Reddy, B. Chinnappa;Manjunatha, H.C.;Vidya, Y.S.;Sridhar, K.N.;Pasha, U. Mahaboob;Seenappa, L.;Sadashivamurthy, B.;Dhananjaya, N.;Sathish, K.V.;Gupta, P.S. Damodara
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.3
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pp.1062-1070
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2022
In the present communication, pure and stable α-Bismuth Oxide (Bi2O3) nanoparticles (NPs) were synthesized by low temperature solution combustion method using urea as a fuel and calcined at 500℃. The synthesized sample was characterized by using powder X-ray Diffraction (PXRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy dispersive X-ray analysis (EDAX), Transmission Electron Microscopy (TEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and UV-Visible absorption spectroscopy. The PXRD pattern confirms the formation of mono-clinic, stable and low temperature phase α-Bi2O3. The direct optical energy band gap was estimated by using Wood and Tauc's relation which was found to be 2.81 eV. The characterized sample was studied for X-ray/gamma ray shielding properties in the energy range 0.081-1.332 MeV using NaI (Tl) detector and multi channel analyzer (MCA). The measured shielding parameters agrees well with the theory, whereas, slight deviation up to 20% is observed below 356 keV. This deviation is mainly due to the influence of atomic size of the target medium. Furthermore an accurate theory is necessary to explain the interaction of X-ray/gamma ray with the NPs.The present work opens new window to use this facile, economical, efficient, low temperature method to synthesize nanomaterials for X-ray/gamma ray shielding purpose.
Mohd Aizuddin Zakaria;Mohammad Khairul Azhar Abdul Razab;Mohd Zulfadli Adenan;Muhammad Zabidi Ahmad;Suffian Mohamad Tajudin;Damilola Oluwafemi Samson;Mohd Zahri Abdul Aziz
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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pp.301-308
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2024
Ceramic materials are being explored as alternatives to toxic lead sheets for radiation shielding due to their favorable properties like durability, thermal stability, and aesthetic appeal. However, crafting effective ceramics for radiation shielding entails complex processes, raising production costs. To investigate local viability, this study evaluated Malaysian ceramic tiles for shielding in diagnostic X-ray rooms. Different ceramics in terms of density and thickness were selected from local manufacturers. Energy Dispersive X-ray Fluorescence (EDXRF) and X-ray Fluorescence (XRF) characterized ceramic compositions, while Monte Carlo Particle and Heavy Ion Transport code System (MC PHITS) simulations determined Linear Attenuation Coefficient (LAC), Half-value Layer (HVL), Mass Attenuation Coefficient (MAC), and Mean Free Path (MFP) within the 40-150 kV energy range. Comparative analysis between MC PHITS simulations and real setups was conducted. The C3-S9 ceramic sample, known for homogeneous full-color structure, showcased superior shielding attributes, attributed to its high density and iron content. Notably, energy levels considerably impacted radiation penetration. Overall, C3-S9 demonstrated strong shielding performance, underlining Malaysia's potential ceramic tile resources for X-ray room radiation shielding.
This research measured the shielding rates of apron 0.25 and 0.5 mmPb for X-ray energy in diagnosis radiation system and gamma-ray energy of $^{99m}Tc$-MDP and $^{18}F$-FDG. X-ray energies were measured on effective energy of $26.2{\sim}45.6\;keV$ when additional filtering plate of 0, 2 mmAl is used within the range of tube voltage $40{\sim}120\;kVp$, and at this time, apron 0.5 mmPb has shown about 5.5% of increase in its shielding rate over 0.25 mmPb at the highest quality. Besides, the aprons of the two types have shown high shielding rate of over 90% for direct X-ray and spatial dose rate. And, in case 0.25 and 0.5 mmPb aprons were used at 140keV of $^{99m}Tc$-MDP, the shielding effects were between 30 and 53%, and at high energy of 511 keV, $^{18}F$-FDG, the shielding effects of apron, $1.3{\sim}3.6%$, were very small.
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.
Hernandez-Murillo, Christian Geovanni;Contreras, J. Rafael Molina;Escalera-Velasco, Luis Alberto;de Leon-Martineza, Hector Asael;Rodriguez-Rodriguez, Jose Antonio;Vega-Carrillo, Hector Rene
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1792-1797
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2020
The shielding characteristics of two concrete blocks, widely used in the building industry in Mexico have been determined. These characteristics include the mass interaction coefficients, the linear attenuation coefficients and the half-value layers. The energy-dispersed X-ray fluorescence shows that the percentage mass content of each atom in the sample, and the atomic volume of the constituent elements of a material, plays an important role in its shielding capabilities. The total linear attenuation coefficients and the half-value layers were analyzed for a set of photon energies related to X-rays for diagnosis and cancer treatment with linear accelerators. Our results show that the concrete blocks have similar photon attenuation coefficients than the Portland concrete and better features than gypsum.
