第五章 中子外照射的防护.ppt

环境工程,Environmental Engineering,第二节 中子剂量的计算,第一节 中子辐射源,第五章 中子外照射的防护,第三节 中子在屏蔽层中的减弱,第四节 中子的屏蔽计算,中子的分类与性质,1,、,中子的,分类,2),中能中子：,1KeV,0.5MeV,。,1),慢中子：,0,1KeV,。,包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。,3),快中子：,0.5MeV,10MeV,。,4),特快中子：,10MeV,。,热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为,0.0253eV,，中子速度,2.210,3,m/s.,第一节 中子辐射源,放射性核素中子源,加速器中子源,反应堆中子源,等离子中子源,中子源,一、分类,1,、按产生方式,2,、按能谱,单能中子源,多能中子源,中子源,二、参数,中子产额（中子发射率）,中子能谱,中子发射角分布,1,2,3,一、放射性中子源,放射性核素中子源,（,，,n,）反应中子源,（,，,n,）反应中子源,自发裂变中子源,价格便宜、,易于制备与转移操作,中子发射各向同性,尺寸小,优点,缺点,产额低,易泄漏,产额不断降低,二、加速器中子源,1,、加速器中子源,利用被加速器加速的带电粒子轰击某些靶物质导致核反应产生的中子。,2,、,特点,（能量）,与靶物质；带电粒子类型、能量；中子出射方向,3,、,加速器中子源产额,单位时间内由单位离子束流产生的中子数。,类型：,T(d,n,),D(,d,n,),12,C(,d,n,),9,Be(,d,n,),7,Li(,d,n,),用在中子发生器与静,电加速器上产生的单能,中子。,用在回旋加速器上产生,的复杂能谱的中子。,中子的注量率计算：,三、反应堆中子源,优点：中子数量,多，能谱宽,缺点：装置结构大,、造价高、辐射,安全问题,第二节中子剂量的计算,一、中子与机体组织相互作用的特点,二、中子剂量的计算,1,、比释动能的计算：,单能：,K=,f,k,.,谱分布的：,中子在大块组织与小块组织的比释动能与吸收剂量是有很大区别的。,在大块组织中中子的比释动能有三部分组成：,1,、中子给予反冲质子部分（,K,p,）,2,、中子给予较重反冲核（反冲碳核、氮核、氧核）的部分（,K,H,）,3,、次级,射线给予电子的部分（,K,）,注意,2,、剂量当量指数的计算,1,）单能辐射场中：,2,）谱分布的辐射场中,第三节 中子在屏蔽层中的减弱,一、屏蔽层内中子束的减弱原理,1,、减弱的两个过程,1,）快中子与物质的非弹性散射与弹性散射，使得中子慢化变为热中子；,2,）热中子被物质俘获吸收。,中能中子,热中子,快中子,B,、,Gd,、,Li,等元素吸收（,n,），,（n,）,等,非弹,俘获,W,、,Fe、,C,、,O,等,非弹散射,（,n,n,）,H,弹性散射,（,n,n,）,中重元素共振散射,Pb,、,W,等元素,吸收,屏蔽层,中子屏蔽物理思路,2,、特点,1,）非弹性散射具有阈值,2,）中子发生了非弹性散射后能量会大幅降低,3,）弹性散射中，与中子碰撞的原子核越轻，中子转移给反冲核的能量就越多；,最好使用重的或较重的物质，通过非弹,性散射使中子能量很快降低与原子核的第一激发能级,相应的能量以下，再利用含氢物质，通过弹性散,射使中子能量进一步降低到热能区,4,、,吸收热中子的材料选择,1,）热中子吸收截面大的；,2,）俘获辐射能量低的。,为了减低俘获,辐射的屏蔽，,在屏蔽层中添加,10,B,、,6,Li,二、中子流在屏蔽层中的减弱规律,三、计算宽束中子的减弱的分出截面法,1,、分出截面法的出发点：,选择合适的屏蔽材料使得中子在屏蔽层中一经散射便能在很短距离内迅速慢化并保证能在屏蔽层内被吸收。,亦即：经历了散射作用的中子被有效地从穿出屏蔽层的中子束中“分出”了，使穿过屏蔽层的都是那些在屏蔽层内未经相互作用的中子。,1,）条件：,（,1,）屏蔽层足够厚,（,2,）屏蔽层中必须含铁、铅等中等重的或重的材料，能使入射的中子能量通过非弹性散射很快就降到,1MeV,；,（,3,）屏蔽层内含有足够的,H,，保证很短距离内，使中子的能量从,1MeV,降到热能。,满足上述，则：,佐勒根据实验数据推出的估算裂变中子谱平均分出截面的经验公式,自学：,四、宽束中子的透射曲线,五、十倍减弱厚度,六、屏蔽中子的常用材料,1,、屏蔽材料考虑的因素,1,）屏蔽性能,2,）结构性能,3,）稳定性能,4,）经济成本,1,、以一定的,Z,值的材料,2,、存在,H,，是中子能量降低到热能,3,、掺与一定的,10B,、,9Li,，吸收热,中子减少,俘获的产生,2,、材料,1,）水,2,）混凝土,3,）石蜡,4,）聚乙烯,5,）泥土,6,）锂和硼,第四节中子的屏蔽计算,一、放射性核素中子源的屏蔽计算,中子发射率不强，所需屏蔽层也不太厚，可能存在散射，必须引入累积因子,B,n,以便修正。,一般对于厚度不小于,20cm,的水、石蜡、聚乙烯等含氢材料，,B,n,=5,；铅,B,n,=3.5,；铁,B,n,=2.6,二、加速器中子源的屏蔽计算,加速器中子源的屏蔽计算：靶室墙、屋顶厚度,由于图及表有,2,倍的计算误差，所以采用上述方法计算所需的屏蔽层厚度需要,添加一个半减弱厚度层。,注意,P178,1,、,2,、,3,、,4,、,5,作业,