Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 927 - 936 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.1059970 İndeks Tarihi: 13-03-2023

Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu

Öz:
Radyasyon kullanımı tıp, sanayi, tarım ve nükleer santraller alanında günden güne artarak gelişmeye devam etmektedir. Bu alanlardaki iş kollarında çalışanların ve halkın radyasyonun zararlı etkilerinden korunması, nükleer teknolojilerin gelişiminin yanı sıra oldukça önemli başka bir konudur. Bu çalışmada, kimya laboratuvarımızda sentezlenen bazı hekzaborürler (LaB6 ve CeB6) X–ışını kırınımı (XRD) ile analiz edilmiş, Debye Scherrer eşitliği ile ortalama kristal boyutları hesap edilmiş, nano boyutta oldukları görülmüş ve bu numunelerin gama ışını zırhlama özellikleri incelenmiştir. Gama ışını koruma parametreleri olarak; kütle zayıflatma katsayıları, yarı değer katmanı, onda bir değer katmanı, ortalama serbest yol, etkin atom numarası, etkin elektron yoğunluğu, toplam atomik kesit ve toplam elektronik kesit değerleri, Monte Carlo yöntemi ile belirlendi. Bu yöntemde kullanılan foton enerji aralığı, 1.0 keV - 105 MeV olup, elde edilen veriler XCom programı tarafından hesaplanan sonuçlarla karşılaştırıldı. MC ve XCom arasında hesaplanan sonuçlar, radyasyon koruyucu malzemeler olarak kurşun, vermikülit, borosilikat, beton ve granit ile karşılaştırıldığında başarılı bir tutarlılık göstermiştir. Üretilen hekzaboridlerin, literatürde daha önce araştırılan malzemelere kıyasla daha umut verici gama koruma özelliklerine sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelime: Gama ışınları Monte Carlo Zırhlama Heksaborür

Monte Carlo Simulation of gamma shielding properties of Lanthanum hexaboride (LaB6) and Cerium hexaboride (CeB6) materials synthesized by magnesiothermic reduction

Öz:
The use of radiation continues to develop day by day in the fields of medicine, industry, agriculture and nuclear power plants. The protection of the employees and the public from the harmful effects of radiation is another important issue besides the development of nuclear technologies. In this study, some hexaborides (LaB6 and CeB6) synthesized in our chemistry laboratory were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and their average crystal sizes were calculated using the Debye Scherrer equation. The gamma ray shielding properties of these samples, which were observed to be nano-sized, were then investigated. In order to determine the gamma ray shielding properties of the samples, the mass attenuation coefficients, half value thickness, one-tenth value thickness, mean free path values were calculated using the Monte Carlo method. In this method, calculations were made in the photon energy range of 10-3 MeV – 106 MeV, and the resulting data were compared with the ones calculated by the XCom program. Here, using MC and XCom, these results obtained for the investigated compounds were compared with the results obtained for the radiation shielding standard materials such as lead, vermiculite, borosilicate, concrete and granite too. As a result, a successful consistency was observed and it was concluded that the produced hexaborides had very promising gamma protection properties compared to the materials previously investigated in the literature.
Anahtar Kelime: Gamma rays Monte Carlo shielding hexaboride

