KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Journal of Scientific Reports-B / 2026 / Issue: 015

Tm2O3 Takviyeli 3D Baskı Fotopolimer Reçinesinin Gama Radyasyonuna Karşı Koruma Performansı

Gamma radiation shielding performance of Tm2O3 reinforced 3D printing photopolymer resin

Sara Ahmed Zaynal Zaynal(KÜTAHYA DUMLUPINAR ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-8876-8732
Penbe Nur Ülgen(Kütahya Dumlupınar University)0009-0000-3354-7094
Selami Eken(KAHRAMANMARAS SUTCU IMAM UNIVERSITY)0000-0001-9320-0391
Meryem Cansu Şahin(USAK UNIVERSITY)0000-0002-5743-3734
Kaan Manisa(Kütahya Dumlupınar University)0000-0002-4063-277X
Sayfa
—
Yayın Tarihi
2026-04-30
DOI
—
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Aynı zamanda, mühendislik uygulamaları için kritik olan yarı değer tabakasında (HVL) ve ortalama serbest yolda (MFP) önemli bir azalma gözlemlenmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Tıp ve endüstri gibi alanlarda iyonlaştırıcı radyasyonun artan kullanımı, geleneksel kurşun bazlı koruyucu malzemelere alternatif olarak toksik olmayan ve hafif çözümlere olan ihtiyacı artırmıştır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bu çalışma, 3D baskı teknolojisi için uygun yüksek atom numaralı tulyum oksit (Tm2O3) takviyeli fotopolimer reçinelerin radyasyon koruma performansını incelemeyi amaçlamaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Aynı zamanda, mühendislik uygulamaları için kritik olan yarı değer tabakasında (HVL) ve ortalama serbest yolda (MFP) önemli bir azalma gözlemlenmiştir.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Gamma Ray · Radiation Shielding · GAMOS

Özet

Tıp ve endüstri gibi alanlarda iyonlaştırıcı radyasyonun artan kullanımı, geleneksel kurşun bazlı koruyucu malzemelere alternatif olarak toksik olmayan ve hafif çözümlere olan ihtiyacı artırmıştır. Bu çalışma, 3D baskı teknolojisi için uygun yüksek atom numaralı tulyum oksit (Tm2O3) takviyeli fotopolimer reçinelerin radyasyon koruma performansını incelemeyi amaçlamaktadır. Bu çalışmada, dört farklı ağırlık oranında takviye (0%, 10%, 30% ve 50%) içeren kompozitler, GAMOS Monte Carlo simülasyon platformu ile 59, 511 ve 1173 keV enerji seviyelerinde incelenmiştir. Elde edilen veriler, Tm2O3 konsantrasyonu arttıkça doğrusal zayıflama katsayısının (LAC) ve kütle zayıflama katsayısının (MAC) arttığını göstermiştir. Aynı zamanda, mühendislik uygulamaları için kritik olan yarı değer tabakasında (HVL) ve ortalama serbest yolda (MFP) önemli bir azalma gözlemlenmiştir. En yüksek koruma verimliliği, özellikle fotoelektrik etkileşimin baskın olduğu düşük enerji bölgesinde, %50 Tm2O3 içeren numunede gözlemlenmiştir. Bu nedenle, Tm2O3 ile güçlendirilmiş fotopolimer reçinelerin, özellikle düşük ve orta enerjili gama radyasyonuna karşı, 3D yazıcılar aracılığıyla üretilebilen özelleştirilmiş ve etkili bir koruma çözümü sunduğu kanıtlanmıştır.

Abstract

The increasing use of ionizing radiation in fields such as medicine and industry has enlarged the need for non-toxic and lightweight solutions as alternatives to traditional lead-based shielding materials. This study investigates the radiation shielding performance of high atomic number Thulium oxide (Tm 2 O 3 ) reinforced photopolymer resins suitable for 3D printing technology. The analysis is conducted using theoretical modeling and Monte Carlo simulations. Composites with reinforcement ratios of 0%, 10%, 30%, and 50% (wt.%) were evaluated at photon energies of 59, 511, and 1173 keV using the GAMOS simulation platform. The data obtained showed that the linear attenuation coefficient (LAC) and mass attenuation coefficient (MAC) increased as the Tm 2 O 3 concentration increased. At the same time, a substantial decrease was observed in the half-value layer (HVL) and mean free path (MFP), which are critical for engineering application. In addition, MAC results obtained from the GAMOS simulation and the XCOM NIST database were compared. The highest shielding efficiency was observed in the sample containing 50% Tm 2 O 3 , mainly in the low-energy region where photoelectric interaction is dominant. Therefore, it has been proven that Tm 2 O 3 -reinforced photopolymer resins offer a customized and effective shielding solution, particularly against low and medium-energy gamma radiation, which can be produced via 3D printers.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Zaynal, S. A. Z., Ülgen, P. N., Eken, S., Şahin, M. C., Manisa, K. (2026). Tm2O3 Takviyeli 3D Baskı Fotopolimer Reçinesinin Gama Radyasyonuna Karşı Koruma Performansı. Journal of Scientific Reports-B, Issue: 015. https://ajindex.com/articles/1619077

