Neutronenstraling Hans Beijers, KVI-Groningen Stralingsbescherming Nivo 3 Productie Wisselwerking Dosimetrie Afscherming Detectie

1. Productie van neutronen Kernsplijting geïnduceerd: n + 235U, 239Pu  X + Y + n n spontaan: 252Cf  X + Y + n n Kernfusie: d + t  4He + n(14 MeV) Kernreacties: T(p,n), T(d,n), T(α,n), T(γ,n), T(X,n) De drempel-energie is meestal  8 MeV, maar bij lichte kernen zoals Li en Be veel lager. De (a/g,n) reacties worden gebruikt in radioactieve neutronenbronnen, bijv. 241Am-9Be bronnen. Van belang zijn de neutronen yield (s-1), de hoekverdeling van de geëmitteerde neutronen en het neutronenspectrum.

2. Wisselwerking van neutronen Indirect-ioniserende straling: neutrale deeltjes, ’s en neutronen. geen directe wisselwerking met neutronen sterke wisselwerking met kern, zeer korte dracht werkzame doorsnede veel kleiner dan die van γ’s vrije neutronen zijn niet stabiel, vervallen d.m.v. de zwakke wisselwerking met T½ ≈ 10 min. Secundaire geladen deeltjes veroorzaken excitaties en ionisaties. Stochastisch proces met interactie kans P. Microscopische werkzame doorsnede  (m2):

macroscopische werkzame doorsnede  (m-1): Wisselwerking macroscopische werkzame doorsnede  (m-1): Oneindige dracht, exponentiele verzwakking. Neutronen klassifikatie: Thermische neutronen: En < 0.5 eV neutron vangst A(n,γ), elastische botsingen A(n,n) Epithermische neutronen: 0.5 eV < En < 200 keV elastische botsingen A(n,n), resonanties A(n,n’) Snelle neutronen: 200 keV < En < 20 MeV (in)elastische botsingen, resonanties Relativistische neutronen: En > 20 MeV inelastische botsingen, spallatie

werkzame doorsnede: s(10-24 cm2) = sn,g + sn,f + sn,n’ + sspal Macroscopische doorsnede: S (cm-1) = s (cm2)· Ntarget (cm-3) =  ·  NA/A Neutronen aktivering:

3. Dosimetrie van neutronen Neutronenstraling is indirect ioniserend Massieke energie-overdrachts coëfficiënt: [m2kg-1] NL= aantal L kernen per massa eeheid, J = reactietype [Jkg-1] Equivalente orgaandosis: HT,R = R wR DT,R Effectieve dosis: E = T wT HT,R = T wT R wR DT Omgevingsdosisequivalent:

ICRP-60 (103) stralingsweegfactoren fotonen, alle energieën elektronen en muonen, alle energieën 1 Neutronen < 10 keV 10 - 100 keV 100 keV - 2 MeV 2 MeV - 20 MeV > 20 MeV 5 10 20 Protonen (energie > 2 MeV) 5 (2) -deeltjes, splijtingsfragm., zware deeltjes

4. Afscherming van neutronen Bepaal eerst de sterkte, de energie- en de hoekverdeling van de neutronenbron en de benodigde transmissiecoëf. v.d. afscherming. Eerst moderen v.d. snelle neutronen d.m.v. (in)elastische botsingen in resp. middel-hoge Z (Fe) en in H-houdende materialen. Daarna absorptie v.d. gethermaliseerde neutronen d.m.v. neutron vangst reacties, bijv. 1H(n,), 6Li(n,), 10B(n,), 113Cd(n, ). Belangrijk: afscherming van de geproduceerde fotonen. Skyshine Materiaal  (g cm-3)  (cm) water 1 9.709 paraffine 0.90-0.92 6.25 beton 2.35 10.64 bitumen 1.06-1.10 8.621 polyethyleen 0.92 7.519

Skyshine Source Receptor r met  in orde van paar honderd m

5. Detectie van neutronen Altijd via secundaire geladen deeltjes bijv. via 3He(n,p), 6Li(n,) of 10B(n,) Omgevingsdosis: remcounter Geschikte moderator en absorbers om de R(E)=c·h*(E) te maken. Persoonsdosis: 6Li-7Li TLD albedo badges