【實用資料】中子的外照射防護PPT

中子的外照射防護7.1.1放射性核素中子源優(yōu)點：—發(fā)出的中子基本各向同性；

—源的尺寸?。?/p>

—價格便宜。缺點：—產(chǎn)額小，且隨時間減弱；

—易形成污染。放射性核素中子源有三種，即：(α，n)反應(yīng)中子源；(γ，n)反應(yīng)中子源；自發(fā)裂變中子源。前二種是利用放射性核素衰變時發(fā)出的α粒子或γ光子轟擊一定的靶物質(zhì)，通過(α，n)或(γ，n)核反應(yīng)產(chǎn)生中子。

2表7.1放射性核素中子源的特性37.1.1放射性核素中子源

許多重原子核都具有自發(fā)裂變而發(fā)射中子的特性。天然重核(如U、Th)發(fā)生自發(fā)裂變的幾率很小，不宜用作中子源。目前可供實用的自發(fā)裂變中子源只有252Cf。表列出了252Cf自發(fā)裂變中子源的主要物理特性。4表7.2252Cf自發(fā)裂變中子源的物理特性57.1.2加速器中子源

加速器中子源是利用被加速器加速的帶電粒子轟擊某些靶物質(zhì)導(dǎo)致核反應(yīng)產(chǎn)生中子的。這種中子源的特點是，可以通過改變靶物質(zhì)種類和帶電粒子類型，調(diào)節(jié)帶電粒子的能量和中子的出射方向來獲得不同能量的中子。加速器中子源所用的加速器過去多為低能加速器，例如密封管型中子發(fā)生器、高壓倍加器、靜電加速器、回旋加速器和電子直線加速器等。被加速的帶電粒子，有電子、質(zhì)子、氘核、氚核、α粒子等。目前，已有高能重離子加速器中子源，并且發(fā)展非常迅速。6加速器中子源二種應(yīng)用較多的核反應(yīng)式：

T(d,n)4He反應(yīng)的優(yōu)點是中子能量高（10～30MeV），即使氘核能量低到，通過T(d,n)4He反應(yīng)也能獲得接近14MeV的單能中子。7、中子劑量的計算

7.2.1中子與機體組織相互作用的特點

考慮中子與組成人體組織的元素間的相互作用。在機體組織中，按重量百分比計，氫、碳、氮、氧四種元素占整個人體重量的95%以上，按原子數(shù)計，氫原子數(shù)占人體原子總數(shù)的60%以上。表7.5中子在機體組織中發(fā)生的重要的相互作用87.2.2中子劑量的計算1.比釋動能計算式中為中子比釋動能因子。據(jù)此，可以通過對輻射場實測或計算得到中子注量Φ，并從附表3查得與中子能量相對應(yīng)的fK值，便可算出中子的比釋動能K

附表39104.比釋動能與注量的關(guān)系單能：比釋動能因子：用于計算K不帶電粒子與物質(zhì)相互作用，入射粒子總能量中平均有多少能量轉(zhuǎn)移為次級帶電粒子的動能-----用質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)tr/度量附表3第三章輻射劑量學中使用的量和單位107.2.2中子劑量的計算如果已知中子輻射場中某種物質(zhì)(m)的比釋動能Km，則在同一點上受到照射的一小塊組織(T)的比釋動能KT

吸收劑量：式中，(μtr/ρ)T、(μtr/ρ)m分別是物質(zhì)m和組織T的質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)。在滿足帶電粒子平衡條件，相關(guān)組織的中子吸收劑量即為11中子注量到當量劑量換算因子

