李卓琳，牟文英，丁玉梅

（1.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100029；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100029）

0 前言

隨著核科學(xué)與醫(yī)學(xué)的發(fā)展，放射醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。人們開始逐漸利用電離輻射與放射性核素進(jìn)行診斷成像與治療，主要應(yīng)用在腫瘤、心血管以及骨科等的X射線、CT造影和介入手術(shù)中。醫(yī)用射線設(shè)備有X射線機(jī)、CT機(jī)、C型臂、中子發(fā)生器等。醫(yī)用含放射源設(shè)備有骨密度儀（X射線）、γ射線相機(jī)、γ射線刀、鈷60治療機(jī)、血液輻照儀、植入體內(nèi)治療用的125I、192Ir、198Au等。這些放射性設(shè)備均在醫(yī)院的放射區(qū)內(nèi)，放射區(qū)的墻體、玻璃均為防輻射材料，但醫(yī)護(hù)人員長(zhǎng)時(shí)間工作在放射區(qū)，需要更完善的保護(hù)措施。

醫(yī)用防輻射服，主要用于醫(yī)護(hù)人員進(jìn)入放射區(qū)時(shí)穿著，用來(lái)遮擋放射診斷和治療時(shí)的各類雜散射線，主要為X射線和γ射線。X射線的波長(zhǎng)很短，具有很強(qiáng)的穿透力，能穿透不同密度的物質(zhì)，并在穿透過(guò)程中受到一定程度的吸收，即衰減。X射線通過(guò)任何物質(zhì)都可以產(chǎn)生電離效應(yīng)，進(jìn)入人體也產(chǎn)生電離作用，會(huì)使人體產(chǎn)生生物學(xué)方面的改變，從而引發(fā)疾病，即生物效應(yīng)。γ射線由法國(guó)科學(xué)家維拉德發(fā)現(xiàn)，是原子核能級(jí)躍遷蛻變時(shí)釋放出的射線，又稱γ電子流。γ射線具有極強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，人體受到γ射線照射時(shí)，體內(nèi)細(xì)胞發(fā)生電離作用。電離產(chǎn)生的離子使蛋白質(zhì)、核酸和酶等細(xì)胞主要成分遭到破壞，導(dǎo)致人體內(nèi)正?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程受到干擾，甚至使細(xì)胞死亡。

防輻射材料是通過(guò)物質(zhì)對(duì)電離輻射的吸收完成的，主要為能量吸收和粒子吸收，如圖1。防輻射物質(zhì)與高能射線作用時(shí)，能量吸收占主導(dǎo)地位，如康普頓散射；與中能和低能射線作用時(shí)，粒子吸收占主導(dǎo)地位，如光電效應(yīng)?？灯疹D散射是射線粒子與防輻射物質(zhì)的原子或原子核反復(fù)碰撞，使射線粒子的能量被耗盡。光電效應(yīng)是射線粒子與防輻射物質(zhì)的原子核外電子作用，射線粒子的能量全部轉(zhuǎn)移給電子，能量最后通過(guò)熱能或次級(jí)射線形式釋放。

圖1 防輻射材料射線屏蔽原理Fig.1 Radiation shielding principle of anti radiation materials

目前的醫(yī)用防輻射服主要為含鉛防護(hù)服，即鉛衣。無(wú)鉛防護(hù)材料已有許多相關(guān)研究，但未形成令人滿意成熟的產(chǎn)品。本文介紹了醫(yī)用含鉛防護(hù)服的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀，以及無(wú)鉛防輻射材料的研究進(jìn)展。

1 含鉛防護(hù)服發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀

防輻射服最早為軍工用品，給雷達(dá)、微波通訊部門等的工作人員使用。1918年，美國(guó)學(xué)者W.S.Gorton就對(duì)鉛橡膠屏蔽X射線的鉛當(dāng)量進(jìn)行了研究。20世紀(jì)早期，我國(guó)的放射醫(yī)學(xué)才開始興起，至今約有百年的歷史。

