Soils are porous materials with high shielding capability to attenuate gamma and X-rays. The disposal of radionuclides throughout the soil profile can expose the living organisms to ionizing radiation. Thus, studies aiming to analyze the shielding properties of the soils are of particular interest for radiation shielding. Investigations on evaluating the shielding capabilities of highly weathered soils are still scarce, meaning that additional research is necessary to check their efficiency to attenuate radiation. In this study, the radiation shielding properties of contrasting soils were evaluated. The radiation interaction parameters assessed were attenuation coefficients, mean free path, and half- and tenth-value layers. At low photon energies, the photoelectric absorption contribution to the attenuation coefficient predominated, while at intermediate and high photon energies, the incoherent scattering and pair production were the dominant effects. Soils with the highest densities presented the best shielding properties, regardless of their chemical compositions. Increases in the attenuation coefficient and decreases in shielding parameters of the soils were associated with increases in clay, Fe2O3, Al2O3, and TiO2 amounts. In addition, this paper provides a comprehensive description of the shielding properties of weathered soils showing the importance of their granulometric fractions and oxides to the attenuation of the radiation.
Background: Shielding properties of compound or mixture is presented in terms of mass attenuation coefficients using Monte Carlo simulation. Mass attenuation coefficients of cement, gypsum and the mixture of gypsum and $PbCO_3$ has been investigated using monte carlo MCNPX. Materials and Methods: The mass attenuation coefficients of cement, gypsum and the mixture of gypsum and $PbCO_3$ were calculated for photon energies 365.5, 661.6, 1,173.2, and 1,332.5 keV energies. Results and Discussion: The simulated values of mass attenuation coefficients were compared avaialable experimental results, theoretical values by XCOM and found good comparability of the results. Conclusion: Standard simulation geometry used in the present investigation would be very useful for various types of sample for shielding and dosimetry applications.
The concrete is considered as an important radiation shielding material employed widely in nuclear reactors, particle accelerators, laboratory hot cells and other different radiation sources. The present research is dedicated to the shielding properties study of the ordinary concrete reinforced with different weight fractions of lead oxide micro/nano particles. Lead oxide particles were fabricated by chemical synthesis method and their properties including the average size, morphological structure, functional groups and thermal properties were characterized by XRD, FESEM-EDS, FTIR and TGA analysis. The gamma ray mass attenuation coefficient of concrete composites has been calculated and measured by means of the Monte Carlo simulation and experimental methods. The simulation process was based on the use of MCNP Monte Carlo code where the mass attenuation coefficient (μ/ρ) has been calculated as a function of different particle sizes and filler weight fractions. The simulation results showed that the employment of the lead oxide filler particles enhances the mass attenuation coefficient of the ordinary concrete, drastically. On the other hand, there are approximately no differences between micro and nano sized particles. The mass attenuation coefficient was increased by increasing the weight fraction of nanoparticles. However, a semi-saturation effect was observed at concentrations more than 10 wt%. The experimental process was based on the fabrication of concrete slabs filled by different weight fractions of nano lead oxide particles. The mass attenuation coefficients of these slabs were determined at different gamma ray energies using 22Na, 137Cs and 60Co sources and NaI (Tl) scintillation detector. The experimental results showed that the HVL parameter of the ordinary concrete reinforced with 5 wt% of nano PbO particles was reduced by 64% at 511 keV and 48% at 1332 keV. Reasonable agreement was obtained between simulation and experimental results and showed that the employment of nano PbO particles is more efficient at low gamma energies up to 1Mev. The proposed concrete is less toxic and could be prepared in block form instead of toxic lead blocks.
A unique brick series based on Vietnamese clay was manufactured at 114.22 MPa pressure rate for γ-ray attenuation purposes, consisting of (x) metallic waste & (90%-x) red clay mineral & 10% (hardener mixed with epoxy resin), where (x) is equal to the values 0%, 20%, 40%, 50%, and 70%. The impacts of industrial metal waste ratio in the structure and radiation protective characteristics were evaluated experimentally. The increase in metallic waste doping concentrations from 0% to 70% was associated with an increase in the manufactured brick's density (ρ) from 2.103 to 2.256 g/cm3 while the fabricated samples' porosity (Φ) decreased from 11.7 to 1.0%, respectively. Together with a rise in fabricated brick's density and a decrease in their porosities, the manufactured bricks' γ-ray attenuation capacities improved. The measured linear attenuation coefficient (μ, cm-1) was improved by 30.8%, 22.1%, 21.6%, and 19.7%, at Eγ equal to the values respectively 0.662, 1.173, 1.252, and 1.332 MeV, when the metallic waste concentration increased from 0% to 70%, respectively. The study demonstrates that manufactured bricks exhibit superior radiation shielding properties, with radiation protection efficiencies of 88.4%, 90.0%, 91.7%, 92.1%, and 92.4% for bricks with industrial metal waste contents of 0%, 20%, 40%, 50%, and 70%, respectively, at γ-ray energy (Eγ) of 1.332 MeV.
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.
