Half Value Layer calculations theoretically need prior specification of linear attenuation calculations, since the HVL value is derived by dividing ln(2) by the linear attenuation coefficient. The purpose of this study was to establish a direct computational model for determining HVL, a vital parameter in nuclear radiation safety studies and shielding material design. Accordingly, a typical gamma-ray transmission setup has been modeled using MCNPX (version 2.4.0) general-purpose Monte Carlo code. The MCNPX code's INPUT file was designed with two detection locations for primary and secondary gamma-rays, as well as attenuator material between those detectors. Next, Half Value Layer values of some well-known gamma-ray shielding materials such as lead and ordinary concrete have been calculated throughout a broad gamma-ray energy range. The outcomes were then compared to data from the National Institute of Standards and Technology. The Half Value Layer values obtained from MCNPX were reported to be highly compatible with the HVL values obtained from the NIST standard database. Our results indicate that the developed INPUT file may be utilized for direct computations of Half Value Layer values for nuclear safety assessments as well as medical radiation applications. In conclusion, advanced simulation methods such as the Monte Carlo code are very powerful and useful instruments that should be considered for daily radiation safety measures. The modeled MCNPX input file will be provided to the scientific community upon reasonable request.
The contact problem for an elastic layer resting on an elastic half plane is considered according to the theory of elasticity with integral transformation technique. External loads P and Q are transmitted to the layer by means of two dissimilar rigid flat punches. Widths of punches are different and the thickness of the layer is h. All surfaces are frictionless and it is assumed that the layer is subjected to uniform vertical body force due to effect of gravity. The contact along the interface between elastic layer and half plane will be continuous, if the value of load factor, ${\lambda}$, is less than a critical value, ${\lambda}_{cr}$. However, if tensile tractions are not allowed on the interface, for ${\lambda}$ > ${\lambda}_{cr}$ the layer separates from the interface along a certain finite region. First the continuous contact problem is reduced to singular integral equations and solved numerically using appropriate Gauss-Chebyshev integration formulas. Initial separation loads, ${\lambda}_{cr}$, initial separation points, $x_{cr}$, are determined. Also the required distance between the punches to avoid any separation between the punches and the layer is studied and the limit distance between punches that ends interaction of punches, is investigated. Then discontinuous contact problem is formulated in terms of singular integral equations. The numerical results for initial and end points of the separation region, displacements of the region and the contact stress distribution along the interface between elastic layer and half plane is determined for various dimensionless quantities.
Yaylaci, Murat;Adiyaman, Gokhan;Oner, Erdal;Birinci, Ahmet
Computers and Concrete
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v.27
no.3
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pp.199-210
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2021
The aim of this paper was to examine the continuous and discontinuous contact problems between the functionally graded (FG) layer pressed with a uniformly distributed load and homogeneous half plane using an analytical method and FEM. The FG layer is made of non-homogeneous material with an isotropic stress-strain law with exponentially varying properties. It is assumed that the contact at the FG layer-half plane interface is frictionless, and only the normal tractions can be transmitted along the contacted regions. The body force of the FG layer is considered in the study. The FG layer was positioned on the homogeneous half plane without any bonds. Thus, if the external load was smaller than a certain critical value, the contact between the FG layer and half plane would be continuous. However, when the external load exceeded the critical value, there was a separation between the FG layer and half plane on the finite region, as discontinuous contact. Therefore, there have been some steps taken in this study. Firstly, an analytical solution for continuous and discontinuous contact cases of the problem has been realized using the theory of elasticity and Fourier integral transform techniques. Then, the problem modeled and two-dimensional analysis was carried out by using ANSYS package program based on FEM. Numerical results for initial separation distance and contact stress distributions between the FG layer and homogeneous half plane for continuous contact case; the start and end points of separation and contact stress distributions between the FG layer and homogeneous half plane for discontinuous contact case were provided for various dimensionless quantities including material inhomogeneity, distributed load width, the shear module ratio and load factor for both methods. The results obtained using FEM were compared with the results found using analytical formulation. It was found that the results obtained from analytical formulation were in perfect agreement with the FEM study.
