The effect of Basalt fiber and PVA-Resin additives on the Gamma-ray shielding and permeability performance of clay-liners

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 داشنکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

10.22034/anm.2024.20991.1618

چکیده

با توجه به توسعه کاربردهای مواد رادیواکتیو، دفع پسماندهای رادیواکتیو به یک نگرانی مهم زیست محیطی تبدیل شده است. از مهم ترین چالش ها در مراکز سطحی دفن پسماندهای رادیواکتیو سطح پایین، جلوگیری از انتشار اشعه به محیط و ممانعت از ورود آب‌های سطحی و زیرسطحی به داخل مخزن می‌باشد. در این تحقیق، عملکرد جلوگیری از انتشار اشعه در خاک رس بنتونیت اصلاح شده توسط درصدهای مختلف الیاف بازالت و رزین PVA با استفاده از روش‌های اندازه‌گیری تجربی، شبیه‌سازی MCNP و پایگاه‌داده XCOM، در سطوح انرژی پرتو گاما 2/1173 و 5/1332 keV به کمک چشمه 60COبررسی شده است. نمونه‌ها شامل 25/0، 5/0، 1 و 2 درصد الیاف بازالت و افزودنی رزین PVA می باشند. نتایج به‌دست‌آمده برای محافظت در برابر پرتو گاما از این سه روش، تطابق خوبی دارند. نتایج نشان می دهد با افزایش درصد افزودنی ضریب تضعیف خطی نیز افزایش می‌یابد. حداکثر افزایش در 5/0 درصد افزودنی به ترتیب در سطوح انرژی 5/1332 و2/1173 keV ، از m-1 85/7 به 69/9 و از m-1 3/9 به m-1 23/11، مشاهده شد. استفاده از نمونه‌های حاوی 5/0 درصد افزودنی، ضخامت مانع انتشار پرتو گاما (HVL , TVL) خاک رس بنتونیت را به ترتیب تا 20 و 23 درصد در سطوح انرژی 2/1173 و 5/1332 keV کاهش دهد. به علاوه، نفوذپذیری هیدرولیکی نیز برای نمونه‌های اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد در نمونه‌های حاوی 5/0 تا 0/1 درصد مواد افزودنی، ضریب نفوذپذیری هیدرولیکی در محدوده مجاز طبق استاندارد EPA قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of Basalt fiber and PVA-Resin additives on the Gamma-ray shielding and permeability performance of clay-liners

نویسندگان [English]

  • Afsaneh Haghshenas 1
  • Hajar Share Isfahani 2
  • Sayyed Mahdi Abtahi 1
  • Amin Azhari 3
1 Civil Engineering Dept., Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 Department of Mining Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In recent decades, with the growth of population and the development of metropolitans around the world, the issue of landfill and waste management has become more and more critical. Due to development of radioactive material applications, disposing these radioactive waste material became an important geo-environmental concern. Bentonite clay as an eco-friendly and natural shielding material is used as the main material for landfill barriers. The radiation shielding performance of bentonite clay modified by different percentages of basalt fiber and Polyvinyl alcohol (PVA) resin additives is investigated using experimental measurement, Monte Carlo N-Particle (MCNP) simulation, and XCOM database methods, in Gamma-ray energy levels of 60Co (1173.2 and 1332.5 keV). The employed sample mixtures include 0.25, 0.5, 1, and 2 percent of basalt fiber and PVA resin additive. The obtained results for Gamma-ray shielding measurement from these three methods have a good agreement, depicting an increasing trend in the linear attenuation coefficient for higher percentages of additives. The maximum increment is observed at 0.5 percent of additive, from 7.85 to 9.69 m-1, and 9.3 to 11.23 m-1, in energy levels of 1132.5 and 1173.2 keV, respectively. This improvement may decrease the bentonite clay Gamma-ray barrier thickness (half value layers (HVL), tenth value layers (TVL)), up to 20 and 23 percent for 1173.2 and 1332.5 keV, correspondingly. Moreover, the hydraulic and gas permeability of the mixtures are controlled to find the standard and optimum mixture. In which the 0.5 to 1.0 percent of additives will keep the permeability requirement in an allowable and preferable range.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bentonite clay
  • Radiation shielding
  • Gas permeability
  • Hydraulic permeability
  • Radioactive waste disposal