Tıbbi radyasyon zırhlamalarında kullanılabilecek çok fonksiyonlu mikro/nano kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve dozimetrik özelliklerinin incelenmesi
Development and investigation of dosimetric properties of multifunctional micro / nano composite materials that can be utilized in medical radiation shielding
Yazar: MUSTAFA ÇAĞLAR
Danışman: PROF. DR. ORHAN İÇELLİ ; DOÇ. DR. HİLAL ACAR DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Radyasyon = Radiation ; Radyasyon fiziği = Radiation physics ; Radyasyon toleransı = Radiation tolerance ; Radyasyon yöntemi = Radiation method ; Radyasyon ölçüm tekniği = Radiation measurement technique ; Radyasyon-iyonizan = Radiation-ionizing ; Radyasyondan korunma = Radiation-protection

Özet:
Bu doktora tez çalışması, farklı enerji seviyelerindeki iyonize radyasyonun zırhlanmasında başarılı yeni nesil, hazırlama prosedürü kolay, kütlece hafif, kurşun içermeyen çevre dostu mikro ve nano yapılı kompozit malzemeleri üretmeye, radyasyon zırhlama özelliklerini deneysel ve teorik olarak tespit etmeye odaklanmıştır. Bu bağlamda, mevcut tez araştırmasında A: BaO ve Bi2O3, W, Agmikro ve Agnano olmak üzere x'in 0 ile %35 arasında değiştiği (100-x)%Na2Si3O7/(x)%A formülüne uyan camsı yapılı kompozitler bilimsel literatürde ilk kez üretilmiş ve ilgili örneklerin belli enerjilerde elektromanyetik ışınları zırhlama özellikleri hem deneysel olarak hem de  MC ile tespit edilmiştir. 
Bu çalışmada Na2Si3O7, kompozitlerin ana bileşeni olarak seçilmiş ve mikro/nano yapılı bileşikler ve elementlerle güçlendirilmiştir. Saf Na2Si3O7 ile birlikte tüm numunelerin zırhlama performansları NaI(Tl) sintilasyon detektörü kullanılarak, Ba-133 radyoaktif kaynağından elde edilen 81 ve 356 keV pik enerjili fotonlar için tespit edilmiştir. Ölçümlerle, tüm örneklerin μ / ρ,HVL,TVL ve λ değerleri belirlenmiştir. Ayrıca, karşılaştırma yapılabilmesi amacıyla MC simülasyon kodu kullanılarak ilgili değerlerin yanında H^* (d), K_a ve Φ ölçümleri yapılmıştır. Simülasyon çalışmasında geniş bir enerji aralığındaki (25 keV-1000 keV) etkileşimler ele alınmıştır.
Bu bağlamda, μ⁄ρ değerleri için düşük enerji bölgesinde W katkısının, yüksek enerji bölgesinde ise Bi2O3 katkısının en başarılı sonuçları verdiği görülmüştür. Oluşturulan kompozitlerin zırhlama kapasitelerinin değerlendirilmesi adına ilgili enerjilerde çevre dozu ölçüm sonuçları kıyaslandığında düşük enerji bölgesinde (<100 keV) BaO'in ve Agnano'nun yüksek katkı oranları, orta enerji bölgesinde (100 keV 356 keV) ise Bi2O3'in avantajlı görülmesine karşın Agnano'nun yüksek katkı oranlarının Bi2O3'e yakın sonuçlar verdiği görülmüştür.
Öte yandan deneysel ve simülasyon sonuçlarına göre, Agnano partiküllerin mikro boyutlara göre Na2Si3O7 daha iyi bir radyasyon zırhlama özelliği kazandırdığı gösterilmiştir. Tüm veriler birlikte değerlendirildiğinde, düşük maliyetli, mekanik dayanıklılığı yüksek ve kütlece hafif bu camsı yapılarının geleneksel malzemelere göre güvenilir ve etkin bir alternatif olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
This doctoral thesis study is focused on producing a new generation, easy-to-prepare, lightweight, lead-free, and eco-friendly micro-and nano-structured composites with successful shielding against ionizing radiation at different energy levels used in diagnosis and treatment in medicine. In this context, glassy structured composites conforming to the formula (100-x)%Na2Si3O7/(x)% A, where x ranges between 0 and 35, namely A: BaO and Bi2O3, W, Agmikro, and Agnano, have been produced for the first in the scientific literatüre and their electromagnetic beam shielding properties of the samples at certain photon energies have been determined both experimentally and by MC method.
The gamma-ray shielding performances of all samples, including pure Na2Si3O7, have been determined by using a NaI (Tl) scintillation detector for 81 and 356 keV energy photons emitted from the Ba-133 radioactive point source and μ / ρ, HVL and  of all samples have been identified in the measurements. Also, H^* (d), K_a and  Φ measurements have been performed by using the MC simulation code to make comparisons along with the relevant values.
In this context, it has been concluded that the W contribution in the low energy region and the Bi2O3 contribution in the high energy region result in more successful radiation shielding. In the high energy region (> 356 keV), although Bi2O3 is seen advantageously, it has been observed that the high additive rates of Agnano give results close to Bi2O3. On the other hand, it has been shown that nano-sized Ag particles give a better radiation shielding property to sodium silica compared to micro-sized Ag particles.
When all data are evaluated together, it has been concluded that these low-cost, mechanically strong, light, and non-toxic glassy structures can be a more reliable and effective substituent of conventional materials that are often used in ionizing radiation shielding in clinical applications.