В статье вы ознакомитесь с одним из самых эффективных методов экранирования излучений — экранирующие блоки NEUTROSTOP.
Экранирующий материал используется для снижения интенсивности поля ионизирующего излучения до допустимой величины.
Большинство полей радиации состоит из разных видов излучения. Наиболее существенными являются быстрые нейтроны, тепловые нейтроны, первичное и вторичное гамма излучение. Экранирующий материал предназначен для снижения радиации на допустимый уровень.
Быстрые нейтроны наиболее эффективно экранирует водород. В связи с этим выгодно применять для экранирования блоки NEUTROSTOP, содержащие водород в максимальной мере. Быстрые нейтроны замедляются тепловой энергией, возникающей при столкновении с атомами водорода.
Тепловые нейтроны могут быть эффективно экранированы, например, примесями бора, лития или кадмия в экранирующем материале.
Вторичное гамма излучение образуется при захвате тепловых нейтронов водородом. Это излучение можно свести кминимуму при наличии в экранируемом материале таких элементов, как бор и литий.
Выбор материала зависит от типа излучения, возможно экранировать заряженные частицы альфа, бета и электроны и косвенно ионизирующие излучения фотоны гамма, фотоны тормозного излучения и нейтроны. Из вышеуказанных типов излучений самое сложное экранирование нейтронов, потому что их энергия перекрывает более 10 порядков так называемых тепловых энергий от одной тысячной части электрон-вольта до десятков мегаэлектрон-вольт (MeV).
Нейтроны лучше всего экранировать материалом содержащим в наибольшей мере водород. Нейтроны при столкновении с ядром водорода теряют максимум энергии и в дальнейшем, замедленные, могут быть захвачены ядром водорода или другим ядром. При захвате нейтронов ядром атома обычно с небольшим опозданием излучаются так называемые быстрые фотоны гамма, которые можно легко экранировать материалом с большим атомным числом, например свинцом. Энергия быстрых фотонов зависит от типа ядра: если медленный нейтрон захвачен ядром водорода, быстрый фотон имеет энергию 2,2 MeV, если захвачен ядром изотопа бора (10B), то только 0,5 MeV. В случае, если произойдет ядерная реакция медленного нейтрона с ядром изотопа лития (Li), образуется частица альфа с пренебрежительно малой дальностью действия и не излучается фотон.
Компания KOPOS производит экранирующие блоки из трех специальных смесей полиэтилена
Специальная смесь полиэтилена без примесей для экранирования нейтронов всех энергий.
Благодаря своим механическим, физическим и химическим свойствам полиэтилен является самым подходящим материалом для создания крупногабаритных экранирований. Полиэтилен можно производить с высокой степенью чистоты, при этом он не будет содержать элементы, которые бы активировали нейтроны. Поверхность изделий из полиэтилена гидрофобная возможность контаминации поверхности очень низкая, процесс деконтаминация простой. По физическим свойствам полиэтилен, как основной материал, обладает высоким содержанием водорода, который является основным для экранирующего процесса. Концентрация водорода в полиэтилене почти такая же как в воде, и поэтому экранирующие свойства чистого полиэтилена аналогичны воде.
Специальная смесь полиэтилена с примесью бора для экранирования нейтронов всех энергий и частичной элиминации фотонов 2,2 MeV возникающих при их захвате водородом.
В большинстве случаев требуется материал только с бором, но в больших экранирующих системах целесообразно комбинировать более дешевые блоки из чистого полиэтилена для замедления быстрых нейтронов. Применение добавки бора имеет одно неудобство, которое, правда, обычно не мешает; при захвате электронов мгновенно возникает гамма излучение 478 кэВ.
Материал содержит изотоп бора (B), который взаимодействует с медленными нейтронами. Возникшие ядра изотопа Li имеют избыток энергии которая проявится излучением фотона гамма с энергией 0,5 MeV. Такой параметр намного ниже, чем 2,2 MeV и поэтому данные фотоны можно легко экранировать. KOPOS производит два типа экранирующих блоков с примесей бора весовая доля 3,5% или 5% бора.
Специальная смесь полиэтилена с примесью лития для экранирования нейтронов всех энергий и частичной элиминации фотонов 2,2 MeV, возникающих при их захвате водородом.
Материал содержит изотоп лития, который действенно захватывает медленные электроны и при этом не излучаются гамма-лучи. Экранирующие блоки NEUTROSTOP изготавливаются с 10% весовой долей лития.
Основные формы экранирующих блоков NEUTROSTOP:
- форма H
- форма C
- форма E
- по желанию заказчика можно изготовленные блоки специально обработать напр. фрезерованием для конструкций цилиндрического экранирования ускорителя частиц.
Техническое обозначение блоков NEUTROSTOP
- блоки из полиэтилена без примеси — обозначение С0, Е0, Н0
- блоки из полиэтилена с 3,5% весовой долей бора — обозначение С3, Е3, Н3
- блоки из полиэтилена с 5% весовой долей бора — обозначение С5, Е5, Н5
- блоки из полиэтилена с 10% весовой долей лития — обозначение С10, Е10, Н10
Рекомендация: для создания экранирующих стен требуются прежде всего блоки с примесью бора или лития, но при создании больших экранирующих конструкций можно блоки комбинировать с блоками без примеси, которые дешевле. В таком случае группа компаний KOPOS рекомендуем блоки без примеси ставить ближе к источнику нейтронов.
Конструкции экранирующих стен
Самым простым и удобным комплектом являются стены из блоков формы С. Блоки Н позволяют комбинации с блоками C и E. Постройку компактных стен, или пустых форм с проходом во внутрь, можно создать без вспомогательных или дополнительных опорных конструкций. Установленные экранирующие формы можно комбинировать с индивидуально изготовленными блоками с дополнительной механической обработкой.
Экранирующие свойство блоков повышается с толщиной экранирующей стены толщина блоков 44 см снизит поток быстрых нейтронов в 100 раз, а толщина 90 cм до 1000 раз.
Блоки могут экранировать устройство любого размера, от ядерного реактора или циклотрона до отдельных радионуклидных источников нейтронов.
Для предложения экранирования нужно знать лишь следующие данные
- размер мощности пространственного парциального эквивалента для экранирования Н*(10);
- эмиссии нейтронов из источника;
- энергию (спектр) нейтронов;
- геометрическую конфигурацию источника нейтронов и экранированного пространства.
Было доказано, что экранирующие свойства материала NEUTROSTOP сохраняются в течение непрерывного пятилетнего облучения потоком нейтронов и его химический состав остается неизменным. В процессе облучения, правда, имеет место некоторое обеднение изотопами, вызывающими абсорбцию нейтронов и небольшие изменения технических свойств полиэтилена. Но эти изменения с технической точки зрения пренебрежимо малы. Физические и электрические свойства соответствуют обычным величинам для полиэтилена и сходны со свойствами парафина, например, энергетический декремент составляет 0,9. Точка плавления примененного полиэтилена 100 °C. Загрязняемость материала NEUTROSTOP была определена путем экспозиции образцов в растворе, содержащем по валу 1.10 нитрата эвтропита в 1 л воды, меченного изотопами 152 и 154 Eu.
Экранирующие блоки NEUTROSTOP производства KOPOS находят применение на многих объектах по всему миру.
К таким объектам относятся атомные станции в России, Чехии, Швейцарии, Австрии, Венгрии, Франции. Научно-исследовательские лаборатории в Подмосковье в городе Дубна, а также же в Германии и Болгарии. Научно-исследовательские институты во многих городах Европы и Восточных стран.
