Bizmut oksit-kurşun klorür-tellür oksit sisteminin ısıl, optik ve yapısal açıdan incelenerek camlaşma davranışlarının belirlenmesi ve camların radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Determination of vitrification behaviour and investigation of radiation shielding properties of bismuth oxide-lead cloride-tellurium oxide system through thermal, optical and structural studies
Yazar: VOLKAN AKILLI
Danışman: DOÇ. DR. ALİ ERÇİN ERSUNDU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Radyasyon 1895 yılında Wilhelm Conrad Röntgen tarafında bulunmuş ve günümüze kadar kullanımı artmıştır. Artan bu radyasyon kullanımı, radyasyondan korunmayı iyonize radyasyonun insan sağlığı açısından tehlikelisi nedeniyle önemli hale getirmiştir.  
Radyasyondan korunmak için kullanılan zırhlar genellikle kurşun bazlı malzemeler ve betondur. Kurşun iyi bir radyasyon zırh malzemesi olsa da toksik etkisi nedeniyle insan sağlığı için zararlıdır. Beton ise içerdiği su nedeniyle yüksek radyasyona maruz kaldığında içindeki su buharlaşmakta ve hem mukavemetini kaybetmekte hem de zırhlama özellikleri azalmaktadır. Ayrıca hem kurşun hem beton opak malzemelerdir. Bu sebeplerden dolayı alternatif zırh malzeme arayışına girilmiş, radyasyon zırhı olarak kullanılmak üzere özellikle saydamlıkları nedeniyle çeşitli cam malzemeler geliştirmiştir. Ticari radyasyon zırhlama camları ya yüksek oranda (%50-70 ağırlıkça) kurşun içermekte ya da istenilen zırhlama özelliklerini karşılayamamaktadır. Bu nedenle tez çalışmasında daha iyi özellikler sunan alternatif bir saydam radyasyon zırh malzemesi geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Tez çalışması kapsamında silika, borat, fosfat ve germanat gibi geleneksel camlar yerine yüksek atom numarası , görünür bölgede yüksek geçirgenlik, yüksek konsantrasyonda katkılandırılabilirlik, yüksek korozyon direnci, yüksek ısıl ve kimyasal kararlılık, düşük cam geçiş ve ergime sıcaklığı gibi üstün özelliklere sahip olması nedeniyle tellürit camlar tercih edilmiştir.
Tellür oksit (TeO2) koşullu bir cam yapıcı olup; cam elde etmek için yapıya tellür oksitin ağ yapısını bozacak bir alkali oksit, ağır metal oksit veya halojenür eklenmelidir. Bu tez çalışması kapsamında, tellür oksitin ağ yapısını bozacak ikinci bileşen olarak PbCl2 seçilmiştir. Üçüncü bileşen olarak da cam yapının ağırlığını daha fazla arttırmak için atom numarası ve kütlesi fazla olan Bi2O3 eklenmiştir. 
Bu tez çalışması kapsamında daha önce literatürde çalışılmamış olan Bi2O3-PbCl2-TeO2 sisteminin optik, ısıl, fiziksel ve yapısal özellikleri incelenerek sistemin camlaşma davranışı belirlenmiş ve sistemin cam haritası oluşturulmuştur. Sentezlenen on üç farklı bileşimdeki numuneden dokuz tanesi cam olarak elde edilmiş ve sistemin TeO2'ce zengin bölgede cam yapma özelliğine sahip olduğu belirlenmiştir. Sentezlenen camların radyasyon zırhlama özellikleri XCOM yazılımı aracılığıyla kütle azaltma katsayısı (KAK), yarı değer kalınlık (YDK), ortalama serbest yol (OSY), etkin atom numarası (Zetk) ve etkin elektron yoğunluğu (Ne) hesaplanarak incelenmiştir. Ayrıca, camların sıradan betonla ve mevcut ticari radyasyon zırhı camlarla radyasyon zırhlama özellikleri karşılaştırılmış ve Bi2O3-PbCl2-TeO2 sistemine ait camların radyasyon zırhlama uygulamalarında yüksek kullanım potansiyeline sahip olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Radiation was found in 1895 by Wilhelm Conrad Röntgen and its use has increased until today. The use of this increased radiation has made radiation protection important because ionizing radiation is very dangerous for human health.
The shields that are used to be protected from radiation are generally lead-based materials and concrete. Despite being a good radiation armor material, lead is harmful to human health due to its toxic effect. Moreover,concrete contains water and when it is exposed to high radiation, the water evaporates and due to this evaporation concrete loses its strength and shielding properties decreases. Additionally, both of the materials are opaque. Therefore, alternative materials have been searched and glasses have been developed to be used as radiation shield. Commercial radiation shielding glasses contain either a high percentage of lead (50-70%wt)  or cannot meet the desired shielding properties. Hence, in this thesis study it is aimed to develop an alternative transparent shielding material having better properties.
In this thesis , tellurite glasses were preferred over conventional glasses such as silicate, borate, phosphate or germanate glasses as a result of their superior features such as high atomic number, high permeability in visible region, ability of doping at high concentrations, high corrosion resistance, high thermal and chemical stability, low glass transition and melting temperature. 
Tellurium oxide (TeO2) is a conditional glass former; therefore an alkali oxide, heavy metal oxide or halide should be added to disrupt the network structure of tellurium oxide and to obtain tellurite glass, In scope of this study PbCl2 was chosen as the second component to disrupt the network structure of tellurium oxide. Bi2O3 with high atomic number and weight was added as the third component in order to increase the overall weight of glass structure. 
In this thesis study, vitrification behavior of Bi2O3-PbCl2-TeO2 system which has not been studied in the literature was determined through optical, thermal, physical and structural investigations and glass domain was formed. Nine out of thirteen synthesized samples were formed as glass and it was determined that Bi2O3-PbCl2-TeO2 system shows glass forming ability in TeO2 rich region. Radiation shielding properties of synthesized glasses were investigated via calculating mass attenuation coefficient (MAC), half value layer (HVL), mean free path (MFP), effective atomic number (Zeff) and effective electron density (Ne). Additionally, radiation shielding properties of the glasses were compared with ordinary concrete and commercial radiation shielding glasses and it was found that the glasses synthesized in the Bi2O3-PbCl2-TeO2 system exhibit a high utilization potential in radiation shielding applications.