2.當量劑量計算單能：連續(xù)譜：12表7.6中子輻射權(quán)重因子WR，中子當量劑量換算因子

fHi，n和對應(yīng)的劑量率限值為10μSv/h的中子注量率值

2.當量劑量計算1314、中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律7.3.1減弱原理第一步：快中子通過與物質(zhì)的非彈性散射和彈性散射，慢化成熱中子；第二步：熱中子被物質(zhì)俘獲吸收。首先用重或較重的物質(zhì)，通過非彈性散射使中子能量很快降到與原子核第一激發(fā)能級能量以下；然后，再利用含氫物質(zhì)，通過彈性散射使中子能量降到熱能區(qū)。15、中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律7.3.1減弱原理雖然熱中子能被各種物質(zhì)所吸收，但并不是任何物質(zhì)都適宜用來吸收熱中子的。因為許多物質(zhì)吸收熱中子后，常伴有高能的俘獲γ輻射。因此，在選擇吸收熱中子的材料時應(yīng)選擇對熱中子吸收截面大、俘獲γ輻射能量低的那些材料，這樣便于對俘獲γ輻射的屏蔽。為了減少或避免熱中子吸收過程中產(chǎn)生的俘獲γ輻射，可在屏蔽層中加入適最的10B和6Li，因為這兩種核素吸收熱中子的截面特別大(10B為3837b和6Li為910b)，而且產(chǎn)生的是(n，α)反應(yīng)，此反應(yīng)放出的主要是外照射防護中?？珊雎缘摩亮Ｗ?。雖然10B吸收熱中子后還伴有γ輻射，但其能量很低，易于屏蔽。在快中子的非彈性散射和熱中子被吸收的過程中，都會產(chǎn)生次級γ輻射。對這些γ輻射仍然可用前述的γ輻射的屏蔽方法進行屏蔽。在實際的屏蔽設(shè)計中，為慢化快中子已使用了不少中等重量以上的材料，它們對次級γ輻射已具有相當?shù)钠帘文芰Γ虼?，屏蔽體在防護中子的過程中往往也足以減弱或屏蔽掉這些次級γ輻射。

167.3.2減弱規(guī)律17計算寬束中子減弱的分出截面法原理：通過屏蔽材料的選擇使得中子－－經(jīng)散射就很快被吸收，穿過屏蔽層的都是未經(jīng)相互作用的中子。滿足簡單的指數(shù)規(guī)律18計算寬束中子減弱的分出截面法

分出截面法的基本出發(fā)點在于：選擇合適的屏蔽材料使得中子在屏蔽層中一經(jīng)散射便能在很短的距離內(nèi)迅速慢化并保證能在屏蔽層內(nèi)被吸收。也就是說，那些經(jīng)歷了散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽層的中子束中“分出”了，使穿過屏蔽層的都是那些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。在這種情況下，即使是寬束中子，它在屏蔽層中的減弱也能滿足簡單的指數(shù)規(guī)律。

