การสังเคราะห์และคุณสมบัติการป้องกันรังสีเอกซ์ของพอลิเมอร์ผสมระหว่างโพลิไวนิลแอลกอฮอล์ และโพลิไวนิลไพโรลิโดนกับบิสมัทออกไซด์
คุณสมบัติการป้องกันรังสีเอกซ์ของพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PVA/PVP กับ Bi2O3
คำสำคัญ:
วัสดุกําบังรังสีเอกซ์ , พอลิเมอร์โพลิไวนิลแอลกอฮอล์และโพลิไวนิลไพโรลิโดน, บิสมัทออกไซด์บทคัดย่อ
การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาพอลิเมอร์ผสมระหว่างโพลิไวนิลแอลกอฮอล์และโพลิไวนิลไพโรลิโดน (PVA/PVP) ที่มีการเติมบิสมัทออกไซด์ (Bi2O3) ในสัดส่วนร้อยละ 0–50 โดยน้ำหนัก เพื่อใช้เป็นวัสดุป้องกันรังสีเอ็กซ์ที่ปราศจากตะกั่ว ได้ศึกษาความสามารถในการลดทอนรังสีเอกซ์ของตัวอย่างที่เตรียมขึ้น โดยพิจารณาจากค่าปริมาณรังสีที่ส่องผ่านค่าประสิทธิภาพในการกําบังรังสี ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงเส้น ค่าความหนาครึ่งค่า และค่าความหนาของวัสดุที่ลดลง 10 เท่าของวัสดุ ซึ่งใช้แหล่งกําเนิดรังสีเอกซ์จากเครื่องเอกซเรย์เต้านมที่ (M)28 kVp, เครื่องเอกซเรย์ทันตกรรมในช่องปากที่ (I)61 kVp และเครื่องเอกซเรย์วินิจฉัยทั่วไปที่ (G)70 และ (G)80 kVp นอกจากนี้เมื่อคํานวณค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงมวลทางทฤษฎีด้วยโปรแกรม WinXCom ที่มีพลังงานในช่วง 1 ถึง 200 keV พบว่าความสามารถในการลดทอนรังสีเอกซ์ของพอลิเมอร์ผสมมีค่าเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มปริมาณ Bi2O3 โดยพอลิเมอร์ผสมระหว่าง PVA/PVP กับ Bi2O3 ในอัตราส่วน 50:50 โดยน้ำหนักที่มีความหนาประมาณ 0.49 มิลลิเมตร แสดงค่าประสิทธิภาพในการกําบังรังสีสูงสุด ร้อยละ 97.14, 74.49, 57.01 และ 52.01 ที่ (M)28, (I)61, (G)70 และ (G)80 kVp ตามลำดับ ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าพอลิเมอร์ผสม PVA/PVP: Bi2O3 ที่สังเคราะห์ขึ้นนี้ โดยเฉพาะพอลิเมอร์ผสมที่มี Bi2O3 ปริมาณมากมีศักยภาพในการป้องกันรังสีเอกซ์สําหรับการใช้งานทางการแพทย์ได้
เอกสารอ้างอิง
สํานักงานปรมาณูเพื่อสันติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. การป้องกันอันตรายจากรังสี. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว; 2546.
International Commission on Radiological Protection. The 2007 Recommendations of the international commission on radiological protection (ICRP Publication 103). Ann ICRP 2007; 37(2-4): 1–332.
Prabhu S, Bubbly SG, Gudennavar SB. X-ray and γ-ray shielding efficiency of polymer composites: choice of fillers, effect of loading and filler size, photon energy and multifunctionality. Polym Rev 2023; 63(1): 246–88.
Noor Azman NZ, Siddiqui SA, Haroosh HJ, Albetran HM, Johannessen B, Dong Y, et al. Characteristics of X-ray attenuation in electrospun bismuth oxide/polylactic acid nanofiber mats. J Synchrotron Radiat 2013; 20: 741–8.
