Injerto de arcilla roja con nanopartículas de Bi2O3 en resina epoxi para gamma

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 5472 (2023) Citar este artículo

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Desarrollamos nuevos compuestos para aplicaciones de blindaje de fotones. El composite se preparó con resina epoxi, arcilla roja y nanopartículas de óxido de bismuto (Bi2O3 NPs). Para establecer qué proporción de arcilla roja a NP de Bi2O3 proporciona las mejores capacidades de protección, se probaron varias proporciones diferentes de arcilla roja a NP de Bi2O3. El factor de transmisión (TF) se calculó para dos espesores diferentes de cada muestra. A partir de los datos de TF, encontramos que los materiales de resina epoxi tienen una alta capacidad de atenuación a baja energía. Para muestra ERB-10 (40% Epoxi + 50% Arcilla roja + 10% Bi2O3 NPs), los valores de TF son 52,3% y 14,3% para espesores de 0,5 y 1,5 cm (a 0,06 MeV). El composite que contiene la máxima cantidad de nanopartículas de Bi2O3 (40% Epoxi + 50% Arcilla roja + 10% Bi2O3 NPs, codificado como ERB-30) tiene un TF más bajo que los demás composites. Los datos de TF demostraron que ERB-30 es capaz de producir una atenuación más eficaz de los rayos gamma. También determinamos el coeficiente de atenuación lineal (LAC) para los compuestos preparados y encontramos que el LAC aumenta para una energía dada en proporción a la relación Bi2O3 NP. Para el ERB-0 (NPs de Bi2O3 libres), el LAC a 0,662 MeV es de 0,143 cm-1 y aumenta a 0,805 cm-1 cuando se añade un 10% de NPs de Bi2O3 al compuesto de resina epoxi. Los resultados de la capa de valor medio (HVL) mostraron que el espesor necesario para proteger los fotones a su mitad de intensidad puede reducirse significativamente aumentando la fracción de peso de las NP de Bi2O3 en el compuesto de resina epoxi de 0 a 30 %. Los HVL para ERB-20 y ERB-30 se compararon con otros materiales como (epoxi como material de matriz y Al2O3, Fe2O3, MgO y ZrO2 como óxidos de relleno en la matriz a 0,662 MeV. Los valores de HVL para ERB-20 y ERB -30 son 4.385 y 3.988 cm y esto es menor que todos los polímeros epoxi seleccionados.

El desarrollo de aplicaciones que hacen uso de fuentes de radiación ha aumentado significativamente junto con el aumento general del nivel de sofisticación técnica. Los rayos gamma y X son ejemplos de tipos de radiación ionizante que se utilizan ampliamente en una variedad de disciplinas, como la generación de energía nuclear, el diagnóstico por imágenes, el tratamiento hospitalario, la agricultura, la investigación académica y otros sectores. Aunque la radiación tiene muchas aplicaciones, especialmente dentro de la profesión médica, es un hecho bien conocido que la exposición prolongada a la radiación puede tener un impacto negativo tanto en la salud de los seres humanos como en la de otros seres vivos1,2,3,4. Debido a las extraordinarias cualidades de blindaje que proporcionan el plomo y los materiales que contienen plomo, históricamente el plomo y los compuestos que contienen plomo se han utilizado ampliamente en el campo de la protección radiológica. Sin embargo, el plomo es un químico peligroso. Como consecuencia directa de esto, el avance y la investigación de compuestos prácticos no tóxicos para su uso en protección contra la radiación es actualmente más importante que nunca5,6,7. Los investigadores están haciendo un gran esfuerzo para desarrollar nuevos materiales con cualidades eficientes de protección contra la radiación. Algunos ejemplos de estos nuevos materiales incluyen cerámica, aleaciones, vidrios, materiales de construcción y compuestos poliméricos. Al cambiar la composición de los materiales ya existentes, también se pueden fabricar nuevos materiales de blindaje8,9,10,11. Según los estudios, agregar nanopartículas a materiales específicos puede aumentar su potencial para proteger12,13.

