核反應堆運行時，堆芯將產生多種射線及中子(n)、質子(p)、重氫核(d)、裂變產物(FP)輻射，其中尤以伽馬射線和中子的穿透力較強，可對周邊物體和人員產生輻照損傷。
核禁止就是利用核禁止材料對核反應過程中產生的輻照進行禁止，防止對人造成傷害。
基本介紹
- 中文名：核禁止
- 外文名：nuclear shielding
- 作用：輻照禁止、防止傷害
簡介,禁止材料,
簡介
對γ射線來說，含有高原子序數的物質，其禁止效果就大，所以，常常用鐵和鉛等做禁止材料。與此相反，對於中子來說，因為散射截面隨元素種類和中子能量而變化複雜，所以不能像γ射線那樣一概而論，原子序數小的元素，通過彈性散射能使中子能量大幅度減小，結果，因為能夠很容易發生輻射俘獲反應之類的吸收反應，所以這樣的元素，尤其是像含有大量氫的物質，禁止中子的效果就大。
禁止材料
把禁止材料分為非金屬材料和金屬材料進行討論介紹，另外，混凝土既對γ 射線和中子是很有效的禁止材料，而且作為結構材料也有很多優點，故將單做介紹。
非金屬禁止材料
（1）水
水是一種最容易獲得而又廉價的材料，而且因為它含有多量的氫，所以是一種極有效的中子禁止材料。水中含有的氧因俘獲中子，而放出的次級γ射線又少，主要是氫放出能量為2.2兆電子伏的俘獲γ射線。因而，可以說水是一種產生次級γ射線比較少的中子禁止材料。但是，因為水的電子密度低，所以對於γ射線，卻不能說一種良好的禁止材料。
水的優點是絕對不產生微小間隙，化學性能穩定又是有效的冷卻劑，但也有一些缺陷，比如，必須進行完全的防水施工，另外，如果長時間放置，就要產生混沌現象。
水的優點是絕對不產生微小間隙，化學性能穩定又是有效的冷卻劑，但也有一些缺陷，比如，必須進行完全的防水施工，另外，如果長時間放置，就要產生混沌現象。
（2）石墨
石墨具有作中子慢化劑和反射劑的優良性質，而且還因為高純石墨在很高的溫度下，物理性能，化學性能，機械性能都穩定，所以廣泛用作反應堆材料及禁止材料。在液體金屬冷卻的快中子反應堆中，用石墨作快中子禁止體的一次禁止體。為了改善石墨的種子禁止性能，有時混合一些硼化合物之類的熱中子吸收劑。在用石墨作中子禁止體的場合，最好密度在1.69/m3以上。
（3）硼以及含硼物質
硼
硼被用來做熱中子吸收體，這是通過硼的同位素10B(豐度比為18．45～18．98%)的(n，α)反應來實現的，因為它的熱中子吸收截面極大，約為3840靶恩。在該反應中所產生的α射線，在禁止體中容易被吸收，但當入射的中子通量大的時候，這種α射線氦氣生成並發熱。硼可直接使用或混入石墨和聚乙烯中使用，或者以氧化硼和碳化硼的形式與其他材料組合起來使用。
含硼礦石
在日本，幾乎不出產適於作禁止材料的含硼礦石。含有少量硼的物質有賽黃晶石和斧石。另外，培加特是與鐵磁礦及其他礦石共生的纖維狀集塊，原礦的硼含量為36%(B2O3)，精礦中為11-13%。
包鋁碳化硼鋁板
硼含硼混凝土
為了提高混凝土的熱中子禁止性能，往往在混凝土中加入硼。這種硼還起著減少混凝土中產生二次γ射線的作用。含硼材料一般都具有溶水性，因為它有使混凝土硬化滯後的特性，所以加硼量大於1%，要特別注意。
（4）砂石，土，粘土
