Background: Gamma-ray detectors having a thin window of a material with low atomic number can increase the true coincidence summing effects for radionuclides emitting X-rays or gamma-rays. This effect can make efficiency calibration or spectrum analysis more complicated. In this study, a Cu shield was tested as an X-ray filter to neglect the true coincidence summing effect by X-rays and gamma-rays in gamma-ray spectrometry, in order to simplify gamma-ray energy spectrum analysis. Materials and Methods: A Cu shield was designed and applied to an n-type high-purity germanium detector having an $X-{\gamma}$ summing effect during efficiency calibration. This was tested using a commercial, certified mixed gamma-ray source. The feasibility of a Cu shield was evaluated by comparing efficiency calibration results with and without the shield. Results and Discussion: In this study, the thickness of a Cu shield needed to avoid true coincidence summing effects due to $X-{\gamma}$ was tested and determined to be 1 mm, considering the detection efficiency desired for higher energy. As a result, the accuracy of the detection efficiency calibration was improved by more than 13% by reducing $X-{\gamma}$ summing. Conclusion: The $X-{\gamma}$ summing effect should be considered, along with ${\gamma}-{\gamma}$ summing, when a detection efficiency calibration is implemented and appropriate shielding material can be useful for simplifying analysis of the gamma-ray energy spectra.
Ashraf M. Heniegal;Mohamed Amin;S.H. Nagib;Hassan Youssef;Ibrahim Saad Agwa
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.5
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pp.499-516
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2023
To defend against harmful gamma radiation, new types of materials for use in the construction of heavyweight concrete (HWC) are still needed to be developed. This research introduces new materials to be employed as a partial replacement for fine aggregate (FA) to manufacture high-performance heavyweight concrete (HPHWC). These materials include hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, with substitution ratios of 50% and 100% of FA. In this research, the hardening and fresh characteristics of HPHWC were obtained. Concrete samples' Gamma-ray linear attenuation coefficient was evaluated utilizing a gamma source of Co-60 through the thicknesses of 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, and 15 cm. High temperatures were studied for HPHWC samples, which were exposed to up to 700℃ for two hours. Energy-dispersive x-rays and a scanning electron microscope carried out microstructure analyses. Magnetite as an FA attained the lowest compressive strength of 87.1 MPa, but the best radiation protection characteristics and the highest density of 3100 kg/m3 were achieved. After 28 days, the attenuation efficiency of concrete mixtures was increased by 6.5% when fine sand was replaced with black sand at a ratio of 50%. HPHWC, which contains hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, is designed to reduce environmental and health dangers and be used in medicinal, military, and civil applications.
This investigation developed a novel polyester composite based on the addition of zinc oxide (ZnO) of different sizes. We prepared nine samples Containing different percentages and sizes of ZnO as well as the control sample (Pol-ZnO0). The attenuation factors of Pol-micro ZnO were estimated using Phy-x software, while the HPGe detector and various gamma sources were used to experimentally measure the all-prepared composites. In terms of the two methods for micro composites, good agreement was observed. The linear attenuation coefficient (LAC) of Pol-ZnO20, Pol-ZnO40, and Pol-ZnO60, two more samples one with ZnO nanoparticles instead of microparticles, and the other with half microparticles and half nanoparticles (referenced as 0.5 M + 0.5 N) were determined. For all the Polyester composites and energies, the mixture of microparticles and nanoparticles had greater LAC values than each of the particles on their own. For example, the LAC values for the Pol-ZnO20 polymer at 1.330 MeV are 0.0836, 0.0888, and 0.0903 cm-1 for the microparticles, nanoparticles, and mixture, respectively. The values of the prepared polymer samples' radiation protection efficiency (RPE) against energy with a thickness of 2 cm was determined experimentally. The Pol-ZnO60 0.5 M + 0.5 N sample has the highest RPE out of all the samples, followed by its nanoparticle counterpart, and then its microparticle counterpart. On the other hand, the Pol-ZnO0 sample, the polymer with no ZnO content, at all energies has the lowest RPE, followed by the three Pol-ZnO20 samples.