In this study, to determine the most effective alloy for shielding against gamma-rays, the gamma-ray shielding parameters of six types of cerrobend alloys have been investigated. Gamma-ray interaction with the cerrobend alloys has been discussed mainly in terms of total mass attenuation coefficient (${\mu}_t$), half value layer (HVL), tenth value layer (TVL), effective atomic number ($Z_{eff}$), and effective electron density ($N_{eff}$). These parameters have been calculated by theoretical approach using the ParShield program in a photon energy range between 0.1 MeV and 100 GeV. The dependence of these parameters on the incident photon energy and chemical composition of the cerrobend alloys has been studied.
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.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.294-297
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2002
For the quality control procedure of diagnostic x ray units, a method for simultaneous measurement of air kerma, half value layer and tube potential was developed utilizing a computed radiography system for intraoral radiography and film badge case. The response of average pixel values under the windows were calibrated by x rays generated at tube potentials from 40 to 140 kV with filtration from 1.5 to 3.7 mmAl. The calibration curves for half value layer and tube potential were derived as functions of attenuation factors by the 1.4 mmAl filter and the 0.2 mmCu filter. The energy dependency of the open window response was corrected by the calibration factor as a function of the attenuation factor by the 1.4 mmAl filter. The uncertainty of the estimated half value layer, tube potential and air kerma were 0.2 mmAl, 3.6 % and 5 %, respectively. It was thus suggested that this system could be applied to quality control program to detect the variation of working condition of x ray units in clinical use.
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.5
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pp.81-88
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2002
An interface crack of a piezoelectric medium bonded between an elastic layer and a half-space is analyzed using the theory of linear piezoelectricity. Both out-of-plane mechanical and in-plane electrical loads are applied to the piezoelectric laminate. By the use of courier transforms, the mixed boundary value problem is reduced to a singular integral equation which is solved numerically to determine the stress intensity factors. Numerical analyses for various material combinations are performed and the results are discussed.
Kim, T.W.;Byun, K.R.;Choi, J.H.;Kang, E.S.;Hwang, H.J.
Proceedings of the IEEK Conference
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1998.10a
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pp.613-616
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1998
In this paper, a model of a Eddy-current probe coil with a ferrite core in the presence of a half-space with a layer is developed. The half-space with a layer is accounted for by computing the appropriate Green's function by using Bessel transforms. Upon introducing equivalent Amperian currents within a core to explain effect to a impedance change in the coil due to a (ferrite) core, we derive a volume integral equation, The integral equation is transformed via the method of moments into a vector-matrix equation, which is then solved using a linear equation solver. Through the above processing, we computed impedance value in a Eddy-current probe coil due to a conductivity change of layer.
Vani, P.;Vinitha, G.;Sayyed, M.I.;AlShammari, Maha M.;Manikandan, N.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.12
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pp.4106-4113
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2021
Rare earth doped barium tellurite glasses were synthesised and explored for their radiation shielding applications. All the samples showed good thermal stability with values varying between 101 ℃ and 135 ℃ based on dopants. Structural properties showed the dominance of matrix elements compared to rare earth dopants in forming the bridging and non-bridging atoms in the network. Bandgap values varied between 3.30 and 4.05 eV which was found to be monotonic with respective rare earth dopants indicating their modification effect in the network. Various radiation shielding parameters like linear attenuation coefficient, mean free path and half value layer were calculated and each showed the effect of doping. For all samples, LAC values decreased with increase in energy and is attributed to photoelectric mechanism. Thulium doped glasses showed the highest value of 1.18 cm-1 at 0.245 MeV for 2 mol.% doping, which decreased in the order of erbium, holmium and the base barium tellurite glass, while half value layer and mean free paths showed an opposite trend with least value for 2 mol.% thulium indicating that thulium doped samples are better attenuators compared to undoped and other rare earth doped samples. Studies indicate an increased level of thulium doping in barium tellurite glasses can lead to efficient shielding materials for high energy radiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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