SUPERVISOR
Sedigheh Borhani,Ahmad Shirani bidabadi,Mohammad Zarrebini,Mohsen Shanbeh
صدیقه برهانی (استاد مشاور) احمد شیرانی بیدابادی (استاد راهنما) محمد ذره بینی اصفهانی (استاد راهنما) محسن شنبه (استاد مشاور)
STUDENT
Majid Mirzaei
مجید میرزائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1388
TITLE
Shielding of Ionizing Radiation Using Fibrous Assemblies
X-ray is employed in numerous fields, ranging from computed tomography scans, phase-resolved medical imaging and material surface research to security checkpoints in airports. Uncontrolled radiations or frequent exposure to X-ray threatens human health by endangering cells, tissues and organs. Therefore, protection against radiation is of paramount importance wherever living creatures are present. Protection against hazards of X-ray radiation can generally be achieved by the use of conventional lead aprons. The aprons are basically made using rubber, polymer, elastomeric polymer or vinyl binders with elastic matrix embedded with tiny lead particles or lead oxide. The aprons can also be made from integrated lead sheets with textile-based apparel casing. Lead aprons are intrinsically heavy and uncomfortable, particularly during long periods of use with serious orthopedic consequences. Additionally, bending of the aprons during usage and storage results in cracking of the lead sheets. Coating of textiles with specific compounds provides protection against ionizing radiation. However, coated garments lack flexibility and breathability. Comfort of X-ray protective garment is of paramount importance especially during long use by patients and medical staff alike. In general comfort of protective garments is related to factors such as weight, flexibility and the extent of X-ray attenuation. Additionally, the protective garments are expected to be economical, easy to fabricate, resistant to abrasion, laundering and cracking. Thus, production of protective garments encompassing the required miscellaneous criteria is a new phenomenon in the field of X-ray protection using garment engineering. In this study, samples of woven fabrics using polypropylene monofilament yarns containing lead and tin particles were produced. The monofilament yarns were produced via melt spinning process on a laboratory scale melt spinning machine. High Purity Germanium (HPGe) detector and a 133 Ba radioactive source, which emits low energy ?-rays with well-defined energies ranging from 30 keV to 80 keV, were used to evaluate shielding capability of the samples. Morphology, X-ray attenuation capability, tensile behavior, flexural rigidity, structural properties, abrasion and laundry resistances of the samples were evaluated. Simulation of fabric samples and HPGe detector was carried out using MCNP code. Results showed that yarns with higher metal particles content, higher metal particles density and atomic number provide higher attenuation coefficient. Similar effect was observed with increase in layering angle, reduction of both energy level and monofilament yarn diameter. Additionally, it was found that addition of metal particles results in formation of high stressed points along the yarn axis, thus the observed reduction in tenacity and breaking elongation of the produced monofilament yarns and fabrics. It was concluded that increase in metal particles content reduces fabric bending length which consequently decreases fabric flexural rigidity. Shielding properties of the fabrics were found to be unaffected by abrasion or laundering operation. Moreover, MCNP simulated data were found to be consistent with the measured data. It is concluded that the developed fabrics are potentially suitable to be used in garment forms in applications where protection against X-ray is required. In addition to their technical function, such textile based protective items enjoy merits such as low costs, comfort and ease of maintenance in comparison to conventional X-ray protective garment currently in use.
