Bor içeren yüzey kaplama malzemesinin nötron radyasyonu karşısındaki davranışının incelenmesi ve yeni bir malzeme önerisi
Investigation of the behavior of boron-containing surface coating material against neutron radiation and a new material proposal
Yazar: HAKAN KEMAL SEVAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YAĞIMLI ; PROF. DR. HAKAN TOZAN
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı / İş Sağlığı ve Güvenliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu doktora çalışmasında, iyonize radyasyon çeşitlerinden biri olan nötron radyasyonu zırhlanmasında kullanılmak üzere hegzagonal bor nitrür (h-BN)-polivinil bütiral (PVB) yüzey kaplama malzemesi oluşturularak nötron absorplama yeteneği incelenmiş ve bu alanda kullanılacak yeni esnek, hafif ve ekonomik bir zırh malzemesi önerilmesi amaçlanmıştır. 
İş sağlığı ve güvenliğinde fiziksel risk etmenlerinden biri olan radyasyon teknolojik gelişmelerle birlikte tıp, savunma sanayi, havacılık, nükleer enerji ve birçok endüstriyel alanda giderek artan oranda ve yaygın şekilde kullanılmakta ve bu kullanım sonucu çalışanlar radyasyona mesleki olarak maruz kalmaktadır. Bu sebeple radyasyondan korunmak için zırh malzemelerinin kullanımı büyük önem kazanmıştır. 
Deneysel çalışmalarda h-BN katkılı PVB polimer matrisli yüzey kaplama malzemeleri oluşturularak doktora tezinin özgünlüğü içinde incelenmiştir. Bu kapsamda, h-BN katkı malzemesi PVB'e fizikokimyasal süreçlerle ilave edilerek, kütlece %4,76 ile %50 arasında 4 farklı oranda bor katkılı yüzey kaplama malzemesi geliştirilmiş ve oluşturulan bu malzeme daldırma kaplama yöntemi ile AISI 1040 karbon çelik üzerinde biriktirilmiştir. PVB kaplamadaki h-BN miktarının termal nötron radyasyonuna karşı koruyucu etkisi araştırılmıştır. h-BN katkı malzemesi, 1040 çelik örnekleri ve oluşturulan kaplamalar XRD ve SEM yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Üretilen kaplamaların nötron radyasyonuna karşı zırhlama özelliklerinin tespiti için 241Am-Be izotopik nötron kaynağında nötron zayıflatma deneyleri gerçekleştirilmiş ve gama spektrumları alınmıştır. Spektrometreden alınan 416, 1097, 1293 keV foton enerjilerindeki gama pik alanları Maestro-32 ve Gamma Vision-32 yazılımlarında değerlendirilerek termal nötron soğurma katsayıları (ΣT, makroskopik tesir kesiti) hesaplanmıştır. Nötron zayıflatma testleri PVB/hBN kaplama malzemelerindeki h-BN oranının artmasıyla nötron emilim oranında arttığını ve termal nötronları %48,42 orana kadar absorpladığını göstermiştir.
Tez çalışması kapsamında elde edilen tüm bulgular değerlendirildiğinde oluşturulan PVB/hBN yüzey kaplama malzemelerinin termal nötron radyasyonuna karşı zırh malzemesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Üretilen PVB/hBN yüzey kaplama malzemeleri yüksek arayüzey yapışma özelliği sayesinde metal, beton ve ahşap olmak üzere her yüzeye uygulanabilir olması geniş bir kullanım alanı sağlamaktadır.

Abstract:
The objective of this doctoral research is to investigate the neutron absorption capacity through the creation of a hexagonal boron nitride (h-BN)-polyvinyl butyral (PVB) surface coating maerial, which is intended for use in shielding against neutron radiation, a form of ionizing radiation an thus, propose a novel armor material that is flexible, lightweight, and cost-effective for applications in this field.
Radiation, which is a physical risk factor in occupational health and safety is being used more and more in various fields such as medicine, defense industry, aviation, nuclear energy, and other industrial sectors due to technological advancements. Consequently, employees in such workplaces are exposed to radiation as part of their job. Therefore, the utilization of armor materials for shielding against radiation has become highly significant.
This PhD study involved the creation and examination of surface coating materials using h-BN and PVB polymer matrix through experimental research. In order to achieve this objective, h-BN additive material was put into PVB using physicochemical techniques. Subsequently, a surface coating material including four distinct boron additions, ranging from 4.76% to 50% in mass, was formulated. Finally, this material was applied to AISI 1040 carbon steel using the dip-coating method.The study also examined the extent to which the presence of h-BN in the PVB coating provides protection against thermal neutron radiation. h-BN additive material, 1040 steel samples and the formed coatings were characterized by XRD and SEM methods.. In order to assess the effectiveness of the coatings in shielding against neutron radiation, experiments were conducted using a 241Am-Be isotopic neutron source. Additionally, gamma spectra were recorded. The spectrometer measured the peak regions of gamma radiation at photon energies of 416, 1097, and 1293 keV. These measurements were analyzed using Maestro-32 and Gamma Vision-32 software to determine the thermal neutron absorption coefficients (ΣT, macroscopic cross section). Neutron attenuation experiments have demonstrated that as the h-BN ratio in PVB/hBN coating materials increases, the neutron absorption rate increases and absorbs thermal neutrons up to 48.42%.
Upon evaluating all the findings collected during the thesis investigation, it was discovered that the generated PVB/hBN surface coating materials had the potential to serve as effective armor against thermal neutron radiation. The PVB/hBN surface coating materials offer versatile applications due to their exceptional interfacial adhesion capabilities, enabling them to be put on various surfaces such as metal, concrete, and wood.