Nanomalzemelerle güçlendirilmiş radyasyon zırhlama özelliğine sahip polimer kompozit üretilmesi
Production of radiation shielding polymer composite reinforced with nanomaterials
Yazar: ALİ MURAT SÜRÜCÜ
Danışman: PROF. DR. SERKAN SUBAŞI
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Bilim dünyasındaki gelişmeler radyasyonun birçok sektörde kullanımını yaygınlaştırmıştır. Ancak radyasyonun sağladığı yararların yanında hayati öneme sahip zararları da gözler önüne serilmiştir. Bunun sonucunda radyasyondan faydalanırken zararlarını en aza indirme gereksinimi birçok araştırmaya konu olmuştur. Bu tez çalışmasında polimer bağlayıcı kullanılarak radyasyon ışınlarını soğurma özelliğine sahip polimer kompozitlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Üretilen kompozit numunelerde matris fazında polimer bağlayıcı olarak tereftalik polyester reçinesi, takviye fazında ise cam elyaf dokumalar kullanılmıştır. Takviye fazında ayrıca nanomateryal takviyesi olarak %0,01, %0,05 ve %0,1 oranlarında tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) kullanılmıştır. Üretilen kompozitlerin radyasyon zırhlama etkinliği arttırmak amacıyla kompozit malzeme üretiminde dolgu malzemesi olarak reçine ağırlığının %50'si oranında mikronize kolemanit, barit ve manyetit kullanılmıştır. Tüm dolgu grupları için referans numuneler de hazırlanarak toplamda 15 farklı tipte kompozit plaka üretilmiştir. El yatırması yöntemiyle üretilen kompozitlerin; mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla çekme, eğilme ve darbe dayanımı testleri, fiziksel özelliklerini belirlemek için ise termal iletkenlik ve yoğunluk testleri yapılmış, SEM analizi gerçekleştirilerek de malzeme karakterizasyonları belirlenmiştir. Numunelerin nötron radyasyonlarına karşı soğurma performansları 2 Ci aktiviteye sahip 4-5 MeV enerjili 241Am-9Be nötron kaynağına sahip deney düzeneğinde test edilmiştir. Gama radyasyonu geçirgenlik testleri ise ortalama 1,233 MeV enerji değerine sahip 60Co kaynağına sahip deney düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar analiz edilerek birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan soğurma testlerine göre nötron parçacıklarını en yüksek zırhlama performansı %94,09 oranındaki performansıyla 2,68 cm kalınlığa sahip %0.05 SWCNT takviyeli Kolemanit dolgulu kompozit plaka göstermiştir. Gama ışınlarına karşı en yüksek zırhlama performansı ise lineer zayıflatma katsayısı (µ) ve yarı değer kalınlığı (HVL) sırasıyla 0,101 cm-1 ve 6,871 cm olarak hesaplanan %0,1 SWCNT barit dolgulu numunede (BC-1) elde edilmiştir. Sonuçlar; SWCNT takviyesinin nötron radyasyonuna karşı belirgin etkisinin olmadığını, gama radyasyonuna karşı ise kompozitlerin lineer zayıflatma katsayılarını en fazla %27 oranında arttırdığını göstermiştir.

Abstract:
Developments in the scientific world have made the use of radiation widespread in many sectors. However, besides the benefits of radiation, its vital harms have also been revealed. As a result, the need to minimize the damage while benefiting from radiation has been the subject of many researches. In this thesis, it is aimed to develop polymer composites with the ability to absorb radiation rays by using polymer binders. Terephthalic polyester resin was used as polymer binder in the matrix phase and glass fiber fabrics were used in the reinforcement phase in the composite samples produced. In the reinforcement phase, 0.01%, 0.05% and 0.1% single-walled carbon nanotube (SWCNT) was used as nanomaterial reinforcement. In order to increase the radiation shielding efficiency of the produced composites, 50% of the resin weight micronized colemanite, barite and magnetite were used as filling materials in the production of composite materials. A total of 15 different types of composite plates were produced by preparing reference samples for all filling groups. Composites produced by hand lay-up method; Tensile, bending and impact strength tests were carried out to determine the mechanical properties, thermal conductivity and density tests were performed to determine the physical properties, and material characterizations were determined by performing SEM analysis. The absorption performances of the samples against neutron radiations were tested in an experimental setup with a 2 Ci activity and a 241Am-9Be neutron source with 4-5 MeV energy. Gamma radiation transmittance tests were carried out in an experimental setup with a 60Co source with an average energy value of 1,233 MeV. The results from the experimental studies were analyzed and compared with each other. According to the absorption tests, the highest shielding performance of neutron particles was demonstrated by the 0.05% SWCNT reinforced Colemanite filled composite plate with a thickness of 2.68 cm with a performance of 94.09%. The highest shielding performance against gamma rays was obtained in the 0.1% SWCNT barite filled sample (BC-1), whose linear attenuation coefficient (µ) and half value thickness (HVL) were calculated as 0.101 cm-1 and 6.871 cm, respectively. Results; It has been shown that SWCNT reinforcement has no significant effect against neutron radiation, but increases the linear attenuation coefficients of composites by up to 27% against gamma radiation.