The Simulation of Gd2O3–TeO2–B2O3 Glass System to investigate the Ionizing Radiation Shielding Properties

Authors

  • kittisak sriwongsa Lecturers responsible for Bachelor of Education Program in Physics, Faculty of Education, Silpakorn University, Nakhon Pathom, Thailand
  • Punsak Glumglomchit Huahin Vitthayalai School, Prachuapkhirikhan, Thailand
  • Ratthanan Limkiatcherdchoo Huahin Vitthayalai School, Prachuapkhirikhan, Thailand
  • Apichaya Kinchokawat Huahin Vitthayalai School, Prachuapkhirikhan, Thailand
  • Iyarin Tantiwatcharakultorn Huahin Vitthayalai School, Prachuapkhirikhan, Thailand
  • Sunantasak Ravangvong Division of Science and Technology, Faculty of Science and Technology, Phetchaburi Rajabhat University, Thailand
  • Chumphon Khobkham Faculty of Engineering, Thonburi University, Thailand

Keywords:

Ionizing radiation, Projected range, Mass attenuation coefficient, Glass

Abstract

The objectives of this research is to simulate xGd2O3–(80–x)TeO2–20B2O3 glass system for investigation of the ionizing radiation (charged and uncharged radiation) shielding properties which varies the concentration of Gadolinium (III) oxide (Gd2O3) at 0, 5, 10, 15 and 20 mol% respectively. The charged particles such as hydrogen ions and carbon ions while uncharged particles such as X-ray and gamma ray were used to investigate the properties. The theoretical parameters of charged particles such as electronic stopping, nuclear stopping and projected range (PR) were estimated by using the SRIM program in the energy range of 70–250 MeV. The values of uncharged particles such as mass attenuation coefficient (gif.latex?\mum) and effective atomic number (Zeff) were also determined at energy ranging 10–3–105 MeV by using the Phy-X/PSD program. This program is widely used and reliable at present. The results indicated that the increasing concentration of Gadolinium (III) oxide in glass samples provided excellent charged particles and uncharged particles radiation shielding which resulted in this 20Gd2O3–60TeO2–20B2O3 (Gd5) glass sample. This was due to the increasing Gadolinium (III) oxide content in glass which increased the probability of interaction between ionizing radiation with matter.

References

Issa SAM, Hamdalla TA, Darwish AAA. Effect of ErCl3 in gamma and neutron parameters for different concentration of ErCl3-SiO2 (EDFA) for the signal protection from nuclear radiation. J Alloys Compd. 2017;698:234-40.

Gaikwad DK, Obaid SS, Sayyed MI et al. Comparative study of gamma ray shielding competence of WO3-TeO2-PbO glass system to different glasses and concretes. Mater Chem Phys. 2018; 213:508-17.

Rammah YS, El-Agawany FI, Mahmoud KA et al. FTIR, UV-Vis-NIR spectroscopy, and gamma rays shielding competence of novel ZnO-doped vanadium borophosphate glass. J Mater Sci: Mater Electron. 2020;31:9099-113.

Al-Buriahi MS, Bakhsh EM, Tonguc B et al. Mechanical and radiation shielding properties of tellurite glasses doped with ZnO and NiO. Ceram Int. 2020; 46(11):19078-83.

Mark F, George FB. Optical properties of solids. Am J Phys. 2002;70(12):1269-70.

Wang JS, Vogel EM, Snitzer E. Tellurite glass: a new candidate for fiber devices. Opt Mater. 1994;3(3):187-203.

Sidek, HAA, Halimah MK, Faizal MN et al. Synthesis and elastic behaviour of borate glass doped with high tellurite content. J Appl Sci. 2006;6(2):274-9.

Tijani SA, Kamal SM, Al-Hadeethi Y et al. Radiation shielding properties of transparent erbium zinc tellurite glass system determined at medical diagnostic energies. J Alloy Compd. 2018;741:293-9.

El-Mallawany R, Sayyed MI. Condensed matter comparative shielding properties of some tellurite glasses: Part 1. Physica B. 2018;539:133–40.

Sayyed MI, Khattari ZY, Kumar A et al. Radiation shielding parameters of BaO-Nb2O5-P2O5 glass system using MCNP5code and XCOM software. Mater Res Express. 2018;5:115203.

