Рентгенозахисна гума

Рентгенозахисна гума, яка включає гумову матрицю на основі, щонайменше, одного типу каучуку і металовміщуючий поглинальний напов нювач у вигляді складного окису рідкоземельних елементів (РЗЕ), яка відрізняється тим, що складний окис РЗЕ виконаний у вигляді сегрегованої шляхом перемішування полідисперсної суміші з части нок розмірами 10-9 - 10-3 м, які розподілені і зафіксовані за допомогою автоклавної вулканізації в об'ємі гумової матриці, яка виконана у вигляді каландрованих листів, а захисний еквівалент рентге нозахисної гуми стосовно фактичної захисної товщини РЗЕ при напругах на аноді рентгенівської трубки (40-128)кВ і відповідних їм енергіях квантів рентгенівського випромінення (2785)КеВ регламентований співвідношенням Хпр/Хр=(2-21), де Хпр - приведена захисна товщина РЗЕ у рентгенозахисній гумі, а Хр - фактична захисна товщи на РЗЕ у тій же гумі. В.Ш. (13) 32469 (11) UA 1,2г/см 3 (нагадаємо, що у чисто го свинцю r = =11,34 г/см 3), який добре сумісний з каучуками і є одночасно пластифікатором гумо-технічної суміші. Вади цієї гуми полягають у тому, що по-перше, для поглинання вторинної флюорисцентної лінії свинцевмісних компонентів (у га лузі енергій 75-80КеВ при впливі рентгенівського випромінення з енергією вище 100 КеВ) необхідно вводити додаткову до бавку, наприклад, барит (BaSО4) -до 11,5% по масі. По-друге, при вулканізації листової гуми використовують малопродук тивну енергоємну те хнологію (вулканізацію проводять у пресі при питомому тиску 10 МПа і температурі +170°С). Найбільш близьким до винаходу за своєю технічною суттю і результату, який досягається, є металовміщуюча гума для захисту від рентгенівського випромінення [З], яка включає гумову матрицю на основі щонайменше одного типу каучуку і металовміщуючий поглинальний наповнювач у вигляді складного окису рідкоземельних елементів (РЗЕ). У порівнянні з гумою [2] у гумі-прототипі [3] усунута вада, яка стосуєть ся її вулканізації. Так, при виготовленні гуми-прототипу [3] матрицю у вигляді гумової суміші попередньо формують у листи на високопродук тивному каландрі, після чого отримані протяжні листи звертають у рулони (19) Винахід сто сується мате ріалів для захисту від рентгенівського випромінення і може бути використаний для виготовлення засобів захисту персоналу і пацієнтів медичних рентгенівських кабінетів, а також захисних приладів у медичній рентге нотехніці. Відома рентгенозахисна гума, яка включає гумову матрицю на основі синтетичного або натурального каучуку і металовміщуючий поглинальний наповнювач у вигляді дисперсного металевого свинцю і його з'єднань [1]. Свинцевий наповнювач, з одного боку, забезпечує високі захисні властивості цій гумі, проте, з іншого боку, він має наступні істотні вади: по-перше, сви нець через великий вміст у гумі (до 90% по масі) і власну велику густину (11,34г/см 3) висипається з гуми і, як наслідок, через власну токсичність шкідливо діє на здоров'я медперсоналу і пацієнтів. По-друге, свинцевий наповнювач обумовлює недовго вічність просвинцьованої гуми, яка швидко старіє, розтріскується, значно втрачаючи при цьому рентге нозахисні власти вості. Відома рентгенозахисна гума [2], яка не має вад вищеназваної гуми [1]. Це досягається завдяки тому, що у цій гумі як металовміщуючий поглинальний наповнювач, використовується високодисперсний гідрофобний порошок поліетилсиліконату свинцю з пікнометричною густиною r =1,0 C2 ____________________ 32469 10-3 м, які розподілені і зафіксовані за допомогою автоклавної вулканізації в об'ємі матриці, яка виконана у вигляді каландрованих листів, забезпечують у наповнювача у вигляді складного окису РЗЕ одержання якісно нового ефекту - підвищення перетину взаємодії рентгенівського випромінення з речови ною. Завдяки цьому, до сягається надання