Abstract
This work investigates the photon radiation shielding efficiency of selected perovskite
ceramics, halide-based double perovskites and organic-inorganic halide perovskites,
using computational modeling across the photon energy range 0.015–15 MeV. The
investigated parameters are Mass Attenuation Coefficient (MAC), Linear Attenuation
Coefficient (LAC), Half Value Layer (HVL), Tenth Value Layer (TVL) and Mean Free
Path (MFP). The results are based on the total interaction cross section contributions
of photon-matter interactions. They reveal that the shielding efficiency of these
materials is strongly influenced by their elemental composition, density, and photon
energy. Two software tools, Phy-X/PSD and NGCal, were employed in the study to
verify the accuracy of the calculations. The results from the two software tools are
found to be in good agreement, with a difference in values of less than 0.1%. Halidebased
double perovskites exhibited superior attenuation properties at low and
intermediate photon energies due to their high-Z elements and relatively high density,
while organic-inorganic halide perovskites displayed moderate shielding efficiency,
limited mainly by lower density and lighter elemental composition. Yet, they remained
attractive due to their tunability and potential for lightweight shielding applications.
Overall, halide double perovskites offered the most promising radiation shielding
performance among the studied materials. In particular, those containing heavy atoms,
such as Pt (Z = 78), stand out as excellent photon-shielding candidates. Therefore,
perovskite ceramics have significant potential as next-generation photon shielding
materials. Future research should focus on experimental synthesis and long-term
stability under radiation exposure to accelerate the practical deployment of perovskite
ceramics in radiation applications.
ceramics, halide-based double perovskites and organic-inorganic halide perovskites,
using computational modeling across the photon energy range 0.015–15 MeV. The
investigated parameters are Mass Attenuation Coefficient (MAC), Linear Attenuation
Coefficient (LAC), Half Value Layer (HVL), Tenth Value Layer (TVL) and Mean Free
Path (MFP). The results are based on the total interaction cross section contributions
of photon-matter interactions. They reveal that the shielding efficiency of these
materials is strongly influenced by their elemental composition, density, and photon
energy. Two software tools, Phy-X/PSD and NGCal, were employed in the study to
verify the accuracy of the calculations. The results from the two software tools are
found to be in good agreement, with a difference in values of less than 0.1%. Halidebased
double perovskites exhibited superior attenuation properties at low and
intermediate photon energies due to their high-Z elements and relatively high density,
while organic-inorganic halide perovskites displayed moderate shielding efficiency,
limited mainly by lower density and lighter elemental composition. Yet, they remained
attractive due to their tunability and potential for lightweight shielding applications.
Overall, halide double perovskites offered the most promising radiation shielding
performance among the studied materials. In particular, those containing heavy atoms,
such as Pt (Z = 78), stand out as excellent photon-shielding candidates. Therefore,
perovskite ceramics have significant potential as next-generation photon shielding
materials. Future research should focus on experimental synthesis and long-term
stability under radiation exposure to accelerate the practical deployment of perovskite
ceramics in radiation applications.
Keywords
Computational Approach
linear attenuation coefficient
Perovskite Ceramics
Photon Attenuation
Radiation Shielding
Abstract
يبحث هذا العمل في كفاءة حجب إشعاع الفوتون لسيراميك البيروفسكايت المختار، وذلك من خلال نمذجة حاسوبية عبر نطاق طاقة الفوتون0.015 - 15 ميجا إلكترون فولت. تشمل المعاملات التي يهدف البحث إليها: معامل التوهين الكتلي (MAC) ، ومعامل التوهين الخطي (LAC) ، وطبقة نصف القيمة (HVL) ، وطبقة القيمة العاشرة (TVL) ، ومتوسط المسار الحر . (MFP) تستند النتيجة إلى مساهمة المقطع العرضي الكلي للتفاعل بين الفوتون والمادة (bb) ، وقد أظهرت أن كفاءة حجب هذه المواد تتأثر بشدة بتركيبها العنصري وكثافتها وطاقة الفوتون. استُخدمت أداتان برمجيتان ، Phy-X/PSD و NGCal ، في الدراسة للتحقق من دقة الحسابات. وقد وُجد أن نتائج الأداتين البرمجيتين متوافقة بشكل جيد في حدود 0.1 % من القيم. أظهرت البيروفسكايتات المزدوجة القائمة على الهاليدات خصائص توهين فائقة عند طاقات الفوتون المنخفضة والمتوسطة، وذلك بفضل عناصر Z عالية وكثافة عالية نسبيًا. في حين أظهرت البيروفسكايتات الهاليدية العضوية-غيرالعضوية كفاءة حماية متوسطة، محدودة بشكل رئيسي بانخفاض كثافتها وتركيبها العنصري الخفيف، إلا أنها ظلت جذابة نظرًا لقابليتها للضبط وإمكانية استخدامها في تطبيقات الحماية خفيفة الوزن. بشكل عام، قدمت البيروفسكايتات المزدوجة القائمة على الهاليدات أفضل أداء حماية إشعاعي واعد بين المواد المدروسة. وبشكل خاص، تتميز تلك التي تحتوي على ذرات ثقيلة مثل البلاتين (Z = 78) بكونها مرشحة ممتازة لحماية الفوتون. لذلك، تتمتع سيراميكات البيروفسكايت بإمكانيات كبيرة كمواد حماية للفوتون من الجيل التالي. ينبغي أن تركز
الأبحاث المستقبلية على التركيب التجريبي والاستقرار طويل الأمد تحت التعرض للإشعاع، وذلك لتسريع الاستخدام العملي لسيراميكات البيروفسكايت في تطبيقات الإشعاع
الأبحاث المستقبلية على التركيب التجريبي والاستقرار طويل الأمد تحت التعرض للإشعاع، وذلك لتسريع الاستخدام العملي لسيراميكات البيروفسكايت في تطبيقات الإشعاع
Keywords
سيراميك، تدريع إشعاعي، معاملات التدريع، معامل التوهين الكتلي، معامل التوهين الخطي.