El rendiment del blindatge descriu com de bé una peça d'aliatge pesat de tungstè atenua els raigs gamma, els raigs -X i la radiació beta abans que arribin a un detector, un pacient, un operador o un aparell electrònic sensible. Els aliatges pesats de tungstè s'utilitzen per a col·limadors, escuts de xeringues, contenidors de blindatge, reixes multi-fulles, matrassos de transport d'isòtops i blocs-de feix perquè combinen una densitat propera a la del tungstè pur amb la mecanització d'un metall sinteritzat. El rendiment no és un sol número; és el resultat de cinc variables que interactuen.
Composició i densitat
El contingut de tungstè és la variable dominant. Els graus comercials contenen un 90%, 92,5%, 95% o 97% de tungstè en pes, el balanç és una matriu aglutinant de níquel-ferro, níquel-coure o níquel-ferro-coure que dóna al material la seva ductilitat. ASTM B777 cobreix aquestes quatre classes i assigna densitats nominals de 17,0, 17,5, 18,0 i 18,5 g/cm3 respectivament. Com que l'atenuació és proporcional al producte del coeficient d'atenuació de la massa i la densitat, un material de classe 4 dóna aproximadament un nou per cent més d'atenuació per mil·límetre de paret que un material de classe 1, i una peça es pot fer més fina per a la mateixa funció de blindatge. L'elecció del lligant és important per a la resistència a la corrosió i el comportament magnètic més que per a l'atenuació, ja que el níquel, el ferro i el coure tenen densitats molt més baixes que el tungstè.
Gruix i densitat de l'àrea
L'atenuació segueix una llei exponencial, de manera que el blindatge és un comerç entre el gruix de la paret i la transmissió acceptable en lloc d'una propietat que es pot citar com a percentatge. La variable pràctica és la densitat d'àrea, el producte de la densitat i el gruix. A 662 keV, l'energia gamma del cesi-137, el coeficient d'atenuació de la massa del tungstè és d'uns 0,0585 cm2/g, la qual cosa per a un aliatge de classe 3 a 18,0 g/cm3 dóna un coeficient d'atenuació lineal proper a 1,05 cm-1, una capa de valor mig 6 cm2 i prop d'una capa de valor mig de 0,6 cm2. Aquestes xifres són valors calculats per a un feix estret monoenergètic; En una instal·lació real, s'han de tenir en compte la dispersió i l'espectre d'energia de la font, i el gruix del disseny s'estableix normalment a partir de la transmissió requerida en lloc d'una figura de capa de mig valor.
| Classe, ASTM B777 | Contingut nominal de tungstè | Densitat nominal | Atenuació relativa per unitat de gruix |
|---|---|---|---|
| Classe 1 | 90% | 17,0 g/cm3 | Referència |
| Classe 2 | 92.5% | 17,5 g/cm3 | Al voltant d'un 3% més |
| Classe 3 | 95% | 18,0 g/cm3 | Al voltant d'un 6% més |
| Classe 4 | 97% | 18,5 g/cm3 | Un 9% més alt |
Geometria, articulacions i fuites de radiació
Un bloc dens només és tan bo com el seu camí més feble. Les juntes rectes entre els segments, els buits no segellats al voltant de les obertures del col·limador, les cantonades internes afilades i els forats dels cargols creen camins de flux que eviten el material a granel. Per tant, el rendiment en un conjunt real es regeix pel disseny de la junta--i-de solapament, esglaonat o llengüeta, i per l'espai lliure que permet la tolerància de mecanitzat. Per als col·limadors, el gruix de la fulla i l'espai entre fulles estableixen la resolució espacial, mentre que la profunditat total de la pila estableix l'atenuació del feix fora de l'-eix, de manera que les dues dimensions s'han d'especificar conjuntament.
Condició de la superfície, contaminació i radiació secundària
Les superfícies mecanitzades poden portar residus d'abrasius, òxids o refrigerants incrustats; les cremades i les micro-esquerdes poden obrir camins invisibles en una radiografia. Per a la radiació beta, de vegades es col·loca una capa de baix nombre atòmic al costat d'entrada per reduir la producció de bremsstrahlung, perquè aturar les partícules beta en un material de nombre atòmic alt genera raigs X-. La radiació dispersa i secundària s'ha d'avaluar per a tot el conjunt, no només per al feix primari, i qualsevol conjunt que formi part d'una instal·lació mèdica o nuclear ha de complir els requisits de disseny de blindatge i control de qualitat d'aquesta instal·lació.
Comprovacions d'especificacions de les peces comprades
Una especificació de compra per a components de blindatge hauria d'indicar la classe ASTM B777 o el contingut de tungstè requerit, la densitat i la seva tolerància, el sistema d'aglutinant, les dimensions acabades amb tolerància de gruix, la planitud i l'acabat superficial necessaris per a les cares d'acoblament i el mètode d'inspecció, normalment mesura de densitat en una mostra més inspecció dimensional de cada cara crítica. La inspecció per ultrasons o l'examen radiogràfic és adequat quan la porositat interna comprometi l'articulació o el gruix de la paret. Quan la peça tingui pressió o s'ha de tancar a un matràs, les propietats mecàniques i la prova de segellat s'han d'indicar per separat del requisit de blindatge.
Preguntes freqüents
Q:Un contingut de tungstè més alt sempre significa un millor blindatge?
R: Per mil·límetre de paret, sí, perquè la densitat és més alta. A igual massa, la diferència entre les classes és petita, de manera que la veritable pregunta és quant espai hi ha disponible en el muntatge i si el material més dur de classe 4 encara es pot mecanitzar amb les toleràncies requerides.
Q:Quin gruix ha de tenir una paret d'aliatge pesat de tungstè per al cesi-137?
R: Per a un feix estret, una dècima capa de valor és d'uns 2,2 cm en un aliatge de classe 3. Els dissenys pràctics solen requerir verificació mitjançant càlcul o prova, perquè l'acumulació-i la dispersió redueixen l'atenuació efectiva i la transmissió necessària depèn del límit de dosi de la instal·lació.
Q:Quina norma especifica els graus d'aliatge de tungstè d'alta densitat?
R: ASTM B777 especifica metall d'alta densitat base de tungstè en les quatre classes descrites anteriorment, amb densitats nominals de 17,0, 17,5, 18,0 i 18,5 g/cm3.
Q:L'aliatge pesat de tungstè és adequat per a instal·lacions de ressonància magnètica?
R: Només quan l'aplicació tolera el comportament magnètic de l'enquadernador. Els aglutinants que contenen níquel són ferromagnètics, de manera que s'ha de seleccionar un sistema d'aglutinants no-magnètics si el component es troba dins d'un camp magnètic fort.
Q:Com es verifica la densitat d'una peça acabada?
R: El mètode habitual és la prova d'immersió d'Arquimedes sobre un cupó o sobre la mateixa peça, reportada en funció de la densitat nominal amb la tolerància acordada, recolzada per la inspecció dimensional de les cares crítiques.
Q:L'aliatge pesat de tungstè es pot soldar o unir a altres metalls?
R: Es pot soldar, soldar o subjectar-se mecànicament amb bons resultats quan la junta està dissenyada per a la diferència d'expansió tèrmica entre l'aliatge i el material d'acoblament. Normalment no es recomana la soldadura per fusió de material ric en tungstè.