1.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)第一部放射衛(wèi)生防護(hù)法規(guī)《放射性工作衛(wèi)生防護(hù)暫行規(guī)定》于1960年頒布，從此奠定了我國(guó)發(fā)展放射衛(wèi)生防護(hù)事業(yè)的基礎(chǔ)。但從建國(guó)至八十年代末，射線防護(hù)器材的生產(chǎn)、銷售、研制開發(fā)和應(yīng)用處于一種沒(méi)有任何監(jiān)管部門對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督監(jiān)測(cè)管理的無(wú)序狀況下進(jìn)行的。衛(wèi)生部于1988年發(fā)布了《射線防護(hù)器材防護(hù)質(zhì)量管理規(guī)定》（GWF 02-88）。1989年國(guó)務(wù)院發(fā)布了第44號(hào)令《放射性同位素與射線裝置放射防護(hù)條例》，2019年進(jìn)行了第二次修訂。

根據(jù)《X射線防護(hù)服》（GB 16757—1997），我國(guó)X射線防護(hù)服按照鉛當(dāng)量不同分為3個(gè)等級(jí)，鉛當(dāng)量為0.25 mm Pb為Ⅰ等級(jí)，鉛當(dāng)量為0.35 mm Pb為Ⅱ等級(jí)，鉛當(dāng)量為0.5 mm Pb為Ⅲ等級(jí)[1]。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)鉛橡膠、鉛塑料和其他復(fù)合材料制作的供接觸X射線人員穿用的防護(hù)服，并非針對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生用防輻射服。

對(duì)于醫(yī)用防輻射服目前尚無(wú)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但有醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。《醫(yī)用診斷X射線輻射防護(hù)器具第3部分：防護(hù)服和性腺防護(hù)器具》（YY 0318—2000）規(guī)定了操作人員使用的防護(hù)裙分為輕型和重型。按照X射線防護(hù)服分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，醫(yī)用防輻射服等級(jí)為Ⅰ、Ⅱ的防護(hù)服。在一般工作場(chǎng)所，或輻射源安裝了一定的防護(hù)裝置的情況下，使用防護(hù)等級(jí)為Ⅰ的防護(hù)服[2]。

目前防輻射服的防輻射性能主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為鉛當(dāng)量。其他有關(guān)的屏蔽性能參數(shù)也在許多相關(guān)研究中出現(xiàn)，如半值層、平均自由程、屏蔽效率、質(zhì)量衰減系數(shù)、線性衰減系數(shù)等。

防輻射服除滿足屏蔽性能要求外，還要滿足其他的防護(hù)性能與物理性能要求，如阻隔性能、力學(xué)性能、物理性能、舒適性能等。其中阻隔性能包括抗?jié)B水性、透濕量、細(xì)菌穿透性、抗血液和體液傳播病原體穿透性能等；力學(xué)性能包括斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、抗穿刺性、撕破強(qiáng)力等；物理性能包括阻燃性能、抗靜電性、過(guò)濾效率等；舒適性能包括透氣性、透濕性、熱阻和溫阻等。

不同的檢查類型，醫(yī)護(hù)人員所需的防護(hù)程度也不同，具體見(jiàn)表1[3]。

表1 工作人員防護(hù)用品和輔助防護(hù)設(shè)施配置要求[3]Tab1 Personnel protective equipment and auxiliary protective equipment configuration requirements[3]

1.2 檢測(cè)方法

X射線防護(hù)服最重要的鉛當(dāng)量檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)鉛片替代法，用電離室式X射線照射量測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)鉛片或樣品衰弱后的照射量率，用作圖內(nèi)插法求出樣品鉛當(dāng)量。用于試驗(yàn)的X射線應(yīng)是寬束，若試樣較小或試樣鉛當(dāng)量均勻時(shí)，可用窄束。寬束與窄束的試驗(yàn)條件略有區(qū)別，如圖2和表2。

圖2 鉛當(dāng)量試驗(yàn)裝置[1]Fig.2 Lead equivalent test device[1]

表2 鉛當(dāng)量試驗(yàn)條件[1]Tab.2 Lead equivalent test conditions[1]

除此之外，外觀質(zhì)量在正常自然光或200 lx光源下目測(cè)觀察，規(guī)格尺寸由精度為1 mm的量具檢驗(yàn)。物理性能檢測(cè)方法鉛橡膠和鉛塑料不同，鉛橡膠按照GB 528、GB 531、GB/T 529規(guī)定進(jìn)行，鉛塑料按照 GB 1040、GB 2411規(guī)定進(jìn)行[1]。

