EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/199

Gözat

Yazar "Büyük, Bülent" ile EE- Enerji Bilim ve Teknoloji Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Tungsten, Titanyum, Bor İçeren Bazı Malzemelerin Gama Ve Nötron Radyasyonu Karşısındaki Davranışının İncelenmesi, Xcom Bilgisayar Programı İle İrdelenmesi Ve Yeni Bir Radyasyon Zırh Malzeme Önerisi
    (Enerji Enstitüsü, ) Büyük, Bülent ; Tuğrul, A. Beril ; 354573 ; Enerji Bilim Ve Teknoloji ; Energy Sciences and Technologies
    Bu doktora tez çalışmasında, nükleer teknolojide önemli bir konu olan radyasyon zırhlamasına yönelik olarak tungsten, titanyum ve bor içeren malzemelerle nükleer uygulamalarda üzerinde önemle durulan gama ve nötronlarla transmisyon tekniği kullanılarak çalışılması hedeflenmiştir. Son dönemlerde, gama zırhlamasına ilişkin günümüze kadar yaygın kullanılmış olan kurşunun toksisitesi ve yaratabileceği çevre sorunları ile ilişkili olarak kullanılmaması gündeme gelmiş bulunmaktadır. Nitekim, AB?nin direktifleri arasında yer alan ve bazı zararlı maddelerin kullanımının teknolojide kısıtlayan RoHS uygulamaları içerisinde kurşun da yer almakta olup, kurşun kullanımının terk edilmesine çalışılmaktadır. Bu çerçevede, bu doktora çalışmasında, gama radyasyon zırhlamasında kurşuna alternatif olabilecek tungsten ve titanyum malzemeler ile çalışılması benimsenmiştir. Öte yandan, nükleer reaktör teknolojisinde nötronlar da büyük önem taşımaktadır ve nötron zırhlaması da üzerinde durulması gereken bir konudur. Nötron yutuculuğu açısından ise bor yadsınamaz öneme sahip bir malzemedir. Tüm bu hususlar göz önüne alınarak, bu doktora tez çalışmasında tungsten, titanyum ve bor içeren malzemelerle çalışılması yoluna gidilmiştir. Gama radyasyonu ile çalışma için nükleer teknolojide önemli iki gama radyoizotop kaynak olan Cs-137 ve Co-60 radyoizotop kaynaklarıyla çalışılmıştır. Böylelikle, nükleer uygulamalarda sıkça kullanılan monokromatik enerjili bir kaynak (Cs-137) ile enerji seviyesi yüksek ve iki pikli (Co-60) gama radyoizotop kaynakları ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Çalışılması hedeflenen tungsten, titanyum ve bor içeren malzemeleri bileşik halinde bulmak her zaman mümkün olamayabilmektedir. Bu bağlamda, tungsten, titanyum ve bor içeren malzemeler olarak, (son dönemlerde önemli gelişmeler kaydeden) kompozit malzeme teknolojisi ile üretilen kompozit malzemeler seçilmiştir. Söz konusu kompozit mazemelerin her biri için gama ve nötron karşısındaki davranışları ayrı ayrı deneysel olarak incelenmiştir. Çalışılan kompozit malzemelerin bir çoğu için deneylerimiz ilk olma özelliğini taşımaktadır. Bu husus, bu doktora tezinin malzeme seçimi konusundaki özgünlüğünü oluşturmaktadır. Ayrıca, aynı kompozit malzemenin, üretimi esnasında farklı ortalama parçacık boyutlarına sahip olacak şekilde oluşturulmuş olanları ile malzemenin radyasyon davranışına etkisi üzerinde de çalışılmıştır. Ortalama parçacık boyutu mertebesi olarak nano ve mikron altı boyutlar seçilmiş olup, nanoteknoloji açısından da irdeleme yapılması hedeflenmiştir. Bu husus ta, doktora tezinin özgünlüğü çerçevesindedir. Cs-137 ve Co-60 gama radyoizotop kaynakları ile yapılan deneylerle, çalışılan malzemelere ilişkin elde edilen sonuçlardan hareketle çizilen zayıflatma eğrileri birbirine paralel sonuçlar vermiştir. Ancak, Co-60 gama radyoizotop kaynak için elde edilen değerler, zayıflatma katsayıları açısından Cs-137 gama radyoizotop kaynak için daha düşük buna karşın daha YDK değerleri daha yüksek olmuştur. Bu sonuç beklenti doğrultusundadır. Zira, Co-60 gama radyoizotop kaynağın ortalama enerji seviyesi 1.25 MeV iken Cs-137 gama radyoizotop kaynağın enerjisi 0,662 MeV?dir. Dolayısı ile enerjisi yüksek olan gama radyoizotop kaynağa ilişkin olarak malzemelerin zayıflatma katsayıları daha düşük, ancak YDK?ları daha yüksek olmaktadır. Öte yandan, Pu-Be nötron Howitzer (NH-3) nötron kaynağı ile yapılan deneylerle çalışılan malzemelere ilişkin elde edilen sonuçlardan hareketle nötronlara karşı zayıflatma eğrileri çizilmiştir. Cs-137, Co-60 ve Pu-Be nötron Howitzer (NH-3) nötron kaynağına ilişkin olarak çalışılan tüm malzememelerin