CC BY
103
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ «ФАНОТРЕН» И «ПЛИТОТРЕН» НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ В КАЧЕСТВЕ ЗАщИТНЫХ ДЛЯ
медицинских рентгенкабинетов
Ю.И. ВЕТОШКИН, проф. каф. механической обработки древесины УГЛТУ, канд. техн. наук, И.В. ЯЦУН, доц. каф. механической обработки древесины УГЛТУ, канд. техн. наук,
А.В. МЯЛИЦИН, асп. каф. механической обработки древесины УГЛТУ
Дерево, являясь органическим веществом, сравнительно легко пропускает рентгеновские лучи. Как показывают опыты [1], наибольшая толщина (диаметр) дерева, которая может быть просвечена рентгеновскими лучами, зависит от многих факторов: твердые породы легче просвечиваются, чем мягкие; влажность древесины ослабляет проникновение лучей; поврежденные части дерева более проницаемы, чем здоровые.
Закон ослабления интенсивности рентгеновских лучей древесиной описывается выражением (1) [2, 3, 5]
I = ^ (1)
где I и I0 - соответственно значение интенсивности излучения, падающего на вещество и дошедшее до глубины х, кэВ; ц - линейный коэффициент ослабления, см-1.
Древесина является сложным по химическому составу материалом. Элементарный состав древесины любой породы включает такие вещества, как углерод, кислород, водород, азот. Для таких материалов [4] значение массового коэффициента ослабления рассчитывается согласно (2)
М = М ,P,+M 7^9+-• +М' P , (2)
г m г m1 1 г m2 2 г mn гг 4 у
где Mm1 = М/Рр Mm1 = • Mm1 = М>„ - мас-
совые коэффициенты ослабления соответствующих частей;
Р,; Р0 ... Р - их относительные весовые количества.
На рис. 1 отражена зависимость массовых коэффициентов ослабления от энергии у-квантов от 10 кэВ до 100 МэВ для древесного вещества и воды.
В [6] получены значения линейных коэффициентов ослабления для радиального, тангентального и продольного направлений древесины березы, дуба, липы, ели и сосны. Величина этих значений для одной и той же породы древесины в различных направлениях различается на 6^26 %. Более точные значения линейных коэффициентов ослабления для древесины пяти пород в абсолютно сухом состоянии, полученные для у-излучения 60Со, приведены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что между значениями линейного коэффициента ослабления и плотностью древесины наблюдается линейная зависимость. На основе приведенных значений можно сделать вывод, что линейный коэффициент ослабления не зависит от направления волокон древесины.
Т а б л и ц а 1
Значения линейных и массовых коэффициентов ослабления у-излучения 60Со для древесины различных пород в абсолютно сухом состоянии
Порода Плотность р0, кг/м3 Линейный коэффициент ослабления, ц, м-1 Среднее значение, ц , м-1 г ср7 Массовый коэффициент ослабления, ц ,м2/кг
г* t a
Береза 666 3,9 3,9 4,1 4 0,006
Дуб 667 4 4 4,1 4 0,006
Ель 474 2,8 2,9 2,8 2,8 0,059
Липа 419 2,5 2,6 2,5 2,5 0,006
Сосна 431 2,6 2,6 2,5 2,6 0,006
Примечание. г* - в радиальном, t - в тангентальном, а - в продольном направлении волокон древесины
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
145
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
0,01 0,1 1,0 10 100
Энергия у-квантов Е, МэВ
Рис. 1. Зависимость массовых коэффициентов ослабления от энергии у-квантов: 1 - вода; 2 - древесное вещество
В работе [7] проводились исследования по изучению способности фанеры из древесины различных пород различной толщины и слойности пропускать рентгеновские лучи. Для определения защитных свойств образцы брались 3, 5 и 7-слойной фанеры из березового и осинового шпона, склеенного клеями на основе смол СФЖ-3014, КФ-Ж и бакелитовой пленкой. В результате исследований установлено, что увеличение толщины фанеры положительно влияет на защитные свойства. Порода древесины, вид клея и толщина шпона, а также наличие пороков и дефектов обработки в слоях фанеры существенного влияния на величину защитных свойств не оказывают.
В работе [8] описывается получение древесины, пропитанной металлами. Пропитка осуществляется металлами, имеющими точку плавления ниже 100 °С, т.е. легкоплавкими сплавами на основе олова, свинца, висмута, кадмия и ртути. В работе [9] описывается процесс изготовления металлизированной древесины. Металлизация осуществляется расплавленными металлами. Показано, что норма поглощения сплава для березы от 6,5 до 8 г на 1 г древесины. Металлизированная древесина обладает высокими механическими (выше, чем у натуральной древесины) и защитными свойствами.
Хорошо известны варианты изготовления армированной фанеры и фанеры, облицованной металлами. При армировании один или несколько листов шпона заменяются листами металла, резины, металлическими сетками и другими материалами. Такая фа-
нера обладает повышенными прочностными свойствами. Фанеру также облицовывают различными металлами в виде тонких листов и фольги на основе алюминия, стали, цинка, меди, бронзы, свинца. На поверхность фанеры слой металла может быть наклеен или нанесен посредством напыления в расплавленном состоянии.
