Loading...

Design and Construction of PE/W/LiF Composites as the Shield of Neutron-gamma in Mixed Fields

Mirazimi, Samaneh | 2015

745 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 46830 (46)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Energy Engineering
  6. Advisor(s): Vossoughi, Nasser; Asadi, Skandar
  7. Abstract:
  8. In a nuclear reaction, particles such as gamma, neutron, alpha beta, etc. May be emitted. Environment and humans could be damaged severely if these radiations are not properly shielded. One of the main goals of this project is manufacture proper shields for neutron and gamma attenuation and absorption in mixed fields, benefiting the particular properties of composites. In preliminary stage of this project, with comprehensive studies, primary materials were selected. These materials are Tungsten, Polyethylene and Lithium Fluoride selected as Gamma absorber, thermalizer and thermalized neutron absorber respectively. In the next step, weight fractions of each material and thicknesses of composite layers required to shield a 1Ci Am-Be source were calculated using MCNP code. According to the simulation results, a two layer shield was registered. The first layer comprised of PE/LiF with weight fractions equal to 77.5% and 22.5% respectively and thickness of 16 cm. Second layer was made of 60% tungsten and 40% polyethylene with a total thickness of 5 cm. These values were calculated regarding that the distance between source and detector is equal to 80 cm. The more the distance between the detector and the source, the less shield thickness is needed. In the end, shields with sizes of 16×9×1 cm^3 were made and nuclear characterizations were performed for neutron shields and gamma shields with Am-Be source and BF3 detector and 100 mCi 137Cs source and NaI(Tl) detector respectively. There was a good agreement between simulation results and experiments
  9. Keywords:
  10. Composite ; Neutron Shielding ; Gamma Shielding ; Composite Shields

