This work investigated the gamma-ray shielding performance, and the physical and mechanical properties of poly (methyl methacrylate) (PMMA) composites embedded with 0-44.0 wt% bismuth trioxide (Bi2O3) fabricated by the fast ultraviolet (UV) curing method. The results showed that the addition of Bi2O3 had significantly improved the gamma shielding ability of PMMA composites. Mass attenuation coefficient and half-value layer were examined using five gamma sources (Cs-137, Ba-133, Cd-109, Co-57, and Co-60). The high loading of Bi2O3 in the PMMA samples improved the micro-hardness to nearly seven times that of the pure PMMA. With these enhancements, it was demonstrated that PMMA/Bi2O3 composites are promising gamma shielding materials. Furthermore, the fast UV curing exerts its great potential in significantly shortening the production cycle of shielding material to enable rapid manufacturing.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1275-1289
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1996
The plane elasticity problem of collinear cracks in a layered medium is investigated. The medium is modeled as bonded structure constituted from a surface layer and a semi-infinite substrate. Along the bond line between the two dissimilar homegeneous constituents, it is assumed that as interfacial zone having the functionally graded, nonhomogeneous elastic modulus exists. The layered medium contains three collinear cracks, one in each constituent material oriented perpendicular to the nominal interfaces. The stiffness matrix formulation is utilized and a set of homogeneous conditions relevant to the given problem is readily satisfied. The proposed mixed boundary value problem is then represented in the form of a system of integral equations with Cauchy-type singular kernels. The stress intensity factors are defined from the crack-tip stress fields possessing the standard square-root singular behavior. The resulting values of stress intensity factors mainly address the interactions among the cracks for various crack sizes and material combinations.
Kassem, Said M.;Ahmed, G.S.M.;Rashad, A.M.;Salem, S.M.;Ebraheem, S.;Mostafa, A.G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.2025-2037
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2021
The influence of lead cations on natural quartz (QZ) from Egypt as a glass shielding material for the composition with nominal formula (10Na2O - (90 - x) QZ - xPbO (where x = 30, 35, 40, 45 and 50 mol %)) was examined. The studied samples are synthesized via the melt quenching method at 1050 ℃. The X-ray diffraction XRD patterns were confirmed the glass nature for studied samples. Moreover, the optical properties, and the transparency for all compositions were examined by UV-Vis spectroscopy. Also, the major elemental composition of the natural quartz were estimated via the X-ray fluorescence (XRF) technique. Further, the density and molar volume were determined. Furthermore, the nuclear shielding parameters such as, mass attenuation coefficient, effective atomic number, electronic density, the total atomic, and electronic cross sections as well as the mean free path, and the half value layer with different gamma ray energies (81 keV-1407 keV) were calculated. Besides, the results showed that the shielding behavior towards the gamma ray radiation for all glass samples was increased as the increment in PbO concentration in the glass system.
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.
Background: For proper monitoring of the eye lens dose, an appropriate calibration factor of a dosimeter and information about the mean energies of X-rays are indispensable. The scattered X-ray energy spectra should be well characterized in medical practices where eye lenses of medical staffs might be high. Materials and Methods: Scattered X-ray energy spectra were experimentally derived for three different types of X-ray diagnostic and therapeutic equipment, i.e., the computed tomography (CT) scan, the angiography and the fluoroscopy. A commercially available CdZnTe (CZT) spectrometer with a lead collimator was employed for the measurement of scattered X-rays, which was performed in the usual manner. Results and Discussion: From the obtained energy spectra, the mean energies of the scattered X-rays lied between 40 and 60 keV. This also agreed with that obtained by the conventional half value layer method. Conclusion: The scattered X-rays to which medical workers may be exposed in the region around the eyes were characterized by means of spectrometry. The obtained mean energies of the scattered X-rays were found to match the flat region of the dosimeter response.
