SCIE
SCOPUS
KCI등재
Heavy concrete shielding properties for carbon therapy
저자
Jin-Long Wang ; Jiade J Lu ; Da-Jun Ding ; Wen-Hua Jiang ; Ya-Dong Li ; Rui Qiu ; Hui Zhang ; Xiao-Zhong Wang ; Huo-Sheng Ruan ; Yan-Bing Teng ; Xiao-Guang Wu ; Yun Zheng ; Zi-Hao Zhao ; Kai-Zhong Liao ; Huan-Cheng Mai ; Xiao-Dong Wang ; Ke Peng ; Wei Wang ; Zhan Tang ; Zhao-Yan Yu ; Zhen Wu ; Hong-Hu Song ; Shuo-Yang Wei ; Sen-Lin Mao ; Jun Xu ; Jing Tao ; Min-Qiang Zhang ; Xi-Qiang Xue ; Ming Wang
발행기관
학술지명
Nuclear Engineering and Technology(Nuclear Engineering and Technology)
권호사항
발행연도
2023
작성언어
English
주제어
등재정보
SCIE,SCOPUS,KCI등재
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
2335-2347(13쪽)
DOI식별코드
제공처
As medical facilities are usually built at urban areas, special concrete aggregates and evaluation methods are needed to optimize the design of concrete walls by balancing density, thickness, material composition, cost, and other factors. Carbon treatment rooms require a high radiation shielding requirement, as the neutron yield from carbon therapy is much higher than the neutron yield of protons. In this case study, the maximum carbon energy is 430 MeV/u and the maximum current is 0.27 nA from a hybrid particle therapy system. Hospital or facility construction should consider this requirement to design a special heavy concrete. In this work, magnetite is adopted as the major aggregate. Density is determined mainly by the major aggregate content of magnetite, and a heavy concrete test block was constructed for structural tests. The compressive strength is 35.7 MPa. The density ranges from 3.65 g/cm<sup>3</sup> to 4.14 g/cm<sup>3</sup>, and the iron mass content ranges from 53.78% to 60.38% from the 12 cored sample measurements. It was found that there is a linear relationship between density and iron content, and mixing impurities should be the major reason leading to the nonuniform element and density distribution. The effect of this nonuniformity on radiation shielding properties for a carbon treatment room is investigated by three groups of Monte Carlo simulations. Higher density dominates to reduce shielding thickness. However, a higher content of high-Z elements will weaken the shielding strength, especially at a lower dose rate threshold and vice versa. The weakened side effect of a high iron content on the shielding property is obvious at 2.5 µSv=h. Therefore, we should not blindly pursue high Z content in engineering. If the thickness is constrained to 2 m, then the density can be reduced to 3.3 g/cm<sup>3</sup>, which will save cost by reducing the magnetite composition with 50.44% iron content. If a higher density of 3.9 g/cm<sup>3</sup> with 57.65% iron content is selected for construction, then the thickness of the wall can be reduced to 174.2 cm, which will save space for equipment installation.
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