An object in the Low Earth Orbit (LEO) is affected by many environmental conditions unlike earth's surface such as, Atomic oxygen (AO), Ultraviolet Radiation (UV), thermal cycling, High Vacuum and Micrometeoroids and Orbital Debris (MMOD) impacts. The effect of all these parameters have to be carefully considered when designing a space structure, as it could be very critical for a space mission. Polybenzimidazole (PBI) is a high performance thermoplastic polymer that could be a suitable material for space missions because of its excellent resistance to these environmental factors. A thin coating of PBI polymer on the carbon epoxy composite laminate (referred as CFRP) was found to improve the energy absorption capability of the laminate in event of a hypervelocity impact. However, the overall efficiency of the shield also depends on other factors like placement and orientation of the laminates, standoff distances and the number of shielding layers. This paper studies the effectiveness of using a PBI coating on the front bumper in a multi-shock shield design for enhanced hypervelocity impact resistance. A thin PBI coating of 43 micron was observed to improve the shielding efficiency of the CFRP laminate by 22.06% when exposed to LEO environment conditions in a simulation chamber. To study the effectiveness of PBI coating in a hypervelocity impact situation, experiments were conducted on the CFRP and the PBI coated CFRP laminates with projectile velocities between 2.2 to 3.2 km/s. It was observed that the mass loss of the CFRP laminates decreased 7% when coated by a thin layer of PBI. However, the study of mass loss and damage area on a witness plate showed CFRP case to have better shielding efficiency than PBI coated CFRP laminate case. Therefore, it is recommended that PBI coating on the front bumper is not so effective in improving the overall hypervelocity impact resistance of the space structure.
Rather than causing damage from heat, blast, and radiation of a regular nuclear weapon, recently, it is predicted that North Korea has been inventing high altitude electromagnetic pulse (HEMP) missile in order to incapacitate electronic equipment. HEMP shielding facility is used for military purpose today. Despite the electromagnetic shielding effects from high quality compression plates, problems may include such as the possibility of electromagnetic influx resulting in the welding of the compression plates, and difficulties and high cost of construction. Therefore, in this study, a high electrical conducting material was added to the concrete experimental subject to ensure the shielding effect through electromagnetic waves to for the concrete structure, instead of building a shielding facility separately for the structure. Also, among the experimental subjects, 100 ${\mu}m$ of Iron-Aluminum alloy metal spraying coat was applied to two types with the highest shielding effect, and to two types with the lowest shielding effect. The result of the experiment indicates that experimental subjects added with a high electrical conductivity material did not meet the minimum shielding criteria of MIL-STD-118-125-1 standard, but all the experimental material applied to the metal spraying coating satisfied the minimum shielding criteria. In conclusion, it is considered that 100 µm of Iron-Aluminum alloy metal spraying coat contains high efficiency in the HEMP shielding.
The International Atomic Energy Agency (IAEA) mandates safeguards to ensure non-proliferation of nuclear materials. Among inspection techniques used to detect partial defects within spent nuclear fuel (SNF), gamma emission tomography (GET) has been reported to be reliable for detection of partial defects on a pin-by-pin level. Conventional GET, however, is limited by low detection efficiency due to the high density of nuclear fuel rods and self-absorption. This paper proposes a new type of GET named Spent Fuel Internal Tomography (SFIT), which can acquire sinograms at the guide tube. The proposed device consists of the housing, shielding, C-shaped collimator, reflector, and gadolinium aluminum gallium garnet (GAGG) scintillator. For accurate attenuation correction, the source-distinguishable range of the SFIT device was determined using MC simulation to the region away from the proposed device to the second layer. For enhanced inspection accuracy, a proposed specific source-discrimination algorithm was applied. With this, the SFIT device successfully distinguished all source locations. The comparison of images of the existing and proposed inspection methods showed that the proposed method, having successfully distinguished all sources, afforded a 150 % inspection accuracy improvement.
This paper presents dose distributions in water around Fletcher-Suit colpostat containing $^{137}Cs$ tube, and shielding effect of Internal lead shield. Using ready packed film, author measured dose distribution in water around the colpostat containing cesium source. Nine sheets of films on one side of the colpostat are packed with acryl frames cut out so as to fill water, and irradiated in water by cesium source in the colpostat. Dose distributions on transverse plane and upper plane 0.5cm from upper surface of the colpostat were measured. Shielding effect was greater in upper medial direction than in lower medial direction. And that was the greatest around $30^{\circ}$ from the axis of the colpostat on upper side and around $50^{\circ}$on lower side. In the region 7cm from the center of the colpostat, shielding efficiency was 0.23 to 0.35 on the lower $50^{\circ}$ and 0.26 to 0.42 on the upper $30^{\circ}$, and decreased with increase of distance.