Arectout, A.;Zidouh, I.;Sadeq, Y.;Azougagh, M.;Maroufi, B.;Chakir, E.;Boukhal, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.1
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pp.301-309
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2022
This work aims to establish some X-ray qualities recommended by the International Standard Organization (ISO) using the half-value layer (HVL) and Hp(10) dosimetry approaches. The HVL values of the following qualities N-60, N-80, N-100, N-150 and N-250 were determined using various attenuation layers. The obtained results were compared to those of reference X-ray beam qualities and a good agreement was found (difference less than 5% for all qualities). The GAMOS (Geant4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations) radiation transport Monte Carlo toolkit was employed to simulate the production of X-ray spectra. The characteristics HVLs, mean energy and the spectral resolution of simulated spectra have been calculated and turned out to be conform to the ISO reference ones (difference less than the limit allowed by ISO). Furthermore, the conversion coefficients from air kerma to personal dose equivalent for simulated and measured spectra were fairly similar (the maximum difference less than 4.2%).
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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v.53
no.8
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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.
The aim of this work is to study the radiation shielding properties of cement samples with waste glass incortated into its composition. The mass attenuation coefficient (MAC) of the samples were experimentally determined to evaluate their radiation shielding ability. The experimental coefficient was evaluated using NaI detector for gamma energies between 59.53 keV and 1408.01 keV using different radioactive point sources Am-241, Eu-152, Co-60, and Cs-137, and the gamma transmission parameters half-value layer, mean free path, and transmission factor were calculated. The theoretical coefficient of the composites was determined using Geant4 and XCOM software. The results were also compared against Geant4 and XCOM simulations by calculating the relative deviation between the values to determine the accuracy of the results. In addition the mechanical properties (including Compressive and porosity) as well as the thermogravimetric analysis were tested for the present samples. Overall, it was concluded that the cement sample with 50% waste glass has the greatest shielding potential for radiation shielding applications and is a useful way to reuse waste glass.
To develop the technology of producing structural board from low grade materials, an attempt was made to produce strand/particle composites from split wood strand(S) and particle(P) of (Cryptomeria japonica D. Don), which changed the layer construction and the ratio of S/P. The influence of layer construction on board properties was determined, focusing on the number and alignment of the S layers. The effect of weight ratio of S/P (3:7, 1:1, 7:3) on mechanical properties was also discussed on seven layered panel. Mechanical properties were determined from static bending tests to give parallel and perpendicular modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE), and the internal bond (IB) strength. In general, the surface strand layers contributed to the MOR and MOE. The parallel MOR and MOE values were the largest for the single layered S panel (only Slayers: S1), but the perpendicular MOR and MOE was the smallest. Perpendicular MOR and MOE were the largest for seven layered composite that had two cross oriented strand layers (SPSPSPS: SP7). Specimens retained more than half of their MOE and MOR after two hours in boiling water and one hour soaking. IB was the largest for the panel having only P layers, however, differences in IB strength were not identified among the other multi-layered composite panels thus the effect of layer construction on IB strength was small. Thickness swelling (TS) and surface roughness were smaller for the composite having P layers on the surface than for those having S layers. The addition of strands did not enhance the mechanical properties (MOR, MOE, IB). TS values for the panels, with which the S/P ratio was over than 1:1, was the similar to the value for the single layered S panels.
Synchronous multi-pressure measurements were carried out with relatively long time duration for a double-layer reticulated shell roof model in the atmospheric boundary layer wind tunnel. Since the long roof is open at two ends for the storage of coal piles, three different testing cases were considered as the empty roof without coal piles (Case A), half coal piles inside (Case B) and full coal piles inside (Case C). Based on the wind tunnel test results, non-Gaussian time-dependent statistics of net wind pressure on the shell roof were quantified in terms of skewness and kurtosis. It was found that the direct statistical estimation of high-order moments and peak factors is quite sensitive to the duration of wind pressure time-history data. The maximum value of COVs (Coefficients of variations) of high-order moments is up to 1.05 for several measured pressure processes. The Mixture distribution models are proposed for better modeling the distribution of a parent pressure process. With the aid of mixture parent distribution models, the existing translated-peak-process (TPP) method has been revised and improved in the estimation of non-Gaussian peak factors. Finally, non-Gaussian peak factors of wind pressure, particularly for those observed hardening pressure process, were calculated by employing various state-of-the-art methods and compared to the direct statistical analysis of the measured long-duration wind pressure data. The estimated non-Gaussian peak factors for a hardening pressure process at the leading edge of the roof were varying from 3.6229, 3.3693 to 3.3416 corresponding to three different cases of A, B and C.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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