Issa, Shams A.M.;Ali, Atif Mossad;Tekin, H.O.;Saddeek, Y.B.;Al-Hajry, Ali;Algarni, Hamed;Susoy, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.6
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pp.1297-1303
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2020
In this study, nuclear radiation shielding and rigidity parameters of Y (0.1-x)B0.6Bi1.8O3La2x glassy system were investigated in order to determine it's suitability for use as nuclear radiation shielding materials. Therefore, a group of bismuth borate glass samples with La2O3 additive were synthesized using the technique of melt quenching. According to the results, the increase of the La2O3 additive increases the density of the glass samples and the mass attenuation coefficient (μm) values, whereas the half-value layer (HVL) and mean free path (MFP) values decrease. The effective atomic number (Zeff) is also enhanced with an increment of both mass removal cross section for neutron (ΣR) and absorption neutron scattering cross section (σabs). In addition to the other parameters, rigidity parameter values were theoretically examined. The increase of La2O3 causes some other important magnitudes to increase. These are the average crosslink density, the number of bonds per unit volume, as well as the stretching force constant values of these glass samples. These results are in concordance with the increase of elastic moduli in terms of the Makishima-Mackenzie model. This model showed an increase in the rigidity of the glass samples as a function of La2O3.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.20
no.2
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pp.129-135
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2020
The purpose of this research is to analyze the gamma ray shielding effect of heavy concrete containing magnetic aggregate and to confirm the applicability to the military protective facilities. In general, a military concrete structure protects combatants from bullets, and also it provides some radiation shielding. In this research, experiments were conducted using a Cs-137 source to check the gamma ray shielding effect. In addition, the Monte Carlo N-Particle(MCNP) modeling was applied to evaluate the gamma ray shielding effect of a military structure. As a result, as the concrete thickness increased, the shielding performance improved according th the linear attenuation law. With that, as the ratio of magnetic aggregate was increased, gamma ray shielding performance was also improved. Therefore, this research verified that the application of magnetic aggregate concrete to military facilities for radiation shielding purposes would be useful.
KIM, JEONG DONG;AHN, SANGJOON;LEE, YONG DEOK;PARK, CHANG JE
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.3
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pp.380-387
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2015
A lead slowing-down spectrometer (LSDS) system is a promising nondestructive assay technique that enables a quantitative measurement of the isotopic contents of major fissile isotopes in spent nuclear fuel and its pyroprocessing counterparts, such as $^{235}U$, $^{239}Pu$, $^{241}Pu$, and, potentially, minor actinides. The LSDS system currently under development at the Korea Atomic Energy Research Institute (Daejeon, Korea) is planned to utilize a high-flux ($>10^{12}n/cm^2{\cdot}s$) neutron source comprised of a high-energy (30 MeV)/high-current (~2 A) electron beam and a heavy metal target, which results in a very intense and complex radiation field for the facility, thus demanding structural shielding to guarantee the safety. Optimization of the structural shielding design was conducted using MCNPX for neutron dose rate evaluation of several representative hypothetical designs. In order to satisfy the construction cost and neutron attenuation capability of the facility, while simultaneously achieving the aimed dose rate limit (< $0.06{\mu}Sv/h$), a few shielding materials [high-density polyethylene (HDPE)eBorax, $B_4C$, and $Li_2CO_3$] were considered for the main neutron absorber layer, which is encapsulated within the double-sided concrete wall. The MCNP simulation indicated that HDPE-Borax is the most efficient among the aforementioned candidate materials, and the combined thickness of the shielding layers should exceed 100 cm to satisfy the dose limit on the outside surface of the shielding wall of the facility when limiting the thickness of the HDPE-Borax intermediate layer to below 5 cm. However, the shielding wall must include the instrumentation and installation holes for the LSDS system. The radiation leakage through the holes was substantially mitigated by adopting a zigzag-shape with concrete covers on both sides. The suggested optimized design of the shielding structure satisfies the dose rate limit and can be used for the construction of a facility in the near future.
The monitor chamber is a real time dosimetry device for the measurement and the control of radiation beam intensity of the linac system. The monitor chamber prototype was developed for monitoring and controlling radiation beam from the linac based radiation generator. The thin flexible printed circuit boards were used for electrodes of the two independent plane-parallel ionization chambers to minimize the attenuation of radiation beam. The dosimetric characteristics, saturation and linearity of the measured charge, were experimentally evaluated with the Co-60 gamma rays. The performance of the developed monitor chamber prototype was in an acceptable range and this study shows the possibility of the further development of the chamber with additional functions.