Sayyed MI, Kaky KM, Gaikwad DK et al. Physical, structural, optical and gamma radiation shielding properties of borate glasses containing heavymetals (Bi2O3/MoO3). J Non-Cryst Solids. 2019; 507:30-7.

Tekin HO, Sayyed MI, Manici T et al. Photon shielding characterizations of bismuth modified borate-silicate-tellurite glasses using MCNPX Monte Carlo code. Mater Chem Phys. 2018; 211:9-16.

Kurudirek M. Heavy metal borate glasses: Potential use for radiation shielding. J Alloy Compd. 2017; 727(36):1227-36.

Waly EA, Al-Qous GS, Bourham MA. Shielding properties of glasses with different heavy elements additives for radiation shielding in the energy range 15-300 keV. Radiat Phys Chem. 2018; 150:120-124.

Chanthima N, Kaewkhao J, Limkitjaroenporn P et al. Development of BaO-ZnO-B2O3 glasses as a radiation shielding material. Radiat Phys Chem. 2017;137:72-7.

Gaikwad DK, Sayyed MI, Obaid SS et al. Gamma ray shielding properties of TeO2-ZnF2-As2O3-Sm2O3 glasses. J Alloy Compd. 2018;765:451-8.

Kaky KM, Sayyed MI, Laariedh F et al. Stuctural, optical and radiation shielding properties of zinc boro-tellurite alumina glasses. Appl Phys A Mater. 2019; 125(32):1-12.

Issa SAM, Kumar A, Sayyed MI et al. Mechanical and gamma-ray shielding properties of TeO2-ZnO-NiO glasses. Mater Chem Phys. 2018;212:12-20.

Singh VP, Badiger NM, Chanthima N et al. Evaluation of gamma-ray exposure buildup factors and neutron shielding for bismuth borosilicate glasses. Radiat Phys Chem. 2014;98:14-21.

Al-Buriah MS, Bakhsh EM, Tonguc B et al. Mechanical and radiation shielding properties of tellurite glasses doped with ZnO and NiO. Ceram Int. 2020; 46(11):19078-83.

Olarinoye IO, Alomairy S, Sriwunkum C et al. Effect of Ag2O/V2O5 substitution on the radiation shielding ability of tellurite glass system via XCOM approach and FLUKA simulations. Phys Scr. 2021; 96(6):065308.

Al-Buriahi MS, Somaily HH, Alalawi A et al. Polarizability Optical basicity, and photon attenuation properties of Ag2O-MoO3-V2O5-TeO2 glasses: the role of silver oxide. J Inorg Organomet P. 2021; 31:1047-56.

Al-Buriahi MS, Alajerami YSM, Abouhaswa AS et al. Effect of chromium oxide on the physical, optical, and radiation shielding properties of lead sodium borate glasses. J Non-Cryst Solids. 2020;544:120171.

Alshahrani B, Olarinoye IO, Mutuwong C et al. Amorphous alloys with high Fe content for radiation shielding applications. Radiat Phys Chem. 2021; 183:109386.

Azlan MN, Eevon C, Halimah MK et al. Effect of Gd3+ on optical and thermal properties of tellurite glass. J Theor Appl Phys. 2020;14(2):137-47.

Bektasoglu M. Mohammad MA. Investigation of radiation shielding properties of TeO2-ZnO-Nb2O5-Gd2O3 glasses at medical diagnostic energies. Ceram Int. 2020;46(10):16217-23.

Al-Hadeethi Y, Sayyed MI. Effect of Gd2O3 on the radiation shielding characteristics of Sb2O3-PbO-B2O3-Gd2O3 glass system. Ceram Int. 2020; 46(9):13768-73.

Kaewjaeng S, Wantana N, Kothan S et al. Effect of Gd2O3 on the radiation shielding, physical, optical and luminescence behaviors of Gd2O3-La2O3-ZnO-B2O3-Dy2O3 glasses. Radiat Phys Chem. 2021;185:109500.

Mohan R, Grosshans D, Proton Therapy-Present and Future. Adv Drug Deliv Rev. 2017;109:26-44.

