¿Qué es el blindaje de la radiación de neutrones? Definición

En la protección radiológica, hay tres formas de proteger a las personas de las fuentes de radiación identificadas:

• Limitando el tiempo. La cantidad de exposición a la radiación depende directamente (linealmente) del tiempo que las personas pasan cerca de la fuente de radiación. La dosis puede reducirse limitando el tiempo de exposición .
• Distancia. La cantidad de exposición a la radiación depende de la distancia desde la fuente de radiación. De manera similar al calor de un incendio, si está demasiado cerca, la intensidad de la radiación de calor es alta y puede quemarse. Si está a la distancia correcta, puede resistir allí sin ningún problema y, además, es cómodo. Si está demasiado lejos de la fuente de calor, la insuficiencia de calor también puede dañarlo. Esta analogía, en cierto sentido, puede aplicarse a la radiación también de fuentes nucleares.
• Blindaje  Finalmente, si la fuente es demasiado intensa y el tiempo o la distancia no proporcionan suficiente protección contra la radiación, se debe usar el blindaje. El blindaje contra la radiación generalmente consiste en barreras de plomo, concreto o agua. Incluso el uranio empobrecido puede usarse como una buena protección contra la radiación gamma , pero por otro lado, el uranio es un blindaje absolutamente inapropiado de la radiación de neutrones. En resumen, depende del tipo de radiación a proteger, qué blindaje será efectivo o no.

Principios de blindaje de neutrones

Los mejores materiales para proteger los neutrones deben ser capaces de:

• Disminuya la velocidad de los neutrones  (el mismo principio que la moderación de neutrones ). El primer punto solo puede cumplirse con material que contenga átomos ligeros (por ejemplo, átomos de hidrógeno), como agua, polietileno y hormigón. El núcleo de un núcleo de hidrógeno contiene solo un protón. Como un protón y un neutrón tienen masas casi idénticas , una dispersión de neutronesen un núcleo de hidrógeno puede ceder una gran cantidad de su energía (incluso la energía cinética completa de un neutrón puede transferirse a un protón después de una colisión). Esto es similar a un billar. Como una bola blanca y otra bola de billar tienen masas idénticas, la bola blanca que golpea a otra bola puede detenerse y la otra bola comenzará a moverse con la misma velocidad. Por otro lado, si una pelota de ping pong se lanza contra una bola de boliche (neutrones versus núcleo pesado), la pelota de ping pong rebotará con muy poco cambio en la velocidad, solo un cambio en la dirección. Por lo tanto, el plomo es bastante ineficaz para bloquear la radiación de neutrones, ya que los neutrones no están cargados y simplemente pueden pasar a través de materiales densos.

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  Absorbe este neutrón lento. Los neutrones térmicos se pueden absorber fácilmente mediante captura en materiales con secciones transversales de captura de neutrones altas (miles de graneros) como boro , litio o cadmio . Generalmente, solo una capa delgada de dicho absorbente es suficiente para proteger los neutrones térmicos. El hidrógeno (en forma de agua), que se puede usar para reducir la velocidad de los neutrones, tiene una sección transversal de absorción de 0.3 graneros. Esto no es suficiente, pero esta insuficiencia puede compensarse con un grosor suficiente del escudo de agua.

• Blindar la radiación que lo acompaña . En el caso del escudo de cadmio, la absorción de neutrones se acompaña de una fuerte emisión de rayos gamma . Por lo tanto, es necesario un escudo adicional para atenuar los rayos gamma . Este fenómeno prácticamente no existe para el litio y es mucho menos importante para el boro como material de absorción de neutrones. Por esta razón, los materiales que contienen boro se usan a menudo en escudos de neutrones. Además, el boro (en forma de ácido bórico) es muy soluble en agua, lo que hace que esta combinación de escudo de neutrones sea muy efectiva.

El agua como escudo de neutrones

El agua debido al alto contenido de hidrógeno y la disponibilidad es efectiva y la protección común de neutrones . Sin embargo, debido al bajo número atómico de hidrógeno y oxígeno, el agua no es un escudo aceptable contra los rayos gamma. Por otro lado, en algunos casos, esta desventaja (baja densidad) puede compensarse con un alto espesor del escudo de agua. En el caso de los neutrones, el agua modera perfectamente los neutrones, pero con la absorción de neutrones por el núcleo de hidrógeno se producen rayos gamma secundarios con alta energía. Estos rayos gamma penetran altamente en la materia y, por lo tanto, pueden aumentar los requisitos sobre el grosor del escudo de agua. Agregar un ácido bórico puede ayudar con este problema (absorción de neutrones en los núcleos de boro sin una fuerte emisión de rayos gamma), pero da como resultado otros problemas con la corrosión de los materiales de construcción.

El hormigón como escudo de neutrones

El blindaje de neutrones más utilizado en muchos sectores de la ciencia e ingeniería nuclear es el escudo de hormigón. El hormigón también es material que contiene hidrógeno , pero a diferencia del agua, el hormigón tiene una densidad más alta ( adecuado para el blindaje gamma secundario ) y no necesita ningún mantenimiento. Debido a que el concreto es una mezcla de varios materiales diferentes, su composición no es constante. Entonces, cuando nos referimos al concreto como un material de protección de neutrones, el material utilizado en su composición debe informarse correctamente. En general, el hormigón se divide en hormigón «ordinario» y hormigón «pesado» . El concreto pesado utiliza agregados naturales pesadoscomo baritas (sulfato de bario) o magnetita o agregados fabricados como hierro, bolas de acero, punzón de acero u otros aditivos. Como resultado de estos aditivos, el concreto pesado tiene una densidad más alta que el concreto ordinario (~ 2300 kg / m ³ ). El hormigón muy pesado puede alcanzar una densidad de hasta 5.900 kg / m ³ con aditivos de hierro o hasta 8900 kg / m ³ con aditivos de plomo. El concreto pesado proporciona una protección muy efectiva contra los neutrones.