第五章-中子外照射的防护

1、第五章,中子外照射的防护,第一节,第二节,第三节,第四节,环境工程,中子辐射源,中子剂量的计算,中子在屏蔽层中的减弱,中子的屏蔽计算,Environmental Engineering,中子的分类与性质,1,、,中子的分类,1),慢中子：,0,1KeV,。,包括冷中子、热,中子、超热中子、共振中子。,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,2.2,10,3,m/s.,2),中能中子：,1KeV,0.5MeV,。,3),快中子：,0.5MeV,10MeV,。,4),特快中子：,10MeV,。,环境工程,Environmental Engineering,一、

2、分类,1,、按产生方式,第一节,中子辐射源,放射性核素中子源,加速器中子源,中子源,反应堆中子源,等离子中子源,环境工程,Environmental Engineering,单能中子源,2,、按能谱,中子源,多能中子源,二、参数,1,2,3,中子产额（中子发射率）,中子能谱,中子发射角分布,环境工程,Environmental Engineering,一、放射性中子源,（,，,n,）反应中子源,放射性核素中子源,（,，,n,）反应中子源,自发裂变中子源,优点,价格便宜、,易于制备与转移操作,中子发射各向同性,尺寸小,缺点,产额低,易泄漏,产额不断降低,环境工程,Environmental En

3、gineering,环境工程,Environmental Engineering,环境工程,Environmental Engineering,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。,环境工程,Environmental Engineering,?,类型：,用在中子发生器与静,?,T(d,n), D (d,n),12,C (d,n),电加速器上产生的单能,中子。,9,Be (

4、d,n),7,Li (d,n),?,用在回旋加速器上产生,的复杂能谱的中子。,环境工程,Environmental Engineering,?,中子的注量率计算：,?,(,0,?,or,90,?,),?,I,.,y,sr,(,0,?,or,90,?,),?,10,/,r,I,:,加速器离子束流（,?,A,），,r,：距靶距离（,m,）,y,sr,(,0,?,or,90,?,),:,中子的产额。,?,4,2,环境工程,Environmental Engineering,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,环境工程,Environmental

5、Engineering,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,环境工程,Environmental Engineering,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：,?,tr,K,?,?,?,E,(,),EdE,?,?,?,E,f,k,(,E,),dE,?,f,k,平均比释动能因子：,K,m,?,?,f,k,环境工程,_,?,tr,f,k,?,?,?,E,(,),EdE,/,?,?,E,dE,?,?,?,?,E,f,k,(,E,),dE,/,?,?,E,dE,Environmental Engineering,(,?,tr,/,?,)

6、,T,K,T,?,K,m,(,?,tr,/,?,),m,在带电粒子平衡条件下,：,(,?,tr,/,?,),T,D,T,?,K,T,?,K,m,(,?,tr,/,?,),m,环境工程,Environmental Engineering,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。,注,在大块组织中中子的比释动能有三部分组成：,意,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,）,环境工程,Environmental Engineering,环境工程,Environment

7、al Engineering,?,2,、剂量当量指数的计算,?,1,）单能辐射场中：,H,I,?,?,n,f,H,I,n,?,2,）谱分布的辐射场中,H,I,?,?,?,n,E,f,H,I,n,(,E,),dE,平均剂量当量指数能因,子：,f,H,I,n,f,H,I,n,?,?,?,n,E,f,H,I,n,(,E,),dE,/,?,?,n,E,dE,环境工程,Environmental Engineering,环境工程,Environmental Engineering,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

8、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。,环境工程,Environmental Engineering,屏蔽层,H,弹性散射（,n,n,）,中重元素共振散射,快中子,W,、,Fe,、,C,、,O,等,非弹散射（,n,n,?,）,中能中子,热中子,B,、,Gd,、,Li,等元,素,吸收（,n,?,），,（,n,?,）等,非弹,?,俘获,?,Pb,、,W,等元素,?,吸收,中子屏蔽物理思路,?,n,(,P,),?,?,n,0,(,P,),B,n,e,环境工程,?,?,d,Environmental Engineering,?,2,、特点,?,1,）非弹性散射具有阈值