Por otro lado, debido a su especial combinación de cualidades, la resina epoxi es una sustancia útil y significativa en muchos sectores. Una de las características más significativas de la resina epoxi es su alta resistencia y durabilidad. También tiene capacidades superiores de aislamiento eléctrico, alta estabilidad térmica y buena resistencia a los productos químicos. Debido a su combinación distintiva de características, las resinas epoxi se utilizan en una variedad de industrias. Las resinas epoxi se utilizan con frecuencia en las siguientes industrias: construcción, ingeniería civil (para reparar y reforzar estructuras de hormigón), odontología y ortopedia, así como industrias eléctricas y electrónicas. La resina epoxi se puede utilizar como matriz para formar compuestos que contienen nanopartículas para mejorar las capacidades de blindaje en el campo de la protección contra la radiación14,15,16. Las nanopartículas formadas por óxido de bismuto (Bi2O3) se emplean con frecuencia en la protección contra la radiación debido a su combinación especial de características, que les permite absorber la radiación de manera eficaz. Estudios recientes han demostrado que la capacidad de protección contra la radiación de los materiales que contienen nanopartículas de Bi2O3 es superior a la del Bi2O3 a granel en términos de eficiencia y eficacia17,18,19. Bi2O3 tiene un alto punto de fusión, lo que le permite permanecer estable incluso cuando se somete a altas temperaturas y lo hace apropiado para su uso en una amplia variedad de contextos. Bi2O3 es una sustancia que, en comparación con otros compuestos utilizados para la protección contra la radiación, como el plomo, generalmente no es tóxico. El Bi2O3 es una alternativa rentable para el blindaje contra la radiación porque es relativamente económico en comparación con otros materiales que se utilizan en la industria20,21,22,23,24,25.

La arcilla roja es una sustancia natural que consiste principalmente en silicatos de aluminio hidratados. Es posible aumentar las cualidades mecánicas del material compuesto incorporando arcilla roja a una matriz epoxi. Las partículas de arcilla tienen el potencial de servir como rellenos de refuerzo, lo que dará como resultado un aumento en la resistencia y rigidez del compuesto. La estabilidad térmica, la resistencia a las llamas y las cualidades de aislamiento eléctrico del material compuesto pueden mejorarse mediante la inclusión de arcilla. Se han realizado investigaciones sobre el uso de compuestos de arcilla roja y epoxi para diversos fines, como la prevención de interferencias electromagnéticas, la gestión de la energía térmica y la protección contra la radiación. Por lo tanto, agregar arcilla roja y nanopartículas de Bi2O3 a una matriz epoxi puede mejorar las características físicas, térmicas y eléctricas del material compuesto, lo que lo convierte en un material potencialmente útil para la protección contra la radiación13,26,27. En este trabajo, se prepararon cuatro muestras basadas en resina epoxi como material de matriz y arcilla roja, así como Bi2O3-NP como materiales de relleno y se estudió el rendimiento de protección de fotones para estos materiales. El estudio se aplicó experimentalmente utilizando germanio de alta pureza (detector HPGe) y diferentes fuentes radiactivas. El coeficiente de atenuación lineal (LAC) se determinó experimentalmente en 0,06, 0,662, 1,173 y 1,333 MeV para todas las muestras de epoxi. Se calcularon los otros parámetros de blindaje como HVL, ruta libre media (MFP) y capa de valor décimo (TVL).

Se utilizó resina epoxi (ER) con densidad de 1,05 g/cm3, resistencia a la compresión de 90 a 100 N/mm2, resistencia a la tracción de 20 a 30 N/mm2 y resistencia a la flexión de 55 a 70 N/mm2 como material líquido viscoso de matriz28,29. La fórmula molecular de ER es C21H25ClO5, y el ER consta de dos materiales que se denominan material epoxi básico y el endurecedor, la combinación entre ellos da el ER. En el presente trabajo, el material líquido endurecedor se agrega al compuesto en un porcentaje del 5% del material epoxi básico agregado30,31,32.

La arcilla roja se recolectó en Asuán, en el sur de Egipto. Era un agregado fino y grueso juntos, por lo que el agregado se trituró más y se tamizó con un tamiz de 60 micras y se secó bajo la influencia de una temperatura de 110 °C durante dos horas. La arcilla roja fue analizada por sus componentes y porcentajes usando análisis EDX, como se muestra en la Fig. 1. La figura muestra los componentes de la arcilla roja y su alto contenido de alúmina "Al2O3" y sílice además de algunos otros elementos, como se muestra en la Tabla 1. La arcilla roja contribuyó al compuesto por dos razones importantes. La primera razón es que el óxido de bismuto no precipita en el fondo de la mezcla debido a su alta densidad. La segunda razón es que no se forman burbujas en la mezcla durante la preparación. Esto se suma al porcentaje de aluminio, que a su vez actúa sobre la cohesión y la fuerza de la mezcla.