19屏蔽材料必須滿足的條件：（1）屏蔽層足夠厚，使得在屏蔽層后面的當量劑量主要是由中子束中一組貫穿能力最強的中子的貢獻所致。

（2）屏蔽層含像鐵、鉛之類的重材料，通過非彈性散射將中子能量很快降到1MeV以下；（3）屏蔽層內(nèi)含有足夠的氫，在很短距離內(nèi)，將中子能量從1MeV降到熱能，然后被吸收。20上述條件滿足時：式中，、和、分別是設(shè)置屏蔽層前、后在輻射場中屏蔽厚度為d處的注量率或當量劑量率；。宏觀分出截面21表7.10對于裂變中子的宏觀分出截面原子量>10，宏觀分出截面：227.3.4計算寬束中子的透射曲線中子輻射透射系數(shù)單位中子注量在屏蔽體后造成的劑量當量，單位Sv·cm2。：中子透射比中子減弱倍數(shù)中子輻射場中某點，有屏蔽體時的吸收劑量率(或當量劑量率)與沒有屏蔽體時的吸收劑量率(或當量劑量率)之比23屏蔽材料的選擇和材料厚度的確定應(yīng)依據(jù)輻射防護最優(yōu)化原則，綜合考慮材料的屏蔽性能、結(jié)構(gòu)性能、穩(wěn)定性能，以及經(jīng)濟成本等幾個因素。優(yōu)點：—發(fā)出的中子基本各向同性；據(jù)此，可以通過對輻射場實測或計算得到中子注量Φ，并從附表3查得與中子能量相對應(yīng)的fK值，便可算出中子的比釋動能K比釋動能與注量的關(guān)系也就是說，那些經(jīng)歷了散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽層的中子束中“分出”了，使穿過屏蔽層的都是那些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。也就是說，那些經(jīng)歷了散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽層的中子束中“分出”了，使穿過屏蔽層的都是那些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子?！芌是屏蔽材料的宏觀分出截面，cm-1；式中：d是屏蔽層厚度，cm；10對于裂變中子的宏觀分出截面所以，它的應(yīng)用是很廣泛的。計算寬束中子的十倍減弱厚度同時屏蔽材料中也必須含有適當數(shù)量的輕元素，尤其是氫。在快中子的非彈性散射和熱中子被吸收的過程中，都會產(chǎn)生次級γ輻射。加速器中子源所用的加速器過去多為低能加速器，例如密封管型中子發(fā)生器、高壓倍加器、靜電加速器、回旋加速器和電子直線加速器等。石蠟：含大量的氫，易成型，但結(jié)構(gòu)性能差，高溫易軟化，低溫易干裂，對輻射屏蔽性能差。計算寬束中子的十倍減弱厚度中子的十倍減弱厚度△1/10是使沿入射束方向的中子注量率減少到原來的1/10的屏蔽體厚度。24∑R是屏蔽材料的宏觀分出截面，cm-1；2252Cf自發(fā)裂變中子源的物理特性、中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律據(jù)此，可以通過對輻射場實測或計算得到中子注量Φ，并從附表3查得與中子能量相對應(yīng)的fK值，便可算出中子的比釋動能K因此，在選擇吸收熱中子的材料時應(yīng)選擇對熱中子吸收截面大、俘獲γ輻射能量低的那些材料，這樣便于對俘獲γ輻射的屏蔽。因為許多物質(zhì)吸收熱中子后，常伴有高能的俘獲γ輻射。1放射性核素中子源的特性—源的尺寸??；放射性核素中子源有三種，即：(α，n)反應(yīng)中子源；中子的十倍減弱厚度△1/10是使沿入射束方向的中子注量率減少到原來的1/10的屏蔽體厚度?？紤]中子與組成人體組織的元素間的相互作用。5中子在機體組織中發(fā)生的重要的相互作用混凝土中水含量的不同對屏蔽效果影響較大，需要進行修正。在實際的屏蔽設(shè)計中，為慢化快中子已使用了不少中等重量以上的材料，它們對次級γ輻射已具有相當?shù)钠帘文芰?，因此，屏蔽體在防護中子的過程中往往也足以減弱或屏蔽掉這些次級γ輻射?；炷林兴康牟煌瑢ζ帘涡Ч绊戄^大，需要進行修正。、中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律

(3)屏蔽中子的常用材料

屏蔽材料的選擇和材料厚度的確定應(yīng)依據(jù)輻射防護最優(yōu)化原則，綜合考慮材料的屏蔽性能、結(jié)構(gòu)性能、穩(wěn)定性能，以及經(jīng)濟成本等幾個因素。根據(jù)前面介紹的中子與物質(zhì)相互作用規(guī)律可知，對于幾MeV以上的快中子，屏蔽體中必須含有一定數(shù)量的原子序數(shù)在中等以上的元素，以便通過非彈性散射使快中子能量迅速地降下來。同時屏蔽材料中也必須含有適當數(shù)量的輕元素，尤其是氫。表列出了某些常用屏蔽材料中的含氫量。25①有的資料給出8.15×1022。

②有的資料給出8.3×1022。表7.12常用屏蔽材料中的含氫量26水：含氫量大，既是慢化劑，又是吸收體，氫的俘獲輻射能量低，只有，便于屏蔽。由于水缺乏結(jié)構(gòu)性能，故很少單獨應(yīng)用，但可把它灌注在水門、水箱屏蔽體里，此時必須注意避免容器破裂，導(dǎo)致水的泄漏而釀成事故?；炷粒杭扔休p元素，又有較重的元素和一定量的水分，對中子和光子都有較好的屏蔽作用。混凝土中水含量的不同對屏蔽效果影響較大，需要進行修正。混凝上具有良好的結(jié)構(gòu)性能，是一種較好的建筑材料，多用作固定的屏蔽體。在需要提高混凝上的屏蔽能力時，還可在混凝土中加入重材料組分(例如重晶石、鑄鐵塊等)以制成密度較大的重混凝土。所以，它的應(yīng)用是很廣泛的。

常用的中子屏蔽材料有下列幾種:27聚乙烯：含氫豐富，易加工成型，溫度高于100oC時，易軟化。泥土：含水多，廉價。鋰和硼：熱中子吸收截面大，鋰俘獲中子后放出的輻射可忽略不計，硼俘獲中子放出的輻射，易屏蔽。石蠟：含大量