İyonizan radyasyon zırhlaması için polianilin içeren kompozitlerin kullanımının incelenmesi

Abstract

Günümüzde doğal kaynakların yanı sıra medikal tıpta ve sanayide insan yapımı radyasyona maruz kalınmakta. Herhangi bir duyu organıyla hissedilmeyen radyasyonun, belirli prensiplere ve doz sınırına uyulmaz ise insan sağlığı için zararlı etkileri gözlemlenir. Radyasyonun zararlı etkilerinden korunmak için Uluslarası Atom Enerji Ajansı (IAEA), Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu 'International Commission on Radiological Protection'(ICRP) gibi kuruluşlar radyasyon çalışanları ve halk için acil durumlarda ve yıllık olarak alınabilecek doz sınırları belirlemiştir. Bu doz sınırlarına uymak için radyasyonun zırhlamansı hayati önem taşımaktadır. Geant4 parçacık fiziği, nükleer fizik, medikal fizik, hızlandırıcı tasarımı ve uzay mühendisliği çalışmaları için fizikçiler ve yazılım mühendisleri tarafından geliştirilen C++ diline uyarlanmış, Monte Carlo yöntemini kullanan bir araç setidir. Bu araç seti farklı fizik süreçlerinden yararlanıp, parçacıkların malzemeden geçişlerini simüle edilmesine olanak sağlar. Bu yüksek lisans tez kapsamında; polianilin, formik asit, borik asit ve bor nitrür'ün farklı oranlarında oluşturulan kompozitlerinin gama ve nötron radyasyonunu zırhlama özellikleri, gamalar için deneysel ve Geant4 simülasyon uygulaması, nötronlar için ise teorik hesaplama ve Geant4 simülasyon uygulaması yardımıyla incelenmiştir. Kimyasal formülü (C6H5NH2)n olan polianilinin ve kimyasal formülü CH₂O₂ olan formik asitin %50 oranlarla karıştırılmasıyla elde edilen örneğe %0, %1, %2 ve %5 oranlarında kimyasal formülü BN olan bor nitrür eklenen dört örneğin yanı sıra, polianilin ve borik asitin %50 oranlarla karıştırılan bir örnek daha incelenmiştir. Gama zırhlama incelemeleri için enerjisi 662 keV olan 137Cs kaynağı ve enerjisi 1253 keV 60Co kaynağı kullanılmıştır. Nötron tesir kesiti hesaplamaları ise 0,025 eV, 1 keV ve 10 MeV enerji değerleri için yapılmıştır. Geant4 simülasyonunda gama kaynağı ile yapılan uygulamalarda, örneklerin lineer zayıflatma katsayısını tespit etmek için 0,5 cm, 1 cm 1,5 cm ve 2 cm kalınlıklarında da simülasyon çalıştırılıp, etkileşim yapmadan geçen gama fotonlarının sayısı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan kalınlığa karşı, I/I0 oranının grafiği çizilip grafik denkleminden lineer zayıflatma katsayıları bulunmuştur. Deneysel uygulamalarda dedektör olarak NaI sintilasyon dedektörü kullanılmıştır. Her örnek için deneyler üç kez tekrarlanıp ortalamaları alınarak hesap yapılmıştır. Deneyler sonucunda örneklerin lineer zayıflatma katsayıları, kütlesel zayıflatma katsayısı, yüzde zayıflatma oranlar ve yarı değer kalınlıkları tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılıp, yüzde farklılık oranları hesaplanmıştır. Geant4 nötron simülasyonlarında, nötronların malzeme içinde aldığı ortalama serbest yolun bulunması ve malzemeyi geçen nötronların enerji spekturumunda ilgili enerjideki parçacık sayısının bulunması olmak üzere iki farklı yöntemle nötron tesir kesiti hesaplanmıştır. Sonuçlar teorik hesaplamalarla karşılaştırılmıştır. Geant4 ile simülasyonları ve teorik hesaplamalar sonucunda bor elementinin yüzdesinin fazla olduğu örneğin termal enerjili nötronlar için (0,025 eV) zırhlama özelliklerinin oldukça iyi olduğu gözlemlenmiştir. 0.025 eV enerji için S4 örneğinin 0,11 cm kalınlığının diğer örneklerin ise yaklaşık 0,4 cm kalınlığının, 1 keV için tüm örneklerin yaklaşık 0,6 cm kalınlığının, 10 MeV için ise tüm örneklerin yaklaşık 6 cm kalınlığının radyasyon şiddetini yarıya değerine indirmeye yeterli olduğu gözlemlenmiştir. Gama radyasyonu incelemelerinde Geant 4 ile deneysel çalışmaların büyük oranda uyumlu olduğu gözlenmiştir. Oluşan farklılıkların sebebi gerçekte karışımın simülasyonda hesaplandığı kadar homojen olmaması, bileşiklerde safsızlık bulunması, kimyasal bileşenlerin öngörülmeyen etkileşimlere girebilmesi, radyasyon kaynağının şiddetinde salınımlar olması ile açıklanabilir. 60Co ölçümlerinde farkın artmasının sebebi ise orta enerjilerde Compton etkileşiminden kaynaklanan saçılmaların olduğu düşünülebilir. Yukarıda belirtilen eksiklikler gelecekteki araştırmalarda ele alınarak genişletilebilir.