Published May 21, 2021
| Version v1
Publication
Open
Effects of reducing PbO content on the elastic and radiation attenuation properties of germanate glasses: a new non‐toxic candidate for shielding applications
Creators
- 1. Sakarya University
- 2. Princess Nourah bint Abdulrahman University
- 3. Federal University of Technology Minna
- 4. Ubon Ratchathani University
- 5. King Khalid University
- 6. Taif University
Description
This work presents a detailed study on the effects of reducing PbO content on the elastic and radiation shielding properties of germanate glasses described by the chemical formula 50GeO2-(50-x)PbO-xZnO, where x between 0 and 50 mol % with step of 10. A theoretical analysis based on Makishima-Mackenzie's theory (MM-theory) was employed to obtain the elastic moduli of the studied glass specimens. Moreover, the Monte Carlo simulations were applied via Geant4 platform to assess the radiation shielding ability of the GeO2-PbO-ZnO glass system by evaluating several fundamental properties such as gamma and neutron transmission factors, total cross sections, effective atomic numbers, 1/e penetration depths, and exposure buildup factors. We found that the bulk elastic modulus increased from 50.751 GPa to 85.389 GPa as the PbO content decreased from 50 mol% to 0. The results of the linear attenuation coefficient show that the cross sections of $${\left(\sigma \right)}_{PE}, {\left(\sigma \right)}_{CS}$$ , and $${\left(\sigma \right)}_{PP}$$ dominates the photon attenuation at 0.15 ≤ E $$\le$$ 0.08; 0.8 < E < 8, and 8 < E < 15 MeV, respectively. Moreover, the present glasses have superior photon absorbing capacity compared to ordinary and barite concrete; RS-253-G18 and RS-360 commercial glass shields. This suggests that the GeO2-PbO-ZnO glass system can be used as a non-toxic shielding material in the nuclear facilities.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يقدم هذا العمل دراسة مفصلة حول تأثيرات تقليل محتوى PbO على خصائص الحماية المرنة والإشعاعية للنظارات الجرمانية الموصوفة في الصيغة الكيميائية 50GeO2 -( 50 - x) PbO - xZnO، حيث x بين 0 و 50 مول ٪ مع خطوة 10. تم استخدام تحليل نظري يستند إلى نظرية ماكيشيما- ماكنزي (نظرية MM) للحصول على الوحدات المرنة لعينات الزجاج المدروسة. علاوة على ذلك، تم تطبيق محاكاة مونت كارلو عبر منصة Geant4 لتقييم قدرة التدريع الإشعاعي للنظام الزجاجي GeO2 - PbO - ZnO من خلال تقييم العديد من الخصائص الأساسية مثل عوامل انتقال أشعة غاما والنيوترون، والمقاطع العرضية الإجمالية، والأرقام الذرية الفعالة، وأعماق الاختراق 1/ه، وعوامل تراكم التعرض. وجدنا أن معامل المرونة الأكبر زاد من 50.751 جيجا باسكال إلى 85.389 جيجا باسكال حيث انخفض محتوى PbO من 50 ٪ مول إلى 0. تُظهر نتائج معامل التوهين الخطي أن المقاطع العرضية $${\ left(\ sigma \right )}_{ PE}، {\left(\ sigma \right )}}_{ CS }$، و $${\ left(\ sigma \right )}_{ PP }$ تهيمن على توهين الفوتون عند 0.15 ≤ E $$\ le$$ 0.08 ؛ 0.8 < E < 8، و 8 < E < 15 MeV، على التوالي. علاوة على ذلك، تتمتع النظارات الحالية بقدرة فائقة على امتصاص الفوتون مقارنة بالخرسانة العادية والباريت ؛ دروع زجاجية تجارية RS -253 - G18 و RS -360. يشير هذا إلى أنه يمكن استخدام نظام الزجاج GeO2 - PbO - ZnO كمواد حماية غير سامة في المنشآت النووية.Translated Description (French)
Ce travail présente une étude détaillée sur les effets de la réduction de la teneur en PbO sur les propriétés élastiques et de protection contre les rayonnements des verres de germanate décrits par la formule chimique 50GeO2- (50-x) PbO-xZnO, où x entre 0 et 50% molaire avec l'étape de 10. Une analyse théorique basée sur la théorie de Makishima-Mackenzie (théorie MM) a été utilisée pour obtenir les modules élastiques des échantillons de verre étudiés. De plus, les simulations de Monte Carlo ont été appliquées via la plate-forme Geant4 pour évaluer la capacité de protection contre les rayonnements du système de verre GeO2-PbO-ZnO en évaluant plusieurs propriétés fondamentales telles que les facteurs de transmission gamma et neutronique, les sections efficaces totales, les numéros atomiques effectifs, les profondeurs de pénétration 1/e et les facteurs d'accumulation d'exposition. Nous avons constaté que le module d'élasticité en vrac augmentait de 50,751 GPa à 85,389 GPa à mesure que la teneur en PbO diminuait de 50% en moles à 0. Les résultats du coefficient d'atténuation linéaire montrent que les sections efficaces de $${\left(\sigma \right)}_{PE}, {\left(\sigma \right)}_{CS}$$ et $${\left(\sigma \right)}_{PP}$$ dominent l'atténuation des photons à 0,15 ≤ E $$\le$$ 0,08 ; 0,8 < E < 8 et 8 < E < 15 MeV, respectivement. De plus, les présents verres ont une capacité d'absorption des photons supérieure à celle du béton ordinaire et baryté ; blindages en verre commerciaux RS-253-G18 et RS-360. Cela suggère que le système de verre GeO2-PbO-ZnO peut être utilisé comme matériau de protection non toxique dans les installations nucléaires.Translated Description (Spanish)