запропонованій рентгенозахисній гумі аномально високих і різних за величиною (при різноманітних режимах опромінення) значень захисного еквіваленту. В основі цього ефекту лежить відкриття у га лузі фізики полідисперсних середовищ, яке зареєстроване у Російській Академії природних наук за назвою "Явище аномальної зміни інтенсивності потоку квантів проникаючого випромінення моно- і багатоелементними середовищами" (копія додається) [4]. Завдяки [4] , встановлено, що полідисперсні середовища (у нашому випадку складний окис РЗЕ з розмірами части нок 10-9 -10-3 м), через сегрегацію шля хом їх перемішування, самоорга нізуються у енергетично взаємозалежні рентгенопоглинаючі ансамблі. Під сегрегацією полідисперсної суміші у даному випадку розуміють нерівномірний (мозаїчний) розподіл части нок полідисперсного середовища, при перемішуванні суміші через самоорганізацію частинок у систему енергетично взаємозалежних ансамблів (мозаїк), які забезпечують аномально високе збільшення перети ну фо топоглинання, а, вихо дить, і високу величину захисного еквіваленту. При виготовленні запропонованої рентгенозахисної гуми попередньо сегрегований полідисперсний порошок складного окису РЗЕ вводять у гумову суміш і цей композит старанно перемішують на валках з метою розподілу РЗЕ в об'ємі матриці. При цьому енергетична ефективність ансамблів у гумовій суміші, (залишаючись ще на достатньо високому рівні) у порівнянні з ефективністю ан самблів, що утворилися в процесі сегрегації безпосередньо у полідисперсному порошку складного окису РЗЕ, зменшується на один, а то і на два порядки, а в процесі подальшо го технологічного впливу ця енергетична ефективність дуже часто взагалі ліквідується. Стосовно до нашо го випадку енергетична ефективність ансамблів може бути ліквідована, якщо, наприклад, проводити вулканізацію гуми так, як це, наприклад, передбачено в [2], тобто в пресі під високим тиском. При формуванні ж матриці у вигляді гумового листа на каландрах тиск між валками діє не на площину (як у пресі), а на твірну валка (у реальних умовах це тонка смуга) при цілком вільній іншій площи ні листа, куди при формуванні під тиском листа можуть мігрувати енерге тичні ансамблі без їх р уйнації. У випадку формування гумових листів на каландрах має значення не розмір тиску (наприклад, атмосферний тиск або більш високий тиск), а ха рактер прикладання тиску(!). То му у формулі винахо ду на запропоновану гуму зазначено, що частинки складного окису РЗЕ по винні бути розподілені в об'ємі гумової матриці, яка виконана у вигляді саме каландрованих листів. Тобто у вигляді листів, які сформовані на каландрах, завдяки використанню яких енергетичні ансамблі (мозаїчні структури) розподіляються в об'ємі листа і вкладають в автоклав, де і здійснюється вулканізація гуми в атмосфері гарячого повітря. Порівняно з виробництвом гуми [2] при виробництві прототипу [3] різко знижується питома енергоємність вулканізації, а продуктивність багаторазово зростає. До вад прототи пу [3] вар то віднести недостатньо високий захисний еквівалент стосовно фактичної захисної товщи ни РЗЕ, що змушує збільшувати товщи ну захисних засобів і застосовувати до даткову добавку, яка дорого коштує, у вигляді окису оло ва (до 22,5% по масі) для поглинання вторинного м'якого розсіяного випромінення. В основу ви находу поставлена задача створення такої рентгенозахисної гуми, в якій, завдяки виконанню складного окису РЗЕ у вигляді сегрегованої шляхом перемішування полідисперсної суміші з частинок з розмірами 10-9 - 10-3 м, які розподілені і зафіксовані за допомогою автоклавної вулканізації в об'ємі матриці, яка виконана у вигляді каландрованих листів, а захисний еквівалент рентге нозахисної гуми при напругах на аноді рентге нівської трубки (40-128) кВ і відповідним їм енергіям