Andrievskii RA. Effect of irradiation on the properties of nanomaterials. The Phys Metals Metallogr. 2010;110(3):229-40.

Şakar E, Özpolat ÖF, Alim B et al. Phy–X/PSD: Development of a user friendly online software for calculation of parameters relevant to radiation shielding and dosimetry. Radiat Phys Chem. 2020;166:108496.

Nastasi M, Mayer JW, Hirvonen JK. Ion-Solid Interactions: Fundamentals and Applications. Cambridge: Cambridge University Press; 1996.

Ziegler JF, Biersack JP, Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids. New York: Pergamon Press; 1985.

Winterbon KB, Sigmund P, Sanders JB. Spatial distribution of energy deposited by atomic particles in elastic collisions. Kgl Dan Vidensk Mat-Fys Medd. 1970; 37(14):1-12.

Sriwongsa K, Rimdusit T, Jirayut Phothawilkiat J et al. Photon Interaction, Buildup Factors and Fast Neutron Removal of Some Scintillators Used X–Ray and CT Imaging. Jmsae. 2021; 10(2):58-69.

Sriwongsa K, Laopoonphol N, Ariyalerdchai S, et al. Comparative study of mass attenuation coefficient, effective atomic numbers, and effective electron densities of EU-Doped CsCaBrI2, CsSrBrI, and CsSrClBr2 scintillators. Suranaree J Sci Technol. 2020;27(4):010023-7.

Sriwongsa K, Laopoonphol N, Ariyalerdchai S et al. The comparative study of photon shielding’s properties of MoNbCrVTi and MoNbCrZrTi alloy materials. Suranaree J Sci Technol. 2020;27(4):010023-6.

Nastasi M. & Mayer J.W. Ion Implantation and Synthesis of Materials. Springer Berlin Heidelberg New York. 2006:49–58.

Sriwongsa K, Glimglomchit P. Sualuang B et al. Shielding of uncharged and charged radiation of PbO-B2O3-SiO2-Na2O glass system. NUJST. 2021;30(1):109-119.

Downloads

Published

2021-12-30

How to Cite

[1]
kittisak sriwongsa, “The Simulation of Gd2O3–TeO2–B2O3 Glass System to investigate the Ionizing Radiation Shielding Properties ”, UTK RESEARCH JOURNAL, vol. 15, no. 2, pp. 70–83, Dec. 2021.

Issue

Vol. 15 No. 2 (2021): July-December 2021

Section

Research Articles

License

กองบรรณาธิการวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ มีความยินดีที่จะรับบทความจากอาจารย์ นักวิจัย นักวิชาการทั้งภายในและภายนอกมหาวิทยาลัย ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ได้แก่ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง  รวมถึงสาขาต่างๆ ที่มีการบูรณาการข้ามศาสตร์ที่เกี่ยวข้องวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่เขียนเป็นภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษ ซึ่งผลงานวิชาการที่ส่งมาขอตีพิมพ์ต้องไม่เคยเผยแพร่ในสิ่งพิมพ์อื่นใดมาก่อน และต้องไม่อยู่ในระหว่างการพิจารณาของวารสารอื่น

การละเมิดลิขสิทธิ์ถือเป็นความรับผิดชอบของผู้ส่งบทความโดยตรง บทความที่ได้รับการตีพิมพ์ต้องผ่านการพิจารณากลั่นกรองคุณภาพจากผู้ทรงคุณวุฒิและได้รับความเห็นชอบจากกองบรรณาธิการ

ข้อความที่ปรากฏอยู่ในแต่ละบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการเล่มนี้ เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่าน ไม่เกี่ยวข้องกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพแต่อย่างใด ความรับผิดชอบด้านเนื้อหาและการตรวจร่างบทความแต่ละบทความเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะต้องรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว

กองบรรณาธิการขอสงวนสิทธิ์มิให้นำเนื้อหา หรือข้อคิดเห็นใดๆ ของบทความในวารสารวิชาการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลกรุงเทพ ไปเผยแพร่ก่อนได้รับอนุญาตจากกองบรรณาธิการ อย่างเป็นลายลักษณ์อักษร ผลงานที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสาร