Proton hızlandırıcılarında tünel tasarımı için kullanılan farklı zırh maddelerinin doz dağılımlarına etkileri

Yüksek enerjili parçacıkların madde ile etkileşmesiyle hızlı nötronlar oluşur. Yüksüz parçacık olan nötronların elektriksel kuvvetlerden etkilenmesi veya durdurulması mümkün değildir. Maddeyi dolaylı iyonize ettikleri için yüksek girici radyasyon türünü oluşturur. Radyasyon etkisinden çalışanları ve çevreyi korumak için zırhlama yapılması gerekir. Radyasyon zırhlaması, korunumu gerekli alanda radyasyon etkisini azaltmak için radyasyon kaynağı ile cisim arasına bir zırh maddesinin yerleştirilmesi ile yapılır. Yüksek enerjilerde, çok düşük soğurma tesir kesiti nedeniyle nötronların zırhlaması oldukça zordur. Bu nedenle, hızlı nötronlar esnek ya da esnek olmayan çarpışmalar ile yavaşlatılır ve daha sonra yavaş nötronlar soğurulur. Nötronlar için beton, demir gibi zırh maddeleri kullanılır. Düşük enerjili nötronlar için zırh maddeleri yeterli olmadığından genellikle ilave soğurucu bir zırh maddesine gerek duyulur. Bu çalışmada; yüksek enerjili protonlar için oluşturulan tünel zırh tasarımında, iki farklı ferrobor oluşumu; FeB ve Fe2B zırh maddesi olarak incelendi. FeB ve Fe2B, hızlı nötronların yavaşlatılmasında etkili demir ile yavaş (termal) nötronların soğurulmasında etkili bor alaşımlarıdır. Minimum tünel zırh kalınlıkları, tekli kullanımlar ve standart beton karışımları için belirlendi. Nötronların oluşumu ve enerjileri, protonların enerjilerine bağlı olduğundan proton enerjileri; tekli zırh için 50-1000 MeV, standart beton karışımı için 1000 MeV alındı. Tünel zırh tasarımı ve nötron doz dağılımları için FLUKA Monte Carlo benzetim kodu kullanıldı. Belirlenen zırh kalınlıklarından FeB ve Fe2B'nin nötronlar için etkin zırh maddeleri olduğu görüldü. Zırh kalınlıkları; yüksek enerjilerde yoğunlukla, düşük enerjilerde ise soğurucu madde miktarı ile değişmektedir. Bor miktarı daha fazla olan FeB, düşük enerjilerde Fe2B'den daha iyi zırh olduğu gözlendi.