Suojauskyky kuvaa, kuinka hyvin volframista valmistettu raskasseososa vaimentaa gamma-, röntgen- ja beetasäteilyä ennen kuin ne saavuttavat ilmaisimen, potilaan, käyttäjän tai herkän elektroniikan. Volframiseoksia käytetään kollimaattoreissa, ruiskusuojissa, suojasäiliöissä, monilehtisissä ritilöissä, isotooppikuljetuspulloissa ja säteen-pysäytyspaloissa, koska niissä yhdistyy tiheys, joka on lähellä puhdasta volframia, ja sintratun metallin työstettävyys. Suorituskyky ei ole yksittäinen numero; se on tulosta viidestä vuorovaikutuksessa olevasta muuttujasta.
Koostumus ja tiheys
Volframipitoisuus on hallitseva muuttuja. Kaupalliset laatulajit sisältävät 90 %, 92,5 %, 95 % tai 97 painoprosenttia volframia, loput ovat nikkeli-rautaa, nikkeli-kuparia tai nikkeli-rauta-kuparin sideainematriisia, joka antaa materiaalille sen sitkeyden. ASTM B777 kattaa nämä neljä luokkaa ja määrittää nimellistiheydet 17,0, 17,5, 18,0 ja 18,5 g/cm3. Koska vaimennus on verrannollinen massavaimennuskertoimen ja tiheyden tuloon, luokan 4 materiaali antaa noin yhdeksän prosenttia enemmän vaimennusta seinän millimetriä kohden kuin luokan 1 materiaali, ja osaa voidaan ohentaa samaa suojaustehtävää varten. Sideaineen valinnalla on merkitystä korroosionkestävyyden ja magneettisen käyttäytymisen kannalta pikemminkin kuin vaimennuksen kannalta, koska nikkelillä, raudalla ja kuparilla on paljon pienempi tiheys kuin volframilla.
Paksuus ja pinta-alan tiheys
Vaimennus noudattaa eksponentiaalista lakia, joten suojaus on seinän paksuuden ja hyväksyttävän läpäisyn välinen kauppa pikemminkin kuin ominaisuus, joka voidaan ilmoittaa prosentteina. Käytännön muuttuja on pinta-alatiheys, tiheyden ja paksuuden tulo. 662 keV:lla, cesium-137:n gammaenergialla, volframin massavaimennuskerroin on noin 0,0585 cm2/g, mikä luokan 3 seokselle 18,0 g/cm3:lla antaa lineaarisen vaimennuskertoimen lähellä 1,05 g/cm3:n kerrosta ja lähes 10.26 cm:n arvoa kerrosta lähellä 1,0. cm. Nämä luvut ovat laskettuja arvoja yksienergeettiselle kapealle säteelle; todellisessa asennuksessa on otettava huomioon lähteen hajonta ja energiaspektri, ja mitoituspaksuus asetetaan yleensä vaaditun lähetyskyvyn perusteella eikä yhden puoliarvon kerrosluvusta.
| Luokka, ASTM B777 | Nimellinen volframipitoisuus | Nimellistiheys | Suhteellinen vaimennus paksuusyksikköä kohti |
|---|---|---|---|
| Luokka 1 | 90% | 17,0 g/cm3 | Viite |
| Luokka 2 | 92.5% | 17,5 g/cm3 | Noin 3 % korkeampi |
| Luokka 3 | 95% | 18,0 g/cm3 | Noin 6 % korkeampi |
| Luokka 4 | 97% | 18,5 g/cm3 | Noin 9 % korkeampi |
Geometria, liitokset ja säteilyvuoto
Tiheä lohko on juuri niin hyvä kuin sen heikoin polku. Suorat liitokset segmenttien välillä, tiivistämättömät raot kollimaattorin aukkojen ympärillä, terävät sisäkulmat ja pultinreiät luovat kaikki virtausreitit, jotka ohittavat bulkkimateriaalin. Suorituskykyä todellisessa kokoonpanossa säätelee siten limitys, porrastettu tai pontti-ja-uraliitoksen rakenne sekä työstötoleranssin sallima välys. Kollimaattoreille lehtien paksuus ja lehtien välinen etäisyys asettavat spatiaalisen resoluution, kun taas pinon kokonaissyvyys asettaa off-akselin säteen vaimennuksen, joten molemmat mitat on määritettävä yhdessä.
