在尼日利亚东南部埃邦尼州发现的诊断X射线束穿过铅样品的窄和宽束衰减

摘要

尼日利亚拥有超过1000万吨的铅，主要分布在贝努埃海槽下部的Abakaliki油田。作者决定开展一项研究，以记录其在诊断能量范围内对X射线束的屏蔽强度。测量了窄束和宽束在不同切割厚度下的衰减。结果表明，与NIST表中的值相比，线性衰减系数较低;N100KeV为42%，N120KeV为18%。这些作者认为可能是由于杂质，因为增加的重量试图破坏其屏蔽能力或来自X射线的因素。然而，在宽波束衰减后，它仍然可以提供足够的屏蔽性能，最低厚度为4mm。

关键字

铅，衰减，宽束衰减，辐射，电炉工艺。

简介

屏蔽墙、地板和天花板的典型材料为铅、混凝土和重晶石[1］．铅以其硫化物(PbS)即方铅矿的形式广泛分布在世界各地。它在地壳元素的自然丰度中排名第36位。尼日利亚最重要的铅锌矿是Abakaliki油田，它由四个矿脉组成:Benue槽下部的Ishiagu、Enyigba、Ameki和Ameri。2］．尼日利亚有超过2000万吨复杂硫化物矿物的大型矿床，特别是在Ebonyi州的Ishiagu [3.］．据估计，尼日利亚的铅矿储量超过1000万吨，主要分布在Zamfara、尼日尔和Ebonyi州[4］．铅有几个优点，除了它的普遍性，高密度，低熔点，延展性和相对惰性抗氧攻击。铅矿很容易开采，而且比其他矿石更容易提取金属。

在尼日利亚，诊断健康中心在遵守辐射标准方面遇到了很多挑战。采用进口铅盾和普通厚混凝土缝进行改良;但对经济仍有影响。当地开采的铅可用于墙壁设计，目前处于不同的表征阶段。Olubambi [3.]对尼日利亚Ebonyi州Ishiagu的复杂硫化物矿石进行了矿物学表征，他们的研究提供了相关的矿物学信息，矿石的加工可以很容易地实现。Onyedika [5]利用XRD、SEM-EDX和ICP -DES制图技术对该矿床进行了详细的矿物学和元素表征，结果表明，最主要和最有价值的金属是铅。(Pb=95.02%质量分数)。Egwuonwu [6]将Ebonyi州Ishiagu的方铅矿样品与混凝土结合，并被塑造成不同的密度，以确定其对EM辐射的衰减能力。他们的研究结果表明，约2.80 g/cm3的典型Ishiagu方铅矿混凝土具有约2.51 mm TVL和0.81 mm HVL的屏蔽可见蓝光的能力。然而，他们的结果并没有确定衰减强度是方铅矿还是混凝土。Doyema的作品[7]和杰弗里[8]报告了严重的危害由于非法开采，尼日利亚北部的铅矿被大量开采。辛巴(9提出了一个理由环境解决尼日利亚北部儿童铅中毒的补救措施。

没有文献提供给我们相对纯化形式的沉积物的衰减强度诊断能量范围，这就是我们想要填补的真空。我们调查了整个联邦的所有放射治疗中心，发现用于墙壁设计的铅石膏都是从南非进口的。一些诊断中心的墙壁设计使用了我们当地开采的铅;它的屏蔽强度仅仅是基于假设。在一些国家，使用千伏x射线束进行放射治疗的情况越来越多，由于其成本低、操作相对自由和疗效优越，已成为放射治疗的一个组成部分[10，11］．目前，该国打算建造更多放射治疗中心遍布整个联邦。现有的宽束数据并不令人满意，根据Hoff [12];屏蔽材料的充分表征对于支持有效的辐射屏蔽设计过程是重要的。作者认为，这一研究结果将为埃邦伊州铅样品矿床的辐射屏蔽能力提供基本信息。公众人士及辐射工作者的辐射屏蔽及防护屏障计算，直接关系到已公布及现有数据的准确性[13］．

埃邦伊州石洲的地理位置与地质

石竹的边界为东经7°29′-7°35′，北纬5°43′-5°51′。石竹矿区地势低洼起伏。岩石过度断裂、褶皱和断裂(图1)．NW-SE向裂缝和脉石矿物中均有明显的裂缝充填特征[6］．

该遗址由砂、透镜状砂岩和石灰石、页岩、细粒云母砂岩和泥岩组成，年龄为Albian。方铅矿和闪锌矿是矿脉的主要成分[6，14］．铅、锌等重元素在石骨中的分布是由于它们存在于矿脉和细脉中。方铅矿赋存于矿化矿脉、矿堆、褶皱页岩、阿苏河页岩及小基性侵入岩[6，15］．

材料与方法

铅样本是从埃邦伊州Ishiagu矿区采集的。样品通过高炉工艺净化，然后被模压成平板，用于在窄束和宽束几何条件下向前X射线束传输。

窄束和宽束衰减

这些测量是用安装在伊巴丹大学辐射防护研究所的彗星MXR-320 x射线管完成的。设置草图如图所示图2。中暴露标准(MEES)被用来确定相对衰减不同厚度的衰减材料在滤光片的位置。衰减被定义为有和没有衰减材料的强度之比