1.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)保護(hù)人體部位的不同，鉛衣分為鉛馬甲、鉛圍裙、鉛內(nèi)褲、鉛圍脖、鉛帽、鉛手套和鉛眼鏡等。含鉛防護(hù)服其屏蔽材料為鉛，鉛對(duì)X射線的屏蔽效率達(dá)90%。為了提高防輻射性能，可將鎢酸鉛PbWO4作填充料。鎢酸鉛的粒度大小直接影響它對(duì)電離輻射的防護(hù)能力。當(dāng)鎢酸鉛作為填料填充至防護(hù)器具中后，粒度越小其分散越均勻，防護(hù)器具的防護(hù)能力越好[4]。

目前，對(duì)于鉛衣的研究更加傾向于通過(guò)外部裝置減輕穿戴者的負(fù)重、鉛衣架的設(shè)計(jì)及鉛衣消毒管理辦法的研究。常見(jiàn)的減輕穿戴者負(fù)重的方法有通過(guò)外部懸掛移動(dòng)裝置吊起鉛衣或利用外骨骼支持鉛衣。余巧生等[5]設(shè)計(jì)的零重力鉛衣輻射防護(hù)系統(tǒng)，供手術(shù)中醫(yī)務(wù)人員使用，配有帶鉛玻璃面罩的鉛衣由吊架吊起，并能進(jìn)行小范圍移動(dòng)和調(diào)節(jié)。Collins等[6]設(shè)計(jì)的人體外骨骼可通過(guò)腰部固定，在肩膀處起到支撐重物的作用。

在改善舒適性方面，石英豪[7]發(fā)明的防護(hù)鉛衣背面設(shè)有通風(fēng)口進(jìn)行通風(fēng)換氣，且背撐機(jī)構(gòu)設(shè)有兩個(gè)透氣風(fēng)扇，改善長(zhǎng)時(shí)間穿戴鉛衣產(chǎn)生的悶熱感，提高舒適性。為了適應(yīng)不同醫(yī)生的身材，方便各輪班醫(yī)生使用，常用魔術(shù)貼來(lái)增大鉛衣的調(diào)節(jié)余量，滿足穿戴需求。

但目前醫(yī)院廣泛使用的鉛衣仍為普通鉛衣。它存在著一些缺點(diǎn)，一方面鉛毒性大，廢棄物可能會(huì)污染環(huán)境，另一方面，鉛的輻射吸收能力會(huì)隨著電離輻射能量的升高而迅速減弱，在鉛的弱吸收區(qū)（40～80 keV）吸收效果薄弱。此外，鉛衣過(guò)于沉重笨拙，醫(yī)護(hù)人員長(zhǎng)時(shí)間穿著會(huì)感到不適，但因?yàn)榧夹g(shù)較成熟，應(yīng)用比較廣泛。

2 無(wú)鉛防輻射服

無(wú)鉛防護(hù)服的研究仍在探索中，目前無(wú)成熟的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)無(wú)鉛防護(hù)服產(chǎn)品較少，國(guó)外的無(wú)鉛防輻射服種類較多。RST公司的Demron防護(hù)服具有良好的X射線屏蔽性能，無(wú)生物毒性，但是價(jià)格昂貴，且對(duì)外封鎖制備技術(shù)。BarRay公司以無(wú)鉛橡膠作為基材，開發(fā)了47694型無(wú)鉛醫(yī)用射線防護(hù)圍領(lǐng)等人體防護(hù)裝置，產(chǎn)品鉛當(dāng)量達(dá)到0.5 mm Pb。INFAB公司開發(fā)了用于介入治療的DC-25型無(wú)鉛頭部防護(hù)裝置（Lead Free Disposable Thinking Cap），該產(chǎn)品能適應(yīng)不同頭部形狀，產(chǎn)品質(zhì)量輕，易降解。該公司還將鉍（Bi）作為功能粒子，在具有良好芯吸性能的織物上涂層，開發(fā)了455001型無(wú)鉛小臂X射線防護(hù)裝置（Forearm Radiation Protection），該產(chǎn)品具有環(huán)保、舒適、易裝備的特點(diǎn)。INFAB公司上述產(chǎn)品的核心技術(shù)路線為KIARMOR Bi-layer，即使用Bi作為功能粒子，通過(guò)涂層法開發(fā)X射線防護(hù)裝置。

