보레이트 폴리에틸렌이란 무엇이며 언제 필요한가요?

방사능과 관련된 일을 하고 있다면 이미 한 가지 중요한 사실을 알고 있을 것입니다:
리드가 전부는 아닙니다.

중성자가 파티에 합류하면 일반적인 납 차폐와 두꺼운 콘크리트는 약간 “충분하지 않다”고 느껴지기 시작합니다. 바로 이 지점에서 붕산 폴리에틸렌 가 들어옵니다.

이 게시물에서는 간단하게 실제 프로젝트 장면에 대해 이야기하고 팀 또는 공급업체와의 디자인 협의에서 실제로 사용할 수 있는 몇 가지 표를 보여드리겠습니다.

보레이트 폴리에틸렌이란 무엇인가요?

보레이트 폴리에틸렌 (종종 “BPE”라고도 함)가 기본입니다:

고밀도 폴리에틸렌(HDPE) + 제어된 양의 붕소(보통 무게 기준 약 5%).

그렇게 하셨군요:

A 플라스틱 베이스비슷한 제품군 UHMWPE / HDPE 시트 마모 패드, 펜더 패드 및 지면 보호 및 도로 매트.
내부 붕소일반적으로 붕소 화합물로, 생산 과정에서 폴리머에 혼합됩니다.

요컨대:
일반 PE는 중성자를 느리게 하고 붕소는 중성자를 “먹습니다”.
그렇기 때문에 방사선 전문가들이 이 제품을 좋아하는 것입니다.

중성자 차폐를 위한 붕산염 폴리에틸렌의 작동 원리

물리학을 친근하게 유지해 보겠습니다.

수소는 중성자의 속도를 늦춥니다.

폴리에틸렌은 수소 원자.
빠른 중성자가 물질에 들어가 수소와 부딪히며 단계적으로 에너지를 잃습니다. 중성자는 다음과 같이 됩니다. 열 (느린) 중성자.

다음과 같이 상상할 수 있습니다:

빠른 중성자 = 빠른 자동차.
수소 = 좁은 주차장.
몇 번의 충돌 후, 자동차는 더 이상 빠르지 않습니다.

붕소-10은 느린 중성자를 포착합니다.

일단 중성자가 느리면, 붕소-10 는 캡처할 확률이 매우 높습니다.

중성자가 붕소-10에 충돌
핵 반응 발생(n,α)
중성자는 사라지고 에너지는 실드 안에 남아 있습니다.

그래서 콤보입니다:

PE의 수소 → 빠른 중성자 느려짐
붕소-10 → 느린 중성자 흡수

그렇기 때문에 BPE는 다음과 같은 단어를 들으면 바로 떠오르는 소재입니다:

혼합 필드
중성자 핫스팟
리낙 벙커
덕트 관통
차폐 업그레이드

실제 프로젝트에서 보레이트 폴리에틸렌이 나타나는 곳

선형 가속기실의 보레이트 폴리에틸렌

고에너지 의료용 라이낙 방은 전형적인 중성자 장면입니다.

일반적인 문제점:

덕트 및 관통통풍구, 케이블 트레이, 파이프 슬리브
도어 프레임 및 틈새
로컬 “선량 지도의 ”핫 스팟"

많은 병원과 암 센터에서는 엔지니어가 있습니다:

사용 콘크리트 메인 벙커 벽의 경우
추가 리드 강력한 X / 감마 영역용
방문하기 보레이트 폴리에틸렌 블록 또는 패널 중성자가 정점에 도달하는 관통부 주위

종종 다음과 같은 문구를 듣게 됩니다:

“미로 출구의 중성자 수치가 여전히 너무 뜨겁기 때문에 덕트 주변에 BPE 삽입물이 필요합니다.”