Chung Se Young;Kim Young Bum;Kwon Young Ho;Kim You Hyun
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.10
no.1
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pp.69-77
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1998
When a high energy photon beam is used to treat lesions located in the upper respiratory air passages or in maxillary sinus, the beams often must traverse an air cavity before it reaches the lesion. Because of this traversal of air, it is not clear that the surface layers of the lesion forming the air-tumor tissue interface will be in a state of near electronic equilibrium; if they are not, underdosing of these layers could result. Although dose corrections at large distances beyond an air cavity are accountable by attenuation differences, perturbations at air-tissue interfaces are complex to measure or calculate. This problem has been investigated for 4MV and 10MV X-ray beams which are becoming widely available for radiotherapy with linear accelerator. Markus chamber was used for measurement with variouse air cavity geometries in X-ray beams. Underdosing effects occur at both the distal and proximal air cavity interface. The magnitude depended on geometry, energy, field sizes and distance from the air-tissue interfaces. As the cavity thickness increased, the central axis dose at the distal interface decreased. Increasing field size remedied the underdosing, as did the introduction of lateral walls. Fellowing a $20{\times}2{\times}2\;cm^3$\;air\;cavity,\;4{\times}4\;cm\;field\;there\;was\;an\;11.5\%\;and\;13\%\;underdose\;at\;the\;distal\;interface,\;while\;a\;20{\times}20{\times}2\;cm^3\;air\;cavity\;yielded\;a\;24\%\;and\;29\%$ loss for the 4MV and 10MV beams, respectively. The losses were slightly larger for the 10MV beams. The measurements reported here can be used to guide the development of new calculation models under non-equilibrium conditions. This situation is of clinical concern when lesions such as larynx and maxillary carcinoma beyond air cavities are irradiated.
Baumann, N.;Diaz, K. Marquez;Simmons-Potter, K.;Potter, B.G. Jr.;Bucay, J.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.10
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pp.3855-3863
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2022
An evaluation of the radiation shielding performance of high-Z-particle-loaded polylactic acid (PLA) composite materials was pursued. Specimens were produced via fused deposition modeling (FDM) using copper-PLA, steel-PLA, and BaSO4-PLA composite filaments containing 82.7, 75.2, and 44.6 wt% particulate phase contents, respectively, and were tested under broad-band flash x-ray conditions at the Sandia National Laboratories HERMES III facility. The experimental results for the mass attenuation coefficients of the composites were found to be in good agreement with GEANT4 simulations carried out using the same exposure conditions and an atomistic mixture as a model for the composite materials. Further simulation studies, focusing on the Cu-PLA composite system, were used to explore a shield design parameter space (in this case, defined by Cu-particle loading and shield areal density) to assess performance under both high-energy photon and electron fluxes over an incident energy range of 0.5-15 MeV. Based on these results, a method is proposed that can assist in the visualization and isolation of shield parameter coordinate sets that optimize performance under targeted radiation characteristics (type, energy). For electron flux shielding, an empirical relationship was found between areal density (AD), electron energy (E), composition and performance. In cases where ${\frac{E}{AD}}{\geq}2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$, a shield composed of >85 wt% Cu results in optimal performance. In contrast, a shield composed of <10 wt% Cu is anticipated to perform best against electron irradiation when ${\frac{E}{AD}}<2MeV{\bullet}cm{\bullet}g^{-1}$.
Mohamed Y. Hanfi;Ahmed K. Sakr;A.M. Ismail;Bahig M. Atia;Mohammed S. Alqahtani;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.278-284
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2023
The synthetic B2O3-As2O3 glass ceramic are prepared to investigate the physical properties and the radiation shielding capabilities with the variation of concentration of the As2O3 with 10, 20, 30, and 40%, respectively. XRD analyses are performed on the fabricated glass-ceramic and depicted the improvement of crystallinity by adding As2O3. The radiation shielding properties are studied for the B2O3-As2O3 glass ceramic. The values of linear attenuation coefficient (LAC) are varied with the variation of incident photon gamma energy (23.1-103 keV). The LAC values enhanced from 12.19 cm-1-37.75 cm-1 by raising the As2O3 concentration from 10 to 40 mol% at low gamma energy (23.1 keV) for BAs10 and BAs40, respectively. Among the shielding parameters, the half-value layer, transmission factor, and radiation protection efficiency are estimated. Furthermore, the fabricated samples of glass ceramic have low manufacturing costs and good shielding features compared to the previous work. It can be concluded the B2O3-As2O3 glass ceramic is appropriate to apply in X-ray or low-energy gamma-ray shielding applications.