yapılan deneylerinden hareketle lineer zayıflatma katsayısı, yarıdeğer kalınlığı (YDK) ve ondabir değer kalınlık (ODK) değerleri hesaplanmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, deneysel olarak gama ışınları karşısındaki davranışları incelenen tungsten, titanyum ve bor içeren bazı özel kompozit malzemeler için teorik bazda inceleme yapılmak üzere XCOM bilgisayar programı ile de hesaplamalar yapılmıştır. XCOM Bilgisayar programı kullanılarak hesaplanan kütle zayıflatma katsayıları ile deneysel çalışmalardan hareketle hesaplanan kütle zayıflatma katsayılarının bibirine uyumlu olduğu ve aradaki farkın çoğu kez % 7?nin, hemen daima % 10?un altında kaldığı gözlenmiştir. Aradaki farkın imalattan kaynaklandığı söylenebilir. Zira, XCOM bilgisayar programı, malzemenin pür olduğunu ve mükemmel şekilde imal edildiğini kabul etmektedir. Çalışılan malzemelerin teorik deneysel kütle zayıflatma katsayılarının birbirine uyumluluğunun görülmesi, aynı zamanda deneylerimizin de güvenilirliğinin kanıtının bir göstergesidir. Yarı-değer kalınlık değerinin (YDK), malzemelerin zırhlama özelliğini betimleyen önemli parametre olduğundan hareketle malzemelerin radyasyon zırhlama etkinliğinin değerlendirilmesi için esas itibariyle YDK değerleri göz önüne alınmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde, çalışılan kompozit malzemeler ile ilgili elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Yapılan gama ve nötron deneyleri sonucunda gözlenmiştir ki; çalışılan malzemelerin bir kısmı gama zırhlaması için etkin bri kısmı da nötron zırhlaması için etkindir. Bu bağlamda, çalışılan mazlzemelerle yapılan deneysel çalışmalardan hareketle hesapanan YDK değerleri çerçevesinde hangi malzemelerin gama radyasyonu ve hangi malzemelerin nötron radyasonu için daha uygun olacağına ilişkin sonuçlara ulaşılmıştır. Öte yandan, hem gama radyasyonu için ve hem de nötronlar için katkı malzemelerinin ortalama parçacık boyutunun azaltılmasının, YDK değerlerinin azalmasına neden olduğu tespit edilmiştir. Başka bir deyişle, ortalama parçacık boyutunun azaltılması, o malzemenin radyasyon zırhlama kabiliyetini arttırmaktadır. Bu husus, nanoteknolojinin önemini vurgulayan bir sonuç olarak nitelenmiştir. Bu doktora tezi çerçevesinde hem gama radyasyonu ve hem de nötronlar karşısında iyi bir zırh malzemesi olabilecek bir malzemenin belirlenerek önerilmesi bu doktora tezinin özgünlüğü çerçevesinde hedeflenmiştir. Bu bağlamda, çalışılan malzemelere ilişkin deneylerden hareketle Cs-137, Co-60 gama radyoizotop kaynakları ve Pu-Be Nötron Howitzer (NH-3) nötron kaynağı için tayin edilen YDK değerleri topluca incelenerek değerlendirilmiştir . Bu değerlendirme sonucunda tungsten diborürün hem gama radyasyonu ve hem de nötronlar karşısında uygun bir radyasyon zırh malzemesi olabileceği düşünülerek ilgili bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, Cs-137 ve Co-60 gama radyoizotop kaynakları ile Pu-Be Nötron Howitzer (NH-3) nötron kaynağı için, gama ve nötronlara karşı zırh malzemesi olarak kullanılabileceği önerilen WB2 kompozit malzemenin gama kaynakları ve nötron kaynağı karşısındaki YDK değerleri tayin edilmiştir. WB2 kompozit malzeme için ulaşılan YDK değerlerinin diğer malzemelere ilişkin YDK değerleri ile karşılaştırıldığında WB2 kompozit malzemenin hem gama ve hem de nötron zırhlaması için suygun bir radyasyon zırh malzemesi olduğu gösterilmiştir. Öz olarak, belirtmek istenirse, bu doktora tezi ile, tungsten, titanyum ve bor içeren malzemelerin gama ve nötron radyasyonu karşısındaki davranışları özgünlük çerçevesinde incelenmiş, zayıflatma katsayıları, YDK, ODK değerleri tayin edilmiş ve mukayeseli olarak değerlendirilmiştir. Kütle zayıflatma katsayıları, XCOM bilgisayar programı ile hesaplanmış ve deneysel sonuçlarla uyumluluğu ortaya konmuştur. Yine bu doktora tezinin özgünlüğü çerçevesinde önerilen tungten borürün etkin bir radyasyon zırh malzemesi olarak uygunluğu gösterilmiştir. Böylelikle, farklı yönlerden özgün ve uygulamada sadece nükleer teknolojide değil, nano teknoloji, uzay teknolojisi vb. gibi ileri teknolojilerde de kullanılabilir bir çalışma gerçeklenmeye çalışılmıştır.