بررسی اثر غلظت نانو ذرات اکسید روی (ZnO) در پلی‌اتیلن بر روی ضریب عبور حفاظ پرتوهای گامای حاصل از چشمه‌های 241Amو 137Cs

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فیزیک و مهندسی هسته‌ای، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، سمنان، ایران

10.22052/rsm.2026.257034.1136

چکیده

اخیراً در بین پژوهشگران تلاش برای ساخت حفاظ‌های غیر سربی به دلیل وزن پایین و غیر سمی بودن آن اهمیت پیدا کرده است. در این پژوهش تلاش کردیم تا با ساخت حفاظ‌های نانوکامپوزیتی به دلیل سبکی، قیمت مناسب و غیر سمی بودن آن، جایگزینی مناسب برای حفاظ‌های سربی قرار دهیم. در این راستا ابتدا پلیمر پلی‌اتیلن با چگالی( g/cm3923/0) (LDPE) با حلال زایلین به صورت محلول ذوب کرده و پس از تبخیر کامل حلال در دمای محیط، پلی‌اتیلن را به صورت پودر به دست آوردیم. سپس به روش مخلوط سازی با غلظت‌های مختلف درصد وزنی نانوذرات اکسید روی در دو حالت جرم و حجم ثابت ترکیب کردیم. سپس با دستگاه پرس تحت فشار, قرص هایی با ابعاد مختلف ساختیم. قرص های ساخته شده را در معرض دو چشمه‌ی 241Am MeV) 059/0) و 137Cs (MeV 662/0) قرار دادیم. سپس با آشکارساز سوسوزن NaI(Tl)، شدت پرتوهای فرودی را اندازه‎‌گیری کردیم. با استفاده از داده‌های XCOM ضریب تضعیف خطی کل µƖ, HVL وMFP را به روش تحلیلی به دست ‌آوردیم. نتایج همخوانی خوبی بین داده‌های XCOM و تجربی نشان می‌دهد. همچنین نتایج داده‌های محاسبه شده تجربی و تئوری نشان می‌دهد, نانوذرات اکسیدروی با داشتن عدد اتمی و چگالی کمتر از سرب برای انرژی‌های پایین‌تر می‌تواند عملکرد حفاظتی مناسبی را از خود نشان دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of ZnO Nano particle Concentration in Polyethylene on the Gamma-Ray Transmission Coefficient from 241Am and 137Cs Sources

نویسندگان [English]

  • Somaye Salari
  • Hussain Tavakoli Anbaran
Faculty of Physics and Nuclear Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Semnan, Iran
چکیده [English]

In recent years, increasing attention has been paid to the development of lead-free shielding materials due to the high density and toxicity of lead. In this study, polyethylene-based nanocomposite shields were fabricated using ZnO nanoparticles, taking advantage of their light weight, low cost, and non-toxic nature as potential alternatives to lead shields. Low-density polyethylene (LDPE) with a density of 0.923 g/cm³ was first dissolved in xylene, and after complete solvent evaporation at room temperature, powdered polyethylene was obtained. ZnO nanoparticles were added in various weight concentrations under two different conditions: fixed mass and fixed volume. The mixtures were compressed into discs using a hydraulic press. These discs were then exposed to two gamma-ray sources: 241Am (0/059 MeV) and 137Cs (0/662 MeV). The incident gamma-ray intensity was measured using a NaI(Tl) scintillation detector. The linear attenuation coefficient (μ), half-value layer (HVL), and mean free path (MFP) were also analytically calculated using XCOM database. The results showed good agreement between theoretical (XCOM) and experimental values. It was also observed that ZnO nanoparticles, due to their relatively high atomic number and lower density compared to lead, offer promising shielding performance, particularly at lower photon energies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • radiation shielding
  • gamma rays
  • nanocomposite
  • polyethylene
  • ZnO nanoparticles