第五章中子外照射的防护精选文档.ppt

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1、第五章中子外照射的防护本讲稿第一页，共四十二页中子的分类与性质中子的分类与性质1、中子的中子的分类分类2)中能中子：中能中子：1KeV0.5MeV。1)慢中子：慢中子：01KeV。包括冷中子、热中包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。子、超热中子、共振中子。3)快中子：快中子：0.5MeV10MeV。4)特快中子：特快中子：10MeV。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为为0.0253eV，中子速度，中子速度2.2103m/s.本讲稿第二页，共四十二页第一节 中子辐射源放射性核素中子源放射性核素中子源加速器中子源加速器中子源反应堆中子源反应堆

2、中子源等离子中子源等离子中子源中子源中子源一、分类一、分类1、按产生方式、按产生方式本讲稿第三页，共四十二页2、按能谱、按能谱单能中子源单能中子源多能中子源多能中子源中子源中子源二、参数二、参数中子产额（中子发射率）中子产额（中子发射率）中子能谱中子能谱中子发射角分布中子发射角分布123本讲稿第四页，共四十二页一、放射性中子源放射性核素中子源放射性核素中子源（，n）反应中子源）反应中子源（，n）反应中子源）反应中子源自发裂变中子源自发裂变中子源价格便宜、价格便宜、易于制备与转移操作易于制备与转移操作中子发射各向同性中子发射各向同性尺寸小尺寸小优点优点缺点缺点产额低产额低易泄漏易泄漏产额不断降低

3、产额不断降低本讲稿第五页，共四十二页本讲稿第六页，共四十二页本讲稿第七页，共四十二页二、加速器中子源二、加速器中子源1、加速器中子源、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、特点特点（能量）（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。单位时间内由单位离子束流产生的中子数。本讲稿第八页，共四十二页类型：T(d,n),D(d,n),12C(d,n)9Be(d,n),7Li(d,n),用在中子发生器与静用在中子发生器与静电加速器上产生的单能电加速器上产生的单能中子。中子。用在回旋加速

4、器上产生用在回旋加速器上产生的复杂能谱的中子。的复杂能谱的中子。本讲稿第九页，共四十二页中子的注量率计算：本讲稿第十页，共四十二页三、反应堆中子源优点：中子数量优点：中子数量多，能谱宽多，能谱宽缺点：装置结构大缺点：装置结构大、造价高、辐射、造价高、辐射安全问题安全问题本讲稿第十一页，共四十二页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本讲稿第十二页，共四十二页二、中子剂量的计算二、中子剂量的计算1、比释动能的计算：单能：K=fk.谱分布的：本讲稿第十三页，共四十二页本讲稿第十四页，共四十二页中子在大块组织与小块组织的比释动能与吸收剂量是有中子在大块组织与小块组织的比释动能与吸收剂量

5、是有很大区别的。很大区别的。在大块组织中中子的比释动能有三部分组成：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（、中子给予反冲质子部分（Kp）2、中子给予较重反冲核（反冲碳核、氮核、氧核）的部、中子给予较重反冲核（反冲碳核、氮核、氧核）的部分（分（KH）3、次级、次级射线给予电子的部分（射线给予电子的部分（K ）注注意意本讲稿第十五页，共四十二页本讲稿第十六页，共四十二页2、剂量当量指数的计、剂量当量指数的计算算1）单能辐射场中：）单能辐射场中：2）谱分布的辐射场中）谱分布的辐射场中本讲稿第十七页，共四十二页本讲稿第十八页，共四十二页第三节 中子在屏蔽层中的减弱一、屏蔽层

6、内中子束的减弱原理一、屏蔽层内中子束的减弱原理1、减弱的两个过程、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）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；得中子慢化变为热中子；2）热中子被物质俘获吸收。）热中子被物质俘获吸收。本讲稿第十九页，共四十二页中能中子热中子快中子B B、GdGd、LiLi等等元元素素吸收（吸收（n,n,），），（n,n,）等等 非弹非弹 俘获俘获 W W、FeFe、C C、O O等等非非弹弹散散射射（n,nn,n）H H弹性散射（弹性散射（n,nn,n）中重元素共振散射中重元素共振散射PbPb、W W等元素等元素 吸收吸收屏蔽层中子屏蔽物

7、理思路本讲稿第二十页，共四十二页2、特点、特点1）非弹性散射具有阈值）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）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）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；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射使中子能量进一步降低

8、到热能区本讲稿第二十一页，共四十二页4、吸收热中子的材料选择吸收热中子的材料选择1）热中子吸收截面大的；）热中子吸收截面大的；2）俘获辐射能量低的。）俘获辐射能量低的。为了减低俘获为了减低俘获辐射的屏蔽，辐射的屏蔽，在屏蔽层中添加在屏蔽层中添加10B、6Li本讲稿第二十二页，共四十二页二、中子流在屏蔽层中的减弱规律本讲稿第二十三页，共四十二页三、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：、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。蔽

9、层内被吸收。亦即：经历了散射作用的中子被有效地从穿亦即：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出屏蔽层的中子束中“分出分出”了，使穿过屏了，使穿过屏蔽层的都是那些在屏蔽层内未经相互作用的蔽层的都是那些在屏蔽层内未经相互作用的中子。中子。本讲稿第二十四页，共四十二页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。本讲稿第二十五页，共四十二页满足上述，则：本讲稿第二十六页，共四十二页佐勒根据实验数据推出的估算裂变中佐勒根据实验数据推

10、出的估算裂变中子谱平均分出截面的经验公式子谱平均分出截面的经验公式 本讲稿第二十七页，共四十二页自学：四、宽束中子的透射曲线五、十倍减弱厚度本讲稿第二十八页，共四十二页六、屏蔽中子的常用材料1、屏蔽材料考虑的因素、屏蔽材料考虑的因素1）屏蔽性能）屏蔽性能2）结构性能）结构性能3）稳定性能）稳定性能4）经济成本）经济成本1、以一定的、以一定的Z值的材料值的材料2、存在、存在H，是中子能量降低到热能，是中子能量降低到热能3、掺与一定的、掺与一定的10B、9Li，吸收热，吸收热中子减少中子减少俘获的产生俘获的产生本讲稿第二十九页，共四十二页2、材料、材料1）水）水2）混凝土）混凝土3）石蜡）石蜡4）

11、聚乙烯）聚乙烯5）泥土）泥土6）锂和硼）锂和硼本讲稿第三十页，共四十二页第四节中子的屏蔽计算第四节中子的屏蔽计算一、放射性核素中子源的屏蔽计算一、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，必须引入累积因子在散射，必须引入累积因子Bn以便修正。以便修正。一般对于厚度不小于一般对于厚度不小于20cm的水、石蜡、聚乙烯的水、石蜡、聚乙烯等含氢材料，等含氢材料，Bn=5；铅；铅Bn=3.5；铁；铁 Bn=2.6本讲稿第三十一页，共四十二页本讲稿第三十二页，共四十二页本讲稿第三十三页，共四十二页本讲稿第三十四页，共四十二页二、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、屋顶厚度本讲稿第三十五页，共四十二页本讲稿第三十六页，共四十二页由于图及表有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添加一个半减弱厚度层。减弱厚度层。注意注意本讲稿第三十七页，共四十二页本讲稿第三十八页，共四十二页本讲稿第三十九页，共四十二页本讲稿第四十页，共四十二页本讲稿第四十一页，共四十二页P1781、2、3、4、5作业本讲稿第四十二页，共四十二页