Comparison of beta, neutron and gamma attenuation properties of pmma/colemanite composites
Pmma/kolemanit kompozitlerin beta, nötron ve gamma zayıflatma özelliklerinin karşılaştırılması
- Tez No: 618660
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Nükleer Mühendislik, Energy, Physics and Physics Engineering, Nuclear Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enerji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Radyasyon Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Poli (metil metakrilat) (PMMA), aşınma ve ısıya karşı yüksek direnci olan termoplastik bir malzemedir. PMMA malzemesi, kolemanit takviye malzemesinin eklenmesiyle geliştirilebilecek termal, mekanik ve radyasyondan koruyucu özelliklere sahiptir. PMMA malzemeler, yüksek dayanıklılık ve yüksek mukavemet gibi önemli avantajlara sahiptir. PMMA'nın başlıca özelliklerini sıralamak gerekirse; uygun optik özelliklere sahip olması, saydamlık ve parlak görünüm sergilemesi, rijitliği, sertlik ve çizilmeye karşı dayanıklılığı şeklinde belirtmek mümkündür. PMMA, akrilat ailesinden gelen şeffaf bir termoplastik polimer malzemedir. Güneş ışınlarına (ultraviyole radyasyonu) ve hava etkisiyle aşınmaya karşı dirençli malzemelerdir. Kolemanit dolgusu ile güçlendirilmiş PMMA, büyük ölçeklerden küçük ölçeklere kadar çeşitli uygulamalarda büyük öneme sahiptir. PMMA polimer kompozitlerinin üretiminde kullanılabilecek üç ana polimerizasyon metodu çözelti karıştırma, eritmeli bileşik ve yerinde polimerizasyondur. Bu çalışmada kullanılan PMMA/Kolemanit kompozit malzemeler, Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP) yöntemi kullanılarak, canlı polimerizasyon tekniği ile üretilmiştir. Kolemanit, PMMA'nın radyasyon koruma özelliklerini arttırmak için kullanılmıştır. Atom Transfer Radikal Polimerizasyon (ATRP) yöntemi ile üretilmiş canlı Poly (methl methacrylate) (PMMA) matrisli yapılar, farklı sahalarda kullanılabilen yeni nesil malzemelerdir. Bu tezde, hafif ve dayanıklı, polimer matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi ve radyasyon geçirgenliği özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu tez kapsamında PMMA matrise eklenen kolemanitin, PMMA/Kolemanit kompozit yapının farklı radyasyon tiplerini zıhlama özelliklerine etkileri incelenmiştir. Böylece, radyasyonu zırhlama kapasitesine sahip, özgün niteliklerde, polimer kompozit zırh malzemesinin radyasyon geçirgenlik özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Sonuç olarak malzemenin radyasyon geçirgenliğinin, kolemanit artışına bağlı olarak değişimleri detaylı olarak incelenmiştir. Bu tez çalışmasında, ATRP yöntemiyle üretilmesi sağlanmış, polimer kompozit örneklerin farklı sahalarda kullanımının belirlenmesi için polimer kompozit malzeme yapısında, iyonizan radyasyonun PMMA kompozit örnekler ve kolemanit (CaB3O4(OH)3.H2O) takviyeli PMMA/Kolemanitin 15, 30 ve 40 (at. %) olmak üzere, üç farklı miktarda kolemanit takviyesinin yapılması ile kompozit örneklerin radyasyon karşısındaki davranışı incelenmiştir. Böylece, yüksek oranda bor mineral takviyeli ve hiç bor mineral takviye edilmemiş polimer örneklerin davranışları mukayeseli olarak incelenmiştir. xxii PMMA / Kolemanit kompozit örneklerinin radyasyona karşı davranışını araştırmak için beta, nötron ve gama transmisyon teknikleri uygulanmıştır. Gama kaynağı olarak Cs-137 ve Co-60, nötron kaynağı olarak Pu-Be içeren Nötron Howitzer (NH3) kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında Sr-90 radyoizotopu kullanılarak, polimer kompozit yapıya elektrikçe negatif yüklü beta parçaçıklarının etkisinin detaylarına değinilmiştir. Bu proje kapsamında, yapıya kolemanit takviyesinin beta radyasyonu geçirgenliğine etkisi mukayeseli olarak incelenmiştir. Beta radyasyonunun malzemenin özelliklerine etkisi detaylı olarak incelenmiştir. PMMA numunelerinin Sr-90 radyoizotopu karşısında davranışları incelenerek, kalınlığın artışıyla numunelerin bağıl şiddet değerlerinde meydana gelen değişiklikler belirlenmiştir. PMMA/Kolemanit kompozit numunelerinin üç farklı kolemanit konsantrasyonunda üretilmesi sağlandıktan sonra, Cs-137, Co-60 ve Sr-90 radyoizotopları için lineer zayıflama katsayısı değerleri hesaplanmış ve toplam makroskopik tesir kesiti değerleri incelenmiştir. Örneklerde kolemanit miktarının artışı ile nötron geçirgenliğinin değişimi mukayeseli olarak incelenmiştir. Sonuçlar, kolemanit konsantrasyonunun yükselmesiyle lineer ve kütle zayıflatma katsayılarının arttığını göstermiştir. PMMA bazlı polimerin radyasyondan koruma özelliklerini dolgu maddesi olarak kolemanit ilavesiyle geliştirmek mümkündür. Polimer kompozitlerin yapısında; matris yapı ve bu yapıyı kuvvetlendirmek için, yapı içerisinde çeşitli partiküller kullanılabilmektedir. Bu şekilde, kompozit yapının, radyasyonu zırhlamasının mümkün olduğunca artırılmasının sağlanmasına çalışılmıştır. Bu tez çalışmasında kullanılan PMMA malzemesinin ve katkı maddelerinin (örneğin kolemanit gibi takviyelerin yapıya eklenmesi ile) üstün yapısal özellikler taşıması nedeniyle havacılık gibi farklı uygulama alanlarında kullanıldığı bilinmektedir. Polimer kompozit yapıda kullanılan kolemanit partiküllerin, iyonizan radyasyonun soğurulmasına katkı sağladığı tespit edilmiştir. Bu çalışma sonunda, yapıya takviye edilen farklı miktarlardaki