Análisis EDX de arcilla roja.

Las Bi2O3-NP se adquirieron de Nano-Gate Chemical Company, que las preparó químicamente33. El polvo de Bi2O3 NPs fue escaneado por TEM para averiguar el tamaño de partícula promedio (promedio de 20 ± 5 nm) como se muestra en la Fig. 2a, además del análisis XRD para probar la estructura cristalina y de Bi2O3-NPs como se muestra en la Fig. 2b , donde el patrón de difracción de rayos X de los materiales Bi2O3 mostró picos de reflexión con un ángulo de 31.923°. Todos los picos de reflexión se pueden indexar bien a la fase tetragonal pura del Bi2O3 cristalino, que corresponde bien a la estructura del trióxido de bismuto. Los amplios picos de reflexión indican que el material es una estructura nanocristalina y el tamaño de las NP de Bi2O3 es de unos 20 nm, lo que indica que el producto consta de nanocristales de forma esférica. La razón para elegir las NP de Bi2O3 como relleno es que, además de la alta densidad de las NP de Bi2O3, tiene un alto punto de absorción (borde k) con una energía de 88 keV, lo que afecta la tasa de absorción en esta región, así como la distribución. de nanopartículas dentro de la mezcla.

(a) imagen TEM de nanopartículas de Bi2O3 y (b) XRD de nanopartículas de WO3.

Se investigaron cuatro muestras de epoxi ERB-0, ERB-10, ERB-20 y ERB-30 según los porcentajes tabulados en la Tabla 2. Cada compuesto se pesó y se colocó en un recipiente adecuado, y el compuesto se agitó hasta que se volvió más homogéneo. El compuesto homogéneo luego se colocó en moldes de plástico y se dejó secar durante dos días. Las muestras de epoxi preparadas se extrajeron de los moldes y los coeficientes de atenuación se calcularon de acuerdo con la sección a continuación. Las muestras preparadas tenían forma de disco con un diámetro de 2 cm y diferentes espesores de 0,5, 1 y 1,5 cm y se midieron experimentalmente usando el colimador para obtener un haz incidente estrecho. La densidad se calculó mediante la ecuación \(\rho =M/V\), donde M es la masa del compuesto y se ponderó en una balanza electrónica sensible de 0,001 g y V es el volumen de la muestra y se calculó mediante \(4/3\). pi {r}^{3}\), donde r es el radio de la muestra del disco.

Los parámetros de protección contra la radiación para los compuestos epoxi presentes se midieron experimentalmente con un detector HPGe (con eficiencia relativa del 24 % y 1,93 keV a una resolución de energía de 1333 keV) y Co-60 (desintegrado con dos energías 1,173 y 1,333 MeV), Am-241 (desintegrado con una energía de 0,060 MeV) y Cs-137 (descompuesto con una energía gamma de 0,662 MeV) tres fuentes puntuales de rayos γ. La fuente se colocó axialmente a 20 cm de altura desde la parte superior del detector, y el colimador de material de plomo con un diámetro interno y externo de 8 y 70 mm, respectivamente, se utilizó entre el detector y la fuente para obtener un haz estrecho. La configuración de fuente-colimador-detector se muestra en la Fig. 3. Después de la calibración del detector, el detector se ejecutó en un momento determinado (suficiente para obtener un error en el área del pico inferior al 1%) y el pico relacionado con la energía del fotón incidente se producirá utilizando Software Genei-2000 conectado al detector. A partir del pico obtenido, se puede estimar el área bajo este pico (A0). Para obtener el LAC a esta energía, la muestra se colocará entre el detector y la fuente como se muestra en la Fig. 3, la corrida se realizará al mismo tiempo y se calculará el área bajo el pico (A).

La geometría de cálculo de atenuación experimental en el trabajo actual.

