Nano-bor katkılı kompozitlerin nötron ve gama radyasyon soğurma özelliklerinin belirlenmesi
The determination of neutron and gamma shielding properties of composites contaning nano boron
Yazar: ŞERİFE GÖZDE İRİM
Danışman: DOÇ. DR. MESUT KARAKOÇ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Nükleer uygulamalarda radyasyondan korunmanın en önemli yolu önlem alınacak radyasyona uygun zırhlama materyallerinin kullanılmasıdır. Radyasyondan daha sağlıklı korunmak için daha etkin, mevcut zırhlama materyallerine alternatif olabilecek, farklı zırhlama materyalleri üzerinde yapılan çalışmalar son zamanlarda artmıştır. 
Bu çalışmada, nötron ve gama radyasyonun engellenmesinde ve nötronun soğurulması sürecinde oluşabilecek gama ışınlarının soğrulmasının gerekli olduğu nükleer ortamlarda rahatlıkla kullanılabilecek, iki ana matris yapıda (yüksek yoğunluklu polietilen ve poliimid) farklı yüzdelerde h-BN, B4C ve Gd2O3 nano parçacıklar içeren nano kompozitler tasarlanıp üretilmiştir. Bunun için öncelikle, ark deşarj ve öğütme yöntemiyle BN, B4C ve Gd2O3 nano yapılar elde edilmiştir. Üretilen nano parçacıkların özellikleri SEM ve TEM görüntüleri, XRD, EDX ve Raman teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Farklı yapılarda ve yüzdelerde üretilen nano kompozitlerin nötron ve gama radyasyonu soğurma özelliklerinin yanı sıra [toplam makroskobik etki tesir kesiti (S, cm-1) ve kütle soğurma katsayısı (µ/r, cm2g-1)] mekanik özellikleri de [çekme dayanımı (MPa), kopmada uzama (%), elastik modül (MPa) ve sertlik (Shore D) vb.] araştırılmıştır.
Ana matris ve katkı miktarlarına bağlı olarak kompozitlerin nötron ve gama soğurma katsayıları değişiklik göstermektedir. Nötron ve gama radyasyonunu en iyi soğuran kompozitlerin (BN+Gd2O3)/PI ve (B4C+Gd2O3)/YYPE olduğu görülmüştür. Öyle ki (%11 BN+%3 Gd2O3)/PI kompozitin toplam makraskobik etki tesir kesiti 0,4052 cm-1 olarak bulunmuş ve ortalama 2 cm örnek kalınlığında ortalama %90-95'ler seviyesinde nötronları soğurmuştur.

Abstract:
The most important way of radiation protection is the use of appropriate shielding materials in nuclear applications. For an effective protection from nuclear radiations, studies on different shielding materials to be an alternative for the traditional ones have increased recently.
In this study, production of a novel shielding material that can be used easily in the nuclear environments providing shielding of neutron radiation and gamma rays that result from neutron adsorption process were produced. They are the nano composites with two main matrix structures such as high density polyethylene, HDPE and polyimide, PI, having different weight fraction of h-BN, B4C ve Gd2O3 nano particles. For this, firstly, h-BN, B4C ve Gd2O3 nano structures were synthesizedby arc-discharge and ball milling methods. The properties of nano particles produced were analysed using SEM and TEM imaging, XRD, EDX and Raman techniques. The neutron and gamma shielding [total macrosobic cross-seciton (S, cm-1) and mass attenuation coefficient (µ/r, cm2g-1)] and mechanical properties [tensile strength (MPa), elongation at break (%),  elastic modulus (MPa) and haredness] of nano composites with different structure and compositions were investigated.
The results show that, the best shield materials for neutron and gamma shielding are (BN+Gd2O3)/PI and (B4C+Gd2O3)/YYPE nano composites so that the macroscobic cross section (S)  of (11%BN+3%Gd2O3)/PI composite was as high as 0,4052 cm-1 and an avarage of 90% of neutrons was absorbed in samples having 2 cm average thicness.