kolemanit partiküllerin ve polimer matrisin radyasyon karşısındaki davranışları mukayeseli olarak değerlendirilmiştir. Radyasyon tiplerine bağlı olarak, kolemanit takviyesi ile radyasyonu zırhlama özellikleri mukayeseli olarak belirlenmiştir. Polimer kompozit yapının gama radyasyonu geçirgenliğini mukayeseli olarak değerlendirmek amacıyla, deneyden elde edilen deneysel kütle zayıflatma katsayısı değerleri, WinXCOM programında hesaplanan teorik kütle zayıflatma katsayısı ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen teorik ve deneysel kütle zayıflatma katsayılarının uyumlu olduğu tespit edilmiştir. Farklı tiplerdeki iyonizan radyasyon kaynaklarından elde edilen beta, gama ve nötron radyasyonlarına karşı tüm numuneler için yarı tabaka kalınlığı (HVL) değerleri hesaplanmıştır. Yarı tabaka kalınlığı değerlerinin PMMA / Kolemanit örneklerinde kolemanit konsantrasyonunun artmasıyla azaldığı tespit edilmiştir. PMMA polimere kolemanit ilavesi, yapının radyasyon zayıflatma özelliğini arttırmıştır. Elde edilen sonuçlar, farklı gama enerjilerine göre karşılaştırıldı. Ayrıca, beta ve nötron parçacıkları için listelenen yarı tabaka kalınlığı sonuçları ayrı ayrı karşılaştırıldı. Bu karşılaştırma, hem partikül/radyasyon enerjisi hem de incelenen örneklerde kolemanit konsantrasyonu esas alınarak yapılmıştır. Bu sonuçlar, ATRP yöntemiyle üretilen PMMA/Kolemanit kompozitinin havacılık ve havacılık endüstrisi gibi çeşitli uygulama alanlarında uygun bir malzeme olarak kullanılabileceğini işaret etmektedir.
Özet (Çeviri)
Poly (methyl methacrylate) (PMMA) is a thermoplastic material with high resistivity against abrasion and heat. PMMA material has great thermal, mechanical and radiation shielding properties which can be improved by the addition of colemanite filler. Based on superior structural properties of PMMA material and the addetives (colemanite filler), the produced PMMA based polymer composites can be used in different application areas such as the aviation and aerospace field. These new materials have significant advantages such as high durability and high strength. PMMA is a transparent thermoplastic polymer material from the acrylate family. PMMA reinforced by colemanite filler has great importance in various applications ranging from large scales to small scales. Three main polymerization methods that can be used in the production of PMMA polymer composites are solution-mixing, melt-compounding and in-situ polymerization. The Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) method was used to disperse colemanite filler into PMMA material, in this study. Colemanite was used to enhance the radiation shielding properties of PMMA. Beta, neutron and gamma transmission techniques were applied to investigate the behavior of PMMA/Colemanite composite samples against radiation. Cs-137 and Co-60 were used as gamma source, Sr-90 was utilized as beta source and Pu-Be neutron Howitzer (NH3) was used in neutron transmission test. PMMA/Colemanite composite samples were produced at three different concentrations of colemanite and irradiated for determined duration, then the linear attenuation coefficient values were calculated for Cs-137, Co-60 and Sr-90 radioisotopes and the total macroscopic cross-sections values were evaluated for neutron source with the rise of colemanite content in samples. The results indicated that by the rise of colemanite concentration, the linear attenuation coefficients and the mass attenuation coefficients were increased slowly. Based on this fact, it is possible to improve the radiation shielding properties of PMMA based polymer by the addition of colemanite as a filler.
Benzer Tezler
- Synthesis of poly(imide) siloxane block copolymer, structural characterization and comparison of irradiation effect in radiation shielding properties for flexible sheet and pelletized form
Poli(imid) siloksan blok kopolimerin sentezi, yapısal karakterizasyonu ve ışınlama etkisinin esnek levha ve peletleştirilmiş formlarında radyasyon zırhlama özelliklerinin karşılaştırılması
TÜRKAN DOĞAN
Doktora
İngilizce
2020
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Development of ceramic and glass-ceramic shielding materials for protection from ionizing radiation
İyonizan radyasyondan korunmak için seramik ve cam seramik zırhlama malzemelerin geliştirilmesi
ABDULLAH OKYAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA ERENTÜRK
- 154 ve 158 Gd izotoplarının elektromanyetik özellikleri ve 0+ enerji düzeylerinin etkileşen bozon modeli ile incelenmesi
The investigation of electromagnetic properties and 0+ energy levels of 154-158 Gd isotopes by the use of interacting boson model
ÜMİT ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN ULUER
- Induced radioactivity of argon and krypton as active gas in atlas inner detector transition radiation tracker
Atlas iç dedektörü geçiş radyasyonu izsürücüsü aktif gazı olarak argon ve kripton gazlarının tesir radyoaktivitesi
UYGAR ŞAŞMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET BİNGÜL
- Kütle numarası 47-63 aralığındaki egzotik PF-kabuk çekirdeklerinin beta bozunumlarının incelenmesi
Investigation of beta decay of exotic PF-shell nuclei in the 47-63 mass region
LEVENT KÜÇÜK
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YEŞİM ÖKTEM