Оценка эффективности применения многокомпонентных керамик в качестве защитных экранирующих и термобарьерных материалов
DOI:
https://doi.org/10.31489/2025N3/24-35Ключевые слова:
композитные многокомпонентные керамики, экранирующие материалы, термошоковое воздействие, стабилизация, допированиеАннотация
В работе представлены результаты сравнительного анализа экранирующих характеристик многокомпонентных керамик, полученных путем смешивания оксидов TeO2, CeO2, WO3, ZnO, Bi2O3, ZrO2 в различных молярных соотношениях, варьирование которых позволило получить керамики с вариативным фазовым составом. Согласно результатам рентгенофазового анализа, добавление в состав композитных керамик диоксида циркония приводит к формированию моноклинной фазы замещения ZrCeO2, увеличение вклада которой приводит к повышению прочностных свойств за счет изменения концентрации межфазных границ в составе керамик. В ходе проведенных тестовых испытаний на устойчивость к термическим воздействиям, способным привести к дестабилизации кристаллической структуры было установлено, что увеличение вклада ZrO2 в составе керамик приводит к увеличению сопротивляемости к термически – индуцированным процессам разупрочнения, а также повышению стрессоустойчивости керамик при испытаниях на термошоковое воздействие. При определении экранирующих характеристик исследуемых керамик было установлено, что формирование в составе многокомпонентных керамик стабилизирующей фазы ZrCeO2 приводит к увеличению эффективности экранирования, а также стабильности сохранения экранирующих характеристик в результате длительных термических воздействий и термошоковых испытаний. При этом наибольший рост эффективности измеряемых параметров наблюдается в случае оценки теплоизоляционных характеристик, рост которых составляет более чем в 2.5 раза по сравнению с нестабилизированными керамиками, в составе которых отсутствуют включения в виде фазы ZrCeO2.
Библиографические ссылки
Al-Buriahi M.S., Olarinoye I.O., Yılmaz E., Çalıskan F., Sriwunkum C. (2025) Evaluation of the structural and radiation transmission parameters of recycled borosilicate waste glass system: An effective material for nuclear shielding. Annals of Nuclear Energy, 213, 111136. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.111136 DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.111136
Alrowaily A.W., Almuqrin A.H., Sayyed M.I., Albarzan B. (2025) Understanding radiation shielding performance through a comparative study of half value layer in novel and preexisting silicate glasses. Nuclear Engineering and Technology, 57(3), 103268. https://doi.org/10.1016/j.net.2024.10.030 DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2024.10.030
Sayyed M.I., Hamad M.K., Mhareb M.H.A. (2025) Radiation shielding properties for a borosilicate glass: Role of varying PbO. Optical Materials, 159, 116602. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116602 DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116602
Zhang M., Wang K., Cao Z., Yang S., Han Y., Lv H., Jia J. (2025) Environment-friendly glass with high refractive index and radiation resistance. Ceramics International, 51(2), 1978-1987. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.172 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.172
Zughbi A., Kharita M.H., Shehada A.M. (2017) Determining optical and radiation characteristics of cathode ray tubes' glass to be reused as radiation shielding glass. Radiation Physics and Chemistry, 136, 71-74. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.02.035 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.02.035
Sayyed M.I., Kaky K.M., Şakar E., Akbaba U., Taki M.M., Agar O. (2019) Gamma radiation shielding investigations for selected germanate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 512, 33-40. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.014
Madbouly A.M., Alazab H.A., Borham E., Ezz-ElDin F.M. (2021) Study of gamma radiation dosimeter and radiation shielding parameters of commercial window glass. Applied Physics A, 127, 1-14. https://doi.org/10.1007/s00339-021-04889-9 DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-021-04889-9
Shamshad L., Rooh G., Limkitjaroenporn P., Srisittipokakun N., Chaiphaksa W., Kim H. J., Kaewkhao J. (2017) A comparative study of gadolinium based oxide and oxyfluoride glasses as low energy radiation shielding materials. Progress in Nuclear Energy, 97, 53-59. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.12.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.12.014
Sayyed M.I., Mhareb M.H.A., Alajerami Y.S.M., Mahmoud K.A., Imheidat M.A., Alshahri F., Al-Abdullah T. (2021) Optical and radiation shielding features for a new series of borate glass samples. Optik, 239, 166790. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.166790 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.166790
Marltan W., Rao P.V., Klement R., Galusek D., Sayyed M. I., Tekin H.O., Veeraiah N. (2019) Spectroscopic and thermal analysis of lead-free multipurpose radiation shielding glasses. Ceramics International, 45(5), 5332-5338. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.231 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.231
Wu Y., Wang Z. (2024) Progress in ionizing radiation shielding materials. Advanced Engineering Materials, 26(21), 2400855. https://doi.org/10.1002/adem.202400855 DOI: https://doi.org/10.1002/adem.202400855
Mhareb M.H.A., Sayyed M.I., Hashim S., Alshammari M., Alhugail S., Aldoukhi H., Khandaker M.U. (2022) Radiation shielding features for a new glass system based on tellurite oxide. Radiation Physics and Chemistry, 200, 110094. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110094 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110094
Saeed A., El Shazly R.M., Elbashar Y.H., EL-AZM A.A., Comsan M.N. H., El-Okr M. M., Kansouh W.A. (2021) Glass Materials in Nuclear Technology for Gamma Ray and Neutron Radiation Shielding: a Review. Nonlinear Optics, Quantum Optics: Concepts in Modern Optics, 53, 107–159. Available at: https://www.researchgate.net/publication/376409782
