Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Nov 2022)
The role of Tb2O3 in enhancement the properties of the La2O3–P2O5 glass system: Mechanical and radiation shielding study
Abstract
The substitution of La2O3 by Tb2O3 was studied for glass samples with a chemical composition described by: 75P2O5 + (25 − x) La2O3 + xTb2O3, where x = 5, 10, 15, 20 mol%. The mechanical properties were predicted via the Makishima–Mackenzie model. The study demonstrated that when increasing the Tb2O3 content from 5 to 20 mol%, the elastic moduli of the glasses decreased, while the dissociation energy, packing density, and micro-hardness increased. In addition, the radiation shielding properties were studied using the MCNP5 code, which was utilized to simulate the linear attenuation coefficient (LAC) of the investigated samples. Furthermore, the mass attenuation coefficients (MAC) of the glasses were determined. The highest MAC was reported for the sample with 20 mol% of Tb2O3 and decreased from 0.358 to 0.0515 cm2/g between 0.184 and 1.408 MeV. Furthermore, the effective atomic number (Zeff), equivalent atomic number (Zeq), exposure buildup factor (EBF), and the energy absorption buildup factor (EABF) of the glasses were calculated utilizing BXCOM software. The substitution of La2O3 by Tb2O3 was revealed to enhance the shielding features of the TLP samples. Resumen: Se estudió la sustitución de La2O3 por Tb2O3 para cinco muestras de vidrio con una composición química descrita por la fórmula: 75P2O5 + (25-x) La2O3 + xTb2O3, donde x = 5, 10, 15 y 20% mol. Se evaluaron las propiedades mecánicas y de protección contra la radiación de las muestras de vidrio investigadas. Las propiedades mecánicas se predijeron utilizando el modelo de Makishima-Mackenzie. El estudio demostró que al aumentar el contenido de Tb2O3 de 5 al 20% en moles, los módulos elásticos (Young, Bulk, Shear y longitudinal) de los vidrios disminuyeron, mientras que aumentaron la energía de disociación, densidad de empaquetamiento y microdureza. Además, se estudiaron las propiedades de protección contra la radiación de las muestras de vidrio investigadas utilizando el código de transporte de partículas N de Monte Carlo (MCNP-5). Se utilizó MCNP-5 para simular el coeficiente de atenuación lineal (LAC) de las muestras investigadas. Con base en el LAC simulado, se determinaron los coeficientes de atenuación de masa (MAC) de las gafas. El MAC más alto se obtuvo para la muestra de vidrio con el 20% en moles de Tb2O3 y disminuyó de 0,358 a 0,0515 cm2/g cuando se incrementó la energía del fotón gamma de 0,184 a 1,408 MeV. Además, el número atómico efectivo (Zeff), el número atómico equivalente (Zeq), el factor de acumulación de exposición (EBF) y el factor de acumulación de absorción de energía (EABF) de los vidrios se calcularon utilizando el software BXCOM. Se reveló que la sustitución de La2O3 por Tb2O3 mejora las propiedades de protección contra la radiación de las muestras investigadas.