Pinnan kunto, kontaminaatio ja toissijainen säteily
Koneistetut pinnat voivat sisältää hioma-, oksidi- tai jäähdytysainejäämiä; hiovat palovammat ja mikro{0}}halkeamat voivat avata polkuja, jotka eivät näy röntgenkuvassa. Beetasäteilyä varten sisääntulopuolelle asetetaan joskus matalan atomiluvun vastainen kerros vähentämään häiriön muodostusta, koska beetahiukkasten pysäyttäminen materiaalissa, jossa on suuri atomiluku, tuottaa röntgensäteitä. Haja- ja toissijainen säteily tulee arvioida koko kokoonpanolle, ei vain primäärisäteelle, ja minkä tahansa lääketieteelliseen tai ydinlaitokseen kuuluvan kokoonpanon on täytettävä kyseisen laitoksen suojauksen suunnittelu- ja laadunvalvontavaatimukset.
Ostettujen osien tekniset tarkastukset
Suojakomponenttien ostospesifikaatiossa tulee ilmoittaa ASTM B777 -luokka tai vaadittu volframipitoisuus, tiheys ja sen toleranssi, sideainejärjestelmä, valmiit mitat paksuustoleransseineen, liitäntäpinnoille vaadittava tasaisuus ja pinnan viimeistely sekä tarkastusmenetelmä, normaalisti näytteen tiheysmittaus sekä jokaisen kriittisen pinnan mittatarkastus. Ultraäänitutkimus tai röntgentutkimus on tarkoituksenmukaista, jos sisäinen huokoisuus vaarantaisi liitoksen tai seinämän paksuuden. Jos osassa on painetta tai se on suljettava pulloon, mekaaniset ominaisuudet ja tiivistyskoe on esitettävä erillään suojausvaatimuksesta.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Tarkoittaako suurempi volframipitoisuus aina parempaa suojausta?
V: Seinimillimetriä kohden kyllä, koska tiheys on suurempi. Samassa massassa ero luokkien välillä on pieni, joten varsinainen kysymys on, kuinka paljon kokoonpanossa on tilaa ja voidaanko kovempi luokan 4 materiaali vielä työstää vaadituilla toleransseilla.
Q:Kuinka paksu volframia sisältävän raskaan metalliseoksen seinämän tulee olla cesium-137:lle?
V: Kapealla palkin kymmenesosa arvokerros on noin 2,2 cm luokan 3 metalliseoksessa. Käytännön suunnitelmat vaativat yleensä todentamisen laskelmalla tai kokeella, koska kertyminen-ja sironta vähentävät tehollista vaimennusta ja vaadittu välitys riippuu asennuksen annosrajasta.
Q:Mikä standardi määrittelee korkeatiheyksiset volframiseoslaadut?
V: ASTM B777 määrittelee volframipohjaisen korkeatiheyksisen metallin neljään edellä kuvattuun luokkaan, joiden nimellistiheydet ovat 17,0, 17,5, 18,0 ja 18,5 g/cm3.
Q:Soveltuuko raskas volframiseos magneettiresonanssiasennuksiin?
V: Vain silloin, kun sovellus sietää sideaineen magneettisen käyttäytymisen. Nikkeliä sisältävät sideaineet ovat ferromagneettisia, joten ei--magneettinen sideainejärjestelmä on valittava, jos komponentti on voimakkaan magneettikentän sisällä.
Q:Miten valmiin osan tiheys varmistetaan?
V: Tavallinen menetelmä on Arkhimedes-upotustesti kupongilla tai itse osalla, joka raportoidaan nimellistiheyttä vastaan sovitulla toleranssilla, jota tukee kriittisten pintojen mittatarkastus.
Q:Voiko volframiseosta hitsata tai liittää muihin metalleihin?
V: Se voidaan juottaa, juottaa tai kiinnittää mekaanisesti hyvillä tuloksilla, kun liitos on suunniteltu lejeeringin ja liitosmateriaalin välistä lämpölaajenemiseroa varten. Volframirikkaiden materiaalien fuusiohitsausta ei yleensä suositella.
