The mass attenuation coefficient ${\mu}_m$ for eight rock samples having different chemical composition was simulated using the MCNP 5 code in energy range($0.002MeV{\leq}E{\leq}10MeV$). Moreover, the ${\mu}_m$ for the studied rock samples was computed theoretically using XCOM database. The comparison between simulated and computed data for all selected rock samples showed a good agreement with differences varied between 0.01 and 8%. The highest ${\mu}_m$ was found for basalt rocks M2 and M1 and the lowest one is reported for limestone rocks Dike. The simulated values of the ${\mu}_m$ then were used to calculate other important shielding parameters such as the mean free path, effective electron density and effective atomic number. The exposure buildup factor EBF was also computed for the selected rocks with the contribution of G-P fitting parameters and the highest EBF attended by the basalt sample Sill and varied between 1.022 and 744 in the energy range between ($0.015MeV{\leq}E{\leq}15MeV$) but the lowest EBF achieved by basalt sample M2 and varied between 1.017 and 491 in the same energy range.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.17
no.3
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pp.151-155
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1997
In this research, nondestructive test using a radioisotope, $^{241}Am$ gamma-ray, was accomplished in order to evaluate the fiber volume fraction of the accumulated composite layers such as glass fiber/epoxy and carbon fiber/epoxy. Attenuation coefficients of the fiber and resin were measured respectively by NaI(T1) detector The fibers volume fraction was measured for various thickness of composite layers between 2 and 20mm. Fiber volume fraction of the composite layers were also measured for various amount of fibers. The experimental errors from nondestructive test using gamma-ray were in the range of ${\pm}1{\sim}2.5%$ in comparison with those from observation by optical microscopy. By selecting the optimum energy and activity of radioisotope, this method can provide a new means for the evaluation of the fiber volume fraction.
The purpose of this research is to analyze the radiation shielding effect of soft magnetic material to confirm the applicability to the military facilities. The soft magnetic material is known to be effective in shielding EMP. If this material is also effective in radiation shielding, it is expected that it has a lot of applicability in military protection. In particular, this material contains boron, so it will be effective in shielding neutrons. In this research, experiments were conducted using Cs-137 and Co-60 sources to check the gamma ray shielding effect. In addition, the Monte Carlo N-Particle(MCNP) modeling was applied to evaluate the gamma ray and neutron shielding effect of a military command tent. As a result, as the soft magnetic thickness increased, the shielding performance improved according the linear attenuation law of gamma ray and neutron. Therefore, this research verified that the application of soft magnetic material for military purposes in radiation shielding would be effective.
Ghada ALMisned;Omer Guler;Duygu Sen Baykal;G. Kilic;H.O. Tekin
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.9
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pp.3501-3511
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2024
Titanium alloys play a vital role in optimizing the effectiveness and security of nuclear reactors, strengthening structural durability, and facilitating the effective handling of nuclear waste. The aim of this study is to investigate the gamma-ray, neutron, and transmission properties of four common titanium alloys through the examination of the deposited energy amount in the liquid sodium coolant material, in relation to the mechanical properties of these alloys. MCNP (version 6.3) is utilized for designing the titanium pipes. Next, the pipes were re-designed considering the elemental mass fractions and densities of the investigated titanium alloys. Grade 26 sample is reported with the highest values of mass attenuation coefficients and the lowest HVL values among those investigated alloys. Grade 26 is reported to have the lowest TF value, whereas Grade 12 demonstrated the highest TF value. The highest Effective Removal Cross Section (ΣR, 1/cm) value against fast neutrons is reported for Grade 26. The utilization of Grade 26 sample as pipe material resulted in the lowest deposited energy amount (MeV/g) and subsequent lowest contamination in the coolant material. Out of the alloys that were chosen for analysis, it has been determined that Grade 26 exhibits the highest level of strength. It can be concluded that the Grade 26 alloy exhibits desirable characteristics for applications in nuclear technologies that require superior gamma-ray and neutron absorption properties, as well as exceptional mechanical properties. Nevertheless, it is essential to emphasize the importance for ongoing studies to enhance the existing material properties of Grade 26, with the aim of achieving improved safety and efficacy in nuclear applications.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.27
no.4
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pp.604-611
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1990
One of the confronting problems in using optical fibers under radiation environments is producing of color centers in optical materials due to nuclear radiation. These centers increase transmission loss by absorbing propagating light. In this study, the radiation effects on optical fiber are studied theoretically. Also, optical attenuation induced by \ulcorner-ray irradiation from Co**60 for single mode and multimode optical fibers is measured at the optical wavelength of 0.85\ulcorner and 1.3\ulcorner, and the results are analyzed. Gammaray is irradiated for 5hours at the rate of 300rads/min, which is corresponding to 90 krads of integrated dose. In case of multimode optical fibers, the induced loss at 0.85\ulcorner wavelength has been twice higher than that at 1.3\ulcorner. The loss in multimode fibers has been significantly larger by 7-20 times than that in single mode fibers, dependently on fiber materials at 1.3\ulcorner.