квантів рентгенівського випромінення (27-85) КеВ регламентова ний співвідношенням Хпр/Хр = (2-21), де Хпр - приведена захисна товщина РЗЕ у рентгенозахисній гумі, а Хр - фактична захисна товщина РЗЕ у тій же гумі, забезпечуються аномально високі і різні за величиною при різноманітних режимах опромінення значення захисного еквіваленту рентгенозахисної гуми стосовно фактичної захисної товщи ни РЗЕ, що, у свою чергу, дозволяє зменши ти товщи ни захисних засобів і виключити застосування добавки, яка дорого коштує, у вигляді окису олова (до 22,5% по масі), а за рахунок цього забезпечується зниження собівартості ви готовлення рентгенозахисної гуми, підви щення надійності захисту, комфортності умов роботи персоналу і умов рентге нодіагностики пацієнтів медичних рентгенівських кабінетів. Поставлена задача розв'язується тим, що в рентге нозахисній гумі, яка включає гумову матрицю на основі що найменше одного типу каучуку і металовміщуючий поглинальний наповнювач у вигляді складаного окису РЗЕ, останній виконаний у вигляді сегрегованої шля хом перемішування полідисперсної суміші з частинок з розмірами 10-9 - 10-3 м, які розподілені і зафіксовані за допомогою автоклавної вулканізації в об'ємі матриці, яка виконана у вигляді каландрованих листів, а захисний еквівалент рентгенозахисної гуми стосовно фактичної захисної товщини РЗЕ при напругах на аноді рентгенівської трубки (40-128) кВ і відповідних їм енергіям квантів рентгенівського випромінення (27-85) КеВ регламентований співвідношенням Хпр/Хр = (2-21), де Хпр - приведена захисна товщина РЗЕ у рентгенозахисній гумі, а Хр - фактична захисна товщи на РЗЕ у тій же гумі. Наведені вище ознаки, які характеризують запропонований винахід, мають істотну новину у порівнянні з прототипом [З]. На відміну від прото типу [3] істотні ознаки, що полягають у ви конанні складного окису РЗЕ у вигляді сегрегованої шляхом перемішування полідисперсної суміші з частинок з розмірами 10-9 2 32469 практично без їх руй націй. Далі, згорнуті в рулони каландровані листи вкладають в автоклав, і вони вулканізуються в атмосфе рі гарячого повітря (без будь-якого меха нічного впливу, при якому можуть руйнуватися енергетичні ансамблі). Більш того, у цих умовах до моменту завершення вулканізації, при якій частинки нерухомо фіксують ся в ансамблях, три вають процеси рухів частинок, тобто процеси регенерації ("заліковування") тих ансамблів, енергетичне положення частинок в яких було частково порушено при каландруванні. При виготовленні гуми-прототи пу [3] гумову суміш також формують на каландрах, а каландровані листи піддають вулканізації в автоклаві в атмосфе рі гарячого повітря. Проте, при цьому досягається лише підвищення продук тивності і зниження питомої енергоємності процесу вулканізації. Відмінні ж ознаки запропонованого ви находу, що стосуються виконання матриці у вигляді каландрованих листів і автоклавної вулканізації, поряд із досягненням ефектів, що виявляються при використанні відомої гуми-прототи пу [З], забезпечують одержання додаткового, якісно нового ефекту, а са ме, при формуванні матриці у вигляді гумового листа забезпечується міграція енергетичних ансамблів без їх р уйнації у зону матриці, яка вільна від безпосереднього впливу каландрів, а також забезпечують часткову регенерацію зруйнованих ансамблів при вулканізації гуми в автоклаві. Отже зазначені відмінні ознаки обумовлюють відповідність заявленого технічного рішення критерію "істотні відмінності". Ознака, що сто сується регламентації величини захисного еквіва ленту й умов, при яких ця величина досягається, є новим стосовно прото типу, то му що зазначена ознака в останньому взагалі відсутня. Полідисперсні суміші, в яких використовують несегрегова ні частинки з розмірами 10-610-3 м, мають поши рене застосування у