2.1 技術(shù)工藝

有研究表明，幾乎所有的塑料和橡膠制品加入X射線屏蔽材料都可以制成X射線防輻射材料。常見(jiàn)的成型方法有紡絲法、涂覆法、熱壓成型法等。

圖3 國(guó)外無(wú)鉛防輻射產(chǎn)品Fig.3 Lead-free radiation protection products abroad

紡絲法通常有靜電紡絲、溶液紡絲或熔融紡絲。靜電紡絲法是聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中進(jìn)行噴射紡絲，這種方式可以生產(chǎn)出納米級(jí)直徑的聚合物細(xì)絲。項(xiàng)長(zhǎng)龍[8]在30℃的紡絲條件下，添加15%的過(guò)氧化二異丙苯（DCP）交聯(lián)，制備了TPU/Gd（MAA）3靜電紡絲納米纖維膜，但射防護(hù)性能最高僅有0.041 mm Pb，可以考慮作為防輻射的輔助材料。

涂覆法是將有屏蔽效用的功能粒子與樹脂混合制成涂層液在織物上涂覆。樓鵬飛等[9]將界面改性劑40 g與稀土氧化物70 g混合后，涂覆于熔噴非織造布表面，再進(jìn)行層壓、靜置、固化，最使復(fù)合材料的鉛當(dāng)量達(dá)到了0.38 mm Pb，同時(shí)稀土在復(fù)合材料中具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

熱壓成形法使塑料或橡膠加工方法的一種。張啟馨[10]使用混合鑭系元素的細(xì)粒材料與載體材料塑料或橡膠均勻揉合在一起，使用熱壓成型。樣品檢測(cè)的鉛當(dāng)量可以超過(guò)0.5 mm Pb，與鉛當(dāng)量相同的含鉛防護(hù)產(chǎn)品比較，質(zhì)量可以減輕32%～40%，北京偉龍科儀貿(mào)易有限公司根據(jù)這一研究研制了新型無(wú)鉛防輻射服。

除此之外，還可以利用混紡技術(shù)使金屬纖維與紡織纖維混織，制成防輻射面料。陳嘉新等[11]使用的金屬混紡紗是很微細(xì)的金屬絲段，在棉紡時(shí)一起添加進(jìn)去，制成紗線，將該紗線編織到織物中，從而產(chǎn)生抗電磁輻射的功效，且防輻射效力均勻。陶麗珍等[12]錦綸鍍銀長(zhǎng)絲和不銹鋼金屬絲對(duì)頻率為2 250～2 610 MHz范圍內(nèi)的電磁輻射的屏蔽率整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)覆蓋系數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電磁輻射屏蔽率均超過(guò)99.99%。孟靈靈等[13]以不銹鋼包芯紗與滌綸長(zhǎng)絲為材料，測(cè)量不同不銹鋼絲含量，不同織物組織結(jié)構(gòu)和密度下的電磁屏蔽效果。得到結(jié)果為不銹鋼絲含量越多，其電磁屏蔽效果越好；緯平針組織試樣較1＋1羅紋組織電磁屏蔽效果佳；織物密度越大，其電磁屏蔽效果越明顯。張麗娟[14]對(duì)石墨烯復(fù)合纖維防輻射性能進(jìn)行了初步探究，建立了70 D石墨烯錦綸復(fù)合長(zhǎng)絲織物仿真模型試樣，對(duì)其進(jìn)行屏蔽效能測(cè)試，結(jié)果并不理想。功能紗線網(wǎng)格尺寸對(duì)試樣屏蔽效能有顯著影響，需提高復(fù)合紗線中石墨烯的含量或進(jìn)一步研發(fā)具有高屏蔽效能的織物仿真模型。

