2) алюминия
3) воды, парафина (+)
4) оргалита
Быстрые нейтроны обладают высокой кинетической энергией и наиболее эффективно ослабляются за счёт последовательного упругого рассеяния на лёгких ядрах. Вода и парафин содержат большое количество атомов водорода, масса которых близка к массе нейтрона, поэтому при каждом столкновении нейтрон может терять значительную долю энергии. В результате быстрые нейтроны замедляются до тепловых, после чего легче поглощаются веществом экрана.
Бор и кадмий преимущественно применяются как поглотители тепловых нейтронов, а не как самостоятельные экраны против быстрых нейтронов: до захвата нейтрон необходимо предварительно замедлить. Алюминий обладает низкой эффективностью замедления нейтронов и при взаимодействии с быстрыми нейтронами может способствовать образованию вторичного гамма-излучения. Органическое стекло также содержит водород и частично выполняет функцию замедлителя, однако вода и парафин являются более типичными и эффективными водородсодержащими материалами для защиты от быстрого нейтронного излучения.
| Материал или слой | Основной механизм взаимодействия | Роль в нейтронной защите | Оценка эффективности |
|---|---|---|---|
| Вода | Упругое рассеяние на водороде с потерей энергии нейтроном | Замедление быстрых нейтронов | Высокая; может использоваться в баках, стенах и комбинированных экранах |
| Парафин | Многократные столкновения с ядрами водорода и углерода | Замедление нейтронов до теплового диапазона | Высокая; удобен для изготовления твёрдых защитных блоков |
| Борсодержащий материал | Реакция поглощения тепловых нейтронов, главным образом изотопом 10B | Фиксация уже замедленных нейтронов | Оптимален как дополнительный поглощающий слой после водородного замедлителя |
| Кадмий | Интенсивное поглощение нейтронов в тепловом диапазоне | Поглощение тепловых нейтронов | Не заменяет водородный экран при защите от быстрого нейтронного потока |
| Алюминий | Рассеяние и частичное поглощение, недостаточная потеря энергии на столкновение | Может применяться как конструкционный или дополнительный материал | Низкая эффективность в качестве основного экрана от быстрых нейтронов |
| Органическое стекло | Замедление на водороде и углероде | Дополнительное ослабление нейтронов | Пригодно для защиты, но обычно уступает воде и парафину по практической оптимальности |
В инженерной защите от нейтронов часто используют многослойную конструкцию: сначала водородсодержащий замедлитель, затем борсодержащий поглотитель, а наружный слой подбирают для ослабления вторичного гамма-излучения. Эффективность экрана определяется не только составом, но и толщиной, плотностью, геометрией источника и спектром нейтронов. При проектировании защиты учитывают также возможную активацию конструкционных материалов и образование вторичного излучения. Поэтому для быстрых нейтронов базовым принципом является сочетание замедления и последующего поглощения, где вода и парафин выполняют ключевую функцию замедлителя.