Shamsan S. Obaid;M.I. Sayyed;A.S. Alameen;D.K. Gaikwad;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3558-3565
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2024
The linear attenuation coefficients (LAC) of four soils (Black cotton (S1), Sandy (S2), Clay (S3), and Sandy (S4)) samples were measured at photon energies released from radioisotopes Co57 (122 keV), Ba133 (356 keV), 22Na (511 and 1275 keV), Cs137 (662 keV), Mn54 (840 keV), and Co60 (1330 keV) using a gamma spectrometer includes a NaI (Tl) scintillation detector. The experimental measurements were confirmed utilizing the Monte Carlo N-particle transport code. The linear attenuation coefficient values enhanced from 0.256 cm-1 to 0.296 cm-1 (at Eγ of 122 keV), from 0.126 cm-1 to 0.142 cm-1 (at Eγ of 662 keV), and from 0.0938 cm-1 to 0.105 cm-1 (at Eγ of 1275 keV), raising the (Fe + Mn) concentration from 0.912 wt% to 11.214 wt%, as well as raising the soil samples density from 1.62 g/cm3 to 1.79 g/cm3. The study also shows an enhancement in the half value thickness, transmission factor, radiation protection efficiency and lead's equivalent thickness due to the enrichment of Fe + Mn concentrations within the studied soils. The results show that the Black cotton soil exhibits better shielding properties for γ-ray than the other soils.
In order to improve and supplement the shielding method for electron beam treatment, we designed a patient-specific shielding method using a 3D printer, and evaluated the usefulness by comparing and analyzing the distribution of electron beam doses to adjacent organs. In order to treat 5 cm sized superficial tumors around the lens, a CT Simulator was used to scan the Alderson Rando phantom and the DICOM file was converted into an STL file. The converted STL file was used to design a patient-specific shield and mold that matched the body surface contour of the treatment site. The thickness of the shield was 1 cm and 1.5 cm, and the mold was printed using a 3D printer, and the patient customized shielding block (PCSB) was fabricated with a cerrobend alloy with a thickness of 1 cm and 1.5 cm. The dosimetry was performed by attaching an EBT3 film on the surface of the Alderson Rando phantom eyelid and measuring the dose of 6, 9, and 12 MeV electron beams on the film using four shielding methods. Shielding rates were 83.89%, 87.14%, 87.39% at 6, 9, and 12 MeV without shielding, 1 cm (92.04%, 87.48%, 86.49%), 1.5 cm (91.13%, 91.88% with PSCB), 92.66%) The shielding rate was measured as 1 cm (90.7%, 92.23%, 88.08%) and 1.5 cm (88.31%, 90.66%, 91.81%) when the shielding block and the patient-specific shield were used together. PCSB fabrication improves shielding efficiency over conventional shielding methods. Therefore, PSCB may be useful for clinical application.
Mohammad W. Marashdeh;Fawzy H. Sallam;Ahmed M. Abd El-Aziz;Mohamed I. Elkhatib;Sitah f. Alanazi;Mamduh J. Aljaafreh;Mohannad Al-Hmoud;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2740-2747
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2024
The sintering process acquired ferromagnetic copper ferrite ceramic material with a small concentration of Ni ion at 1100 ℃ for 1 h. Previously, copper ferrite with Ni proportions powder was acquired by the wet chemical process according to the relation CuFe2-xNixO4 where x takes values 0.0, 0.015, 0.03, 0.04, and 0.05. The role of Ni ion in the copper ferrite structure was investigated by X-ray analysis, Scanning electron microscope, EDX analysis, and density measurements. The gamma-ray shielding properties for the fabricated CuFeNiO ceramics samples were evaluated using the Monte Carlo simulation method. The obtained results show an enhancement in the linear attenuation coefficient for the fabricated ceramics with increasing the insertions of Ni ions within the fabricated samples, where increasing the Ni ions concentration between 0 and 1.19 wt% increases the linear attenuation by between 1.581 and 1.771 cm-1 (at 0.103 MeV), 0.304-0.338 cm-1 (at 0.662 MeV), and 0.160-0.178 cm-1 (at 2.506 MeV), respectively. Simultaneously, the radiation protection efficiency for a 1 cm thickness of the fabricated samples increased between 14.8 and 16.3% with increasing the Ni ions between 0 and 1.19 wt%. Although the Ni doping concentration does not exceed 1.5 wt% of the total composition of the fabricated ceramics, the shielding capacity of the fabricated ceramics was enhanced by more than 11%, along the studied energy interval. Therefore, the fabricated samples can be used in gamma-ray shielding applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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