The current study aims to explore the shielding properties of multi-component borate-based glass series. Seven glass-samples with composition of (80-y)H3BO3-10ZnO-10Na2O-yBaO where (y = 0, 5, 10, 15, 20, 25 and 30 mol.%) were synthesized by melt-quench method. Various shielding features for photons, neutrons, and protons were determined for all prepared samples. XCOM, Phy-X program, and SRIM code were performed to determine and explain several shielding properties such as equivalent atomic number, exposure build-up factor, specific gamma-ray constants, effective removal cross-section (ΣR), neutron scattering and absorption, Mass Stopping Power (MSP) and projected range. The energy ranges for photons and protons were 0.015-15 MeV and 0.01-10 MeV, respectively. The mass attenuation coefficient (μ/ρ) was also determined experimentally by utilizing two radioactive sources (166Ho and 137Cs). Consistent results were obtained between experimental and XCOM values in determining μ/ρ of the new glasses. The addition of BaO to the glass matrix led to enhance the μ/ρ and specific gamma-ray constants of glasses. Whereas the remarkable reductions in ΣR, MSP, and projected range values were reported with increasing BaO concentrations. The acquired results nominate the use of these glasses in different radiation shielding purposes.
Allam, Elhassan A.;El-Sharkawy, Rehab M.;El-Taher, Atef;Shaaban, E.R.;RedaElsaman, RedaElsaman;Massoud, E. El Sayed;Mahmoud, Mohamed E.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.6
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pp.2253-2261
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2022
In this study, nano-scaled shielding materials were assembled and fabricated by doping different weight percentages of Nano-mercuric oxide (N-HgO) into Nano-Bentonite (N-Bent) based on using (100-x% N-Bent + x% N-HgO, x = 10, 20, 30, and 40 wt %). The fabricated N-HgO/N-Bent nanocomposites were characterized by FT-IR, XRD, and SEM and evaluated to evaluate their shielding properties toward gamma radiation by using four different γ-ray energies form three point sources; 356 keV from 133Ba, 662 keV from 137Cs as well as 1173, and 1332 keV from 60Co. The γ-rays mass attenuation coefficients were plotted as a function of the doped N-HgO concentrations into N-HgO/N-Bent nanocomposites. The computed values of mass attenuation coefficients (µm), effective atomic number (Zeff) and electron density (Nel) by the as-prepared samples were found to increase, while the half value layer (HVL) and mean free path (MFP) were identified to decrease upon increasing the N-HgO contents. It was concluded also that the increase in N-HgO concentration led to a direct increase in the mass attenuation coefficient from 0.10 to 0.17 cm2/g at 356 keV and from 0.08 to 0.09 cm2/g at 662 keV. However, a slight increase was observed in the identified mass attenuation coefficients at (1172 and 1332 keV).
Self-absorption is the most important factor affecting the accuracy of gamma spectroscopy measurements in environmental samples. In particular, it is affected by other factors such as the chemical composition of the sample, geometric shape, thickness, density, atomic number, distance between the sample and detector, energy of the emitted gamma photon, and humidity coefficient or percentage in the sample. To test the calibration method, a 450 ml CRM standard source (9 nuclide) Marinelli beaker was used. Five soil samples among environmental samples were measured by density by applying the corrected values. Therefore, it can be seen that the self-absorption value is more effective for somewhat large and low photon energy. In the case of environmental samples, it was confirmed that the overall energy peak efficiency through self-absorption of the source greatly depends on the density of the sample.
Thair Hussein Khazaalah;Iskandar Shahrim Mustafa ;M.I. Sayyed
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.12
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pp.4708-4714
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2022
The novelty in the present search, the Soda-Lime-Silica (SLS) glass waste to prepare free lead glass shielding was used in order to limit the accumulation of glass waste, which requires extensive time to decompose. This also saves on the consumption of pure SiO2, which is a finite resource. Furthermore, the combining of BaO with Bi2O3 into a glass network leads to increased optical properties and improved attenuation. The UV-Visible Spectrophotometer was used to investigate the optical properties and the radiation shielding properties were reported for current glass samples utilizing the PhysX/PDS online software. The optical property results indicate that when BaO content increases in glass structure, the Urbach energy ΔE, and refractive index n increases while the energy optical band gap Eopt decreases. The result of the metallisation criteria (M) revealed that the present glass samples are nonmetallic (insulators). Furthermore, the radiation shielding parameter findings suggest that when BaO was increased in the glass structure, the linear attenuation coefficient and effective atomic number (Zeff) rose. But the half-value layer HVL declined as the BaO concentration grew. According to the research, the glass samples are non-toxic, transparent to visible light, and efficient radiation shielding materials. The Ba5 sample is considered the best among all the samples due to its higher attenuation value and lower HVL and MFP values, which make it a suitable candidate as transparent glass shield shielding.