Noor Azman NZ, Musa NF, Ab Razak NNN, Ramli RM, Mustafa IS, Rahman AA, et al. Effect of Bi2O3 particle sizes and addition of starch into Bi2O3–PVA composites for X-ray shielding. Appl Phys A 2016; 122: 818. (9 pages).
Oliver N, Ramli RM, Noor Azman NZ. An empirical study on the X-ray attenuation capability of n-WO3/n-Bi2O3/PVA with added starch. Nucl Eng Technol 2022; 54: 3459–69.
Ahmad M, Zaki UM, Ramli RM, Rahman AA, Noor Azman NZ. Effect of combination of two different filler loadings of electrospun Bi2O3/WO3/PVA nanofibre mats on X-ray attenuation study. Chem Phys Impact 2021; 2: 100020. (13 pages).
Hazlan MH, Jamil M, Ramli RM, Noor Azman NZ. X-ray attenuation characterisation of electrospun Bi2O3/PVA and WO3/PVA nanofibre mats as potential X-ray shielding materials. Appl Phys A 2018; 124: 497. (9 pages).
Abunahel BM, Ramli RM, Quffa KM, Noor Azman NZ. Effect of nanofibrous porosity on the X-ray attenuation properties of electrospun n-Bi2O3/epoxy–polyvinyl alcohol (PVA) nanofiber mats. Appl Phys A 2018; 124: 540. (9 pages).
Abunahel BM, Mustafa IS, Noor Azman NZ. Characteristics of X-ray attenuation in nano-sized bismuth oxide/epoxy-polyvinyl alcohol (PVA) matrix composites. Appl Phys A 2018; 124: 828. (7 pages).
Nunez-Briones AG, Benavides R, Mendoza-Mendoza E, Martinez-Pardo ME, Carrasco-Abrego H, Kotzian C, et al. Preparation of PVC/Bi2O3 composites and their evaluation as low energy X-ray radiation shielding. Radiat Phys Chem 2021; 179: 109198. (6 pages).
Poltabtim W, Wimolmala E, Markpin T, Sombatsompop N, Rosarpitak V, Saenboonruang K. X-ray shielding, mechanical, physical and water absorption properties of wood/PVC composites containing bismuth oxide. Polymers 2021; 13: 2212. (16 pages).
Shik NA, Gholamzadeh L. X-ray shielding performance of the EPVC composites with micro- or nanoparticles of WO3, PbO or Bi2O3. Appl Radiat Isot 2018; 139: 61–5.
Alshahri S, Alsuhybani M, Alosime E, Almurayshid M, Alrwais A, Alotaibi S. LDPE/bismuth oxide nanocomposite: preparation, characterization and application in X-ray shielding. Polymers 2021; 13: 3081. (15 pages).
Abdolahzadeh T, Morshedian J, Ahmadi S. Preparation and characterization of nano WO3/Bi2O3/GO and BaSO4/GO dispersed HDPE composites for X-ray shielding application. Polyolefins J 2022; 9: 73–83.
Nambiar S, Osei EK, Yeow JTW. Polymer nanocomposite-based shielding against diagnostic X-rays. J Appl Polym Sci 2013; 127(6): 939–46.
Bijanu A, Rajak G, Paulose R, Arya R, Agrawal V, Gowri VS, et al. Flexible, chemically bonded Bi-PVA–PVP composite for enhanced diagnostic X-ray shielding applications. J Inorg Organomet Polym 2023; 33: 2279–91.
Bijanu A, Paulose R, Tomar AS, Agrawal V, Gowri VS, Sanghi SK, et al. Chemically bonded tungsten-based polymer composite for X-rays shielding applications. Mater Today Commun 2022; 32: 104100. (10 pages).
Osman AF, Balaa HE, Samad OE, Awad R, Badawi MS. Assessment of X-ray shielding properties of polystyrene incorporated with different nano-sizes of PbO. Radiat Environ Biophys 2023; 62: 235–51.
