Seydişehir alüminasının termolüminesans özelliklerinin karakterizasyonu ve doz-cevap özelliklerinin araştırılması
Characterization of thermoluminescent properties of Seydişehir alumina and investigation of properties of dose response
Yazar: ERDEM UZUN
Danışman: PROF. DR. YASEMİN YILDIZ YARAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Alüminyum oksit = Aluminum oxide ; Termolüminesans = Thermoluminescence

Özet:
Termolüminesans dozimetri (TLD) radyasyon dozlarının ölçülmesinde, denetim, kalite kontrol ve kalibrasyon amacıyla kullanılan pasif bir doz ölçme yöntemidir. Günümüzde alümina içeren TLD'ler radyasyona karşı hassasiyetinin yüksek olması, fiziksel ve kimyasal kararlılığı, yeniden kullanılabilir olması gibi avantajlarından dolayı yaygın olarak kullanılmakta ve araştırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında ülkemizde bol miktarda bulunan ve üretilen Seydişehir alüminasının termolüminesans dozimetre malzemesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, Seydişehir alüminasının termolüminesans özelliklerini belirleyen temel tuzak parametreleri hesaplanmış, doz-cevabı ve fading özelliklerinin karakterizasyonu yapılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde, literatür araştırması sonucunda elde edilen, alüminanın TLD malzemesi olarak kullanımı ile ilgili bilgiler sunulmuştur. İkinci bölümde termolüminesans yayınlanmayı açıklayan matematiksel modeller ayrıntılı olarak incelenmiş, temel tuzak parametrelerinin hesaplanmasında kullanılan deneysel yöntemlerin matematiksel temelleri anlatılmıştır. Üçüncü bölümde yer alan deneysel çalışmalarda, ilk olarak, Seydişehir alüminasının toz boyutu analizi yapılmış ve deneysel çalışmada kullanılacak toz boyutu belirlenmiştir. Deneylerde toz boyutu 40 mm < h < 60 mm aralığında olan örnekler ile çalışılmıştır. Seçilen aralıktaki malzemenin kristal yapısı incelenmiş ve kalsine edilerek alfa fazına dönüşmesi temin edilmiştir. Malzemenin kimyasal kompozisyonu ise XRF ve ICP spektroskopisi ile hassas olarak belirlenmiştir. Termolüminesans ölçümlerde Harshaw Model 3500 Manual TLD Reader sistemi ve 90Sr - 90Y ß-radyasyon kaynağı kullanılmıştır. Örneklerin basit bir tavlama işlemi ile termolüminesans ölçümlerde, güvenli bir şekilde yeniden kullanılabileceği gösterilmiştir. 0,07 Gy - 1282,79 Gy aralığında değişen dozlarda b -radyasyonu ile ışınlanan alümina örneklerin tuzak parametreleri, ön artış, farklı hızlarda ısıtma, izotermal bozunum, pik şekli ve bilgisayarlı ışıma eğrisi ayrıştırma yöntemleri ile hesaplanmıştır. Işıma eğrisinin basit bir yapıya sahip olduğu ve tuzak parametrelerinin literatür sonuçları ile uyumlu olduğu gösterilmiştir. Son olarak Seydişehir alüminasının doz cevabı, pik yüksekliği ve ışıma eğrisinin altında kalan alan kullanılarak hesaplanmıştır. Doz cevabının 0,07 Gy - 160,34 Gy doz aralığında doğrusal karaktere sahip olduğu ve 1282,79 Gy'lik doz değerine kadar doyuma ulaşmadığı ortaya konulmuştur. Fading özellikleri 6 saat, 1, 7, 14, 21, 30 ve 60 günlük farklı bekleme süreleri sonunda hesaplanmış ve 60 günlük bekleme süresi sonundaki sinyal kaybı % 65 ± 1 olarak elde edilmiştir. Diğer taraftan 30 günlük bekleme süresi sonunda yüksek sıcaklık bölgesindeki pikin yüksekliğinin % 2158 oranında artmış olduğu gözlenmiştir. Bu sonuç doğrultusunda fading olayının tünel mekanizması ile gerçekleştiği ileri sürülmüştür.Anahtar Kelimeler: Termolüminesans, alümina, doz cevabı, karakterizasyon, tuzak parametreleri.

Abstract:
Thermoluminescence dosimeters (TLDs) is a passive dose measurement method used for the supervision, quality control and calibration during radiation dose measurements. Nowadays TLDs, containing alumina, are largely used and investigated due to high sensitivity, physical and chemical stability, and re-usefulness. In this work, employability of Seydişehir alumina as a thermoluminescence material, found and produced abundantly in our country, was investigated. For this aim, fundamental trap parameters which establish thermoluminescence properties of Seydişehir alumina, have been determined and its characterization of dose response and fading have been measured. In the first section of this study literature investigation was done and results were represented about alumina as a TLD material. In the second section mathematical models to explain thermoluminescence emission were investigated in detail, experimental methods to calculate thermoluminencent trap parameters which establish thermoluminescent emitting and their mathematical fundamentals were described. In the third experimental section, firstly granule sizes of Seydişehir alumina were measured and for the experiments 40 mm < h < 60mm granule sizes were chosen. The crystal structure of the chosen material was investigated and was calsined in order to change into alpha phase. Chemical composition was determined sensitively by using XRF and ICP spectroscopy. In the thermoluminencent measurements Harshaw Model 3500 Manual TLD Reader system and 90Sr - 90Y ß - radiation source were used. In this study it is demonstrated that powder samples could be reused safely after a simple annealing process. Powder samples were irradiated at many different ß - radiation doses 0,07 Gy to 1282,79 Gy and trap parameters were calculated by using many different methods such as initial rises, various heating rates, isothermal decay, peak shape, computerized glow curve deconvolution. It has been shown that its glow curve is basic and calculated trap parameters are convenient to literature. Dose response of Seydişehir alumina was investigated by using the peak height and the peak area under the glow curve. It has been shown that between 0,07 Gy to 160,34 Gy dose range it has linear dose response and up to 1282,79 Gy dose range it does not reach saturation. Fading properties were determined for 6 hours, 1, 7, 14, 21, 30 and 60 days and after 60 days of waiting period fading was calculated as % 65 ± 1. On the other hand, at the end of 30 days waiting period the peak?s height, found in the high temperature region, increased by about % 2158 and it has been asserted that fading occur by means of tunneling.Keywords: Thermoluminescence, alumina, dose response, characterization, trap parameters