2.2 金屬元素屏蔽材料

稀土元素即化學(xué)元素周期表中的鑭系元素。1988年杜國(guó)源[15]對(duì)稀土元素防輻射特性作出了研究，指出稀土元素能有效地吸收熱中子。鑭系稀土元素的K層能量吸收邊從鑭的38.9 keV到镥的63.3 keV，可以有效地彌補(bǔ)鉛的弱吸收區(qū)。目前的研究較多的防輻射稀土元素有鑭、釤、釓等。谷春燕等[16]使用納米氧化鑭與等規(guī)聚丙烯經(jīng)過(guò)密煉、熔融紡絲制備了復(fù)合纖維。La等[17]制備了均勻的亞微米氧化釓（Gd2O3）懸浮液，檢測(cè)了低體積分?jǐn)?shù)的情況下對(duì)X射線的屏蔽率。高世雙等[18]以硬脂酸為表面改性劑制備了改性氧化釤（Sm2O3）漿料，制備了氧化釤/丁基乳膠防輻射復(fù)合材料，氧化釤添加量達(dá)到20份時(shí)，復(fù)合乳膠力學(xué)性能較優(yōu)。劉力等[19]用機(jī)械共混法制備了聚氨酯/氧化釤熱塑性彈性體復(fù)合材料，在Sm2O3用量為500份時(shí)，復(fù)合材料具有較好的加工流動(dòng)性。以上幾種稀土元素防護(hù)材料的防護(hù)效果見(jiàn)表2，可見(jiàn)稀土元素的防輻射性能優(yōu)異，但基材對(duì)材料的防輻射性能也有一定影響。TPU硬度大、強(qiáng)度高、彈性好，且有一定的防輻射性能，是比較適合的防輻射服基材之一。

表2 幾種稀土元素及其化合物的屏蔽性能Tab.2 Shielding properties of several rare earth elements and their compounds

稀土元素防輻射性能優(yōu)異，但稀土開采污染嚴(yán)重，有時(shí)還伴隨著釷、鈾等放射性物質(zhì)污染，且鑭系元素混合物彼此之間的化學(xué)性質(zhì)十分相似，將它們之間相互分離純化的成本很高，所以輻射防護(hù)材料中的鑭系元素物質(zhì)很多都是混合物，然而很多鑭系元素化合物具有毒性，混合鑭系元素材料使用時(shí)可能導(dǎo)致環(huán)境的二次污染及造成潛在人體傷害。因此人們也在探索其他金屬元素替代鉛的可能性。

鎢、鈷、鉍是除稀土元素外研究較多的防輻射金屬元素。鎢具有很好的屏蔽中子與γ射線的能力，且無(wú)毒害，是良好的輻射屏蔽劑。鉍的氧化物如Bi2O3，Bi-NaO3，BiN3O9，具有一定的防輻射性能。

夏云峰等[20]將鎢、鈷和鉀、鈉等金屬元素以一定比例制成防護(hù)服，這種防護(hù)服密度更小，更柔軟，輻射阻擋率最高可達(dá)85.2%。楊濤等[21]在鎢粉的表面包裹聚多巴胺薄膜，利用聚多巴胺對(duì)金屬離子的螯合作用吸附釓離子，經(jīng)過(guò)高溫煅燒制成鎢/氧化釓，使用涂層方法制成面料，入射能量為83 keV時(shí)對(duì)X射線防護(hù)效率達(dá)到65.5%，鉛當(dāng)量為0.405 1 mmPb。Kim等[22]采用等離子熱噴涂工藝將鎢粉噴涂在織物上以保證其柔韌性。涂層厚度為0.2 mm，與厚度為0.2 mm的標(biāo)準(zhǔn)鉛相比，屏蔽效率比鉛材料低約15%，但柔韌性更好，在改進(jìn)工藝條件后，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用與自動(dòng)化生產(chǎn)。AbuAIRoos等[23]探討了實(shí)時(shí)變形鎢橡膠（STR）在全皮膚電子束治療中對(duì)甲片的輻射防護(hù)，厚度為4 mm的STR與厚度為3 mm的鉛有相同的屏蔽性能，屏蔽率約為100%。袁祖培等[24]使用微納米非鉛金屬粉體作為屏蔽劑，并加入新型材料石墨烯微片，與金屬粉體產(chǎn)生協(xié)同屏蔽效應(yīng)，形成的防護(hù)服質(zhì)量輕，防護(hù)性能好，還有耐熱老化、耐寒、防塵等優(yōu)點(diǎn)。微納米非鉛金屬粉體包括鎢金粉、納米晶、納米石墨烯、金屬硅粉等[25]。

