Gamma en neutron afscherming. Jan Leen Kloosterman Interfacultair Reactor Instituut Technische Universiteit Delft

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Gamma en neutron afscherming. Jan Leen Kloosterman Interfacultair Reactor Instituut Technische Universiteit Delft"

Joris van de Berg
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Gamma en neutron afscherming Jan Leen Kloosterman Interfacultair Reactor Instituut Technische Universiteit Delft

2 Verschillen gamma s-neutronen Gamma s hebben interactie met atoomschil Foto-elektrisch effect Compton verstrooiing Paarvorming Neutronen hebben interactie met atoomkern Elastische verstrooiing Inelastische verstrooiing Neutronvangst: (n, ) Exotische reacties: (n,2n), (n,p), (n,d), (n,t), (n,),..

interactie met atoomkern Elastische verstrooiing Inelastische

3 Figuur 2.6. Totale werkzame doorsnede voor neutroneninteracties van enige lichte kernen.

4 Figuur 2.7. Totale werkzame doorsnede van 238 U voor neutroneninteracties.

5 Figuur 2.8. Totale werkzame doorsnede van Fe voor neutroneninteracties.

6 Verstrooiing Vooral voor E>.5 MeV Verstrooiing bestaat uit: Vangstverstrooiing (neutron wordt opgenomen in kern) inelastisch: kern blijft in aangeslagen toestand achter s! elastisch: kern blijft achter in grondtoestand Potentiaalverstrooiing (interactie met gehele kern). Altijd elastisch doorsnede gelijk aan geometrische doorsnede reactorkern Behoud van energie en momentum

inelastisch: kern blijft in aangeslagen toestand achter s!

7 Isotrope verstrooiing in het MMP systeem s (E) (E E ) = s E(1- ) A - 1 = A E ln ln 1 E ' 1-

8 Figuur 2.1. Inelastische strooidoorsnede voor een aantal nucliden. Ter vergelijking is met een streepjesijn de strooidoorsnede van waterstof weergegeven.

9 Vangstgamma s Neutronvangst hoge energie (tot 1 MeV) Activeringsgamma s lagere energie, wel belangrijk! n + Co----_> Co ----_> Co-- --_> Ni 59 6 * Vangstgamma s -8 MeV momentaan Activeringsgamma s 1.17 en 1.33 MeV T½=5.23 a

n + Co----_> Co ----_> Co-- --_> Ni 59 6 * 6 6 27 27 27 28

10 Transport van neutrale deeltjes Onverstrooide flux rond mono-energetische bron: expr r Q 2 4 r Met verschillende afschermingslagen: Q r () r exp r' dr' 2 4 r

11 Transport van neutrale deeltjes Verstrooide flux rond mono-energetische bron met vershillende afschermingslagen: r Q r 2 () r B r' dr' exp r' dr' 4 r Dosistempo rond mono-energetische bron met verschillende afschermingslagen: r UQ r () r B' r' dr' exp r' dr' 4 r 2

2 () r B r' dr' exp r' dr' 4 r Dosistempo rond mono-energetische

12 Figuur 4.1. Het produkt van r 2 en de detectorresponsie voor mono-energetische deeltjes van een isotrope puntbron in een homogeen oneindig medium.

13 Op grote afstand van de bron kan de detectorresponsie worden beschreven met een effectieve relaxatielengte eff r exp r / eff r 2

14 Stralenanalyse lijnbron Figuur 4.2. Isotrope rechte-lijnbron in een niet-verzwakkend medium.

15 Isotrope lijnbron in vacuum ( ( ( P P P SL SL 1 ) = d = 4 h 4 h S ) = ) = S ( ) 4 h ( ) 4 h L 1 2 L 2 1

16 Isotrope lijnbron met afscherming S 1 L S - hsec L h 4 h ( ) = P e d = F (, t) S ( L P ) = F (, ) F (, ) 2 t t h S ( L P ) = F (, ) F (, ) 3 t t h

17 Lijnbron met afscherming (plaatschild) Figuur 4.3. Isotrope rechte-lijnbron achter een plaatschild.

18 Isotrope lijnbron achter schuine afscherming ( ( P P S ) = F(, t) 4 h S ) = F(, t) F(, t) 4 h L 1 1 L 5 1

19 Stralenanalyse met oppervlaktebron Figuur 4.4. Isotrope schijfbron.

20 Isotrope schijfbron in vacuum a 2 2 s 2 A dd A dr A 2 2 r h h S S S a ( P) = = d = n r 4 Voor a h: 2 SA a S 2 2 ( P) = = 4 h 4 h

21 Hoekafhankelijke schijfbron in vacuum ( ) = m m S A S A cos m + 1 ( P) = S m Oftewel: 2 + a A 2 h -m /2 2 -m /2 a ( P ) ( ) h

22 Isotrope schijfbron met afscherming ( S E E 2 A P) = [ 1 ( h) - 1 ( s)] Cosinus schijfbron met afscherming ( + h P) = 2 S A E 2 ( h) - E 2 ( s) s

23 Stralenanalyse met volumebron Figuur 4.5. Isotrope homogene volumebron, in de vorm van een oneindige plaat, evenwijdig aan een vlak schild.

24 Isotrope volumebron met afscherming L SV P) = E1 ( t + s x)dx = S V [ E2 ( t) - E2( t + L)] s 2 s 2 Voor een halfoneindige bron geldt dus: ( ( S 2 V P) = 2 ( t) s E

25 Fotonenafscherming ( r ) = - r e Q 4 r 2 H ( r ) = ( r, E ). U ( E ). B ( r, E ) Met empirische benaderingen voor opbouwfactor zoals: - r - r B ( r ) = Ae + (1- A) e 1 2

26 Figuur 5.1. Verloop van de opbouwfactor in een vlak schild voor een loodrecht invallende evenwijdige gammabundel.

27 Neutronafscherming Complexer dan fotonafscherming door sterke energieafhankelijkheid van neutron cross secties Breed energiegebied (7 tot 8 decaden in energie) Atijd produktie van gamma s door inelastische verstrooiing en neutronvangst Meestal alleen mogelijk door gebruik van complexe computercodes met grote databases Algemeen principe: snelle neutronen eerst thermaliseren, dan invangen (B-1, Cd-113)

28 Figuur 6.1. Verdeling van het dosisequivalenttempo rond een 252 Cf-bron n een oneindig medium.

29 Snelle neutronen in water Onverstrooide splijtingsneutronen in water: ( S p (E) r, E) = exp[- 2 N H H(E) r] 4 r Met een laag niet-hydrogeen materiaal: - v t v D = D e r D = D e r+ t 2 - t

33 Opgave Een splijtingsplaat in een watertank werkt met een splijtingsdichtheid van cm -2 sec -1. De diameter van de schijfvormige plaat is 7 cm. Bereken de snelle neutronflux in een punt P op 75 cm van het centrum van de plaat. Herhaal de berekening met een 7.5 cm dikke afscherming van ijzer tussen de plaat en punt P.

Vergelijkbare documenten

Gamma en Neutron afscherming

Gamma en Neutron afscherming Jan Leen Kloosterman Technische Universteit Delft Jan Leen Kloosterman 1 Verschillen gamma-neutronen Gamma s hebben interactie met atoomschil Foto-elektrisch effect Compton