Chì vẫn là vật liệu chuẩn toàn cầu để che chắn bức xạ, và vì lý do chính đáng: nó kết hợp mật độ 11,34 g/cm³ với số nguyên tử 82 và nhiệt độ nóng chảy chỉ 327,5 °C, giúp dễ dàng đúc, cán và đùn thành tấm, bản, gạch và hình dạng tùy chỉnh với chi phí tương đối thấp. Nó được sử dụng ở khắp mọi nơi, từ phòng chụp ảnh y tế và phòng thí nghiệm nóng y học hạt nhân đến nhà máy điện hạt nhân và buồng chụp X-quang công nghiệp. Tuy nhiên, không phải loại chì che chắn nào cũng giống nhau. Bên cạnh chì nguyên chất, chì antimon — hợp kim chì có bổ sung antimon được kiểm soát — được sử dụng rộng rãi trong các công trình thực tế, và việc lựa chọn giữa hai loại ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất che chắn, độ bền cơ học, phương pháp chế tạo, an toàn khi xử lý và độ tin cậy lâu dài. Cả hai nhóm vật liệu đều được cung cấp thường xuyên dưới các dạng sản phẩm thường được chỉ định cho các dự án che chắn: tấm chì và bản chì để lót tường, cửa và vỏ bọc; gạch chì hình chữ V (khớp nối), phẳng và tròn theo định dạng tiêu chuẩn 51 × 102 × 204 mm (2 × 4 × 8 in) với trọng lượng khoảng 26 lb mỗi viên cũng như các kích thước tùy chỉnh; cửa lót chì, cửa sổ quan sát bằng kính chì và tấm tường lót chì; và các bộ phận che chắn đúc hoặc gia công theo bản vẽ dự án.
Hiệu quả che chắn được định nghĩa bằng mức độ vật liệu làm suy giảm bức xạ, và trong thực tế các kỹ sư làm việc với Lớp nửa giá trị (HVL) và Lớp một phần mười giá trị (TVL) — độ dày cần thiết để giảm cường độ xuống 50 phần trăm và 90 phần trăm tương ứng. Đối với chì, các giá trị được công bố cho thấy hiệu suất phụ thuộc mạnh vào năng lượng: ở năng lượng tia X 200 kVp, HVL chỉ khoảng 0,52 mm, trong khi đối với tia gamma Cs-137 ở 662 keV, HVL xấp xỉ 6,5 mm (TVL 21 mm) và đối với Co-60 ở 1,17 và 1,33 MeV, nó tăng lên khoảng 12 mm (TVL 40 mm). Hai tính chất vật liệu chi phối các giá trị này: số nguyên tử, quyết định mức độ tương tác mạnh của vật liệu với photon, và mật độ, quyết định số nguyên tử trong một độ dày nhất định. Vì một lượng nhỏ antimon không thay đổi đáng kể cả hai tính chất này, độ dày che chắn cần thiết cho chì nguyên chất và chì antimon gần như giống hệt nhau trong hầu hết các ứng dụng thực tế. Nói cách khác, việc lựa chọn hợp kim được thúc đẩy nhiều hơn bởi yêu cầu cơ học, chế tạo và xử lý hơn là suy giảm — một điểm đáng ghi nhớ khi viết thông số kỹ thuật.
Chì nguyên chất là lựa chọn truyền thống và vẫn là lựa chọn đúng cho phần lớn các công trình cố định. Hành vi che chắn của nó được ghi chép đầy đủ và có thể dự đoán, nó đủ mềm để cán thành tấm mỏng và gia công trên bề mặt không đều, do đó rất phù hợp để lót tường, cửa, vỏ bọc và xuyên ống dẫn nơi vật liệu chịu ít hoặc không chịu tải cơ học. Hạn chế là chì nguyên chất cực kỳ mềm — khoảng 5 HB Brinell — và rất dẻo, với nhiệt độ kết tinh lại gần nhiệt độ phòng, nghĩa là nó không thể được làm cứng nguội và sẽ từ biến hoặc biến dạng dưới ứng suất kéo dài. Trong các bộ phận phải tự chịu trọng lượng, giữ căn chỉnh chính xác hoặc chịu xử lý lặp lại, điều này có thể tạo ra khoảng trống trong che chắn hoặc làm tổn hại tính toàn vẹn cấu trúc nếu chì không được hỗ trợ đúng cách. Vì lý do đó, chì nguyên chất thường được ưu tiên trong tấm chì và bản chì lót, cửa lót chì và vỏ bọc tĩnh, trong khi hệ thống che chắn mô-đun, rào chắn di động và các bộ phận thường xuyên xử lý thường được phục vụ tốt hơn bằng hợp kim.
