核反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，堆芯將產(chǎn)生α、β、γ、 X射線及中子(n)、質(zhì)子(p)、重氫核(d)、裂變產(chǎn)物(FP)輻射，其中尤以γ射線和中子的穿透力較強(qiáng)，可對(duì)周邊物體和人員產(chǎn)生輻照損傷。
對(duì)γ射線來說，含有高原子序數(shù)的物質(zhì)，其屏蔽效果就大，所以，常常用鐵和鉛等做屏蔽材料。與此相反，對(duì)于中子來說，因?yàn)樯⑸浣孛骐S元素種類和中子能量而變化復(fù)雜，所以不能像γ射線那樣一概而論，原子序數(shù)小的元素，通過彈性散射能使中子能量大幅度減小，結(jié)果，因?yàn)槟軌蚝苋菀装l(fā)生輻射俘獲反應(yīng)之類的吸收反應(yīng)，所以這樣的元素，尤其是像含有氫的物質(zhì)，屏蔽中子的效果就大 [1] 。
屏蔽材料
把屏蔽材料分為非金屬材料和金屬材料進(jìn)行討論介紹，另外，混凝土既對(duì)γ 射線和中子是很有效的屏蔽材料，而且作為結(jié)構(gòu)材料也有很多優(yōu)點(diǎn)，故將單做介紹 [1] 。
非金屬屏蔽材料
（1）水
水是一種容易獲得而又廉價(jià)的材料，而且因?yàn)樗卸嗔康臍洌允且环N極有效的中子屏蔽材料。水中含有的氧因俘獲中子，而放出的次級(jí)γ射線又少，主要是氫放出能量為2.2兆電子伏的俘獲γ射線。因而，可以說水是一種產(chǎn)生次級(jí)γ射線比較少的中子屏蔽材料。但是，因?yàn)樗碾娮用芏鹊停詫?duì)于γ射線，卻不能說一種良好的屏蔽材料。
水的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生微小間隙，化學(xué)性能穩(wěn)定又是有效的冷卻劑，但也有一些缺陷，比如，必須進(jìn)行*的防水施工，另外，如果長時(shí)間放置，就要產(chǎn)生混沌現(xiàn)象。 [1]
（2）石墨
石墨具有作中子慢化劑和反射劑的優(yōu)良性質(zhì)，而且還因?yàn)楦呒兪诤芨叩臏囟认拢锢硇阅埽瘜W(xué)性能，機(jī)械性能都穩(wěn)定，所以廣泛用作反應(yīng)堆材料及屏蔽材料。在液體金屬冷卻的快中子反應(yīng)堆中，用石墨作快中子屏蔽體的一次屏蔽體。為了改善石墨的種子屏蔽性能，有時(shí)混合一些硼化合物之類的熱中子吸收劑。在用石墨作中子屏蔽體的場合，密度在1.69/m3以上。
（3）硼以及含硼物質(zhì)
硼
硼被用來做熱中子吸收體，這是通過硼的同位素10B(豐度比為18．45～18．98%)的(n，α)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樗臒嶂凶游战孛妫s為3840靶恩。在該反應(yīng)中所產(chǎn)生的α射線，在屏蔽體中容易被吸收，但當(dāng)入射的中子通量大的時(shí)候，這種α射線氦氣生成并發(fā)熱。硼可直接使用或混入石墨和聚乙烯中使用，或者以氧化硼和碳化硼的形式與其他材料組合起來使用 [1] 。
含硼礦石
在日本，幾乎不出產(chǎn)適于作屏蔽材料的含硼礦石。含有少量硼的物質(zhì)有賽黃晶石和斧石。另外，培加特是與鐵磁礦及其他礦石共生的纖維狀集塊，原礦的硼含量為36%(B2O3)，精礦中為11-13%。
包鋁碳化硼鋁板
把碳化硼(B4C)與鋁粉末混合在一起，然后再燒結(jié)，再把這種燒結(jié)物用鋁板夾起來，作夾層板，這種碳化硼夾
硼
硼
層板就是包拉爾(Boral)，市場上出售的有板厚1/4英寸和1/8英寸兩種。包拉爾具有非常硬、加工性差的缺點(diǎn)。另外，有人指出，如按硼在包拉爾中是均勻分布的，來求包拉爾的熱中子屏蔽效率，是危險(xiǎn)的 [1] 。
含硼混凝土
為了提高混凝土的熱中子屏蔽性能，往往在混凝土中加入硼。這種硼還起著減少混凝土中產(chǎn)生二次γ射線的作用。含硼材料一般都具有溶水性，因?yàn)樗惺够炷劣不瘻蟮奶匦裕约优鹆看笥?%，要特別注意。
（4）砂石，土，粘土
