Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi

Meryem Yılmaz; İlhami Erkoyuncu; Hatice Gürel Özdemir; İskender Demirkol; Mustafa Recep Kaçal; Ferdi Akman

doi:10.53433/yyufbed.1140507

TR EN

Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi

Öz

Sunulan çalışmada, 0.060 MeV ila 2.614 MeV foton enerjileri aralığında 18 farklı enerjide bizmut tabanlı bazı alaşımların gama radyasyonu zırhlama kapasiteleri incelenmiştir. Farklı oranlarda bizmut içeren Bi50/Pb25/Cd12.5/Sn12.5, Bi50/Pb28/Sn22, Bi55.5/Pb44.5, Bi58/Sn42 alaşımlarının gama radyasyonu azaltma kapasiteleri belirtilen enerjilerde WinXCOM programı, GEANT4 ve FLUKA simülasyon programları yardımı ile incelenmiştir. Gama radyasyonu zırhlama özelliklerini incelemek için BiPbCdSn, BiPbSn, BiPb ve BiSn olarak kodlanan alaşımların kütle ve lineer azaltma katsayıları, yarı ve onda-bir kalınlık değerleri, ortalama serbest yolları ve etkin atom numaraları parametreleri belirtilen enerji aralığında hesaplanmıştır. µ/ρ değerlerinin düşük enerjilerde daha yüksek olduğu görülmüştür ve WinXCOM’a göre BiPbCdSn, BiPbSn, BiPb ve BiSn için 0.060 MeV enerjideki µ/ρ değerleri sırasıyla 5.4663, 5.4392, 5.1380 ve 5.7924 şeklindedir. BiPb kodlu alaşımın çalışılan diğer alaşımlara göre gama radyasyonu zırhlama kapasitesinin daha iyi olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

FLUKA, Gama radyasyonu, GEANT4, WinXCOM, Zırhlama

Investigation of Radiation Shielding Capacities of Some Bismuth-Based Alloys

Öz

In the present study, gamma radiation shielding capacities of some bismuth-based alloys in the photon energies range of 0.060 MeV to 2.614 MeV at 18 different energies were investigated. Gamma radiation attenuation capacities of Bi50/Pb25/Cd12.5/Sn12.5, Bi50/Pb28/Sn22, Bi55.5/Pb44.5, Bi58/Sn42 alloys containing different amounts of bismuth were investigated with the help of WinXCOM program, GEANT4 and FLUKA simulation programs at the specified energies. In order to investigate the gamma radiation shielding properties, the mass and linear attenuation coefficients, half and tenth value layers, mean free paths and effective atomic numbers parameters of the alloys coded as BiPbCdSn, BiPbSn, BiPb and BiSn were calculated in the specified energy range. µ/ρ values were found to be higher at low energies and according to WinXCOM, µ/ρ values at 0.060 MeV energies for BiPbCdSn, BiPbSn, BiPb and BiSn are 5.4663, 5.4392, 5.1380 and 5.7924, respectively. It has been observed that the gamma radiation shielding capacity of the BiPb coded alloy is better than the other studied alloys.

Anahtar Kelimeler

FLUKA, Gamma radiation, GEANT4, Shielding, WinXCOM

Kaynakça

Abdel-latif M. A., & Kassab, M. M. (2022). Effect of chromium contents on radiation shielding and macroscopic cross-section in steel alloys. Applied Radiation Isotopes, 186, 110263. doi:10.1016/j.apradiso.2022.110263
Agar, O. (2018). Study on gamma ray shielding performance of concretes doped with natural sepiolite mineral. Radiochimica Acta, 106, 12. doi:10.1515/ract-2018-2981
Agostinelli, S., Allison, J., Amako, K. A., Apostolakis, J., Araujo, H., Arce, P., ... & Geant4 Collaboration. (2003). Geant4—a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 506(3), 250-303. doi:10.1016/S0168-9002(03)01368-8
Akkaş, A. (2016). Determination of the tenth and half value layer thickness of concretes with different densities. Acta Physica Polonica A, 129(4), 770-772. doi:10.12693/APhysPolA.129.770
Akleyev, A. V. (2016). Normal tissue reactions to chronic radiation exposure in man. Radiation Protection Dosimetry, 171(1), 107–116. doi:10.1093/rpd/ncw207
Akman, F., Kaçal, M. R., Sayyed, M. I., Karataş, H. A. (2019a). Study of gamma radiation attenuation properties of some selected ternary alloys. Journal of Alloys and Compounds, 782(25), 315-322. doi:10.1016/j.jallcom.2018.12.221
Akman, F., Sayyed, M. I., Kaçal, M. R., Tekin, H. O. (2019b). Investigation of photon shielding performances of some selected alloys by experimental data, theoretical and MCNPX code in the energy range of 81 keV–1333 keV. Journal of Alloys and Compounds, 772, 516-524. doi:10.1016/j.jallcom.2018.09.177
Akman, F., Ogul, H., Ozkan, I., Kaçal, M. R., Agar, O., Polat, H., Kamuran Dilsiz, K. (2022). Study on gamma radiation attenuation and non-ionizing shielding effectiveness of niobium-reinforced novel polymer composite. Nuclear Engineering and Technology, 54(1), 283-29. doi:10.1016/j.net.2021.07.006
Al-Ghamdi, H., AshokKumar, A. Jecong, J. F. M., Almuqrina, H. A., Tishkevich, D. I., Sayyed, M. I. (2022). Optical and gamma ray shielding behavior of PbO–B2O3–CuO–CaO glasses. Journal of Materials Research and Technology, 18, 2494-2505. doi:10.1016/j.jmrt.2022.03.120
Al-Hadeethi, Y., Sayyed, M. I., Raffah, B. M., Kumar, A. (2022). Physical, structural and gamma ray shielding behaviour of PbO-CuO-CaO-B2O3 glasses. Optik, 258, 168881. doi:10.1016/j.ijleo.2022.168881

