каков принцип работы экранирования сплавов вольфрамового сплава?

1. основной принцип: затухание через взаимодействие

основной целью любого радиационного щита являетсязатухание- разжигание интенсивности излучения, когда оно проходит через материал. сплав вольфрама превосходит это из -за его уникальных свойств.

ключевое свойство: экстраординарная плотность

• вольфрамовый тяжелый сплав имеет плотность~ 17-19 г/см=полем этозначительно вышечем традиционные экранирующие материалы, такие как свинец (11,3 г/см of) или сталь (7,8 г/смч).

• почему плотность имеет значение:представьте себе излучение как поток крошечных, высокоэнергетических частиц (или фотонов), летящих через пространство. чем больше атомов вы можете упаковать на его путь, тем выше вероятность того, что одна из этих частиц столкнется с атом и потерять энергию. высокая плотность означает больше атомов на кубический сантиметр, создавая «стену», которая гораздо труднее для проникновения.

ключевое свойство: высокое атомное число (z)

• вольфраатомное число (z = 74), то есть его атомы имеют большое, густое ядро, окруженное многими электронами.

• почему атомный номер имеет значение:эффективность экранирования, особенно против высокоэнергетических фотонов (рентгеновских лучей и гамма-лучей), регулируется процессами, которые сильно зависят от атомного количества экранирующего материала. более высокий z резко увеличивает вероятность этих взаимодействий.

2. как это работает против разных типов излучения

конкретный механизм взаимодействия зависит от типа излучения:

a. для рентгеновских лучей и гамма-лучей (фотоны)

здесь вольфрама сияет наиболее ярко. фотоны не имеют массы или заряда, поэтому их можно остановить только путем прямого взаимодействия с атом. три ключевых процесса происходят:

1. фотоэлектрический эффект:фотон сталкивается с электроном внутренней оболочки в атоме вольфрама и передает всю свою энергию в него, выбросив электрон от атома. фотон естьполностью поглощенполем этот эффект доминирует в более низких энергиях ипропорционально (z⁴/z⁵), сделав «высокий z» вольфрама невероятно мощным.

2. комптон рассеяние:фотон с более высокой энергией сталкивается с свободно связанным внешним электроном. он передает только часть своей энергии на электрон, заставляя его отдавать, и сам фотонрассеянияв новом направлении с более низкой энергией. этот процесс неоднократно перенаправляет и ослабляет луча излучения внутри щита.

3. пара производства:для очень высокоэнергетических фотонов (> 1,02 мэв) фотон взаимодействует с мощным электрическим полем ядра вольфрама и преобразуется в пару вещества-антиматтер (электрон и позитрон). создание этих частиц потребляет энергию фотона.

короче говоря: высокая z и плотность вольфрамового вольфрама делают эти взаимодействия чрезвычайно вероятной, что означает, что фотоны либо поглощаются, либо значительно ослаблены на очень коротком расстоянии.

b. для альфа и бета -частиц

• альфа -частицы (ядра):они тяжелые, заряженные и легко останавливаются. тонкий щит достаточно. вольфрам обычно не используется для чистых альфа -эмиттеров из -за излишки; его основное значение - блокироватьвторичные рентгеновские снимки(bresstrahlung), полученные, когда бета -частицы замедляются.

• бета -частицы (электроны):по мере того, как бета -частицы проходят через вольфрад, они замедляются через столкновения с электронами (ионизация) и отклоняются от атомных ядер (излучение bresstrahlung). плотность вольфрама эффективно останавливает их.

c. для нейтронов

нейтроны не заряжены и не могут быть остановлены только ионизацией. экранирование требует другого двухэтапного подхода:

1. умеренность:нейтрон должен сначала быть замедленным (смягченным), столкнувшись с атомами света (например, водород в воде, полиэтилене или парафине). быстрые нейтроны теряют энергию в этих столкновениях и становятся медленными «термическими» нейтронами.

2. поглощение:после замедления тепловые нейтроны могут быть захвачены (поглощены) ядрами специфических элементов, таких какбор-10иликадмийполем сама вольфрама не является хорошим поглотителем нейтронов.

• роль вольфрама:всмешанное излучение(например, ядерные реакторы), где присутствуют как нейтроны, так и гамма-лучи, используются композиты на основе вольфрама или вольфрама. вольфрам эффективно блокирует гамма-лучи, в то время как полимер, легированный бором, или другой нейтронный поглощающий материал, часто наложенные или включаемые в сплав, обрабатывает нейтроны.