9、,?,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,环境工程,Environmental Engineering,?,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,环境工程,Environmental Engineering,二、中子流在屏蔽层中

10、的减弱规律,1,、窄束中子流：,?,r,(,d,),?,?,r,0,e,?,?,d,2,、宽束中子流：,?,r,(,d,),?,?,r,0,B,n,e,?,?,d,环境工程,Environmental Engineering,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。,环境工程,Environmental Engineering,?,1,

11、）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。,环境工程,Environmental Engineering,满足上述，则：,?,r,?,?,r,e,?,?,?,?,H,I,?,H,I,e,0,0,?,?,R,d,R,d,宏观分出截面,?,R,与微观分出截面,?,R,关系,0,.,602,?,R,?,R,?,M,A,如，屏蔽材料为混合物,或化学物，则,Q,i,?,R,i,?,R,?,?,N,i

12、,?,R,i,?,0,.,602,?,M,A,i,环境工程,Environmental Engineering,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,?,?,0,.,19,?,?,Z,?,0,.,743,（,z,?,8,）,?,?,0,.,125,?,?,Z,?,0,.,565,(,z,?,8,),H,的分出截面法为其总截,面的,90,%,?,R,(,H,),?,0,.,9,?,H,?,R,(,H,),、,?,H,分别表示屏蔽层中氢的,微观分出截面,与微观总截面。,10,.,97,?,H,?,E,n,?,1,.,66,环境工程,Environmental Enginee

13、ring,?,自学：,?,四、宽束中子的透射曲线,?,五、十倍减弱厚度,环境工程,Environmental Engineering,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,1,、以一定的,Z,值的材料,2,）结构性能,2,、存在,H,，是中子能量降低到热能,3,）稳定性能,3,、掺与一定的,10B,、,9Li,，吸收热,中子减少,俘获的产生,4,）经济成本,环境工程,Environmental Engineering,?,?,?,?,?,?,?,2,、材料,1,）水,2,）混凝土,3,）石蜡,4,）聚乙烯,5,）泥土,6,）锂和硼,环境工程,En

14、vironmental Engineering,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,环境工程,Environmental Engineering,要使注量率减低到,?,L,，所需的屏蔽层厚度,d,，,可按下式：,?,r,(,d,),?,?,r,0,B,n,qe,?,?,L,?,r,0,B,n,q,AyB,n,q,?,Rd,即：,e,?,?,2,?,L

15、,4,?,r,?,L,AyB,n,q,1,所以：,d,?,ln,2,?,R,4,?,r,?,L,面法，,cm,，,A,活度，,?,R,：屏蔽材料宏观分出截,y,：中子源产额，,Bq,.,s,，,q,居留因子，,r,：距离,?,1,?,1,-,1,?,?,Rd,环境工程,Environmental Engineering,环境工程,Environmental Engineering,环境工程,Environmental Engineering,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,对于初级中子束的屏蔽,计算：,?,?,q,0,n,?,(,d,),?,?,满足,

16、H,?,H,I,L,4,2,2,.,8,?,10,r,2,?,4,H,L,r,相应的中子透射系数为,：,?,n,?,2,.,8,?,10,?,0,q,计算出,?,n,后，根据初级中子束的,能量或产生中子,的核反应类型及激发该,核反应的加速粒子的能,量,从附图,32,34,中寻找屏蔽层厚度。,环境工程,Environmental Engineering,如果计算出的：,?,n,?,10,Sv,.,cm,时，先从附图中,查出与,10,Sv,.,cm,相应厚度的,d,10,然后计算出,?,n,所对应的十倍减弱厚度,的个数,n,：,n,?,log(,10,/,?,n,),d,?,d,10,?,18,?,18,?,18,2,?,18,?,18,2,?,n,?,1,/,10,Environmental Engineering,?,1,/,10,查图,5,.,12,及表,5,.,13,环境工程,注意,?,由于图及表