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (40)

  1. S. C. Daminabo, S. Goel, S. A. Grammatikos, H. Y. Nezhad, and V. K. Thakur, “Fused deposition modeling-based additive manufacturing (3D printing): techniques for polymer material systems,” Mater. Today Chem., vol. 16, p. 100248, Jun. 2020, doi: 10.1016/j.mtchem.2020.100248.
  2. S. Singh and S. Ramakrishna, “Biomedical applications of additive manufacturing: Present and future,” Curr. Opin. Biomed. Eng., vol. 2, pp. 105–115, Jun. 2017, doi: 10.1016/j.cobme.2017.05.006.
  3. İ. Çağlar, G. B. Cengiz, and G. Bilir, “Gamma Radiation Shielding Properties of Some Binary Tellurite Glasses,” J. Non. Cryst. Solids, vol. 574, p. 121139, Dec. 2021, doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2021.121139.
  4. K. Dogru et al., “Structural, thermal, and radiation shielding properties of B2O3-TeO2-Bi2O3-CdO-Tm2O3 glasses: The role of Tm2O3,” Ceram. Int., vol. 50, no. 22, pp. 47384–47394, Nov. 2024, doi: 10.1016/j.ceramint.2024.09.088.
  5. L. Mastroianni et al., “DLP 3D printing of alumina catalyst architectures: Design, kinetics and modeling of structure effects on catalyst performance,” Chem. Eng. J., vol. 501, p. 157691, Dec. 2024, doi: 10.1016/j.cej.2024.157691.
  6. Y. Kavun, A. Acikgoz, and G. Demircan, “DLP 3D printing of Al2O3 and Bi2O3 reinforced photopolymer composites: Radiation shielding and mechanical properties,” Ceram. Int., vol. 51, no. 17, pp. 23289–23301, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.ceramint.2025.03.018.
  7. J. Velásquez, M. Fuentealba, and M. Santibáñez, “Characterization of Radiation Shielding Capabilities of High Concentration PLA-W Composite for 3D Printing of Radiation Therapy Collimators,” Polymers (Basel)., vol. 16, no. 6, p. 769, Mar. 2024, doi: 10.3390/polym16060769.
  8. M. Elsafi, M. A. El-Nahal, M. I. Sayyed, I. H. Saleh, and M. I. Abbas, “Novel 3-D printed radiation shielding materials embedded with bulk and nanoparticles of bismuth.,” Sci. Rep., vol. 12, no. 1, p. 12467, Jul. 2022, doi: 10.1038/s41598-022-16317-w.
  9. J. R. C. Dizon, A. H. Espera, Q. Chen, and R. C. Advincula, “Mechanical characterization of 3D-printed polymers,” Addit. Manuf., vol. 20, pp. 44–67, Mar. 2018, doi: 10.1016/j.addma.2017.12.002.
  10. D.-G. Eom and S.-H. Kim, “3D Printing of Tungsten-Polymer Composites for Radiation Shielding,” J. Korean Soc. Radiol., vol. 14, no. 5, pp. 643–650, 2020, doi: 10.7742/jksr.2020.14.5.643.
  11. Y. Sun, A. D. Juncos Bombin, P. Boyd, N. Dunne, and H. O. McCarthy, “Application of 3D printing & 3D bioprinting for promoting cutaneous wound regeneration,” Bioprinting, vol. 28, p. e00230, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.bprint.2022.e00230.
  12. Z. Madak, B. Oto, E. Kavaz, and N. Çakar, “Improvement of nuclear photon and neutron shielding performance of Tm2O3 and Dy2O3 doped ceramics: An experimental study,” Radiat. Phys. Chem., vol. 217, p. 111516, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.radphyschem.2024.111516.
  13. B. M. Alotaibi, T. M. Alhuzaymi, M. F. Alotiby, S. A. Makhlouf, K. S. Shaaban, and E. A. A. Wahab, “Electronegativity, susceptibility, and radiation shielding features of thulium reinforced barium-cadmium-lithium-borate glasses,” Chalcogenide Lett., vol. 21, no. 8, pp. 583–604, Aug. 2024, doi: 10.15251/CL.2024.218.583.
  14. M. H. A. Mhareb, M. A. Almessiere, M. I. Sayyed, and Y. S. M. Alajerami, “Physical, structural, optical and photons attenuation attributes of lithium-magnesium-borate glasses: Role of Tm2O3 doping,” Optik (Stuttg)., vol. 182, pp. 821–831, Apr. 2019, doi: 10.1016/j.ijleo.2019.01.111.
  15. H. Al-Ghamdi et al., “Tm2O3 doped borosilicate glasses for optical and medical applications: optical characterization and γ-ray/neutron attenuation competence,” Appl. Phys. A, vol. 131, no. 5, p. 347, May 2025, doi: 10.1007/s00339-025-08464-4.
  16. R. Darwesh, M. I. Sayyed, Y. Al-Hadeethi, H. Jamal ALasali, and J. Sayef Alotaibi, “Improved radiation shielding properties of epoxy resin composites using Sb2O3 and Al2O3 nanoparticles additives,” Ann. Nucl. Energy, vol. 200, p. 110385, Jun. 2024, doi: 10.1016/j.anucene.2024.110385.
  17. P. Arce et al., “Gamos: A framework to do Geant4 simulations in different physics fields with an user-friendly interface,” "Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A", vol. 735, pp. 304–313, Jan. 2014, doi: 10.1016/j.nima.2013.09.036.
  18. M. J. Berger and J. H. Hubbell, “XCOM: Photon cross sections on a personal computer,” Oak Ridge, TN, Jul. 1987. doi: 10.2172/6016002.
  19. M. C. Şahin, N. Ünay Çubukçu, E. Öner, H. Bircan, and K. Manisa, “Investigation of gamma radiation absorption parameters and comfort properties of woven fabrics with hybrid yarns containing Haynes 25/L625 alloy,” Eur. Phys. J. Plus, vol. 141, no. 2, p. 169, Feb. 2026, doi: 10.1140/epjp/s13360-026-07407-z.
  20. M. C. Sahin, “The impact of Li2O concentration on mechanical and radiation attenuation properties of lithium zinc borotellurite glasses: an in silico study,” Indian J. Phys., vol. 99, no. 7, pp. 2563–2572, Jun. 2025, doi: 10.1007/s12648-024-03483-y.
  21. M. C. Şahin, M. Kayhan, and E. Kayhan, “Assessment of Radiation absorption parameters of lithium disilicate glass-ceramic used in dentistry: experimental and theoretical approaches,” J. Aust. Ceram. Soc., vol. 61, no. 2, pp. 361–369, Apr. 2025, doi: 10.1007/s41779-025-01157-4.
  22. M. C. Şahin, M. Kayhan, and E. Kayhan, “Investigation of the radiation absorption parameters of dental Yttria-stabilized zirconium dioxide,” J. Aust. Ceram. Soc., vol. 61, no. 4, pp. 1613–1623, Sep. 2025, doi: 10.1007/s41779-025-01232-w.
  23. M. C. Şahin, K. Manisa, and H. Bircan, “Validation of a Proposed Equation for Determining the Half-Thickness Value of Gamma and X-Ray Radiation,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edeb. Fakültesi Fen Derg., vol. 18, no. 1, pp. 10–17, May 2023, doi: 10.29233/sdufeffd.1244542.
  24. H. Bircan, K. Manisa, A.S. Atan, M. Erdoğan, “Gama ve X-Işını Radyasyonu Yarı Değer Kalınlık Değerinin Hesaplanması için Yeni Bir Denklem,” Süleyman Demirel Univ. Fac. Arts Sci. J. Sci., vol. 12, no. 1, pp. 23–29, 2017.
  25. M. C. Sahin, K. Manisa, H. Bircan, and S. K. Saygili, “Experimental, theoretical, and biological investigations on radiation shielding parameters of boron-doped cerrobend alloys,” Matéria (Rio Janeiro), vol. 29, no. 4, 2024, doi: 10.1590/1517-7076-rmat-2024-0366.
  26. E. Kayhan, M. C. Şahin, T. Erdoğan, and M. Kayhan, “Electron and Gamma‐Ray Shielding Performance of Glass Fiber‐Reinforced Polyester Composites With Inorganic Fillers,” J. Appl. Polym. Sci., vol. 142, no. 46, Dec. 2025, doi: 10.1002/app.57811.
  27. F. Akman et al., “Production and evaluation of the polyester composites containing pyrite and niobium diboride for radiation protection,” Radiat. Phys. Chem., vol. 226, p. 112326, Jan. 2025, doi: 10.1016/j.radphyschem.2024.112326.
