This paper studies, structurally analyzes, evaluates the morphology, and assesses the gamma-ray and neutron attenuation properties of a composite material composed of M-type hexaferrite BaFe12O19 (BF) doped with three additional compounds: Bi2O3, V2O5, and Ce2O3. X-ray diffraction revealed that the structure of BF can be indexed to a hexagonal structure, BF/Bi2O3 to a tetragonal structure, BF/V2O5 to a cubic structure, and BF/Ce2O3 to a trigonal structure. These results were refined using PROFEX software. The Crystallite size of the nano-powders was determined by X-ray line broadening using the Williamson-Hall method. Morphology evaluations illustrated that HR-TEM images for BF, BF/Bi2O3, BF/V2O5, and BF/Ce2O3 reveal high crystallinity with a polycrystalline nature. Various attenuation measurements, using the FLUKA Monte Carlo code, aimed to determine the efficacy of these dopants into m-type hexaferrite BF as potential materials for radiation shielding applications. Doping with Bi2O3 into hexaferrite BF markedly enhances its attenuation properties, demonstrating superior Linear Attenuation Coefficient (LAC) values across a broad energy spectrum from 0.16 to 10 MeV. The Mass Attenuation Coefficient (MAC) analysis revealed a pivotal energy threshold at 0.3 MeV. Below this energy, BF presented the highest MAC values. Conversely, for energies equal to or greater than 0.3 MeV, BF exhibited the highest MAC values, affirming its superior gamma photon shielding efficacy. The study of the Half Value Layer (Δ0.5) and Mean Free Path (MFP) provided additional evidence of the superior shielding performance of BF/Bi2O3. The Δ0.5 values ranged between 0.128 to 1.240 cm for BF, 0.162 to 1.430 cm for BF/V2O5, 0.163 to 1.390 cm for BF/Ce2O3, and 0.162 to 1.210 cm for BF/Bi2O3, indicating that BF/Bi2O3 requires a thinner layer to halve the gamma-ray intensity, particularly at higher energies. The MFP values further support the improved shielding ability of BF/Bi2O3, with measurements showing that gamma photons travel the shortest distance before interacting with the material, thereby reducing the potential for radiation exposure.

The study has been carried out to check the influence of different Al contents (0, 2, 4, 6, 8, and 10 at.%) in the structure and morphology of Al-doped ZnO nanocrystals (AZO NCs) by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray analysis (EDXS), as well as the optical properties by using the UV–vis–NIR double-beam spectrophotometer within the wavelength of 300–1100 nm. XRD pattern shows a polycrystalline behavior and strong orientation and shifts in the peaks toward higher diffraction angles for AZO NCs with a hexagonal structure, and the crystallite size reduces from 28 ± 4 nm to 16 ± 4 nm as the Al concentration rises. SEM analysis revealed that the AZO NCs exhibit dense crystal grains with sharp edges. With increasing Al concentration, AZO NCs exhibited an increase in the optical bandgap from 3.16 eV to 3.57 eV. The study of the photon attenuation characteristics and radiation shielding properties of the AZO NCs has been assessed. For varying concentrations of Al, the corresponding mass attenuation coefficient (GMAC) and linear attenuation coefficient (GLAC) were determined for different energies of the incident photons. The calculated results showed that the GMAC value dropped with a rise in the Al concentration and a fall in photon energy. However, the GLAC value increased with the increasing population density. This further extends to studying the effect of higher Al contents on reducing the effective half-value layer (GHVL) based on the thickness of the shielding. Accordingly, the present work extends further to find the effective atomic number (Zeff) and mean free path (GMFP) with respect to correlations in photon energy and Al content. However, the trends differed across the energies for evaluating the exposure buildup factor (EBF). But, in general, the present findings from this study can be used to develop Pb-free, effective radiation shielding materials.