Al-Hadeethi, Y., Sayyed, M. I., Rahman, Y. S. (2020). Fabrication, optical, structural and gamma radiation shielding characterizations of GeO2-PbO-Al2O3–CaO glasses. Ceramics International, 46(2), 2055-2062. doi:10.1016/j.ceramint.2019.09.185
ALMisned, G., Akman, F., AbuShanab, W. S., Tekin, H. O., Kaçal M. R., Issa, A. M. S., Polat, H., Oltulu, M., Ene, A., Zakaly M. H. H. (2021). Novel Cu/Zn reinforced polymer composites: experimental characterization for radiation protection efficiency (rpe) and shielding properties for alpha, proton, neutron, and gamma radiations. Polymers, 13(18), 3157. doi:10.3390/polym13183157
Aygün, B. (2020). High alloyed new stainless steel shielding material for gamma and fast neutron radiation. Nuclear Engineering and Technology, 52(3), 647-653. doi:10.1016/j.net.2019.08.017
Azeez, M. O., Ahmad, S., Al-Dulaijan, S. U., Maslehuddin M., Naqvi A. A. (2019). Radiation shielding performance of heavy-weight concrete mixtures. Construction and Building Materials. 224(10) 284-291. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.07.077
Böhlen, T. T., Cerutti, F., Chin, M. P. W., Fassò, A., Ferrari, A., Ortega, P. G., Mairani, A., Salad, P. R., Smirnov, G., Vlachoudis, V. (2014). The FLUKA code: Developments and challenges for high energy and medical applications. Nuclear Data Sheets, 120, 211-214. doi:10.1016/j.nds.2014.07.049
Chinthakayala, S. K., Gadige, P., Kollipara, S. V., Ramadurai, G. (2022). Gamma radiation shielding studies on highly dense barium bismuth borate glasses. Applied Glass Science, 13(2), 211-222. doi:10.1111/ijag.16554
Eke, C., Agar, O., Segebade, C., Boztosun, I. (2017). Attenuation properties of radiation shielding materials such as granite and marble against γ-ray energies between 80 and 1350 keV. Radiochimica Acta, 105 (10), 851-863. doi:10.1515/ract-2016-2690
Elias, J. A., Montes, E., Torres-Castro, A., Wiechers, C., Gomez-Solis, C., Vega-Carrillo, H. R., Sosa, M. A., & Vallejo, M. A. (2022). Mn, Cu and Cr nanoparticles in Li2B4O7 glass: Radiation shielding and optical properties. Radiation Physics and Chemistry, 194, 110037. doi:10.1016/j.radphyschem.2022.110037
Gerward, L., Guilbert, N., Jensen, K. B., Levring, H. (2004). WinXCom—a program for calculating X-ray attenuation coefficients. Radiation Physics and Chemistry, 71(3-4), 653-654. doi:10.1016/j.radphyschem.2004.04.040
Gilys, L., Griškonis, E., Griškeviˇcius, P., & Adliene, D. (2022). Lead free multilayered polymer composites for radiation shielding. Polymers, 14(9), 1696. doi:10.3390/polym14091696
GoodFellow. (2023). https://www.goodfellow.com/uk/en-gb/alloy Erişim tarihi : 15.09.2022
Hamad, Kh., M., Mhareb, M. H. A., Sayyed, M. I., Alajerami, Y. S. M., Alsharhan, R., Khandaker, M. U. (2022a). Novel efficient alloys for ionizing radiation shielding applications: A theoretical investigation. Radiation Physics and Chemistry, 110181. doi:10.1016/j.radphyschem.2022.110181
Hamad, R. M., Hamad, Kh. M., Dwaikat, N., & Ziq, Kh., A. (2022b). Assessment of FexSe0.5Te0.5 alloy properties for ionizing radiation shielding applications: An experimental study. Applied Physics A, 128:574. doi:10.1007/s00339-022-05721-8
Levet, A., Kavaz, E., & Özdemir, Y. (2020). An experimental study on the investigation of nuclear radiation shielding characteristics in iron-boron alloys. Journal of Alloys and Compounds, 819, 152946. doi:10.1016/j.jallcom.2019.152946
Makarious, A. S., Bashter, I. I., Abdo, A. E. S., Azim, M. S. A., Kansouh, W. A. (1996). On the utilization of heavy concrete for radiation shielding. Annals of Nuclear Energy, 23(3), 195-206. doi:10.1016/0306-4549(95)00021-1
