاظهای پرتویی با خواص مکانیکی موردنظر هستند. یک ماده کامپوزیت، ترکیبی فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپی است که از دو یا چند مادهی مختلف بهدستآمده است.
در سادهترین حالت یک کامپوزیت شامل یکپایه پلیمری و یک یا چند جزء بهعنوان پرکننده است.[1] در مطالعه مرتضوی و همکاران، جهت طراحی حفاظ بر پایه پلیمر عاری از سرب برای فوتونهای ایکس باانرژی در محدوده رادیولوژی تشخیصی از نرمافزار شبیهسازی Monte Carlo ، کد MCNP5 استفاده شد. ترکیبات مختلفی از فلزات که انرژی لبه K آنها در محدوده طیف انرژی رادیولوژی هستند، بهعنوان ورودی شبیهسازی وارد نرمافزار شدندChanthima .[2] و همکاران ویژگیهای حفاظ بیسموت بروسیلیکات را برای پرتوهایی باانرژی یک-کیلو الکترونولت تا 100 گیگا الکترونولت با استفاده از نرمافزار XCOM بررسی کردند.
نتایج نشان داد که عدد اتمی مؤثر در انرژیهای پایین به لبه جذب حفاظ وابسته است و نیز حفاظ بیسموت بروسیلیات دارای مواد خوبی برای حفاظت در برابر پرتوهای گاما استAlonso.[3] و همکاران دوز رسیده به قفسه سینه را در آزمون سیتیاسکن در حضور محافظ بیسموتی که بر روی برست قرارگرفته بود، بررسیکردند. از دزی مترهای TLD برای اندازهگیری دوز در حالت با و بدون محافظ استفاده شد .نتایج بهدستآمده نشاندهنده کاهش قابلتوجه دز رسیده به اندامها هنگام استفاده از محافظ بود.
[4] گروه Tekin تأثیر اندازه ذرات اکسید تنگستن را روی ضریب تضعیف جرمی با استفاده از نرمافزار مونتکارلو بررسی کردند. نتایج شبیهسازی نشان داد که ضریب تضعیف جرمی برای ذرات نانو تنگستن به شکل معنیداری بزرگتر از حالت میکرو ذره استEl-Khayatt .[5] و همکاران به بررسی ضرایب تضعیف حفاظهای ساخته شده توسط عناصر سنگین در انرژیهای مختلف از مرتبه کیلو الکترونولت با استفاده از نرمافزارهایMCNP و XCOM پرداختند. نتایج نشان داد که میزان اندرکنش مجموع برای عناصر سرب و بیسموت بیشترین مقدار را نشان میدهند.[6]
در این پژوهش پلیمر لاستیک سیلیکون با توجه به ویژگیهای آن ازجمله عایق آب، عایق رطوبت، عایق هوا، عایق صدا، مقاوم در برابر روغن و خاصیت نارسایی الکتریسیته؛ انتخاب شد و برای دستیابی به حفاظ پرتوی گاما از میکرو ذرات بیسموتکلراید، سربکلراید و تنگستناکسید با توجه به عدد اتمی بالا و همچنین غیرسمی بودن بهعنوان پرکننده استفاده شد؛ همچنین ویژگیهای حفاظتی حفاظهای ساختهشده مانند ضریب تضعیف خطی و جرمی و همچنین لایه نیم جذب برای چشمه سزیم موردبررسی قرارگرفته است.
روش کار:
مواد و ساخت حفاظها:
در این پژوهش محافظهای پرتویی کامپوزیتی 5 و 10 درصد بیسموتکلراید، سربکلراید و تنگستناکسید در پایه سیلیکون طراحی و ساخته شدند. از رزین سیلیکون بهعنوان پایهی پلیمری و از میکرو ذرات یادشده در بالا بهعنوان پرکننده استفاده شد. میکرو ذرات مورد استفاده محصول شرکت ایرانی و اندازه ذرات 100 میکرومتر بودند. با توجه به اینکه میکرو ذرات در پایهی پلیمری سیلیکون قابل امتزاج هستند، روش ریختهگری جهت تهیهی میکرو کامپوزیتهای حاوی مواد گفتهشده انتخاب شد.
روش آزمایش بدینصورت است که ابتدا وزن ماده موردنیاز با توجه به درصد وزنی هر یک از اجزای تشکیلدهندهی میکرو کامپوزیت، با ترازوی وزنی دیجیتالی اندازهگیری گردید. سپس سیلیکون را به مقدار معینی در یک بشر ریخته و بعد نمک نامحلول در آب میکرو ماده موردنظر به پلیمر اضافه گردید. برای تبدیل نمک محلول به نمک نامحلول در آب از روشهای شیمیایی استفاده شد. بعد از اضافه کردن میکروذرات به پلیمر توسط همزن مکانیکی به مدت 10 دقیقه همزده و سپس در دستگاه التراسونیک به مدت 15دقیقه قرار داده تا میکروذرات بهخوبی در پلیمر حل شود و کامپوزیت همگن به دست آید. شکل 1 نمک محلول سرب نیترات 5 آبه و التراسونیک مورد استفاده را نشان میدهد.
بعد از انجام این مراحل، سختکننده یا هاردنر اضافه گردید وبه وسیله هم زن به مدت 15 دقیقه دیگر همزده و سپس میکرو کامپوزیت به قالب ریخته شد. برای از بین بردن حبابهای ایجادشده از سشوار صنعتی استفاده گردید و بعد نمونهها به مدت 3 ساعت برای حالت گیری در دمای اتاق قرار گرفتند. تصاویر نمونههای ساختهشده در آزمایشگاه و همچنین تصاویر گرفتهشده از سطح نمونهها با میکروسکوپ نوری در شکل 2 و3 آورده شده است.
