辐射防护9综述

1 第四节 中子的外照射防护 一、中子辐射源 二、中子剂量计算 三、中子在屏蔽层的减弱规律 四、中子屏蔽计算 2 放射性核素中子源 加速器中子源 反应堆中子源 等离子体中子源 一、中子辐射源 中子源注意事项：往往伴有 辐射。 第四节 中子的外照射防护 单能，多能 3 放射性核素中子源 优点： 发出的中子基本各向同性； 源的尺寸小； 价格便宜。 缺点： 产额小，且随时间减弱； 易形成污染。 第四节 中子的外照射防护 4 放射性核素中子源的特性放射性核素中子源的特性 名称放射性 核素 反应应 类类型 半衰期T 1/2 中子最 大能量 ，MeV 中子平 均能量 ，MeV 中子产额产额y ，10-6 S-1Bq-1 中子源发发射率为为 106 s-1，距离1m 处处的照射量率， 10-7Ckg-1h-1 中子 能谱谱 伴随 辐辐射 钠钠鈹 锑锑鈹 釙鈹 镭镭鈹 钚钚鈹 钚钚鈹 鎇鎇鈹 24Na 124Sb 210Po 226Ra 238Pu 239Pu 241Am （,n） （,n） （,n） （,n） （,n） （,n） （,n） 15.0h 60.4d 138.4d 1620a 87.75a 24390a 432a 10.87 13.08 11.3 10.74 11.5 0.83 0.029 4.2 4.0 4.5 4.1 4.5 3.51 5.14 67.6 405 54.1 43.2 54.1 3.76104 1.33104 0.103 155 1.29 4.39 2.58 单单能 单单能 连续连续 连续连续 连续连续 连续连续 连续连续 非常强 非常强 很低 很低 低 低 低 第四节 中子的外照射防护 5 加速器中子源 T(d,n)4He反应的优点是中 子能量高（1030MeV） ，即使氘核能量低到 0.1MeV，通过T(d,n)4He 反应也能获得接近14MeV 的单能中子。 第四节 中子的外照射防护 6 加速器（，n）中子源： 连续谱 第四节 中子的外照射防护 7 反应堆中子源： 中子数量大，能谱宽（0.07517MeV） 第四节 中子的外照射防护 8 二、中子剂量的计算二、中子剂量的计算 （一）中子与机体组织相互作用的特点（一）中子与机体组织相互作用的特点 中子在机体组织中发生的重要的相互作用（En100MeV） 第四节 中子的外照射防护 元素相 互 作 用 氢 弹性散射 辐射俘获H（n，）D 碳 弹性散射 非弹性散射 C（n，n3）和C（n，n）Be反应 氮 弹性散射 非弹性散射 N（n，p）C，N（n，d）C，N（n，t）C，N（n，）B ，N（n，2）Li和N（n，2n）N反应 氧 弹性散射 非弹性散射 O（n，）C和O（n，p）N反应 9 （二）中子剂量的计算 1. 比释动能计算 式中为中子比释动能因子。 吸收剂量： 小块组织： 第四节 中子的外照射防护 平均比释动能因子 吸收剂量，将比释动能近似为 11 中子辐射权重因子中子辐射权重因子WW R R ，中子当量剂量换算因子，中子当量剂量换算因子 f f HiHi，n n和对应的中子注量率 和对应的中子注量率10Sv10Sv h h-1 -1 En，MeV辐辐射权权重因子 WR 当量剂剂量换换算因子f Hi，n 10-15 Svm2 中子注量率L Cm-2s-1 2.510-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110-2 110-1 510-1 1 2 5 10 20 50 210Po-B En2.8 210Po-Be En4.2 226Ra-Be En4.0 239Pu-Be En4.1 241Am-Be En4.5 252Cf源 En2.13 2 2 2 2 2 2 2 7.4 11 10.6 9.3 7.8 6.8 6.0 5.0 8.0 7.5 7.3 7.5 7.4 9.15 1.068 1.157 1.263 1.208 1.157 1.029 0.992 5.787 19.84 32.68 39.68 40.65 40.85 42.74 45.54 33.1 35.5 34.5 35.2 39.5 33.21 260.1 240.1 219.9 230.0 240.1 270.0 280.0 48.00 14.00 8.608 7.000 6.832 6.800 6.500 6.100 8.400 7.840 8.040 7.880 7.040 8.364 2. 当量剂量计算 单能： 连续谱： 第四节 中子的外照射防护 12 三、中子在屏蔽层中的减弱规律 （一）减弱原理 第一步：快中子通过与物质的非弹性散射 和弹性散射，慢化成热中子； 第二步：热中子被物质俘获吸收。 首先用重或较重的物质，通过非弹性散射使中子 能量很快降到与原子核第一激发能级能量以下； 然后，再利用含氢物质，通过弹性散射使中子能 量降到热能区。 