Manjunatha, H. C. (2017). A study of gamma attenuation parameters in polymethylmethacrylate and Kapton. Radiation Physics and Chemistry, 137, 254–259. doi:10.1016/j.radphyschem.2016.01.024
Manohara, S. R., Hanagodimath, S. M., Thind, K. S., Gerward, L. (2008). On the effective atomic number and electron density: A comprehensive set of formulas for all types of materials and energies above 1 keV. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 266(18), 3906–3912. doi:10.1016/j.nimb.2008.06.034
Mansour, A., Sayyed, M. I., Mahmoud, K. A., Şakar, E., & Kovaleva, E. G. (2020). Modified halloysite minerals for radiation shielding purposes. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 13(1), 94-101. doi.org/10.1080/16878507.2019.1699680
McCaffrey, J. P., Shen, H., Downton, B. E., & Mainegra-Hing, E. (2007). Radiation attenuation by lead and nonlead materials used in radiation shielding garments. Medical Physics, 34(2), 530-537. doi:10.1118/1.2426404
Mhareb, M. H. A, Slimani, Y., Alajerami, Y. S., Sayyed, M. I., Lacomme, E., Almessiere, M. A. (2020). Structural and radiation shielding properties of BaTiO3 ceramic with different concentrations of Bismuth and Ytterbium. Ceramics International, 46(18), 28877-28886. doi:10.1016/j.ceramint.2020.08.055
Özkalaycı, F., Kaçal, M. R., Polat, H., Agar, O., Almousa, N., & Akman, F. (2022). Lead-free Sb-based polymer composite for γ-ray shielding purposes. Radiochimica Acta, 110, 5. doi:10.1515/ract-2022-0020
Öztürk, O., Karaburç, Ş. N., Saydan, M., & Keskin, Ü. S. (2022). High rate X-ray radiation shielding ability of cement-based composites incorporating strontium sulfate (SrSO4) minerals. Kerntechnik, 87(1), 115-124. doi:10.1515/kern-2021-0029
Prabhu, S., Bubbly, G., & Gudennavar, S. B. (2022). X-Ray and γ-Ray Shielding Efficiency of Polymer Composites: Choice of Fillers, Effect of Loading and Filler Size, Photon Energy and Multifunctionality. Polymer Reviews, 1-43. doi.org/10.1080/15583724.2022.2067867
Reda, A. M., & El-Daly, A. A. (2022). Novel metallic Bi-Pb–Cd-Ag alloys for shielding against neutrons and gamma rays. Physica Scripta, 97(6), 065304. doi:10.1088/1402-41896/ac6e9b
Saad, M., ALMohiy, H., Alqahtani, M. S., Alshihri, A. A., & Shalaby, R. M. (2022). Study of structural, physical, characteristics and radiation shielding parameters of Bi50-Pb40-Sn10 and Bi40-Pb40-Sn10-Cd10 alloys used for radiation therapy. Radiation Effects and Defects in Solids, 177(5-6), 545-555. doi:10.1080/10420150.2022.2063125
Singh, T., Kaur, A., Sharma, J., & Singh, P. S. (2018). Gamma rays’ shielding parameters for some Pb-Cu binary alloys. Engineering Science and Technology, an International Journal, 21(5), 1078-1085. doi:10.1016/j.jestch.2018.06.012
Skuld, (2023). X-ray Absorption Edges. http://skuld.bmsc.washington.edu/scatter/AS_periodic.html Erişim tarihi: 15.09.2022
Turhan, M. F., Akman, F., Taşer, A., Dilsiz, K., Oğul, H., Kaçal, M. R., & Agar, O. (2022). Gamma radiation shielding performance of CuxAg(1-x)-alloys: Experimental, theoretical and simulation results. Progress in Nuclear Energy, 143, 104036. doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.104036
Yorgun, N. Y. (2019a). Gamma-ray shielding parameters of Li2B4O7 glasses: Undoped and doped magnetite, siderite and Zinc-Borate minerals cases. Radiochimica Acta, 107(8), 755-765. doi:10.1515/ract-2019-0014
Yorgun, N. Y. (2019b). Gamma-ray shielding properties of lithium borate glass doped with colemanit mineral. BEU Journal of Science 8 (3), 762-771. doi:10.17798/bitlisfen.525527

