مقدمه

حفاظ گذاری در برابر نوترونها، بر پایه بازتابش نوترونهای سریع استوار است. زیرا در جذب نوترون، گاماهای آنی و یا شاید گاماهای تاخیری تولید میشود. به دلیل اینکه هیدروژن سطح مقطع پراکندگی بالایی برای نوترون دارد، در ساخت حفاظهای نوترونی مواد هیدروژندار مانند پلیاتیلن و سایر هیدروکربنها مورد استفاده قرار میگیرند.

ساختار الماس را میتوان به صورت شبکه مکعبی، با وجوه مرکز پر، تصور نمود. به طوریکه نیمی از حفرههای ۴ وجهی آن، پر شده است. در این ساختار، هر اتم کربن توسط چهار اتم کربن دیگر احاطه شده و با یکدیگر پیوند کووالانسی دارند. پیوند بسیار قوی کووالانسی اتمهای مجاور کربن، سبب افزایش مدول الاستیک و دمای پایداری فوق العاده بالا شده و سختترین ماده طبیعی را ایجاد مینماید .[۱] اصولا مواد در حالت کپهای، دارای ساختار سه بعدی هستند اما با استفاده از فناوری نانو میتوان ابعاد مواد را در جهتهای مختلف کاهش داد و مواد را با ساختار تقریبا دو بعدی (لایه نازک)، یک بعدی (نانو میلهها و نانو لولهها) و صفر بعدی (نانو ذرات و نانو کریستالها) ایجاد نمود. این فناوری علاوه بر تغییر خواص مواد مذکور، باعث افزایش نسبت سطح به حجم آنها و در نتیجه باعث افزایش میزان واکنشهای سطحی روی این مواد میگردد. در طول ۴۰ سال گذشته با توسعه فناوری هستهای، قوانین و استانداردهای آژانس بینالمللی انرژی اتمی برای میزان دز

۴۷۱

۰ = ۲ ⁄

دریافتی افراد در شرایط مختلف، سختتر و کمتر میشود. بنابراین در ساخت حفاظهای نوترونی، محدودیتهای فیزیکی بسیاری ایجاد شده است که در این راستا میتوان به موارد حجمی و وزنی در کاربردهای مختلف اشاره نمود.

:۲ بررسی مواد بازتاب کننده نوترون

بازتابندهها برای بازتابش نوترون به منظور جلوگیری از فرار آنها مورد استفاده قرار میگیرند. بهترین بازتابنده نوترون مادهای است که دارای بیشترین سطح مقطع پراکندگی و کمترین سطح مقطع جذب نوترون باشد. معمولا در بهترین حالت، برای بازتابش نوترونها از گرافیت و برلیوم (با توجه به جامد بودن آنها) استفاده میشود. در حقیقت اندازه واحد ساختاری ماده ( )، قابل مقایسه با طول موج نوترون (λ) میباشد. پراکندگی
منسجم و کارآمد نوترون متناسب با نسبت λ است .[۲]

نوترون را میتوان توسط یک موج با طول موج λ و بردار موج تشریح نمود که انرژی آن برابر است

با:
ℏ۲k2
(1) 0 0 =
2
در این رابطه m جرم، E0 انرژی نوترون و ℏ ثابت پلانک است .[۳]

بر اثر عبور پرتوی نوترونی ازماده، به دلیل انجام واکنشهای هستهای، از شدت آن کاسته میشود. در مادهای با ضخامت dx، تعداد ndx اتم در واحد سطح موجود میباشد، که n تعداد اتمها در واحد حجم است. اگر δ سطح مقطع کل باشد، تغییرات شدت و در نتیجه شدت پرتوی نوترون خروجی برابر است با :[۳]
(۲) nx − = − δ ndx ⇒ = ۰

:۳ روش آزمایش :۱-۳ آشکار ساز BF3

آشـکارسـاز BF3 یک آشـکارساز گازی برای نوترونهای حرارتی است که در ناحیه تناسبی کار میکند. گاز BF3داخل این آشـکارسـاز از ایزوتوپ ۱۰B غنی شده است. ۱۰B دارای سطح مقطع بالایی برای جذب نوترون حرارتی اسـت. ۱۰B با جذب یک نوترون حرارتی به دو ایزوتوپ ۴He و ۷Li شـکافته میشود. سپس با استفاده از یک میدان الکتریکی، بارهای تولیدی حاصــل از یونش این دوپاره شــکافت، در محیط گازی جمعآوری و درخروجی یک پالس الکتریکی یا به عبارتی شـمارش خواهیم داشـت. بازده آشکارساز BF3 متناسب با سطح مقطع جذب ۱۰B برای نوترونهای با انرژی متفاوت، تغییر میکند (شکل.[۴] (۱

:۲-۳ مواد مورد استفاده

برای تولید نوترون سریع از چشمه ۲۴۱Am-Be با فعالیت ۱۰۰ میکروکوری استفاده شده است. برای شمارش نوترون از یک آشکارساز استوانهای شکل BF3 با قطر ۲ سانتیمتر و ارتفاع ۲۰ سانتیمتر استفاده شده است.

۴۷۲

شکل :۱تغییرات سطح مقطع جذب نوترون برای ایزوتوپهای ۱۰B و [۵] ۱۱B

برای قرار دادن آشکارساز در ۲۰ سانتیمتری دهانه استوانه، از یک پایه پلیاتیلنی استفاده گردید.