第四章反应堆辐射屏蔽a.ppt

谢谢观看！ Thank you！ 在核反应堆堆芯中，发生裂变时不但直接放射出中子和γ 射线，而且裂变所形成的碎片是不稳定核素，它们要经受衰 变并放出某种辐射。为了保障辐射场所工作人员和周围邻近 地区居民的安全和健康，保护环境，必须对反应堆设置辐射 屏蔽。 辐射屏蔽设计的目的：确保辐射源附近的工作人员和周 围的居民所接受的外照射剂量、当量低于规定的限制；确保 反应堆压力容器等部件在反应堆整个运行寿期内所受的辐射 损伤低于规定的限制；确保由核发热所引起的各种材料的升 温，升温梯度及热应力低于规定的限值。 辐射屏蔽主要作用：保护辐射源附近工作人员的健康。 辐射屏蔽的种类：生物屏蔽，热屏蔽，设备屏蔽，等等。 辐射屏蔽设计总的原则：保证辐射场所工作人员及周围居民在反应堆运行期间所受到的辐射照射低于规定限值，并在考虑到经济和社会因素的条件下所有的辐射照射保持合理可行尽量低(As Low As Reasonably Achievable，简称ALARA原则)。 反应堆系统中产生的辐射有?和?粒子，γ射线、中子和质子等，但屏蔽设计中考虑的只是γ射线和中子。因为它们的穿透力强，任何能把它们减低到足够程度的材料将自动地把其他辐射减低到可以忽略不计的程度。 4.2 γ射线与物质的相互作用 4.2.1 γ射线与物质的相互作用的主要过程 在裂变过程中以及与裂变中子相互作用过程中产生的γ射线与物质的相互作用有许多可能的机理，对γ光子减弱有重大影响的相互作用只有三种：光电效应、康普顿效应和电子对效应，它们们的主要过程发生的概率与光子能量hv及吸收物质的原子序数Z有关。由下图4.1可以看出： 当光子能量在0.8- 4MeV之间时。对原子 序数为任何值的物质， 康普顿效应都占优势。 一般地说，对于低原子 序数的物质，康普顿效 应在很宽的能量范围内 占优势，对于中等以上 原子序数的物质，在低 能时光电子效应占优势， 在高能时电子对效应占 优势。 γ光子通过物质时，可与原子的某壳层中的一个轨道 电子相互作用，把自己的全部能量转移给这个电子，使 该电子脱离它所在的壳层，并以光电子的形式从原子中 释放出来，这样的效应称光电效应。 若入射光的能量为E，轨道电子的结合能为Be，则光 电子的动能为： E’=E- Be (4-1) (1) 光电效应 发生光电效应的条件是:入射光子的能量必须大于某壳层电子的结合能。 表示一个原子发生光电效应的概率(截面)σpe，其定义与核反应微观截面的定义完全类似。 光电效应的截面与光子能量E及吸收材料的原子序数Z有关，可写成 （4-2） 当入射γ射线能量由低能变高能时，n值由3变到5，(4-2)式表明，低能γ射线与高原子序数的物质发生相互作用时，光电效应占优势。 当光电效应留下的电子空位被外壳层电子填充时，多余的 电子位能可能以特征X射线的形式放出。如果这种多余的电子 位能不是以特征X射线形式放出，而是直接传给另一个外层电 子使这个外层电子从原子中逸出则形成饿歇电子。可见入射光 子的能量最终转化为两部分：一部分为次级电子（光电子和饿 歇电子）的动能，另一部分为特征X射线。而这两部分都易于 止住，从辐射屏蔽的观点看，光电效应可以看成是真正的吸收 过程，它使入射的光子完全消失。 （2）康普顿效应 当初始能量为E的入射光子与原子内一个轨道电子相互作用后，把自己一部分能量交给轨道电子，而本身能量变成E，并与入射方向θ角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子的入射方向成φ角而射出（康普顿散射电子），这种效应称为康普顿效应。 实际处理时，忽略轨道电子的结合能，把轨道电子近似看作自由电子，这样，康普顿效应可认为是γ光子与原子中外层轨道电子的弹性散射，在这个过程中，光子和反冲电子遵循动量和能量守恒定律，由此可得：