Bor ve barit agregalı ağır betonların nötron parçacıkları, x- ve ?-ışınları radyasyon soğurganlıklarının belirlenmesi
Determined of radiation absorbtion for neutron particles, x- and ?-rays of heavy concretes included bore and barite aggregates
Yazar: FARUK DEMİR
Danışman: PROF. DR. GÖKHAN BUDAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada elde edilen ağır betonlar, nükleer santrallerde meydana gelen radyasyondan korunmak için, nükleer savaş olasılığına karşı yapılan sığınaklarda ve tıp alanında radyoloji ve onkoloji servisi odalarının duvarlarında zırh malzemesi olarak kullanılabilir. X- ve ? -ışınlarını geçirmemesi için yoğunluğu yüksek olan barit cevheri, nötron parçacıklarını durdurmak için ise bor türevli kolemanit cevheri kullanılmıştır. Çalışma öncelikle betonların teorik olarak elde edilmesi şeklinde düşünülmüştür. Beton karışım kuralları dikkate alınarak beton içerisindeki agrega, çimento ve suyun kimyasal bileşiklerinin konsantrasyon miktarları her bir beton türü için XCOM programı kullanılarak belli enerjilerde kütle azaltma katsayıları belirlenmiştir. Teorik sonuçlara göre soğurganlık açısından iyi olan beton türleri için deney aşamasına geçilmiştir. Teorik hesaplamalarda dikkate alınan cevher türleri barit, tinkal ve üleksit'dir. Bu cevherlere belli oranlarda eklenen kimyasal türleri PbO, PbSO4 ve Fe3O4'dür. Çimento olarak CEM I'in kimyasal analiz sonuçları kullanılmıştır. Daha sonra agrega deneylerine geçildi ve bu aşamada da elde edilen sonuçlara göre barit cevheri, kolemanit cevheri, normal agrega ve PbO kimyasalının kullanıldığı toplam 8'er dm3'lük üç prizma, iki silindir şeklinde on sekiz çeşit beton hazırlandı. Su çimento oranı, akışkanlaştırıcı ve çimento dozajının optimum değerleri ağır beton açısından ayrıca göz önünde bulundurulmuştur. Bu betonlar dayanıma ulaşmaları için yirmi sekiz gün boyunca kireçli suda bekletilmiştir. 3., 7., 14., 21. ve 28. günlerde ultrasonik dalga geçirgenlik ve 28. günün sonunda basınç dayanım değerleri için iyi sonuçlar alınmıştır. Her bir beton türü için 28 cm uzunluğundaki prizma betonlar belli kalınlıklarda (1, 3, 5, 7, 9 cm) kesilmiştir. Belli enerjilerdeki nötron parçacıkları, ?- ve X-ışını için beton soğurganlıkları CdTe katıhal dedektörü, sintilasyon sayacı, iyon odası, He nötron dedektörü ve doğrusal hızlandırıcı (LINAC) kullanılarak belirlenmiştir. Kullanılan foton enerjilerinin değerleri, 59,5 keV (241Am); 80 keV, 276 keV, 303 keV, 356 keV ve 383 keV (133Ba); 663 keV (137Cs); 1,25 MeV (60Co); 6MV (~2MeV) ve 18MV (~6MeV) (Doğrusal Hızlandırıcı (LINAC))'dir. 241Am/Be nötron kaynağından salınan nötronların etkin enerjisinin değeri 4,5 MeV'dir. Sonuçta, yeni karışım oranlarıyla barit agregalı betonların fotonlar için, kolemanit agregalı betonların ise nötronlar için daha iyi soğurgan oldukları tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, heavy concretes obtained is used as a shielding in order to avoid radiation in nuclear plants, in the shelters build against nuclear war possibility and in the walls of radiology and oncology department in medical field. Barite has high density not to pass through X- and ? -rays, colemanite originated bore not to pass through neutron particles were used. Previously, study was thought obtain of concretes as a theoretic. As take into consideration concrete mixture rules, concentration quantities of chemical compounds of aggregate, cement and water in concrete were determined using XCOM program at certain energies for each one concrete kinds. According to theoretic results, for concretes have good absorption was passed to experimental step. Ore kinds taken into consideration at theoretic calculation were barite, tincal and ulexite. Chemical compounds additive to this matter at certain proportions were PbO, PbSO4 and Fe3O4. As cement, chemical analysis results of CEM I were used. Then, it was passed aggregate experiments and, at this step according to results obtained eighteen kinds concretes as three prisms, two cylindrical 8 dm3 have volume used barit matter, colemanite matter, normal aggregate and PbO chemical compounds were also prepared. Optimum values of water cement proportion, new third generation super plasticizer and cement quantity were separately taken into consideration as to heavy concrete. These concretes for attain to resistance have been waited with limy water along the twenty eight days. It was obtained good results for pressure resistance days at first, third, seventh, fourteenth, twenty first and twenty eighth days and ultrasonic wave permeability at the end of twenty eighth day. For each one concrete kinds, prism concretes have 28 cm long were cut certain thicknesses (1, 3, 5, 7 and 9 cm). Concretes absorption for neutron particles, X- and ? -rays at certain energies determined using CdTe solid state detector, scintillation counter, ion chamber, He neutron detector and linear accelerator (LINAC). Values of photon energies used were 59.5 keV (241Am); 80 keV, 276 keV, 303 keV, 356 keV ve 383 keV (133Ba); 663 keV (137Cs); 1.25 MeV (60Co) 6MV (~2MeV) ve 18MV (~6MeV) (linear accelerator (LINAC)). Value of effective energy of neutron emitted of 241Am/Be neutron sources was 4.5 MeV. Consequently, it is determined fine concretes with barite aggregate for photon absorption and concretes with colemanite aggregate for neutron absorption using new mixture proportions.