Farklı maddelerle katkılanmış beton malzemenin gama soğurma katsayısılarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of gamma absorption coefficients for doped concrete material
Yazar: UFUK AKÇAALAN
Danışman: DOÇ. DR. RIDVAN ÜNAL
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Radyasyona karşı zırhlamada kullanılan malzemelerin radyasyon soğurma özelliklerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Malzemelerin radyasyon zırhlama özeliklerinin belirlenmesinde deneysel ölçümler kadar teorik hesaplamalarda büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada standart beton, bor karbür katkılı ve sodyum pentaboratlı beton olmak üzere 3 tip beton üretilmiştir. Üretilen bor karbür ve sodyum pentaborat katkılı betonların içine  %1, %3 ve %5 oranında bor karbür ve sodyum pentaborat katkılanmıştır.  Numunelerin SEM, EDX ve XRD analizleri de yapılmıştır. Numunelerin SEM görüntüleri incelendiğinde katkılanan malzemelerde tanecikli yapının arttığı görüldü. EDX analizi yapılarak katkılanan malzemelerin atomik yüzde oranları bulundu. Hazırlanan standart beton, bor karbür katkılı (%1, %3 ve %5) ve sodyum pentaboratlı (%1, %3 ve %5) betonlar 3 farklı gama enerjisinde (662 keV, 1173 keV, 1332 keV) ölçüldü ve FLUKA Monte Carlo Kodu kullanılarak hesaplandı. Santimetre başına ölçülen gama soğurma katsayıları Standart beton, Sodyum pentaboratlı (%1, %3 ve %5) ve Bor karbür katkılı (%1, %3 ve %5) betonlar için 662 keV, 1173 keV ve 1332 keV de sırasıyla 0,178414072, 0,132150381, 0,105139865; 0,178499301, 0,129306497, 0,105620283; 0,176158823, 0,13276186, 0,104715975; 0,177476109, 0,133520604, 0,105323957; 0,179725664, 0,128801899, 0,107644363; 0,174764654, 0,130019496, 0,104636046; 0,174849109, 0,12628841, 0,106843949 şeklindedir. FLUKA Monte Carlo Kodu kullanılarak santimetre başına hesaplanan gama soğurma katsayıları Standart beton, Sodyum pentaboratlı (%1, %3 ve %5) ve Bor karbür katkılı (%1, %3 ve %5) betonlar için 662 keV, 1173 keV, 1332 keV de sırasıyla 0,2050, 0,1593, 0,11316; 0,1865, 0,1249, 0,1114; 0,2322, 0,13272, 0,09324; 0,2634, 0,14916, 0,0774; 0,2120, 0,11364, 0,0987; 0,2376, 0,10176, 0,09144; 0,2290, 0,1008, 0,10584 şeklindedir. Katkısız beton için ölçülen ve hesaplanan gama soğurma katsayıları literatür ile uyum içerisindedir. Sodyum pentaboratlı (%1, %3 ve %5) ve Bor karbür katkılı (%1, %3 ve %5) betonlar için deneysel ölçümden elde edilen gama soğurma katsayıları ile FLUKA Monte Carlo Kodundan hesaplanan gama soğurma katsayıları karşılaştırıldığında genelde uyumlu olduğu görüldü.

Abstract:
It is important to determine the absorption properties of materials used in shielding against radiation. The theoretical calculations on radiation shielding properties of materials; holds big importance, as well as experimental measurements. In this study, the standard concrete, boron carbide and sodium pentaborat doped three types of concrete were studied. The doped concrete was produced by adding 1%, 3% and 5% of Boron carbide and Sodium pentaborate. The SEM, EDX and XRD analysis were conducted for all sample materials. The SEM images of the samples indicated an increase in the granular structure of doped material. The EDX analysis of the doped samples provided information about the atomic percentages. The prepared samples standard concrete, boron carbide doped (1%, 3% and 5%) and sodium pentaborate (1%, 3% and 5%) concrete were radiated with three different gamma energies (662 keV, 1173 keV and 1332 keV) to measure the absorption coefficient and also the FLUKA Monte Carlo code was used to calculate it. The measured gamma absorption coefficient for standard concrete, Sodium pentaborate (1%, 3% and 5%) and boron carbide doped (1%, 3% and 5%) for concrete at 662 keV, 1173 keV and 1332 keV were found to be 0,178414072, 0,132150381 , 0,105139865; 0,178499301, 0,129306497, 0,105620283; 0,176158823, 0,13276186, 0,104715975; 0,177476109, 0,133520604, 0,105323957; 0,179725664, 0,128801899, 0,107644363; 0,174764654, 0,130019496, 0,104636046; 0,174849109, 0,12628841, 0,106843949 per centimeter respectively. The calculated gamma absorption coefficient by using FLUKE Monte Carlo code for standard concrete, Sodium pentaborate (1%, 3% and 5%) and boron carbide doped (1%, 3% and 5%)  concrete at 662 keV, 1173 keV, 1332 keV energies were  0,2050, 0,1593, 0,11316; 0,1865, 0,1249, 0,1114; 0,2322, 0,13272, 0,09324; 0,2634, 0,14916, 0,0774; 0,2120, 0,11364, 0,0987; 0,2376, 0,10176, 0,09144; 0,2290, 0,1008, 0,10584 respectively. The measured and calculated gamma absorption coefficients for standard concrete are in good agreement with the data reported in literature. The absorption coefficient for doped concrete with sodium pentaborate (1%, 3% and 5%) and boron carbide (1%, 3% and 5%)  have some discrepancies between measured and calculated results for high energy gamma radiation.