Doğal bor mineralleri kullanarak radyasyon dozimetresi geliştirilmesi
Developing radiation dosimeter by using natural boron minerals
Yazar: ELİF BAŞTUĞ BADEMCİ
Danışman: PROF. DR. ŞEYDA ÇOLAK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bor = Boron ; Elektron spin rezonans = Electron spin resonance ; Kolemanit = Colemanite ; Radyasyon = Radiation ; Radyometri = Radiometry ; Taramalı elektron mikroskobu = Scanning electron microscope ; Üleksit = Ulexite

Özet:
Bu tez çalışmasında; iyonlaştırıcı radyasyonun bulunduğu bölgelerde yaşayan ve/veya çalışan farklı sektördeki insanların soğurdukları radyasyon dozunun belirlenebilmesi için, doğal bor minerallerinden radyasyon dozimetresi olarak geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada Balıkesir'de Bigadiç bölgelerinden farklı bölgelerinden temin edilen doğal bor minerallerinden Kolemanit-1, Kolemanit-2, İnyoit ve Üleksit kullanılmıştır. Kayaç olarak temin edilen minerallerin yapı analizi X-Işını Difraksiyon Yöntemi (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) analizi ile gerçekleştirilmiştir. XRD sonuçlarına göre, doğal bor minerali Kolemanit-1 ve Kolemanit-2 monoklinik yapıda olup, kristalit boyutları sırasıyla 39,45 nm ve 39,36 nm'dir. Doğal bor minerali Üleksit triklinik yapıdadır ve kristalit boyutu 41,26 nm'dir. Doğal bor minerali İnyoit ise monoklinik yapıda olup kristalit boyutu 39,37 nm'dir. Yapı morfolojisi için SEM analizi, elementel analiz için de EDX analizi gerçekleştirilmiştir. Elementel analiz sonucunda, doğal bor minerali Kolemanit örneğinin yapısında B,O,Sr,Ca elementleri, doğal bor minerali Üleksit örneğinin yapısında C,O,Na,Ca elementleri, doğal bor minerali İnyoit örneğinin yapısında ise O,Ca elementleri tespit edilmiştir. Tez süresince çalışılan doğal Bor mineralleri farklı ışınlama kaynakları ile cGy (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 cGy), Gy (6,9) ve kGy (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 kGy) mertebelerinde ışınlanmıştır. Bu ışınlama çalışmalarına ek olarak örneklerin UV ışınlama çalışmaları da gerçekleşmiştir.  Geliştirilmesi amaçlanan radyasyon dozimetresi malzemesinin incelenmesi, ağırlıklı olarak Elektron Spin Rezonans (ESR) Spektroskopisi ile yapılmıştır. ESR için optimum deney şartlarının belirlenmesi için mikrodalga gücü ve modülasyon genliği çalışmaları yürütülmüş ve optimum mikrodalga gücü 1 mW ve optimum modülasyon genliği 1 G olarak belirlenmiştir. ESR spektroskopisinde önemli bir spektral parametre olan spektroskopik yarılma çarpanı g-değeri; doğal bor minerali Kolemanit-1 ve Kolemanit-2 örneği için sırasıyla 2,0021 ve 2,0011 olarak belirlenmiştir. Doğal bor minerali Üleksit örneği için g-değeri 2,0016 ve İnyoit için ise 2,0009'dur. Tepeden tepeye çizgi genişliği ∆Hpp değeri ise Kolemanit-1 için 4,56 G, Kolemanit-2 için 7,10 G, Üleksit için 6,55 G ve İnyoit için 6,32 G'dir. Tez kapsamında incelenen doğal Bor minerallerinin doza bağımlılıklarının cGy ve Gy ışınlamaları için çok düşük olduğu, kGy mertebesindeki ışınlamalar için ise tüm örnekler için ESR sinyal şiddet değerlerinde artış olduğu görülmüştür. İncelenen numuneler arasında doz- cevap bulguları en yüksek olan numune Kolemanit-1 ve Kolemanit-2 olarak belirlenmiştir. Bununla beraber ışınlanan örneklerinin ESR sonuçları detaylandırıldığında, ışınlanan örneklerin bazı radyasyona hassas ve kararlı rezonans piklerinin dozimetrik amaçlı kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu bağlamda ışınlanan doğal Bor minerallerinden oluşturulan doz-cevap eğrileri ve zaman incelemesi çalışmaları irdelendiğinde; Kolemanit-1 ve Kolemanit-2 örnekleri için sırasıyla 2 nolu ve 4 nolu rezonans piklerinin radyasyona duyarlı olmaları ve daha kararlı olmaları (zamana bağlı sönüm oranında azalma Kolemanit-1'de %40, Kolemanit-2'de %20) nedenleri ile doz ölçümlerinde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Üleksit ve İnyoit için ise, sırasıyla 7 nolu ve 8 nolu rezonans piklerinin toplamının (orta pik) dozimetrik özelliğinin fazla olduğu sonucuna ulaşılmıştır. UV ışınlamanın etkisi ile ışınlanmış ve ışınlanmamış Kolemanit-1 ve Kolemanit-2'de spektrumdaki pik şiddetlerinde anlamlı bir fark olmamıştır, Üleksit ve İnyoit'de spektrumdaki mangan pik şiddetlerinde artış olmuştur. Tez kapsamında; incelenen örneklerin dozimetrik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla kullanılan ESR ölçümlerine tamamlayıcı bilgiler verebilmesi amacıyla Termolüminesans (TL) çalışmaları da cGy, Gy ve kGy mertebelerinde ışınlanan örnekler için yürütülmüştür. Gerçekleştirilen TL çalışmaları, ışınlanmış ve ışınlanmamış doğal Bor minerallerinde anlamlı bir farkın olmadığını göstermiştir.