El factor de atenuación lineal puede definirse como la probabilidad de interacción de los fotones a través de cierto espesor de muestra y estimarse experimentalmente conociendo los valores de Área con absorbente (A) y Área sin absorbente (A0) utilizando la siguiente relación34,35,36:

donde, \(x\) es el grosor o la altura de la capa de la presente muestra de epoxi. Además, el factor de transmisión (TF) que se define como el porcentaje de la intensidad del fotón de rayos gamma en la pretensión y la ausencia de la muestra de epoxi (\(I/{I}_{0}\)) y debe ser evaluado por la siguiente ecuación37,38,39:

El HVL (el espesor requerido para absorber la intensidad del fotón en un 50%), MFP (la longitud del camino del fotón sin interacción) y RSE (la eficiencia de protección contra la radiación y mide la eficiencia de los materiales epoxi para la capacidad de atenuación) son coeficientes importantes y su evaluación. da indicaciones esenciales de la capacidad del material epoxi para absorber los rayos gamma. Los resultados de las mismas se estimaron mediante las siguientes relaciones40,41,42:

Esta sección presenta las características de atenuación medidas y analiza el impacto de alterar los compuestos de resina epoxi de polímeros con diversas cantidades de arcilla roja y nanopartículas (NP) de Bi2O3. En el trabajo actual, se han realizado evaluaciones experimentales de los parámetros de blindaje, incluido el factor de transmisión (TF), los coeficientes de atenuación lineal y lineal. A partir de los resultados, podemos examinar el impacto del espesor de los compuestos preparados ERB-0, -1, ERB-20 y ERB-30 en el TF. Además, podemos comprender el impacto de cambiar la cantidad de arcilla roja y NP de Bi2O3 en el LAC (y los otros parámetros de blindaje). Es importante recordar que un aumento en la proporción de NP de Bi2O3 a expensas de la arcilla roja en el compuesto conduce a un aumento en la densidad del compuesto neto.

El factor de transmisión, o TF, es un método estándar para estimar la cantidad específica de fotones que pueden pasar a través del atenuador. Proporciona una medida de la cantidad total de fotones que las muestras compuestas tienen el potencial de absorber, reflejar o dispersar. Pudimos determinar la TF para los compuestos ERB-0, ERB-10, ERB-20 y ERB-30 a las energías estudiadas (entre 0,06 y 1,333 MeV) utilizando las intensidades de los fotones que entraban y salían la muestra. Estudiamos la relación entre TF para los materiales preparados con el espesor en la Fig. 4a,b. En la Fig. 4a mostramos los resultados para un espesor de 0,5 cm, donde las mediciones se realizaron en ausencia y presencia de absorbente epoxi de 0,5 cm, mientras que en la Fig. 4b mostramos los resultados para un espesor de 1,5 cm. La muestra ERB-30 tenía el TF más bajo con la energía más baja, que era de 0,06 MeV. Tenía un valor de 22,7% cuando el espesor era de 0,5 cm y tenía un valor de 1,2% cuando el espesor era de 1,5 cm. A partir de los datos de TF, se puede inferir que los materiales de resina epoxi tienen una alta capacidad de atenuación a baja energía. De la Fig. 4a, el TF para la muestra ERB-10 a 0,06 MeV es 52,3 %, lo que implica que solo el 52,3 % de los fotones entrantes pueden atravesar esta muestra porque puede proteger el 47,7 % de ellos. Podemos ver en las Fig. 4a yb que el TF se reduce a medida que aumenta el espesor. Para decirlo de otra manera, la cantidad de rayos gamma que pueden atravesar el escudo en cualquier grosor dado cae de manera exponencialmente proporcional al grosor del escudo. Por ejemplo, para ERB-10, los valores de TF son 52,3% y 14,3% para espesores de 0,5 y 1,5 cm (a 0,06 MeV). Para la misma muestra y para estos dos espesores seleccionados, los valores de TF a 0,662 MeV son 93 y 85,5%. Este patrón se puede resumir de la siguiente manera: cuanto más grueso es el compuesto de resina epoxi, más radiación gamma absorben los escudos antes de que puedan pasar al lado opuesto. La cantidad de átomos que deben atravesar los fotones a medida que aumenta el grosor del escudo aumenta la probabilidad de que sean absorbidos, lo que hace que el TF caiga.

(a) El factor de transmisión para los compuestos preparados con un espesor de 0,5 cm. (b) El factor de transmisión para los compuestos preparados con un espesor de 1,5 cm.

