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 φ (x), плотность потока нейтронов после прохождения слоя толщиной , – число ядер

в 1 см³ вещества. Макроскопическое сечение является линейным коэффициентом ослабления нейтронов в веществе.

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

, (3.22)

где – сечение упругого рассеяния , – сечение неупругого рассеяния , – 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 тяжелую защиту в виде нескольких метров бетона с добавками металлического скраба и дроби, эффективно ослабляющего как нейтронное, так и гамма-излучение.