混凝土輻射屏蔽

呂煥文、肖鋒等。 2100433B

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院。

在核電廠中，輻射屏蔽的主要對(duì)象是γ射線(γ光子)和中子。γ光子在通過屏蔽體時(shí)主要通過光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)形成等過程把能量傳遞給屏蔽體而被減弱或吸收。光電效應(yīng)是光子把全部能量傳給軌道電子，使電子脫離所在殼層，從原子中釋放出來，這對(duì)低能γ光子(能量小于幾百keV的γ光子)的吸收起主要作用。康普頓散射是光子與自由電子碰撞，把部分能量傳給電子，同時(shí)改變自己的方向和能量，對(duì)降低中能γ光子(能量在幾百keV和幾MeV之間)的能量起主要作用。電子對(duì)形成是γ光子與核的電場(chǎng)發(fā)生作用，γ光子完全湮沒，其能量轉(zhuǎn)換成一對(duì)正負(fù)電子的質(zhì)量和動(dòng)能以及反沖核的動(dòng)能，對(duì)高能γ光子(能量大于幾MeV)的吸收起主要作用。

快中子進(jìn)入屏蔽體，多數(shù)情況是通過彈性散射和非彈性散射將其能量傳遞給屏蔽物質(zhì)，變成熱中子或超熱中子，然后通過輻射俘獲等過程被物質(zhì)吸收。彈性散射是中子和屏蔽物質(zhì)的原子核發(fā)生彈性碰撞，把一部分(極個(gè)別情況下是全部)能量傳給反沖核，同時(shí)改變自己的能量和運(yùn)動(dòng)方向。反沖核的質(zhì)量越小，一次碰撞平均傳給它的能量越多。對(duì)能量為2 MeV的快中子和氫核碰撞，平均碰撞18次就可以慢化成熱中子;而2 MeV的快中子與鉛核碰撞則大約需要2000次才能慢化成熱中子。非彈性散射與彈性散射不同之點(diǎn)在于反沖核除得到動(dòng)能外，其本身還處于激發(fā)態(tài)，并通過放出γ射線而回到穩(wěn)態(tài)。非彈性散射發(fā)生的概率隨中子能量和屏蔽物質(zhì)原子序數(shù)的增加而增加。一次非彈性散射可以把相當(dāng)多的能量傳給反沖核，所以非彈性散射是快中子(能量大于1 MeV)減速的主要過程。輻射俘獲[(n，γ)反應(yīng)]是中子被屏蔽物質(zhì)吸收的最后一個(gè)過程。大多數(shù)核素都易與熱中子發(fā)生(n，γ)反應(yīng)，少數(shù)核素還易與超熱中子發(fā)生共振吸收反應(yīng)。

與輻射源屏蔽相關(guān)的輻射包括：（a）輻射源有用線束。（b）穿過輻射源組裝殼體的泄漏輻射，它是非有用線束。(c)散射輻射，即受到有用線束和泄漏輻射直接照射的對(duì)象、患者、裝置部件以及建筑物壁的散射輻射。（d）天空散射輻射，即穿過屏蔽室頂?shù)妮椛洌ㄖ饕怯杏镁€束和泄漏輻射）與屏蔽室頂上方空氣作用，散射至屏蔽室外圍環(huán)境區(qū)的輻射。(e)側(cè)散射輻射，即輻射源射入屏蔽室頂?shù)妮椛渑c屋頂屏蔽室外一定距離處人員駐留建筑物重高于屋頂?shù)臉菍印?f)在輻射能量較高時(shí)（如質(zhì)子治療），有用線束和泄漏輻射直接照射到物質(zhì)上發(fā)生核反應(yīng)所產(chǎn)生的中子及相關(guān)的 致輻射，它是伴生的次級(jí)輻射。2100433B