quel est le principe de travail du blindage en alliage de tungstène?

1. le principe de base: atténuation par interaction

l'objectif principal de tout bouclier de rayonnement estatténuation—weaking l'intensité du rayonnement lorsqu'elle passe par un matériau. l'alliage de tungstène excelle en raison de ses propriétés uniques.

propriété clé: densité extraordinaire

• l'alliage lourd en tungstène a une densité de~ 17-19 g / cm³. c'estnettement plus élevéque les matériaux de blindage traditionnels comme le plomb (11,3 g / cm³) ou l'acier (7,8 g / cm³).

• pourquoi la densité est importante:imaginez le rayonnement comme un flux de petites particules (ou photons) de minuscules énergies volant dans l'espace. plus vous pouvez emballer d'atomes sur son chemin, plus le hasard une de ces particules entrera en collision avec un atome et perdra de l'énergie. la haute densité signifie plus d'atomes par centimètre cube, créant un "mur" qui est beaucoup plus difficile à pénétrer par les rayonnements.

propriété clé: numéro atomique élevé (z)

• le tungstène a un très hautnuméro atomique (z = 74), ce qui signifie que ses atomes ont un grand noyau dense entouré de nombreux électrons.

• pourquoi le nombre atomique est important:l'efficacité du blindage, en particulier contre les photons à haute énergie (rayons x et rayons gamma), est régi par des processus qui dépendent fortement du nombre atomique du matériau de blindage. un z plus élevé augmente considérablement la probabilité de ces interactions.

2. comment cela fonctionne contre différents types de rayonnement

le mécanisme d'interaction spécifique dépend du type de rayonnement:

a. pour les rayons x et les rayons gamma (photons)

c'est là que le tungstène brille les plus brillants. les photons n'ont ni masse ni charge, ils ne peuvent donc être arrêtés que par interaction directe avec un atome. trois processus clés se produisent:

1. effet photoélectrique:un photon entre en collision avec un électron à coquille intérieure dans un atome de tungstène et transfère toute son énergie, éjectant l'électron de l'atome. le photon estcomplètement absorbé. cet effet domine à des énergies inférieures et estproportionnel à (z⁴ / z⁵), rendre le haut z du tungstène incroyablement puissant.

2. dispersion compton:un photon à plus haute énergie entre en collision avec un électron extérieur limité. il ne transfère qu'une partie de son énergie à l'électron, la faisant reculer, et le photon lui-mêmedispersiondans une nouvelle direction avec une énergie plus faible. ce processus redirige et affaiblit à plusieurs reprises le faisceau de rayonnement dans le bouclier.

3. production de paires:pour les photons à très haute énergie (> 1,02 mev), le photon interagit avec le champ électrique puissant d'un noyau de tungstène et est converti en une paire de matière (un électron et un positron). la création de ces particules consomme l'énergie du photon.

en bref: le z et la densité élevés du tungstène rendent ces interactions extrêmement probables, ce qui signifie que les photons sont absorbés ou significativement affaiblis sur une très courte distance.

b. pour les particules alpha et bêta

• particules alpha (les noyaux):ceux-ci sont lourds, chargés et facilement arrêtés. un bouclier mince est suffisant. le tungstène n'est généralement pas utilisé pour les émetteurs alpha purs en raison d'une exagération; sa valeur principale est de bloquer lerayons x secondaires(bremsstrahlung) produit lorsque les particules bêta sont ralenties.

• particules bêta (électrons):au fur et à mesure que les particules bêta passent à travers le tungstène, elles sont ralenties par des collisions avec des électrons (ionisation) et déviées par des noyaux atomiques (rayonnement de bremsstrahlung). la densité du tungstène les arrête efficacement.

c. pour les neutrons

les neutrons ne sont pas chargés et ne peuvent pas être arrêtés par l'ionisation seule. le blindage nécessite une approche différente en deux étapes:

1. modération:un neutron doit d'abord être ralenti (modéré) en collisant avec des atomes légers (comme l'hydrogène dans l'eau, le polyéthylène ou la paraffine). les neutrons rapides perdent de l'énergie dans ces collisions et deviennent des neutrons "thermiques" lents.

2. absorption:une fois ralenti, les neutrons thermiques peuvent être capturés (absorbés) par des noyaux d'éléments spécifiques, tels quebore-10oucadmium. le tungstène lui-même n'est pas un bon absorbeur à neutrons.

• le rôle du tungstène:dansrayonnement à champ mixte(par exemple, les réacteurs nucléaires), où les neutrons et les rayons gamma sont présents, des composites à base de tungstène ou de tungstène sont utilisés. le tungstène bloque efficacement les rayons gamma, tandis qu'un polymère dopé au bore ou un autre matériau absorbant les neutrons, souvent superposé avec ou incorporé dans l'alliage, gère les neutrons.