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Tailoring the gamma-ray shielding performance of zinc-tellurite glasses via metal oxide substitution

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Autor(es):
Angulo, S. F. ; Chacaliaza-Ricaldi, J. ; Lozano, C. G. ; Clabel, H. J. L. ; Pimenta, A. C. S. ; Mejia, B. ; Marega Jr, E. ; Rivera, V. A. G.
Número total de Autores: 8
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: Journal of Non-Crystalline Solids; v. 670, p. 12-pg., 2025-10-27.
Resumo

Tellurite-based glasses have emerged as promising candidates due to their favorable structural and optical properties. However, their shielding performance is susceptible to compositional variations. This research investigates the incorporation of various metal oxides, specifically GeO2, TiO2, WO3, and Nb2O5, to enhance the shielding properties of zinc-tellurite glasses. The work aimed to elucidate the relationship between the structural features of the glasses and their functional properties, specifically optical behavior and gamma-ray attenuation performance. Such performance was evaluated computationally over a broad energy range (0.015-15 MeV) using the Geant4 toolkit and validated against XCOM data. Raman spectroscopy showed that GeO2 promoted a more polymerized network, while Nb2O5, WO3, and TiO2 increased non-bridging oxygen content, inversely affecting the optical bandgap. WO3-modified glass exhibited the highest density and superior shielding performance, evidenced by the highest mass attenuation coefficients and effective atomic numbers across the entire energy spectrum, alongside the lowest half-value layers and mean free paths. These findings highlight metal oxide selection as a key strategy for tailoring zinc-tellurite glasses, not only to surpass the shielding performance of conventional concrete but also to enable the design of advanced, lead-free, and transparent materials for next-generation radiation shielding and photonic devices. (AU)

Processo FAPESP: 23/11839-3 - Regime extremo da interação luz-matéria em nanoestruturas plasmônicas acopladas com materiais 2D
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Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 24/22354-3 - Desenvolvimento de um sensor de gases do efeito estufa baseado em vidros teluritos sem OH dopados com íons de terras raras
Beneficiário:Gaston Lozano Calderón
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 21/11484-5 - Geração de segundo harmônico e espalhamento hiper-Rayleigh em titanato de bário para aplicações fotônicas
Beneficiário:José Luis Clabel Huamán
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Processo FAPESP: 23/08401-6 - Guias de onda plasmônicas baseadas em nanovidros dopados com Er3+ para aplicações em telecomunicações quânticas
Beneficiário:José Yitzhak Aarón Chacaliaza Ricaldi
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
Processo FAPESP: 23/12143-2 - Integração de dispositivos fotônicos-plasmônicos
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Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores