DSpace Repository

INNOVATIVE NEUTRON SHIELDING MATERIAL COMPOSING OF NATURAL RUBBER-STYRENE BUTADIENE RUBBER BLENDS AND DIBORON TRIOXIDE

Show simple item record

dc.contributor.advisor Doonyapong Wongsawaeng en_US
dc.contributor.author Chayanit Jumpee en_US
dc.contributor.other Chulalongkorn University. Faculty of Engineering en_US
dc.date.accessioned 2015-09-18T04:20:35Z
dc.date.available 2015-09-18T04:20:35Z
dc.date.issued 2014 en_US
dc.identifier.uri http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/45903
dc.description Thesis (D.Eng.)--Chulalongkorn University, 2014 en_US
dc.description.abstract Utilization of neutron sources requires careful safety precaution because neutrons have no electric charge and have high penetrating power. Therefore, the use of neutron shielding material is one of the methods to effectively prevent neutron radiation hazard. In this research work, neutron shielding materials were designed using the Monte Carlo N-Particle (MCNP) code in order to select proper materials and dimensions for neutron shielding. Thicknesses of 1 cm and 10 cm were chosen for shielding thermal neutron (10-8 - 10-2 MeV) and neutron in the entire energy spectrum (10-8 - 100 MeV), respectively. Simulation results indicated that the best shielding material for thermal neutron composed of natural rubber (NR) and SBR rubber blend in the 1:1 ratio with 60 part per hundred rubber (phr) diboron trioxide (B2O3), which can reduce the neutron dose from the Am-Be source by 53.91% with the total macroscopic cross section of 0.076 cm-1. For shielding neutron in the entire energy spectrum, the best shielding material was four alternating layers of NR with 100 phr iron (III) oxide (Fe2O3) and of NR and SBR blend in the 1:1 ratio with 10 phr diboron trioxide (B2O3), each layer having 2.5 cm in thickness. This shielding material can reduce the neutron dose by 72.56%. Addition of 1 mm cadmium sheets on the front and back sides offered the most additional neutron shielding performance. Comparison of the cubical, cylindrical and spherical shapes of the neutron shielding material with the same volume revealed that the spherical shape offered the best shielding performance for neutron in the entire energy spectrum. The optimal neutron shielding materials were fabricated and neutron radiography was performed to determine the homogeneity of the absorbing and scattering materials added to the rubber matrix. Result revealed good homogeneity throughout the shielding materials. Assessment of the produced secondary gamma ray by Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) revealed a low-dose 478 keV gamma ray. Therefore, the designed shielding material can be utilized to effectively shield against neutrons. en_US
