Быстрые нейтроны — нейтроны с энергией от 0,5 до 20 Мэв (согласно классификации нейтронов, приведенной в работе. Быстрые нейтроны могут образовываться в активной зоне реактора, на мишени ускорителя или в самой защите вследствие замедления сверхбыстрых нейтронов.
Быстрые нейтроны в спектре излечений ускорителей
Ослабление в бетонах потоков быстрых нейтронов, выходящих из мишеней ускорителей на средние энергии, в некоторых случаях не отличается от ослабления быстрых нейтронов источника со спектром деления. Для расчетов можно пользоваться методикой сечений выведения. В работе (25] указывается, что применение методики сечений выведения справедливо, если спектр быстрых нейтронов не сильно искажен в области энергий 2—3 Мэв. Это обстоятельство необходимо учитывать не только при расчетах бетонной защиты ускорителей, но также и реакторов, так как бетонной биологической защите всегда предшествуют другие материалы (замедлителя, отражателя, тепловой защиты и т. п.). Если спектр нейтронов сильно отличается от спектра деления, то следует рассчитывать бетонную защиту, разбивая спектр на отдельные монохроматические линии, как это рекомендуется в третьей главе, или использовать экспериментальные значения λ для бетонов.
К сожалению, экспериментальные исследования защитных свойств различных бетонов на ускорителях (средних энергий) ограничиваются лишь одной работой [26]. При изучении ослабления быстрых нейтронов авторы этой работы применяли индикаторы из Ag108, экранированные Cd, и без экранирования.
Толщина исследуемых бетонных блоков 0,46 м. Ослабление быстрых нейтронов определяли по кривым ослабления тепловых и резонансных нейтронов (Ag108 имеет резонансные уровни 50 и 15 эв).
Были исследованы шесть сортов бетона (табл. 5.8). Поскольку спектр нейтронов отличался от спектра деления (в области быстрых нейтронов), замечено довольно существенное различие между экспериментальными и теоретическими значениями длины релаксации (табл. 5.9). Большее, чем в расчете, влияние водорода здесь объясняется наличием значительного количества нейтронов низкой энергии и небольшой толщиной исследуемых бетонных блоков.
Для бетона плотностью 4410 кг/м3 величина λ= 7,8 см была получена без применения водной защиты.
Таблица 5.8
Состав бетонов, вес. % * [26]
* Количество воды и железа в момент проведения эксперимента оценивается величинами, указанными в табл. 5.9.
Длина релаксации нейтронов, выходящих из бериллиевой мишени циклотрона, в бетоне
* При наличии перед бетоном слоя воды 0,16 м.
При наличии слоя воды 15 см перед бетоном увеличивается до 10,1 см. Этот эффект и наблюдаемое авторами работы [26] изменение λ с увеличением толщины слоя воды (измерения в чистой воде) показывают, что интерпретацию данных табл. 5.9 нужно проводить с большой осторожностью. Не исключена возможность, что кривые ослабления в некоторых бетонах будут менее крутыми при увеличении толщины поглотителей вследствие процессов замедления небольшой доли нейтронов более высокой энергии.
В заключение следует остановиться на характере ослабления быстрых нейтронов, образующихся в бетоне, вследствие замедления сверхбыстрых нейтронов (Е > 20 Мэв). Такие нейтроны ослабляются в бетонах с той же длиной релаксации, что и сверхбыстрые нейтроны (см. разд. 5.1).
На рис. 5.2 показано ослабление быстрых и сверхбыстрых нейтронов в гематитовом бетоне плотностью ~3410 кг/м3, полученное авторами на синхроциклотроне ОИЯИ. Измеряли ослабление индикатором Р31. Энергия протонов, падающих на бериллиевую мишень, Ер = 660 Мэв. Фактор накопления быстрых нейтронов (по отношению к сверхбыстрым) приблизительно равен единице.
Как показали исследования, для железо-водной защиты факторы накопления быстрых нейтронов не зависят от концентрации водорода в защите (см. рис. 4.5), так же как и от энергии нейтронов в пределах от 170 до 660 Мэв. Сравнение абсолютных величин факторов накопления быстрых нейтронов для железа и гематитового бетона указывает на зависимость их от плотности материала.
