Gamma-Ray Attenuation Characteristics and Shielding Performance of BaTiO₃ Nanomaterial: An Experimental and Theoretical Investigation

الملخص

أدى التوسع المتزايد في استخدام الإشعاعات المؤينة في المجالات الطبية والصناعية والنووية إلى تكثيف الجهود الرامية إلى تطوير مواد فعّالة للوقاية من الإشعاع. وتُعد مادة تيتانات الباريوم (BaTiO₃) النانوية من المواد الواعدة في هذا المجال، نظراً لما تتمتع به من خصائص عازلية وكهرو ضغطية وبنائية متميزة. في هذه الدراسة، تم تقييم خصائص توهين أشعة جاما وكفاءة الحماية الإشعاعية لمادة تيتانات الباريوم النانوية عملياً باستخدام كاشف يوديد الصوديوم المنشط بالثاليوم (NaI(Tl ومصادر إشعاعية تغطي مدى طاقة يتراوح بين 122 و1330 كيلو إلكترون فولت، كما أُجريت دراسة نظرية باستخدام قاعدة بيانات Win-XCOM. وقد تم تقييم أداء المادة من خلال حساب معامل التوهين الكتلي (MAC) ومعامل التوهين الخطي (LAC) والمقطع العرضي الذري الكلي (σ_t) والمقطع العرضي الإلكتروني (σ_e) ومعامل الانقراض المولي (ε) والعدد الذري الفعال (Z_eff) والكثافة الإلكترونية الفعالة (N_eff) ومعامل النفاذية (TF) وكفاءة الحماية الإشعاعية (RPE). أظهرت النتائج العملية توافقاً ممتازاً مع النتائج النظرية، حيث لم تتجاوز نسبة الانحراف 6%، مما يؤكد دقة وموثوقية القياسات. كما بينت النتائج أن قيم كل من معامل التوهين الكتلي، ومعامل التوهين الخطي، والمقطع العرضي الذري الكلي، والمقطع العرضي الإلكتروني، ومعامل الانقراض المولي تنخفض مع زيادة طاقة الفوتونات قبل أن تستقر تقريباً عند الطاقات المرتفعة، في حين ظل كل من العدد الذري الفعال والكثافة الإلكترونية الفعالة شبه ثابتين عبر مدى الطاقات المدروسة. وسجلت مادة تيتانات الباريوم أعلى قدرة على توهين أشعة جاما عند طاقة 122 كيلو إلكترون فولت، ثم انخفضت كفاءة التوهين تدريجياً مع زيادة الطاقة حتى 1330 كيلو إلكترون فولت. كما بلغت كفاءة الحماية الإشعاعية نحو 100% عند طاقة 122 كيلو إلكترون فولت، مما يدل على قدرة المادة العالية على حجب أشعة جاما منخفضة الطاقة. وتؤكد هذه النتائج أن مادة تيتانات الباريوم النانوية تُعد مرشحاً واعداً وفعالاً لتطبيقات الحماية من أشعة جاما، ولا سيما في تطبيقات الوقاية من الإشعاعات منخفضة الطاقة.