Uzay uygulamaları için karbon nanotüp ve bor nitrür takviyeli karbon/epoksi nanokompozitler ile nötron ve gama radyasyonu zırhlaması
Neutron and gamma radiation shielding with carbon nanotube and boron nitride reinforced carbon/epoxy nanocomposites for space applications
Yazar: MUHAMMED YASİN PEKER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN ÇETİN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uçak Mühendisligi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences ; Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Kompozit malzemelerin uzay endüstrisine adapte edilmesi, uzay araçlarının yapısal ve termal kontrol alt sistemlerinde önemli ölçüde bir dönüşüme yol açmıştır. Bu dönüşüm, kompozit malzemelerin hafif yapılarından ve üstün mekanik ve termal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Özellikle, mevcut ve gelecekteki derin uzay görevleri için önemli bir engel olan uzay radyasyonunun etkilerini azaltma konusundaki uygulamaları dikkat çekicidir. Bu çalışma, çeşitli elementler ve nanopartiküllerle güçlendirilmiş karbon fiber kompozitlerin geleneksel radyasyon koruyucu malzemelere alternatif olma potansiyelini araştırmaktadır. Gama ışını ve nötron radyasyonu zayıflamasına odaklanarak, karbon fiber/epoksi kompozitlere çeşitli ağırlık oranlarında karbon nanotüp (CNT) ve bor nitrür (BN) nanopartikülleri dâhil edilmiştir. Cs-137 gama ışını ve 239Pu-Be nötron kaynaklarının kullanıldığı deney düzeneklerinde altı grup numune incelenmiştir; katkısız karbon fiber/epoksi, ağırlıkça %0,5 CNT, %0,5 BN, %0,5 CNT + %0,5 BN, %1 CNT + %1 BN ve %2 BN. Sonuçlar, ağırlıkça %2 BN içeren numunenin hem gama ışını hem de nötron radyasyonuna karşı en etkili zayıflatma özelliklerini sergilediğini ve gama ışını radyasyonuna kıyasla nötron radyasyonuna karşı neredeyse üç kat daha etkili olduğunu göstermektedir.

Abstract:
The adoption of composite materials within the space industry has significantly transformed the structural and thermal control subsystems of space vehicles. This transformation stems from their lightweight nature and superior mechanical and thermal properties. Particularly, their application in mitigating the effects of space radiation, which is a significant challenge for current and future deep space missions, is noteworthy. This study explores the potential of carbon fiber composites, reinforced with diverse elements and nanoparticles, as alternatives to traditional radiation shielding materials. Focusing on gamma-ray and neutron radiation attenuation, various weight ratios of carbon nanotube (CNT) and boron nitride (BN) nanoparticles were incorporated into carbon fiber/epoxy composites. Experimental setups utilizing Cs-137 gamma-ray and 239Pu-Be neutron sources examined six groups of specimens; non-doped carbon fiber/epoxy, 0.5 wt.% CNT, 0.5 wt.% BN, 0.5 wt.% CNT + 0.5 wt.% BN, 1 wt.% CNT + 1 wt.% BN, and 2 wt.% BN. Results demonstrate that the 2 wt.% BN specimen exhibits the most effective attenuation properties against both gamma-ray and neutron radiation, with nearly triple the effectiveness against neutron radiation compared to gamma-ray radiation.