різноманітних рентгенопоглинаючих матеріалах [5,6]. Проте, зазначену ознаку у ци х ви падках використовують лише для досягнення більш однорідного розподілу рентгенопоглинаючого наповнювача у матриці. У випадку запропонованого ви нахо ду сегрегова на шляхом перемішування полідисперсна суміш забезпечує у рентгенозахисній гумі не тільки однорідний розподіл наповнювача у матриці, але і виявлення якісно нового ефекту - підвищення перетину взаємодії рентгенівського випромінення з речови ною. У відомого аналога [7] ви конання рентгенопоглинаючого наповнювача у вигляді сегрегованої шляхом перемішування полідисперсної суміші з розмірами части нок 10-9 - 10-3 м забезпечує підвищення перетину взаємодії рентгенівського випромінення з речовиною. Проте, у аналога [7] полідисперсний наповнювач складається з частинок чистого металу (свинцю, вольфраму, га фнію, танталу то що), при застосуванні яких експериментально був виявлений аномальний ефект. На відміну від аналога [7] у запропонованому винахо ді застосовують складний окис РЗЕ, що забезпечує одержання якісно нового ефекту - підвищення якості рентгенозахисної гуми, завдяки тому, що складний окис РЗЕ має більш високу (кращу) сумісність з каучуками через його більш наближену до каучуків пікнометричну густину (у середньому r=6,65г/см 3) порівняно зі свинцем (r=11,34г/см 3), вольфрамом (r=19,2г/см 3), гафнієм (r=13,1г/см 3), танталом (r=16,6г/см 3) тощо. У той же час, завдяки аномально високим значенням захисних еквівалентів, рентгенозахисна гума, згідно з винахо дом, завдяки наповнювачу у вигляді складного окису РЗЕ, з функціональних власти востей не тільки не поступається гумам з наповнювачами з вищезазначених чистих металів, але і переви щує їх. У відомого аналога [7] є та кож ознака, яка стосується регламентації величини М - загальної маси, сегрегованої полідисперсної суміші з частинок з розмірами 10-9 - 10-3 м рентгенопоглинаючого наповнювача: М=(0 ,05-0,5)m, де m - еквівалентна маса матеріалу рентгенопоглинаючого наповнюва ча, яка має ті ж самі захисні властивості, що і маса М. У аналога [7] зазначене співвідношення стосується регламентації властивості мате ріалу з полідисперним наповнювачем, який складається з частинок чистого металу (свинцю, вольфраму, гафнію, танталу тощо), що використовується у конкретному рентгенопоглинаючому матеріалі. У випадку ж запропонованого винахо ду ми маємо справу з частинками не чисти х металів, а складного окису РЗЕ, для якого справедливість Хпр/Хр=(2-21) обумовлена заданим діапазоном напруг на аноді рентге нівської трубки і відповідними їм енергіями квантів випромінення. Викладений вище аналіз свідчить, що ознаки запропонованого винахо ду в порівнянні з розглянутими аналогами мають істотні відмінності. Запропонована рентгенозахисна гума виготовляється шляхом змішування розрахун кової суміші компонентів на вальцях або у гумозмішува чі. У змішувач спочатку вводиться каучук, потім вулканізуючий агент, після чого вво диться попередньо сегрегований шляхом перемішування полідисперсний порошок складного окису РЗЕ. Отриману суміш змішують до одержання гомогенної матриці, а потім формують її у вигляді листа на каландрах; лист рулонірують і вкладають в автоклав, де здійснюється вулканізація гуми в атмосфері гарячого повітря. Запропонована рентгенозахисна гума порівняно з прототипом забезпечує зниження собівартості виготовлення та підвищен ня надійності захисту, підвищення комфортності умов роботи персоналу і умов рентгенодіагностики пацієнтів медицинських рентгенівських кабінетів. Рентгенозахисна гума, згідно з винахо дом, дозволяє розширити номенклатуру радіаційнозахисних полімерних мате ріалів. Приклад. У матрицю у вигляді сирої гуми на основі синтетичного каучуку був заведений рентге нопоглинаючий наповнювач у вигляді попередньо