Neutronenstraling Hans Beijers, KVI-Groningen

Presentatie over: "Neutronenstraling Hans Beijers, KVI-Groningen"— Transcript van de presentatie:

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

2 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.

3

4 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):

5 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

6 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:

7

8 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:

9

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

11

12 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 6.25 beton 2.35 10.64 bitumen 8.621 polyethyleen 0.92 7.519

13

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

15 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