nguyên tắc làm việc của việc che chắn hợp kim vonfram là gì?

1. nguyên tắc cốt lõi: suy giảm thông qua tương tác

mục tiêu chính của bất kỳ lá chắn phóng xạ nào làsự suy giảmlàm cho cường độ của bức xạ khi nó đi qua một vật liệu. hợp kim vonfram vượt trội về điều này vì các đặc tính độc đáo của nó.

tài sản chính: mật độ phi thường

• hợp kim nặng vonfram có mật độ~ 17-19 g/cm³. đây làcao hơn đáng kểhơn các vật liệu che chắn truyền thống như chì (11,3 g/cm³) hoặc thép (7,8 g/cm³).

• tại sao mật độ quan trọng:hãy tưởng tượng bức xạ như một luồng các hạt nhỏ, năng lượng cao (hoặc photon) bay trong không gian. càng nhiều nguyên tử bạn có thể đóng gói vào con đường của nó, cơ hội một trong những hạt này sẽ va chạm với một nguyên tử và mất năng lượng càng cao. mật độ cao có nghĩa là nhiều nguyên tử trên mỗi cm khối, tạo ra một "bức tường" khó khăn hơn nhiều để xâm nhập.

thuộc tính chính: số nguyên tử cao (z)

• vonfram có rất caosố nguyên tử (z = 74), có nghĩa là các nguyên tử của nó có một hạt nhân lớn, dày đặc được bao quanh bởi nhiều electron.

• tại sao số nguyên tử quan trọng:hiệu quả của việc che chắn, đặc biệt là chống lại các photon năng lượng cao (tia x và tia gamma), bị chi phối bởi các quá trình phụ thuộc rất nhiều vào số lượng nguyên tử của vật liệu che chắn. z cao hơn làm tăng đáng kể xác suất của các tương tác này.

2. nó hoạt động như thế nào chống lại các loại bức xạ khác nhau

cơ chế tương tác cụ thể phụ thuộc vào loại bức xạ:

a. đối với tia x và tia gamma (photon)

đây là nơi vonfram tỏa sáng nhất. các photon không có khối lượng hoặc điện tích, vì vậy chúng chỉ có thể bị dừng bằng cách tương tác trực tiếp với một nguyên tử. ba quy trình chính xảy ra:

1. hiệu ứng quang điện:một photon va chạm với một electron vỏ bên trong trong một nguyên tử vonfram và chuyển tất cả năng lượng của nó sang nó, đẩy electron ra khỏi nguyên tử. photon làhoàn toàn hấp thụ. hiệu ứng này chiếm ưu thế ở năng lượng thấp hơn và làtỷ lệ với (z⁴/z⁵), làm cho z cao của vonfram trở nên mạnh mẽ vô cùng.

2. phân tán compton:một photon năng lượng cao hơn va chạm với một electron bên ngoài bị ràng buộc lỏng lẻo. nó chỉ chuyển một phần năng lượng của nó sang electron, khiến nó bị giật lại và chính photonphân tántheo một hướng mới với năng lượng thấp hơn. quá trình này liên tục chuyển hướng và làm suy yếu chùm tia bức xạ trong khiên.

3. sản xuất cặp:đối với các photon năng lượng rất cao (> 1,02 mev), photon tương tác với điện trường mạnh mẽ của hạt nhân vonfram và được chuyển đổi thành một cặp vật chất (một electron và positron). việc tạo ra các hạt này tiêu thụ năng lượng của photon.

nói tóm lại: mật độ z và mật độ cao của vonfram làm cho các tương tác này rất có thể, có nghĩa là các photon được hấp thụ hoặc suy yếu đáng kể trong một khoảng cách rất ngắn.

b. cho các hạt alpha và beta

• các hạt alpha (hạt nhân he):đây là những thứ nặng nề, sạc và dễ dàng dừng lại. một lá chắn mỏng là đủ. vonfram thường không được sử dụng cho các bộ phát alpha thuần túy do quá mức cần thiết; giá trị chính của nó là chặnx-quang thứ cấp(bremsstrahlung) được sản xuất khi các hạt beta bị chậm lại.

• các hạt beta (electron):khi các hạt beta đi qua vonfram, chúng bị chậm lại thông qua các va chạm với các electron (ion hóa) và bị lệch bởi các hạt nhân nguyên tử (bức xạ bremsstrahlung). mật độ của vonfram một cách hiệu quả ngăn chặn chúng.

c. cho neutron

neutron không được tích điện và không thể dừng lại bằng cách ion hóa một mình. việc che chắn đòi hỏi một cách tiếp cận hai bước khác nhau:

1. kiểm duyệt:một neutron trước tiên phải bị chậm lại (được kiểm duyệt) bằng cách va chạm với các nguyên tử ánh sáng (như hydro trong nước, polyetylen hoặc parafin). neutron nhanh mất năng lượng trong các va chạm này và trở thành neutron "nhiệt" chậm.

2. hấp thụ:sau khi bị chậm lại, các neutron nhiệt có thể bị bắt (hấp thụ) bởi các hạt nhân của các yếu tố cụ thể, chẳng hạn nhưboron-10hoặccadmium. vonfram không phải là một chất hấp thụ neutron tốt.

• vai trò của vonfram:trongbức xạ trường hỗn hợp. các vonfram có hiệu quả chặn các tia gamma, trong khi một polymer pha tạp boron hoặc vật liệu hấp thụ neutron khác, thường được xếp hoặc kết hợp vào hợp kim, xử lý neutron.