We investigated the radiation shielding competence for TeO2-V2O5-MoO3 glasses. The Phy-X software was used to report the radiation shielding parameters for the present glasses. With an increase in TeO2 and MoO3 content, the samples' linear attenuation coefficient improves. However, at low energies, this change is more apparent. At low energy, the present samples have an effective atomic number (Zeff) that is relatively high (in order of 16.17-24.48 at 0.347 MeV). In addition, the findings demonstrated that the density of the samples is a very critical factor in determining the half value layer (HVL). The minimal HVL for each sample can be found at 0.347 MeV and corresponds to 1.776, 1.519, 1.391, 1.210 and 1.167 cm for Te1 to Te5 respectively. However, the highest HVL of these glasses is recorded at 1.33 MeV, which corresponds to 3.773, 3.365, 3.218, 2.925 and 2.908 cm respectively. The tenth value layer results indicate that the thickness of the specimens needs to be increased in order to shield the photons that have a greater energy. Also, the TVL results demonstrated that the sample with the greatest TeO2 and MoO3 concentration has a higher capacity to attenuate photons.
M.I. Sayyed;K.A. Mahmoud;Faras Q. Mohammed;Kawa M. Kaky
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.5
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pp.1830-1835
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2024
The current study aims to study the impacts of the substitution of magnesium with nickel concentrations on physical and γ-ray shielding capacity of magnesium alloys. The density of the magnesium alloys under study is varied from 3.677 g/cm3 to 5.652 g/cm3, with raising the nickel content from 26.7 wt% to 54.8 wt% and reducing the magnesium concentration from 72.6 wt% to 44.2 wt%, respectively. Additionally, the examination of the γ-ray shielding capacity using the Monte Carlo simulation code shows that the substitution of magnesium by nickel content in the magnesium alloys was associated with an enhancement in the γ-ray shielding capacity, where the linear attenuation coefficient for the studied alloys was enhanced by 53.22 %, 52.45 %, and 52.52 % at γ-ray energies of 0.662 MeV, 1.252 MeV, and 1.408 MeV, respectively, with raising the nickel concentration from 26.7 wt% to 54.8 wt%. Simultaneously, the half-value thickness for magnesium alloys was reduced from 2.47 cm to 1.62 cm (at gamma ray energy of 0.662 MeV), from 3.39 cm to 2.22 cm (at gamma ray energy of 1.252 MeV), and from 3.60 cm to 2.36 cm (at gamma ray energy of 1.408 MeV), raising the nickel concentration from 26.7 wt % to 54.8 wt%, respectively. The study shows that the substitution of magnesium for nickel greatly enhanced the radiation shielding capacity of the magnesium alloys.
Mesut Ramazan Ekici;Emre Tabar;Gamze Hosgor;Emrah Bulut ;Ahmet Atasoy
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3872-3883
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2024
This study investigates the effects of Zinc (Zn), Manganese (Mn), and Iron (Fe) additions on the microstructure, corrosion behaviour, biocompatibility, mechanical, and gamma-ray shielding properties of Magnesium (Mg) alloys prepared in various compositions using powder metallurgy (PM). The microstructure and mechanical properties of these alloys were analyzed using electron microscopes (SEM and FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) methods. The results showed positive changes in the material's structure when the percentage of zinc added to pure magnesium increased. It was observed that the material became ductile, and the ductile fracture increased when the zinc ratio increased. The gamma-ray shielding properties of newly produced Mg-based alloys have also been discussed since they have a high potential for use in space technologies. Radiation shielding measurements have been performed using a 3" × 3" NaI(Tl) scintillation detector NaI (Tl) gamma-ray spectrometer. The gamma-ray shielding parameters such as the linear attenuation coefficients (μl), mass attenuation coefficient (μm), effective atomic number (Zeff), half-value layer (HVL), and tenth-value layer (TVL) have been determined experimentally at photon energies of 0.511 MeV (emitted from a22Na radioactive point source) and 1.173 MeV and 1.332 MeV (emitting from a60Co radioactive point source). The obtained parameters have been compared to the theoretical results of the XCOM software, and a satisfactory agreement has been found. It can be said from the results that the Mg30Zn alloy has the best shielding properties among the produced materials.