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Meryem Yılmaz ^*
0000-0001-7513-4001
Türkiye

İlhami Erkoyuncu
0000-0003-1639-5062
Türkiye

Hatice Gürel Özdemir
0000-0002-6590-2334
Türkiye

İskender Demirkol
0000-0002-8065-6717
Türkiye

Mustafa Recep Kaçal
0000-0002-3183-5516
Türkiye

Ferdi Akman
0000-0002-8838-1762
Türkiye

Erken Görünüm Tarihi

29 Nisan 2023

Yayımlanma Tarihi

30 Nisan 2023

Gönderilme Tarihi

6 Temmuz 2022

Kabul Tarihi

27 Eylül 2022

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2023 Cilt: 28 Sayı: 1

DOI

https://doi.org/10.53433/yyufbed.1140507

IZ

https://izlik.org/JA82AX26BB

APA

Yılmaz, M., Erkoyuncu, İ., Özdemir, H. G., Demirkol, İ., Kaçal, M. R., & Akman, F. (2023). Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 28(1), 92-105. https://doi.org/10.53433/yyufbed.1140507

AMA

1.Yılmaz M, Erkoyuncu İ, Özdemir HG, Demirkol İ, Kaçal MR, Akman F. Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi. YYUFBED. 2023;28(1):92-105. doi:10.53433/yyufbed.1140507

Chicago

Yılmaz, Meryem, İlhami Erkoyuncu, Hatice Gürel Özdemir, İskender Demirkol, Mustafa Recep Kaçal, ve Ferdi Akman. 2023. “Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi”. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 28 (1): 92-105. https://doi.org/10.53433/yyufbed.1140507.

EndNote

Yılmaz M, Erkoyuncu İ, Özdemir HG, Demirkol İ, Kaçal MR, Akman F (01 Nisan 2023) Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 28 1 92–105.

IEEE

[1]M. Yılmaz, İ. Erkoyuncu, H. G. Özdemir, İ. Demirkol, M. R. Kaçal, ve F. Akman, “Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi”, YYUFBED, c. 28, sy 1, ss. 92–105, Nis. 2023, doi: 10.53433/yyufbed.1140507.

ISNAD

Yılmaz, Meryem - Erkoyuncu, İlhami - Özdemir, Hatice Gürel - Demirkol, İskender - Kaçal, Mustafa Recep - Akman, Ferdi. “Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi”. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 28/1 (01 Nisan 2023): 92-105. https://doi.org/10.53433/yyufbed.1140507.

JAMA

1.Yılmaz M, Erkoyuncu İ, Özdemir HG, Demirkol İ, Kaçal MR, Akman F. Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi. YYUFBED. 2023;28:92–105.

MLA

Yılmaz, Meryem, vd. “Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi”. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 28, sy 1, Nisan 2023, ss. 92-105, doi:10.53433/yyufbed.1140507.

Vancouver

1.Meryem Yılmaz, İlhami Erkoyuncu, Hatice Gürel Özdemir, İskender Demirkol, Mustafa Recep Kaçal, Ferdi Akman. Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi. YYUFBED. 01 Nisan 2023;28(1):92-105. doi:10.53433/yyufbed.1140507

Cited By

Al-Ni İntermetalik Bileşiklerinin Gama Radyasyonu Zırhlama Parametrelerinin Hesaplanması

Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi

https://doi.org/10.33484/sinopfbd.1471890

Bizmut Tabanlı Bazı Alaşımların Radyasyon Zırhlama Kapasitelerinin İncelenmesi

Öz

Anahtar Kelimeler

Investigation of Radiation Shielding Capacities of Some Bismuth-Based Alloys

Öz

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Ayrıntılar

Birincil Dil

Konular

Bölüm

Yazarlar

Erken Görünüm Tarihi

Yayımlanma Tarihi

Gönderilme Tarihi

Kabul Tarihi

Yayımlandığı Sayı

DOI

IZ

Kaynak Göster

Cited By

Al-Ni İntermetalik Bileşiklerinin Gama Radyasyonu Zırhlama Parametrelerinin Hesaplanması