EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Akkaş, Ayhan" ile EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeAlüminyum-Bor-Karbür kompozit malzemelerin radyasyon karşısındaki davranışının belirlenmesi, XCOM bilgisayar programı ile incelenmesi ve yeni bir hibrit kompozit radyasyon zırh malzemesi önerisi(Enerji Enstitüsü, 2015) Akkaş, Ayhan ; Tuğrul, Asiye Beril ; 416857 ; Enerji Bilim ve Teknoloji ; Energy Sciences and TechnologiesBu doktora çalışmasında, farklı tiplerde iyonizan radyasyon çeşitlerinin zırhlanmasında kullanılmak üzere alüminyum-bor karbür kompozit malzemenin davranışının incelenmesi ve bu alanda kullanılabilecek yeni bir malzemenin önerilmesi amaçlanmıştır. İyonizan radyasyon kaynakları endüstri, tıp, tarım ve araştırma amaçlı olarak birçok alanda yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Radyasyon, kullanım alanına uygun olarak farklı tip ve enerjilerde olabilmektedir. Görevi gereği radyasyonla çalışan personelin ve toplum üyesi kişilerin radyasyondan korunmasının en önemli metodlarından biri radyasyon kaynağının veya kullanıldığı alanın zırhlanmasıdır. Radyasyonun tip ve enerjisinin değişmesi madde ile etkileşmesinde farklılıklar ortaya koyduğundan, zırhlama için kullanılan malzemeler de farklılık göstermektedir. Nükleer reaktörler, uzay çalışmaları gibi alanlarda aynı anda farklı tip radyasyona maruz kalınabilmektedir. Karışık radyasyon alanlarında tek bir malzeme ile etkin zırhlama yapmak, zırhlama malzemesinin kapladığı hacmin azalmasında, gerekse de maliyet açısından fayda sağlamaktadır. Bununla beraber, radyasyon zırhlamasında en yaygın kullanılan malzeme olan kurşunun toksit etkilere sahip olması, insan sağlığı açısından olumsuz etkilere neden olmaktadır. Öte yandan, Avrupa Birliğinin yayınladığı RoHS direktifleri sonucunda kurşunun birçok alanda kullanılması yasaklanmış ve ileri süreçte tamamen kurşun kullanımından vazgeçilmesi planlanmaktadır. Bu çerçeve de, bu doktora çalışmasında, kurşuna alternatif oluşturabilecek, farklı radyasyon tiplerinin zırhlanmasında etkili bir malzemenin önerilmesi benimsenmiştir Deneysel çalışmalarda öncelikle alüminyum-bor karbür (Al-B4C) malzeme bu doktora tezinin özgünlüğü içinde incelenmiştir. Bu malzemeler dört farklı hacimsel yüzde oranında, %5, %10, %15 ve %20 ve beş farklı tane boyutunda ortalama 3 µm, ortalama 53µm, 75-150 µm arası, 150-250µm arası ve ortalama 500 µm olmak üzere B4C bileşiği içermektedir. Malzemelerin tümü için gama, nötron ve beta radyasyonları karşısındaki zırhlama davranışları incelenmiştir. Bir başka deyişle, B4C bileşiğine ait tane boyutunun zırhlama davranışı üzerine etkisi ile gama, nötron ve beta radyasyonları ile yapılan çalışmalar doktora çalışmasının özgün kısımlarıdır. Alüminyum-bor karbür (Al-B4C) malzeme ile elde edilen sonuçlardan yararlanarak alüminyum-bor karbür-tungsten karbür kompozit malzemesi ile çalışılmış, gama, nötron ve beta radyasyonları karşısındaki zırhlama davranışları incelenmiştir. Bu husus, doktora tezinin malzeme seçimi konusundaki önemli özgünlüğünü oluşturmaktadır. Gama radyasyonu ile çalışmada, farklı gama radyasyon enerjilerinde yayınım yapan üç farklı radyoizotop kaynak kullanılmıştır. Bu yolla bağıl olarak Am-241 ile düşük enerjide (60 keV), Co-60 ile yüksek enerjide (1,17 ve 1,33 MeV' lik iki pik ortalaması 1,25 MeV) ve Cs-137 ile orta enerjilerde (662 keV) gama radyasyonu ile çalışma yapılmıştır. Nötron radyasyonu ile çalışmada Howitzer içerisinde bulunan Pu-Be nötron kaynağı kullanılmıştır. Bu kaynağın