Experimental investigations on gamma - rays attenuation parameters and dielectric spectroscopic properties were done on a polymeric mixture with chemical composition (100-x) polyethylene + x basalt, where x = 0, 1, 3, 5, 10, and 20 wt%. Using the melting blending technique,six nanocomposite polymeric samples were prepared. The linear attenuation coefficient µ of each prepared set of samples was measured using a gamma-ray spectrometer including High Purity Germanium detector (HPGe) at energies 662.5, 1173.24, and 1332.51 keV. Based on the measured values of (µ) and sample density, the other effective shielding parameters were calculated. The values of µ showed an increase with increasing the dopant ratios from 0.0 up to 20.0 wt%. In addition, the µ values decreased with the photon's energy. The µ values were found 0.0847 up to 0.1175 cm-1, 0.0571 up to 0.0855 cm-1, and 0.0543 up to 0.075 cm-1 at 662.5, 1173.24, and 1332.51 keV. for B0 up to B20, respectively. The ATR spectroscopy was done on the prepared samples, and a good evidence of adding the filler to the pure polyethylene (HDPE) was obtained. Besides, an enhancement in dielectric constant by insertion of basalt NPs also recorded and can be attributed to the large dielectric constant of basalt compared to pure HDPE.
By employing the melt-quenching technique, the ZnO-SrO-B2O3-PbO (ZSBP) glasses have been successfully fabricated. The derivative of Absorption Spectra Fitting (DASF) method was used to study the energy band gap (Eg) of the glasses which decreases from 3.57 eV to 3.39 eV. The structural properties have been studied using the Raman spectroscopy. The glass transition temperature (Tg) decreases with increase in concentration of the lead oxide. The current study examines the radiation shielding properties at 30.80-444 keV. The addition of PbO to the glasses resulted in a proportionate increase in the mass attenuation coefficient (MAC), suggesting a diminishing tendency in radiation transmission. At 30.80 keV, the MAC values are extremely high and range from 18.06 to 21.11 cm2/g. As density rises, the half value layer (HVL) decreases. In addition, the average HVL (${\overline{HVL}}$) decreases. The glass thickness required to reduce the radiation intensity to 90 %, 50 %, 25 %, and 10 % of its initial value is investigated at an energy of 35.80 keV. The T90 %, T50 %, T25 %, and T10 % values are 0.0020, 0.0132, 0.0264, and 0.0439 cm, respectively. The results suggest that a greater thickness of the radiation barrier is necessary to attain the necessary degree of attenuation.
This study aimed to investigate the suitability of some concrete components for producing "high-performance heavy density concrete" using different types of aggregates that could enhances the shielding efficiency against ${\gamma}$-rays. 15 mixes were prepared using barite, magnetite, goethite and serpentine aggregates along with 10% silica fume, 20% fly ash and 30% blast furnace slag to total OPC content for each mix. The mixes were subjected to compressive strength at 7, 28 and 90 days. In some mixes, compressive strengths were also tested up to 90 days upon replacing sand with the fine portions of magnetite, barite and goethite. The mixes containing magnetite along with 10% SF reaches the highest compressive strength exceeding over M60 requirement by 14% after 28 days. Whereas, the compressive strength of concrete containing barite was very close to M60 and exceeds upon continuing for 90 days. Also, the compressive strength of high-performance concrete incorporating magnetite fine aggregate was significantly higher than that containing sand by 23%. On the other hand, concrete made with magnetite fine aggregate had higher physico-mechanical properties than that containing barite and goethite. High-performance concrete incorporating magnetite fine aggregate enhances the shielding efficiency against ${\gamma}$-rays.
This work synthesized four glass samples with a fixed ratio of PbO to Na2O and a variable ratio of BaO to B2O3. The linear attenuation coefficient (LAC) (μ, cm-1) and additional attenuator parameters were determined experimentally using a semiconductor detector and different gamma sources. The comparison was carried out between the experimental and the XCOM calculated results, with good agreement emerging between the two results. The impacts of the BaO substituting for the B2O3 on fabricated PNBB glasses' radiation shielding properties were discussed. By increasing the BaO substitution concentration between 10 and 25 mol.%, the LAC μ values (cm-1) increased by 76.60 %, 13.81 %, 12.56 %, and 12.52 % for the respective γ-ray energies of 0.059, 0.662, 1.173, and 1.332 MeV. The μ value reduction with raised gamma energy values increased the values of the calculated half-value thickness (Δ0.5) as a result of the μ and Δ0.5 values' reverse proportionality. Other shielding parameters such as the lead equivalent thickness (Δeq) and radiation protection efficiency were also determined for the present PNBB glass samples.