因為砂石，土，粘土容易獲得而又價廉，所以往往用來作禁止體。當利用這些材料時，要注意不要使砂，土因雨水而產生下沉和坍塌。經普通搗固施工的土砂密度大致是1.4克/厘米3左右，其成分大致與普通混凝土的成分相同。因而，當利用士砂作禁止體時，只要其厚度是普通混凝土的1.7倍，就可期望具有與混凝土相同的禁止性能。
（5）有機禁止材料
有機材料當作一般使用的材料也有種種優點，因為大部分有機材料都含有多量的氫原子，所以也經常單獨用它作中予慢化劑和禁止材料。但是，對有機材料單體本身來說，因為有效原子序數小，所以不適合作γ射線的禁止材料，另外，因為對中子的吸收效率未必大，故為了更進一步提高禁止效率，對於γ射線，把鉛等原子係數大的物質，以及對慢中子和熱中子吸收截面大的硼和鋰，與有機材料一起合併使用，或者把這些金屬粉末與有機材料混合起來使用，或者作成互相重迭的多層板來使用。
它是一種被人們廣泛使用而又深為熟悉的材料。因為不僅加工容易而且價格又便宜，常常在實驗室中作中子禁止材料。因為它的比重是0.87~0.91，熔點又低(40~60℃)，所以加工容易，只要熔注於模型中就可使用。
聚乙烯及其他塑膠
聚乙烯是比重為0.92的純碳化氫，每立方厘米體積中，水含有6.7x1022個氫原子，聚乙烯含約8x1022，因而很明顯，可以說這種材料是與水可婉美的中子禁止材料。另外，適合作禁止材料的原因是因為它不產生活化，但卻有容易受到輻射損傷的缺點(是對一般有機材料而言)。通常100℃就軟化，一些高密度(~o．96克/厘米3)者，軟化點就高(~200℃)。因為硬度適當，機械加工也容易，也使用塊狀和板狀材料，為了使其自由變形，也有把它作成粒狀的。另外，與石蠟一樣，把聚乙烯作為基體，加入硼和鋰的化合物，以增加中子吸收能力，或與鉛粉混合以改善對γ射線吸收性能。加硼的聚乙烯，作成硼含量小於35%(重量)的材料。加鋰的聚乙烯，因為俘獲γ射線少，尤其適於作探測器的禁止體，作成含鋰為10%(重量)以下的材料。另外，加鉛的聚乙烯，則作成含鉛量約為80%(重量)左右的材料。
塑膠中除聚乙烯之外，聚苯乙烯和異丁烯酸甲酯以及苯酚甲醛樹脂等也含大量的氫，所以有時也用來作中子禁止材料，這些材料不論哪一種，都岡脆性和輻射損傷問題，不能像聚乙烯那樣用來做禁止材料。
聚乙烯
塑膠中除聚乙烯之外，聚苯乙烯和異丁烯酸甲酯以及苯酚甲醛樹脂等也含大量的氫，所以有時也用來作中子禁止材料，這些材料不論哪一種，都岡脆性和輻射損傷問題，不能像聚乙烯那樣用來做禁止材料。
聚乙烯木材及其製品
因為木材也含有大量氫，所以也能作中子禁止材料用。木材基本上由纖維素和很少的木質素組成，因種類而異，比重為0.5~0.8，約含6%(重量)的氫。加工容易，作結構材料也有適當的強度，並且價格便宜，但是，其中所含水分的量，易受環境的影響而變化，因而容易產生變形，所以很少使用原木，通常都是把木材切成小片或木屑，然後壓縮成板狀物來使用。這樣，作為結構材料其強度不比木材差，由於強度及形狀的變化和吸濕性的變化軍小，所以比普通木材優越。
金屬禁止材料
（1）鐵
