نشریه انجمن زمین شناسی مهندسی ایران

نشریه انجمن زمین شناسی مهندسی ایران

میزان حفاظت بتن حاوی نانو اکسید تنگستن در برابر تابش پرتو گاما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده فیزیک و مهندسی هسته ای - دانشگاه آزاد شاهرود- شاهرود- سمنان- ایران
2 دانشیار گروه مهندسی هسته ای، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، سمنان، ایران
3 گروه پژوهشی ساختمانی و معدنی، پژوهشگاه استاندارد، سازمان ملی استاندارد. کرج. ایران
چکیده
محدودیت‌ها و معایب مواد محافظ فعلی )همچون وزن بسیار زیاد سرب، ترک‌خوردگی و تخلخل بتن، خوردگی و سمیت فلزات، و انعطاف‌پذیری پایین پلیمرها) منجر به افزایش علاقه به نانوکامپوزیت ها برای محافظت در برابر پرتوهای یونیزان در صنعت و پزشکی شده است. در این میان، نانوکامپوزیت‌ها به دلیل خواص مکانیکی برتر و کارایی بالا در تضعیف پرتو، به عنوان سپرهای موثر و نازک‌وزن برای پرتوهای گاما و نوترون معرفی شده‌اند. عوامل کلیدی مانند فراوانی طبیعی، سادگی در فرآیند ساخت نانوکامپوزیت، عدد اتمی بالا (High-Z) فلزات تشکیل‌دهنده (و تأثیر آن‌ها در مکانیسم‌های جذب فوتوالکتریک و تولید زوج که منجر به کاهش شار تابش می‌شود)، چگالی، و همچنین مقرون‌به‌صرفه بودن، نقش مهمی در انتخاب مواد محافظ دارند. با در نظر گرفتن این عوامل، این مطالعه به ارزیابی عملکرد محافظتی بتن اصلاح‌شده با نانوذرات، که در آزمایشگاه مرجع بتن در پژوهشگاه استاندارد ساخته شده و با نانوذرات اکسید تنگستن (WO₃) و رزین اپوکسی تقویت شده است، در برابر تشعشعات گامای ناشی از منبع کبالت-۶۰ (با انرژی ۱.۱۷ و ۱.۳۳ مگاالکترون‌ولت) می‌پردازد.. این بهبود به دلیل پراکندگی و جذب موثر پرتوها توسط نانوذرات با عدد اتمی بالا در ماتریس کامپوزیت است. بر این اساس، سپرهای نانوساختار با درصد وزنی بهینه و ضخامت کمتر می‌توانند به طور موثر جایگزین سپرهای بتنی معمولی ضخیم‌تر شوند که این امر منجر به صرفه‌جویی در فضای مورد نیاز، کاهش وزن سازه‌های حفاظ‌پرتی و افزایش کارایی در کاربردهای پزشکی و صنعتی می‌گردد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The level of protection of concrete containing nano tungsten oxide against gamma radiation

نویسندگان English

Anahita Saravani 1
Seyed Ali Aghayan 2
Behzad Saeedi Razavi 3
1 Faculty of Physics and Nuclear Engineering, Islamic Azad University, Shahrud Branch, Shahrud, Semnan, Iran
2 Associate Professor, Department of Nuclear Engineering, Islamic Azad University, Shahrud Branch, Shahrud, Semnan, Iran
3 Construction & Mining Faculty, Standard Research Institute, Iranian National Standard Organization (INSO)-Karaj- Iran
چکیده English

The limitations and disadvantages of current shielding materials (such as the high weight of lead, cracking and porosity of concrete, corrosion and toxicity of metals, and low flexibility of polymers) have led to an increasing interest in nanocomposites for protection against ionizing radiation in industry and medicine. In the meantime, nanocomposites have been introduced as effective and lightweight shields for gamma and neutron rays due to their superior mechanical properties and high efficiency in beam attenuation. Key factors such as natural abundance, simplicity in the nanocomposite fabrication process, high atomic number (High-Z) of the constituent metals (and their effect on photoelectric absorption and pair production mechanisms leading to reduced radiation flux), density, as well as cost-effectiveness play an important role in the selection of shielding materials. Considering these factors, this study evaluates the protective performance of nanoparticle-modified concrete, which was manufactured in the Concrete Reference Laboratory at the Standard Research Institute and reinforced with tungsten oxide (WO₃) nanoparticles and epoxy resin, against gamma radiation emitted from a cobalt-60 source (with energies of 1.17 and 1.33 MeV).. This improvement is due to the effective scattering and absorption of the rays by the high atomic number nanoparticles in the composite matrix. Accordingly, nanostructured shields with an optimal weight percentage and lower thickness can effectively replace thicker conventional concrete shields, which leads to space savings, weight reduction of shielding structures, and increased efficiency in medical and industrial applications.

کلیدواژه‌ها English

Shielding
Tungsten nanoparticle
biological hazards of radiation
Cancer
دوره 18، شماره 1
بهار 1404
صفحه 85-97

  • تاریخ دریافت 06 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 18 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 10 آذر 1404