Nadir toprak elementleri oksitlerinin (RE2O3) tellürit tabanlı cam sistemlerinin radyasyon zırhlama özellikleri üzerine etkileri
Effects of the oxides of the rare earth elements on the radiation shielding properties of the tellurite glasses
Yazar: ÖMER KABAN
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN BİLİR
Kafkas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektromanyetik radyasyon = Electromagnetic radiation ; Gama radyasyonu = Gamma radiation ; Nadir toprak elementleri = Rare earth elements ; Nötron zırhlama = Neutron shielding ; Nükleer radyasyon = Nuclear radiation ; Telürit cam = Tellurite glass

Özet:
Yüksek enerjili iyonlaştırıcı radyasyonlar, radyasyon teknolojileri, tıbbi uygulamalar, nükleer fizik ve uzay teknolojileri gibi hayatımızın birçok alanında yaygın bir biçimde kullanılmaktadırlar. Ancak, bu önemli ve faydalı kullanım alanlarının yanısıra iyonlaştırıcı radyasyonlar biyolojik sistemler üzerinde ciddi sorunlara yol açacak zararlı yan etkileriyle de bilinmektedirler. Canlı mekanizmalar üzerindeki bu zararlı etkileri minimuma indirmek amacıyla birçok malzeme radyasyon zırhlama malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu malzemeler arasında farklı tür ve miktarda agregalar içeren beton, kurşun bloklar, granit, mermer vb sayılabilir. Bu malzemeler genel olarak çok iyi radyasyon zırhlama özellikleri sergileseler de bazı ortak önemli dezavantajlara sahiptirler. Bunların en önemlisi adı geçen malzemelerin saydam olmamalarıdır ki bu arkaplanda gerçekleşen süreçlerin gözlenememesi anlamında önemli bir dezavantajdır. Bunun dışında yaygın ve etkin olarak kullanılan kurşunun toksik olması veya yoğun gama radyasyonuna maruz kalması sonucu betonun gevrekleşmesi gibi diğer özellikler de bu kalkan malzemelerini önemli dezavantajlarıdır. 
Bu bağlamda özellikle ağır metal oksit camları üzerinde gerek elektromagnetik spektrumun görünür bölgesinde saydam olmaları ve yüksek gamma radyasyonunu soğurmalarından dolayı yoğun bir ilgi vardır. Camlar, kararlılıkları, yoğunlukları, bileşimsel dayanıklılıkları, sentez kolaylıkları vb. nedeniyle bu uygulamalar için keşfedilen önemli bir malzeme ailesidir. Çeşitli camlar arasında, son zamanlarda zırhlama uygulamaları için tellürit camları özellikle zırhlama malzemeleri için önemli kriterlerden biri olan yüksek yoğunluklarından dolayı ilgi çekmektedirler. Tellüriyum Dioksit tabanlı cam sistemleri tek başlarına camlaştırılamamalarından dolayı ağ değiştirici olarak cam sistemine farklı oksit malzemeler eklenmektedir. Sisteme eklenen modifiye ediciler cam sisteminin yapısal karakterini ve fiziksel özelliklerini dolayısıyla radyasyon kalkan özellikleri de dahil olmak üzere birçok özelliğini değiştireceğinden dikkatlice seçilmelidir.
Bu tez çalışmasında, nadir toprak elementleri oksitlerinin tungsten oksit (WO3) ile modifiye tellürit camlarının radyasyon zırhlama özellikleri üzerine etkilerini belirlemek amacıyla, tungsten oksit (WO3) ile modifiye tellürit camları farklı oranlarda (%1, %3, %5) nadir toprak elementlerinin oksitleri (Nd2O3, Yb2O3, Er2O3) ile katkılandırılmıştır. Cam sistemleri ergitme-döküm tekniği ile sentezlenmiştir. Sentezi yapılan cam sistemlerinin radyasyon kalkan özelliklerini belirlemek için 137Cs ve 60Co radyoaktif kaynaklardan yayılan 662, 1173 ve 1332 keV gama-ışını enerjileri için numunelerin lineer zayıflama katsayısı, kütle zayıflama katsayısı, yarı değerli katman, ve etkin atom numarası değerleri deneysel olarak ölçülmüştür. Ölçümler, bir NaI(Tl) sintilasyon detektörü kullanılarak dar ışın iletim geometrisinde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca tüm bu parametreler, 0.015 ila 15 MeV enerji bölgesinde WinXCOM programı kullanılarak teorik olarak da hesaplanmıştır.

Abstract:
High-energy ionizing radiations are widely used in many areas of our lives such as radiation technologies, medical applications, nuclear physics and space technologies. However, in addition to these important and beneficial areas of use, ionizing radiations are also known for their harmful side effects that will cause serious problems on biological systems. In order to minimize these harmful effects on living mechanisms, many materials have been used as radiation shielding materials. These materials include concrete, lead blocks, granite, marble, etc. containing different types and amounts of aggregates. Although these materials generally exhibit very good radiation shielding properties, they have some common significant disadvantages. The most important of those is that the mentioned materials are not transparent, which is a significant disadvantage in the sense that the processes taking place in the background cannot be observed. Apart from this, other features such as the toxicity of lead, which is widely and effectively used, or the embrittlement of concrete as a result of exposure to intense gamma radiation are important disadvantages of these shield materials. 
In this context, especially heavy metal oxide glasses are of great interest because they are transparent in the visible region of the electromagnetic spectrum and absorb high gamma radiation. Glasses are an important family of materials discovered for these applications because of they are characterized by their stability, density, compositional strength, ease of synthesis, etc. Among the various glass systems, telluride glasses for shielding applications have recently attracted attention due to their high density, which is one of the important criteria for shielding materials. Since Tellurium Dioxide-based glass systems cannot be vitrified alone, different oxide materials are added to the glass system as a network modifier. Modifiers added to the system should be chosen carefully, as they will change the structural character and physical properties of the glass system, thus many properties including radiation shielding properties. 
In this thesis study, in order to determine the effects of rare earth oxides on the radiation shielding properties of tungsten oxide (WO3) modified tellurite glasses, tungsten oxide (WO3) modified tellurite glasses were doped with the different amount (1%, 3%, 5%) of the oxides of rare earth elements (Nd2O3, Yb2O3, Er2O3).Glass systems were synthesized by melting quenching technique.In order to determine the radiation shielding properties of the synthesized glass systems, linear attenuation coefficient, mass attenuation coefficient, half value layer, and effective atomic number of the samples were experimentally measured for 662, 1173 and 1332 keV gamma-ray energies which were emitted from 137Cs and 60Co radioactive sources.Measurements were conducted in narrow beam transmission geometry using a NaI(Tl) scintillation detector.In addition, all these parameters were calculated theoretically using the WinXCOM program in the energy region of 0.015 to 15 MeV.