Mohamed Amin;Ahmad A. Hakamy;Abdullah M. Zeyad;Bassam A. Tayeh;Ibrahim Saad Agwa
Structural Engineering and Mechanics
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제85권1호
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pp.29-53
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2023
High-strength shielding concrete against gamma radiation is a priority for many medical and industrial facilities. This paper aimed to investigate the gamma-ray shielding properties of high-strength hematite concrete mixed with silica fume (SF) with nanoparticles of lead dioxide (PbO2), tungsten oxide (WO3), and bismuth oxide (Bi2O3). The effect of mixing steel fibres with the aforementioned binders was also investigated. The reference mixture was prepared for high-strength concrete (HSCC) containing 100% hematite coarse and fine aggregate. Thirteen mixtures containing 5% SF and nanoparticles of PbO2, WO3, and Bi2O3 (2%, 5%, and 7% of the cement mass, respectively) were prepared. Steel fibres were added at a volume ratio of 0.28% of the volume of concrete with 5% of nanoparticles. The slump test was conducted to workability of fresh concrete Unit weight water permeability, compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength, and modulus of elasticity tests were conducted to assess concrete's engineering properties at 28 days. Gamma-ray radiation of 137Cs emits photons with an energy of 662 keV, and that of 60Co emits two photons with energies of 1173 and 1332 keV were applied on concrete specimens to assess radiation shielding properties. Nanoparticles partially replacing cement reduced slump in workability of fresh concrete. The compressive strength of mixtures, including nanoparticles was shown to be greater, achieving 94.5 MPa for the mixture consisting of 7.5 PbO2. In contrast, the mixture (5PbO2-F) containing steel fibres achieved the highest values for splitting tensile, flexural strength, and modulus of elasticity (11.71, 15.97, and 42,840 MPa, respectively). High-strength shielded concrete (7.5PbO2) showed the best radiation protection. It also showed the minimum concrete thickness required to prevent the transmission of radiation.
The study aims to develop a novel, lead-free, flexible and lightweight composite shielding material against ionizing radiation. For this, it was used bismuth oxide (Bi2O3) in RTV-2 silicon matrix. The shielding tests were carried out in both diagnostic X-ray energies and intermediate gamma-ray energy range of up to 662 keV to determine the radiation attenuation properties of this material in terms of attenuation ratio, half value layer, tenth value layer, mean free path and lead equivalency of samples in weight of 30%, 40%, 50% in Bi2O3. In the diagnostic X-ray energy range, half value layer, tenth value layer and lead equivalency (in mm Pb) of the produced samples were measured at 80 and 100 kVp narrow beam conditions according to the requirements of EN IEC 61331-1 standard. The results show that lead equivalent values of the produced novel sheets was measured to be 0.16 mm Pb, corresponding to a 6 mm thickness of the flexible sample when it contains 30% wt. Bi2O3 in RTV matrix. The experimental findings for durability and flexibility also indicated that this new RTV-based flexible, lead -free shielding composite can be used safely for especially for manufacturing aprons, garments and thyroid guards used in mammography, radiology, nuclear medicine and dental applications in practice.
In this work, linear and mass attenuation coefficients, effective atomic number and electron density, mean free paths, and half value layer and $10^{th}$ value layer values of barium-bismuth-borosilicate glasses were obtained for 662 keV, 1,173 keV, and 1,332 keV gamma ray energies using MCNP-4C code and XCOM program. Then obtained data were compared with available experimental data. The MCNP-4C code and XCOM program results were in good agreement with the experimental data. Barium-bismuth-borosilicate glasses have good gamma ray shielding properties from the shielding point of view.
Rammah, Y.S.;Mahmoud, K.A.;Mohammed, Faras Q.;Sayyed, M.I.;Tashlykov, O.L.;El-Mallawany, R.
Nuclear Engineering and Technology
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제53권8호
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pp.2661-2668
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2021
Gamma radiation shielding features for three series of binary alloys identified as (Pb-Sn), (Pb-Zn), and (Zn-Sn) have been investigated. The mass attenuation coefficients (µ/ρ) for the selected alloys were simulated using the MCNP-5 code in the energy range between 0.01 and 15 MeV. Moreover, the (µ/ρ) values were computed using WinXCOM database in the same energy range to validate the simulation results. Results reveal a good agreement between the simulated and computed values. The half value layer (HVL), mean free path (MFP), effective atomic number (Zeff) and exposure buildup factor (EBF) were evaluated for the selected binary alloys. Results showed that the PS1, PZ1, and ZS2 alloys have the best shielding parameters and better than the commercially standard and available radiation shielding materials. Therefore, the investigated alloys can be used as effective radiation shielding materials against gamma ray with energies between 0.01 and 15 MeV.