R.H. Shoeir;M. Afifi;Abdelghaffar S. Dhmees;M.I. Sayyed;K.A. Mahmoud
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.6
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pp.2258-2265
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2024
The present investigation aims to study the role of Pr2O3 on the structural, physical, and radiation shielding properties of a dense cadmium lead borate glass. The XRD was used to affirm the glassy amorphous structure of fabricated sample materials. Moreover, the FTIR was used to record the change in the FT-IR spectra due to the addition of Pr2O3 in the wavenumber interval between 400 and 4000 cm-1. The features of glass surfaces and the elemental analyses for the synthesized Pr2O3-reinforced cadmium lead borate glasses were performed using a SEM, supported by an energy-dispersive spectrometer. The γ-ray protection capacity was evaluated using the Monte Carlo method in a wide energy interval ranging between 0.015 and 15 MeV. The linear attenuation coefficient (LAC) at 1 MeV was reduced by a factor of 10 % from 0.372 cm-1 to 0.340 cm-1. The decrease in the LAC values negatively affected the other shielding properties such as half-value thickness and the transmission factor. Although the linear attenuation coefficient is decreased slightly with the partial substitution of CdO by Pr2O3 compound, the fabricated glass samples still have a high shielding capacity compared to the traditional commercial glasses as well as previous similar reported glasses.
For the first time Aluminium-BariumeZinc oxide nanocomposite (ZABONC) was synthesized by solution combustion method where calcination was carried out at low temperatures (600℃) to study the electromagnetic (EM) (X/γ) radiation shielding properties. Further for characterization purpose standard techniques like PXRD, SEM, UV-VISIBLE, FTIR were used to find phase purity, functional groups, surface morphology, and to do structural analysis and energy band gap determination. The PXRD pattern shows (hkl) planes corresponding to spinel cubic phase of ZnAl2O4, cubic Ba(NO3)2, α and γ phase of Al2O3 which clearly confirms the formation of complex nano composite. From SEM histogram mean size of nano particles was calculated and is in the order of 17 nm. Wood and Tauc's relation direct energy band gap calculation gives energy gap of 2.9 eV. In addition, EM (X/γ) shielding properties were measured and compared with the theoretical ones using standard procedures (NaI (Tl) detector and multi channel analyzer MCA). For energy above 356 keV the measured shielding parameters agree well with the theory, while below this value slight deviation is observed, due to the influence of atomic/crystallite size of the ZABONC. Hence synthesized ZABONC can be used as a shielding material in EM (X/γ) radiation shielding.
With a highly functional methyl vinyl silicone rubber (VMQ) matrix and filler materials of $B_4C$, PbO, and benzophenone (BP) and through powder surface modification, silicone rubber mixing, and vulcanized molding, a flexible radiation shielding and resistant composite was prepared in the study. The dispersion property of the powder in the matrix filler was improved by powder surface modification. BP was added into the matrix to enhance the radiation resistance performance of the composites. After irradiation, the tensile strength, elongation, and tear strength of the composites decreased, while the Shore hardness of the composites and the crosslinking density of the VMQ matrix increased. Moreover, the composites with BP showed better mechanical properties and smaller crosslinking density than those without BP after irradiation. The initial degradation temperatures of the composites containing BP before and after irradiation were $323.6^{\circ}C$ and $335.3^{\circ}C$, respectively. The transmission of neutrons for a 2-mm thick sample was only 0.12 for an Am-Be neutron source. The transmission of ${\gamma}$-rays with energies of 0.662, 1.173, and 1.332 MeV for 2-cm thick samples were 0.7, 0.782, and 0.795, respectively.
Hey Min Park;Tae Young Kim;Yang Soo Song;Un Jang Lee;Cheol Min Ham
Journal of Radiation Industry
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v.17
no.1
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pp.119-125
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2023
Burnup of spent nuclear fuel should be determined accurately for the safety storage of spent nuclear fuel. In this study, a gamma detection system was developed as a part of basic research to measure the burnup of spent nuclear fuel, and its performance was evaluated using a calibration source. The prototype of the gamma detection system was based on a semiconductor sensor using a CZT (Cadmium Zinc Telluride). For quantitative evaluation, tests were conducted using 137Cs, 134Cs and 252Cf calibration source. In the performance evaluation, Its field applicability was verified by assessing the energy resolution, the detection linearity and the shielding attenuation according to the nuclide.
In the present work, we determined the gamma-ray attenuation characteristics of eight different polymers(Polyamide (Nylon 6) (PA-6), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidenechloride (PVDC), polyaniline (PANI), polyethyleneterephthalate (PET), polyphenylenesulfide (PPS), polypyrrole (PPy) and polytetrafluoroethylene (PTFE)) using transmission geometry utilizing the high resolution HPGe detector and different radioactive sources in the energy range 81-1333 keV. The experimental linear attenuation coefficient values are compared with theoretical data (WinXCOM data). The linear attenuation coefficient of all polymers reduced quickly with the increase in energy, at the beginning, while decrease more slowly in the region from 267 keV to 835 keV. The effective atomic number of PVDC and PTFE are comparatively higher than the $Z_{eff}$ of the remaining polymers, while PA-6 possesses the lowest effective atomic number. The half value layer results showed that PTFE ($C_2F_4$, highest density) is more effective to attenuate the gamma photons. Also, the theoretical results of macroscopic effective removal cross section for fast neutrons ($\sum_{R}$) were computed to investigate the neutron attenuation characteristics. It is found that the $\sum_{R}$ values of the eight investigated polymers are close and ranged from $0.07058cm^{-1}$ for PVDC to $0.11510cm^{-1}$ for PA-6.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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