сегрегованого шля хом перемішування порошку полідисперсної суміші з части нок розмірами (10-9 - 10-3 м складного окису РЗЕ у кількості 30% по масі. Після одержання на вальцях із зазначеної суміші го могенної матриці на лабораторному каландрі був сформований лист гуми товщи ною 0,32 см за ТУ38-105455-72, з якої після вулканізації в автоклаві був ви різаний зразок роз 3 32469 міром (8х4) см. Ма са зразка склала - 34,4г, а маса складного окису РЗЕ в ньому -11,1г. Отриманий зразок був підданий тестуванню при таких режимах: напруга на аноді рентгенівської трубки 128 кВ, енергія квантів рентгенівського випромінення 85 КеВ. Опромінення зразка здійснювалося широким пучком рентгенівського випромінювання. Час опромінення 0,5 с. Виходячи з того, що у складному окису чистого РЗЕ вміщується у се редньому 81,4%, дослідний зразок при загальній масі складного окису, яка дорівнює 11,1г, вміщує 11,1×0,814=9,04 г чистого РЗЕ. У ре зульта ті поверхнева густина при розмірах зразка (8х4) см складає 9,04/32=0,28 г/cм 2, се редня пікнометрична густи на РЗЕ при хімічному складі складного окису (СеО2 - 52%; LaО2 - 23%; NdО2 - 19%; РrО2 - 5%; мех. до мішки 1%) складає 0,814 × (6,789 × 52+6,18 × 23+6,908 х х 19+6,475 × 5):99=0,814 × 6,65=5,4 г/см 3, фактична захисна товщи на РЗЕ у запропонова ній гумі складає Хр=0,28/5,4=0,052 см. Рентгенографічний контроль із наступним порівнянням зі ступінчастим свинцевим послаблювачем показав, що отриманий зразок гуми має захисний свинцевий еквівалент Хр=0,05см (при густи ні свинцю, рівної 11,34г/см 3 і лінійному коефі цієнті ослаблення при енергії 85КеВ, рівному 14,7см-1). Відповідно цьому захисному свинцевому еквіваленту приведена захисна товщина РЗЕ у гумі складає: Хпр=0,05·11,34/5,4=0,105 [9, с.479481]. Таким чином, захисний еквівалент запропонованої гуми при вказаних умовах тестування (U= 128 кВ і Е=85 КеВ) стосовно фактичної захисної товщини РЗЕ в ній (Хр=0,052 см) складає Хпр/Хр=0,105/0,052=2,0. Рентгенографічний контроль із наступним порівнянням із ступінчастим свинцевим послаблювачем показав, що той же зразок гуми за даних умов тестування має захисний свинцевий еквівалент Хр=0,51см. Відповідно цьому захисному свинцево му еквіваленту приведена захисна товщи на РЗЕ у гумі складає: 0,51·11,34/5,4=1,07 см. Таким чином, захисний еквівалент запропонованої гуми за даних умов тестування (U=40 кВ і Е=27 КеВ) стосовно тієї ж фактичної захисної товщи ни РЗЕ у ній складає: Хпр/Хр= 1,07/0,052=20,6~21. Таким чином, при різноманітних режимах опромінення один і той же зразок рентгенозахисної гуми відповідно до винахо ду має аномально високі і різні за величиною значення захисного еквіваленту сто совно фактичної захисної товщини РЗЕ у цій же гумі. Джерела інформації 1. Рентге нотехника. Справочник в 2-х томах под ред. проф. В.В. Клюева. М. "Ма шиностроение", 1980, т.1, с.59. 2. RU №2077745 G21F 1/10, 20.04.97. Б.№11. 3. SU №1132717, G21F 1/10, 03.05.83 (прототип). 4. Отк рытие "Явление аномального изменения интенсивности потока квантов проникающе го излучения моно- и многоэлементными средами". Диплом №57, Бюллетень государственного ВАК РФ, М., №3, 1998, с.61. 5. RU №2066491, G21F 1/10, 10.09.96. Б. №25. 6. RU №2029399, G21F 1/00, 20.02.92. Б.№5. 7. RU №2121177, G21F 1/00, 30.09.97. 8. Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. М. Ато миздат. 1968, с. 526, таблица 20. 9. Неразрушающие испытания (справочник) под ред. Р. Мак-Мастера, М.-Л., Энергия, 1965. 504с. Після цього той же зразок був підданий тестуванню за таких умов: напруга на аноді рентгенівської трубки - 40 кВ, енергія квантів рентгенівського випромінення - 27 КеВ. Опромінення аналогічно здійснювалося широким пучком рентгенівського випромінення протягом 0,5 с. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4 32469 5