镱掺杂锶锌硼酸盐玻璃的辐射屏蔽性能评估及其在人体器官剂量学中的应用研究

为解决传统铅/混凝土屏蔽材料毒性及结构缺陷问题，泰国研究团队开发了Yb2O3掺杂的Sr-Zn-B玻璃系统（SrZBYb0-SrZBYb6），通过PHITS蒙特卡罗模拟和MRCP-AM人体模型评估其X射线屏蔽效能。结果显示：6 mol% Yb2O3玻璃（0.3 cm厚度）在120 kVp下可使脑、甲状腺等器官吸收剂量降低85-92%，同时保持>85%可见光透射率，为诊断/治疗放射学提供了新型透明防护材料。

　　

随着医疗放射诊断、核能工业等领域的快速发展，电离辐射防护面临严峻挑战。传统铅屏蔽材料存在毒性风险，而混凝土则易出现成分不均和开裂问题。尤其在需要透明观察的放射治疗场景中，现有材料难以兼顾防护效能与透光性。针对这一难题，由泰国那空拍侬皇家大学、清迈大学等机构组成的研究团队，在《Radiation Physics and Chemistry》发表了一项创新研究，通过开发镱（Yb）掺杂的锶锌硼酸盐玻璃系统，结合先进的计算人体模型技术，为辐射防护领域提供了新型解决方案。

研究采用熔融淬火法制备Yb₂O₃浓度梯度（0-6 mol%）的玻璃样品，利用PHITS（粒子与重离子传输模拟系统）蒙特卡罗程序模拟60-120 kVp X射线谱，并基于MRCP-AM（网格型参考计算人体模型）评估器官剂量。关键发现包括：随着Yb₂O₃含量增加，玻璃密度从3.25 g/cm³（SrZBYb0）提升至3.78 g/cm³（SrZBYb6），在120 kVp下对脑、甲状腺等关键器官的剂量削减率达85-92%，同时维持>85%的可见光透射率。

物理、结构及光学特性
通过密度测试和紫外-可见光谱分析，证实Yb₂O₃的引入显著提升了玻璃的致密化程度，且所有样品在500-800 nm波长范围内透光率均超过85%，满足医用观察窗的视觉清晰度需求。

辐射屏蔽性能
PHITS模拟显示，SrZBYb6样品对0-0.12 MeV光子的质量衰减系数较基础玻璃提升37%，在60-120 kVp范围内，等效剂量降低效果随光子能量升高而增强，证实其宽能谱适应性。

器官剂量学评估
采用MRCP-AM模型模拟临床场景，发现0.3 cm厚SrZBYb6玻璃可使右眼吸收剂量从1.89 mGy降至0.14 mGy（降幅92.46%），前列腺剂量从2.05 mGy降至0.30 mGy（降幅85.16%），显著优于传统铅玻璃的防护效率。

这项研究首次将稀土掺杂硼酸盐玻璃与计算人体模型相结合，不仅证实Yb₂O₃对提升屏蔽性能的关键作用，更建立了从材料制备到临床剂量评估的完整研究范式。其开发的透明防护材料可应用于CT扫描室、介入手术等场景，在保障医护人员安全的同时，解决了传统屏蔽材料阻碍视觉沟通的痛点。研究团队建议后续探索Yb₂O₃与其他稀土元素的协同效应，以进一步优化材料成本与性能平衡。