Además de esto, se ha observado que la TF de la muestra ERB-30 es significativamente menor que la TF de los otros composites. El mayor porcentaje de nanopartículas de Bi2O3 en el composite ERB-30 es la causa de la menor TF que posee. Esto demuestra que ERB-30 es capaz de producir una atenuación más eficaz de los rayos gamma. Además, los datos de TF demuestran que para 1,173 y 1,333 MeV, todos los nanocompuestos fabricados tienen valores altos de TF. Esto se muestra para todos los compuestos. Esto demostró que todos estos diferentes tipos de materiales son más efectivos que otros para reducir los fotones de baja energía.

A partir de la TF y el espesor, y con la ayuda de la ley de Lambert-Beer, evaluamos el coeficiente de atenuación lineal para cada compuesto. En la Fig. 5, mostramos el LAC a 0,060 MeV y la densidad para cada compuesto. Está claro que ambos parámetros están aumentando en la Fig. 5, lo que confirma el aumento en el LAC para los nanocompuestos preparados con el aumento de la densidad. En otras palabras, cuando un compuesto es más denso, indica que contiene una mayor cantidad de átomos empaquetados en un volumen dado; como resultado, existe una mayor probabilidad de que los rayos gamma sean absorbidos por el material compuesto. Por lo tanto, a medida que crece la densidad del compuesto, la probabilidad de absorción aumenta mientras que la probabilidad de transmisión disminuye (como encontramos en las curvas anteriores); esta es la razón por la cual el LAC aumenta a medida que aumenta la densidad del compuesto actual.

La relación entre el coeficiente de atenuación lineal y la densidad de los compuestos preparados a 0,06 MeV.

Las variaciones del LAC a 0,662, 1,173 y 1,333 MeV para los compuestos ERB-0, ERB-10, ERB-20 y ERB-30 se representan en la Fig. 6. El LAC aumenta para una energía dada en proporción al Bi2O3 Nps relación. Numéricamente, para el ERB-0 (NP de Bi2O3 libres), el LAC a 0,662 MeV es de 0,143 cm−1, y este parámetro aumenta a 0,805 cm−1 cuando se agrega el 10 % de las NP de Bi2O3 al compuesto de resina epoxi. A 0,662 MeV, se encuentra el LAC máximo para ERB-30 (equivalente a 0,862 cm−1). Por lo tanto, a 0,662 MeV, aumentar el contenido de NP de Bi2O3 en un 30% conduce a una mejora de 6 veces en LAC. A 1,173 MeV, el LAC aumenta de 0,046 cm−1 (para NP de Bi2O3 libres) a 0,854 cm−1. De acuerdo con estos valores, se concluyó que el aumento de la proporción de material dopado (es decir, NP de Bi2O3) en un 30 % condujo a una mejora en la atenuación de los rayos gamma. El LAC alcanzó su mejor valor en el escenario en el que el 30% del compuesto estaba compuesto por NP de Bi2O3 (es decir, para el compuesto ERB-30).

El coeficiente de atenuación lineal para los compuestos preparados.

Las capas de valor medio y décimo se representan en las Figs. 7 y 8 como funciones de la energía gamma. El TVL y HVL del material de blindaje son los principales indicadores de la eficacia protectora y por esta razón se han analizado en el presente estudio. Cuanto menor sea el HVL, menos material se necesita para atenuar los fotones a la mitad de su intensidad inicial. A 0,06 MeV, se registró el HVL más bajo para los ERB-0, ERB-10, ERB-20 y ERB-30 que se probaron. El HVL para esa energía en particular varía de 0,234 cm para el compuesto ERB-30 a 1,420 cm para el compuesto ERB-0. Este hallazgo sugiere que el espesor necesario para proteger los fotones a su mitad de intensidad puede reducirse significativamente aumentando la fracción de peso de las NP de Bi2O3 en el compuesto de resina epoxi de 0 a 30 %. La efectividad de elevar la relación Bi2O3 NPs en la reducción de la HVL de los compuestos presentes disminuye hacia las otras energías seleccionadas en este trabajo. La razón de esto es que a medida que aumenta la energía de los rayos gamma, la longitud de onda disminuye, dando como resultado una mayor capacidad para penetrar a través de los compuestos presentes. Por ejemplo, la radiación con energía de 0,662 MeV se puede atenuar al 50% de su nivel original utilizando un espesor de escudo de 5,271 y 3,988 cm del ERB-0 y REB-30 respectivamente.