因為鐵的比重大，機械強度高，所以廣泛用作反應堆結構材料、熱禁止材料和壓力殼材料。另外，除了對熱中子的禁止效應之外，它本身很難說是一種好的中子禁止材料。通過非彈性散射，鐵能使高能中子減速，但到某一能量範圍內，使中能中子能量減低的作用很小。因而，很少單獨用鐵作禁止體，與其他禁止材料，例如同水配合在一起，作成鐵-水多層結構來套用，或者混在混凝土中套用。由於俘獲熱中子，鐵能放出大量10MeV以下的二次γ射線。另外，鐵的同位素58Fe吸收熱中子後生成放射性同位素59Fe，它的半衰期是59天，能放出1.5MeV能量的γ射。
不鏽鋼
不鏽鋼（2）不鏽鋼
（3）加硼鋼
為了增加對熱中子的禁止效果，把硼加到鐵中，就成為加硼鋼。因為從前，為了改善鋼的淬透性，把加入微量硼的鋼叫做硼鋼，為了與此區別起見，所以把禁止用的這種材料叫做加硼鋼。如果鋼中加進去硼，一般鋼的硬度增加，塑性和加工性變壞。從加工性考慮，鋼中硼含量以2%(重量)為限。
加硼鋼
加硼鋼（4）鉛
鉛的密度為11.3克/厘米3，在空間有限的場所，一般用它作γ射線禁止材料。但是，因為鉛非常之軟，不能用它本身作結構體，這是它的缺點。另外，鉛的熔點低(327．4。C)，也容易被鹼侵蝕，所以在使用上受到限制。
（5）其他金屬材料
鈉，鋁，鉻，錳，鎳，銅，鋅等元素作為單體而使用是極為罕見的，在鋼和混凝土中，這些元素都是以雜質或者混合物而存在的。
當這些元素在材料中達到相當含量時，當然大大影響材料的禁止性能，即使在含量很少，有時也不能忽視它引起材料的活化和產生二次γ射線。因而，當選擇和使用禁止材料時，必須搞清楚那一種元素究竟含多少。
鎢和鉍的原子序數較大，對γ射線的禁止效果極大。尤其是鎢，熔點為3400℃，與鉛和鉍的熔點(相應為327.4℃，271．0℃)相比，因為大約高一個數量級，所以可用在高溫場合。鈾的原子序數也大(92)，對γ射線的禁止能力，與其他材料相比，是最大的，所以有時用低品位的核原料物質二鈾一作γ射線禁止材料使用。
當這些元素在材料中達到相當含量時，當然大大影響材料的禁止性能，即使在含量很少，有時也不能忽視它引起材料的活化和產生二次γ射線。因而，當選擇和使用禁止材料時，必須搞清楚那一種元素究竟含多少。
鎢和鉍的原子序數較大，對γ射線的禁止效果極大。尤其是鎢，熔點為3400℃，與鉛和鉍的熔點(相應為327.4℃，271．0℃)相比，因為大約高一個數量級，所以可用在高溫場合。鈾的原子序數也大(92)，對γ射線的禁止能力，與其他材料相比，是最大的，所以有時用低品位的核原料物質二鈾一作γ射線禁止材料使用。
混凝土
因混凝土具有如下特點，所以常用作禁止材料。
（a）含有適當量的為禁止中予以及γ射線所必要的物質；
混凝土
混凝土（b）假如需要的話，還可以把某種元素、物質混入其中；
（c）成形、加工容易，還能作成形狀複雜的禁止體，
（d）具有結構體所必需的強度和耐用性；
（d）具有結構體所必需的強度和耐用性；
（e）與其他禁止材料相比，價格便宜。
當用混凝土作禁止材料時，除了一般使用的結構用混凝土應具備的性能之外，還要求具備如下性能：
（a）混凝土的材質均勻，無論在何種場所，密度和化學成分都符合規定；
（b）體積變化小，不因出現裂紋而產生禁止上的缺陷；
（c）當壁厚較厚時，同化時的發熱量也小；
（d）吸收射線後所造成的溫度上升，不會產生熱膨脹和水分顯著地減少；
