Які прынцып працы ў сплаве вальфраму?

1. Асноўны прынцып: паслабленне праз узаемадзеянне

Асноўнай мэтай любога радыяцыйнага шчыта з'яўляецца паслабленне - выцягванне інтэнсіўнасці выпраменьвання, калі ён праходзіць праз матэрыял. Сплаў вальфраму пераўзыходзіць гэта з -за сваіх унікальных уласцівасцей.

Ключавая ўласцівасць: незвычайная шчыльнасць

Цяжкі сплаў вальфраму мае шчыльнасць ~ 17-19 г/см³. Гэта значна вышэй, чым традыцыйныя экранаваныя матэрыялы, такія як свінец (11,3 г/см³) або сталь (7,8 г/см³).

Чаму шчыльнасць мае значэнне: Уявіце сабе радыяцыю як паток малюсенькіх, высокаэнергетычных часціц (альбо фатонаў), якія пралятаюць праз прастору. Чым больш атамаў вы зможаце спакаваць на яго шлях, тым вышэй шанец адна з гэтых часціц сутыкнецца з атамам і страціць энергію. Высокая шчыльнасць азначае больш атамаў на кубічны сантыметр, ствараючы "сцяну", што значна складаней выпраменьваць.

Ключавое ўласцівасць: высокі атамны нумар (z)

Вальфрама мае вельмі высокае атамнае лік (z = 74), гэта значыць, яго атамы маюць вялікае, шчыльнае ядро, акружанае многімі электронамі.

Чаму атамная колькасць мае значэнне: Эфектыўнасць экранавання, асабліва ў дачыненні да высокаэнергетычных фатонаў (рэнтгенаўскія прамяні і гама-прамяні), рэгулюецца працэсамі, якія моцна залежаць ад атамнай колькасці экранаванага матэрыялу. Больш высокі Z рэзка павялічвае верагоднасць гэтых узаемадзеянняў.

2. Як гэта працуе супраць розных тыпаў радыяцыі

Канкрэтны механізм узаемадзеяння залежыць ад тыпу выпраменьвання:

А. Для рэнтгенаўскіх прамянёў і гама-прамянёў (фатонаў)

Вось тут вальфрама свеціць яркім. Фатоны не маюць масы і зарадкі, таму іх можна спыніць толькі непасрэдным узаемадзеяннем з атамам. Адбываюцца тры ключавыя працэсы:

Фотаэлектрычны эфект: Фатон сутыкнецца з унутранай абалонкай электронам у атаме вальфраму і перадае яму ўсю сваю энергію, выкідаючы электронны з атама. Фатон цалкам паглынаецца. Гэты эфект пераважае пры меншай энергіі і прапарцыйны (z⁴/z⁵), што робіць высокі Z вальфрама неверагодна магутным.

Комптон рассейванне: Фатон з больш высокай энергіяй сутыкаецца з слаба звязаным знешнім электронам. Ён перадае толькі частку сваёй энергіі ў электронны, у выніку чаго ён адступіў, а сам фатон рассейваецца ў новым кірунку з меншай энергіяй. Гэты працэс неаднаразова перанакіроўвае і аслабляе прамень радыяцыі ў шчыце.

Пара вытворчасці: Для вельмі высокаэнергетычных фатонаў (> 1,02 МеВ) фатон узаемадзейнічае з магутным электрычным полем вальфрамавага ядра і пераўтвараецца ў пары Матэрыі (электрона і пазітрон). Стварэнне гэтых часціц спажывае энергію фатона.

Карацей кажучы: высокі Z і шчыльнасць вальфрама робяць гэтыя ўзаемадзеянні надзвычай верагоднымі, а значыць, фатоны альбо паглынаюцца, альбо значна аслабляюцца на вельмі кароткай адлегласці.

Б. для альфа -бэта -часціц

Альфа -часціцы (ядра ён): Яны цяжкія, зараджаныя і лёгка спыняюцца. Дастаткова тонкага шчыта. Вальфрант звычайна не выкарыстоўваецца для чыстых альфа -выпраменьвальнікаў з -за перанакіравання; Яго асноўнае значэнне заключаецца ў блакаванні другасных рэнтгенаўскіх прамянёў (Bremsstrahlung), якія вырабляюцца пры запаволенні бэта-часціц.

Бэта -часціцы (электроны): Па меры таго, як бэта -часціцы праходзяць праз вальфраму, яны запавольваюцца праз сутыкненні з электронамі (іянізацыяй) і адхіляюцца ад атамных ядраў (Bremsstrahlung выпраменьванне). Шчыльнасць вальфраму эфектыўна спыняе іх.

С. Для нейтронаў

Нейтроны не зараджаныя і нельга спыніць толькі іянізацыяй. Экранаванне патрабуе іншага, двухэтапнага падыходу:

Медэрацыя: Спачатку неабходна запаволіць нейтрон (умерана), сутыкнуўшыся са светлымі атамамі (напрыклад, вадарод у вадзе, поліэтылене або парафіне). Хуткія нейтроны губляюць энергію ў гэтых сутыкненнях і становяцца павольнымі "цеплавымі" нейтронамі.

Паглынанне: Пасля запаволення цеплавых нейтронаў можна зафіксаваць (паглынаць) ядрамі пэўных элементаў, такіх як бор-10 або кадмій. Сам вальфрама не з'яўляецца добрым паглынальнікам нейтронаў.

Роля вальфраму: Пры выпраменьванні змешанага поля (напрыклад, ядзерных рэактараў), дзе прысутнічаюць нейтроны, і гама-прамяні, выкарыстоўваюцца кампазіты на аснове вальфрама або вальфраму. Вальфрамавы эфектыўна блакуе гама-прамяні, у той час як палімер, які легіруе з борам, альбо іншы нейтронны матэрыял, які часта шматслойнымі з уключэннем у сплаў, апрацоўвае нейтроны.