• 屏蔽中子輻射的材料主要有哪些

    2022-12-10 13:23

    隨著中子核技術的迅速發展,輻射屏蔽材料在越來越多的領域得到了廣泛的應用,對輻射屏蔽材料的性能要求也越來越高,傳統的輻射屏蔽材料很難滿足應用要求。根據中子屏蔽原理,針對現有的輻射屏蔽材料的不足,對其存在的主要問題進行了探討,并提出了新型輻射屏蔽材料防護層設計。
    近年來,原子能工業、放射醫學和國防科研有了迅速的發展,在中子領域的研究(包括實驗研究和應用研究)也同樣得到了極大的開展,同時,有關的技術和研究成果在許多產業已經投入使用并且取得不錯成績。 中子本身呈電中性,與物質原子核直接發生作用,不與物質核外電子發生作用。中子穿透能力很強,和質量和能量相同的帶電粒子相比,中子強得多,因此,和同樣劑量的γ射線,x射線相比,中子對人體產生的危害嚴重得多。為了讓中子技術更好地服務人類,對中子進行有效的屏蔽的必不可少的。所以,研究并開發新型的、綜合性能更好的中子屏蔽材料是非常必要的;研究實用、高效、安全的中子屏蔽材料方案也是必需的。選擇合適的屏蔽材料,制定合理的方案可以減小屏蔽的經濟成本和屏蔽體的體積和重量。因此,對各種新型輻射屏蔽材料的研究便成為一項十分重要和迫切的課題。鑒于此,筆者提出了新型輻射屏蔽材料防護層設計。
    1、中子輻射屏蔽原理
    2、中子輻射屏蔽材料
    重元素保護層的作用是屏蔽入射的γ射線,減速快中子,從而達到屏蔽因吸收、減速中子時產生的:二次y射線;輕元素吸收層的作用是吸收慢.中子。吸收、減速中子時會產生二次γ射線,而y射線又能輻射、損傷高分子材料,所以,為了能夠對中子和γ射線同時屏蔽、吸收,材料結構成分設計就應該包括重元素保護層和輕元素吸收層。通常來說,對快中子屏蔽的方法是開頭用鐵、鉛等重核素進行非彈性.散射,把中子能量慢化到1MeV 以下,然后用氫等輕核素進行彈性散射使其進一步慢化,接下來用吸收截面大的核素吸收其剩余能量。
    3、中子散射截面隨元素種類和中子能量的變化不簡單,其中原子序數小.的元素經彈性散射以達到中子能量大幅度減小的效果,因為原子序數小的元素很容易進行類似輻射俘獲反應的吸收反應,特別是那些含有大量氫的物質,如聚丙烯、硼、石蠟和聚乙烯,中子屏蔽效果更好,成為了優秀的中子屏蔽材料。它們反應截面較大,能夠使中子的能量迅速降至1MeV以下。
    4、鐵之所以能普遍作為屏蔽材料,是因為鐵具有密度大,力學強度高等優良性能,但其俘獲熱中子后將放出大量10MeV以下的二次γ射線,從嚴格意義上來說,不能作為優良的中子屏蔽材料;和鐵相比,不銹鋼屏蔽中子和γ射線的性能要更好,同時,由于不銹鋼的非彈性散射截面大,其屏蔽快中子比鐵更明顯,不可避免的是,受中子輻照后,錳、鎳、鉻等元素在不銹鋼中要活化,限制使用人員必須遠離停堆后的反應堆。硼鋼是中子吸收材料,是在鐵中加入了硼,這樣能增強對熱中子的屏蔽效果,但往往因為硼含量的不足,未能達到理想的中子吸收效果,以至于不得不增加硼鋼的厚度,但這樣做會導致屏蔽系統的體積和質量的增加,與此同時,硼含量的增加還會導致硼鋼力學性能的下降,如沖擊抗力和延展性,是其成為優秀的結構材料的短板,大大削弱其在設備運輸以及儲存燃料方面的應用。
    5、現有輻射屏蔽材料存在的問題
    現有輻射屏蔽材料存在以下問題:難以選擇在空間環境應用的基質材料;制備工藝和方法存在問題,多存在結構復雜、屏蔽體體積大、質量重等難以普及應用的問題,力學性能也有待提高,需要往可用作結構材料方向發展;吸收效果不高,使其綜合性能不高;同時,仍有其他性能與屏蔽性能難以共存的問題,對于實際應用存在很大挑戰。
    6、屏蔽結構設計
    由于在屏蔽吸收中子過程中會產生二次射線,所以非常有必要考慮γ射線的影響,基于此,筆者提出材料的第一層設為快中 子減速層,第二層設為屏蔽γ射線層,第三層設為熱中子吸收層,第四層設為屏蔽y射線層。

    關鍵詞: 輻射屏蔽材料,屏蔽中子輻射的材料,含硼聚乙烯板

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