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核工業中子吸收用碳化硼陶瓷
2023-11-09

Nuclear Power Plant


硬質合金(B4C)是核輻射吸收應用的首選材料,因為它含有高濃度的硼原子,可以在核反應器中充當中子吸收劑和偵測器。陶瓷 B4C 中發現的準金屬硼具有多種同位素,這意味著每個原子具有相同數量的質子,但具有唯一數量的中子。由於其價格低廉、耐熱、不易產生放射性同位素且能夠屏蔽輻射,B4C陶瓷也是核工業屏蔽材料的絕佳選擇.

碳化硼因其高中子吸收截面(中子速度為 2200 m/sec 時為 760 巴恩)而成為核工業的重要材料。硼中的 B10 同位素具有更大的橫截面(3800 穀倉)。

 

化學元素硼的原子序為5,顯示它的原子結構中有5個質子和5個電子。 B是硼的化學符號。天然硼主要由兩種穩定同位素組成,11B (80.1%) 和 10B (19.9%)。同位素 11B 中熱中子的吸收截面為 0.005 barns(對於 0.025 eV 的中子)。大多數熱中子的(n,α)反應是10B(n,α)7Li反應,並伴隨0.48 MeV伽馬發射。此外,同位素 10B 沿著整個中子能譜具有高(n,α)反應截面。大多數其他元素的橫截面在高能量下變得非常小,例如鎘的情況。 10B 的橫截面隨能量單調減小。


當核分裂產生的自由中子與硼 10 相互作用時,大的核心吸收截面充當大網。因此,硼 10 比其他原子更容易被擊中。

這次碰撞產生了主要不穩定的硼 11 同位素,它分裂成:

沒有電子的氦原子,或阿爾法粒子。

鋰7原子

伽瑪輻射

 

鉛或其他重材料可用於提供更快吸收能量的屏蔽。

這些特性使得硼 10 能夠以固體形式(碳化硼)和液體形式(硼酸)用作核反應器中的調節劑(神經元毒物)。必要時,插入硼10以阻止鈾325裂變引起的神經元釋放。這中和了鍊式反應。


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