Kang 等[26]將 Bi2O3、BiNaO3、BiN3O9等與聚氨酯樹脂制成的復(fù)合材料經(jīng)8層層壓后，屏蔽效率可達(dá)90%以上，且具有良好的力學(xué)性能。Seon Chill Kim等[27]在液態(tài)硅中添加BaSO4和Bi2O3并在非織造布上進(jìn)行涂層，用這種方法制成的防輻射圍裙與傳統(tǒng)含鉛防護(hù)圍裙相比，防護(hù)效果相同但質(zhì)量可以低至2.75 kg，同時(shí)還檢測(cè)了距輻射源不同距離的屏蔽射線率，其中0.5 m處屏蔽率為80%。Singh等[28]開發(fā)了一種聚氯乙烯（PVC）、氧化鉍（Bi2O3）和硫酸鋇（BaSO4）基X射線屏蔽系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的X射線衰減性能，在600份（質(zhì)量份，下同）條件下鉛當(dāng)量可以達(dá)到0.4 mm Pb，且隨著添加量的增加，鉛當(dāng)量也隨之提升。陳曉峰[29]使用Bi2O3作為防輻射屏蔽材料，設(shè)置了由納米鉍纖維制成的X射線防護(hù)纖維網(wǎng)層，提升了材料的抗拉伸效果，配合TPU樹脂，使得材料抗變形性能更佳。Toyen等[30]將 Fe3O4、W2O3和 Bi2O3分別 添加 到 天然 橡膠（NR），測(cè)試其γ射線屏蔽、固化特性、力學(xué)性能等。其中Bi2O3濃度為300/500份的NR復(fù)合材料的質(zhì)量衰減系數(shù)（μm）在其他復(fù)合材料中最高，甚至高于用相同裝置測(cè)量的鉛片質(zhì)量衰減系數(shù)，添加其他氧化物的復(fù)合材料防輻射性能也有不同程度的提高。而Poltabtim等[31]也引入了金屬氧化物 Fe3O4、W2O3或 Bi2O3，在 0、100、300和500份條件內(nèi)，開發(fā)了以三元乙丙橡膠復(fù)合材料為基礎(chǔ)的柔性、無(wú)鉛、屏蔽γ射線的材料。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4、W2O3和Bi2O3是有效屏蔽γ射線的活性填料，其屏蔽能力可與含鉛材料相媲美。其他鉍的復(fù)合材料如輕質(zhì)鈦酸鉍（Bi4Ti3O12）納米-環(huán)氧樹脂復(fù)合物也可作為防X射線材料[32]。

鐵氧體具有強(qiáng)磁性與高電阻率的特點(diǎn)，使用氧化石墨烯（rGO）對(duì)其進(jìn)行摻雜，以提高材料的吸波與電磁屏蔽效果。張瀟等[33]采用水熱法制備了具有優(yōu)秀吸波性能的rGO/錳鋅鐵氧體復(fù)合材料。當(dāng)rGO/錳鋅鐵氧體復(fù)合材料的摻雜比為1∶2時(shí)，厚度為3.5 mm且頻率為7.05 GHz處測(cè)得最小反射損耗為-51.1 dB，有效吸收頻寬為2.83 GHz。鐵/硅橡膠復(fù)合材料也可作為防護(hù)材料，張晶晶等[34]以機(jī)械共混法制備鐵含量為30%的復(fù)合材料綜合性能最佳，比純硅橡膠的屏蔽性能提高了19.3%，再繼續(xù)提高鐵的含量，屏蔽性能未得到大幅改善，反而力學(xué)性能降低。

上述所用材料及屏蔽效果見(jiàn)表3，綜合來(lái)看，鎢、鉍作為屏蔽材料可以獲得較好的防輻射性能。其他金屬材料鈷、鐵等可通過(guò)與鎢、鉍等材料的復(fù)合，作為輔助屏蔽劑，改善性能。

表3 幾種金屬及其化合物的屏蔽性能Tab.3 Shielding properties of several metals and their compounds