Este trabajo presenta un estudio detallado sobre los efectos de la reducción del contenido de PbO en las propiedades elásticas y de protección contra la radiación de los vidrios de germanato descritos por la fórmula química 50GeO2- (50-x) PbO-xZnO, donde x entre 0 y 50 mol % con el paso de 10. Se empleó un análisis teórico basado en la teoría de Makishima-Mackenzie (teoría MM) para obtener los módulos elásticos de las muestras de vidrio estudiadas. Además, las simulaciones de Monte Carlo se aplicaron a través de la plataforma Geant4 para evaluar la capacidad de blindaje contra la radiación del sistema de vidrio GeO2-PbO-ZnO mediante la evaluación de varias propiedades fundamentales, como los factores de transmisión gamma y de neutrones, las secciones transversales totales, los números atómicos efectivos, las profundidades de penetración 1/e y los factores de acumulación de exposición. Encontramos que el módulo elástico aparente aumentó de 50.751 GPa a 85.389 GPa a medida que el contenido de PbO disminuyó de 50 mol% a 0. Los resultados del coeficiente de atenuación lineal muestran que las secciones transversales de $${\left(\sigma \right)}_{PE}, {\left(\sigma \right)}_{CS}$$ y $${\left(\sigma \right)}_{PP}$$ dominan la atenuación de fotones a 0.15 ≤ E $ $\le $ 0.08; 0.8 < E < 8 y 8 < E < 15 MeV, respectivamente. Además, los presentes vidrios tienen una capacidad de absorción de fotones superior en comparación con el hormigón ordinario y de barita; escudos de vidrio comerciales RS-253-G18 y RS-360. Esto sugiere que el sistema de vidrio GeO2-PbO-ZnO se puede utilizar como material de protección no tóxico en las instalaciones nucleares.Files
latest.pdf.pdf
Files
(1.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6c5f80d67146fdcf4a741de36e4ee7d3
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار تقليل محتوى PbO على خصائص التوهين المرنة والإشعاعية للنظارات الجرمانية: مرشح جديد غيرسام لتطبيقات التدريع
- Translated title (French)
- Effets de la réduction de la teneur en PbO sur les propriétés élastiques et d'atténuation des rayonnements des verres au germanate : un nouveau candidat nontoxique pour les applications de blindage
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la reducción del contenido de PBO en las propiedades elásticas y de atenuación de la radiación de los vidrios de germanato: un nuevo candidato no tóxico para aplicaciones de blindaje
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3164560878
- DOI
- 10.1007/s10854-021-06060-9
References
- https://openalex.org/W1551236387
- https://openalex.org/W1774699283
- https://openalex.org/W1991551729
- https://openalex.org/W2017419066
- https://openalex.org/W2018064965
- https://openalex.org/W2021070427
- https://openalex.org/W2021549888
- https://openalex.org/W2037358270
- https://openalex.org/W2042741651
- https://openalex.org/W2058256267
- https://openalex.org/W2060097207
- https://openalex.org/W2078931436
- https://openalex.org/W2094768937
- https://openalex.org/W2128158076
- https://openalex.org/W2228338508
- https://openalex.org/W2915255699
- https://openalex.org/W2930084736
- https://openalex.org/W2954741732
- https://openalex.org/W2957815322
- https://openalex.org/W2967014271
- https://openalex.org/W2968444117
- https://openalex.org/W2976411560
- https://openalex.org/W2977655398
- https://openalex.org/W2997698607
- https://openalex.org/W3012086940
- https://openalex.org/W3015716148
- https://openalex.org/W3015990255
- https://openalex.org/W3017544361
- https://openalex.org/W3023743948
- https://openalex.org/W3036548777
- https://openalex.org/W3041001386
- https://openalex.org/W3045439631
- https://openalex.org/W3049527444
- https://openalex.org/W3083669440
- https://openalex.org/W3093998111
- https://openalex.org/W3094088456
- https://openalex.org/W3094187850
- https://openalex.org/W3097584627
- https://openalex.org/W3129971740
- https://openalex.org/W3134748598
- https://openalex.org/W3150777550