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Gülbiçim, H., Tufan, M.Ç., Türkan, M.N., The investigation of vermiculite as an alternating shielding materialfor gamma-rays. Radiat. Phys. Chem. 130, 112-117, 2017.
  • Gülbiçim, H., Türkan, M. N. , Aksu, M., Durmuş S., 2019. A study on the investigation of gamma shielding properties of some metal borides. Prog. Nucl. Energy. 115, 107-114, 2019.
  • İçkecan, D., Türkan, N, Gulbicim, H., 2021. Investigation Of Shielding Properties of Impregnated Activated Carbon For Gamma-Rays. App. Rad. Isot., 172, 109687,2021.
  • Chen, S., Bourham, M., Rabiei, A., 2014. Applications of open-cell and closed-cell metal foams for radiation shielding. Procedia Mater. Sci, 4, 293-298,2014.
  • Chen, S, Bourham, M., Rabiei, A., 2015. Attenuation efficiency of X-ray and comparison to gamma-ray and neutrons in composite metal foams. Radiat. Phys. Chem., 117, 12-22, 2015.
  • Sayyed, M., Alzaatreh, M.Y., Dong, M.G., Zaid, M.H.M., Matori, K.A., Tekin, H.O., 2017. A comprehensive study of the energy absorption and exposure buildup factors of different bricks for gamma-rays shielding. Results Phys. 7, 2528-2533,2017.
  • Mann, K.S., Heer, M.S., Rani, A., 2015. Effect of low-Z absorber׳s thickness on gamma-ray shielding parameters. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A. 797, 19-28, 2015.
  • Mann, K.S., 2017. γ-Ray shielding behaviors of some nuclear engineering materials. Nucl. Eng. Technol. 49(4), 792-800,2016.
  • Bagheri, R., Moghaddam, A.K., Yousefnia, H., 2017. Gamma-ray shielding study of barium–bismuth–borosilicate glasses as transparent shielding materials using MCNP-4C code, XCOM program, and available experimental data. Nucl. Eng. Technol. 49(1), 216-223,2016.
  • Taqi, A.H., Khalil, H.J., 2017. An investigation on gamma attenuation of soil and oil-soil samples, J. Radiat. Res. Appl. Sci. 10(3), 252-261, 2017.
  • Lakshminarayana, G., Baki, S.O., Kaky, K.M., Sayyed, M.I., Tekin, H.O., Lira, A., Kityk, I.V., Mahdi, M. A., 2017. Investigation of structural, thermal properties and shielding parameters for multicomponent borate glasses for gamma and neutron radiation shielding applications. J. Non-Cryst. Solids. 471, 222-237, 2017.
  • Zorla, E., Ipbüker, C., Biland, A. Kiisk, M., Kovalijov, S., Tkaczyk, A.H., Gulik, V., 2017. Radiation shielding properties of high performance concrete reinforced with basalt fibers infused with natural and enriched boron. Nucl. Eng. Des. 313, 306-318,2016.
  • Salgado, C.M., Brandao, L.E. , Conti, C.C. , Sagado, W.L., 2016. Density prediction for petroleum and derivatives by gamma-ray attenuation and artificial neural networks. Appl. Radiat. Isot. 116, 143-149,2016.
  • Oto, B., Yıldız, N., Akdemir, F., Kavaz, E., 2015. Investigation of gamma radiation shielding properties of various ores. Prog. Nucl. Energy. 85, 391-403, 2015.
  • Waly, E.S-A., Fusco, M.A., Bourham, M.A., 2017. Impact of specialty glass and concrete on gamma shielding in multi-layered PWR dry casks. Prog. Nucl. Energy. 94, 64-70, 2016.
  • Büyükyıldız, M., Kurudirek, M., Ekici, M., O. İçelli, Karabul, Y., 2017. Determination of radiation shielding parameters of 304L stainless steel specimens from welding area for photons of various gamma-ray sources. Prog. Nucl. Energy. 100, 245-254,2017.
  • Akman, F., Khattari, Z.Y., Kaçal, M.R., Sayyed, M.I., Afaneh, F., 2019. The radiation shielding features for some silicide, boride and oxide types ceramics. Radiat. Phys. Chem. 160, 9-14,2019.
  • Cherkashina, N.I., Pavlenko, V.I., Noskov, A.V., 2019. Radiation shielding properties of polyimide composite materials. Radiat. Phys. Chem. 159, 111-117,2019.
  • El Agawany, F. I., Kavaz, E., Perişanoğlu, U., Al Buriahi, M., Rammah, Y. S., Sm2O3 effects on mass stopping power/projected range and nuclear shielding characteristics of TeO2–ZnO glass systems. Appl. Phys. A. 125, 838, 2019.
  • Rammah, Y.S. , Olarinoye, I.O. , El-Agawany, F.I., El-Adawy, A. , El Sayed Y., Environment friendly La3+ ions doped phosphate glasses/glass-ceramics for gamma radiation shielding: Their potential in nuclear safety applications. Ceram. Int. 46, 27616-27626, 2020.
  • Rammah, Y.S., Sayyed, M.I., Ali, A.A. , Tekin, H.O. , El-Mallawany, R., Optical properties and gamma-shielding features of bismuth borate glasses. Appl. Phys. A,124,832, 2018.
  • Abouhaswa, A.S., Perişanoğlu, U., Tekin, H.O., Kavaz, E., Henaish, A.M.A., Nuclear shielding properties of B2O3–Pb3O4–ZnO glasses: Multiple impacts of Er2O3 additive. Ceram. Int. 46, 27849-27859,2020.
  • Athanasakis, M., Ivanov, E., Rio, E. del, Humphry-Baker, S.A., A high temperature W2BeW composite for fusion reactor shielding. J. Nucl. Mater. 532, 152062,2020.