dc.description.abstractalternative การทำงานเกี่ยวกับต้นกำเนิดรังสีนิวตรอนต้องมีความระมัดระวังเป็นพิเศษ เนื่องจากนิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าจึงมีอำนาจทะลุทะลวงสูง ดังนั้นการใช้วัสดุกำบังรังสีนิวตรอนจึงเป็นอีกวิธีหนึ่งในการป้องกันอันตรายจากรังสีนิวตรอนที่มีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้ได้ทำการออกแบบวัสดุกำบังรังสีนิวตรอนโดยใช้โปรแกรม Mote Carlo N Particle (MCNP) เพื่อเลือกวัสดุและรูปแบบที่เหมาะสมสำหรับเป็นวัสดุกำบังรังสีนิวตรอน โดยกำหนดให้มีความหนาของวัสดุที่ 1 ซม. และ 10 ซม. สำหรับกำบังเทอร์มัลนิวตรอน (10-8 - 10-2 MeV) และทุกย่านพลังงานของนิวตรอน (10-8 - 100 MeV) ตามลำดับ ผลการออกแบบพบว่าวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับกำบังเทอร์มัลนิวตรอนคือ วัสดุที่ประกอยด้วยยางผสมระหว่างยางพาราธรรมชาติ (NR) และยางเอสบีอาร์ (SBR) ในอัตราส่วน 1:1 และไดโบรอนไตรออกไซด์ (B2O3) 60 part per hundred rubber (phr) ซึ่งสามารถลดทอนนิวตรอนจากต้นกำเนิด Am-Be ได้ที่ 53.91% และมีค่าภาคตัดขวางทั้งหมด (Total macroscopic cross section) 0.076 ซม.-1 และวัสดุสำหรับกำบังรังสีนิวตรอนในทุกย่านพลังงาน ได้แก่วัสดุ 4 ชั้นที่ประกอบด้วยชั้นของยางพาราธรรมชาติและเหล็กออกไซด์ (Fe2O3) 100 phr หนาชั้นละ 2.5 ซม. สลับกับชั้นของยางพาราผสมกับยางสังเคราะห์เอสบีอาร์ในอัตราส่วน 1 : 1 และไดโบรอนไตรออกไซด์ (B2O3) 10 phr หนาชั้นละ 2.5 ซม. ซึ่งสามารถลดทอนนิวตรอนจากต้นกำเนิด Am-Be ได้ที่ 72.56% และเมื่อเพิ่มวัสดุโลหะหนา 1 มม. เข้าไปเป็นโครงสร้างเพิ่มเติมทั้งด้านหน้าและด้านหลังของวัสดุกำบังรังสีนิวตรอนพบว่า แคดเมียมสามารถช่วยลดทอนรังสีนิวตรอนได้มากขึ้นที่สุด ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบผลการกำบังรังสีนิวตรอนในทุกย่านพลังงานของวัสดุกำบังในรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ทรงกระบอกและทรงกลมที่มีปริมาตรเท่ากัน พบว่าวัสดุกำบังทรงกลมสามารถกำบังรังสีนิวตรอนได้ดีที่สุด จากนั้นจึงทำการทดลองขึ้นรูปชิ้นวัสดุกำบังรังสีนิวตรอนและนำไปถ่ายภาพด้วยนิวตรอนเพื่อดูการกระจายตัวของวัสดุดูดกลืนและกระเจิงรังสีนิวตรอนที่เติมลงไปในส่วนผสมของยาง ซึ่งพบว่ามีการกระจายตัวสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นงาน และผลจากการประเมินรังสีแกมมาเมื่อใช้งานวัสดุกำบังรังสีนิวตรอนด้วยวิธี Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) พบว่ามีการเกิดรังสีแกมมาทุติยภูมิปริมาณต่ำขึ้นมาที่พลังงาน 478 keV ดังนั้นวัสดุกำบังรังสีที่ออกแบบนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กำบังรังสีนิวตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ en_US
dc.language.iso en en_US
dc.publisher Chulalongkorn University en_US
dc.relation.uri http://doi.org/10.14457/CU.the.2014.276
dc.rights Chulalongkorn University en_US
dc.subject Thermal neutrons
dc.subject Styrene-butadiene rubber
dc.subject Iron oxides
dc.subject Borate minerals
dc.subject Shielding (Radiation)
dc.subject เทอร์มัลนิวตรอน
dc.subject ยางสไตรีน-บิวทาไดอีน
dc.subject เหล็กออกไซด์
dc.subject แร่บอเรต
dc.subject วัสดุกำบังรังสี
dc.title INNOVATIVE NEUTRON SHIELDING MATERIAL COMPOSING OF NATURAL RUBBER-STYRENE BUTADIENE RUBBER BLENDS AND DIBORON TRIOXIDE en_US
dc.title.alternative วัสดุกำบังนิวตรอนแบบใหม่ที่ประกอบด้วยยางผสมของยางพาราธรรมชาติ-ยางสไตรีนบิวตาไดอีนและไดโบรอนไตรออกไซด์ en_US
dc.type Thesis en_US
dc.degree.name Doctor of Engineering en_US
dc.degree.level Doctoral Degree en_US
dc.degree.discipline Nuclear Engineering en_US
dc.degree.grantor Chulalongkorn University en_US
dc.email.advisor doonyapong.w@chula.ac.th en_US
dc.identifier.DOI 10.14457/CU.the.2014.276


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record