Qu’est-ce que le blindage du rayonnement neutronique – Définition

Le blindage du rayonnement neutronique est très compliqué. Il y a trois caractéristiques principales des neutrons, qui sont cruciales dans le blindage des neutrons. Eau ou béton. Dosimétrie des rayonnements
En radioprotection, il existe trois façons de protéger les personnes contre les sources de rayonnement identifiées:

  • Limiter le temps. La quantité d’exposition aux rayonnements dépend directement (linéairement) du temps que les gens passent près de la source de rayonnement. La dose peut être réduite en limitant le temps d’exposition .
  • Distance. La quantité d’exposition au rayonnement dépend de la distance de la source de rayonnement. Comme pour la chaleur d’un feu, si vous êtes trop près, l’intensité du rayonnement thermique est élevée et vous pouvez vous brûler. Si vous êtes à la bonne distance, vous pouvez y résister sans aucun problème et en plus c’est confortable. Si vous êtes trop loin d’une source de chaleur, l’insuffisance de chaleur peut également vous blesser. Cette analogie, dans un certain sens, peut être appliquée aux rayonnements provenant également de sources nucléaires.
  • Blindage.  Enfin, si la source est trop intensive et que le temps ou la distance n’assurent pas une radioprotection suffisante, le blindage doit être utilisé. Le blindage contre les radiations est généralement composé de barrières de plomb, de béton ou d’eau. Même l’uranium appauvri peut être utilisé comme une bonne protection contre le rayonnement gamma , mais d’un autre côté, l’uranium est un blindage absolument inapproprié du rayonnement neutronique. En bref, cela dépend du type de rayonnement à protéger, lequel blindage sera efficace ou non.

Blindage des neutrons

Il y a trois caractéristiques principales des neutrons, qui sont cruciales dans le blindage des neutrons.

  • Les neutrons n’ont pas de charge électrique nette , ils ne peuvent donc pas être affectés ou arrêtés par des forces électriques. Les neutrons n’ionisent la matière qu’indirectement, ce qui fait que les neutrons pénètrent fortement sous forme de rayonnement.
  • Les neutrons se dispersent avec des noyaux lourds de façon très élastique . Les noyaux lourds très durs ralentissent un neutron et encore moins absorbent un neutron rapide.
  • Une absorption de neutrons (on dirait un blindage) provoque le déclenchement de certaines réactions nucléaires (par exemple la capture radiative ou même la fission ), qui s’accompagnent d’un certain nombre d’autres types de rayonnement . En bref, les neutrons rendent la matière radioactive, c’est pourquoi, avec les neutrons, nous devons également protéger les autres types de rayonnement.

Voir aussi: Interaction des neutrons avec la matière

Blindage du rayonnement neutronique

Matériaux de base pour le blindage des neutrons.

Principes du blindage neutronique

Les meilleurs matériaux pour le blindage des neutrons doivent pouvoir:

  • Ralentir les neutrons  (le même principe que la modération neutronique ). Le premier point ne peut être rempli que par des matériaux contenant des atomes légers (par exemple des atomes d’hydrogène), tels que l’eau, le polyéthylène et le béton. Le noyau d’un noyau d’hydrogène ne contient qu’un proton. Puisqu’un proton et un neutron ont des masses presque identiques , une diffusion de neutronssur un noyau d’hydrogène peut abandonner une grande quantité de son énergie (même l’énergie cinétique entière d’un neutron peut être transférée à un proton après une collision). Cela ressemble à un billard. Puisqu’une bille blanche et une autre bille de billard ont des masses identiques, la bille blanche frappant une autre bille peut s’arrêter et l’autre bille commencera à se déplacer avec la même vitesse. D’un autre côté, si une balle de ping-pong est lancée contre une boule de bowling (neutron contre noyau lourd), la balle de ping-pong rebondira avec très peu de changement de vitesse, seulement un changement de direction. Par conséquent, le plomb est tout à fait inefficace pour bloquer le rayonnement neutronique, car les neutrons ne sont pas chargés et peuvent simplement traverser des matériaux denses.
  • Tableau des coupes
    Tableau des coupes

    Absorbe ce neutron lent. Les neutrons thermiques peuvent être facilement absorbés par capture dans des matériaux ayant des sections efficaces de capture de neutrons élevées (des milliers d’étables) comme le bore , le lithium ou le cadmium . Généralement, seule une fine couche d’un tel absorbeur est suffisante pour protéger les neutrons thermiques. L’hydrogène (sous forme d’eau), qui peut être utilisé pour ralentir les neutrons, a une section efficace d’absorption de 0,3 barns. Ce n’est pas suffisant, mais cette insuffisance peut être compensée par une épaisseur suffisante de bouclier d’eau.

  • Protégez le rayonnement qui l’accompagne . Dans le cas du bouclier au cadmium, l’absorption des neutrons s’accompagne d’une forte émission de rayons gamma . Par conséquent, un écran supplémentaire est nécessaire pour atténuer les rayons gamma . Ce phénomène n’existe pratiquement pas pour le lithium et est beaucoup moins important pour le bore comme matériau d’absorption des neutrons. Pour cette raison, les matériaux contenant du bore sont souvent utilisés dans les boucliers neutroniques. De plus, le bore (sous forme d’acide borique) est bien soluble dans l’eau, ce qui rend cette combinaison de bouclier neutronique très efficace.

L’eau comme bouclier neutronique

L’eau en raison de la teneur élevée en hydrogène et de la disponibilité est un blindage neutronique efficace et commun . Cependant, en raison du faible nombre atomique d’hydrogène et d’oxygène, l’eau n’est pas un bouclier acceptable contre les rayons gamma. D’autre part, dans certains cas, cet inconvénient (faible densité) peut être compensé par une épaisseur élevée du bouclier étanche à l’eau. Dans le cas des neutrons, l’eau modère parfaitement les neutrons, mais avec l’absorption des neutrons par le noyau d’hydrogène, des rayons gamma secondaires à haute énergie sont produits. Ces rayons gamma pénètrent fortement dans la matière et peuvent donc augmenter les exigences sur l’épaisseur du bouclier d’eau. Ajout d’un acide borique peut aider à résoudre ce problème (absorption de neutrons sur les noyaux de bore sans émission gamma forte), mais entraîne d’autres problèmes de corrosion des matériaux de construction.

Le béton comme bouclier neutronique

Le blindage neutronique le plus couramment utilisé dans de nombreux secteurs de la science et de l’ingénierie nucléaires est le bouclier en béton. Le béton est également un matériau contenant de l’hydrogène , mais contrairement à l’eau, le béton a une densité plus élevée ( adapté au blindage gamma secondaire ) et ne nécessite aucun entretien. Le béton étant un mélange de plusieurs matériaux différents, sa composition n’est pas constante. Ainsi, lorsque l’on se réfère au béton en tant que matériau de protection contre les neutrons, le matériau utilisé dans sa composition doit être indiqué correctement. Généralement, le béton est divisé en béton «ordinaire» et en béton «lourd» . Le béton lourd utilise des agrégats naturels lourdstels que les barytines (sulfate de baryum) ou la magnétite ou les agrégats manufacturés tels que le fer, les billes d’acier, les poinçons en acier ou d’autres additifs. Grâce à ces additifs, le béton lourd a une densité plus élevée que le béton ordinaire (~ 2300 kg / m 3 ). Le béton très lourd peut atteindre une densité allant jusqu’à 5 900 kg / m 3 avec des additifs de fer ou jusqu’à 8900 kg / m 3 avec des additifs de plomb. Le béton lourd offre une protection très efficace contre les neutrons.

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