Как применяется свинец для защиты от рентгеновского излучения
Рентгенологические лучи являются очень полезным открытием для медицины, криминалистики и промышленного производства. Но, несмотря на пользу для науки, лучи не оказывают положительного воздействия на здоровье, напротив, они могут значительно навредить, если не принимать достаточных мер предосторожности. Одним из способов защиты от рентгеновского излучения являются свинцовые щиты, которые способны задерживать лучи.
Сейчас свинцовые листы активно используются для оснащения рентгенологических кабинетов. Они не только удерживают излучение, но и являются отличной шумоизоляцией. Также их часто применяют в качестве одного из слоев для крупной брони.
Характеристики свинца
Свинец – это тяжёлый металл с высокой плотностью 11,3 г/см³. При этом он достаточно мягкий и пластичный, благодаря чему отлично подвергается штамповке и другим видам металлообработки, особенно с небольшими добавками сурьмы. Он устойчив к коррозии, невосприимчив ко многим агрессивным средам и отличается долговечностью. Еще одна особенность – низкая точка плавления (327,5°C), из-за чего материал часто используют в качестве припоя.
Внешне свинец имеет серый цвет, хотя сразу после резки он может выглядеть голубым или синим, но после окисления кислородом быстро теряет этот оттенок. Он податливый и хорошо деформируется, что облегчает его использование.
Важная особенность свинца – его способность поглощать волны. Причем это касается не только рентгеновского излучения, но и обычных звуковых волн. Из-за этого его часто используют как шумоизолятор.
Интересный факт: соли и соединения свинца могут быть опасны для здоровья. Но это может случиться исключительно в тех случаях, когда материал сильно нагревается или вступает в химическую реакцию. В обычных условиях свинец, наоборот, отличается повышенной устойчивостью, остается стабильным и не несет никакого вреда человеку или природе, в том числе при эпизодическом контакте с кожей.
Зачем нужна защита от рентгеновского излучения
Рентген-излучение негативно влияет на здоровье. Интенсивное и продолжительное воздействие лучей может вызвать повреждения кожи, изменения состава крови, язвы, онкологию, бесплодие, катаракту и другие нарушения жизнедеятельности. Защитить от этого может только специальное оборудование, которое:
- снижает интенсивность излучения;
- направляет лучи в определенную зону, не давая им распространиться по здоровым органам и тканям;
- делают ширмы и преграды для предотвращения проникновения лучей.
Защита требуется как самим пациентам, так и медицинскому персоналу, который находится в рентгенологическом кабинете. Если рентген используется на производстве как способ неразрушающего контроля, то защита от излучения требуется сотрудникам. Кроме того, от воздействия лучей оберегается и окружающая природа, так как они не распространяются за пределы помещения, обшитого рольным свинцом.
Рентгеновское излучение, по сравнению с альфа- и бета-лучами, отличается короткой длиной волны и очень высокой проникающей способностью. А это значит, что ни резина, ни стекло, ни алюминий или иной материал не могут препятствовать их распространению. Помочь могут только металлы с очень высокой плотностью, такие как свинец и барий.
Как свинец удерживает рентген-лучи
Из свинца на производстве делают специальное рентгенозащитное оборудование, это:
Молекулярная структура свинца очень плотная, из-за чего частицы излучения не могут пробраться через нее. Атомы свинца очень плотно прилегают друг к другу, не оставляя достаточных зазоров для проникновения лучей.
Материал имеет высокую вязкость, из-за чего он отлично задерживает в себе как звуковые волны и физические предметы (пули, например), так и заряженные частицы от рентген-аппарата.
Чтобы понять принцип действия свинцовой защиты, представим бильярдный стол в начале партии. На поверхности расположено очень много шаров, из-за чего биток не может свободно и с высокой скоростью пересечь весь стол. После удара кием биток имеет очень высокую скорость, энергию, прямо как у частиц рентгеновского излучения. Но когда биток попадает в гущу шаров, то он отдает эту энергию им. Шары распределяют энергию на себя и достаточно вяло передвигаются по поверхности, не смотря на то, что удар кием был сильным.
Так происходит и со свинцовыми барьерами. Атомы свинца – это бильярдные шары. Они плотно расставлены на столе. Когда заряженные частицы попадают в свинец, они расходуют большую часть своей энергии на атомы, передают им свою энергию и с той силой, которая осталась, уже не могут преодолеть расстояние. А атомы свинца, получившие энергию, немного приходят в движение и успокаиваются – вспоминаем про вязкость материала. Получается, что свинец как бы впитывает энергию излучения.
Отсюда приходит вопрос: накапливается ли радиация в свинце? Нет. Накапливаться может только материя. А лучи имеют только энергию, которую они могут передать, в лучшем случае – свинцу. Энергия сама по себе не опасна, и накапливаться в щите она не может.
Итак, излучение может отражаться и поглощаться. Свинцовая защита поглощает рентгеновские лучи, не накапливая их и не пропуская. Излучение рентгена – это тот же свет, только с несколько иной длиной волны. Поэтому при поглощении свинцом лучи просто преобразуются в тепло. То есть та энергия, которая могла стать потенциально опасной при прямом попадании на человека, становится просто тепловой.
Толщина свинцового листа для защиты от излучения
Главное, на что нужно обратить внимание при выборе материала для обшивки помещения – это качество свинца. Первое, что делают на производстве, это выплавка свинцовых кирпичей. При их производстве добавляются присадки, чаще всего до 3% сурьмы, что делает материал более пригодным к резке и прочей металлообработке. Повышается пластичность, сурьма в качестве добавки предотвращает сколы и прочие дефекты свинца. Причем плотность сурьмы тоже достаточно высокая, и сплав обладает не меньшими защитными свойствами, чем чистый свинец.
После формовки кирпичи попадают на дальнейшее производство, где из них делается свинцовый прокат. Прокатка в пластины и листы позволяет использовать металл далее – при производстве защитных экранов, ширм и дверей. Также сами листы используются в чистом виде для обшивки помещений. Они хорошо гнутся, поэтому подходят для крепления на самый разный материал, например, гипсокартон, в том числе на углы.
Для защиты помещений достаточно обшивки листами 0,5 мм. Но чем толще пластина, тем больше излучения она поглощает. Так лист 6 мм забирает до 50% облучения, а лист 20 мм делает фон излучения в 10 раз слабее.
Если речь идет об многослойном обустройстве бункера, то применяется несколько листов разной толщины, которые могут быть смонтированы через слой изолятора.
Обратите внимание на марку свинцового проката. С1 – наиболее высокий сплав с содержанием примесей не более 0,015%. У С2 количество присадок не превышает 0,05%. А С3 уже содержит почти 1% добавок. Есть также свинцово-сурьмянистый лист ССу, в нем количество сурьмы варьируется от 0,4 до 0,6%.
Подводя итоги, отметим, что свинцовые щиты и листы – наиболее эффективная защита от рентгеновского излучения. Свинец хорошо поглощает и не накапливает излучение, оставаясь безопасным для здоровья и окружающей среды.