Apakah prinsip kerja perisai aloi tungsten?

1. Prinsip teras: pelemahan melalui interaksi

Matlamat utama mana -mana perisai radiasi adalah pelemahan -merendahkan intensiti radiasi ketika ia melalui bahan. Alloy Tungsten cemerlang dalam ini kerana sifatnya yang unik.

Harta Utama: Ketumpatan Luar Biasa

Aloi berat tungsten mempunyai ketumpatan ~ 17-19 g/cm³. Ini jauh lebih tinggi daripada bahan perisai tradisional seperti plumbum (11.3 g/cm³) atau keluli (7.8 g/cm³).

Mengapa kepadatan penting: Bayangkan radiasi sebagai aliran zarah kecil, tenaga tinggi (atau foton) yang terbang melalui ruang angkasa. Semakin banyak atom yang anda boleh bungkus ke jalannya, semakin tinggi peluang salah satu zarah ini akan bertembung dengan atom dan kehilangan tenaga. Ketumpatan tinggi bermakna lebih banyak atom per sentimeter padu, mewujudkan "dinding" yang lebih sukar untuk radiasi untuk menembusi.

Harta Utama: Nombor Atom Tinggi (Z)

Tungsten mempunyai nombor atom yang sangat tinggi (z = 74), yang bermaksud atomnya mempunyai nukleus besar dan padat yang dikelilingi oleh banyak elektron.

Mengapa nombor atom penting: Keberkesanan perisai, terutamanya terhadap foton tenaga tinggi (sinar-X dan sinar gamma), ditadbir oleh proses yang sangat bergantung kepada bilangan atom bahan perisai. Z yang lebih tinggi secara dramatik meningkatkan kebarangkalian interaksi ini.

2. Bagaimana ia berfungsi dengan pelbagai jenis radiasi

Mekanisme interaksi tertentu bergantung pada jenis radiasi:

A. Untuk sinar-X dan sinar gamma (foton)

Di sinilah tungsten bersinar terang. Foton tidak mempunyai jisim atau caj, jadi mereka hanya boleh dihentikan dengan interaksi langsung dengan atom. Tiga proses utama berlaku:

Kesan fotoelektrik: Foton bertembung dengan elektron shell dalam atom tungsten dan memindahkan semua tenaga kepadanya, mengeluarkan elektron dari atom. Foton diserap sepenuhnya. Kesan ini menguasai tenaga yang lebih rendah dan berkadar dengan (Z⁴/Z⁵), menjadikan Z tinggi Tungsten sangat kuat.

Compton Scattering: Foton tenaga yang lebih tinggi bertembung dengan elektron luar yang longgar. Ia memindahkan hanya sebahagian daripada tenaga kepada elektron, menyebabkan ia mundur, dan foton itu sendiri menyebarkan arah baru dengan tenaga yang lebih rendah. Proses ini berulang kali mengalihkan dan melemahkan rasuk radiasi dalam perisai.

Pengeluaran pasangan: Untuk foton tenaga yang sangat tinggi (> 1.02 MeV), foton berinteraksi dengan medan elektrik yang kuat dari nukleus tungsten dan diubah menjadi pasangan antimatter (elektron dan positron). Penciptaan zarah -zarah ini menggunakan tenaga foton.

Pendek kata: Z tinggi dan ketumpatan Tungsten menjadikan interaksi ini sangat mungkin, bermakna foton sama ada diserap atau jauh lemah dalam jarak yang sangat singkat.

B. Untuk zarah alfa dan beta

Zarah alfa (dia nukleus): Ini berat, dikenakan, dan mudah dihentikan. Perisai nipis cukup. Tungsten tidak biasanya digunakan untuk pemancar alfa tulen kerana berlebihan; Nilai utamanya adalah menyekat sinar-X sekunder (Bremsstrahlung) yang dihasilkan apabila zarah beta diperlahankan.

Zarah beta (elektron): Apabila zarah beta melalui tungsten, mereka diperlahankan melalui perlanggaran dengan elektron (pengionan) dan dibelokkan oleh nukleus atom (radiasi Bremsstrahlung). Ketumpatan Tungsten dengan cekap menghentikannya.

C. untuk neutron

Neutron tidak dikenakan dan tidak boleh dihentikan oleh pengionan sahaja. Perisai memerlukan pendekatan dua langkah yang berbeza:

Kesederhanaan: Neutron mesti terlebih dahulu diperlahankan (disederhanakan) dengan bertabrakan dengan atom cahaya (seperti hidrogen dalam air, polietilena, atau parafin). Neutron cepat kehilangan tenaga dalam perlanggaran ini dan menjadi lambat "termal" neutron.

Penyerapan: Setelah perlahan, neutron termal dapat ditangkap (diserap) oleh nukleus unsur-unsur tertentu, seperti boron-10 atau kadmium. Tungsten sendiri bukan penyerap neutron yang baik.

Peranan tungsten: Dalam radiasi medan campuran (misalnya, reaktor nuklear), di mana kedua-dua neutron dan sinar gamma hadir, komposit berasaskan tungsten atau tungsten digunakan. Tungsten secara berkesan menghalang sinaran gamma, manakala polimer boron-doped atau bahan penyerap neutron lain, sering berlapis dengan atau dimasukkan ke dalam aloi, mengendalikan neutron.