屏蔽中子輻射的材料主要有哪些
隨著中子核技術(shù)的迅速發(fā)展，輻射屏蔽材料在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對輻射屏蔽材料的性能要求也越來越高，傳統(tǒng)的輻射屏蔽材料很難滿足應(yīng)用要求。根據(jù)中子屏蔽原理，針對現(xiàn)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(shè)計。
近年來，原子能工業(yè)、放射醫(yī)學(xué)和國防科研有了迅速的發(fā)展，在中子領(lǐng)域的研究(包括實驗研究和應(yīng)用研究)也同樣得到了極大的開展，同時，有關(guān)的技術(shù)和研究成果在許多產(chǎn)業(yè)已經(jīng)投入使用并且取得不錯成績。 中子本身呈電中性，與物質(zhì)原子核直接發(fā)生作用，不與物質(zhì)核外電子發(fā)生作用。中子穿透能力很強，和質(zhì)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(chǎn)生的危害嚴重得多。為了讓中子技術(shù)更好地服務(wù)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(fā)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(jīng)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(shè)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(chǎn)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(chǎn)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?qū)χ凶雍?gamma;射線同時屏蔽、吸收，材料結(jié)構(gòu)成分設(shè)計就應(yīng)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(shù)小.的元素經(jīng)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(shù)小的元素很容易進行類似輻射俘獲反應(yīng)的吸收反應(yīng)，特別是那些含有大量氫的物質(zhì)，如聚丙烯、硼、石蠟和聚乙烯，中子屏蔽效果更好，成為了優(yōu)秀的中子屏蔽材料。它們反應(yīng)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(xué)強度高等優(yōu)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(yōu)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(yīng)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(dǎo)致屏蔽系統(tǒng)的體積和質(zhì)量的增加，與此同時，硼含量的增加還會導(dǎo)致硼鋼力學(xué)性能的下降，如沖擊抗力和延展性，是其成為優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)材料的短板，大大削弱其在設(shè)備運輸以及儲存燃料方面的應(yīng)用。
5、現(xiàn)有輻射屏蔽材料存在的問題
現(xiàn)有輻射屏蔽材料存在以下問題:難以選擇在空間環(huán)境應(yīng)用的基質(zhì)材料;制備工藝和方法存在問題，多存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屏蔽體體積大、質(zhì)量重等難以普及應(yīng)用的問題，力學(xué)性能也有待提高，需要往可用作結(jié)構(gòu)材料方向發(fā)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(yīng)用存在很大挑戰(zhàn)。
6、屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于在屏蔽吸收中子過程中會產(chǎn)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(shè)為快中 子減速層，第二層設(shè)為屏蔽γ射線層,第三層設(shè)為熱中子吸收層,第四層設(shè)為屏蔽y射線層。
關(guān)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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