  • Song, Y., Zhang, Z., Mao, J., Lu, C., Tang, S., Xiao, F., Lyu, H., Research on fast intelligence multi-objective optimization method of nuclear reactor radiation shielding. Ann. Nucl. Energy. 149, 107771, 2020.
  • Abbasova, N., Yüksel, Z., Abbasov, E., Gülbiçim H., Tufan, M.Ç., Investigation of gamma-ray attenuation parameters of some materials used in dental applications. Results Phys. 12, 2202-2205, 2019.
  • Agar, O., Sayyed, M.I., Akman, F., Tekin, H.O., Kaçal, M.R., An extensive investigation on gamma ray shielding features of Pd/Ag-based alloys. Nucl. Eng. Technol. 51(3), 853-859, 2019.
  • Olukotun, S.F., Gbenu, S.T., Oladejo, O.F., Sayyed, M.I., Tajudin, S.M., Amosun, A.A., Fasasi, M.K., 2020. Investigation of gamma ray shielding capability of fabricated clay-polyethylene composites using EGS5, XCOM and Phy-X/PSD. Radiat. Phys. Chem. 177, 109079,2020.
  • Singh, J., Singh, H., Sharma, J., Singh, T., Singh, P.S., Fusible alloys: a potential candidate for gamma rays shield design. Prog. Nucl. Engergy. 106, 387–395,2018.
  • Singh, G.P., Singh, J., Kaur, P., Kaur, S., Arora, D., Kaur, G.P., Singh, D.P., Analysis of enhancement in gamma ray shielding proficiency by adding WO3 in Al2O3-PbO-B2O3 glasses using Phy-X/PSD. J. Mater. Res. Technol. 9(6), 14425-14442, 2020.
  • Gaikwad, D.K. , Obaid, S.S. , Sayyed, M.I., Bhosale, R.R., Awasarmol, V.V., Kumar, A., Shirsat, M.D., Pawar, P.P., Comparative study of gamma ray shielding competence of WO3-TeO2-PbO glass system to
  • Mahmoud, K.A., Sayyed, M.I., Tashlykov, O.L., Gamma ray shielding characteristics and exposure buildup factor for some natural rocks using MCNP-5 code. Nucl. Eng. Technol. 51, 1835–1841,2019.
  • Obaid, S.S., Sayyed, M.I., Gaikwad, D.K., Pawar, P.P., Attenuation coefficients and exposure buildup factor of some rocks for gamma ray shielding applications. Radiat. Phys. Chem. 148, 86–94. 2018.
  • Han, I., Demir, L., Şahin, M., Determination of mass attenuation coefficients, effective atomic and electron numbers for some natural minerals. Radiat Phys. Chem.,78(9), 760-764,2009.
  • Kawrakow, I., Rogers, D., The EGSnrc code system. NRC Report PIRS-701, NRC, Ottawa, 2000.
  • Berger,M.J., Hubbell,J.H.,XCOM: Photon cross sections on a personal computer, National Bureau of Standards, Washington, DC (USA). Center for Radiation Research,Technical Report NBSlR 87-3597,1987.
APA OZCAN A, turkan n, AKSU M, Gülbiçim H, Kurt E (2023). Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. , 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
Chicago OZCAN AYNUR,turkan nureddin,AKSU MECİT,Gülbiçim Hasan,Kurt Esra Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. (2023): 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
MLA OZCAN AYNUR,turkan nureddin,AKSU MECİT,Gülbiçim Hasan,Kurt Esra Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. , 2023, ss.927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
AMA OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. . 2023; 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
Vancouver OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. . 2023; 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
IEEE OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E "Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu." , ss.927 - 936, 2023. 10.17341/gazimmfd.1059970
ISNAD OZCAN, AYNUR vd. "Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu". (2023), 927-936. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1059970
APA OZCAN A, turkan n, AKSU M, Gülbiçim H, Kurt E (2023). Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(2), 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
Chicago OZCAN AYNUR,turkan nureddin,AKSU MECİT,Gülbiçim Hasan,Kurt Esra Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.2 (2023): 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
MLA OZCAN AYNUR,turkan nureddin,AKSU MECİT,Gülbiçim Hasan,Kurt Esra Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.2, 2023, ss.927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
AMA OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(2): 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
Vancouver OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(2): 927 - 936. 10.17341/gazimmfd.1059970
IEEE OZCAN A,turkan n,AKSU M,Gülbiçim H,Kurt E "Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.927 - 936, 2023. 10.17341/gazimmfd.1059970
ISNAD OZCAN, AYNUR vd. "Magnezyotermik indirgeme ile sentezlenen Lantanyum hekzaborür (LaB6) ve Seryum hekzaborür (CeB6) malzemelerinin gama zırhlama özelliklerinin Monte Carlo simülasyonu". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/2 (2023), 927-936. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1059970