Изучение защитных свойств тяжёлого оксидно-го стекла как компактного гамма-экрана мето-дом Монте-Карло с использованием Geant4

Аннотация

Актуальность: в последние годы при выборе материалов для радиационной защиты особое значение приобретают такие характеристики, как экологическая безопасность, высокая плотность и оптическая прозрачность. Токсичность и сложности утилизации традиционного свинцового силикатного стекла обусловливают необходимость поиска современных альтернатив. В этом контексте особое внимание привлекают тяжёлые оксидные стёкла, в частности композиции на основе Bi₂O₃–MoO₃–B₂O₃, которые являются нетоксичными, прозрачными и эффективными материалами для защиты от гамма-излучения. Ужесточение стандартов радиационной безопасности и растущая потребность в компактных экранирующих системах делают использование таких стёкол особенно актуальным.

Цель: изучение характеристик поглощения гамма-излучения в диапазоне 0.1–20 МэВ для тяжёлого оксидного стекла на основе Bi₂O₃–MoO₃–B₂O₃ с использованием моделирования методом Монте-Карло в среде Geant4, с определением таких дозиметрических параметров, как массовый коэффициент ослабления, слой половинного ослабления (HVL), поглощённая доза и спектры линейной передачи энергии (LET).

Методы: процессы поглощения и прохождения фотонов через 2-сантиметровую стеклянную пластину Bi–Mo–B моделировались с использованием Geant4 версии 11.3.2 по методу Монте-Карло в энергетическом диапазоне 0.1–20 МэВ. Полученные результаты сопоставлялись с данными базы XCOM, экспериментальными измерениями и расчётами FLUKA.

Результаты: результаты исследования показали высокую эффективность стекла Bi₂O₃–MoO₃–B₂O₃ в качестве материала для гамма-защиты. В диапазоне 100–500 кэВ массовый коэффициент ослабления составил 0.82–0.42 см²/г, а значение HVL оказалось в 3–6 раз меньше по сравнению с боросиликатным стеклом и бетоном. За стеклянным барьером поглощённая доза при низких энергиях практически равна нулю и начинает заметно увеличиваться только при энергиях выше 10 МэВ. Спектры LET показали преобладание излучения с низкой линейной передачей энергии, что указывает на минимальный радиобиологический риск. Результаты, полученные в Geant4, хорошо согласуются с данными FLUKA и экспериментальными измерениями.