Ashraf M. Heniegal;Mohamed Amin;S.H. Nagib;Hassan Youssef;Ibrahim Saad Agwa
Structural Engineering and Mechanics
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v.87
no.5
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pp.499-516
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2023
To defend against harmful gamma radiation, new types of materials for use in the construction of heavyweight concrete (HWC) are still needed to be developed. This research introduces new materials to be employed as a partial replacement for fine aggregate (FA) to manufacture high-performance heavyweight concrete (HPHWC). These materials include hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, with substitution ratios of 50% and 100% of FA. In this research, the hardening and fresh characteristics of HPHWC were obtained. Concrete samples' Gamma-ray linear attenuation coefficient was evaluated utilizing a gamma source of Co-60 through the thicknesses of 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, and 15 cm. High temperatures were studied for HPHWC samples, which were exposed to up to 700℃ for two hours. Energy-dispersive x-rays and a scanning electron microscope carried out microstructure analyses. Magnetite as an FA attained the lowest compressive strength of 87.1 MPa, but the best radiation protection characteristics and the highest density of 3100 kg/m3 were achieved. After 28 days, the attenuation efficiency of concrete mixtures was increased by 6.5% when fine sand was replaced with black sand at a ratio of 50%. HPHWC, which contains hematite, black sand, ilmenite, and magnetite, is designed to reduce environmental and health dangers and be used in medicinal, military, and civil applications.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.4
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pp.357-365
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2016
We observed the ${\gamma}-ray$ shielding characteristics and compressive strength of five types of concrete using general aggregates and high-weight aggregates. The aggregates were classified into fine aggregate and coarse aggregate according to the average size. The experimental results obtained an attenuation coefficient of $0.371cm^{-1}$ from a concrete with the oxidizing slag sand (OSS) and oxidizing slag gravel (OSG) for a ${\gamma}-ray$ of $^{137}Cs$, which is improved by 2% compared with a concrete with typical aggregates of sand and gravel. In the unit weight measurement, a concrete prepared by iron ore sand (IOS) and OSG had the highest value of $3,175kg{\cdot}m^{-3}$. Although the unit weight of the concrete with OSS and OSG was $3,052kg{\cdot}m^{-3}$, which was lower than the maximum unit weight condition by $123kg{\cdot}m^{-3}$, its attenuation coefficient was improved by $0.012cm^{-1}$. The results of chemical analysis of aggregates revealed that the magnesium content in oxidizing slag was lower than that in iron ore, while the calcium content was higher. The concrete with oxidizing slag aggregates demonstrated enhanced ${\gamma}-ray$ shielding performance due to a relatively high calcium content compared with the concrete with OSS and OSG in spite of a low unit weight. All sample concretes mixed with high-weight aggregates had higher compressive strength than the concrete with typical sand and gravel. When OSS and IOS were used, the highest compressive strength was 50.2 MPa, which was an improvement by 45% over general concrete, which was achieved after four weeks of curing.
Hila, F.C.;Javier-Hila, A.M.V.;Sayyed, M.I.;Asuncion-Astronomo, A.;Dicen, G.P.;Jecong, J.F.M.;Guillermo, N.R.D.;Amorsolo, A.V. Jr.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.11
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pp.3808-3815
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2021
In this paper, the EPICS2017 photoatomic database was used to evaluate the photon mass attenuation coefficients and buildup factors of soils collected at different depths in the Philippine islands. The extraction and interpolation of the library was accomplished at the recommended linear-linear scales to obtain the incoherent and total cross section and mass attenuation coefficient. The buildup factors were evaluated using the G-P fitting method in ANSI/ANS-6.4.3. An agreement was achieved between XCOM, MCNP5, and EPICS2017 for the calculated mass attenuation coefficient values. The buildup factors were reported at several penetration depths within the standard energy grid. The highest values of both buildup factor classifications were found in the energy range between 100 and 400 keV where incoherent scattering interaction probabilities are predominant, and least at the region of predominant photoionization events. The buildup factors were examined as a function of different soil silica contents. The soil samples with larger silica concentrations were found to have higher buildup factor values and hence lower shielding characteristics, while conversely, those with the least silica contents have increased shielding characteristics brought by the increased proportions of the abundant heavier oxides.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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