因?yàn)樯笆粒惩寥菀撰@得而又價(jià)廉，所以往往用來作屏蔽體。當(dāng)利用這些材料時(shí)，要注意不要使砂，土因雨水而產(chǎn)生下沉和坍塌。經(jīng)普通搗固施工的土砂密度大致是1.4克/厘米3左右，其成分大致與普通混凝土的成分相同。因而，當(dāng)利用士砂作屏蔽體時(shí)，只要其厚度是普通混凝土的1.7倍，就可期望具有與混凝土相同的屏蔽性能。
（5）有機(jī)屏蔽材料
有機(jī)材料當(dāng)作一般使用的材料也有種種優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇蟛糠钟袡C(jī)材料都含有多量的氫原子，所以也經(jīng)常單獨(dú)用它作中予慢化劑和屏蔽材料。但是，對(duì)有機(jī)材料單體本身來說，因?yàn)橛行г有驍?shù)小，所以不適合作γ射線的屏蔽材料，另外，因?yàn)閷?duì)中子的吸收效率未必大，故為了更進(jìn)一步提高屏蔽效率，對(duì)于γ射線，把鉛等原子系數(shù)大的物質(zhì)，以及對(duì)慢中子和熱中子吸收截面大的硼和鋰，與有機(jī)材料一起合并使用，或者把這些金屬粉末與有機(jī)材料混合起來使用，或者作成互相重迭的多層板來使用 [1] 。
石蠟
它是一種被人們廣泛使用而又深為熟悉的材料。因?yàn)椴粌H加工容易而且價(jià)格又便宜，常常在實(shí)驗(yàn)室中作中子屏蔽材料。因?yàn)樗谋戎厥?.87~0.91，熔點(diǎn)又低(40~60℃)，所以加工容易，只要熔注于模型中就可使用。
聚乙烯及其他塑料
聚乙烯是比重為0.92的純碳化氫，每立方厘米體積中，水含有6.7x1022個(gè)氫原子，聚乙烯含約8x1022，因而很明顯，可以說這種材料是與水可婉美的中子屏蔽材料。另外，適合作屏蔽材料的原因是因?yàn)樗划a(chǎn)生活化，但卻有容易受到輻射損傷的缺點(diǎn)(是對(duì)一般有機(jī)材料而言)。通常100℃就軟化，一些高密度(~o．96克/厘米3)者，
聚乙烯
聚乙烯
軟化點(diǎn)就高(~200℃)。因?yàn)橛捕冗m當(dāng)，機(jī)械加工也容易，也使用塊狀和板狀材料，為了使其自由變形，也有把它作成粒狀的。另外，與石蠟一樣，把聚乙烯作為基體，加入硼和鋰的化合物，以增加中子吸收能力，或與鉛粉混合以改善對(duì)γ射線吸收性能。加硼的聚乙烯，作成硼含量小于35%(重量)的材料。加鋰的聚乙烯，因?yàn)榉@γ射線少，尤其適于作探測器的屏蔽體，作成含鋰為10%(重量)以下的材料。另外，加鉛的聚乙烯，則作成含鉛量約為80%(重量)左右的材料 [1] 。
塑料中除聚乙烯之外，聚苯乙烯和異丁烯酸甲酯以及苯酚甲醛樹脂等也含的氫，所以有時(shí)也用來作中子屏蔽材料，這些材料不論哪一種，都岡脆性和輻射損傷問題，不能像聚乙烯那樣用來做屏蔽材料。
木材及其制品
因?yàn)槟静囊埠袣洌砸材茏髦凶悠帘尾牧嫌谩Ｄ静幕旧嫌衫w維素和很少的木質(zhì)素組成，因種類而異，比重為0.5~0.8，約含6%(重量)的氫。加工容易，作結(jié)構(gòu)材料也有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，并且價(jià)格便宜，但是，其中所含水分的量，易受環(huán)境的影響而變化，因而容易產(chǎn)生變形，所以很少使用原木，通常都是把木材切成小片或木屑，然后壓縮成板狀物來使用。這樣，作為結(jié)構(gòu)材料其強(qiáng)度不比木材差，由于強(qiáng)度及形狀的變化和吸濕性的變化軍小，所以比普通木材* [1] 。
金屬屏蔽材料
（1）鐵
因?yàn)殍F的比重大，機(jī)械強(qiáng)度高，所以廣泛用作反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、熱屏蔽材料和壓力殼材料。另外，除了對(duì)熱中子的屏蔽效應(yīng)之外，它本身很難說是一種好的中子屏蔽材料。通過非彈性散射，鐵能使高能中子減速，但到某一能量范圍內(nèi)，使中能中子能量減低的作用很小。因而，很少單獨(dú)用鐵作屏蔽體，與其他屏蔽材料，例如同水配合在一起，作成鐵-水多層結(jié)構(gòu)來應(yīng)用，或者混在混凝土中應(yīng)用。由于俘獲熱中子，鐵能放出10MeV
