Polimer Matrisli BaSO4 Takviyeli Kompozitlerin Radyasyon Zırhlama Özelliklerinin İncelenmesi
Investigation of Radiation Shielding Properties of BaSO4 Reinforced Polymer Matrix Composites
- Tez No: 1021040
- Danışmanlar: PROF. DR. UĞUR GÖKMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, enjeksiyon kalıplama ile üretilen polipropilen (PP) ve yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) matrisli kompozit malzemelerin radyasyon zırhlama özellikleri incelenmiştir. Takviye malzemesi olarak kullanılan baryum sülfat (BaSO₄), ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında polimer matrislerine eklenmiştir. Kristal yapılar X-ışını difraksiyonu (XRD) ile belirlenmiş; termal davranışlar ise diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve diferansiyel termal analiz–termogravimetrik analiz (DTA-TG) ile incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) analizleri ile kompozitlerin morfolojik özellikleri ve takviye fazının dağılımı değerlendirilmiştir. Yoğunluk değerleri Arşimet prensibiyle ölçülmüş, yüzey topografyası ise 3D profilometre ile analiz edilmiştir. Radyasyon zırhlama özellikleri, ²⁴¹Am (59,5 keV) ve ¹³³Ba (81 keV) gama kaynakları kullanılarak deneysel olarak ölçülmüştür. Deneysel ölçümlerin yanı sıra, Phy-X/PSD yazılımı kullanılarak teorik hesaplamalar yapılmış ve sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Lineer zayıflatma katsayısı (LAC), kütle zayıflatma katsayısı (MAC), yarı değer kalınlığı (HVL), onda bir değer kalınlığı (TVL) ve ortalama serbest yol (MFP) parametreleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, BaSO₄ oranı arttıkça kompozitlerin radyasyon zırhlama performansının belirgin biçimde iyileştiğini ortaya koymuştur; nitekim LAC ve MAC değerleri BaSO₄ içeriğiyle birlikte yükselirken HVL, TVL ve MFP değerleri azalmıştır. HDPE matrisli kompozitler genel olarak daha yüksek yoğunluk ve daha yüksek teorik zırhlama parametreleri vermiştir; deneysel ölçümlerde ise PP matrisli kompozitler bazı oranlarda HDPE'ye yakın veya daha yüksek LAC ve MAC değerleri sergilemiştir. Yüzey pürüzlülüğü analizleri ise BaSO₄ oranı arttıkça yüzey kalitesinin iyileştiğini göstermiştir. Bu çalışma, PP ve HDPE matrisli BaSO₄ takviyeli kompozitlerin tıbbi radyoloji, nükleer tesis zırhlama ve endüstriyel radyasyon koruma uygulamaları için uygun alternatif malzemeler olabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the radiation shielding properties of injection-molded polypropylene (PP) and high-density polyethylene (HDPE) matrix composites were investigated. Barium sulfate (BaSO₄), used as a reinforcement material, was added to the polymer matrices at 5%, 10%, and 15% by weight. Crystal structures of the materials were determined by X-ray diffraction (XRD) analysis, and thermal behaviors were examined by differential scanning calorimetry (DSC) and differential thermal analysis–thermogravimetric analysis (DTA-TG). Morphological properties of the composites and the distribution of the reinforcement phase were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analyses. Density values were measured by the Archimedes principle, and surface topography was analyzed by 3D profilometry. Radiation shielding properties were experimentally measured using ²⁴¹Am (59.5 keV) and ¹³³Ba (81 keV) gamma sources. Linear attenuation coefficient (LAC), mass attenuation coefficient (MAC), half-value layer (HVL), tenth-value layer (TVL), and mean free path (MFP) parameters were calculated. In addition, theoretical calculations were performed using Phy-X/PSD software and compared with experimental results. The results showed that the radiation shielding performance of the composites improved significantly with increasing BaSO₄ ratio. LAC and MAC values increased with BaSO₄ content, while HVL, TVL, and MFP values decreased. HDPE matrix composites generally exhibited higher density and higher theoretical shielding parameters; however, in the experimental measurements, PP matrix composites exhibited LAC and MAC values comparable to or higher than HDPE at certain BaSO₄ ratios. Surface roughness analyses revealed an improvement in surface quality with increasing BaSO₄ ratio. The deviations observed between the theoretical and experimental values were attributed to microstructural factors such as heterogeneity in the filler distribution, porosity, and production conditions. This study demonstrated that PP and HDPE matrix BaSO₄-reinforced composites can be suitable alternatives for medical radiology, nuclear facility shielding, and industrial radiation protection applications.
Benzer Tezler
- Metal ve polimer esaslı malzemelerin enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of metal and polymer based materials by injection moulding method
FURKAN YENİLMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLVEN MUTLU
- Farklı metallerle güçlendirilmiş barit tabanlı polimer kompozitlerin belirli gama enerjilerinde zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of shi̇eldi̇ng properties of barite-based polymer composites reinforced with different metals at certain gamma energies
HATİCE GÜREL ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGiresun ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA RECEP KAÇAL
PROF. DR. FERDİ AKMAN
- Properties and characterization of aluminum hydroxide and barium sulfate filled polypylene copolymer
AI(OH)3 ve BaSO4 katkılı polipropilen kopolimerinin özellikleri ve karakterizasyonu
SEMRA CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TEOMAN TİNÇER
- Polimer matrisli kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of polymer matrix composites
HASAN YILDIZHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Teknik EğitimSüleyman Demirel ÜniversitesiTeknik Eğitim Bölümü
DOÇ. DR. ÖMER SOYKASAP
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA REŞİT USAL
- Polimer matrisli kompozitlerin pim ile yük taşıma özelliklerinin incelenmesi
Load bearing properties of pin connected polymer composites
TANER YILMAZ
Doktora
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. TAMER SINMAZÇELİK