B2O3-PbO-TeO2-CeO2-WO3 camların optik, fiziksel ve radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optic, physical, and radiation shielding properties of B2O3-PbO-TeO2-CeO2-WO3 glasses
Yazar: BURAK BERKE SOLAK
Danışman: PROF. DR. BÜLENT AKTAŞ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Radyasyondan korunma = Radiation-protection ; Telürit cam = Tellurite glass

Özet:
Bu çalışmada B2O3-PbO-TeO2-CeO2 camlara farklı oranlarda (x=1, 3, 5, 10, 20 mol %) WO3 ilave edilerek fiziksel özellikleri yüksek radyasyon zırhlayıcı cam malzeme üretilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç için 45B2O3-(20-x)PbO-30TeO2-5CeO2-xWO3 camlar; B2O3-PbO-TeO2-CeO2-WO3 tozları kullanılarak ergitme döküm yöntemi ile üretilmiştir. Hazırlanan camların kütle soğurma katsayıları (MAC), ortalama serbest yol (MFP), yarı değer kalınlığı (HVL) ve etkin atom sayıları (Zet) 59.54-661.62 keV enerji bölgesinde deneysel olarak ölçülmüş ve bu parametreler teorik olarak hesaplanmıştır. Sentezlenen camların temel yapısal özellikleri XRD, UV-Vis ve FT-IR spektroskopik teknikleri kullanılarak incelenmiştir. XRD sonuçları hazırlanan tüm cam kompozisyonlarında camsı amorf yapının oluştuğunu göstermiştir. Camsı amorf yapı oluşturan numunelerin sertlikleri Mikro-Vickers yöntemi ile ölçülmüştür. Numunelerin sertlik değerleri %0-5 WO3 katkı aralığında 3,53'ten 4,14 GPa'a kadar çıktığı ve %10-20 WO3 katkı aralığında ise 3,76 GPa'a kadar azaldığı görülmüştür. Camların kırılma tokluğu Half-Penny-Crack yöntemi ile belirlenmiş %0-5 WO3 katkı aralığında 1,07' den 1,14 MPa.m0.5 yükselmiş ve %10-20 katkı aralığında 1,09 MPa.m0.5'a düşmüştür. Numunelerin yoğunlukları arşimet prensibine göre belirlenmiştir ve WO3 katkı miktarı arttıkça yoğunluğun 4.93 gr/cm3 ten 4.63 gr/cm3'e düşmüş ve elastisite modülü 77'den 91 GPa'a artış göstermiştir. Araştırma bulguları sonucunda üretilmiş olan bu camların WO3 katkısı ile mekanik özelliklerinin iyileştiği ve kütle soğurma katsayısı değerlerine bakıldığında WO3 katkısının numunelerin radyasyon soğurma kabiliyetini artırdığını söyleyebiliriz.

Abstract:
This study is aimed to produce radiation-shielding glass materials with high physical properties by adding WO3 at different amounts (x=1, 3, 5, 10, 20 mol%) to B2O3-PbO-TeO2-CeO2 glasses. For this purpose, 45B2O3-(20-x) PbO-30TeO2-5CeO2 glasses were produced by melt casting method using B2O3-PbO-TeO2-CeO2 powders. The mass attenuation coefficients (MAC), mean free path (MFP), half value layer (HVL) and effective atomic numbers (Zeff) of the prepared glasses were experimentally measured in the 59.54-661.62 keV energy region and these parameters were calculated theoretically. The basic structural properties of the synthesized glasses were investigated using XRD, UV-Vis and FT-IR spectroscopic techniques XRD results showed that all prepared glass compositions formed a glassy amorphous structure. The hardness of the samples forming a glassy amorphous structure was measured by the Micro-Vickers method. It was observed that the hardness values of the samples increased from 3,53 to 4,14 GPa in the 0-5% WO3 additive range and decreased up to 3,76 GPa in the 10-20% WO3 additive range. The fracture toughness of the glasses increased from 1.07 to 1.14 MPa.m0.5 in the 0-5% WO3 additive range determined by the Half-Penny-Crack method and decreased to 1.09 MPa.m0.5 in the 10-20% additive range. The densities of the samples were determined according to the Archimedes principle and as the amount of WO3 additive increased, the density decreased from 4.93 to 4.63 gr/cm3, and the modulus of elasticity increased from 77 to 91 GPa. As a result of the research findings, it was concluded that the mechanical properties of these glasses were improved with WO3 additive. Also, considering the mass attenuation coefficient values, we can say that WO3 additive increases the radiation shielding ability of the prepared glass samples.