مقایسه تجربی سطح مقطع جذب نوترون‌های حرارتی در ذرات با مقیاس نانو و میکرو

نویسندگان

دانشگاه شیراز

چکیده

سطح مقطع برخورد نوترون با مواد در موارد استفاده از نوترون برای انجام یک کار خاص مثلاً نوترون تراپی یا حتی در رآکتورهای هسته­ای، از اهمیت بالایی برخوردار است. در محاسبات کدهای محاسباتی مثل MCNP < /span>، تنها از اطلاعات سطح مقطع برخورد نوترون با توده ماده که در کتابخانه کد محاسباتی وجود دارد استفاده می­شود، درصورتی‌که موادی که دارای ذرات در مقیاس نانو هستند در مقابل توده مواد و یا مواد دارای ذرات در مقیاس میکرو از خواص بهتری برخوردارند و حتی می­توانند در برخی موارد سطح مقطع برخورد نوترون متفاوتی از خود نشان دهند. در این پژوهش مقدار جذب نوترون حرارتی در کامپوزیتِ اپوکسی و میکرو ذره نیترید بور (BN) و کامپوزیتِ اپوکسی و نانوذره نیترید بور هگزاگونال (h-BN) با اندازه ذرات 80 نانومتر و فاصله صفحات 20 نانومتر مقایسه شده است. کامپوزیت­ها از روش فرآوری محلول ساخته‌شده‌اند، بدین‌صورت که محلول اپوکسی با پودر ذرات میکرو و یا نانو با به کاربردن دستگاه آلتراسونیک مخلوط و درنهایت محلول در قالب ریخته‌گری شده است. دودسته نمونه از کامپوزیت‌های با ذرات نانو و میکرو با درصد وزنی متفاوت، 5% و 10% در نظر گرفته‌شده و ساخته‌شده است. همچنین برای آشکارسازی نوترون­های حرارتی از آشکارساز BF3 استفاده‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده تفاوت سطح مقطع جذب نوترون حرارتی در کامپوزیت میکرو نیترید بور و کامپوزیت نانو نیترید بور هگزاگونال است. نتایج حاصل از آزمایش­ها و داده­های به‌دست‌آمدهنشان‌دهنده‌ی بهبود یا افزایش جذب نوترون­های حرارتی در کامپوزیت با ذرات نانو نیترید بور هگزاگونال نسبت به کامپوزیت با ذرات میکرو نیترید بور است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental comparison of thermal neutron absorption cross section in nano and micro particles

نویسندگان [English]

  • Eiman Tahmasbi
  • Kamal Hadad
  • Reza Faghihi
چکیده [English]

The neutron collision cross-section is important in neutron use for a specific job, such as neutron therapy or even in nuclear reactors. In calculating computational codes such as MCNP, only information from the neutron-to-mass collision information contained in the computational code library is used, in the case of nanoscale particles in contrast to the mass of materials and / or particulate matter on a micro scale, they have better properties and can even show a different neutron collision cross section in some cases. In this study, the amount of thermal neutron absorption in the epoxy composite of microparticle boron nitride (BN), and epoxy composite of hexagonal boron nitride (h-BN) nanoparticles with a particle size of 80 nm and a spacing of 20 nm were compared. The composites are made from a solvent processing method, in which the epoxy solution is mixed with a micro or nanoparticle powder with the use of an ultrasonic device and ultimately dissolved in the mold. Two groups of samples from nanoscale and micro-particles with different weight percentages of 5% and 10% have been designed and constructed. BF3 detector was also used to detect thermal neutrons. The results show the difference between the thermal neutron absorption cross section in the boron nitride microparticle composite and hexagonal boron nitride nanoparticle composite. While MCNP calculations yield only one data set, that there is no difference in the simulation of microparticles or nanoparticles. The results of the experiments and the data obtained indicate that the absorption of thermal neutrons in composites with hexagonal nano-nitride particles is better than composite with boron nitride micro particles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Neutron therapy
  • Nano composite
  • Micro Composite
  • Neutron absorption cross section
  • BN
  • h-BN
  • Thermal Neutron
[1] C. Buzea, I.I. Pacheco, K. Robbie.Nanomaterials and nanoparticles: sources and toxicity. Biointerphases 2. (2007).MR17–MR71. [2] ASTM E 2456 - 06 Standard Terminology Relating to Nanotechnology. [3] G. Schmid, (Ed.). Nanoparticles: from theory to application. John Wiley & Sons. (2011). [4] K. Hadad, A. Hajizadeh, K. Jafarpour, B.D. Ganapol. Neutronic study of nanofluids application to VVER-1000 Annals of Nuclear Energy. 37 (2010) 1447–1455. [5] K. Hadad, K., A. Rahimian,MR. Nematollahi. Numerical study of single and two-phase models of water/Al 2 O 3 nanofluid turbulent forced convection flow in VVER-1000 nuclear reactor. Annals of Nuclear Energy. 60 (2013) 287–294. [6] I. Porras. Sulfur-33 nanoparticles: A Monte Carlo study of their potential as neutron capturers for enhancing boron neutron capture therapy of cancer. Applied Radiation and Isotopes, 69(12) (2011). 1838–1841. [7] J. Gou, J. Zhuge, F. Liang. Processing of polymer nanocomposites. InManufacturing Techniques for Polymer Matrix Composites (PMCs) (2012) 95–119. [8] G. Bystrzejewska-Piotrowska, G. Jerzy, P.L. Urban. Nanoparticles: their potential toxicity, waste and environmental management. Waste management 29, no. 9 (2009) 2587–2595. [9] Masuda Y., NanocrystalInTech. (2011) 56–58. [10] J. Kim, B.C. Lee, Y.R. Uhm, W.H. Miller. Enhancement of thermal neutron attenuation of nano-B 4 C,-BN dispersed neutron shielding polymer nanocomposites. Journal of Nuclear Materials. 453(1) (2014) 48–53. [11] K.C.Hwang, P.D. Lai, C.S. Chiang, P.J. Wang, C.J. Yuan. Neutron capture nuclei-containing carbon nanoparticles for destruction of cancer cells. Biomaterials. 31(32) (2010) 8419–8425. [12] H. Ichikawa, T. Uneme, T. Andoh, Y. Arita, T. Fujimoto, M. Suzuki, Y. Fukumori. Gadolinium-loaded chitosan nanoparticles for neutron-capture therapy: Influence of micrometric properties of the nanoparticles on tumor-killing effect. Applied Radiation and Isotopes. 88 (2014) 109–113. [13] E. Matemáticas. Low energy neutrons from a 239 PuBe isotopic neutron source inserted in moderating media. Revista Mexicana de fisica. 48(5) (2002) 405–412. [14] P. Rinard. Neutron Interactions with Matter.Federation of American Scientists.Web. 9May (2013). [15] G.F. Knoll. Radiation Detection and Measurement. John Wiley & Sons. (2010).