Background: Ionizing radiation is known to be harmful to human health. The shielding of ionizing radiation depends on the attenuation which can be achieved by three main rules, i.e. time, distance and absorbing material. Materials and Methods: The mass attenuation coefficient, linear attenuation coefficient, Half Value Layer (HVL) and Tenth Value Layer (TVL) of X-rays (32 keV, 74 keV) and gamma rays (662 keV) are measured in Barium compounds. Results and Discussion: The measured values agree well with the theory. The effective atomic numbers ($Z_{eff}$) and electron density (Ne) of Barium compounds have been computed in the wide energy region 1 keV to 100 GeV using an accurate database of photon-interaction cross sections and the WinXCom program. Conclusion: The mass attenuation coefficient and linear attenuation coefficient for $BaCO_3$ is higher than the $BaCl_2$, $Ba(No_3)_2$ and BaSO4. HVL, TVL and mean free path are lower for $BaCO_3$ than the $BaCl_2$, $Ba(No_3)_2$ and $BaSO_4$. Among the studied barium compounds, $BaCO_3$ is best material for x-ray and gamma shielding.
Exposure to gamma-rays is hazardous for humans and other living beings because of their high penetration through the materials. For this reason, shielding materials (usually lead, copper and stainless steel) are used to protect against gamma rays. This study's objective was to prepare ceramic materials for gamma radiation shielding by using different natural bentonite clays. Gamma-ray attenuation performances of the prepared shielding materials at different thicknesses were investigated and evaluated for different gamma-ray energies from different standard point gamma radiation sources (251Am, 57Co, 137Cs, 60Co, and 88Y). The mass and linear attenuation coefficients of the prepared ceramics vary between 0.238 and 0.443 cm2 g-1 and between 0.479 and 1.06 cm-1, respectively, depending on their thicknesses. Results showed that these materials could be prioritized because of their evidential properties of gamma radiation protection in radiation applications.
In the radiation protection application, the metal-polymer composites have been developed for their radiation shielding properties. In this research, the elastomer composites doped by 10 ㎛ and 100nm size of lead, bismuth and tungsten particles as filler with 30 and 60 wt percentages were prepared. To survey the shielding properties of the polymer composites using gamma-ray emitted from 152Eu and 137Cs sources, the gamma flux was measured by using NaI(Tl) detector, then the linear attenuation coefficient was calculated. Also, the Monte Carlo simulation (MCs) method was used. The results showed a direct relationship between the linear attenuation coefficients of the absorbent and filler ratio. Also, the decrease in the particle size of the shielding material in each weight percentage improved the radiation shielding features. When the dimension of the particles was in the order of nano-size, more attenuation was achieved. At low energies used for medical diagnostic X-ray applications due to the predominance of the photoelectric effect, bismuth and lead were suitable selection as filler.
Ta Van Thuong;O.L. Tashlykov;A.M. Shironina;I.P. Voronin;E.V. Kuvshinova;D.O. Pyltsova;E.I. Nazarov;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.5
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pp.1932-1940
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2024
The current work deals with investigation of the gamma ray shielding properties for various natural stones from Vietnam to be applied in the radiation shielding applications. The physical and chemical properties affecting the γ-ray shielding performance were examined. The MH-300A density meter was utilized to measure the density (ρ, g/cm3) of stone samples, as well as the chemical composition of Vietnamese natural stones was measured using the X-ray fluorescence analyzer (Olympus X-5000). The study shows that the increase in Fe + Ca concentrations within the stone samples increases their density (from 2.48 to 2.86 g/cm3) accompanied with a reduction in the porosity (Φ, %) (from 8.23 to 0.15%) and water absorption (K, %) (from 3.42 to 0.05%) factors. Additionally, the increase in Fe + Ca concentrations increases the linear attenuation coefficient (μ, cm-1) of the studied stones, where the Vietnamese marble stone (M 3.1) with the highest Fe + Ca concentration (65.97 wt%) has the highest linear attenuation coefficient which varied between 3.781 and 0.155 cm-1 with raising the gamma ray energy between 0.040 and 1.332 MeV.
Singh, Vishwanath P.;Tekin, Huseyin O.;Badiger, Nagappa M.;Manici, Tubga;Altunsoy, Elif E.
Journal of Radiation Protection and Research
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v.43
no.1
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pp.20-28
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2018
Background: Heat energy produced in nuclear reactors and nuclear fuel cycle facilities interactions modifies the physical properties of the shielding materials containing water content. Therefore, in the present paper, effect of the heat on shielding effectiveness of the concretes is investigated for gamma and neutron. The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors. Materials and Methods: The mass attenuation coefficients, effective atomic numbers, fast neutron removal cross-section and exposure buildup factors of ordinary and heavy concretes were investigated using NIST data of XCOM program and Geometric Progression method. Results and Discussion: The improvement in shielding effectiveness for photon and reduction in fast neutron for ordinary concrete was observed. The change in the neutron shielding effectiveness was insignificant. Conclusion: The present investigation on interaction of gamma and neutron radiation would be very useful for assessment of shielding efficiency of the concrete used in high temperature applications such as reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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