For the first time Pb, Ni, and Cu nanocomposites were synthesized by versatile solution combustion synthesis using Aloevera extract as a reducing agent, to study the potential applications in X-ray/gamma, neutron, and Bremsstrahlung shielding. The synthesized Lead-Nickel-Copper (LNC) nanocomposites were characterized by PXRD, SEM, UV-VIS, and FTIR for the confirmation of successful synthesis. PXRD analysis confirmed the formation of multiphase LNC NCs and the Scherrer equation and the W-H plot gave the average crystal sizes of 19 nm and 17 nm. Surface morphology using SEM and EDX confirmed the presence of LNC NCs. Strong absorption peaks were analyzed by UV visible spectroscopy and the direct energy gap is found to be 3.083 eV. Functional groups present in the LNC NCs were analyzed by FTIR spectroscopy. X-ray/gamma radiation shielding properties were measured using NaI(Tl) detector coupled with MCA. It is found to be very close to Pb. Neutron shielding parameters were compared with traditional shielding materials and found LNC NCs are better than lead and concrete. Secondary radiation shielding known as Bremsstrahlung shielding characteristics also studied and found that LNC NCs are best in secondary radiation shielding. Hence LNC NCs find shielding applications in ionizing radiation such as X-ray/gamma and neutron radiation.
Rashad, M.;Tekin, H.O.;Zakaly, Hesham MH.;Pyshkina, Mariia;Issa, Shams A.M.;Susoy, G.
Nuclear Engineering and Technology
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제52권9호
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pp.2078-2084
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2020
Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) nanoparticles (NPs) have been successfully synthesized by solid-solid reaction method. The structural properties of ZnO and MgO NPs were studied using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). XRD results indicated a formation of pure MgO and ZnO NPs. The mean diameter values of the agglomerated particles were around to be 70 and 50 nm for MgO and ZnO NPs, respectively using SEM analysis. Further, a wide-range of nuclear radiation shielding investigation for gamma-ray and fast neutrons have been studied for Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) samples. FLUKA and Microshield codes have been employed for the determination of mass attenuation coefficients (μm) and transmission factors (TF) of Magnesium oxide (MgO) and Zinc oxide (ZnO) samples. The calculated values for mass attenuation coefficients (μm) were utilized to determine other vital shielding properties against gamma-ray radiation. Moreover, the results showed that Zinc oxide (ZnO) nanoparticles with the lowest diameter value as 50 nm had a satisfactory capacity in nuclear radiation shielding.
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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제56권7호
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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.
Aljawhara H. Almuqrin;Abd Allh M. Abd El-Hamid;M.I. Sayyed;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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제56권6호
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pp.2324-2331
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2024
The current study investigated Saudi Arabian oil fly ash impacts on Egyptian clay bricks' structural and radiation shielding properties. To produce the required bricks, crushed clay minerals from the Hafafit area were mixed with 0, 10, 20, 30, and 40 % wt.% Saudi Arabian oil fly ash and pressed at a pressure rate of 68.55 MPa. Identification of the minerals in the chosen clay was achieved via X-ray diffraction. Additionally, the material's morphology and chemical composition were determined through scanning electron microscope and energy-dispersive X-ray. The fabricated bricks' density was reduced by 36.3 % through increasing the concentration of fly ash from 0 to 40 wt%. Then, the fly ash addition's influence on the fabricated clay bricks' γ-ray shielding properties was investigated by Monte Carlo simulation, which found a reduction in the fabricated bricks' linear attenuation coefficient (LAC) by 41.2, 36.0, 33.8, and 33.8 % at the 0.059, 0.103, 0.662, and 1.252 MeV γ-ray energies, respectively. The LAC reduction caused an increase in the fabricated bricks' half-value thickness, transmission factor, and the equivalent thickness of the lead. Moreover, the thicker fabricated sample thicknesses were found to have high γ-ray shielding capacity and can thus be used in radiation shielding applications.
Ni, Minxuan;Tang, Xiaobin;Chai, Hao;Zhang, Yun;Chen, Tuo;Chen, Da
Nuclear Engineering and Technology
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제48권6호
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pp.1396-1403
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2016
In this study, fast-curing shielding materials were prepared with a two-component polyurethane matrix and a filler material of PbO through a one-step, laboratory-scale method. With an increase in the filler content, viscosity increased. However, the two components showed a small difference. Curing time decreased as the filler content increased. The minimum tack-free time of 27 s was obtained at a filler content of 70 wt%. Tensile strength and compressive strength initially increased and then decreased as the filler content increased. Even when the filler content reached 60 wt%, mechanical properties were still greater than those of the matrix. Cohesional strength decreased as the filler content increased. However, cohesional strength was still greater than 100 kPa at a filler content of 60 wt%. The ${\gamma}$-ray-shielding properties increased with the increase in the filler content, and composite thickness could be increased to improve the shielding performance when the energy of ${\gamma}$-rays was high. When the filler content was 60 wt%, the composite showed excellent comprehensive properties.
이 연구에서는 CRT 폐유리의 잔골재 대체율과 재료 물성(조성)을 달리한 모르타르의 미세구조와 감마선 차폐 효율을 평가하였다. 실험 결과에 따르면 CRT 폐유리의 잔골재 대체율이 증가할수록 50nm 크기 이하와 400nm 크기 이상의 공극 볼륨이 증가하였으며, 선헝감쇠계수는 상승하고 반가층은 작아지는 결과를 나타냈다. 또한, CRT 폐유리의 대체했을 때 강도는 감소하였으나 혼화재를 치환하여 OPC 이상의 강도값을 확보할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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