This study analyzes the neutron shielding performance of Soft Magnetic Material and proposes a military application. In general, the military protection facility has been constructed with thick concrete, so Soft Magnetic Material, consisting of boron, was used with concrete in this study. To do so, Monte-Carlo N-Particle (MCNP) was applied to simulate the Watt-fission neutron spectrum of 235U and 239Pu. As a result, a configuration of polyethylene and Soft Magnetic Material is evaluated about four times better than borated polyethylene concerning the atomic weight of boron inside each shielding material. Also, when a nuclear weapon explosion is simulated in MCNP, 1 mm of Soft Magnetic Material with 20 cm of concrete shows about 55% more additional neutron shielding performance compared to when Soft Magnetic Material is not used. In this work, the neutron shielding performance of Soft Magnetic Material could be identified and Soft Magnetic Material would be useful for neutron shielding if applicable to concrete structure.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.19
no.4
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pp.453-461
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2016
The paper represents the experimental analysis of the shock noise of medium caliber guns when a projectile is passed through the shielding material. In the study, the shielding material was constructed and tested in three separate experiments. The shielding material was not installed for medium caliber gun in Case 1. A medium caliber gun was fully covered with shielding material in Case 2, and another one was put with shielding material near muzzle in Case 3. In each experiment, the experimental data was compared with each other. Results showed the firing shielding material achieved a significant noise reduction in $90^{\circ}$ to the noise source. Case 3 is confirmed to be better effective than Case 2 in the near field. But, the noise reduction in the far field is small in quantity due to the low frequency. The paper is considered that further study is necessary for the shielding material which can absorb a low frequency noise in the future.
The gonads are directly affected by radiation exposure during radiography of the pelvis, abdomen, and spine. Exposure of the gonads to radiation can cause genetic mutations and can result in the occurrence of malignant tumors. In this study, we created three types of shielding material shapes for shielding of the ovaries, which are the gonads of female during radiography of the pelvis, and comparative evaluations using shadow shielding methods. The source surface distance(SSD) was 100 cm and the field size was 42 cm × 43 cm. The three types of shielding material shapes(type 1, 2 and 3) were assessed and the entrance surface dose in the ovaries were measured. The thickness of the shielding material was expanded from 0.3 mm to 2.4 mm and after five repetitions, radiation values were measured and mean values were calculated. The mean dose were 3.09 mGy for type 1, 3.54 mGy for type 2, and 3.19 mGy for type 3, indicating that the measurements were the lowest for type 1. When an additional filter of 0.2 Cu + 1 Al was used, the dose were 3.72 mGy for type 1, 5.43 mGy for type 2, and 4.05 mGy for type 3, indicating that the measurements were the lowest for type 1. The results show that, even if the shielding material is not thick, in other words, even with a thickness of 2.94 mGy for the SN 3(0.9 mm) of type 1, shielding can be achieved, with a patient dose lower than the diagnostic reference level(3.42 mGy). Additionally, among the three types of shielding material, the type 1 appeared to be the most appropriate shielding material. It is thought that the use of shielding material could reduce the risk factors for stochastic effects or critical effects of ionizing radiation during pelvic or lumbar radiography.
Qiankun Shao;Qingjun Zhu;Yuling Wang;Shaobao Kuang;Jie Bao;Songlin Liu
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2153-2162
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2024
The purpose of this study is to develop a high-energy neutron shielding material applied in proton therapy environment. Composite shielding material consisting of 10.00 wt% boron carbide particles (B4C), 13.64 wt% surface-modified cross-linked polyethylene (PE), and 76.36 wt% tungsten particles were fabricated by hot-pressure sintering method, where the optimal ratio of the composite is determined by the shielding effect under the neutron field generated in typical proton therapy environment. The results of Differential Scanning Calorimetry measurements (DSC) and tensile experiment show that the composite has good thermal and mechanical properties. In addition, the high energy-neutron shielding performance of the developed material was evaluated using cyclotron proton accelerator with 100 MeV proton. The simulation shows a 99.99% decrease in fast neutron injection after 44 cm shielding, and the experiment result show a 99.70% decrease. Finally, the shielding effect of replacing part of the shielding material of the proton therapy hall with the developed material was simulated, and the results showed that the total neutron injection decreased to 0.99‰ and the neutron dose reduced to 1.10‰ before the enhanced shielding. In summary, the developed material is expected to serve as a shielding enhancement material in the proton therapy environment.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.624-627
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2000
The shielding effectiveness of materials is determined by measuring the ratio of the incident electromagnetic power which passes through the material under test. To measure the shielding effectiveness materials made by conductive polymer, the flanged coaxial transmission-line holder based in ASTM D4935-89, was fabricated. This apparatus has dynamic range between 95dB and 120dB in frequency range of 50Mhz-2Ghz. Furthermore, this system can be utilized to measure the shielding effectiveness of materials produced by conductive polymer and can be adapted for shielding materials design.