 Digital Object List

 Bookmark

  • 1 مقدمه
    • 1-1 پیشگفتار
    • 1-2 اهداف پژوهش
    • 1-3 پیشینه پژوهش
    • 1-4 روش‌شناسی
    • 1-5 ساختار پایان‌نامه
  • 2 پرتوهای هسته‌ای و نیاز به حفاظ‌گذاری آن‌ها
    • 2-1 پرتوهای هسته‌ای و اندرکنش آن‌ها با مواد مختلف
      • 2-1-1 انواع پرتوهای هسته‌ای
        • 2-1-1-1 تابش آلفا (α)
        • 2-1-1-2 تابش بتا (β)
        • 2-1-1-3 تابش گاما (γ)
        • 2-1-1-4 نوترون (n)
          • ‌أ- نوترون‌هاي سريع
          • ‌ب- نوترون‌هاي با انرژي متوسط
          • ‌ج- نوترون‌های حرارتی
      • 2-1-2 برهم‌کنش تابش با ماده
        • 2-1-2-1 برهمکنش ذرات بدون بار
        • 2-1-2-2 برخورد پرتو گاما با ماده
          • ‌أ- جذب نمایی فوتون‌ها در ماده و ضرایب تضعیف
        • 2-1-2-3 برخورد نوترون با ماده
          • ‌أ- پراکندگی نوترون
            •  پراکندگي کشسان10F
            •  پراکندگي ناکشسان11F
          • ‌ب- جذب نوترون
      • 2-1-3 چشمه‌ نوترون و گاما
        • 2-1-3-1 چشمه , -۲۴۱-.−, -۹-.
      • 2-1-4 آشکارسازی نوترون
        • آشكارسازي نوترون‌ به روش جذبي و با واكنش (ذره باردار، نوترون)
          •  آشکارساز,-۳.
      • 2-1-5 آشکارسازی گاما
    • 2-2 اثرات زیست‌شناختی تابش
    • 2-3 اصول کلی حفاظت، در برابر پرتوها
      • 2-3-1 حفاظت در برابر تابش داخلی
      • 2-3-2 حفاظت در برابر تابش خارجی
      • 2-3-3 زمان
      • 2-3-4 فاصله
      • 2-3-5 حفاظ‌گذاری
    • 2-4 حفاظ‌سازی
      • 2-4-1 تاریخچه حفاظ‌سازی
      • 2-4-2 نکات حفاظ‌سازی
      • 2-4-3 مواد حفاظ‌سازی
        • 2-4-3-1 تضعیف‌کننده‌های پرتوهای گاما
          • ‌أ- سرب
          • ‌ب- تنگستن
          • ‌ج- فولاد
          • ‌د- بیسموت
          • ‌ه- بتن
        • 2-4-3-2 حفاظ‌گذاری نوترون‌ها و تضعیف‌کننده‌های آن
          • ‌أ- آب
          • ‌ب- پلی‌اتیلن
          • ‌ج- بتن
          • ‌د- مواد جاذب نوترون
      • 2-4-4 برخی از واکنش‌های نوترون حائز اهمیت در طراحی حفاظ نوترون‌ـ‌گاما
        • الف) واکنش , -۱-H(n,γ)., -۲-H.
        • ب) واکنش , -6-Li(n,t)., -4-He.
        • ج) واکنش , -10-B(n,α)., -7-Li.
        • د) واکنش, -14-N(n,p)., -14-C.
      • 2-4-5 مفاهیم حفاظ‌سازی
        • 2-4-5-1 دز جذبي‌(absorbed dose)
        • 2-4-5-2 دز معادل (equivalent dose)
        • 2-4-5-3 دز مؤثر(effective dose)
        • 2-4-5-4 معادل دز
        • 2-4-5-5 حدود دز
  • 3 فصل سوم: کامپوزیت‌ها و پلیمرها، انواع و خواص آن‌ها
    • 3-1 اجزا و فاز‌های تشکیل‌دهنده‌ی کامپوزیت‌ها
    • 3-2 خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها
      • 3-2-1 کرنش18F
      • 3-2-2 تنش19F
      • 3-2-3 مدول يانگ20F
    • 3-3 شکست در کامپوزیت‌ها
      •  شکست تُرد
      •  شکست چقرمه
    • 3-4 اندازه‌گیری مدول و استحکام کامپوزیت‌ها
      • 3-4-1 عوامل مؤثر در استحکام کامپوزیت
    • 3-5 طبقهبندی کامپوزیتها بر اساس فاز پیوسته
      • 3-5-1 کامپوزیت‌های پلیمری
        • 3-5-1-1 ترموست (گرماسخت)
        • 3-5-1-2 ترموپلاستیک (گرمانرم)
    • 3-6 روش‌های مختلف شکل‌دهی و ساخت کامپوزیت
      • 3-6-1 لایه‌گذاری دستی30F
      • 3-6-2 قالبگیری فشاری32F
    • 3-7 کاربرد قطعات کامپوزیتی
    • 3-8 آینده پلاستیک‌ها
    • 3-9 پلی‌اتیلن و افزودنی‌ها
      • 3-9-1 خواص پلی‌اتیلن
        • 3-9-1-1 خواص فیزیکی
          • ‌أ- چگالی
          • ‌ب- خواص الکتریکی
          • ‌ج- محدوده ذوب
        • 3-9-1-2 خواص شیمیایی
      • 3-9-2 کاربرد پلی‌اتیلن
      • 3-9-3 بور
      • 3-9-4 لیتیوم
      • 3-9-5 کادمیوم
      • 3-9-6 تنگستن
  • 4 شبیه‌سازی
    • 4-1 کد MCNP
    • 4-2 تعیین درصد وزنی مواد و ضخامت حفاظ
      • 4-2-1 بررسی تأثیر افزایش تنگستن در حفاظ‌سازی نوترون
        • 4-2-1-1 تأثیر افزایش تنگستن در میزان دز نوترون و گامای ثانویه
        • 4-2-1-2 تأثیر افزایش تنگستن در میزان شار نوترون و گامای ثانویه
      • 4-2-2 ترکیب دوگانه لیتیوم‌فلوراید، پلی‌اتیلن به‌منظور حفاظ‌گذاری نوترون‌ها
        • 4-2-2-1 حفاظ مناسب چشمه‌ی Am-Be یک کوری
      • 4-2-3 ترکیب دوگانه تنگستن، پلی‌اتیلن به‌منظور حفاظ‌گذاری فوتون‌های چشمه
    • 4-3 شبیه‌سازی شرایط مشخصه‌یابی هسته‌ای
      • 4-3-1 حفاظ گاما
      • 4-3-2 حفاظ نوترونی
  • 5 فرآیند طراحی و ساخت حفاظ و مشخصه‌یابی هسته‌ای
    • 5-1 مواد استفاده شده برای ساخت
    • 5-2 تهيه آميزه
      • 5-2-1 فرآیند اکستروژن
        • 5-2-1-1 تجهیزات اکستروژن
    • 5-3 وسایل لازم جهت ساخت حفاظ و مراحل ساخت
      •  دستگاه ترازوی دیجیتال
      •  دستگاه اکسترودر
      •  دستگاه Pelletiser
      •  کوره
      •  دستگاه قالب گیری فشاری(پرس)
    • 5-4 مشخصه‌یابی هسته‌ای حفاظ‌ها
      • 5-4-1 حفاظ‌های گاما
      • 5-4-2 حفاظ‌های نوترونی
  • 6 جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
    • 6-1 انتخاب مواد مناسب برای حفاظ‌گذاری
    • 6-2 شبیه‌سازی
    • 6-3 ساخت حفاظ
    • 6-4 مشخصه‌یابی هسته‌ای و مقایسه با شبیه‌سازی
    • 6-5 پیشنهادهایی برای مطالعات آینده
  • مراجع
...see more