Zirkonyum ve titanyum tabanlı bazı metalik camların iyonlaştırıcı radyasyon zırhlama karakteristiklerinin belirlenmesi
Determination of the ionizing radiation shielding characteristics of some metallic glasses based on zirconium and titanium
Yazar: İNCİ ÇAKMAK
Danışman: PROF. DR. FERDİ AKMAN
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Sunulan tez çalışması zirkonyum ve titanyum tabanlı bazı metalik camların gama ve nötron radyasyonu zırhlama karakteristiklerini kapsamaktadır. İncelenen zirkonyum tabanlı metalik camlar Zr41,2Ti13,8Cu12,5Ni10Be22,5, Zr52,5Ti5Cu17,9Ni14,6Al10 ve Zr57Nb5Al10Cu15,4Ni12,6 ve titanyum tabanlı metalik camlar ise Ti32,8Zr30,2Ni5,3Cu9Be22,7, Ti55Zr10Cu9Ni8Be18 ve Ti40Zr25Ni3Cu12Be20 şeklindedir.  İncelenen metalik camların gama ve nötron zırhlama kapasitelerini belirlemek için WinXCOM programı, GEANT4, FLUKA ve MCNP6 simülasyon kodları kullanılmıştır. Gama ışını zırhlama kapasitelerini incelemek için kütle azaltma katsayısı, lineer azaltma katsayısı, yarı kalınlık değeri, onda-bir kalınlık değeri, ortalama serbest yol, etkin atom numarası, etkin elektron yoğunluğu ve etkin iletkenlik parametreleri 0,04 ila 10 MeV gama ışını enerji aralığında belirlenmiştir. Nötron radyasyonu zırhlama kapasitelerini incelemek için teorik yol ile etkin uzaklaştırma tesir kesiti parametresi hesaplanmıştır. FLUKA ve GEANT4 simülasyon kodları kullanılarak 4,5 MeV nötron enerjisinde ve 1 cm numune kalınlığında metalik camlardan geçen nötron sayıları ve aynı şartlarda on farklı metalik cam kalınlığında (2 mm ila 20 mm aralığında) numunelerden geçen nötron sayıları tespit edilmiştir. 1 cm metalik cam kalınlığında yedi farklı nötron enerjisinde (0,1 ila 10 MeV enerji aralığında) numuneden geçen nötron sayıları GEANT4 ile FLUKA simülasyon kodları ile belirlenmiştir. Son olarak, GEANT4 simülasyonu kullanılarak 1 cm numune kalınlığında ve 4,5 MeV nötron enerjisinde metalik camların nötron zırhlama kapasitelerini incelemek için ortalama serbest yol ve toplam makroskopik tesir kesitleri hesaplanmıştır.  Sonuç olarak incelenen metalik camların gama ve nötron radyasyonları zırhlama parametreleri sonuçları dikkate alındığında Zr-3 kodlu metalik camın en iyi gama radyasyonu zırh malzemesi olduğu ve Ti-2 kodlu metalik camın ise en iyi nötron radyasyonu zırh malzemesi olduğu belirlenmiştir. Ayrıca kullanılan metotların hepsinin birbiri ile genellikle iyi bir uyum içinde olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen bu veriler öncelikle gama ve nötron zırhlama çalışmalarında metot tercihinde kullanılabilir. Bunun dışında hastanelerin radyolojik bölümlerinde, nükleer santrallerde, radyasyon çalışmalarının gerçekleştirildiği araştırma laboratuvarlarında ve uzay araştırmalarında kullanılabilecektir.

Anahtar Kelimeler: Metalik Camlar, Gama Zırhlama, Nötron Zırhlama, WinXCOM, GEANT4, FLUKA, MCNP6.

Abstract:
The presented thesis covers the gamma and neutron radiation shielding characteristics of some zirconium and titanium based metallic glasses. The investigated zirconium-based metallic glasses were Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5, Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10 and Zr57Nb5Al10Cu15.4Ni12.6, and the titanium-based metallic glasses were Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7, Ti55Zr10Cu9Ni8Be18 and Ti40Zr25Ni3Cu12Be20. WinXCOM program, GEANT4, FLUKA and MCNP6 simulation codes were used to determine the gamma and neutron shielding capacities of the investigated metallic glasses. To investigate gamma ray shielding capacities, mass attenuation coefficient, linear attenuation coefficient, half value layer, one-tenth value layer, mean free path, effective atomic number, effective electron density and effective conductivity parameters were determined in the 0.04 to 10 MeV gamma ray energy range. To investigte the neutron radiation shielding capacities, the effective removal cross section parameter was calculated theoretically. Using FLUKA and GEANT4 simulation codes, the number of neutrons passing through metallic glasses at 4.5 MeV neutron energy and 1 cm sample thickness, and the number of neutrons passing through samples of ten different metallic glass thicknesses (range 2 mm to 20 mm) under the same conditions, were determined. The number of neutrons passing through the sample at seven different neutron energies (energy range from 0.1 to 10 MeV) at a thickness of 1 cm metallic glass was determined with GEANT4 and FLUKA simulation codes. Finally, using GEANT4 simulation, mean free path and total macroscopic cross sections were calculated to investigate the neutron shielding capacities of metallic glasses at 1 cm sample thickness and 4.5 MeV neutron energy. As a result, considering the results of gamma and neutron radiation shielding parameters of the investigated metallic glasses, it was determined that Zr-3 coded metallic glass was the best gamma radiation shielding material and Ti-2 coded metallic glass was the best neutron radiation shielding material. It has also been observed that all of the usedmethods are generally in good agreement with each other. These obtaineddata can primarily be used in method selection in gamma and neutron shielding studies. Apart from this, they can be used in radiological departments of hospitals, nuclear power plants, research laboratories where radiation studies are carried out and space research.

Keywords: Metallic Glasses, Gamma Shielding, Neutron Shielding, WinXCOM, GEANT4, FLUKA, MCNP6.