Защита от нейтронного излучения

Ослабление плотности потока коллимированного пучка нейтронов тонким слоем вещества происходит по экспоненциальному закону

(3.21)

где - плотность потока нейтронов до прохождения слоя, плотность потока нейтронв после прохождения слоя толщиной , число ядер в 1см³ вещества. Макроскопическое сечение - является линейным коэффициентом ослабления нейтронов в веществе.

Полное микроскопическое сечение (на одно ядро) взаимодействия нейтронов с ядрами:

(3.22)

- сечение упругого рассеяния , - сечение неупругогорассеяния ,

- сечение радиационного захвата , - сечение деления, - сечение реакции , - сечение реакции , - сечение поглощения, сечение захвата.

Плотность потока нейтронов на расстоянии от точечного изотропного источника быстрых нейтронов, испускающего моноэнергетических нейтронов в 1 сек определяется выражением

(3.23)

где (см) – линейная длина релаксации нейтронов в веществе, (г/см²) –«массовая» длина релаксации, -«массовое» расстояние.

При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо:

1.Замедлить быстрые нейтроны промежуточными процессами упругого и неупругого рассеяния легкими водородсодержащими веществами (вода, парафин, полиэтилен. гидриды металлов, бетон, графит, карбид бора), так как средняя потеря энергии при упругом рассеянии на легких ядрах максимальна.

2.Замедлить быстрые нейтроны в процессе неупругого рассеяния на тяжелых ядрах, так как сечение неупругого рассеяния нейтронов возрастает на тяжелых ядрах с увеличением энергии нейтрона. Тяжелые элементы (железо, свинец, молибден, вольфрам и титан) необходимы также для снижения потоков вторичного -излучения внутри защиты, возникающего при радиационном захвате нейтронов.

3.Обеспечить быстрое поглощение тепловых и медленных нейтронов эффективными поглотителями с высоким эффективным сечением поглощения тепловых нейтронов (бор, кадмий, гадолиний.). При поглощении теплового нейтрона ядром водорода возникает -квант с энергией 2,2 Мэв, а при поглощении ядром кадмия одного нейтрона возникает ~ 10 -квантов.

Пример оптимальной гетерогенной защиты от мощного нейтронного излучения толщиной 250 см, считая от источника: бор-1,3 мм, 140 см- вода, 55,3 см- железо, бор- 8,66 мм, вода -23,5 см, железо-22,9 см.

На АЭС обычно используют бетон с добавками металлического скраба и дроби, эффективно ослабляющий как нейтронное и так -излучение.