Sung-Ju Park;Kookhyun Kim;Cheolsoo Park;Jaehyuk Lee;Keunhwa Lee;Cheolwon Lee
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.42
no.3
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pp.227-232
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2023
Underwater noise pollution has a significant impact on the marine environment. This study proposed a simple approach to estimate the acoustic radiation efficiency of structures with air bubble layers. The method considered the insertion loss caused by the air bubble layer through post-processing of numerical results, assuming that insertion loss is equivalent to attenuation as demonstrated by previous studies. The proposed approach was validated by comparing it with a fully coupled analysis for plate structure models. The commercial finite element program COMSOL Multiphysics was used for the acoustic-structure interaction analysis, and the acoustic characteristics of air bubble layer for the fully coupled analysis was simulated by on the Commander and Prosperetti theory. The trends indicated good agreement between the simple approach and the fully coupled analysis in terms of radiation efficiency. It is confirmed that the proposed method is providing insight into the principal mechanism of underwater noise reduction for the bubble layer on the wedge-shaped structure.
Islam G. Alhindawy;Mohammad. W. Marashdeh;Mamduh. J. Aljaafreh;Mohannad Al-Hmoud;Sitah Alanazi;K. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2444-2451
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2024
This work demonstrates a new sol-gel approach for synthesizing PbO2-doped zirconia using zircon mineral precursors. The streamlined methodology enables straightforward fabrication of the doped zirconia composites. Comprehensive materials characterization was performed using XRD, SEM, and TEM techniques to analyze the crystal structure, microstructure, and morphology. Quantitative analysis of the XRD data provided insights into the nanoscale crystallite sizes achieved, along with their relationship to lattice imperfections. Furthermore, the gamma-ray shielding capacity for the PbO2-doped zirconia samples was estimated by the Monte Carlo simulation, which proves an increase in the gamma ray shielding properties by raising the Pb concentration. The linear attenuation coefficient increased between 0.467 and 0.499 cm-1 (at 0.662 MeV) by increasing the Pb content between 11 and 21 wt%. By increasing the Pb content to 21 wt%, the synthesized composites' lead equivalent thickness reaches 2.49 cm. The radiation shielding properties for the synthesized composites revealed a remarkable performance against low and intermediate γ-ray photons, with radiation shielding capacity of 37.3 % and 21.4 % at 0.662 MeV and 2.506 MeV, respectively. As a result, the developed composites can be employed as an alternative shielding material in hospitals and radioactive zones.
The gamma-ray shielding effects of magnetite concretes have been measured using a broad beam Co-60 gamma-ray source. Mathematical formulae for a trans-mission ratio-to-shield thickness relation were derived from the attenuation curve obtained experimentally and are I (x) = I (ο) exp(-$\mu$X) exp(1.03$\times$10$^{-1}$ X-3.38$\times$10$^{-3}$ X$^2$+5.29$\times$10$^{-5}$ X$^3$) when X< 20 cm, I (x) =I (ο) exp(-$\mu$X) exp(4.66$\times$10$^{-2}$ X+2.12$\times$10$^{-1}$ ) when X>20 cm. Here I (x) is radiation intensity after passing through a thickness X of absorber, I(o) is the initial radiation intensity, $\mu$ is the linear attenuation coefficient of magnetite concrete and is given by (0.0532$\rho$+ 0.0083)$^{4)}$$cm^{-1}$ / in accordance with an earlier study, and X is the thickness of absorber. In addition, a model shield which is a rectangular magnetite concrete box with walls of 8cm thickness walls and internal demensions of 40$\times$40$\times$40 cm was constructed and its shielding effect has been measured. The emergent radiation flux appears to be greater with this configuration than with a slab shield of equal thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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