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.
Background: Ionizing radiation is known to be harmful to human health. The shielding of ionizing radiation depends on the attenuation which can be achieved by three main rules, i.e. time, distance and absorbing material. Materials and Methods: The mass attenuation coefficient, linear attenuation coefficient, Half Value Layer (HVL) and Tenth Value Layer (TVL) of X-rays (32 keV, 74 keV) and gamma rays (662 keV) are measured in Barium compounds. Results and Discussion: The measured values agree well with the theory. The effective atomic numbers ($Z_{eff}$) and electron density (Ne) of Barium compounds have been computed in the wide energy region 1 keV to 100 GeV using an accurate database of photon-interaction cross sections and the WinXCom program. Conclusion: The mass attenuation coefficient and linear attenuation coefficient for $BaCO_3$ is higher than the $BaCl_2$, $Ba(No_3)_2$ and BaSO4. HVL, TVL and mean free path are lower for $BaCO_3$ than the $BaCl_2$, $Ba(No_3)_2$ and $BaSO_4$. Among the studied barium compounds, $BaCO_3$ is best material for x-ray and gamma shielding.
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.
In this study, composites containing undoped and barium-doped Bi2WO6:Ba2+were investigated for their shielding against diagnostic X-ray. At first, Bi2WO6 and barium-doped Bi2WO6 were synthesized with different weight percentages of barium oxide through a hydrothermal process. The as-synthesized nanostructures were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Raman spectroscopy (RS). After that, some shields were generated with undoped and barium-doped Bi2WO6:Ba2+ nanostructure particles incorporated into polyvinyl chloride (PVC) polymer with different thicknesses and 15% weight of the nanostructure. Finally, the prepared samples were exposed to an X-ray tube at 40, 80, and 120 kV voltages, 10 mAs and, 44.5 cm SID (i.e. the distance from the X-ray beam source to the specimen). Linear and mass attenuation coefficients were also calculated for different samples. The results indicated that, among the samples, the one with 7.5 mmol barium-doped Bi2WO6 had the most attenuation at the voltage of 40kV, and the attenuation coefficients would increase with an increase in the amount of barium. The samples with 15 and 17.5 mmol barium-doped Bi2WO6 had higher attenuation than the others at 80 and 120 kV. Moreover, the half-value layer (HVL), tenth-value layer (TVL) and 0.25 mm lead equivalent thickness were calculated for all the samples. The lowest HVL value was for the sample with 7.5 mmol barium-doped Bi2WO6. As the result clearly show, an increment in the barium-doping content leads to a decrease in both HVL and TVL. In every three voltages, 0.25 mm lead equivalent thickness of the barium-doped composites (7.5 mmol and 15 mmol) had less than the other composites. The lowest value of 0.25 mm lead equivalent thickness was 7.5 barium-doped in 40 kV voltage and 15 mmol barium-doped in 80 kV and 120 kV voltages. These results were obtained only for 15% weight of the nanostructure.
We investigated the radiation shielding competence for TeO2-V2O5-MoO3 glasses. The Phy-X software was used to report the radiation shielding parameters for the present glasses. With an increase in TeO2 and MoO3 content, the samples' linear attenuation coefficient improves. However, at low energies, this change is more apparent. At low energy, the present samples have an effective atomic number (Zeff) that is relatively high (in order of 16.17-24.48 at 0.347 MeV). In addition, the findings demonstrated that the density of the samples is a very critical factor in determining the half value layer (HVL). The minimal HVL for each sample can be found at 0.347 MeV and corresponds to 1.776, 1.519, 1.391, 1.210 and 1.167 cm for Te1 to Te5 respectively. However, the highest HVL of these glasses is recorded at 1.33 MeV, which corresponds to 3.773, 3.365, 3.218, 2.925 and 2.908 cm respectively. The tenth value layer results indicate that the thickness of the specimens needs to be increased in order to shield the photons that have a greater energy. Also, the TVL results demonstrated that the sample with the greatest TeO2 and MoO3 concentration has a higher capacity to attenuate photons.
Mesut Ramazan Ekici;Emre Tabar;Gamze Hosgor;Emrah Bulut ;Ahmet Atasoy
Nuclear Engineering and Technology
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제56권9호
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pp.3872-3883
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2024
This study investigates the effects of Zinc (Zn), Manganese (Mn), and Iron (Fe) additions on the microstructure, corrosion behaviour, biocompatibility, mechanical, and gamma-ray shielding properties of Magnesium (Mg) alloys prepared in various compositions using powder metallurgy (PM). The microstructure and mechanical properties of these alloys were analyzed using electron microscopes (SEM and FE-SEM) and X-ray diffraction (XRD) methods. The results showed positive changes in the material's structure when the percentage of zinc added to pure magnesium increased. It was observed that the material became ductile, and the ductile fracture increased when the zinc ratio increased. The gamma-ray shielding properties of newly produced Mg-based alloys have also been discussed since they have a high potential for use in space technologies. Radiation shielding measurements have been performed using a 3" × 3" NaI(Tl) scintillation detector NaI (Tl) gamma-ray spectrometer. The gamma-ray shielding parameters such as the linear attenuation coefficients (μl), mass attenuation coefficient (μm), effective atomic number (Zeff), half-value layer (HVL), and tenth-value layer (TVL) have been determined experimentally at photon energies of 0.511 MeV (emitted from a22Na radioactive point source) and 1.173 MeV and 1.332 MeV (emitting from a60Co radioactive point source). The obtained parameters have been compared to the theoretical results of the XCOM software, and a satisfactory agreement has been found. It can be said from the results that the Mg30Zn alloy has the best shielding properties among the produced materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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