Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Sep 2022)
Effect of Nd3+ ions on radiation attenuation properties of PbF2–TeO2–WO3 glass system for shielding applications
Abstract
This study aims to investigate the utility of using 15PbF2–(60x)TeO2–25WO3–xNd2O3 (0.1 ≥ x ≥ 1.5) glasses in the nuclear shielding applications for mixed radiation fields at energies ranging from 15 keV to 15 MeV. The effect of Nd3+ ions on gamma attenuation properties of the present glass system was discussed in detail. The radiation attenuation features were investigated for the present glass system by using Monte Carlo radiation transport simulation via Geant4 toolkit. The simulation results were theoretically approved by using Phy-X approach over the entire considered energy range. The obtained results indicate that the values of Zeff and Neff were both highest in the in the τ/ρ dominated energies due to the atomic number dependence of the cross sections of the τ/ρ absorption processes. Moreover, FNRCS values were 0.1152, 0.1152, 0.1153, and 0.1153 cm−1 for PWTN1, PWTN2, PWTN3, and PWTN4 respectively. Finally, an extensive comparative study is also presented between the studied glass system and standard traditional shielding materials. The study suggests PWTN4 is the best photon shield amongst the studied PWTN-glasses. Resumen: Este estudio tiene como objetivo investigar la utilidad del uso de vidrios 15PbF2–(60x)TeO2–25WO3–xNd2O3 (0,1 ≥ x ≥ 1,5) en las aplicaciones de blindaje nuclear para campos de radiación mixtos a energías que van desde 15 keV hasta 15 MeV. Se discute en detalle el efecto de los iones Nd3+ sobre las propiedades de atenuación gamma de este sistema de vidrio. Se investigan las características de atenuación de radiación para este sistema de vidrio utilizando la simulación de transporte de radiación de Monte Carlo con el conjunto de herramientas Geant4. Los resultados de la simulación se han corroborado teóricamente utilizando la aproximación Phy-X en todo el rango de energías considerado. Los resultados obtenidos indican que los valores de Zeff y Neff fueron los más altos en las energías dominantes en τ/ρ debido a la dependencia con el número atómico de las secciones transversales de los procesos de absorción τ/ρ. Además, los valores de FNRCS fueron 0,1152; 0,1152; 0,1153 y 0,1153 cm−1 para PWTN1, PWTN2, PWTN3 y PWTN4, respectivamente. Por último, también se presenta un extenso estudio comparativo entre el sistema de vidrio analizado y los materiales de blindaje estándar y tradicionales. El estudio muestra que PWTN4 es el mejor escudo de fotones de entre los vidrios PWTN estudiados.
