Development and characterization of new generation lead-free radiation shielding glass material
Yeni nesil kurşunsuz radyasyon zırhlayıcı cam malzeme geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Yazar: MELDA İPLİKÇİOĞLU
Danışman: PROF. DR. TANER KAVAS
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gama radyasyonu = Gamma radiation ; Koruyucu malzemeler = Protective materials

Özet:
Bu araştırma kapsamında, teknolojinin gelişmesi sonucu radyasyona maruziyet miktarının artmasıyla, özgün bir reçeteye sahip radyasyon zırhlayıcı kurşunsuz gadolinyum-bizmut-borosilikat (GBBS) cam sistemlerinin araştırılması ve üretilmesi hedeflenmiştir.İlgili numuneler geleneksel ergitme yöntemiyle 1325 ile 1375 derece arasındaki sıcaklıklarda sentezlemiştir. Katkısız haldeki GBBS0 numunesi berrak bir görünüme sahipken, Bi2O3 ve Gd2O3 ilaveleri eklenen diğer numunelerde renk merkezlerine kayma olduğu gözlemlenmiştir. Fiziksel özellikler açısından bakıldığında GBBS0 numunesi 3.3125 g/cm3 yoğunluk değerine sahipken, artan Bi2O3 ve Gd2O3 içerik oranlarıyla birlikte GBBS1 ile GBBS4 numunelerinin yoğunluk değeri sırasıyla 3.5951, 3.8903, 3.9116 ve 3.8613 g/cm3 olarak belirlenmiştir. Tüm cam serilerinin amorf yapıda olduğu tespit edilmiştir. Optik özellikler göz önüne alındığında GBBS0 numunesi en düşük soğurmaya sahipken GBBS2 numunesi ise en yüksek soğurma kabiliyetiyle öne çıkmıştır. Cam serilerinin 662, 1173, 1332 keV foton enerjilerindeki radyasyon zırhlama bulguları irdelendiğinde, GBBS2 numunesi en iyi sönümleme yeteneğini (LAC) 662 keV foton enerjisinde gösterirken, GBBS4 numunesi en iyi sönümlemeyi 1173 ve 1332 keV foton enerji seviyelerinde göstermiştir. Öte yandan belirlenen enerji düzeylerinde görünen artış sebebiyle LAC değerlerinde ise tüm numuneler için düşüş görülmüştür. Son olarak HVL kalınlık değerleri, 662 keV foton enerji seviyesinde 2.090 ila 2.507 cm arasında değişim gösterirken, 1173 ve 1332 keV foton enerjilerinde HVL değerleri 2.850 ile 3.241 cm ve 3.165 ile 3.692 cm arasında değişim göstermiştir. 
Tüm cam serilerinin içinde GBBS0 numunesinin en düşük RPE değerine sahip olurken, en yüksek değerin GBBS2 numunesinin sağladığı görülmüştür. Yapılan tüm deneysel ve teorik hesaplamaların sonucunda, GBBS2 numunesinin en ideal kurşunsuz radyasyon zırhayıcı cam malzeme gereksinimlerini sağladığı bu tez çalışmasında ortaya konulmuştur.

Abstract:
In this research, the increase in the amount of radiation exposure as a result of the development of technology, radiation shielding material with an original prescription is aimed to investigate and produce glass gadolinium-bizmut-borosilicate (GBBS) systems. Related samples were synthesized by conventional melting method at temperatures between 1325 and 1375 degrees. While the unadulterated GBBS0 sample had a clear appearance, a shift in the color centers was observed in other samples with Bi2O3 and Gd2O3 additions. In terms of physical properties, GBBS0 sample had a density value of 3.3125 g/cm3, while GBBS1 and GBBS4 with increasing Bi2O3 and Gd2O3 content ratios were observed. The density values of the samples were determined as 3.5951, 3.8903, 3.9116 and 3.8613 g/cm3 respectively. It has been determined that all glass series have amorphous structure. Considering the optical properties, GBBS0 sample has the lowest absorption while GBBS2 sample stands out with its highest absorption ability. When the radiation shielding findings of the glass series at 662, 1173, 1332 keV photon energies were examined, GBBS2 sample showed the best damping ability (LAC) at 662 keV photon energy, while GBBS4 sample showed the best damping at 1173 and 1332 keV photon energy levels. On the other hand, there was a decrease in LAC values for all samples due to the apparent increase in the determined energy levels. Finally, the HVL thickness values varied between 2.090 and 2.507 cm at the 662 keV photon energy level, while the HVL values varied between 2.850 and 3.241; 3.165 and 3.692 cm at the 1173 and 1332 keV photon energies. 

Among all glass series, GBBS0 sample has the lowest RPE value, while GBBS2 sample has the highest value. As a result of all experimental and theoretical calculations, it has been revealed in this thesis that GBBS2 sample provides the most ideal lead-free radiation shielding glass material requirements.