P. Sopapan;O. Jaiboon;R. Laopaiboon;C. Yenchai;C. Sriwunkum;S. Issarapanacheewin;T. Akharawutchayanon;K. Yubonmhat
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.9
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pp.3441-3449
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2023
We determined the radiation shielding properties for 10CaO-xPbO-(90-x) deteriorated silica gel (DSG) glass system (x = 20, 25, 30, 35, 40, and 45 mol.%). The mass attenuation coefficient (MAC) has been estimated at photon energies of 74.23, 97.12, 122, 662, 1173, and 1332 keV using a narrow beam X-ray attenuation and transmission experiment, the XCOM program, and a PHITS simulation. The obtained MAC values were applied to estimate the half value layer (HVL), mean free path (MFP), effective atomic number, and effective electron density. Results show that the MAC value of the studied glasses ranges between 0.0549 and 1.4415 cm2/g, increases with the amount of PbO, and decreases with increasing photon energy. The HVL and MFP values decrease with increasing PbO content and increase with increasing photon energy. The recycled glass, with the addition of PbO content (20-45 mol.%), exhibited excellent radiation shielding capabilities compared to standard barite and ferrite concretes and some glass systems. Moreover, the experimental radiation shielding parameters agree with the XCOM and PHITS values. This study suggests that this new waste-recycled glass is an effective and cost-saving candidate for X-ray and 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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v.56
no.6
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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.
It is intended to evaluate the performance of the shield after manufacturing a shield with cheap and eco-friendly iron oxide and alumina instead of lead, which is a radiation shielding material. After manufacturing the shield by mixing iron oxide and alumina with gypsum, the performance is evaluated by comparing it with gypsum board and lead apron using an X-ray tube. As a result of the experiment, the shielding performance of alumina was lower than that of the gypsum board, and when 50% of alumina was contained, the shielding performance was similar to that of the gypsum board. Iron oxide became similar to the shielding performance of lead apron when it contained about 75%. A shielding material using alumina shows shielding performance similar to that of gypsum, so it is not suitable as a substitute for lead. However, since iron oxide exhibits similar shielding performance to lead, it can be used as an X-ray shielding material to replace lead in the future, so further research is needed.
Rammah, Y.S.;Tekin, H.O.;Sriwunkum, C.;Olarinoye, I.;Alalawi, Amani;Al-Buriahi, M.S.;Nutaro, T.;Tonguc, Baris T.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.1
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pp.282-293
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2021
This paper examines gamma-ray shielding properties of SBC-Bx glass system with the chemical composition of 40SiO2-10B2O3-xBaO-(45-x)CaO- yZnO- zMgO (where x = 0, 10, 20, 30, and 35 mol% and y = z = 6 mol%). Mass attenuation coefficient (µ/ρ) which is an essential parameter to study gamma-ray shielding properties was obtained in the photon energy range of 0.015-15 MeV using PHITS Monte Carlo code for the proposed glasses. The obtained results were compared with those calculated by WinXCOM program. Both the values of PHITS code and WinXCOM program were observed in very good agreement. The (µ/ρ values were then used to derive mean free path (MFP), electron density (Neff), effective atomic number (Zeff), and half value layer (HVL) for all the glasses involved. Additionally, G-P method was employed to estimate exposure buildup factor (EBF) for each glass in the energy range of 0.015-15 MeV up to penetration depths of 40 mfp. The results reveal that gamma-ray shielding effectiveness of the SBC-Bx glasses evolves with increasing BaO content in the glass sample. Such that SBC-B35 glass has superior shielding capacity against gamma-rays among the studied glasses. Gamma-ray shielding properties of SBC-B35 glass were compared with different conventional shielding materials, commercial glasses, and newly developed HMO glasse. Therefore, the investigated glasses have potential uses in gamma shielding applications.
Radiation generating devices must be properly shielded for their safe application. Although institutes such as US National Bureau of Standards and National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) have provided guidelines for shielding X-ray tube of various purposes, industry people tend to rely on 'Half Value Layer (HVL) method' which requires relatively simple calculation compared to the case of those guidelines. The method is based on the fact that the intensity, dose, and air kerma of narrow beam incident on shielding wall decreases by about half as the beam penetrates the HVL thickness of the wall. One can adjust shielding wall thickness to satisfy outside wall dose or air kerma requirements with this calculation. However, this may not always be the case because 1) The strict definition of HVL deals with only Intensity, 2) The situation is different when the beam is not 'narrow'; the beam quality inside the wall is distorted and related changes on outside wall dose or air kerma such as buildup effect occurs. Therefore, sometimes more careful research should be done in order to verify the effect of shielding specific radiation generating device. High energy X-ray tubes which is operated at the voltage above 400 kV that are used for 'heavy' nondestructive inspection is an example. People have less experience in running and shielding such device than in the case of widely-used low energy X-ray tubes operated at the voltage below 300 kV. In this study, Air Kerma value per week, outside concrete shielding wall of various thickness surrounding 450 kVp X-ray tube were calculated using MCNP simulation with the aid of Geometry Splitting method which is a famous Variance Reduction technique. The comparison between simulated result, HVL method result, and NCRP Report 147 safety goal $0.02mGy\;wk^{-1}$ on Air Kerma for the place where the public are free to pass showed that concrete wall of thickness 80 cm is needed to achieve the safety goal. Essentially same result was obtained from the application of HVL method except that it suggest the need of additional 5 cm concrete wall thickness. Therefore, employing the result from HVL method calculation as an conservative upper limit of concrete shielding wall thickness was found to be useful; It would be easy, economic, and reasonable way to set shielding wall thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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