بررسی خواص حفاظتی شیشه‌های فسفاته‌ی سرب‌دار و عاری از سرب در برابر فوتون‌ها با استفاده از کد مونت‌کارلو MCNPX

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی هسته ای، دانشگاه شیراز، شیراز، فارس، ایران

2 مرکز تحقیقات تابش، دانشگاه شیراز، شیراز، فارس، ایران

3 دانشگاه بولونیا، بولونیا، ایتالیا

چکیده

آنژیوگرافی یکی از روش‌های پرکاربرد در تشخیص پزشکی و درمان بیماران است، که دز تابشی نسبتاً بالایی را برای بیمار و پرسنل به همراه دارد. در این بخش‌ها، در حال حاضر استفاده از حفاظ‌های سقفی، پاراوان‌های شفاف و عینک‌های ساخته شده از شیشه‌های سرب‌دار برای حفاظت پرتویی پرسنل کاربرد بسیاری یافته‌اند. در این مطالعه از کد شبیه‌ساز مونت کارلو MCNPX برای طراحی حفاظ‌های شفاف و عاری از سرب با قابلیت استفاده برای حفاظت پرتویی استفاده شده است. به این منظور، دو نوع شیشه فسفاتی حاوی درصدهای مختلفی از مواد سنگین شبیه‌سازی شده و از نظر توان تضعیف فوتون‌ها با انرژی‌های مختلف با یکدیگر مقایسه شدند. پس از شبیه‌سازی شیشه‌های مختلف، ضرائب تضعیف جرمی هر نمونه برای فوتون‌های تک انرژی محاسبه گردید. پس از آن با شبیه‌سازی طیف‌های اشعه ایکس مورد استفاده در آنژیوگرافی، ضخامت لایه‌های نیمه‌کننده اول و دوم برای هر طیف محاسبه گردید. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که مقادیر شبیه‌سازی شده‌ ضریب تضعیف جرمی شیشه‌ها، تطابق خوبی را با نتایج XCOM نشان می‌دهد. بر طبق نتایج، شیشه‌های عاری از سرب طراحی شده توان تضعیف قابل مقایسه‌ای با حفاظ‌های سرب‌دار دارند که می‌توانند به‌عنوان جایگزین مناسبی برای شیشه‌های سرب‌دار استفاده شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the shielding properties of leaded and lead-free phosphate glass against photons using MCNPX Monte Carlo code

نویسندگان [English]

  • Masoomeh Pooladi 1
  • Sedigheh Sina 1 2
  • Mehrnoosh Karimipourfard 1
  • Zahra Rakeb 1
  • Sarina Noorzadi 3
1 Nuclear Engineering Department, School of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Nuclear Engineering Department, School of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran|Radiation Research Center, Shiraz University, Shiraz, Iran
3 Università di Bologna, Italy
چکیده [English]

Today, the use of lead-containing glasses and heavy transparent shields in various medical applications of radiation, including diagnostic radiology procedures, especially in angiography departments, has become very popular. In such departments, roof shields, transparent shields, and glasses made of lead glass are widely used for the radiation protection of personnel. In this study, the MCNPX Monte Carlo simulation code was used to design transparent and lead-free shields that can be used for radiation protection. For this purpose, two types of phosphate glass containing different percentages of heavy materials were simulated and compared with each other in terms of attenuation coefficients of photons with different energies. After simulating different glass types, the mass attenuation coefficients of each sample were calculated for single-energy photons. After that, by simulating the X-ray spectra used in angiography, the thicknesses of the first and second half-value layers were calculated for each spectrum. The results of this study show that the simulated values of the mass attenuation coefficient of glass types show good agreement with the results of XCOM. According to the results, the designed lead-free glass types have an attenuation comparable to leaded shields, which can be used as a suitable alternative to leaded glass types.

کلیدواژه‌ها [English]

