放射線の遮断について

質問させて下さい。
放射線は分厚いコンクリートや水で遮断できるという文献を多々目にいたします（この場合の放射線は中性子線）。
原理は理解できております。
そこで質問です。
水で遮断できるとありました。では、水蒸気や水の粒子での遮断はできるのでしょうか？
たとえば超音波式の加湿器での水の粒子。
当然一般家電の域ではなく、その数十倍〜数百倍の出力規模での空気中の水の粒子を想定していますが、完全に中性子を遮断するためにはどの程度の規模の物が必要になるでしょうか？
また、クリーニング店や蒸気機関車からでる水蒸気、ああいう物でもどの程度の量があれば中性子を１００％に近い程度遮断できるでしょうか？

例）一般家電の超音波式の加湿器を直線に並べ（想定する家電機器の上部噴出口からは均一な水粒子が縦方向にのみ拡散すると仮定した場合）何台分。など。

No.10 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2015/07/05 18:07

＞水で遮断できるとありました。

では、水蒸気や水の粒子での遮断はできるのでしょうか？
　いいえ、あくまで液体の水の話です。それもH₂O中の水素原子

イメージし難いでしょうから、荒っぽく計算してみます。

　中性子線は、他の放射線と異なり電離作用はありません＝＝影響を与えない==エネルギーを失わない===から、単に衝突による補足しかありません。人がぶつかるのと一緒で、自分より重たいものにぶつかると弾き返されますから、自分より軽くなければならない。またたとえ重い原子に吸収されたとしても、それが放射性元素に変化すると危険。
　水蒸気は、水の気体ですから、1モルは標準状態(旧STPで22.4L https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%99%E6%BA%96 … )、液体だと18gですから、18mL = 0.018L。
　よって、22.4/0.018 ≒ 1244倍の体積が必要。
　1トン(1m³)の水--1mの水の壁で遮蔽できたとして、35mの厚さの空間が必要・・・ただしすべて水蒸気で酸素はない。温度20度で空気中に水は23%程度含み得りますから、152mの距離が必要ですね。それでも湿度100%ですから、人が快適な30%程度だと、500m。
　まあ500m離れれば、水がなくても、1mに比較して125,000,000、1億2500万分の一になっちゃうので、水をおく必要はない。
＞一般家電の超音波式の加湿器を直線に並べ
　500ｍびっしり並べればよいでしょう。でも距離による要素のほうがはるかに大きくて無駄ですね。

No.9 回答者： stomachman 回答日時： 2015/06/29 18:28

超音波式加湿器が出してるのは細かい水滴で、これが蒸発して水蒸気になると見えなくなる。

ま、それはさておき。
　別に水蒸気じゃなくてもいいんで、空気にだって放射線を減弱する効果はあります。元素によって多少の違いはあるものの、主として、放射線が飛ぶ方向に垂直な平面における、単位断面積あたりの質量がものを言います。
　つまり、厚みが充分にあればいいんです。液体の水の層で生じる減弱に相当する効果を得るには、そのおおよそ数万倍の厚みの（１気圧の）空気（水蒸気でもいいけど）が必要です。なので、水の層1m相当にするためには、空気や水蒸気なら数十kmの厚みが要る。これは、宇宙から飛んでくる放射線を大気が遮蔽してくれてる効果におおむね近いオーダーですね。

No.8 回答者： isoworld 回答日時： 2015/06/28 10:32

２５℃の飽和水蒸気の密度は１立法メートルあたり約２４グラムです。

水は１立法メートルあたり１トンの重さです。なので、理屈（屁理屈）の上で水と同じだけの中性子線の遮蔽効果を持たせるためには、水蒸気（２５℃の飽和水蒸気）では水より約４万倍の体積が必要になります。
　このことから考えると、クリーニング店や蒸気機関車から出る水蒸気では、中性子線の遮蔽効果はほぼ皆無です。

No.7 回答者： yhr2 回答日時： 2015/06/26 22:37

中性子の遮蔽に水が使用されるのは、要するに水素原子核の存在です。

　水素原子核は、陽子１個でできていますので中性子と質量がほぼ同じです。ビリヤードの玉を考えてれば分かるように、正面衝突すれば「中性子が止まって、同じ速度で陽子が弾き飛ばす」のです。陽子は電荷を持っていますので、他の原子核との相互作用ですぐに止まります。
　正面衝突しなくとも、「運動量保存の法則」の衝突問題から分かるように、中性子の速度を下げる効果が大きいのです。
　元素による遮蔽効果の大きさは、こんな資料を参照ください。（３枚目の図１）
http://www.jrias.or.jp/report/pdf/tyusei_kiso_01 …

　ただし、ぎっしり詰まった水分子であっても、水素原子核の占める「断面積」は非常に小さく、原子の中は「すかすか」です。従って、数メートルの水（プール）を通しても、中性子をゼロにまで減衰させることはできません。ましてや「しゃ断」は無理です。
　水そのものが最も遮蔽効果が高いですが、コンクリートも内部に水素を多く含むので、原子力発電所などでは数メートルのコンクリート壁で中性子を遮蔽しています。

　この原理から分かるように、遮蔽効果に直接影響するのは、水素原子の密度です。水素原子が水分子の中にある場合には、「水」の密度ということになります。さらに、それを中性子の進行方向にできるだけ厚く存在させることです。
　つまり、「蒸気」「湯気」のような密度の低い状態よりは液体の「水」、同じ水でも「高温水」よりも「低温水」の方が密度が高くなります。残念ながら、ご質問にある「水蒸気や水の粒子」では、非常に効率が悪いです。

　水数メートルに相当する「蒸気」の密度は、厚さ換算で何十メートルになるのか分かりませんが、そのレベルのオーダーです。それでも「減衰」であって「しゃ断」ではありません。

No.6 回答者： tekcycle 回答日時： 2015/06/26 22:24

鉄砲の弾を防ぐのに、弾より相当大きい金網を使うのは適切でしょうか。

運良く弾が金網に当たってくれれば、跳ね返るなり角度が変わるなり(かえって致命傷になったり)するでしょうけど。

No.5 回答者： fxq11011 回答日時： 2015/06/26 19:40

水の粒子に当たれば・・・・・ですね。

液体の水と、気体の水蒸気では、水の粒子の密度に雲泥の差があります。
水の粒子にぶち当たる確率が低いと効果は下がります。
水蒸気でも、超高圧にして液体と同じ密度にすれば、ほぼ同じ効果は考えられますが・・・。

No.4 回答者： tibukuro 回答日時： 2015/06/26 17:42

水の場合は水素や酸素の中性子捕獲で中性子を遮断というか吸収させるのです

だから水蒸気や水滴よりも密度が高い液体の方が効果的です

No.3 回答者： check-svc 回答日時： 2015/06/26 17:16

＞水で遮断できるとありました。

では、水蒸気や水の粒子での遮断はできるのでしょうか？
●できません。

No.2 回答者： uen_sap 回答日時： 2015/06/26 16:52

分厚い水が必要なんですよね？

それだけの水分子が集められれば可能ですが？
意味あることでしょうか？

No.1 回答者： AVENGER 回答日時： 2015/06/26 14:29

＞水蒸気や水の粒子

水の分子の密度が違うから無理。