Tungsten katkılı metal matrisli kompozit malzemelerin tasarlanması üretilmesi, karakterizasyonu ve nükleer radyasyon koruyucu özelliklerinin belirlenmesi
Design, production, characterization and determination of nuclear radiation protective properties of tungsten-doped metal matrix composite materials
Yazar: EMİNE KUŞ BURAK
Danışman: PROF. DR. ABDULHALİK KARABULUT
Ağrı İbrahim Çeçen Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışma, yüksek sıcaklıklara dayanıklı, gama ve hızlı nötron radyasyonunu zırhlama yeteneğine sahip yeni metal matrisli kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve üretilmesini ele almaktadır. Alüminyum (Al), kobalt (Co), bor karbür (B4C), krom (Cr), nikel (Ni), demir (Fe), tungsten (W), titanyum borit (TiB2), titanyum karbür (TiC), alüminyum oksit (Al2O3), molibden (Mo) ve zirkonyum (Zr) gibi çeşitli malzemeler, toz metalurjisi yöntemi kullanılarak yeni metal matrisli kompozit malzemelerin tasarımı ve üretimi için kullanılmıştır.
Gama ışını kütle zayıflama katsayıları, lineer zayıflama katsayıları, yarı değer katmanı etkin atom numarası ve hızlı nötron toplam makroskopik kesiti gibi zırhlama parametreleri, teorik olarak GEANT4 kodu ve WinXCom programları kullanılarak hesaplanmıştır. Ayrıca, 241Am-Be hızlı nötron kaynağı kullanılarak deneysel eşdeğer doz ölçümleri gerçekleştirilmiş ve numunelerin nötron radyasyonu absorpsiyon kapasiteleri belirlenmiştir. Sülfürik asit aşınma, basınç dayanımı ve sıcaklığa dayanıklılık gibi testler yapılarak numunelerin mekanik dayanım özellikleri de belirlenmiştir.
Elde edilen sonuçlar, 316LN nükleer paslanmaz çelik ile karşılaştırılarak, yeni metal matrisli kompozit malzemelerin hem gama hem de hızlı nötron radyasyonunu etkili bir şekilde absorbe edebildiğini göstermiştir. Bu yeni tip metal matrisli kompozit malzemelerin, nükleer uygulamalarda zırhlama amaçlı kullanılabileceği önerilmektedir.

Abstract:
This study deals with the development and production of new metal matrix composite materials that are resistant to high temperatures and have the ability to armor gamma and fast neutron radiation. Various materials such as alimünyum (Al), cobalt (Co), boron carbide (B4C), chromium (Cr), nickel (Ni), iron (Fe), tungsten (W), titanium boride (TiB2), titanium carbide (TiC), alimünyum oxide (Al2O3), molybdenum (Mo) and zirconium (Zr) have been used for the design and production of new metal matrix composite materials using powder metallurgy method.
Armoring parameters such as gamma ray mass attenuation coefficients, linear attenuation coefficients, half-value layer effective atomic number and fast neutron total macroscopic cross section were theoretically calculated using GEANT 4 code and WinXCom programs. In addition, experimental equivalent dose measurements were performed using a 241Am-Be fast neutron source and the neutron radiation absorption capacities of the samples were determined. The mechanical strength properties of the samples were also determined by performing tests such as sulfuric acid abrasion, compressive strength and temperature resistance.
The results obtained were compared with 316LN nuclear stainless steel, showing that the new metal matrix composite materials can effectively absorb both gamma and fast neutron radiation. It is proposed that these new types of metal matrix composite materials can be used for armoring purposes in nuclear applications.