我=_oe -μx (1)

其中I和I0是有和没有衰减材料厚度的强度，x在光束中。μ为线性衰减系数。光束质量和半值层的细节显示在表1而有效的传输的辐射质量表2。在我们的实验设置中，μ是由窄束几何设置确定的。X射线束从源使用一个圆柱形铅块与直径1厘米的中心孔准直。发射光束也使用类似的铅筒进行准直。我们考虑了窄束和宽束衰减测量，因为根据Das [10]，窄束数据不应用于器官屏蔽。临床需要BBA数据;尽管这取决于测量条件。检查了铅样品是否存在放射性，没有检测到背景辐射以上的辅助信号。

表1:研究中使用的辐射质量:N为窄束，B为宽束

表2:我们辐射束的有效透射率(%)。

剂量守则没有提供任何有关临床事项的指引，例如阔束衰减(BBA)数据[10］．在理想的宽梁几何中;每一个散射或次级不带电粒子/光子能量之外的透射光子能量撞击探测器，但只有在衰减器中由一个初级粒子在到达探测器的过程中产生，或者由一个初级粒子产生的次级带电粒子产生[16］．当我们的探测室在10厘米的范围内探测到²× 10厘米²；它接近于我们材料的BBA强度的现实情况

（2）

本研究使用的光束能量分别为100 KeV和120 KeV。10 × 10厘米的净化铅衰减器²采用全自动铅薄板轧机(87113)设计了2mm至6mm的精确厚度，并进行了称重。该探测器的设置是一个1 3 / 4“2”NaI(Ti)探测器耦合到一个由Broch Technologies提供的集成组件中的十倍光电倍增管。PMT阳极的输出脉冲通过前置放大器馈送到主线性放大器。使用Nucleonix 4k MCA记录光谱。对于每个衰减器厚度和能源，进行了五次测量以取平均值。在窄束衰减中，各种能量线中的总计数被确定并作为衰减器厚度的函数绘制在半对数图上。所得直线的斜率由线性方程计算。对于BBA;为了更好地显示每个衰减器的衰减强度，显示了指数传输曲线。

半值层(HVL)和十分值层(TVL)

半值层(HVL)是我们的铅样品的厚度，将光束的强度降低到其初始值的一半。

（3）

第十值层(TVL)类似于HVL，除了它是我们的铅样品的厚度，将光束的强度降低到每个初始值的十分之一。我们将为每一次能源使用确定这一点

TVL常用于x射线室屏蔽设计计算[17］．

铅厚度

铅切割被放置在皮肤表面，以塑造场的大小。铅片的厚度可根据已公布的数据或直接测量[10］．在我们自己的例子中，我们进行了直接测量。这种厚度也可以用于墙壁设计的屏蔽目的。

结果与讨论

这些空气科玛传输值被用来确定线性衰减系数(图3及4)和铅样品在BBA下的衰减能力。样品的密度为12.5 g/cm3。N100 KeV给出了40厘米的线性衰减^－1N120 KeV的线性衰减为39厘米^－1。美国国家标准与技术研究所(NIST)给出的质量衰减系数为5.549厘米²n100kev /g, 3.8 cm²/g用于N120 KeV [18］．我们的样品给出了3.2厘米的值²在误差分别为42%和18%的情况下，N100 KeV和N120 KeV的平均/g和3.12 (表3和表4)．这种偏差可能需要我们的样品进一步进行物理和化学分析。或者，Tsalafoutas [19]和罗西[20.]认为不同作者的原发性传播与HVLs一般不太一致。如Rossi所说[20.]，这些差异可能是由于发生器的波形、x射线束的HVL、辐照场的大小和用于计算高衰减HVL的衰减曲线的段。因此，比较不同的衰减特性材料不同的作者可能会得出误导性的结论。对应的HVL和第十值层(TVL)分别为0.017 cm和0.058 cm(根据eqns。(三)、(四)N100 KeV;而N120 KeV为0.018 cm和0.059 cm (图5及6)．

表3:衰减参数。

表4:质量衰减系数(cm2/g)与NIST值的比较。

利用宽束衰减来确定不同切割厚度的衰减能力。样品的厚度似乎与100 KeV和120 KeV的容量相似。2和3毫米的厚度不足以达到理想的屏蔽效果;而厚度为4mm及以上的屏蔽性能较好。

结论

与标准理论值相比，尼日利亚东南部Ebonyi州Ishiagu铅矿样品的衰减能力较弱;但仍可用于诊断成像范围内的辐射屏蔽。它还应经受进一步的考验物理和化学表征，以解释其线性衰减系数值与NIST表中给出的理论值或其他作者在使用相同X射线因子时的实验值的偏差。作者认为，某些杂质或其他化合物可能存在于样品中，这往往会破坏其屏蔽强度。对于100kev和120kev, 4mm的厚度足以提供所需的屏蔽。进一步增加厚度会导致不必要的成本。这种厚度也可用于诊断成像能量范围内的屏蔽目的，这是尼日利亚大多数诊断中心常见的。μ、TVL和HVL值在我们的研究中应作为使用该样品的数据库。

确认

我们要感谢高等教育任务基金(TETFUND)对这项工作的资助，以及伊巴丹大学辐射防护研究所的技术支持

参考文献

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