Polymers have become widely used substrate materials for shielding neutron rays because of their high hydrogen content and easy processing procedures. Rare-earth materials are also being gradually adopted as neutron absorbers because of their considerable thermal neutron absorption cross-sections. This paper utilizes the FLUKA Monte Carlo simulation program to compare the shielding effects of various polymers and rare-earth oxides on neutron rays across different energy ranges. The study investigates the superior shielding materials for neutron radiation in each energy range. Subsequently, a series of materials are simulated by combining the preferred shielding materials for neutron rays in each energy range, exploring the influence of material composition and composite structure on the effectiveness of neutron ray shielding. It is revealed that the preferred material for shielding neutron rays changes for different energy ranges. For low-energy neutron rays, rare-earth oxides such as Sm2O3 and Gd2O3 demonstrate the most effective shielding, whereas for high-energy neutron rays, polyethylene (PE) provides the best shielding performance. Materials with different compositions show varying preferred structures when dealing with a 252Cf neutron source. However, in mitigating the secondary gamma rays generated during the neutron shielding process, stacked-type materials exhibit the most effective shielding performance.
In order to manufacture a lightweight medical radiation shielding sheet, a new shielding material was studied. We tried to verify the possibility of a shielding material by mixing egg shell powder, which is thrown away as food waste at home, with a polymer material. Existing lightweight materials satisfy eco-friendly conditions, but there are difficulties in the economics of shielding materials due to the cost of the material refining process. This study aims to solve this problem by using egg shells, which are household waste. A 3 mm-thick shielding sheet was fabricated using HDPE, a polymer material, and particle distribution within the cross-section of the shielding sheet was also verified. The shape of the particles was rough and there were voids between the particles, and the average weight per unit area was 1.5 g/cm2. The shielding performance was around 20% in the low energy area and 10% in the high energy area, showing the possibility of a low-dose medical radiation shielding body.
In this study, a gradient material for shielding neutrons and gamma rays was developed, which consists of epoxy resin, boron carbide (B4C), lead (Pb) and a little graphene oxide. It aims light weight and compact, which will be applied on the transportable nuclear reactor. The material is made up of sixteen layers, and the thickness and components of each layer were designed by genetic algorithm (GA) combined with Monte Carlo N Particle Transport (MCNP). In the experiment, the viscosities of the epoxy at different temperatures were tested, and the settlement regularity of Pb particles and B4C particles in the epoxy was simulated by matlab software. The material was manufactured at 25 ℃, the Pb C and O elements of which were also tested, and the result was compared with the outcome of the simulation. Finally, the material's shielding performance was simulated by MCNP and compared with the uniformity material's. The result shows that the shielding performance of gradient material is more effective than that of the uniformity material, and the difference is most noticeable when the materials are 30 cm thick.
In this paper, shielding effectiveness(SE) of the shielding material of electromagnetic(EM) waves was investigated with actual experiments. The materials used in this study were made up of sputtering, film and powder of conductive materials - Cr, Al, Ag and Cu etc. Also, the polyester film was used as a base material. The experiment was carried out by using a shielding evaluator(Shielding box) TR17302 with an ADVANTEST spectrum analyzer, model R3361C. It was found from the experimental results that silver, copper, aluminum and chromium were good candidates as a shielding material against the EM waves with increasing the SE as the composite was laminated. The characteristics of the SE against the EM waves depended on a mode of preparation of specimen. The effects of density of particles on the SE were studied when the sputtering. The SE strongly depended on the electric resistance by density of sputtering and painting particles. SE increased as the density of particles was increasing.
The radiation shielding characteristic of neutron shielding material has been studied as the preliminary study in order to design cosmic-ray shielding material. Specially, Soft Magnetic Material, known to be effective in EMP and radiation shielding, has been investigated to check if the material would be applicable to cosmic-ray shielding. In this work, thermal neutron shielding experiment was conducted and the Monte Carlo N-Particle(MCNP) was applied to employ skymap.dat, which is cosmic-ray data embedded in MCNP. As a result, polyethylene, borated polyethylene, and carbon nano tube, containing carbon or hydrogen, have been found to be effective in reduction of neutron flux below 20 MeV (including thermal, epithermal, evaporation). In contrast, the materials composed of iron such as SS316 and Soft Magnetic Material show a good shielding performance in the cascade energy range (above 20 MeV). Since Soft Magnetic Material is consisting of 13% of boron, it can also decrease thermal neutron flux, so it is expected that it would show a significant reduction on the entire range of neutron energy if the Soft Magnetic Material is used with hydrogen and carbon, so called low Z material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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