yaydığı nötronların ortalama enerjisi yaklaşık 4 MeV' dir. Beta radyasyonu ile yapılan çalışmada ise, kullanılan radyoizotop kaynak Sr/Y-90'dır. Söz konusu bu radyoaktif kaynaktan çıkan maksimum beta enerjisi 2,28 MeV' dir. Deneysel çalışmalar kapsamında transmisyon tekniği kullanılarak gama ve beta radyasyonları kullanılarak her bir malzeme için lineer zayıflatma ile kütle zayıflatma katsayısı değerleri, nötron radyasyonu için ise makroskopik tesir kesiti değerleri bulunmuştur. Bulunan bu değerler yardımı ile her bir malzeme için kullanılan radyasyon tipine bağlı olarak Yarı-Değer Kalınlık (YDK) değerleri bulunmuştur. Ayrıca, gama kütle zayıflatma katsayı değerlerinin teorik olarak bulunması için, uluslararası boyutta kabul gören XCOM bilgisayar programı kullanılarak teorik hesaplamalar yapılmıştır. Kompozit malzemelere ait deneysel olarak bulunan gama kütle zayıflatma katsayı değerleri, XCOM bilgisayar programından elde edilen teorik değerlerle karşılaştırılmıştır. Gama kaynakları ile yapılan deney sonuçlarına göre; Al-B4C bileşiği içerisinde B4C bileşiğine ait tane boyutunun artması, kompozit malzemenin radyasyon tutuculuğunu azaltmaktadır. Gama radyasyonu enerjisi arttıkça tane boyutunun etkisi azalmaktadır. Bununla beraber kompozit malzeme içerisindeki B4C hacimsel yüzde içeriğinin artması gama radyasyonunu tutuculuğunu azalmaktadır. Bu azalma düşük enerjili gama radyasyonunda daha belirgin, yüksek enerjili gama radyasyonu için daha düşüktür. Al-B4C-WC hibrit kompozit malzemesi için deneysel çalışmada malzeme içerisindeki WC miktarı arttıkça, gama radyasyonuna karşı malzemelerin tutuculuğu da artmıştır. Bununla beraber, gama radyasyonu karşısında XCOM programından elde edilen teorik kütle zayıflatma katsayıları ile deneysel olarak elde edilen kütle zayıflatma katsayıları birbirleri ile uyumlu çıkmıştır. İki değer arasındaki yüzde fark, büyük çoğunluğu %3'ün altında, tümü % 6' nın altında kalmıştır. Nötron deneyleri sonucunda, Al-B4C kompozit bileşiği için elde edilen sonuçlara göre kompozit malzeme içerisindeki B4C bileşiğinin hacimsel yüzde oranı ve tane boyutunun artması nötron tutuculuğunu arttırdığı saptanmıştır. Al-B4C-WC hibrit kompozit malzemeleri içinde hacimsel yüzde olarak B4C ve WC oranlarının artması nötron tutuculuğunu arttırdığı görülmüştür. Beta deneyleri sonucunda, Al-B4C kompozit bileşiği içerisindeki B4C hacimsel yüzde miktarının artması, malzemenin beta tutuculuğunu arttırdığı gözlemlenmiştir. Bununla beraber Al-B4C-WC hibrit kompozit malzemeleri içerisindeki B4C ve WC bileşiklerinin hacimsel yüzde miktarlarının beraber artışı beta tutuculuğunu arttırdığı saptanmıştır. Deneysel olarak kompozit malzemeler için bulunan kütle zayıflatma katsayıları, saf alüminyum için bulunan kütle zayıflatma katsayısı ile karşılaştırılmıştır. Al-B4C kompozit malzemeler içerisine belirli oranlarda WC bileşiğinin katılması farklı radyasyon kaynakları karşısında zırhlama etkisini arttırması ile birlikte kompozit malzemelerin yoğunluğunu da arttırmaktadır. Özellikle uzay teknolojisi, uçak teknolojisi, nano teknoloji gibi alanlarda kullanılan malzemelerin yoğunluğu da önemli bir yer tutmaktadır. Bu bağlamda bileşik içerisine katılan WC miktarı kısıtlı kalması gerekmektedir. Deneysel sonuçlar sonucunda Al-B4C kompozit malzeme içerisine %5 ve %10 oranında katılan WC ile oluşturulan hibrit kompozit malzemelerin karışık radyasyon alanlarında etkin bir zırhlama malzemesi olarak kullanılabilirliği bu doktora tezinin özgünlüğü kapsamında gösterilmiştir.