Abstract:
In this thesis study; it is aimed to develope a radiation dosimeter by using natural boron minerals in order to determine the radiation dose absorbed by people living and/or working in different sectors where ionizing radiation is present. In this study, natural boron minerals Colemanite-1, Colemanite-2, Inyoite and Ulexite obtained from different regions of Bigadiç in Balıkesir were used. The structural analysis of the minerals obtained as rocks was carried out by X-Ray Diffraction Method (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) analysis. According to XRD results, natural boron mineral Colemanite-1 and Colemanite-2 are in monoclinic structure, and their crystallite dimensions are 39.45 nm and 39.36 nm, respectively. The natural boron mineral ulexite has a triclinic structure and its crystallite size is 41.26 nm. The natural boron mineral Inyoite has a monoclinic structure and its crystallite size is 39.37 nm. SEM analysis for structural morphology and EDX for elemental analysis were performed. As a result of the elemental analysis, B,O,Sr,Ca elements were determined in the structure of the natural boron mineral Colemanite sample, C,O,Na,Ca elements in the structure of the natural boron mineral Ulexite sample, and O,Ca elements in the structure of the natural boron mineral Inyoite sample. The natural Boron minerals studied during the thesis are cGy (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 cGy), Gy (6.9) and kGy (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 kGy) with different irradiation sources. In addition to these irradiation studies, UV irradiation studies were also carried out. The examination of the radiation dosimeter material, which is aimed to be developed, was dominantly
 carried out by Electron Spin Resonance (ESR) spectroscopy. In order to determine the optimum experimental conditions for ESR, microwave power and modulation amplitude studies were carried out and the optimum microwave power was determined as 1 mW and the optimum modulation amplitude as 1 G. The spectroscopic splitting factor g-value, which is an important spectral parameter in ESR spectroscopy; natural boron mineral was determined as 2.0021 and 2.0011 for the sample Colemanite-1 and Colemanite-2, respectively. The g-value is 2.0016 for the natural boron mineral Ulexite and 2,0009 for Inyoite. Peak-to-peak line width ∆Hpp value is found to be 4.56 G for Colemanite-1, 7.10 G for Colemanite-2, 6.55 G for Ulexite, and 6.32 G for Inyoite. It was observed that the dose dependence of the natural Boron minerals examined within the scope of the thesis was very low for cGy and Gy level irradiations, while there was an increase in ESR signal intensity values for all samples for irradiations carried out kGy range. Among the samples examined, among the samples examined, the highest dose-response curves were determined for Colemanite-1 and Colemanite-2.However, when the ESR results of the irradiated samples are detailed, it is concluded that some radiation sensitive and stable resonance peaks of the irradiated samples can also be used for dosimetric purposes. In this context, when the dose-response curves and time studies data obtained from irradiated natural Boron minerals; it was concluded that the 2nd and 4th resonance peaks for Colemanite-1 and Colemanite-2 samples, respectively, can be used in dose measurements because they are sensitive to radiation and more stable (time-dependent damping reduction 40% in Colemanite-1, 20% in Colemanite-2). For Ulexite and Inyoite, it was concluded that the sum of the 7th and 8th resonance peaks (middle peak) had a high dosimetric feature, respectively. There was no significant difference in the peak intensities in the spectrum of Colemanite-1 and Colemanite-2, irradiated and unirradiated with the effect of UV irradiation, there was an increase in the peak intensities of manganese in the spectrum of Ulexite and Inyoite. Within the scope of the thesis; Thermoluminescence (TL) studies were also carried out for the samples irradiated at cGy, Gy and kGy levels in order to get complementary information to the ESR data obtained to determine the dosimetric properties of the examined samples.The TL studies carried out showed that there was no significant difference between irradiated and non-irradiated natural Boron minerals.