텅스텐 합금 차폐의 작동 원리는 무엇입니까?

1. 핵심 원칙 : 상호 작용을 통한 감쇠

방사선 방패의 주요 목표는입니다감쇠- 재료를 통과 할 때 방사선의 강도를 연관시킵니다. 텅스텐 합금은 고유 한 특성 때문에 이것에 탁월합니다.

주요 속성 : 특별한 밀도

• 텅스텐 헤비 합금은 밀도가 있습니다~ 17-19 g/cm³. 이것은상당히 높습니다납 (11.3 g/cm³) 또는 강철 (7.8 g/cm³)과 같은 전통적인 차폐 재료보다.

• 밀도가 중요한 이유 :방사선이 우주를 통해 날아가는 작은 고 에너지 입자 (또는 광자)의 흐름으로 상상해보십시오. 원자가 더 많을수록 경로에 포장 할수록 이러한 입자 중 하나가 원자와 충돌하여 에너지를 잃을 가능성이 높아집니다. 고밀도는 입방 센티미터 당 더 많은 원자를 의미하여 방사선이 침투하기가 훨씬 어려운 "벽"을 생성합니다.

키 속성 : 높은 원자 번호 (z)

• 텅스텐은 매우 높습니다원자 번호 (z = 74), 원자는 많은 전자로 둘러싸인 크고 조밀 한 핵을 가지고 있음을 의미합니다.

• 원자 번호가 중요한 이유 :특히 고 에너지 광자 (x- 레이 및 감마선)에 대한 차폐의 효과는 차폐 재료의 원자 수에 크게 의존하는 공정에 의해 관리됩니다. z가 높을수록 이러한 상호 작용의 확률이 크게 증가합니다.

2. 다른 유형의 방사선에 대해 어떻게 작동하는지

특정 상호 작용 메커니즘은 방사선의 유형에 따라 다릅니다.

a. x- 레이 및 감마 광선 (광자) 용

이곳은 텅스텐이 가장 밝게 빛나는 곳입니다. 광자는 질량이나 전하가 없으므로 원자와 직접 상호 작용 하여만 중지 할 수 있습니다. 세 가지 주요 프로세스가 발생합니다.

1. 광전 효과 :광자는 텅스텐 원자에서 내부 껍질 전자와 충돌하고 모든 에너지를 그것으로 전달하여 원자에서 전자를 배출합니다. 광자는완전히 흡수. 이 효과는 낮은 에너지에서 지배적이며 is비례 (z (/z⁵), 텅스텐의 높은 z를 엄청나게 강력하게 만듭니다.

2. compton 산란 :고 에너지 광자는 느슨한 외부 전자와 충돌합니다. 그것은 에너지의 일부만 전자로 전달하여 반동을 일으키고 광자 자체를산란에너지가 낮은 새로운 방향으로. 이 프로세스는 방패 내의 방사선 빔을 반복적으로 리디렉션하고 약화시킵니다.

3. 쌍 생산 :매우 고 에너지 광자 (> 1.02 mev)의 경우, 광자는 텅스텐 핵의 강력한 전기장과 상호 작용하여 물질-항격수 쌍 (전자 및 양전자)으로 변환됩니다. 이 입자의 생성은 광자의 에너지를 소비합니다.

요컨대 : tungsten의 높은 z와 밀도는 이러한 상호 작용을 매우 크게 만듭니다. 즉, 광자는 매우 짧은 거리에 걸쳐 광자가 흡수되거나 상당히 약해집니다.

b. 알파 및 베타 입자의 경우

• 알파 입자 (he 핵) :이것들은 무겁고 충전되며 쉽게 멈출 수 있습니다. 얇은 방패로 충분합니다. 텅스텐은 일반적으로 과장으로 인해 순수한 알파 이미 터에 사용되지 않습니다. 주요 값은 차단하는 것입니다2 차 x- 레이베타 입자가 속도가 느려질 때 생성 된 (bremsstrahlung).

• 베타 입자 (전자) :베타 입자가 텅스텐을 통과함에 따라 전자와의 충돌 (이온화)을 통해 속도가 느려지고 원자 핵 (bremsstrahlung radiation)에 의해 편향됩니다. 텅스텐의 밀도는 효율적으로 그들을 막는다.

c. 중성자의 경우

중성자는 하전되지 않으며 이온화만으로는 중지 할 수 없습니다. 차폐는 다른 2 단계 접근법이 필요합니다.

1. 절도:중성자는 먼저 가벼운 원자 (물, 폴리에틸렌 또는 파라핀의 수소)와 충돌하여 속도가 느려져야합니다. 빠른 중성자는 이러한 충돌에서 에너지를 잃고 느리게 "열"중성자가됩니다.

2. 흡수:일단 느려지면 열 중성자는 특정 요소의 핵에 의해 포획 (흡수) 될 수 있습니다.붕소 -10또는카드뮴. 텅스텐 자체는 좋은 중성자 흡수기가 아닙니다.

• 텅스텐의 역할 :~ 안에혼합 필드 방사선(예 : 원자로), 중성자와 감마선이 모두 존재하는 경우, 텅스텐 또는 텅스텐 기반 복합재가 사용됩니다. 텅스텐은 감마 광선을 효과적으로 차단하는 반면, 종종 합금에 층을 이루거나 포함 된 붕소 도핑 된 중합체 또는 다른 중성자 흡수 물질은 중성자를 처리한다.