Kilicoglu O., Akman F., Ogul H., Agar O., Kara U. (2023) Nuclear radiation shielding performance of borosilicate glasses: Numerical simulations and theoretical analyses. Radiation Physics and Chemistry, 204, 110676. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110676 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110676
Alalawi A., Al-Buriahi M.S., Sayyed M.I., Akyildirim H., Arslan H., Zaid M.H.M., Tonguç B.T. (2020) Influence of lead and zinc oxides on the radiation shielding properties of tellurite glass systems. Ceramics International, 46(11), 17300-17306. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.04.017
Singh V.P., Badiger N.M., Kaewkhao J. (2014) Radiation shielding competence of silicate and borate heavy metal oxide glasses: comparative study. Journal of non-crystalline solids, 404, 167-173. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.08.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.08.003
Cheewasukhanont W., Limkitjaroenporn P., Kothan S., Kedkaew C., Kaewkhao J. (2020) The effect of particle size on radiation shielding properties for bismuth borosilicate glass. Radiation Physics and Chemistry, 172, 108791. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108791 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108791
Abdelghany Y.A., Kassab M.M., Radwan M.M., Abdel-Latif M.A. (2022) Borotellurite glass system doped with ZrO2, potential use for radiation shielding. Progress in Nuclear Energy, 149, 104256. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2022.104256 DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2022.104256
Imheidat M.A., KhHamad M., Naseer K.A., Sayyed M.I., Dwaikat N., Cornish K., .. Mhareb M.H.A. (2022) Radiation shielding, mechanical, optical, and structural properties for tellurite glass samples. Optik, 268, 169774. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169774 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.169774
Temir A., Zhumadilov K.S., Zdorovets М.V., Kozlovskiy A., Trukhanov A.V. (2021) Study of the effect of doping CeO2 in TeO2–MoO–Bi2O3 ceramics on the phase composition, optical properties and shielding efficiency of gamma radiation. Optical Materials, 115, 111037. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111037 DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111037
Alpyssova G.K., Denisov I.P., Bakiyeva Z.K., Kaneva E.V., Domarov E.V., Tussupbekova A.K. (2024) Dependence of the Radiation Synthesis Efficiency of Ceramics Based on Tungstates on the Flow Power. Bulletin of the Karaganda University" Physics Series", 11629(4), 9-19. https://doi.org/10.31489/2024ph4/9-19 DOI: https://doi.org/10.31489/2024ph4/9-19
Belli P., Bernabei R., Borovlev Y.A., Cappella F., Caracciolo V., Cerulli R., Shlegel V.N. (2022) Optical, luminescence, and scintillation properties of advanced ZnWO4 crystal scintillators. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1029, 166400. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166400 DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166400
Nguyen T. N., Thong H.C., Zhu Z.X., Nie J.K., Liu Y.X., Xu Z., Wang K. (2021) Hardening effect in lead-free piezoelectric ceramics. Journal of Materials Research, 36, 996-1014. https://doi.org/10.1557/s43578-020-00016-1 DOI: https://doi.org/10.1557/s43578-020-00016-1
Alzahrani J.S., Alrowaili Z.A., Olarinoye I.O., Sriwunkum C., Kebaili I., Al-Buriahi M.S. (2025) Gamma-radiation insulating performance of AlON-hardened Na2O–Bi2O3–SiO2–BaO–Fe2O3–ZrO2 glasses. Scientific Reports, 15(1), 6537. https://doi.org/10.1038/s41598-025-90902-7 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-90902-7
Sayyed M.I. (2025) Modulation of optical, mechanical and radiation shielding characteristics in TeO₂-B2O3–BaO–CeO₂ glasses with varying CeO₂ level. Optical Materials, 158, 116492. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116492 DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.116492
Almuqrin A.H., Sayyed M.I., Elsafi M. (2025) Experimental investigation for radiation shielding performance of B2O3-TeO2-Bi2O3-ZnO-CaO glass system. Annals of Nuclear Energy, 215, 111276. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111276 DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2025.111276
Al Huwayz M., Almuqrin A.H., Alharbi F.F., Sayyed M.I., Albarzan B. (2025) Unveiling the potential of Nd2O3 in optimizing the radiation shielding performance of B2O3–TiO2–BaO–ZnO-Nd2O3 glasses. Nuclear Engineering and Technology, 57(1), 103135. https://doi.org/10.1016/j.net.2024.08.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2024.08.004
Ruiz E.L. (2024) Radiation shielding analysis of barium-titanium-borate glasses doped with zinc oxide. Nexus of Future Materials, 1, 584050. https://doi.org/10.70128/584050 DOI: https://doi.org/10.70128/584050
Alawaideh S.E.L., Sayyed M.I., Mahmoud K.A., Hanfi M., Imheidat M.A., Kaky K.M., Elsafi M. (2024) Effect of different metal oxides on the Radiation shielding features of borate glasses. Radiation Physics and Chemistry, 220, 111720. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2024.111720 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2024.111720
Alvyanti F.A., Marzuki A., Purwanto H., Lathifah N., Fausta D.E., Rahmawati A.N., Ariyanti S. (2024) Properties of Gamma Ray Shielding Ho/Nd Codoped Tellurite Glasses. Key Engineering Materials, 993, 25-34. https://doi.org/10.4028/p-2BlYr2 DOI: https://doi.org/10.4028/p-2BlYr2
Kurudirek M. (2017) Heavy metal borate glasses: potential use for radiation shielding. Journal of Alloys and Compounds, 727, 1227-1236. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.237 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.237
Kurtulus R. (2024) Recent developments in radiation shielding glass studies: a mini-review on various glass types. Radiation Physics and Chemistry, 220, 111701. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2024.111701 DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2024.111701