В работе [10] отмечается, что защитные свойства натуральной древесины можно повысить путем ее модификации способами уплотнения и пропитки. Уплотнение до степени s = 0,5 позволяет вдвое повысить ее защитные свойства. Пропитка древесины соединениями бора позволяет увеличить ее защитную способность при воздействии тепловых нейтронов. Древесина, пропитанная борсодержащими растворами, снижает степень ее горючести, а уплотненная древесина дает возможность использовать ее в машиностроении в качестве замены применяемых в защите черных и цветных материалов и сплавов.
В конструкции вышеперечисленных материалов входят разнообразные материалы, благодаря чему древесине и материалам на ее основе придаются новые свойства и появляется возможность расширения области их применения, в частности в качестве защитных материалов от ионизирующего излучения. Создание подобных материалов представляет интерес в теоретических и экспериментальных исследованиях.
На основании изучения литературы можно сделать вывод о том, что в последнее десятилетие велась работа над созданием новых материалов, способных выполнять защитную роль от рентгеновского излучения в области создания композиционных материалов, в конструкциях которых в качестве несущей основы и защитного слоя выступают разнообразные материалы. Древесина, благодаря пористому строению, тоже может использоваться в качестве несущей основы в подобных материалах.
В медицинских рентгеновских кабинетах в основном производятся два рода работ: рентгенодиагностика и рентгенотерапия.
При рентгенодиагностике имеют дело с излучением, обладающим энергией не выше
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
100 кэВ, причем все прямое излучение, как правило, блокировано защитными приспособлениями возле самого источника излучения, стационарная защита в диагностическом кабинете должна быть рассчитана только на рассеянное излучение с целью предохранения соседних помещений. Рассеянное излучение требует для своего блокирования при расстоянии 3 м защитный слой, эквивалентный 0,3 мм свинца (около 2 см бетона), что в случае применения каменных стен всегда выполняется. Если стены деревянные, то их достаточно оштукатурить баритовой штукатуркой толщиной 1 см.
Диагностические снимки часто производят в отдельной кабине в отсутствие медицинского персонала. Поскольку и в этом случае используются самозащитные рентгеновские трубки при напряжениях до 100 кВ, стены и потолок кабины должны быть также рассчитаны только на рассеянное излучение, т.е. обладать защитными от 0,3 до 0,8 мм свинца, в зависимости от расстояния.
Чтобы не усложнять защиту пола, на который обычно направлен пучок прямого излучения, при снимках можно ограничиться укладкой на пол, на то место, куда направлен пучок лучей, либо листового свинца толщиной 1-2 мм и достаточной площади, либо коврика из просвинцовой резины с соответствующим свинцовым эквивалентом.
Рентгенотерапия, как правило, производится при значительно большем напряжении на рентгеновской трубке, чем рентгенодиагностика. Терапия должна производиться, как правило, в отдельных кабинетах, обладающих защитными стенками, достаточными, чтобы блокировать выход излучения наружу. При терапии следует использовать только защитные рентгеновские трубки или трубки, помещенные в защитный кожух; в противном случае пациент будет получать дополнительно недопустимо большую дозу прямого и рассеянного излучения.
Применение защитных рентгеновских трубок позволяет и в этом случае ограничиваться стационарной защитой, рассчитанной только на рассеянное излучение, при условии, что прямой пучок направлен всегда одинаково и не будет попадать на стены кабины.
Для терапии чаще используется рентгеновская аппаратура на 200 кВ, но применяют установки и с большим напряжением. Защита кабин, в которых проводится терапия, должна быть рассчитана на максимальное номинальное напряжение имеющегося рентгеновского аппарата.
На кафедре «Механической обработки древесины» ведутся научно-исследовательские, поисковые и экспериментальные работы по разработке защитно-декоративных материалов на основе древесины, направленные на исключение вредного свинца и его производных из композиции, а также улучшения экологической обстановки и комфортности помещений, в которых рекомендуется применение подобных материалов. Разработанные конструкции композиционных материалов (рис. 2), согласно патентным исследованиям, не имеют аналогов в мире.
Краткая характеристика материала.
Фанотрен А - композиционный материал на основе шпона. Материал обладает достаточной эффективностью ослабления рентгеновского и мягкого гамма-излучения с энергией < 100 кэВ. Эквивалентная толщина свинца 0,028 см. На материал получен патент № 10638 от 16 августа 1999 г.;
Фанотрен Б - композиционный материал на основе шпона. Материал обладает достаточной эффективностью ослабления рентгеновского и мягкого гамма-излучения с энергией < 200 кэВ. Эквивалентная толщина свинца 0,103 см. На материал получен патент № 19791 от 10 октября 2001 г.;
Фанотрен В - композиционный материал на основе фанеры. Эквивалентная толщина свинца 1 мм. На материал получен патент № 10461 от 24 мая 2004 г. Защитные свойства соответствуют свинцовому эквиваленту;
Фанотрен Г - композиционный материал на основе фанеры;
Плитотрен А - композиционный материал, аналог древесно-стружечной плиты. Свинцовый эквивалент материала составляет 0,3 мм свинца. Композиционный материал обладает высокими защитными свойствами от рентгеновского излучения. Степень защиты можно регулировать в зависимости от требований заказчика;
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008
147
