mi a volfrám -ötvözet árnyékolásának működési elve?

1. az alapelv: a csillapítás interakció révén

bármely sugárzási pajzs elsődleges célja azcsillapítás—a sugárzás intenzitásának megszüntetése, amikor az anyagon áthalad. a tungsten ötvözet kiemelkedik ebben az egyedi tulajdonságai miatt.

kulcstulajdon: rendkívüli sűrűség

• tungsten heavy ötvözet sűrűségű~ 17-19 g/cm³- azlényegesen magasabbmint a hagyományos árnyékoló anyagok, például az ólom (11,3 g/cm3) vagy acél (7,8 g/cm3).

• miért számít a sűrűség:képzelje el a sugárzást, mint egy apró, nagy energiájú részecskék (vagy fotonok) patakját, amely az űrben repül. minél több atomot lehet csomagolni az útjába, annál nagyobb a esélye, hogy ezek a részecskék ütköznek egy atommal és elveszítik az energiát. a nagy sűrűség azt jelenti, hogy több atom van köbcentiméterenként, és olyan "falat" hozzon létre, amely sokkal nehezebb a sugárzás behatolásához.

kulcstulajdonság: magas atomszám (z)

• a volfrám nagyon magasatomszám (z = 74), ami azt jelenti, hogy atomjainak nagy, sűrű magja van, amelyet sok elektron vesz körül.

• miért számít az atomszám:az árnyékolás hatékonyságát, különösen a nagy energiájú fotonok (röntgen és gamma-sugarak) ellen, olyan folyamatok szabályozzák, amelyek erősen függnek az árnyékoló anyag atomszámától. a magasabb z drasztikusan növeli ezen interakciók valószínűségét.

2. hogyan működik a különböző típusú sugárzás ellen

a specifikus interakciós mechanizmus a sugárzás típusától függ:

a. röntgen és gamma-sugarakhoz (fotonok)

itt ragyog a tungsten a legfényesebb. a fotonoknak nincs tömege vagy töltése, tehát csak egy atommal való közvetlen interakcióval állíthatók le. három kulcsfontosságú folyamat fordul elő:

1. fotoelektromos hatás:egy foton ütközik egy belső héjú elektronnal egy volfrám-atomban, és minden energiáját átadja, kiszabadítva az elektronot az atomból. a foton azteljesen felszívódott- ez a hatás alacsonyabb energiákban dominál és isarányos (z⁴/z⁵), hogy a tungsten magas z -je hihetetlenül hatalmas.

2. compton szórás:a magasabb energiájú foton ütközik egy lazán kötött külső elektronnal. az energiájának csak egy részét továbbítja az elektronnak, és visszahúzódik, és maga a fotonszétszórtúj irányba, alacsonyabb energiával. ez a folyamat többször átirányítja és gyengíti a pajzsban lévő sugárzási sugárzást.

3. pár gyártás:a nagyon nagy energiájú fotonok esetében (> 1,02 mev) a foton kölcsönhatásba lép a volfrámmag erős elektromos mezőjével, és egy anyag-antimatter párká (elektron és egy pozitron) átalakul. ezeknek a részecskéknek a létrehozása elfogyasztja a foton energiáját.

röviden: a tungsten magas z és sűrűségűvé teszi ezeket az interakciókat rendkívül valószínűsítve, azaz a fotonok vagy abszorbeálódnak, vagy nagyon rövid távolságon jelentősen gyengülnek.

b. alfa és béta részecskék esetén

• alfa -részecskék (he magok):ezek nehéz, tölthetőek és könnyen megállíthatók. egy vékony pajzs elegendő. a volfrámot általában nem használják a tiszta alfa -kibocsátók számára a túlzott mértékű; elsődleges értéke amásodlagos röntgenfelvétel(bremsstrahlung), amikor a béta -részecskék lelassulnak.

• béta részecskék (elektronok):ahogy a béta -részecskék áthaladnak a volfrámon, az elektronokkal (ionizációval) való ütközések révén lassulnak és atommagokkal (bremsstrahlung sugárzás) elterjednek. a volfrám sűrűsége hatékonyan megállítja őket.

c. neutronok esetén

a neutronok nem terheltek, és önmagában nem lehet megállítani az ionizációval. az árnyékolás más, kétlépcsős megközelítést igényel:

1. mederáció:a neutronot először le kell lassítani (moderálva) a könnyű atomokkal (például a vízben, a polietilénben vagy a paraffinban) ütközéssel. a gyors neutronok elveszítik az energiát ezekben az ütközésekben, és lassú "termikus" neutronokká válnak.

2. abszorpció:lassulás után a termikus neutronokat meghatározott elemek, példáulbór-10vagykadmium- maga a volfrám nem jó neutron abszorbens.

• tungsten szerepe:-benvegyes terepi sugárzás(pl. nukleáris reaktorok), ahol mind a neutronok, mind a gamma-sugarak vannak jelen, volfrám- vagy volfrám-alapú kompozitokat használnak. a volfrám hatékonyan blokkolja a gamma-sugarakat, míg egy bór-adalékolt polimer vagy más neutron-elnyelő anyag, amelyet gyakran az ötvözetbe rétegeznek vagy beépítenek, kezeli a neutronokat.