不銹鋼
不銹鋼
以下的二次γ射線。另外，鐵的同位素58Fe吸收熱中子后生成放射性同位素59Fe，它的半衰期是59天，能放出1.5MeV能量的γ射 [1] 。
（2）不銹鋼
不銹鋼對(duì)γ射線及中子的屏蔽性能要比鐵*。尤其因?yàn)榉菑椥陨⑸浣孛娲螅云帘慰熘凶痈行А５牵讳P鋼中的鉻，鎳，錳等元素，受中子輻照后要活化，反應(yīng)堆停堆后限制人員接近，這個(gè)問題比鐵嚴(yán)重。
（3）加硼鋼
為了增加對(duì)熱中子的屏蔽效果，把硼加到鐵中，就成為加硼鋼。因?yàn)閺那埃瑸榱烁纳其摰拇阃感裕鸭尤胛⒘颗鸬匿摻凶雠痄摚瑸榱伺c此區(qū)別起見，所以把屏蔽用的這種材料叫做加硼鋼。如果鋼中加進(jìn)去硼，一般鋼的
加硼鋼
加硼鋼
硬度增加，塑性和加工性變壞。從加工性考慮，鋼中硼含量以2%(重量)為限。
（4）鉛
鉛的密度為11.3克/厘米3，在空間有限的場所，一般用它作γ射線屏蔽材料。但是，因?yàn)殂U非常之軟，不能用它本身作結(jié)構(gòu)體，這是它的缺點(diǎn)。另外，鉛的熔點(diǎn)低(327．4。C)，也容易被堿侵蝕，所以在使用上受到限制。
（5）其他金屬材料
鈉，鋁，鉻，錳，鎳，銅，鋅等元素作為單體而使用是極為罕見的，在鋼和混凝土中，這些元素都是以雜質(zhì)或者混合物而存在的。
當(dāng)這些元素在材料中達(dá)到相當(dāng)含量時(shí)，當(dāng)然大大影響材料的屏蔽性能，即使在含量很少，有時(shí)也不能忽視它引起材料的活化和產(chǎn)生二次γ射線。因而，當(dāng)選擇和使用屏蔽材料時(shí)，必須搞清楚那一種元素究竟含多少。
鎢和鉍的原子序數(shù)較大，對(duì)γ射線的屏蔽效果。尤其是鎢，熔點(diǎn)為3400℃，與鉛和鉍的熔點(diǎn)(相應(yīng)為327.4℃，271．0℃)相比，因?yàn)榇蠹s高一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以可用在高溫場合。鈾的原子序數(shù)也大(92)，對(duì)γ射線的屏蔽能力，與其他材料相比，是大的，所以有時(shí)用低品位的核原料物質(zhì)二鈾一作γ射線屏蔽材料使用 [1] 。
混凝土
因混凝土具有如下特點(diǎn)，所以常用作屏蔽材料。
（a）含有適當(dāng)量的為屏蔽中予以及γ射線所必要的物質(zhì)；
（b）假如需要的話，還可以把某種元素、物質(zhì)混入其中；
（c）成形、加工容易，還能作成形狀復(fù)雜的屏蔽體，
（d）具有結(jié)構(gòu)體所必需的強(qiáng)度和耐用性；
（e）與其他屏蔽材料相比，價(jià)格便宜。
當(dāng)用混凝土作屏蔽材料時(shí)，除了一般使用的結(jié)構(gòu)用混凝土應(yīng)具備的性能之外，還要求具備如下性能：
（a）混凝土的材質(zhì)均勻，無論在何種場所，密度和化學(xué)成分都符合規(guī)定；
（b）體積變化小，不因出現(xiàn)裂紋而產(chǎn)生屏蔽上的缺陷；
（c）當(dāng)壁厚較厚時(shí)，同化時(shí)的發(fā)熱量也小；
（d）吸收射線后所造成的溫度上升，不會(huì)產(chǎn)生熱膨脹和水分顯著地減少；
（e）在熱學(xué)性能方面，熱導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小；
（f）輻射損傷小，不產(chǎn)生有害的放射性物質(zhì)等 [1] 。
普通的混凝土，如果局部吸收1毫瓦/厘米3的輻射，混凝土內(nèi)溫度大約上升3℃。而溫度如果上升到80℃以上，混凝土中的水分則急劇喪失，中子屏蔽效果下降。因而，作為屏蔽材料混凝土的設(shè)計(jì)條件，必須考慮如下三點(diǎn)：
（a）總?cè)肷淠芰恳?x1010MeV/cm3.s以下；
（b）要控制周圍溫度在80℃以下；
（c）不能使溫度梯度大于0.8℃/cm [1] 。
微信公眾號(hào)