La capa de valor medio para los composites preparados.

La décima capa de valor para los composites preparados.

La misma relación entre la capacidad de blindaje y la proporción de NP de Bi2O3 se puede ver en la Fig. 8. Esta figura muestra que al aumentar la proporción de NP de Bi2O3 de 0 a 30 % se produce una reducción en el TVL de 4,717 a 0,776 cm a 0,06 MeV y de 17,51 a 13,249 cm a 0,662 MeV. Se puede llegar a la conclusión de que los compuestos de resina epoxi reforzados con nanopartículas de Bi2O3 tienen el potencial de convertirse en un material de protección prometedor. Este tipo de compuesto tiene los beneficios de los elementos constituyentes de alto Z, como el bismuto, pero no utiliza plomo. Además, debido a la densidad de masa muy baja del compuesto probado, la toxicidad extremadamente baja y la excelente conformabilidad, sus capacidades de protección tienen un gran potencial para su uso en el sector de la salud.

Es necesario determinar el MFP en el material de blindaje para lograr un nivel más profundo de comprensión sobre el rendimiento de atenuación del material de blindaje en relación con el espesor de blindaje necesario. Los resultados de los cálculos para el MFP que se realizaron con el LAC se muestran en la Fig. 9. Debido a que está conectado con un MFP más corto, el material con el mayor porcentaje de peso de material dopado demuestra una capacidad cada vez mayor para protegerse de los rayos gamma. . Cuanto mayor sea la energía incidente, más tiempo viajará el rayo gamma a través del material de protección antes de que se reduzca su fuerza. Es importante tener en cuenta que la eficacia de blindaje del compuesto mejora cuando la proporción en peso de Bi2O3 NP en el compuesto aumenta de 0 a 30 %. Numéricamente, el MFP se reduce de 2,048 cm para ERB-0 a 0,337 cm para ERB-30 a 0,06 MeV. Para los mismos compuestos, el MFP se reduce de 7,605 a 5,754 cm a 0,662 MeV. Este hallazgo indicó que las muestras fabricadas con un alto nivel de Bi2O3 NP tienen una aplicabilidad prometedora, en particular para los sectores médico y espacial, los cuales deberían apuntar a reducir el espesor del escudo.

El camino libre medio para los compuestos preparados.

Comparamos el HVL para ERB-20 y ERB-30 con otros materiales a 0,662 MeV, como E-15 % Al2O3 (85 % epoxi + 15 % Al2O3), E-15 % Fe2O3 (85 % epoxi + 15 % Fe2O3), E-nMgO20 (80 % epoxi + 20 % NP de MgO), (70 % epoxi + 30 % de NP de MgO), EBZ-30 (55 % epoxi + 15 % B2O3 + 30 % ZrO2), EBZ-40 (45 % epoxi + 15 % B2O3 + 40 % ZrO2), EMW-20 (50 % Epoxi + 30 % Residuos de mármol + 20 % WO3) y MW-20 (50 % Epoxi + 25 % Residuos de mármol + 25 % WO3). Los valores de HVL para ERB-20 y ERB-30 son 4,385 y 3,988 cm y esto es más bajo que todos los polímeros seleccionados que se muestran en la Fig. 10. EBZr-40 muestra una HVL cercana con ERB-20. Mientras que, de la Fig. 11, podemos ver que los TVL para ERB-20 y ERB-30 a 0,06 y 1,173 MeV son más pequeños que los TVL para EMW-20 (epoxi + mármol residual + 20 % nano WO3) y EMW-25 (epoxi + mármol residual + 25 % nano WO3 Finalmente, se calculó el espesor equivalente de plomo de las muestras de epoxi preparadas a través de la ecuación encontrada en la literatura43 como se muestra en la Fig. 12. Los resultados mostraron que el espesor de 5 cm de la mezcla ERB-30 (que es el compuesto atenuante más alto en este trabajo) equivale aproximadamente a 1 cm de plomo (Pb) en la atenuación a una energía de 1.333 MeV, mientras que a energías menores como 0.060 MeV vemos que un espesor de 5 cm de mezcla ERB-30 equivale aproximadamente a 0,3 cm de plomo.

La capa de valor medio para los compuestos preparados a 0,662 MeV en comparación con otros materiales.

