2) гамма-излучения
3) альфа-излучения
4) бета-излучения
Правильный ответ — нейтронное излучение. Нейтроны не имеют электрического заряда, поэтому непосредственно не теряют энергию за счёт кулоновского взаимодействия с электронами, как заряженные частицы. Быстрые нейтроны эффективно замедляются при упругих столкновениях с лёгкими ядрами; особенно значим водород, содержащийся в воде и парафине. Графит также используется как замедлитель благодаря эффективному рассеянию нейтронов на ядрах углерода и сравнительно малому сечению поглощения.
После замедления до тепловых энергий нейтроны поглощаются ядрами борсодержащих или кадмиевых материалов. Наиболее важен изотоп бор-10: его захват нейтрона сопровождается ядерной реакцией с образованием заряженных частиц, которые быстро теряют энергию в защитном материале. Кадмий обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов. Поэтому конструктивная защита от нейтронов обычно имеет два последовательных функциональных слоя: сначала замедлитель, затем поглотитель; при этом дополнительно учитывают возможность образования вторичного гамма-излучения.
Такая комбинация принципиально отличается от защиты от фотонного и корпускулярного излучения других типов. Для гамма-квантов основными механизмами ослабления являются фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование электрон-позитронных пар, поэтому применяют материалы с высокой плотностью и большим атомным номером. Альфа- и бета-частицы, напротив, интенсивно взаимодействуют с веществом вследствие электрического заряда и обычно задерживаются значительно более тонкими экранами.
| Вид излучения или этап защиты | Основной физический механизм | Предпочтительные материалы | Ключевой критерий выбора |
|---|---|---|---|
| Быстрые нейтроны | Упругое рассеяние и потеря энергии при столкновениях с ядрами | Вода, парафин, полиэтилен, графит | Высокая замедляющая способность, особенно наличие водорода |
| Тепловые нейтроны | Радиационный захват ядрами | Соединения бора, кадмий | Большое сечение поглощения нейтронов низкой энергии |
| Смешанный поток нейтронов | Последовательное замедление и поглощение | Комбинированные борсодержащие полимеры, вода с бором, многослойные экраны | Согласование толщины замедлителя и концентрации поглотителя |
| Гамма-излучение | Фотоэффект, комптоновское рассеяние, образование пар | Свинец, сталь, тяжелый бетон | Плотность и высокий атомный номер материала |
| Альфа-излучение | Сильная ионизация вещества заряженными частицами | Бумага, пластик, поверхностный слой кожи | Очень малая проникающая способность; важнее предотвращение внутреннего облучения |
| Бета-излучение | Ионизация и торможение электронов; возможное тормозное излучение | Пластмассы, оргстекло, алюминий | Выбор материала с ограничением образования вторичного тормозного излучения |
Эффективность нейтронной защиты оценивают не только по толщине экрана, но и по энергетическому спектру нейтронов, составу материала и наличию вторичного излучения. При проектировании радиационной защиты учитывают рассеянные нейтроны, активацию конструкций и гамма-кванты, возникающие при радиационном захвате. На практике применяют многослойные системы, в которых замедлитель сочетается с борсодержащим поглотителем и, при необходимости, с отдельным гамма-экранирующим слоем.