Bazı çoklu element yapıdaki maddelerin foton etkileşimi, foton enerji soğurması, foton kuvvetlendirme faktörü ve hızlı nötron azaltma tesir kesitleri açısından incelenmesi
Investigation of some multi-element materials in terms of photon interaction, photon energy absorption, photon buildup factors and fast neutron removal cross-sections
Yazar: MURAT KURUDİREK
Danışman: DOÇ. DR. YÜKSEL ÖZDEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada çeşitli açılardan önemli olan bazı çoklu element yapıdaki maddeler foton etkileşimi, foton enerji absorpsiyonu, foton kuvvetlendirme (buildup) faktörleri ve hızlı nötron azaltma tesir kesitleri açısından incelenmiştir. Bu amaçla seçilen maddeler biyolojik, zırhlama ve dozimetrik anlamda önemli bazı bileşikler, çözeltiler, cam sistemleri ve insan dokularından oluşmaktadır.Çalışmanın birinci kısmında foton etkileşimi ve foton enerji soğurması için etkin atom numaraları direkt bir metot kullanılarak sırasıyla 1keV-100GeV ve 1keV-20MeV enerji aralığında hesaplanmıştır. Bu iki etkin atom numarası arasında sürekli enerji aralığında bağıl farklar belirlenmiş ve bazı durumlarda foton enerji soğurması için etkin atom numarasının kullanılmasının daha anlamlı olduğu tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, mümkün olan değerlerde deneysel değerlerle karşılaştırılmıştır. Bazı radyasyon zırhlama bileşikleri için etkin atom numaraları üç farklı metot kullanılarak hesaplanmış ve bu metotlar arasındaki uyum tartışılmıştır. Ayrıca, bazı cam sistemleri ve standart zırhlama betonları radyasyon zırhlama parametreleri açısından kıyaslanmıştır. Bundan başka, foton enerji soğurması için etkin atom numarasının 200?1500 keV foton enerji aralığında dolaylı yoldan deneysel elde edilebileceği alternatif bir metot sunulmuştur.Çalışmanın ikinci kısmında bazı polimer ve doku eşdeğerli maddeler için enerji soğurması ve maruz kalma buildup faktörleri sürekli foton enerji aralığında (0.015-15MeV) 40 ortalama serbest yol penetrasyon derinliğine kadar hesaplanmıştır. Elde edilen foton buildup faktörleri enerji, penetrasyon derinliği ve kimyasal kompozisyon bağımlılığı açısından incelenmiştir.Çalışmanın son kısmında ise radyasyon zırhlamada kullanılan bazı ağır elementler içeren bileşikler ve cam sistemleri için hızlı nötron azaltma tesir kesitleri MERCSF-N programı kullanılarak hesaplanmıştır. Ayrıca, radyasyon zırhlamada kullanılan cam sistemleri ve bazı beton çeşitleri hızlı nötron azaltma tesir kesitleri açısından karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In the present study, some multi-element materials which are of different interest have been investigated in terms of photon interaction, photon energy absorption, photon buildup factors and fast neutron removal cross-sections. The used multi-element materials consist of some compounds, solutions, glass systems and human tissues which are of importance in radiation shielding, biology and dosimetry.In the first part of the study, effective atomic numbers of the multi-element materials have been calculated for photon interaction and photon energy absorption using a direct method in the energy regions 1 keV-100 GeV and 1 keV-20 MeV, respectively. The relative differences between these two effective atomic numbers have been determined and it has been noted that the use of effective atomic number for photon energy absorption rather than the effective atomic number for photon interaction could be significant in some cases. The obtained results have been compared with experiments wherever possible for given materials. The effective atomic numbers for some radiation shielding compounds have been calculated using three different methods. Also, some glass systems and standard shielding concretes have been compared with respect to the radiation shielding parameters in the continuous energy range. Furthermore, an alternative method has been presented in which the experimental effective atomic number for photon energy absorption can be obtained indirectly in the energy region 200-1500 keV.In the second part of the study, the energy absorption and exposure buildup factors for some polymers and tissue substitute materials have been calculated in the energy region 0.015-15 MeV up to penetration depths of 40 mean free path. The obtained buildup factors have been investigated depending on photon energy, penetration depth and chemical composition.In the final part of the study, the fast neutron removal cross-sections have been calculated for some compounds and glass systems containing heavy elements as constituents using the MERCSF-N computer program. The obtained fast neutron removal cross-sections were then used for comparison of glass systems with some standard shielding concretes.