Seryum ile aktive edilmiş bor tabanlı cam sintilatörleri
Cerium activated borate glass scintillators
Yazar: BÜLENT ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. AYTAÇ GÜRHAN GÖKÇE
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Cam = Glass ; Gadolinyum = Gadolinium ; Seryum = Cerium ; Sintilatör = Scintillator

Özet:
Bu tez çalışmasında nadir toprak iyonlarından seryum ile katkılanmış bor tabanlı cam sistemlerinin sentezlenmesi, elde edilen camların fiziksel, optik ve lüminesans özelliklerinin sintilasyon uygulamaları açısından araştırılması amaçlanmaktadır.
Sentez yöntemi olarak eritme-tavlama yöntemi kullanılmış, yoğunluklar Arşimet prensibi ile belirlenerek çeşitli fiziksel özellikler hesaplanmıştır. UV-görünür bölge spektroskopisi ile malzemenin geçirme ve soğurma spektrumları elde edilmiş ve bunlar kullanılarak cam malzemelerin optik band aralıkları hesaplanmıştır. Fotolüminesans uyarma ve yayınlanma spektroskopisi kullanılarak malzemenin elektronik geçişleri belirlenmiş, radyolüminesans spektroskopisi ile radyolüminesans spektrumları elde edilmiştir.
Sentezlenen tüm camlar saydam ve homojendir. CeO2 katkı miktarı arttıkça (%0,1–0,5 mol) cam matristeki yapısal değişiklikler nedeniyle band aralığı değerlerinin düştüğü (3,17-2,91 eV) bulunmuştur. Örneklerin %85 civarında yüksek geçirgenliğe sahip olduğu görülmüştür. BGLZ:xCe cam malzemelerinin 312 nm dalgaboyu ile uyarılmasıyla elde edilen yayınlanma bandları incelediğinde, maksimum şiddetin, başka bir deyişle, optimum konsantrasyonun 0,25mol% CeO2 katkılı örneğe ait olduğu bulunmuştur. 273 nm uyarılma sonucu oluşan yayınlanma spektrumu, Gd+3 iyonundan Ce+3 iyonuna enerji transferi olabileceğini işaret etmektedir. Radyolüminesans spektrumlarının BGO kristaliyle karşılaştırılmasıyla, BGLZ:0.25Ce örneğinin sintilasyon performansının BGO kristalinin yaklaşık %11,5'i kadar olduğu belirlenmiştir.
Bu çalışmada elde edilen özgün bulgular ışığında sintilasyon uygulamalarında kullanılabilecek, optik ve lüminesans özellikleri geliştirilmiş yeni nesil bor tabanlı sintilatör cam malzemeleri üretilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to synthesize boron-based glass systems doped with cerium from rare earth ions, and to investigate the physical, optical and luminescence properties of the obtained glasses in terms of scintillation applications.
Melt-quenching method was used as synthesis method, the densities were determined by Archimedes principle and various physical properties were calculated. The transmission and absorption spectra of the material were obtained by UV-visible spectroscopy and optical band gaps of glass materials were calculated. The electronic transitions of the material were determined using photoluminescence excitation and emission spectroscopy, and radioluminescence spectra were obtained by radioluminescence spectroscopy.
All glasses are transparent and homogeneous. It was found that the band gap values decreased (3.17-2.91 eV) due to the structural changes in the glass matrix as the CeO2 doping is increased (0.1–0.5 mol). It was observed that the samples had high transmission of around 85%. When the emission bands obtained by the excitation of BGLZ:xCe glass materials with a wavelength of 312 nm were examined, it was found that the maximum intensity, in other words, the optimum concentration belonged to the 0.25mol% CeO2 doped sample. The emission spectrum excited by 273 nm indicates that there may be energy transfer from the Gd+3 ion to the Ce+3 ion. By comparing the radioluminescence spectra, it has been determined that the scintillation performance of BGLZ:0.25Ce is approximately 11.5% of that of the BGO crystal.
In the light of the results obtained in this study, novel boron-based scintillator glass materials with improved optical and luminescence properties that can be used in scintillation applications were produced.