Kāds ir volframa sakausējuma ekranēšanas darba princips?

1. Pamatprincips: vājināšanās, izmantojot mijiedarbību

Jebkura starojuma vairoga galvenais mērķis ir vājināšanās—Vājinot starojuma intensitāti, kad tas iziet cauri materiālam. Volframa sakausējums to izceļ, pateicoties tā unikālajām īpašībām.

Galvenais īpašums: ārkārtas blīvums

• Volframa smagā sakausējuma blīvums ir ~17-19 g/cm³Apvidū Tas ir ievērojami augstāks nekā tradicionālie ekranēšanas materiāli, piemēram, svins (11,3 g/cm³) vai tērauds (7,8 g/cm³).

• Kāpēc blīvumam ir nozīme: Iedomājieties starojumu kā sīku, augstas enerģijas daļiņu (vai fotonu) straumi, kas lido pa kosmosu. Jo vairāk atomu jūs varat iesaiņot tā ceļā, jo lielāka ir iespēja, ka viena no šīm daļiņām sadraudzīsies ar atomu un zaudēs enerģiju. Augsts blīvums nozīmē vairāk atomu uz kubikcentimetru, radot “sienu”, kuru starojumam ir daudz grūtāk iekļūt.

Galvenais īpašums: augsts atomu numurs (Z)

• Volfrūtam ir ļoti augsts Atomu numurs (z = 74), kas nozīmē, ka tā atomiem ir liels, blīvs kodols, ko ieskauj daudzi elektroni.

• Kāpēc atomu skaitam ir nozīme: Ekranēšanas efektivitāti, jo īpaši pret augstas enerģijas fotoniem (rentgena un gamma stariem), regulē procesi, kas ir ļoti atkarīgi no ekranizējošā materiāla atomu skaita. Augstāks Z dramatiski palielina šo mijiedarbības varbūtību.

2. Kā tas darbojas pret dažādiem starojuma veidiem

Īpašais mijiedarbības mehānisms ir atkarīgs no starojuma veida:

A. Rentgenstariem un gamma stariem (fotoniem)

Šeit volframs spīd spožāk. Fotoniem nav masas vai lādiņa, tāpēc tos var apturēt tikai ar tiešu mijiedarbību ar atomu. Notiek trīs galvenie procesi:

1. Fotoelektriskais efekts: Fotons saduras ar iekšējo čaumalu elektronu volframa atomā un pārnes visu enerģiju, izmetot elektronu no atoma. Fotons ir pilnībā absorbētsApvidū Šī ietekme dominē zemākajās enerģijās un ir proporcionāli (z⁴/z⁵), padarot volframa augsto Z neticami spēcīgu.

2. Compton izkliede: Augstākas enerģijas fotons saduras ar brīvi piesaistītu ārējo elektronu. Tas pārnes tikai daļu no savas enerģijas elektronam, izraisot tā atgūšanu, un pats fotons izkliedes jaunā virzienā ar zemāku enerģiju. Šis process atkārtoti novirza un vājina starojuma staru kūli vairogā.

3. Pāru ražošana: Ļoti augstas enerģijas fotoniem (> 1,02 MeV) fotons mijiedarbojas ar volframa kodola jaudīgo elektrisko lauku un tiek pārveidots par matērijas-antimatērijas pāri (elektronu un pozitronu). Šo daļiņu izveidošana patērē fotona enerģiju.

Īsāk sakot: volframa augstais Z un blīvums padara šo mijiedarbību ārkārtīgi iespējamu, kas nozīmē, ka fotoni ir vai nu absorbēti, vai ievērojami novājināti ļoti nelielā attālumā.

B. alfa un beta daļiņām

• Alfa daļiņas (viņš kodoli): Tie ir smagi, uzlādēti un viegli apstājušies. Pietiek ar plānu vairogu. Volframs parasti netiek izmantots tīram alfa izstarotājam, pateicoties pārspīlējumam; tā galvenā vērtība ir bloķēt sekundārie rentgena stari (Bremsstrahlung) ražots, kad beta daļiņas tiek palēninātas.

• Beta daļiņas (elektroni): Kad beta daļiņas iziet cauri volfrektam, tās tiek palēninātas, sadursmēs ar elektroniem (jonizāciju) un novirza ar atomu kodoliem (Bremsstrahlung starojums). Volframa blīvums tos efektīvi aptur.

C. par neitroniem

Neitroni netiek uzlādēti, un tos nevar apturēt tikai ar jonizāciju. Ekranēšanai nepieciešama atšķirīga, divpakāpju pieeja:

1. Mērenība: Neitrons vispirms jāpalēnina (moderēts), saduroties ar gaismas atomiem (piemēram, ūdeņradi ūdenī, polietilēnā vai parafīnā). Ātri neitroni zaudē enerģiju šajās sadursmēs un kļūst lēni "termiski" neitroni.

2. Absorbcija: Pēc palēnināšanās termiskos neitronus var notvert (absorbēt) ar specifisku elementu kodoliem, piemēram, Boron-10 vai KadmijsApvidū Pats volframs nav labs neitronu absorbētājs.

• Volframa loma: Iekšā jaukta lauka starojums (Piemēram, kodolreaktori), kur tiek izmantoti gan neitroni, gan gamma stari, tiek izmantoti volframa vai volframa bāzes kompozīti. Volframs efektīvi bloķē gamma starus, savukārt bora leģēts polimērs vai cits neitronu absorbējošs materiāls, kas bieži ir slāņots ar sakausējumu vai iestrādāts, apstrādā neitronus.