원자력 및 연구 시설의 보레이트 폴리에틸렌

보레이트 PE는 또한 일반적입니다:

연구용 원자로 및 중성자 소스
핫 셀 및 차폐 캐스크
임시 보관함 중성자 소스의 경우

여기에서는 다음과 같은 용도로 사용됩니다:

장비 주변 모듈형 실드
실험 설정을 위한 슬라이딩 또는 탈착식 패널
원래 콘크리트로 충분하지 않은 경우 로컬 업그레이드

이러한 장면에서 엔지니어는 다음과 같은 소재를 좋아합니다. 기계, 드릴 및 나중에 변경. 다운타임은 비용이 많이 듭니다. HDPE 플레이트와 유사한 BPE 패널은 절단 및 볼트 체결이 쉽기 때문에 이러한 “실제” 요구 사항에 적합합니다.

화물 스캐닝 및 산업용 중성자 시스템의 보레이트 폴리에틸렌

생각해 보세요:

화물 또는 트럭 스캔 시스템
일부 산업용 중성자 방사선 촬영 설정
국경/항만 보안 시스템

여기서 자주 볼 수 있습니다:

BPE 브릭 또는 타일 라이닝 차폐 캐빈
결합 스택: 스틸 + BPE + 때때로 납

운영자가 원하는 것은 단 한 가지입니다:
신뢰할 수 있는 용량 감소, 간편한 유지 관리, 드라마틱하지 않습니다.
BPE는 독성 중금속을 사용하지 않고도 중성자 부분을 제어할 수 있도록 도와줍니다.

보레이트 폴리에틸렌과 납, 콘크리트 및 일반 PE 비교

진공 상태에서 BPE를 선택하는 것은 아닙니다.
납, 콘크리트, 일반 PE 시트 등 이미 알고 있는 것과 비교합니다.

자료 비교 개요

재료	주요 목표 방사선	중성자 성능	감마/엑스레이 차폐	실용적인 참고 사항
일반 PE / HDPE 시트	고속/저속 중성자(적당히)	중성자 감속에는 좋고, 흡수에는 약합니다.	매우 약함	가볍고, 저렴하고, 가공하기 쉽습니다.
보레이트 폴리에틸렌(BPE)	중성자(중재 + 캡처)	열 중성자에 매우 적합	제한(파트너 필요)	가볍고, 기계 가공이 가능하며, 납이 없는 모듈식 디자인
납 시트 / 납 유리	감마/엑스레이	중성자 효과가 거의 없음	우수	무겁고, 독성이 강하고, 더 많은 규제
일반 콘크리트	혼합 필드, 벌크 차폐	어느 정도 적당히, 제한적인 흡수	Medium	두껍고 무거우며 토목 구조에 따라 달라짐

핵심 아이디어:
BPE는 납이나 콘크리트의 필요성을 “죽이지” 않습니다.
It 완료 그들을:

콘크리트 → 벌크, 토목 구조물
납 → 감마 / X
BPE → 중성자

많은 용량 보고서에서 이러한 스타일의 댓글을 볼 수 있습니다:

“감마는 통제 중이며 덕트의 중성자 선량은 여전히 높습니다.”

이 대사는 거의 직접적인 힌트입니다:
“좋아요, 여기에 붕산 폴리에틸렌을 추가할 시간입니다.”

붕소 폴리에틸렌의 붕소 함량 및 두께 선택하기

등급도 다양합니다: 3%, 5%, 10%, 심지어 30% 붕소까지 다양한 등급이 있습니다.
붕소가 높을수록 일반적으로 더 좋습니다. 열 중성자 캡처, 하지만 밀도와 비용도 더 높습니다.

일반적인 붕소 함량 및 사용 장면

붕소 함량(중량 기준)	일반적인 밀도 범위	일반적인 두께 범위	사용 장면(정확하지 않음, 참고용)
3% BPE	~0.95-1.0 g/cm³	10-100mm	중저 중성자 필드, 기본 룸 업그레이드, 파일럿 라인, 간단한 추가 기능
5% BPE (매우 일반적)	~0.95-1.0 g/cm³	25-50mm 표준	의료용 리낙 벙커, 덕트/미로 차폐, 많은 핵 실험실 로컬 차폐
10-15% BPE	~1.1-1.2g/cm³	20-150 mm	더 높은 플럭스 연구 영역, 공간이 협소한 경우 컴팩트한 모듈
30% BPE	≥1.28g/cm³	10-200mm	매우 높은 중성자장, 특수 캐스크, 고급 실험 설정