کاربرد پرتوهای یونیزان همانند پرتو ایکس در پزشکی با اهداف تشخیصی، درمانی و تحقیقی امری متداول و رو به افزایش است. تهدیدات ناشی از کاربرد این پرتوها همزمان با شناخت این پرتوها آشکار گردید و زیانبار بودن آنها برای انسان و دیگر موجودات زنده اثبات گردید. استفاده نادرست و غیر کنترلشده این پرتوها، موجب بروز آسیبهای پوستی، ایجاد سرطان و بروز اختلالات ژنتیکی میشود. بنابراین پرتودرمانی و سایر موارد استفاده از پرتوها بایستی تحت شرایط کنترلشده و مطابق با استانداردهای تعریف شده انجام پذیرد. استفاده از جلیقههای خاص یکی از روشهای مستقیم محافظت در مقابل پرتو ایکس است. این نوع جلیقه معمولاً از لایههای وینیل یا لاستیکهای اشباعشده از سرب ساخته میشود. استفاده از سرب سبب افزایش وزن جلیقه و عدم راحتی کاربر میگردد. همچنین خمش در این جلیقهها در خلال استفاده یا نگهداری سبب ایجاد ترک در آنها میگردد. پوشش دهی منسوجات با ترکیبات خاص میتواند سبب ایجاد قابلیت محافظتی در آنها گردد. پوشش دهی میتواند سبب کاهش قابلیت تنفس و انعطافپذیری منسوجات گردد. علیرغم در دسترس بودن محافظتکنندههای متنوع، این محافظتکنندهها در مقایسه با البسه معمولی از نقطه نظر راحتی استفاده، نگاهداری و رعایت استانداردهای بهداشتی دارای مزیت نمیباشند. با توجه به این مطالب، انجام تحقیقات با هدف تولید منسوج محافظتکننده در مقابل پرتوهای یونیزان همانند پرتو ایکس که دارای راحتی پوشش مطلوب، هزینه کم، وزن و دوام مناسب، قابلیت شستشو، انعطافپذیری بالا و درجه حفاظت لازم باشند ضروری است. هدف از انجام این تحقیق، تولید یک منسوج با خصوصیات مشابه البسه متداول با هدف ایجاد حفاظت لازم در برابر پرتو ایکس میباشد. نخ مونوفیلامنت با اضافه نمودن درصدهای متفاوت از ذرات فلزی سرب و قلع به پلیمر پلیپروپیلن با استفاده از فرایند ذوبریسی تولید شد و به عنوان نخ پود در نمونههای پارچه مورد استفاده قرار گرفت. قابلیت حفاظتی نمونههای پارچه تولید شده با استفاده از آشکارساز ژرمانیوم فوق خالص مورد بررسی قرار گرفت. باریکهای از پرتو ایکس گسیل شده از چشمه تابشی باریوم 133 Ba در گستره انرژی keV 30 الی keV 80 از نمونهها عبور داده شد و میزان پرتوهای عبوری توسط آشکارساز اندازهگیری شد. قطر نخ مونوفیلامنت، درصد وزنی ذرات فلزی، نوع ذرات فلزی، زاویه لایهگذاری و انرژی پرتو ایکس به عنوان متغیرهای مؤثر بر ضریب تضعیف خطی نمونهها مورد ارزیابی قرار گرفتند. خواص مکانیکی نخ مونوفیلامنت و پارچه و مقاومت در برابر سایش و شستشوی پارچه نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین نمونههای پارچه و آشکارساز ژرمانیوم فوق خالص با استفاده از کد محاسباتی MCNP شبیهسازی شدند. نتایج نشان داد که نمونههای پارچه حاوی ذرات فلزی با درصد وزنی، چگالی و عدد اتمی بالاتر از ضریب تضعیف بالاتری برخوردار میباشند. همچنین با افزایش زاویه لایهگذاری از صفر به نود درجه، قابلیت تضعیف شدت پرتو ایکس افزایش یافت. همچنین مشاهده گردید که ضریب تضعیف نمونههای پارچه با افزایش انرژی پرتو ایکس کاهش مییابد. تغییرات در قطر نخ مونوفیلامنت سبب ایجاد تغییر معنادار در ضریب تضعیف نمونهها گردید. افزایش درصد ذرات فلزی به نخ مونوفیلامنت سبب افت خصوصیات کششی آن گردید. عملیات سایش و شستشو سبب ایجاد تغییرات معنادار در میزان تضعیف شدت پرتو ایکس نمونههای پارچه نگردید. همچنین نتایج به دست آمده از شبیهسازی با کد MCNP از انطباق بالایی با نتایج تجربی برخوردار میباشند. منسوج محافظتکننده تولید شده در این تحقیق نه تنها دارای قابلیت محافظتی مناسب در برابر پرتو ایکس است، بلکه در مقایسه با سایر منسوجات محافظتکننده موجود، از راحتی پوشش بهینهتر، وزن و هزینه کمتر، دوام و قابلیت شستشوی بالاتر و انعطافپذیری بهتر برخوردار میباشد.