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核工业中子吸收用碳化硼陶瓷
2023-11-09

Nuclear Power Plant


硬质合金(B4C)是核辐射吸收应用的首选材料,因为它含有高浓度的硼原子,可以在核反应堆中充当中子吸收剂和探测器。陶瓷 B4C 中发现的准金属硼具有多种同位素,这意味着每个原子具有相同数量的质子,但具有唯一数量的中子。由于其价格低廉、耐热、不易产生放射性同位素且能够屏蔽辐射,B4C陶瓷也是核工业屏蔽材料的绝佳选择.

碳化硼因其高中子吸收截面(中子速度为 2200 m/sec 时为 760 巴恩)而成为核工业的重要材料。硼中的 B10 同位素具有更大的横截面(3800 谷仓)。

 

化学元素硼的原子序数为5,表明它的原子结构中有5个质子和5个电子。 B是硼的化学符号。天然硼主要由两种稳定同位素组成,11B (80.1%) 和 10B (19.9%)。同位素 11B 中热中子的吸收截面为 0.005 barns(对于 0.025 eV 的中子)。大多数热中子的(n,α)反应是10B(n,α)7Li反应,并伴有0.48 MeV伽马发射。此外,同位素 10B 沿整个中子能谱具有高(n,α)反应截面。大多数其他元素的横截面在高能量下变得非常小,就像镉的情况一样。 10B 的横截面随能量单调减小。


当核裂变产生的自由中子与硼 10 相互作用时,大的核心吸收截面充当大网。因此,硼 10 比其他原子更容易被击中。

这次碰撞产生了硼 11 的主要不稳定同位素,它分裂成:

没有电子的氦原子,或阿尔法粒子。

锂7原子

伽马辐射

 

铅或其他重材料可用于提供更快吸收能量的屏蔽。

这些特性使得硼 10 能够以固体形式(碳化硼)和液体形式(硼酸)用作核反应堆中的调节剂(神经元毒物)。必要时,插入硼10以阻止铀325裂变引起的神经元释放。这中和了链式反应。


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