[科普中国]-中子吸收玻璃

中子吸收玻璃是具有减弱或吸收中子流的能力的玻璃。原子反应堆、热室以及加速器等常常同时发射γ射线和中子射线,由于物质对γ射线和中子射线的衰减特性不同,所以吸收中子的玻璃,一般和吸收y射线的玻璃联合使用,或者采用不同物质组合作屏蔽材料。1

基本概念中子具有很高的能量,根据中子的能级不同,中子可以分为快中子、中能中子、慢中子和热中子等。从吸收射线能力方面来考虑,原子序数高的元素使Y射线衰减更有效,而弹性散射面积大的元素对高速中子衰减成低速中子更有效。散射作用使高速中子变成热中子或低速中子时,容易被原子核吸收,从而使吸收截面大的元素的吸收效果增大。因此,希望中子屏蔽材料中尽可能多的含有吸收截面大的元素。由于各种元素对快中子的吸收截面都比较小,所以对快中子一般采用慢化的方法,使快中子慢化为慢中子和热中子,然后再进行吸收。在聚乙烯树脂、环氧树脂或者硅橡胶中加人吸收截面积大的硼化物和镉粉制成的屏蔽材料,透明性和耐热性差,实际应用要求高度透明的、耐热的和良好化学稳定性的窥视窗用防中子玻璃。吸收慢中子最好的元素是B、Cd、Eu、Dy、Sm、Pm等,通常采用氧化硼和氧化镉制造防中子玻璃。这种防种子辐射玻璃主要用于原子能工业以及核医学和同位素实验室等方面做窥视窗材料,用于观察核反应室内的反应情况,以便进行监控。1

中子吸收玻璃例子日本曾公开两种中子吸收玻璃组成,如表所示。

质量分数/%

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由于CdO有毒,生产中需投人环保和劳保费用,加加大制造成本,所以尽管Cd元素的中子吸收截面积高,但一般趋向于不用。

法国国家科学研究中心(CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique)USP4,608,352提出的一类含Gd2O3的吸收中子的氮氧玻璃。钆具有非常高的中子吸收性质,其吸收截面积高达46000,而某些元素如铝为0.23,铁为2.53,铬为2.9,镍为4.6,硼为755。早期的研究已证明,当氮化物受到快中子辐射或重离子轰击时,氮有良好的抗辐射能力。氨化物的抗辐射性比独居石[磷铈矿,(Ce,La,Nd…)PO4]高500倍。1

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学