Avskärmningsprestanda beskriver hur väl en tung volframlegering dämpar gammastrålar, röntgenstrålar och betastrålning innan de når en detektor, en patient, en operatör eller känslig elektronik. Tungstenlegeringar används för kollimatorer, sprutskydd, avskärmande behållare, flerbladsgaller, isotoptransportkolvar och stråle-stoppblock eftersom de kombinerar en densitet nära den för ren volfram med bearbetbarheten hos en sintrad metall. Prestanda är inte ett enda nummer; det är resultatet av fem variabler som samverkar.
Sammansättning och densitet
Volframinnehåll är den dominerande variabeln. Kommersiella kvaliteter innehåller 90 %, 92,5 %, 95 % eller 97 % volfram i vikt, resten är en nickel-järn, nickel-koppar eller nickel-järn-kopparbindemedelsmatris som ger materialet dess formbarhet. ASTM B777 täcker dessa fyra klasser och tilldelar nominella densiteter på 17,0, 17,5, 18,0 respektive 18,5 g/cm3. Eftersom dämpningen är proportionell mot produkten av massdämpningskoefficient och densitet ger ett klass 4-material ungefär nio procent mer dämpning per millimeter vägg än ett klass 1-material och en del kan göras tunnare för samma skärmningsplikt. Valet av bindemedel har betydelse för korrosionsbeständighet och magnetiskt beteende snarare än för dämpning, eftersom nickel, järn och koppar har mycket lägre densiteter än volfram.
Tjocklek och områdestäthet
Dämpning följer en exponentiell lag, så skärmning är en handel mellan väggtjocklek och acceptabel transmission snarare än en egenskap som kan anges i procent. Den praktiska variabeln är ytdensitet, produkten av densitet och tjocklek. Vid 662 keV, gammaenergin för cesium-137, är massdämpningskoefficienten för volfram cirka 0,0585 cm2/g, vilket för en klass 3-legering vid 18,0 g/cm3 ger en linjär dämpningskoefficient nära 1,05 cm-1, ett lager med halva värden nära ett tionde skikt av 6 cm och 2,6 cm. Dessa siffror är beräknade värden för en monoenergetisk smal stråle; i en verklig installationsuppbyggnad måste spridning och källans energispektrum tas med i beräkningen, och konstruktionstjockleken ställs normalt in från den erforderliga transmissionen snarare än från en enstaka halvvärdesskiktsiffra.
| Klass, ASTM B777 | Nominell volframhalt | Nominell densitet | Relativ dämpning per enhet tjocklek |
|---|---|---|---|
| Klass 1 | 90% | 17,0 g/cm3 | Hänvisning |
| Klass 2 | 92.5% | 17,5 g/cm3 | Cirka 3% högre |
| Klass 3 | 95% | 18,0 g/cm3 | Cirka 6% högre |
| Klass 4 | 97% | 18,5 g/cm3 | Cirka 9% högre |
Geometri, skarvar och strålningsläckage
Ett tätt block är bara så bra som dess svagaste väg. Raka skarvar mellan segment, oförseglade springor runt kollimatoröppningar, vassa inre hörn och bulthål skapar alla strömningsvägar som går förbi bulkmaterialet. Prestandan i en verklig montering styrs därför av överlappning, steg eller spont--och-spårfogsdesign och av det spelrum som bearbetningstoleransen tillåter. För kollimatorer anger bladtjockleken och bladavståndet den rumsliga upplösningen, medan det totala stackdjupet ställer in dämpningen av strålen från-axeln, så båda dimensionerna måste anges tillsammans.
Yttillstånd, förorening och sekundär strålning
Maskinbearbetade ytor kan bära inbäddade slipmedel, oxid- eller kylmedelsrester; brännskador och mikro-sprickor kan öppna vägar som är osynliga på en röntgenbild. För beta-strålning placeras ibland ett lager mot lågt atomnummer på ingångssidan för att minska produktionen av bremsstrahlung, eftersom röntgenstrålar genereras om beta-partiklar stoppas i material med högt atomnummer. Spridd och sekundär strålning bör bedömas för hela enheten, inte bara för den primära strålen, och varje enhet som utgör en del av en medicinsk eller nukleär installation måste uppfylla kraven på skärmningsdesign och kvalitetskontroll för den installationen.
Specifikationskontroller för köpta delar
En inköpsspecifikation för skärmningskomponenter bör ange ASTM B777-klassen eller det erforderliga volframinnehållet, densiteten och dess tolerans, bindemedelssystemet, de färdiga dimensionerna med tjocklekstolerans, planheten och ytfinishen som krävs för matchande ytor, och inspektionsmetoden, normalt densitetsmätning på ett prov plus dimensionell inspektion av varje kritisk yta. Ultraljudsinspektion eller röntgenundersökning är lämplig där inre porositet skulle äventyra fogen eller väggtjockleken. Om delen bär tryck eller måste förseglas till en kolv, bör de mekaniska egenskaperna och tätningsprovningen anges separat från skärmningskravet.
Vanliga frågor
Q:Betyder en högre volframhalt alltid bättre skärmning?
S: Per millimeter vägg, ja, eftersom densiteten är högre. Vid lika massa är skillnaden mellan klasserna liten, så den verkliga frågan är hur mycket utrymme som finns tillgängligt i monteringen och om det hårdare klass 4-materialet fortfarande kan bearbetas till de toleranser som krävs.
Q:Hur tjock måste en tung volframlegeringsvägg vara för cesium-137?
S: För en smal balk är ett tiondelsvärdesskikt cirka 2,2 cm i en klass 3-legering. Praktiska konstruktioner kräver vanligtvis verifiering genom beräkning eller genom test, eftersom uppbyggnad och spridning minskar den effektiva dämpningen och den nödvändiga överföringen beror på dosgränsen för installationen.
Q:Vilken standard specificerar volframlegeringskvaliteter med hög densitet?
S: ASTM B777 specificerar volframbaserad högdensitetsmetall i de fyra klasserna som beskrivs ovan, med nominella densiteter på 17,0, 17,5, 18,0 och 18,5 g/cm3.
Q:Är tungstenslegering lämplig för magnetiska resonansinstallationer?
S: Endast där applikationen tolererar bindemedlets magnetiska beteende. Nickelhaltiga bindemedel är ferromagnetiska, så ett icke-magnetiskt bindemedelssystem måste väljas om komponenten sitter inuti ett starkt magnetfält.
Q:Hur verifieras densiteten hos en färdig del?
S: Den vanliga metoden är Archimedes nedsänkningstest på en kupong eller på själva delen, rapporterad mot den nominella densiteten med den överenskomna toleransen, med stöd av dimensionell inspektion av de kritiska ytorna.
Q:Kan tungstenslegering svetsas eller fogas till andra metaller?
S: Den kan lödas, lödas eller mekaniskt fästas med bra resultat när fogen är konstruerad för den termiska expansionsskillnaden mellan legeringen och det passande materialet. Fusionssvetsning av volframrikt material rekommenderas normalt inte.
