Bazı bor bileşiklerinin nötron zırhlamasında kullanılabilirliğinin araştırılması
The investigation of the usability of boron minerals as a neutron shielding material
Yazar: AZMİ SEYHUN KIPÇAK
Danışman: PROF. DR. SABRİYE PİŞKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bor mineralleri = Boron minerals

Özet:
Yapılan bu çalışmada hammadde olarak, bor minerallerinden: inyoit (Ca2B6O11.13H2O), inderit (2MgO.3B2O3.15H2O), boraks (Na2B4O7.10H2O), kurnakovit (Mg2B6O11.15H2O), kolemanit (Ca2B6O11.5H2O), breşli kolemanit ve arsenikli kolemanit kullanılmıştır.Bor mineralleri deneylerde direk olarak kullanılmış, öncesinden hiçbir işlem görmemiştir. Numunelerin XRD cihazında kimlik tespitleri yapıldıktan sonra, içerdikleri boroksit (B2O3), sodyum (Na), kalsiyum (Ca), demir (Fe), çinko (Zn) ve arsenik (As) miktarları hesaplanmış, Termal Analiz ve Termal Gravimetri analizleri yapılmış ve son olarak da Howitzer cihazında nötron geçirgenlikleri hesaplanmıştır.Boroksit (B2O3) analizleri titrasyon ile bulunmuş ve en yüksek değeri breşli kolemanit'in aldığı ve en düşük değeri de inyoit'in aldığı hesaplanmıştır. Hesaplanan değerlerin teorik değerler ile uyuştuğu gözlemlenmiştir.Bir tek boraks sodyum (Na) içerdiği için, sadece boraks'ın sodyum içeriğine bakılmış ve alev fotometresi ile ölçülmüştür.Bor minerallerinin XRF cihazı ile kantitatif analizleri yapılmış ve içerdikleri demir (Fe), çinko (Zn) ve arsenik (As) değerleri incelenmiştir. En yüksek demir içeriğinin kolemanit'de, en yüksek çinko içeriğinin inyoit'de ve en yüksek arsenik içeriğinin arsenikli kolemanit'de bulunduğu saptanmıştır.Minerallerin kalsiyum içerikleri titrimetrik metot ile analiz edilmiş, en yüksek kalsiyum içeriği arsenikli kolemanit'de bulunmuştur.Termal analizler, DTA/TG cihazı ile yapılmış boraks'ın yapısının 100 oC den önce bozulduğu, inyoit, inderit ve kurnakovit'in yapılarının 150 oC den önce bozunduğu ve Breşli kolemanit'in yapısının 350 oC den önce bozunduğu ortaya çıkmıştır.Ardından bor minerallerinin, Howitzer cihazında nötron geçirgenliklerine bakılmış ve diğer bor minerallerine kıyasla kurnakovit'in daha yüksek nötron soğurma kapasitesi olduğu ortaya çıkmıştır. Aynı zamanda bu çalışma diğer bir çalışma ile kıyaslanarak oniki senelik zırh performansları değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonucu olarak açık havada bırakılan bor minerallerinin yapılarında bozulma meydana geldiği anlaşılmış, olası zırh tasarımlarında hava ortamında etkilenmemesi için beton karışımlarına eklenmesinin uygun olabileceği; deneysel olarak araştırılması önerilmiştir.Son adımda Türkiye'nin çeşitli bölgelerinde getirilen bor mineralleri üç ana grup altında toplandıktan sonra (Kalsiyum-boratlar, kalsiyum-sodyum boratlar ve sodyum boratlar) farklı tane boyutlarında Nötron Soğurma analizleri yapılmış ve model denklemleri türetilmiştir.

Abstract:
In this work, inyoite (Ca2B6O11.13H2O), inderite (2MgO.3B2O3.15H2O), borax (Na2B4O7.10H2O), kurnakovite (Mg2B6O11.15H2O), colemanite (Ca2B6O11.5H2O), colemanite with clay and colemanite with arsenic are used from the boron minerals.Boron minerals are taken into experiments directly without any pretreatment. After identifying the structures of boron minerals with XRD instrument, boron oxide (B2O3), sodium (Na), calcium (Ca), iron (Fe), zinc (Zn), and arsenic (As) contents are calculated, then thermal analysis and thermal gravimetry analysis are done. Lastly neutron permeabilities are calculated with the equipment of Howitzer.Boron oxide analyses are done with titration and colemanite with clay had the higher content. Inyoite had the lower content. It has been obviously seen that the calculated values are nearly the same as theoretical values.Flame photometry is used to measure the sodium (Na) content of borax because only the borax has the sodium (Na) content.The quantitative analyses are done to the boron minerals with XRF to obtain the contents of iron (Fe), zinc (Zn), and arsenide (As). Colemanite had the highest value of iron (Fe) content. Inyoite had the highest zinc content and colemanite with arsenic had the highest arsenic content.Calcium analyses are made using EDTA titration method. Colemanite with arsenic had the highest content.Thermal analyses are done by the equipment of DTA/TG. Borax decomposed before 100 oC, inyoite, inderite, and kurnakovite decomposed before 150 oC, and colemanite with clay decomposed before 350 oC.Lastly neutron permeability of boron minerals are measured with the equipment of Howitzer and kurnakovite had the lowest neutron permeability among the others. Another aim of this study is to determine the twelve year performance of the shield materials. After the evaluation of the data, it was seen that, the boron minerals which are kept in open air conditions, had deformations in their structures. In order to preserve the structures of shield materials and not to affected by open air conditions, boron minerals can be added to the concrete mix.For the last step of the study, the boron minerals that is supplied from the different regions of the Turkey, is categorized to three different groups (Calcium-borates, sodium-calcium borates, sodium borates). Then neutron absorption analyses of these minerals are made. Also these minerals have different particle sizes. Finally according to the neutron absorption values, the model equations are derived.