Investigations were conducted on the addition of barium's impact on the radiation shielding and physical attributes of five different glasses, designated S1-S5, with varying BaO contents. Using two point sources namely Co60 and Cs137 along with a scintillation detector [NaI(TL)], experimental measurements were made of the shielding parameters of γ-rays, namely the effective atomic number (Zeff), electron density (Nel), half-value layer (HVL), linear attenuation coefficient (μ), mass attenuation coefficient (μm), mean free path (λ), and radiation protection effectiveness at the energies of 0.664, 1.177, and 1.334 MeV, and comparisons made with recently considered glasses as well as frequently employed materials for γ-ray shielding. The results show that the examined glasses' physical and radiation shielding qualities are improved by the addition of BaO. The μ values increased from 0.245 to 0.275 cm-1 (0.662 MeV), from 0.174 to 0.198 cm-1 (1.173 MeV), and from 0.161 to 0.189 (1.332 MeV). The observed values of HVL decreased from 2.83, 3.98, and 4.3 cm to 2.5, 3.5, and 3.62 cm at 0.662, 1.173, and 1.332 MeV, respectively, for the samples S1 and S5. In addition, the S5 glass sample was determined to have the best protection against photon among all the samples that were evaluated, as well as against recently considered glasses and those materials often utilized for gamma-ray shielding purposes.
This study peformed to confirm the corrected dose In different electron density materials using the superposition/FFT convolution method in radiotherapy Planning system. The experiments of the $K_2HPO_4$ diluted solution for bone substitute, Cork for lung and n-Glucose for soft tissue are very close to effective atomic number of tissue materials. The image data acquisited from the 110 KVp and 130 KVp CT scanner (Siemes, Singo emotions). The electron density was derived from the CT number (H) and adapted to planning system (Xio, CMS) for heterogeneity correction. The heterogeneity tissue phantom used for measurement dose comparison to that of delivered computer planning system. In the results, this investigations showed the CT number is highly affected in photoelectric effect in high Z materials. The electron density in a given energy spectrum showed the relation of first order as a function of H in soft tissue and bone materials, respectively. In our experiments, the ratio of electron density as a function of H was obtained the 0.001026H+1.00 in soft tissue and 0.000304H+1.07 for bone at 130 KVp spectrum and showed 0.000274H+1.10 for bone tissue in low 110 KVp. This experiments of electron density calibrations from CT number used to decide depth and length of photon transportation. The Computed superposition and FFT convolution dose showed very close to measurements within 1.0% discrepancy in homogeneous phantom for 6 and 15 MV X rays, but it showed -5.0% large discrepancy in FFT convolution for bone tissue correction of 6 MV X rays. In this experiments, the evaluated doses showed acceptable discrepancy within -1.2% of average for lung and -2.9% for bone equivalent materials with superposition method in 6 MV X rays. However the FFT convolution method showed more a large discrepancy than superposition in the low electron density medium in 6 and 15 MV X rays. As the CT number depends on energy spectrum of X rays, it should be confirm gradient of function of CT number-electron density regularly.
In order to clarify an effective procedure of labelling organic chloro compounds by $^{38}$ Cl, phenyl chloro derivatives(7 kinds), chloro nitrobenzenes(6 kinds), chloro anisoles(2 kinds), chloro anilines(3 kinds), chloro toluenes(3 kinds), benzyl cholorides(4 kinds), and other comparing samples(3 kinds) were irradiated in the TRIGA Mark-II research reactor and the inorganic $^{38}$ Cl yields were compared with the irradiation times after extracting the inorganic portion with an aqueous solution of alkali. It was found that the relative change between the inorganic $^{38}$ Cl yield and the irradiadiation time depends a great deal on the state of the sample, and a solid sample gave a lower and steady inorganic yield. The inorganic $^{38}$ Cl yield was decreased in the order of phenyl chloro derivatives < chloro tol uene$^{38}$ Cl yield of homo functional compounds and the number of chlorine atoms on the benzene ring. Generally, poly chloro substituted derivatives could give a higher yield than those of less chloro substituted. The results were discussed and the feasibility of these results for labelling purpose was criticized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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