Bor nitrürün dozimetrik özelliklerinin lüminesans tekniklerle incelenerek sağlık fiziği uygulamalarında kullanılabilirliğinin araştırılması
Feasibility investigation of the dosimetric properties of boron nitride by using luminescence techniques on health physics applications
Yazar: ÇAĞAN HAKAN ÖZTOPRAK
Danışman: DOÇ. DR. GAYE ÖZGÜR ÇAKAL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Bor nitrür = Boron nitride ; Lüminesans = Luminescence ; Radyometri = Radiometry ; Sağlık fiziği = Health physics ; Termoluminesan dozimetri = Thermoluminescent dosimetry ; Termolüminesans = Thermoluminescence

Özet:
Günümüzde lüminesans dozimetri sistemlerinde farklı fiziksel formlarda malzemeler termolüminesans (TL) ve optik uyarmalı lüminesans (OSL) yöntemleri kullanılarak kişisel, klinik, çevresel vb. birçok uygulama alanında yaygın olarak tercih edilmektedir. Yeni araştırmalar dozimetrelerin üretilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Bu nedenle, dünyadaki bor rezervlerinin yaklaşık %73'ünün Türkiye'de olduğu da göz önüne alınarak, lüminesans uygulamalarında sıklıkla kullanılan borat bileşiklerinden sonra özel bor ürünlerinin de dozimetri araştırmalarında değerlendirilmesi ve bu sayede de özel bor ürünlerinin uygulama alanının genişletilmesi açısından önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, iki önemli kristal yapıdaki bor nitrür (BN): hegzagonal bor nitrür (h-BN) ve kübik bor nitrür (c-BN) örneklerinin dozimetrik özellikleri incelenmiştir. Bor nitrür malzemeler; kimyasal, mekanik özellikleri ve biyouyumluluğu nedeni ile sağlık alanında kullanılmaktadır. Bu malzemelerin doku eşdeğeri (Zeff = 6,3) olmaları, kolayca katkılandırılabilmeleri ve toksik olmamaları nedeniyle de dozimetre uygulamalarında kullanılabileceği öngörülmüştür. h-BN ve c-BN örneklerinin; EPR, SEM ve XRD yöntemleri kullanılarak karakterizasyonları yapıldıktan sonra lüminesans teknikler ile dozimetrik özellikleri incelenmiştir. Her iki bor nitrür örneğinin TL ve mavi uyarmalı lüminesans (BSL) yöntemleri kullanılarak; radyasyon doz cevabı, tekrarlanabilirlik, minimum ölçülebilen doz değeri incelenmiştir. TL ışıma eğrisinde tuzak parametreleri kesikli ışıma eğrisi ve ayrıştırma yöntemleriyle araştırılmış ve zamana bağlı sönümün TL sinyallerine etkisi ele alınmıştır. Ayrıca BSL ve kızılötesi uyarmalı lüminesans (IRSL) sinyalleri ile OSL sonrası artakalan TL (RTL) ışıma eğrileri incelenmiştir. 90Sr/90Y beta kaynağı ile ışınlanan h-BN ve c-BN örneklerinin minimum ölçülebilen doz değerleri sırasıyla toplam alanda TL için 10±2 Gy ve 0,08±0,004 Gy; BSL için 27±5 Gy ve 4±0,2 Gy olarak hesaplanmıştır. TL yönteminde c-BN'ün tekrarlanabilir olduğu ve h-BN'ün hassasiyetinde artış gözlendiği; OSL yönteminde ise 4. ölçümden sonra h-BN ve c-BN örneklerinin tekrarlanabilir oldukları görülmüştür. c-BN ve h-BN örneklerinin düşük sıcaklık bölgelerinde gözlenen TL tepelerinin artan dozda lineer sinyal şiddeti artışına rağmen hızlı sönüme uğramaları nedeniyle dozimetrik olarak uygun olmadığı gözlenmiştir. Diğer bulgularla birlikte değerlendirildiğinde h-BN örneğinin Gy mertebesindeki çalışmalarda kullanılabileceği, c-BN örneğinde ise zamana bağlı sönümün hızlı olması nedeniyle geliştirilmesi gerektiği görülmüştür. Ayrıca katkısız bor nitrür örneklerinin TL, OSL ve EPR özellikleri ilk defa bir arada çalışılmıştır.

Abstract:
Nowadays, materials in different physical forms in luminescence dosimetry systems are commonly preferred to be used in personal, clinical, environmental, etc., applications that using thermoluminescence (TL) and optically stimulated luminescence (OSL) methods. Recent research has focused on the production of dosimeters. For this reason, considering that approximately 73% of the world's boron reserves are in Turkey, the evaluation of special boron products in dosimetry researches after borate compounds, which are frequently used in luminescence applications, is of importance in terms of expanding the application area of special boron products. In this thesis, the dosimetric properties of two important crystal forms of boron nitride (BN), namely hexagonal boron nitride (h-BN) and cubic boron nitride (c-BN) samples were investigated. Boron nitride materials are used in the field of health due to their chemical, mechanical properties, and biocompatibility. These materials are predicted to be used in the dosimetry application as they are tissue equivalent (Zeff = 6,3), easily doped, and non-toxic. After characterization of h-BN and  c-BN samples using EPR, SEM, and XRD methods, their dosimetric properties were examined with luminescence techniques. Using TL and blue stimulated luminescence (BSL) methods of both boron nitride samples; radiation       dose-response, reproducibility, minimum detectable dose values were investigated. Trap parameters in the TL glow curve are investigated by the fractional glow and deconvolution methods, and the effect of time-dependent fading on TL signals was discussed. In addition, BSL and infrared stimulated luminescence (IRSL) signals and residual TL (RTL) glow curves after OSL were investigated. The minimum measurable dose values in the total area of h-BN and c-BN samples irradiated with 90Sr/90Y beta source were found as 10±2 Gy and 0,08±0,004 Gy for TL, respectively; 27±5 Gy and 4±0,2 Gy for BSL, respectively. c-BN was found to be reproducible in the TL method and h-BN was found to have increased sensitivity. It was observed that the h-BN and c-BN samples were reproducible in the OSL method after the 4th measurement. It was observed that TL peaks in low-temperature regions of c-BN and h-BN samples were not suitable dosimetrically due to their rapid fading despite the increase in linear signal intensity with increasing dose. When evaluated together with other findings, it was seen that the h-BN sample could be used in studies at the level of Gy, while the c-BN sample needed to be improved due to its rapid fading with time. In addition, TL, OSL, and EPR properties of undoped boron nitride samples were studied combined for the first time.