  28. S. S. Obaid, M. I. Sayyed, D. K. Gaikwad, and P. P. Pawar, “Attenuation coefficients and exposure buildup factor of some rocks for gamma ray shielding applications,” Radiat. Phys. Chem., vol. 148, pp. 86–94, Jul. 2018, doi: 10.1016/j.radphyschem.2018.02.026.
  29. T. Erdogan, S. Eken, and M. C. Sahin, “Theoretical investigation of radiation absorption properties of electrons, photons, and heavy ions in Fe-based shape memory biomedical alloys,” Radiat. Eff. Defects Solids, to be published., doi: 10.1080/10420150.2025.2562527.
  30. T. Erdogan et al., “Photon, Electron and Charged Particles Attenuation Characteristics of Polyester Composites Reinforced with Waste Marble Dust,” Appl. Radiat. Isot., p. 112597, Apr. 2026, doi: 10.1016/j.apradiso.2026.112597.
  31. I. C. Celik, M. Kamislioglu, N. Yorulmaz, M. M. Yasar, and M. Durgun, “Case study of Er- and Dy-doped boron-aluminosilicate glasses on radiation shielding performance in the energy range 0.015–10 MeV with MCNP6.2,” Radiat. Phys. Chem., vol. 218, p. 111551, May 2024, doi: 10.1016/j.radphyschem.2024.111551.
  32. M. C. Şahin and K. Manisa, “Design and evaluation of eco-engineered B4C/Fly ash composites: A green material for gamma and neutron shielding applications,” Indian J. Chem. Technol., 2025, doi: 10.56042/ijct.v32i6.20285.
  33. E. Salehi, N. Makiabadi, S. Keshavarz, S. Ghanavati, M. Khateri, and R. B. Malidarreh, “Determination of mass attenuation coefficient for common prosthetic materials utilizing Monte Carlo simulation, theoretical analysis, and XCOM software,” Phys. Scr., vol. 99, no. 12, p. 125309, Dec. 2024, doi: 10.1088/1402-4896/ad8fdd.
  34. H. O. Tekin, “MCNP-X Monte Carlo Code Application for Mass Attenuation Coefficients of Concrete at Different Energies by Modeling 3 × 3 Inch NaI(Tl) Detector and Comparison with XCOM and Monte Carlo Data,” Sci. Technol. Nucl. Install., vol. 2016, pp. 1–7, 2016, doi: 10.1155/2016/6547318.
  35. S. A. Bassam et al., “Effect of Tm2O3 addition on the physical, structural, elastic, and radiation-resisting attributes of tellurite-based glasses,” Radiat. Phys. Chem., vol. 209, p. 110988, Aug. 2023, doi: 10.1016/j.radphyschem.2023.110988.
  36. M. C. Şahin and K. Manisa, “Evaluation of X-Ray Shielding Ability of Tungsten Rubber: A GAMOS Monte Carlo Study,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edeb. Fakültesi Fen Derg., vol. 18, no. 1, pp. 1–9, May 2023, doi: 10.29233/sdufeffd.1241050.
  37. M. J. R. Aldhuhaibat, M. S. Amana, H. Aboud, and A. A. Salim, “Radiation attenuation capacity improvement of various oxides via high density polyethylene composite reinforcement,” Ceram. Int., vol. 48, no. 17, pp. 25011–25019, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.ceramint.2022.05.154.
  38. M. C. Sahin, T. Erdogan, and M. T. Udristiou, “Investigation of some radiation attenuation properties of biomedical magnesium alloys: a simulation-based study,” Radiat. Eff. Defects Solids, to be published., doi: 10.1080/10420150.2025.2526386.
  39. R. Darwesh, M. I. Sayyed, Y. Al-Hadeethi, H. J. Alasali, and J. S. Alotaibi, “Enhanced radiation shielding performance of epoxy resin composites with Sb2O3 and Al2O3 additives,” Radiat. Phys. Chem., vol. 213, p. 111247, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.radphyschem.2023.111247.
  40. S. A. M. Issa, M. I. Sayyed, M. H. M. Zaid, and K. A. Matori, “Photon parameters for gamma-rays sensing properties of some oxide of lanthanides,” Results Phys., vol. 9, pp. 206–210, Jun. 2018, doi: 10.1016/j.rinp.2018.02.039.