Koyuncu B, Aral N, Candan C, Nergis B. Bismuth oxide nanoparticles/waterborne polyurethane-coated fabrics for ionizing radiation protection. J Coat Technol Res 2024; 21(3): 969–78.
Kalkornsurapranee E, Kothan S, Intom S, Johns J, Kaewjaeng S, Kedkaew C, et al. Wearable and flexible radiation shielding natural rubber composites: effect of different radiation shielding fillers. Radiat Phys Chem 2021; 179: 109261.
Thumwong A, Chinnawet M, Intarasena P, Rattanapongs C, Tokonami S, Ishikawa T, et al. Comparative study on X-ray shielding and mechanical properties of natural rubber latex nanocomposites containing Bi2O3 or BaSO4: experimental and numerical determination. Polymers 2022; 14: 3654. (16 pages).
Olivieri F, Avolio R, Gentile G, Mazzone A, Rizzi R, Nacucchi M, et al. High filler content acrylonitrile-butadiene-styrene composites containing tungsten and bismuth oxides for effective lead-free X-ray radiation shielding. Polym Compos 2024; 45: 2101–13.
Gerward L, Guilbert N, Jensen KB, Levring H. X-ray absorption in matter: reengineering XCOM. Radiat Phys Chem 2001; 60: 23–4.
Gerward L, Guilbert N, Jensen KB, Levring H. WinXCom-a program for calculating X-ray attenuation coefficients. Radiat Phys Chem 2004; 71: 653–4.
Sharaby MR, Soliman EA, Abdel-Rahman AB, Osman A, Khalil R. Novel pectin-based nanocomposite film for active food packaging applications. Sci Rep 2022; 12: 20673. (14 pages).
Solikhin A, Murayama K. Enhanced properties of poly (vinyl alcohol) composite films filled with microfibrillated cellulose isolated from continuous steam explosion. Int J Plast Technol 2018; 22: 122–36.
Williams MB, Simoni PU, Smilowitz L, Stanton M, Phillips W, Stewart A. Analysis of the detective quantum efficiency of a evelopmental detector for digital mammography. Med Phys 1999; 26: 2273-85.
Santos MAP, Fragoso MCF, Lima RA, Hazin CA. X-ray beam qualities for dental radiology purposes. In: Proceedings of International Nuclear Atlantic Conference - INAC; 2009 Sep 27 - Oct 2. Rio de Janeiro, Brazil: Brazilian Association for Nuclear Energy; 2009.
Poirie Y, Kuznetsova S, Villarreal-Barajas JE. Characterization of nano-Dot optically stimulated luminescence detectors and high-sensitivity MCP-N thermoluminescent detectors in the 40–300 kVp energy range. Med Phys 2018; 45(1): 402–13.
McCaffrey JP, Shen H, Downton B, Mainegra-Hing E. Radiation attenuation by lead and nonlead materials used in radiation shielding garments. Med Phys 2007; 34(2): 530–7.
Cho T, Uehara S, Yoshimura A, Yoshinaga H.Dental x-ray spectrometry with an Si(Li) semiconductor. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 1978; 45(6): 965–77.
Aoki K, Koyama M. Measurement of backscattered x-ray spectra at the water surface in the energy range 60 kV to 120 kV. Phys Med Biol 2002; 47(7); 1205–17.
Shousha, HA, Rabie N, Hassan GM. Experimental investigation of commercially available lead composite aprons used for diagnostic X-rays. Radiat Eff Defects Solids 2011; 166(12): 935–41.
Christodoulou EG, Goodsitt MM, Larson SC, Darner KL, Satti J, Chan HP. Evaluation of the transmitted exposure through lead equivalent aprons used in a radiology department, including the contribution from backscatter. Med Phys 2003; 30: 1033–8.
Jayakumar S, Saravanan T, Philip J. A review on polymer nanocomposites as lead-free materials for diagnostic X-ray shielding: recent advances, challenges and future perspectives. Hybrid Adv 2023; 4: 100100. (26 pages).
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2025 วารสารกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