2.3 非金屬屏蔽材料

非金屬化合物防輻射材料主要有硼、聚酰亞胺、聚醚醚酮、碳納米管等復(fù)合材料。

10B具有較大的中子吸收截面，且二次發(fā)射γ射線的能量較低，含硼及其化合物的高分子材料是防輻射材料的主要功能性添加劑。王玉敏等[36]利用真空熱壓等方法制備的連續(xù)單絲硼纖維增強(qiáng)含硼聚乙烯復(fù)合材料，對(duì)0.025 eV中子屏蔽率＞99%，對(duì)0.5 eV中子屏蔽率＞65%，對(duì)小于150 keV的γ射線屏蔽率＞10%，并兼顧良好的力學(xué)性能、無(wú)毒性和舒適性。

Almurayshid等[37]進(jìn)行的防輻射效果檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在近80 keV的條件下，含有SiC（30%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、Si（15%）、B4C（15%）、SiC（15%）、B4C（15%）的聚合物復(fù)合材料能夠阻擋90%～91%的X射線。

聚酰亞胺（PI）是耐輻射纖維之一，20世紀(jì)60年代由美國(guó)成功開發(fā)，具有突出的耐高溫、耐輻射、阻燃等特性。聚酰亞胺由于其芳香環(huán)的碳氧雙鍵形式的分子結(jié)構(gòu)決定了其耐輻射、耐熱、分子鏈不易斷裂等一系列優(yōu)良性能。聚酰亞胺纖維在受到高能輻射后不產(chǎn)生輻射交聯(lián)和化學(xué)降解的反應(yīng)，而且仍然具有物理機(jī)械性能并且仍有使用價(jià)值，因此，稱之為耐輻射纖維。宗德超[38]采用不同的方式將納米黏土（OMMT）、石墨型氮化碳（g-C3N4）和碳納米管（CNT）和鉛離子（Pb2+）作為輻射屏蔽劑引入了聚酰亞胺體系中，其設(shè)計(jì)的材料都有較好的熱性能并增強(qiáng)了材料對(duì)γ射線的屏蔽效果。

聚醚醚酮（PEEK）材料與其他高分子材料相比具有優(yōu)異的耐輻射性、超強(qiáng)的力學(xué)性能。韓冰[39]制備了輕質(zhì)多孔PEEK/CF/CNT復(fù)合材料，其電磁屏蔽效果超過(guò)商用電磁屏蔽材料標(biāo)準(zhǔn)。

由聚二甲基硅氧烷（PDMS）衍生而來(lái)的合成聚合物硅橡膠（SR）材料具有高彈性、高抗輻照性、低毒性等特點(diǎn)。含硼材料對(duì)熱中子具有有效的吸收作用，因此硅橡膠與六方氮化硼的復(fù)合材料是一種很好的中子屏蔽材料候選材料。在Tongu?等[40]的研究中，硅橡膠（聚二甲基硅氧烷）與六方氮化硼結(jié)合硫化，并進(jìn)行了機(jī)械、熱和中子衰減試驗(yàn)。對(duì)含有30%hBN、厚度為6.9 mm的陶瓷橡膠復(fù)合材料，衰減率（I/Io）為60.7%。硅橡膠與六方氮化硼復(fù)合材料具有良好的柔韌性和中子吸收能力，是一種適合于屏蔽的材料。

本征型導(dǎo)電聚合物聚吡咯無(wú)細(xì)胞毒性，具有良好的組織相容性和導(dǎo)電性，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)與電磁屏蔽領(lǐng)域。Pomposo等[41]用乙烯/乙酸乙烯酯共聚物與聚吡咯熔融共混制備黏著劑，該黏著劑具有良好的力學(xué)性能和電磁防護(hù)性能。王利君等[42]制備了一種聚吡咯/棉高分子涂覆類織物，電磁屏蔽效能最高可達(dá)22 dB。

碳納米管可以清除輻射產(chǎn)生的自由基，減少自由基對(duì)分子鏈的破壞。劉義等[43]使用碳納米管（CNTs）對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂（EP/CF）復(fù)合材料進(jìn)行基體改性、界面改性、基體和界面同時(shí)改性，結(jié)果顯示改性后的CF/EP彎曲性能、耐疲勞性和熱穩(wěn)定性都有所提高。

