دراسة خصائص الدروع الإشعاعية المكونة من بعض المخاليط Studying the properties of radiation shields consisting of some mixtures

الخلاصة (Abstract)
تُعتمد التكنولوجيا النووية على نطاق واسع في محطات الطاقة النووية والمراكز الإشعاعية والمستشفيات وغرف العلاج الإشعاعي. الا ان ارتفاع مستوى التعرض للإشعاع يمكن أن يسبب ضررًا للعاملين في الموقع والأشخاص الذين يتعاملون مع هذه المراكز. لذا، تعد حماية الأفراد والبيئة من الإشعاع قضية مهمة ركز عليها العلماء والباحثون بهدف تقليل الأضرار المحتملة للإشعاعات المؤينة. في هذا البحث تم دراسة خصائص الدروع الاشعاعية المكونة من مجموعتين من المواد المتراكبة من خلال حساب قيم بعض معلمات التوهين لأشعة كاما والنيترونات السريعة، لغرض معرفة مدى ملاءمتها للاستخدام كدروع واقية ضد الاشعاع النووي. إذ تتكون المجموعة الاولى S من مواد ذات اساس بوليميري(بولي أستر غير المشبع) والمجموعة الثانيةG من مواد ذات اساس زجاج البوروسليكات, مضافاً اليها مواد التدعيم الاتية (SiC,TiB2,ZrSiO4,BiClO,CW) بنسب وزنية %(5,20,35,50) ولطاقات مختلفة(0.356, 0.364,0.44 ,0.662 , 0.739, 0.834, 0.846, 1.17, 1.238, 1.274 ,1.33, 1.368 , 2.754)MeV . . وتم اعتماد برنامج X.COM 3.1 لحساب معاملات التوهين لأشعة كاما لتراكيز وطاقات مختلفة، وبالاعتماد على قيم معاملات التوهين الكتلي تم حساب بعض معلمات التوهين الاخرى، مثل معامل التوهين الخطي والعدد الذري المؤثر والكثافة الالكترونية المؤثرة وقيمة سمك النصف ومعدل المسار الحر. أظهرت النتائج ان معامل التوهين الخطي والعدد الذري المؤثر والكثافة الالكترونية المؤثرة تزداد بزيادة نسب تركيز مادة التدعيم المضافة وتقل بزيادة طاقة أشعة كاما الساقطة. اما قيم سمك النصف ومعدل المسار الحر فتقل مع زيادة نسبة تركيز مادة التدعيم المضافة وتزداد مع زيادة مقدار طاقة فوتونات اشعة كاما الساقطة. وأظهرت النتائج ان الدرع 5G يمتلك اعلى قيم لمعامل التوهين الخطي µ لأشعة كاما، لاحتوائه عناصر ذات اعداد ذرية كبيرة. أما التوهين النيوتروني تم حساب المقطع العرضي العياني الكلي لإزالة النيترونات السريعةR∑ باستخدام بعض المعادلات المناسبة لذلك، ومنها تم حساب قيم سمك النصف ومعدل المسار الحر للنيترونات، أظهرت النتائج ان الكثافة والتركيب الكيميائي لمادة التدريع يؤثران في المقطع العرضي العياني للإزالة النيوترونات، إذ تزداد قيم R∑ بزيادة نسبة تركيز مادة التدعيم المضافة. أما قيم سمك النصف ومعدل المسار الحر للنيوترونات تتناقص مع زيادة نسبة تراكيز مادة التدعيم. وان اعلى قيم للمقطع العرضي العياني الكلي للإزالة النيترونات السريعة كانت للدرع G2، لذلك يعد أفضل الدروع للتوهين النيترونات السريعة، لاحتوائه نسبة عالية من عنصر البورون. تشير النتائج ان دروع المجموعة G تمتلك خصائص تدريع أفضل لأشعة كاما والنيترونات السريعة مقارنة مع دروع المجوعة S. كما تم دراسة عامل الارتباط بين بعض معلمات التوهين لأشعة كاما وتحديد نوع العلاقة ومدى قوتها.
Abstract
Nuclear technology is widely used in nuclear power plants, radiation centers, hospitals, and radiotherapy rooms. However, the high level of radiation exposure can cause harm to workers on site and people who deal with these centers. Therefore, protecting individuals and the environment from radiation is an important issue that scientists and researchers have focused on to reduce the potential harm of ionizing radiation. In this research, the properties of radiation shields consisting of two sets of composite materials were studied by calculating the values of some attenuation parameters for gamma rays and fast neutrons, to determine their suitability for use as protective shields against nuclear radiation. The first group S consists of polymer-matrix materials (unsaturated polyester) and the second group G consists of borosilicate glass-matrix materials, in addition to the following reinforcement materials (SiC, TiB2, ZrSiO4, BiClO, CW) in weight percentages of (5, 20, 35and50%) and for different energies (0.356, 0.364, 0.44, 0.662, 0.739, 0.834, 0.846, 1.17, 1.238, 1.274, 1.33, 1.368, 2.754) MeV. The X.COM 3.1 program was used to calculate the attenuation coefficients for gamma rays of different concentrations and energies, and based on the values of the mass attenuation coefficients, some other attenuation parameters were calculated, such as the linear attenuation coefficient, the effective atomic number, the effective electronic density, the half value layer and the mean free path. The results showed that the linear attenuation coefficient, effective atomic number, and effective electronic density increase with increasing concentrations of the added reinforcement material and decrease with increasing incident gamma ray energy. The values of the half thickness and mean free path decrease with the increase in the concentration of the added reinforcement material and increase with the increase in the amount of energy of the incident gamma-ray photons. The results showed that the G5 shield has the highest values of the linear attenuation coefficient µ for gamma rays because it contains elements with high atomic numbers. As for neutron attenuation, the total macroscopic cross-section for the removal of fast neutrons, the half-value layer, and the mean free path were calculated using some appropriate equations for that. The results showed that the density and chemical composition of the shielding material affects the macroscopic cross-section for the removal of neutrons, as the values of ∑R increase by increasing the concentration of the added reinforcement material. The half-value layer and the mean free path of the neutrons decrease with increasing concentrations of the reinforcement material. The highest values of the total macroscopic cross-section for eliminating fast neutrons ∑R was for the G2 shield, so it is considered the best shield for attenuating fast neutrons because it contains a high percentage of boron. The results generally indicate that Group G shields have better shielding properties for gamma rays and fast neutrons than Group S shields. The correlation coefficient between some attenuation parameters for gamma rays was also studied and the type of relationship and their strength were determined.