Published March 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Radiation shielding features of Na2O–P2O5 glasses doped with MnO experimentally and using FLUKA and Phy-X

Creators

  • 1. Centre National des Sciences et Technologies Nucléaires
  • 2. King Abdulaziz City for Science and Technology
  • 3. Taif University
  • 4. University of Bisha

Description

This research focused on examining the radiation shielding performance of (50% - x/2)P2O5-(50%-x/2)Na2O-xMnO (where x = 0, 5, 15, 25, and 33 mol%) glass system. The shielding review covered the radiation of photons, electrons, particles of heavy-charged, and neutrons. Hence, multiple parameters such as coefficient of mass attenuation (μm), transmission and buildup factors (HVL, MFP, EBF, and EABF), effective atomic number for samples (Zeff), and removal cross-section for fast neutron (FNRCS) of the selected samples were investigated. The results are determined experimentally and by employing FLUKA Monte Carlo software and Phy-X (ZeXTRA and PSD) theoretical programs. A relative discrepancy (RD) and a root-mean-square error (RMSE) were applied to verify the deviation between FLUKA and Phy-X values. An excellent agreement is noticed between measured, simulated, and calculated results. The research revealed that increasing MnO content improves the gamma, electron and heavy charged particle shielding efficiency of studied glasses. Although the addition of MnO has an insignificant impact on FNRCS (from 0.086 to 0.092 cm−1), obtained results identified the relationship between the packing density and shield ability against neutrons for ternary phosphate glasses. We found that the HVL values dropped from 13.898 cm to 11.568 cm at 15 MeV. A range of 7–12 for gamma, 8–12 for electron, 10–11 for proton, 10–11 for alpha, and 9–11 for carbon ion was the maximum value of Zeff that could be obtained. These glasses' shielding behaviors were contrasted with those of conventional materials. Accordingly, the sample with the highest mole fraction (x = 33 %) has higher shielding efficiency than ordinary concrete, Pyrex, and RS253-G18. Finally, the studied glass system can be a good compromise between highest effectiveness of shielding, lowest fabrication cost and environment-friendly shield.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ركز هذا البحث على فحص أداء التدريع الإشعاعي لنظام الزجاج (50 ٪ - x/2)P2O5 - (50 ٪- x/2) Na2O - xMnO (حيث x = 0 و 5 و 15 و 25 و 33 مول٪). غطت مراجعة التدريع إشعاع الفوتونات والإلكترونات وجسيمات الشحنة الثقيلة والنيوترونات. وبالتالي، تم فحص معلمات متعددة مثل معامل توهين الكتلة (ميكرومتر)، وعوامل الإرسال والتراكم (HVL، MFP، EBF، و EABF)، والعدد الذري الفعال للعينات (Zeff)، والمقطع العرضي لإزالة النيوترون السريع (FNRCS) للعينات المختارة. يتم تحديد النتائج تجريبياً ومن خلال استخدام برنامج FLUKA Monte Carlo والبرامج النظرية Phy - X (ZeXTRA و PSD). تم تطبيق تباين نسبي (RD) وخطأ في مربع جذر المتوسط (RMSE) للتحقق من الانحراف بين قيم FLUKA و Phy - X. يلاحظ وجود اتفاق ممتاز بين النتائج المقاسة والمحاكاة والمحسوبة. كشف البحث أن زيادة محتوى MNO يحسن كفاءة غاما والإلكترون والجسيمات الثقيلة المشحونة في النظارات المدروسة. على الرغم من أن إضافة MNO له تأثير ضئيل على FNRCS (من 0.086 إلى 0.092 سم-1)، إلا أن النتائج التي تم الحصول عليها حددت العلاقة بين كثافة التعبئة وقدرة الدرع ضد النيوترونات لنظارات الفوسفات الثلاثية. وجدنا أن قيم HVL انخفضت من 13.898 سم إلى 11.568 سم عند 15 ميجا فولت. كان النطاق من 7 إلى 12 لأشعة غاما، و 8–12 للإلكترون، و 10–11 للبروتون، و 10–11 لألفا، و 9–11 لأيون الكربون هو الحد الأقصى لقيمة زيف التي يمكن الحصول عليها. وتناقضت سلوكيات التدريع لهذه النظارات مع سلوكيات التدريع للمواد التقليدية. وفقًا لذلك، فإن العينة التي تحتوي على أعلى جزء مول (× = 33 ٪) لها كفاءة حماية أعلى من الخرسانة العادية، البيركس، و RS253 - G18. أخيرًا، يمكن أن يكون نظام الزجاج المدروس حلاً وسطًا جيدًا بين أعلى فعالية للتدريع وأقل تكلفة تصنيع ودرع صديق للبيئة.

Translated Description (French)

Cette recherche s'est concentrée sur l'examen des performances de protection contre les rayonnements du système de verre (50% - x/2)P2O5- (50%-x/2) Na2O-xMnO (où x = 0, 5, 15, 25 et 33 mol%). L'examen du blindage a couvert le rayonnement des photons, des électrons, des particules de charges lourdes et des neutrons. Par conséquent, de multiples paramètres tels que le coefficient d'atténuation de masse (μm), les facteurs de transmission et d'accumulation (HVL, MFP, EBF et EABF), le numéro atomique effectif des échantillons (Zeff) et la section efficace d'élimination des neutrons rapides (FNRCS) des échantillons sélectionnés ont été étudiés. Les résultats sont déterminés expérimentalement et en utilisant le logiciel FLUKA Monte Carlo et les programmes théoriques Phy-X (ZeXTRA et PSD). Un écart relatif (RD) et une erreur quadratique moyenne (RMSE) ont été appliqués pour vérifier l'écart entre les valeurs FLUKA et Phy-X. Un excellent accord est remarqué entre les résultats mesurés, simulés et calculés. La recherche a révélé que l'augmentation de la teneur en MnO améliore l'efficacité du blindage gamma, électronique et des particules lourdes chargées des verres étudiés. Bien que l'ajout de MnO ait un impact insignifiant sur les FNRCS (de 0,086 à 0,092 cm−1), les résultats obtenus ont identifié la relation entre la densité de tassement et la capacité de blindage contre les neutrons pour les verres phosphatés ternaires. Nous avons constaté que les valeurs HVL sont passées de 13,898 cm à 11,568 cm à 15 MeV. Une plage de 7–12 pour le gamma, 8–12 pour l'électron, 10–11 pour le proton, 10–11 pour l'alpha et 9–11 pour l'ion carbone était la valeur maximale de Zeff qui pouvait être obtenue. Les comportements de blindage de ces verres ont été contrastés avec ceux des matériaux conventionnels. En conséquence, l'échantillon avec la fraction molaire la plus élevée (x = 33 %) a une efficacité de blindage plus élevée que le béton ordinaire, le Pyrex et le RS253-G18. Enfin, le système de verre étudié peut être un bon compromis entre la plus grande efficacité de blindage, le coût de fabrication le plus bas et un blindage respectueux de l'environnement.

Translated Description (Spanish)

Esta investigación se centró en examinar el rendimiento de blindaje contra la radiación del sistema de vidrio (50%-x/2) P2O5- (50% -x/2) Na2O-xMnO (donde x = 0, 5, 15, 25 y 33% molar). La revisión del blindaje cubrió la radiación de fotones, electrones, partículas de carga pesada y neutrones. Por lo tanto, se investigaron múltiples parámetros como el coeficiente de atenuación de masa (μm), los factores de transmisión y acumulación (HVL, MFP, EBF y EABF), el número atómico efectivo para las muestras (Zeff) y la sección transversal de eliminación para neutrones rápidos (FNRCS) de las muestras seleccionadas. Los resultados se determinan experimentalmente y empleando el software FLUKA Monte Carlo y los programas teóricos Phy-X (ZeXTRA y PSD). Se aplicó una discrepancia relativa (RD) y un error cuadrático medio (RMSE) para verificar la desviación entre los valores de FLUKA y Phy-X. Se observa una excelente concordancia entre los resultados medidos, simulados y calculados. La investigación reveló que el aumento del contenido de MNO mejora la eficiencia de blindaje de partículas gamma, electrón y cargadas pesadas de los vidrios estudiados. Aunque la adición de MNO tiene un impacto insignificante en FNRCS (de 0.086 a 0.092 cm−1), los resultados obtenidos identificaron la relación entre la densidad de empaque y la capacidad de protección contra neutrones para vidrios de fosfato ternario. Encontramos que los valores de HVL cayeron de 13.898 cm a 11.568 cm a 15 MeV. Un rango de 7–12 para gamma, 8–12 para electrones, 10–11 para protones, 10–11 para alfa y 9–11 para iones de carbono fue el valor máximo de Zeff que se pudo obtener. Los comportamientos de blindaje de estas gafas se contrastaron con los de los materiales convencionales. En consecuencia, la muestra con la fracción molar más alta (x = 33 %) tiene una mayor eficiencia de blindaje que el concreto ordinario, Pyrex y RS253-G18. Finalmente, el sistema de vidrio estudiado puede ser un buen compromiso entre la mayor efectividad del blindaje, el menor costo de fabricación y un blindaje respetuoso con el medio ambiente.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ميزات الحماية من الإشعاع لنظارات Na2O - P2O5 مخدرة باستخدام MNO تجريبيًا وباستخدام FLUKA و Phy - X
Translated title (French)
Caractéristiques de protection contre les rayonnements des verres Na2O-P2O5 dopés au MnO expérimentalement et utilisant FLUKA et Phy-X
Translated title (Spanish)
Características de protección contra la radiación de los vidrios de Na2O-P2O5 dopados con MnO experimentalmente y utilizando FLUKA y Phy-X

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390205034
DOI
10.1016/j.jrras.2023.100805

Is supplement to
https://openalex.org/W3035566503 (Other)
https://openalex.org/W3204096278 (Other)
https://openalex.org/W3139053590 (Other)
https://openalex.org/W3134825239 (Other)
https://openalex.org/W3023743948 (Other)
https://openalex.org/W2809204660 (Other)
https://openalex.org/W4360988283 (Other)
https://openalex.org/W3194119459 (Other)
https://openalex.org/W4200598279 (Other)
https://openalex.org/W2986769870 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Tunisia

References

  • https://openalex.org/W67441527
  • https://openalex.org/W1982041071
  • https://openalex.org/W1986451226
  • https://openalex.org/W2012653250
  • https://openalex.org/W2054936929
  • https://openalex.org/W2078040654
  • https://openalex.org/W2088938385
  • https://openalex.org/W2102441272
  • https://openalex.org/W2169528392
  • https://openalex.org/W2226504203
  • https://openalex.org/W2320999459
  • https://openalex.org/W2499236741
  • https://openalex.org/W2684785992
  • https://openalex.org/W2912991302
  • https://openalex.org/W2942212144
  • https://openalex.org/W2943622053
  • https://openalex.org/W2966397724
  • https://openalex.org/W2966820763
  • https://openalex.org/W2976411560
  • https://openalex.org/W2984543729
  • https://openalex.org/W2990351275
  • https://openalex.org/W3001263666
  • https://openalex.org/W3004008005
  • https://openalex.org/W3009039306
  • https://openalex.org/W3012379165
  • https://openalex.org/W3015990255
  • https://openalex.org/W3017657343
  • https://openalex.org/W3020988219
  • https://openalex.org/W3027057788
  • https://openalex.org/W3048260105
  • https://openalex.org/W3080161988
  • https://openalex.org/W3086814102
  • https://openalex.org/W3088210154
  • https://openalex.org/W3093841204
  • https://openalex.org/W3097364771
  • https://openalex.org/W3109401590
  • https://openalex.org/W3121679070
  • https://openalex.org/W3166236498
  • https://openalex.org/W3177235318
  • https://openalex.org/W4292230007
  • https://openalex.org/W4308804880
  • https://openalex.org/W4386184664
  • https://openalex.org/W4386779943