上述部分非金屬材料的屏蔽性能見(jiàn)表4。非金屬材料最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕，為了改善現(xiàn)有鉛衣笨重的缺點(diǎn)，研究防輻射性能好的非金屬材料是必不可少的。硼及其化合物主要對(duì)中子輻射的屏蔽效果較好，對(duì)X射線，γ射線的屏蔽效果一般。高分子材料一般是作為防輻射服的基材使用，但PI、PEEK、PDMS、聚吡咯等也具備一定的防輻射功能，通過(guò)與合適的屏蔽劑配合使用，能達(dá)到不錯(cuò)的防護(hù)效果。碳納米管可以作為輔助材料改善材料的各方面力學(xué)性能。從前人們的經(jīng)驗(yàn)中可以看出，防輻射材料應(yīng)該從各種材料復(fù)合的角度去研究，充分利用各種材料的特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能得到性能優(yōu)異的防輻射材料。

表4 幾種添加非金屬元素材料的屏蔽性能Tab.4 Shielding properties of several materials with added non-metallic elements

2.4 各類防輻射材料比較

鉛衣目前應(yīng)用廣泛，但質(zhì)量大，有毒性。無(wú)鉛的防輻射服質(zhì)量輕、舒適性好，但技術(shù)不成熟，應(yīng)用較少。這幾種防輻射服的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表5。

表5 幾種防輻射服的優(yōu)缺點(diǎn)比較Tab.5 Comparison of advantages and disadvantages of several radiation protective suits

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有鉛衣質(zhì)量大，有毒性，廢棄物會(huì)污染環(huán)境，但因?yàn)榧夹g(shù)成熟，防輻射效果好而廣泛應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)有鉛衣，需要提高其穿戴舒適性，減輕負(fù)重。為鉛衣配套移動(dòng)支撐裝置，是減輕醫(yī)務(wù)人員的負(fù)重最主要的方法。同時(shí)醫(yī)院要完善消毒和管理機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)醫(yī)務(wù)人員的使用培訓(xùn)，提高職業(yè)防護(hù)意識(shí)。但解決醫(yī)用防輻射服笨重，穿戴不適的關(guān)鍵所在是探索更輕質(zhì)，防輻射性能更好，更具經(jīng)濟(jì)效益的防輻射材料。

無(wú)鉛防輻射材料質(zhì)量輕、防護(hù)性能也能達(dá)到較好的效果，是未來(lái)醫(yī)用防輻射服的發(fā)展方向。無(wú)鉛防輻射服主要的制造工藝有紡絲法、涂覆法和熱壓成型等。其中涂覆法工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣，可以作為大批量生產(chǎn)的技術(shù)路線。

非鉛防輻射材料主要有金屬材料和非金屬材料。目前金屬元素尤其是稀土元素，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了它優(yōu)越的防輻射性能。但稀土元素也存在著潛在的污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，另外其高成本也不利于在市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用。其他金屬如鎢、鉍、鐵等也可以根據(jù)一定質(zhì)量比例混合，形成防輻射性能較好的，能夠替代鉛的防輻射材料。非金屬防輻射材料的研究不如金屬材料多，其中硼、碳化硅等可以不同程度地提高材料的防輻射性能。新型的高分子材料如PI、PEEK、PDMS等，可以考慮作為防輻射服的基材，起到增強(qiáng)防輻射效果的輔助功能。此外，可以多關(guān)注碳納米管、石墨烯等新型材料在防輻射中的應(yīng)用。

未來(lái)的醫(yī)用防輻射服一定是朝著輕質(zhì)、高效、無(wú)污染的方向發(fā)展，提高醫(yī)護(hù)人員工作的舒適性，保障醫(yī)護(hù)人員的健康安全，保持生態(tài)環(huán)境的清潔。最后，不論醫(yī)用防輻射服添加何種屏蔽劑，除了關(guān)注其防輻射性能外，還要考慮其力學(xué)性能、制備難易、對(duì)環(huán)境的影響、成本等多方面的因素，滿足醫(yī)用防護(hù)服的各項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。