Chì antimon được sản xuất bằng cách thêm một tỷ lệ antimon được kiểm soát — thường trong khoảng 1 đến 6 phần trăm, với khoảng 4 phần trăm antimon là thông số kỹ thuật phổ biến cho gạch chì khớp nối hình chữ V — để cải thiện độ cứng, độ bền và độ ổn định kích thước trong khi vẫn giữ hiệu suất che chắn của chì. Bản thân antimon là kim loại giòn với mật độ 6,68 g/cm³ và nhiệt độ nóng chảy 630,5 °C, và trong chì, nó tạo ra dung dịch rắn và hóa già: trong một thử nghiệm được báo cáo, hợp kim chì với 2 phần trăm antimon đã tăng hơn gấp đôi độ cứng Brinell, từ 56 lên 130 N/mm², trong 100 ngày ở nhiệt độ phòng. Kết quả thực tế là vật liệu ít bị từ biến, sứt mẻ và hư hỏng cơ học hơn nhiều, đó là lý do chì antimon được ưa chuộng cho gạch và khối chì đúc, đơn vị che chắn mô-đun, rào chắn di động và bất kỳ công trình nào tiếp xúc với rung động hoặc xử lý lặp lại — đặc biệt, gạch khớp nối lưỡi và rãnh được hưởng lợi từ hợp kim giữ nguyên cạnh và duy trì xếp chồng không có khe hở theo thời gian. Chế tạo có thay đổi: chì antimon cứng hơn và cứng nhắc hơn, nên cắt, gia công và khoan cần dụng cụ phù hợp, và cả chì nguyên chất lẫn hợp kim đều đòi hỏi kiểm soát bụi và khói nghiêm ngặt, thông gió và thiết bị bảo hộ cá nhân, đặc biệt cẩn thận trong bất kỳ hoạt động cắt, hàn hoặc nấu chảy vì các hợp chất antimon nguy hiểm nếu hít phải. Về mặt tuân thủ, vật liệu nên được chỉ định theo các tiêu chuẩn được công nhận — cấp chì tinh luyện theo ASTM B29 (tối thiểu 99,94 phần trăm và 99,97 phần trăm chì), tấm chì theo ASTM B749, và chì và hợp kim chì theo EN 12659, ISO 1144 và GB/T 469 — với báo cáo phân tích hóa học, đo mật độ và bảng dữ liệu an toàn được lưu giữ để kiểm toán và kiểm tra.
Chi phí và đảm bảo chất lượng hoàn thiện bức tranh. Chì nguyên chất thường có giá vật liệu ban đầu thấp hơn vì không chứa nguyên tố hợp kim, trong khi chì antimon có mức phụ trội khiêm tốn — nhưng trong nhiều dự án, mức phụ trội đó được thu hồi qua lắp đặt dễ dàng hơn, ít biến dạng hơn, ít thay thế hơn và bảo trì thấp hơn trong vòng đời phục vụ, vì vậy đội ngũ mua sắm nên cân nhắc tổng chi phí sở hữu thay vì chỉ đơn giá. Dù chọn cấp nào, việc xác minh rất quan trọng: đo mật độ, phân tích thành phần hóa học (kiểm tra huỳnh quang tia X thường được sử dụng để xác nhận hàm lượng antimon nằm trong phạm vi quy định), kiểm tra kích thước trước khi lắp đặt, và khảo sát bức xạ với đo liều sau khi lắp đặt để xác nhận che chắn hoạt động như thiết kế. Theo nguyên tắc thực hành, chì nguyên chất đủ cho lót tường cố định, cánh cửa và vỏ bọc tĩnh nơi ứng suất cơ học tối thiểu và chì được hỗ trợ đúng cách, trong khi chì antimon là lựa chọn tốt hơn khi độ ổn định kích thước, khả năng chống mài mòn và xử lý lặp lại quan trọng — tường gạch mô-đun, rào chắn di động, thùng vận chuyển và lưu trữ, và bất kỳ công trình nào chịu rung động. Vì độ dày cần thiết luôn phụ thuộc vào năng lượng bức xạ, khối lượng công việc, mức độ chiếm dụng và hình học phòng, thông số che chắn cuối cùng nên được xác nhận bởi nhà vật lý y tế có trình độ hoặc cố vấn bảo vệ bức xạ. Tài liệu đặt hàng nên nêu rõ cấp và hàm lượng antimon yêu cầu, và chứng nhận vật liệu — bao gồm phân tích hóa học, đo mật độ và dữ liệu an toàn — nên được yêu cầu từ nhà cung cấp với mỗi lô hàng.