La décima capa de valor para los composites preparados en comparación con otros materiales.

Espesor equivalente de plomo para los compuestos epoxi preparados.

Se informó el rendimiento de protección contra la radiación de la resina epoxi recientemente desarrollada con varios contenidos de arcilla roja y NP de Bi2O3. Discutimos el impacto del espesor de los compuestos preparados, así como el impacto de cambiar la cantidad de arcilla roja y Bi2O3 NP en los parámetros de protección contra la radiación para los compuestos actuales. Encontramos que la muestra ERB-30 tenía el TF más bajo a 0,06 MeV (22,7 % para un espesor de 0,5 cm y 1,2 % para un espesor de 1,5 cm). Los datos de TF demostraron que los materiales de resina epoxi tienen una alta capacidad de atenuación a 0,06 MeV. Con respecto al parámetro LAC, encontramos que la incorporación de Bi2O3 NP mejora este parámetro, y el compuesto que contiene 30% de Bi2O3 NP tiene el LAC más alto. A 0,662 MeV, aumentar el contenido de NP de Bi2O3 en un 30 % llevó a una mejora de 6 veces en LAC. Las NP de Bi2O3 también afectaron el TVL, y encontramos que cuando la proporción de NP de Bi2O3 aumenta de 0 a 30%, el TVL cambia de 4,717 a 0,776 cm a 0,06 MeV y de 17,51 a 13,249 cm a 0,662 MeV. A partir de los resultados de MFP, llegamos a la conclusión de que las muestras fabricadas con un alto nivel de Bi2O3 NP tienen una aplicabilidad prometedora, en particular para los sectores médico y espacial, los cuales deberían apuntar a reducir el espesor del escudo.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

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Descargar referencias

Los autores expresan su agradecimiento al Proyecto de Apoyo a los Investigadores de la Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman número (PNURSP2023R2), Universidad Princesa Nourah bint Abdulrahman, Riyadh, Arabia Saudita.

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Alejandría, Alejandría, 21511, Egipto

mohamed. Elsafi

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Princess Nourah Bint Abdulrahman, PO Box 84428, Riyadh, 11671, Arabia Saudita

Aljawhara H. Almuqrin

Departamento de Física Médica, Universidad Umm Al-Qura, Prince Sultan Bin Abdul-Aziz Road, La Meca, Arabia Saudita

Haifa M. Almutairi

Facultad de Ciencias y Profesiones de la Salud, Universidad King Saud Bin Abdulaziz de Ciencias de la Salud, POBox 6664, Hofuf, 31982, Al-Ahsa, Arabia Saudita

Wafa M. Al-Saleh

Centro Internacional de Investigación Médica Rey Abdullah, Hofuf, Al-Ahsa, Arabia Saudita

Wafa M. Al-Saleh

Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Isra, Amman, Jordania

MI Sayyed

Departamento de Investigación de Medicina Nuclear, Instituto de Investigación y Consultas Médicas (IRMC), Universidad Imam Abdulrahman Bin Faisal (IAU), PO Box 1982, Dammam, 31441, Arabia Saudita

MI Sayyed

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Conceptualización: M.Elsafi; MISayyed, Curación de datos: Aljawhara H. Almuqrin, Análisis formal: Haifa M Almutairi, Adquisición de fondos: Wafa M Al-Saleh, Investigación: M.Elsafi, Metodología: MISayyed; M.Elsafi; Administración del proyecto: Haifa M Almutairi; Aljawhara H. Almuqrin, Recursos, Software: Wafa M Al-Saleh, Supervisión: M.Elsafi, MISayyed, Validación: Wafa M Al-Saleh, Visualización: Aljawhara H. Almuqrin; Redacción - borrador original: MISayyed; Wafa M Al-Saleh; Redacción - revisión y edición: Aljawhara H. Almuqrin; M.Elsafi; Haifa M Almutairi.

Correspondencia a Mohamed. Elsafi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Elsafi, M., Almuqrin, AH, Almutairi, HM et al. Injerto de arcilla roja con nanopartículas de Bi2O3 en resina epoxi para aplicaciones de protección contra rayos gamma. Informe científico 13, 5472 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32522-7

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Recibido: 03 febrero 2023

Aceptado: 28 de marzo de 2023

Publicado: 04 abril 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32522-7

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