第四节 中子的外照射防护 13 某些元素的热中子吸收截面及相应俘获某些元素的热中子吸收截面及相应俘获 辐射的最大能量辐射的最大能量 元素热热中子（n, ）截面 俘获获之最高 能量，MeV 元素热热中子（n,） 截面 俘获获之最高 能量，MeV 氢氢 硼-101） 氮 钠钠 镁镁 铝铝 硅 磷 钙钙 钪钪 钛钛 钒钒 铬铬 锰锰 铁铁 0.032 3837 0.075 0.534 0.036 0.235 0.160 0.190 0.44 24 5.8 4.98 3.1 13.2 2.35 2.23 0.478 10.8 6.41 10.09 7.72 10.59 7.94 7.83 8.85 10.47 7.98 9.72 7.26 10.16 钴钴 镍镍 铜铜 锌锌 锆锆 鈮 钼钼 银银 镉镉 铟铟 锡锡 钽钽 钨钨 铅铅 铋铋 37.0 4.8 3.77 1.10 0.18 1.15 2.7 63 2450 196 0.625 21 19.2 0.17 0.084 7.49 9.00 7.91 9.51 8.66 7.19 9.15 7.27 9.05 5.87 9.35 6.04 7.42 7.38 4.17 1）系指（n，）反应的截面及其伴随的光子能量。 选择吸收热中子材料时，应选热中子吸收 截面大，俘获伽马辐射能量低的 15 （二）减弱规律 窄束： 宽束： 第四节 中子的外照射防护 16 （三）计算宽束中子减弱的分出截面法 原理：通过屏蔽材料的选择使得中子一经散射就 很快被吸收，穿过屏蔽层的都是未经相互作用的 中子。 满足简单的指数规律 第四节 中子的外照射防护 分出截面表示： 中子通过单位厚度的材料时，从高于某一 能域的中子群中分出来进入较低能量的种 子群的几率。 可以用中子从某一能量的种子群分出的几 率来考虑中子的衰减，用分出截面来计算 快中子在屏蔽层中的减弱。 19 屏蔽材料必须满足的条件： （1）屏蔽层足够厚； （2）屏蔽层含像铁、铅之类的重材料，通过非弹 性散射将中子能量很快降到1MeV以下； （3）屏蔽层内含有足够的氢，在很短距离内，将 中子能量从1MeV降到热能，然后被吸收。 宏观分出截面 第四节 中子的外照射防护 20 对于裂变中子的宏观分出截面对于裂变中子的宏观分出截面 材 料 普通土 含水 10 石墨 1.54 普通 混凝 土 水石蜡 聚乙 烯 铁 R，cm-10.0410.078 5 0.08 9 0.10 3 0.11 8 0.12 3 0.157 6 第四节 中子的外照射防护 原子量A>10，宏观分出截面 ： 21 （四）计算宽束中子的透射曲线 中子辐射透射系数 单位中子注量在屏蔽体后造成的剂量当量， 单位Svcm2。 ： 中子透射比 中子减弱倍数 第四节 中子的外照射防护 22 （五）计算宽束中子的十倍减弱厚度 第四节 中子的外照射防护 23 与附图与附图3232和附图和附图3434（NCRP79NCRP79图图F8F8和和F9F9）中各曲线对应的核反应、）中各曲线对应的核反应、 加速粒子能量以及由此产生的中子在混凝土中的平衡十倍减弱厚度加速粒子能量以及由此产生的中子在混凝土中的平衡十倍减弱厚度 值值 核反应应入射粒子能量， MeV 靶物质质出射中子与入 射粒子的夹夹角 混凝土的平均十倍衰减 厚度1/10，e gcm-2 （，n）16 34 55 55 65 65 85 85 Pt O Be Pb O Mg Be Pb 900 550 67.50 67.50 900 900 67.50 67.50 78 71 85 86 84 86 163 117 （p，n）8 8 10 10 10 12 12 12 C Ta Mg S Si Mg S Si 00 00 00 00 00 00 00 00 74 81 78 78 78 78 78 78 24 与附图与附图3232和附图和附图3434（NCRP79NCRP79图图F8F8和和F9F9）中各曲线对应的核反应、）中各曲线对应的核反应、 加速粒子能量以及由此产生的中子在混凝土中的平衡十倍加速粒子能量以及由此产生的中子在混凝土中的平衡十倍 减弱厚度值减弱厚度值 （续）（续） 核反应应入射粒子能量 ，MeV 靶物质质出射中子与入射 粒子的夹夹角 混凝土的平均十倍衰减厚 度1/10，e gcm-2 13 13 14 20 C Ta Al Al 00 00 100 100 74 81 71 71 （d，n）1.6 8 14 16 18 40 54 Be Ta Ta Be Al Be Be 00 100 100 00 00 00 00 74 74 74 74 71 86 115 （3He，n）18Cu74 （，n） （，f） 45 238U 90085 25 有的资料给出有的资料给出8.15108.151022 22。 。 有的资料给出有的资料给出8.3108.31022 22。 。 材 料化 学 组组 成含氢氢量，原子cm- 3 水 石 蜡 聚 乙 烯烯 聚 氯氯 乙 烯烯 有 机 玻 璃 石 膏 高 岭 土 92聚乙烯烯8B4C H2O C30H62 （CH2）n （CH2CHCl）n （C4H8O2）n CaSO42H2O Al2O32SiO22H2O （CH2）nB4C 6.71022 7. 871022 7.921022 4.11022 5.71022 3.251022 2.421022 7.681022 常用屏蔽材料中的含氢量 第四节 中子的外照射防护 26 水：含氢量大，既是慢化剂，又是吸收体，氢的俘获 辐射能 量低，只有2.2MeV，便于屏蔽。水的泄漏易酿成事故。 混凝土：既有轻元素，又有较重的元素和一定量的水分，对中 子和光子都有较好的屏