Röntgensäteilyn vaimeneminen hiilinanoputkilla kyllästetyssä selluloosakuitulevyssä
Yliaska, Nina (2014)
Yliaska, Nina
Oulun ammattikorkeakoulu
2014
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2014083113663
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2014083113663
Tiivistelmä
Säteilylaitteiden käyttötilojen säteilysuojaus on suunniteltava ja rakennettava siten, ettei säteilyn käytöstä aiheudu varaa työntekijöille tai muille henkilöille. Käytetyimpiä suojausmateriaaleja ovat lyijy ja betoni. Alustavien tutkimusten mukaan hiilinanoputkien (carbon nanotubes, CNT) on havaittu vaimentavan röntgensäteilyä tehokkaasti ja Mfibrils Oy on kiinnostunut hyödyntämään tätä ominaisuutta kehittäessään uusia entistä kevyempiä ja ohuempia vaimennusmateriaaleja.
Tässä työssä tutkittiin röntgensäteilyn vaimenemista hiilinanoputkilla kyllästetyssä selluloosakuitumateriaalissa. Työn tarkoituksena oli määrittää kokeellisten mittausten avulla kyseisen materiaalin matkavaimennuskerroin ja puoliintumispaksuus sekä tarkastella eri mittausasetelmien avulla vaimennusmateriaalissa syntyvän sekundaarisäteilyn vaikutusta puoliintumispaksuuteen. Tavoitteena on tuottaa Mfibrils Oy:lle tietoa sekä testimateriaalin ominaisuuksista että eri mittausasetelmista. Saatua tietoa voidaan hyödyntää uusien vaimennusmateriaalien kehittelyssä ja jatkotutkimusten suunnittelussa.
Mittaukset suoritettiin Oulun ammattikorkeakoulun sosiaali- ja terveysyksikön röntgenharjoitteluluokassa. Mittalaitteena käytettiin Unfors Mult-O-Meter 581 -mittaria ja kaikki mittaukset tehtiin leveän keilan geometriassa. Materiaalin matkavaimennuskerroin määritettiin 100 kV putkijännitteellä ja puoliintumispaksuus määritettiin 50 kV, 70 kV, 100 kV, 125 kV ja 140 kV putkijännitteillä. Eri mittausasetelmien avulla tarkasteltiin myös sekundaarisäteilyn vaikutusta puoliintumispaksuuteen.
Mittausten perusteella CNT-kuitumateriaalin puoliintumispaksuus on monisatakertainen verrattuna lyijyn puoliintumispaksuuteen, mutta ero betonin puoliintumispaksuuteen on huomattavasti pienempi. 50 kV:n putkijännitteellä säteilymäärän puolittamiseen tarvitaan CNT-kuitumateriaalia 4,3-kertainen paksuus betoniin verrattuna, ja 125 kV:n putkijännitteellä annoksen puoliintumiseen riittää 2,5-kertainen määrä CNT-kuitumateriaalia betoniin verrattuna. Mittauksissa käytetyt eri mittausasetelmat osoittivat, että sekundaarisäteilyä syntyy merkittävästi myös kevyissä materiaaleissa. Detektorin ollessa kiinni vaimennusmateriaalissa puoliintumispaksuus oli jopa 17,5 % suurempi kuin detektorin ollessa 20 cm etäisyydellä vaimennusmateriaalista.
Jatkotutkimushaasteena olisi levyjen valmistusprosessin kehittäminen ja mittausten tekeminen levyillä, joihin on kyllästetty useita eri pitoisuuksia hiilinanoputkia. Vastaavanlaisia mittauksia voisi toteuttaa kokeellisesti myös muille materiaaleille.
Tässä työssä tutkittiin röntgensäteilyn vaimenemista hiilinanoputkilla kyllästetyssä selluloosakuitumateriaalissa. Työn tarkoituksena oli määrittää kokeellisten mittausten avulla kyseisen materiaalin matkavaimennuskerroin ja puoliintumispaksuus sekä tarkastella eri mittausasetelmien avulla vaimennusmateriaalissa syntyvän sekundaarisäteilyn vaikutusta puoliintumispaksuuteen. Tavoitteena on tuottaa Mfibrils Oy:lle tietoa sekä testimateriaalin ominaisuuksista että eri mittausasetelmista. Saatua tietoa voidaan hyödyntää uusien vaimennusmateriaalien kehittelyssä ja jatkotutkimusten suunnittelussa.
Mittaukset suoritettiin Oulun ammattikorkeakoulun sosiaali- ja terveysyksikön röntgenharjoitteluluokassa. Mittalaitteena käytettiin Unfors Mult-O-Meter 581 -mittaria ja kaikki mittaukset tehtiin leveän keilan geometriassa. Materiaalin matkavaimennuskerroin määritettiin 100 kV putkijännitteellä ja puoliintumispaksuus määritettiin 50 kV, 70 kV, 100 kV, 125 kV ja 140 kV putkijännitteillä. Eri mittausasetelmien avulla tarkasteltiin myös sekundaarisäteilyn vaikutusta puoliintumispaksuuteen.
Mittausten perusteella CNT-kuitumateriaalin puoliintumispaksuus on monisatakertainen verrattuna lyijyn puoliintumispaksuuteen, mutta ero betonin puoliintumispaksuuteen on huomattavasti pienempi. 50 kV:n putkijännitteellä säteilymäärän puolittamiseen tarvitaan CNT-kuitumateriaalia 4,3-kertainen paksuus betoniin verrattuna, ja 125 kV:n putkijännitteellä annoksen puoliintumiseen riittää 2,5-kertainen määrä CNT-kuitumateriaalia betoniin verrattuna. Mittauksissa käytetyt eri mittausasetelmat osoittivat, että sekundaarisäteilyä syntyy merkittävästi myös kevyissä materiaaleissa. Detektorin ollessa kiinni vaimennusmateriaalissa puoliintumispaksuus oli jopa 17,5 % suurempi kuin detektorin ollessa 20 cm etäisyydellä vaimennusmateriaalista.
Jatkotutkimushaasteena olisi levyjen valmistusprosessin kehittäminen ja mittausten tekeminen levyillä, joihin on kyllästetty useita eri pitoisuuksia hiilinanoputkia. Vastaavanlaisia mittauksia voisi toteuttaa kokeellisesti myös muille materiaaleille.