This study investigates the characteristics of lanthanum (La)-doped lead titanate (PbLaxTi(1-3x/4)O3 where, x = 0.0, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, and 0.1), a type of perovskite ceramic. It specifically focuses on analyzing its structure, vibrational properties, and efficacy in shielding against radiation. The prepared samples are investigated by X-ray diffraction (XRD), which clarified that the small doping of La (x ≤ 0.06) produced the required phase, and increasing the La doping (x > 0.06) produced nonrequired phases (secondary phase). Also, increasing the La doping converted the crystal symmetry from tetragonal to cubic, which was confirmed by the tetragonality raio (c/a) calculations. Also, the samples are investigated by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy to confirm the XRD results. Transmission electron microscopy (TEM) examination clarified that the prepared samples were in the nanoscale range with a maximum crystallite size value of around 70 nm. In addition, the shielding effectiveness of all the prepared samples was theoretically evaluated using the Phy-X/PDS program by considering characteristics such as the linear attenuation coefficient (GLAC), mean free path (GMFP), transmission factor (TF), and radiation protection efficiency (RPE). Increasing the La concentration increases the theoretical density to 4.98 gm/cm3 at x = 0.1, leading to low TF and GMFP values and high GLAC values. This produces samples with high attenuation to radiation and high shielding effectiveness.

This paper investigates the pivotal role of bismuth oxide (Bi₂O₃) in the enhancement of nuclear safety, structural, and thermal properties of glasses, specifically in the BNLS system. BNLS system has the formula [B2O3-Li2O-SiO2]-Nb2O5(20-x)–(Bi2O3)x (where x=0.0,5.0,10.0,15.0 and 20.0 mol%). Through a comparative study, the potential advantages, and limitations of integrating Bi₂O₃ in place of traditional elements are highlighted, emphasizing its importance in the field of advanced glass materials. FTIR analysis showed the presence of Bi-O vibrations of the tetrahedral [BO4] groups and the Bi-O-Bi linkages. DSC testified the glass formation with increasing thermal stability of the formed glass with the inclusion of Bi2O3 into the glass system. Through the quantification of the Gamma Linear Attenuation Coefficient (GLAC) and Gamma Mass Attenuation Coefficient (GMAC), the work identifies the attenuation behavior against varying photon energies. Notably, a concentration-dependent rise in attenuation characteristics is observed, with BNLS20 exhibiting the most potent radiation shielding. Glass Half-Value Layer (GHVL) parameters and Mass Gamma Photon Penetration (GMFP) were measured, reinforcing that glasses with higher Bi2O3 concentrations and lower GHVL are better attenuators. The transmission factor (ln(I/Io)) was also studied, confirming that BNLS20 possesses the most effective radiation shielding capabilities. This research establishes that adding Bi₂O₃ to the [B2O3-Li2O-SiO2]-Nb2O5 glass system markedly improves its thermal stability and radiation shielding capabilities. BNLS20, in particular, emerges as a standout for radiation protection, surpassing both other BNLS variants and conventional shielding materials, thereby positioning it as an exceptional choice for advanced nuclear safety applications.

This study explores the dual functional capabilities of rare earth (REE) doped BaO–B2O3–Li2O–Al2O3–P2O5 glasses, with an emphasis on the 1.50Dy-Tb-Eu composition, previously recognized for its superior luminescent properties. By employing Monte Carlo simulations and Phy-X/PSD software, we have methodically evaluated the gamma-ray and neutron shielding efficacies of these materials. Our key findings indicate that the 1.50Dy-Tb-Eu sample not only excels in luminescence but also demonstrates superior gamma-ray shielding, characterized by low exposure buildup factors, and other related properties across varying energy spectra. Furthermore, the Tb-Eu3.0 variant, enriched with the highest Europium (Eu) content among the bi-REE doped glasses, exhibited the most effective neutron attenuation. Additionally, our investigation into the mechanical properties of these glasses, through the estimation of their Elastic Moduli using a mixture rule approach, revealed a significant enhancement in stiffness with the incorporation of Dy, Eu, and Tb. The mechanical properties were evaluated using a mixture rule approach to estimate the Elastic Moduli. This highlights the crucial role of these dopants in not only improving the luminescent and radiation shielding capabilities but also in strengthening the mechanical integrity of the glasses. The study substantiates the premise that the integration of specific REE elements significantly enhances the glass materials' shielding properties without compromising their luminescent functionality. The obtained findings would be significant for implications on the development of advanced materials tailored for industries where high optical quality, effective radiation protection, and robust mechanical properties are paramount. It can be concluded that Dy-Tb-Eu incorporation into BaO–B2O3–Li2O–Al2O3–P2O5 glasses can be considered as a monotonic strategy to achieve a harmonious balance between luminescence, radiation shielding, and mechanical performance.