Elementlerin kristal yapılarının nötron zırhlama üzerine etkilerinin incelenmesi
The crystal structures of the elements effects on neutron shielding
Yazar: MUHAMMET CENAP YERLİKAN
Danışman: PROF. DR. ABDULHALİK KARABULUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Boron ve tungsten gibi bazı elementlerin nötron zırhlamada kullanıldığı ve iyi malzemeler oldukları bilinmektedir. Bu tür elementler daha iyi zırh malzemesi olabilirken klor ve lityum gibi elementler iyi birer nötron zırhlayıcı değillerdir. Hangi elementin neden daha iyi zırh malzemesi olduğu bazı parametrelere bağlı olup yoğunluk ve kristal yapı analizleri önem taşımaktadır. Bu çalışma sürecinde periyodik tabloda bulunan elementlerin büyük bölümünün kristal yapılarından kaynaklanan farklılıkların, nötron zırhlamalarına olan etkileri üzerinde durulmuştur. Birçoğu kristal yapılarına bağlı olarak sınıflandırılmış ve 3' er cm kalınlığındaki numuneler; GEANT4 simülasyon programı yardımıyla 4,5 MeV enerjili 1.000.000 adet nötron parçacığı ile bombardıman edilerek nötron yakalama makroskobik tesir kesiti hesaplanmıştır. Ayrıca her bir element için birim hücre hacmi ve bu hacmin, atomlar tarafından hacimsel olarak hangi oranlarda işgal edildiği yani birim hücre doluluk oranları (BHDO)
Birim hücredeki Atom Sayısı×V_atom/V_(Bir.Hüc.) ×100
Bağıntısı ile hesaplanarak (BHDO×d) çarpımı elde edilmiştir. 
Toplam makroskopik tesir kesitleri; ayrı ayrı BHDO, yoğunluklar (d) ve (BHDO×d) çarpımı ile karşılaştırılmış olup grafiksel değerler elde edilmiştir. Grafikler incelendiğinde makroskopik tesir kesiti üzerine etkileri sırasıyla (BHDO×d)çarpımının %90, yoğunluğun %91 ve yalnızca BHDO' nın %47 lineer olduğu yani doğru oranılı görülmüştür. Ayrıca monoklinik kristal yapılarda bu oranların (BHDO×d)çarpımında %92, yoğunlukta %95 ve yalnızca BHDO' nda %92; izometrik sistemlerde (BHDO×d)çarpımında %95, yoğunlukta %95 ve yalnızca BHDO' nda %50; ortorombik yapılarda (BHDO×d)çarpımında %97, yoğunlukta %98 ve yalnızca BHDO' nda %98; hekzagonal yapılarda (BHDO×d)çarpımında %84, yoğunlukta %82 ve yalnızca BHDO' nda %39 olduğu saptanmıştır.

Abstract:
It is well known that several elements such as boron and tungsten widely used in neutron shielding applications. Although these elements are fine neutron shields, other several elements such as chlorine and lithium are not an effective neutron shielding materials. In the literature, there is not a study about parameters which effect of neutron shielding capacities of elements. This study has been focused on the effects of differences of crystal structures of most of elements in the periodic table on neutron shielding properties. Rectangular samples which have 3 cm thickness have been irradiated with 4.5 MeV energy 1.000.000 neutrons via GEANT4 Monte Carlo toolkit and total neutron macroscopic cross sections have been calculated. Also volume of unit cell and what proportions by volume was occupied by atoms (the occupancy rate of the unit cell values for each element-BHDO) have been calculated used formula described below and (BHDO×d) multiplication has been obtained.
Number of atoms in the unit cell×V_atom/V_(unit cell) ×100
Total macroscopic cross sections have been compared with density (d), BHDO and (BHDO×d) values and graphical values have been given. When the plots reviewed, effects of (BHDO×d), d and BHDO on total neutron macroscopic cross sections have been seen as 90%, 91% and 47% linearity, respectively. Also these values have been found as 92%, 95%  and 92% for monoclinic crystal structures;  95%, 95% and 50% for isometric crystal structures; 97%, 98% and 98% for orthorhombic crystal structures; 84%, 82% and 39% for hexagonal crystal structures.