ОЦІНКА РАДІАЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ СКЛОРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ІММОБІЛІЗАЦІЇ РАДІОАКТИВНИХ ВІДХОДІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2026.01.13Ключові слова:
склокристалічні матеріали, кальційалюмоборосилікатне скло, структура, властивості, γ-випромінювання, радіаційна стійкість, радіоактивні відходиАнотація
У роботі досліджено радіаційно-захисні властивості кальційалюмоборосилікатного скла, модифікованого оксидами важких металів для застосування в системах іммобілізації радіоактивних відходів. Встановлено, що зростання використання іонізуючого випромінювання в медицині, промисловості та ядерній енергетиці зумовлює необхідність створення екологічно безпечних альтернатив Pb-вмісним матеріалам. Метою роботи є оптимізація складу склокристалічного матеріалу для забезпечення ефективного γ-екранування, структурної стабільності та редокс-буферної дії. Теоретичну оцінку параметрів екранування виконано з використанням програмної платформи Phy-X/PSD у діапазоні енергій 0,015–15 МеВ. Обґрунтовано вибір складу кальційалюоборосилікатного скла з вмістом каталізаторів кристалізації та модифікуючих компонентів. Встановлено, що високий вміст оксидів важких металів (Bi2O3, La2O3, BaO) підвищує ефективний атомний номер та масовий коефіцієнт ослаблення, тоді як CeO2 підтримує довготривалу радіаційну стійкість. Показано, що введення 20 мас.% сумарного вмісту Bi₂O₃, La₂O₃, BaO та CeO₂ підвищує ефективний атомний номер і масовий коефіцієнт ослаблення, особливо в області домінування фотоелектричного механізму. У низькоенергетичному діапазоні встановлено мінімальні значення половинного шару ослаблення, що свідчить про високу ефективність матеріалу як γ-екрана. У середньоенергетичній області визначено вплив комптонівського розсіювання, при якому вміст оксидів важких металів забезпечує збереження достатнього рівня лінійного ослаблення. У високоенергетичній області (>5 МеВ) спостерігається стабілізація коефіцієнтів ослаблення, що підтверджує придатність скла для широкого спектра γ-енергій. Теоретична оцінка ефективності радіаційного екранування розробленого скла дозволила встановити критичні параметри у широкому діапазоні енергій γ-випромінювання від 0,015 МеВ до 15 МеВ, що робить матеріал придатним для довготривалого зберігання високорадіоактивних відходів.
Посилання
Onaizi A.M., Amran M., Tang W., Betoush N., Alhassan M., Rashid R.S.M., Fares Yasin M., Bayagoob K.H., Onaizi S.A. Radiation-shielding concrete: A review of materials, performance, and the impact of radiation on concrete properties. Journal of Building Engineering. 2024, Vol. 97, 110800. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110800
Kalita P., Parveen R., Ghosh S., Grover V., Kumar Mishra Y., Kumar Avasthi D. Progress in radiation tolerant materials: Current insights from the perspective of grain size and environmental temperature. Journal of Alloys and Compounds. 2025, Vol. 1012, 178330. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.178330
Savvova O., Teliura N., Hozha M., Babich О., Smyrnova Yu., Lutsiuk I. Measures for immobilization of radioactive waste in the structure of glass and glass-ceramics under martial law. Ch&ChT. 2025, Vol. 19 (2), рр. 297–306. https://doi.org/10.23939/chcht19.02.297
Helmy A. Kh., Salama E., Azooz M. A., Elbatal F. H., Ouis M. A., Elsayed E. Optical, structural, and gamma shielding characteristics of bismuth-doped lithium borosilicate glass composite. Elshereafy Scientific Reports. 2025, Vol. 15, 38106. https://doi.org/10.1038/s41598-025-23089-6
Bonginkosi Vincent K. Gamma radiation shielding properties of (x)Bi2O3–(0.5–x)ZnO–0.2B2O3–0.3SiO2 glass system. Nukleonika. 2024, Vol. 69 (1), рр. 23 – 29. https://doi.org/10.2478/nuka-2024-0003
More C.V., Sayyed M.I., Kumar A., P. P. Pawar, Maghrbi Y. Experimental study on borosilicate glasses: influence of Bi2O3 on gamma radiation shielding efficiency. Radiation Physics and Chemistry. 2025, Vol. 237, 112952. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2025.112952
Al-Ghamdi H., Dong M., Sayyed M.I., Wang C., Almuqrin A.H., Almasoud F.I. The Vital Role of La2O3 on the La2O3-CaO-B2O3-SiO2 Glass System for Shielding Some Common Gamma Ray Radioactive Sources. Materials (Basel). 2021, Vol. 14(17), 4776. https://doi.org/10.3390/ma14174776
Babeer A.M., Amin H.Y., Sayyed M.I., Mahmoud A.E., Sadeq M.S.. Composition influence of La2O3 on the structural and radiation shielding features of CoO–Na2O–ZnO–B2O3 glass matrix. Optical Materials. 2024, Vol. 149, 115131. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115131
Hordieiev Y., Zaichuk. A. Impact of La2O3 Substitution on the Structural, Thermal, and Radiation Shielding Properties of Sodium–Barium Borosilicate Glasses. International Journal of Ceramic Engineering & Science. 2025, Vol. 7, 70029. https://doi.org/10.1002/ces2.70029
Savvova O., Hozha M., Teliura N., Pylypenko O., Zaitseva I. Methodological Principles of Creating Glass Crystal Matrices for Radioactive Waste Immobilization. Smart Technologies in Urban Engineering. STUE 2024. Lecture Notes in Networks and Systems. 2024, Vol. 1659, рр. 343–354. https://doi.org/10.1007/978-3-032-06832-3_29
Savvova О., Hozha M., Zaitseva I., Pylypenko O., Isichenko A. Synthesis and research of glass-crystalline materials for radioactive waste vitrification. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2025, Vol. 1499(1), 012065. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1499/1/012065
ALMisned G., Elshami W., Issa S.A.M., Susoy G., Zakaly H.M.H., Algethami M., Rammah Y.S., Ene A., Al-Ghamdi S.A., Ibraheem A.A., Tekin H. O. Enhancement of Gamma-ray Shielding Properties in Cobalt-Doped Heavy Metal Borate Glasses: The Role of Lanthanum Oxide Reinforcement. Materials. 2021, Vol. 14 (24), 7703. https://doi.org/10.3390/ma14247703
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All materials are published under the terms of the Creative
Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license. This
license allows:
-free copying and distribution of material in any format;
-adaptation and processing of the material for any purpose,
including commercial;
-subject to mandatory indication of authorship and reference
to the original source.
Full license text: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
