¿Qué materiales pueden proteger bien (1) los rayos gamma y (2) los neutrones?

Los rayos gamma son fotones, por lo que interactúan con partículas cargadas, particularmente electrones. Entonces, el material de alta Z con núcleos grandes y muchos electrones empaquetados en un volumen pequeño son buenos escudos gamma. Plomo para el escudo más delgado. Hierro para un escudo bastante delgado y barato. Agua u hormigón para un escudo súper barato pero grueso.

Los neutrones son partículas neutras y no les importan las cargas. Simplemente rebotan hasta que son absorbidos. Desea materiales con alta sección transversal de captura de neutrones. El boro es el elemento de elección aquí porque es barato y se disuelve en agua. El agua borada o los plásticos borados son buenos absorbentes de neutrones.

Por lo general, necesita un sandwich de capas múltiples de materiales para esto. Para los ciclotrones en los que solía trabajar, teníamos unas pocas pulgadas de blindaje de plomo directamente alrededor de los objetivos para absorber los gammas de alta energía, seguidos de unos pocos pies de concreto cargado de polietileno para moderar y absorber neutrones. En nuestra aplicación, optimizar el blindaje era de primordial importancia para reducir la masa y el costo.

Para cualquier escenario dado, un diseño de blindaje adecuado debe tener en cuenta la naturaleza y las cantidades relativas de los tipos de radiación esperados. A menos que tenga espacio y presupuesto ilimitados, y pueda rodear todo con varios pies de concreto, hay mucho más que simplemente golpear un poco de plomo, etc. Realmente necesita comprender todas las posibles interacciones entre los tipos particulares de radiación que están generando y los muchos isótopos presentes en el blindaje. (Por ejemplo, si tuviera que, por ejemplo, derretir algunos viejos pesos de pesca para usar el plomo para el blindaje, en lugar de comprar plomo que haya sido certificado como material de blindaje, podría terminar creando un generador de radiación en lugar de un blindaje , debido al antimonio en el plomo.)

Voy a estar de acuerdo con las respuestas de Chris Uhlik y Steve Schafer.

Los fotones de alta energía, como los rayos gamma, interactúan por ionización, excitación y producción de pares. Esto requiere muchos electrones para los dos primeros, y un núcleo pesado para el último. Esto significa algo pesado como el plomo. Puede usar uranio, bismuto, etc., pero el plomo es barato.

Para los neutrones, la secuencia de blindaje es esencial.

Primero debes reducir la velocidad de los neutrones rápidos. Lo mejor es un moderador con una masa similar al neutrón. Eso sería cualquier cosa con mucho hidrógeno, agua y trabajo plástico.

Ahora que los neutrones son lo suficientemente lentos para interactuar, es necesario que los absorban. El boro y el cadmio funcionan bien.

Pero cuando se absorbe el neutrón, causará la emisión de un gamma de alta energía. Así que finalmente necesitas un escudo gamma, como el plomo.

Entonces, la respuesta es poner los siguientes elementos, en el siguiente orden, comenzando por la fuente de neutrones y gamma:

1. Agua o plástico.
2. Boro o cadmio,
3. Plomo u otro elemento pesado.

(1) gamma de protección, desea conchas profundas, por lo que tiene muchas frecuencias de absorción pura y densamente empaquetadas. Esto generalmente significa plomo para el costo, pero cualquier cosa densa y alta Z estará bien; mercurio, oro, DU … todos son excelentes. La dispersión de Compton se puede mejorar con átomos artificiales de Rydberg, o al menos alguien lo ha patentado.

(2) blindaje de neutrones, notará que los neutrones rápidos tienen muy pocos materiales con una sección transversal de más de un par de graneros (incluso el Boro-10 tiene solo una sección transversal de 2.3 b para n, alfa). Entonces, la táctica general es un material con alta densidad de hidrógeno, para reducir la velocidad de los neutrones a un pico de absorción que un material de sección transversal alta puede absorber los neutrones. El HDPE borado es un buen material para aplicaciones de baja temperatura, el agua borada es común y barata, y similares.

Para ambos a la vez, el hidruro de tungsteno es probablemente su mejor opción.

1. El plomo es estándar, pero cualquier elemento de alta Z servirá.
2. Depende de qué tipo de neutrones. Para neutrones rápidos (alta energía) necesita un material con muchos núcleos de luz (como hidrógeno) para que los neutrones se dispersen; esto los ralentiza más rápido que las colisiones con núcleos pesados. No notan electrones. Para neutrones lentos, desea utilizar un elemento con una alta afinidad para la captura de neutrones; El boro es la opción estándar.

La suciedad es su respuesta fácil … el plomo no le compra mucho más que tierra bien compacta.

Lo que esto significa es que si estuviera cerca de la ubicación de la detonación de una explosión en la superficie de 1 megatón que estaba lloviendo 1000 Rads por hora en lluvia, necesitaría estar a 8 pies bajo tierra para reducir su dosis a aproximadamente 1/100 de rad por hora .

8 pies de tierra equivalen a casi 14 pulgadas de plomo … La suciedad es mucho más fácil de manejar que las paredes de plomo de 14 pulgadas. Tenga en cuenta que esta es la comparación extrema para los rayos gamma … Para los neutrones, la diferencia entre el plomo y la suciedad es solo un 20% más de plomo por unidad de profundidad.

Los rayos gamma interactúan con los electrones. Por lo tanto, los metales pesados ​​densos como el plomo son muy buenos para absorber los rayos gamma, pero no es especialmente plomo, solo tiene muchos electrones en un espacio pequeño.

Los neutrones son absorbidos por el núcleo de los átomos. Resulta que algunos tipos de núcleos son mucho mejores que otros. La gente habla de una sección transversal como si los núcleos buenos para absorber núcleos fueran de alguna manera más grandes. No es lo mismo que el radio nuclear. No lo sé con certeza, pero imagino que los núcleos que pueden absorber un neutrón para formar un nuevo núcleo estable tienen más probabilidades de absorberlos que los núcleos que luego se vuelven inestables. Es probable que esto suceda si el núcleo tiene un poco menos / un poco más que el nuber óptimo en los neutrones para la estabilidad. Si es un poco corto, absorbería fácilmente uno y si tiene muchos, diría, ¡no, gracias!

Esta parte de los neutrones es tenaz: no apuestes por ella.

Los elementos pesados ​​se usaron para protegerse contra los rayos gamma, mientras que los elementos ligeros se usaron para protegerse contra los neutrones.

En caso de explosión nuclear, el elemento ligero DEBE estar frente a elementos pesados ​​para que los neutrones no puedan alcanzar elementos pesados ​​y hacerlo radioactivo. Sin embargo, los elementos ligeros no se verán afectados por los rayos gamma. Protegerá los rayos gamma con mucha menos eficacia solamente.

Funcionarios gordos del Partido Comunista han sido utilizados como reflectores de neutrones en caso de necesidad. Título de OG