  • radiology
  • lead glass
  • lead-free glass
  • Monte Carlo
  • radiation protection
  1. K. Doi. Current status and future potential of computer-aided diagnosis in medical imaging. British J. Radiol. 6 (4) (2014) 33-38.
  2. A. J. Einstein, K. W. Moser, R. C. Thompson, M. D. Cerqueira, M. J. Henzlova. Radiation dose to patients from cardiac diagnostic imaging. Circulation 116 (11) (2007) 29-35.
  3. F. A. Stewart, A. V. Akleyev, M. Hauer-Jensen, J. H. Hendry, N. J. Kleiman, T. J. Macvittie, W. H. Wallace. ICRP publication 118: ICRP statement on tissue reactions and early and late effects of radiation in normal tissues and organs–threshold doses for tissue reactions in a radiation protection context. Ann. ICRP 41(1-2) (2012) 1-322.
  4. T. J. Boal, M. Pinak. Dose limits to the lens of the eye: International Basic Safety Standards and related guidance. Ann. ICRP44 (1 suppl) (2015) 112-117.
  5. E. Carinou. IAEA Tec Doc-1731 ‘Implications for occupational radiation protection of the new dose limit for the lens of the eye’. Radiat. Prot. Dosimetry 171 (4) (2016) 554-556.
  6. A. Ramazani-Moghaddam-Arani, M. Esmaeili. Preparation and characterization of Epoxy/Lead oxide nano-composite for shield against gamma and X-rays. Radiation Safety and Measurement, 7(5) (2018) 1-8.
  7. S. A. Hashemi, S. M. Mousavi, R. Faghihi, M. Arjmand, S. Sina, A. M. Amani. Lead oxide-decorated graphene oxide/epoxy composite towards X-Ray radiation shielding. Radiat. Phys. Chem. 146 (2018) 77-85.
  8. S. M. J. Mortazavi, M. Kardan, S. Sina, H. Baharvand, N. Sharafi. Design and fabrication of high-density borated polyethylene nanocomposites as a neutron shield. Int. J. Radiat. Res. 14 (4) (2016) 379-383.
  9. M. Zehtabian, E. Piruzan, Z. Molaiemanesh, S. Sina. Design of light multi-layered shields for use in diagnostic radiology and nuclear medicine via MCNP5 Monte Carlo code. Iranian J. Med. Phys. 12 (3) (2015) 223-228.
  10. S. Sarshough, K. Hadad, R. Faghihi, M. Zebarjad, M. H. Moghim. Application of characteristic X-rays to measure linear attenuation coefficient of nano-composites used in shielding. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 7 (3) (2018) 5-10.
  11. N. Asari-shik, L. Gholamzadeh, M. Khajeh-Aminian, M. E. Fazilat-Moaddeli. Study the attenuation ability of the composites containing micro and nano-sized tungsten oxide and lead oxide as diagnostic X-ray shields. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 6 (3) (2017) 15-22.
  12. S. R. Hashemi, M. Tajik, E. Asadi-Amirabadi. Design and manufacture of composite flexible shield for neutron-gamma mixed fields. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 8 (2) (2019) 25-34.
  13. S. Afkhami-Namila, S. Malekie, S. Kashian, M. Kheradmand-Saadi. Protective evaluation of Polyethylene-Bismuth Oxide composite for use in dental radiography centers. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 11 (5) (2023) 57-60.
  14. M. Dejangah, M. Ghojavand, R. Poursalehi, R. Gholipour Peyvandi. Study gamma radiation protection properties of silicon rubber-bismuth oxide nanocomposites: synthesis, characterization and simulation. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 5(4) (2016) 37-46.
  15. M. Zarei, S. Sina, S. A. Hashemi. Superior X-ray radiation shielding of biocompatible platform based on reinforced polyaniline by decorated graphene oxide with interconnected tungsten–bismuth–tin complex. Radiat. Phys. Chem. 188 (2021) 109588.
  16. M. Saeedi-Moghadam, M. Tayebi, N. Chegeni, S. Sina, T. Kolayi. Efficiency of non-lead and lead thyroid shields in radiation protection of CT examinations. Radiat. Phys. Chem. 180 (2021) 109265.
  17. A. Aghaz, R. Faghihi, S. Mortazavi, A. Haghparast, S. Mehdizadeh, S. Sina. Radiation attenuation properties of shields containing micro and Nano WO3 in diagnostic X-ray energy range. Int. J. Radiat. Res. 14 (2) (2016) 127-131.
  18. S. A. Hashemi, M. Karimipourfard, S. M. Mousavi, S. Sina, S. Bahrani, N. Omidifar, S. Ramakrishna, M. Arjmand. Transparent sodium polytungstate polyoxometalate aquatic shields toward effective X-ray radiation protection: Alternative to lead glasses. Mater. Today Commun. 31 (2022) 103822.
  19. R. Bagheri, T. Tohidi. Gamma ray shielding study of barium-bismuth-borosilicate glasses. Iranian J. Radiat. Safety Measurement 11 (5) (2023) 113-116.
  20. G. Berkin. Lead free X-ray shielding glass. Int. J. Acad. Res. 5 (5) (2013) 29-34.
  21. K. Won-In, N. Sirikulrat, P. Dararutana. Radiation shielding lead-free glass based on barium-bearing glass using Thailand quartz sands. Adv. Mater. Res. 214 (2011) 207-211.