Development of X-ray shielding textile materials with micro and nano sized particles
X ışınlarından koruyucu mikro ve nano partikül içerikli tekstil malzemelerin geliştirilmesi
- Tez No: 732683
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVZA CANDAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ NEBAHAT ARAL YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yenilikçi Teknik Tekstiller Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
İyonlaştırıcı radyasyonlardan biri olan X-ışını, tıbbi teşhis ve tedavi, nükleer santraller ve uzay araştırmaları gibi birçok çalışma ortamında bulunmaktadır. Radyasyon kaynakları vücuttaki hücrelere mutajenik ve kanserojen etkiler oluşturmakta ve insan sağlığına son derece zararlı olabilmektedir. Bu nedenle radyasyon alanlarında çalışan uzmanlar, radyasyona doğrudan maruz kalmamalı veya maruz kalınan radyasyon minimum seviyeye indirilmelidir. Beer-Lambert yasasına göre, X-ışınını soğuran malzemelerin atom numarası, yoğunluğu ve kalınlığı X-ışınının zayıflama performansı açısından oldukça önemlidir. Etkili koruyucu malzeme katmanları oluşturmak için farklı tiplerde polimerler ve yüksek atom numarasına (Kurşun (Pb), Bizmut (Bi), Tungsten (W) ve Baryum (Ba)), sahip malzemeler ile kompozitler oluşturulmaktadır. Toksisitesi ve ağırlığı nedeniyle koruyucu malzeme olarak kullanılan Kurşun (Pb), bazı sınırlamalara sahiptir. Son dönem çalışmalarında sıkça yer bulan kurşun (Pb) içermeyen, hafif ve etkili radyasyondan korunma giysilerine yönelik araştırmalar özellikle yüksek atom numaralı malzemelere odaklanmıştır. Tez kapsamında düşük ağırlıkta, çevre dostu ve etkili radyasyon koruyuculuğu sağlayan, tekstil esaslı malzemeler geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, %100 pamuk, bezayağı dokuma kumaşlar taşıyıcı yüzey olarak kullanılmış olup; bu yüzeyler üzerine su bazlı polimerlere eklenen mikro boyutlu bakır partikülleri ile ön çalışma yapılmıştır. Daha sonra, mikro ve nano bizmut oksit tozları yardımıyla hazırlanan kaplama patları laboratuvar tipi rakleli kaplama makinası kullanılarak uygulanmıştır. Çalışma sonucu elde edilen kaplanmış tekstil yüzeyleri Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS) ileri karakterizasyonu yöntemleri yardımıyla analiz edilmiştir. Geliştirilen malzemelerin X-ışını kalkanlama performansları ise TSE EN 61331-1:2014 Standard'ı kapsamında“Dar Işınlanma”geometrisi kullanılarak Türkiye Enerji, Nükleer ve Maden Araştırma Kurumuna (TENMAK NÜKEN) ölçtürülmüştür. Tüm veriler ışığında çalışmanın hedefleri doğrultusunda, kurşun içermeyen ve kurşun muadili koruma sağlayabilen kaplanmış kumaş formunda giyilebilir tekstil malzemeleri geliştirilmesinin uygun olduğu görülmüştür. Kurşun eşdeğeri korumalar için gerekli kaplama kalınlıkları çalışılmıştır. Yapılan çalışmanın sonucunda, %60 nano bizmut toz içeren ve 0,9225 mm kalınlığında üç katmanlı tekstil kompozit malzemesi 40kV'da %83 koruma ve 60 kV'da %71.3 koruma sağlamıştır. Aynı hacimsel orana sahip mikro bizmut toz içeren numunenin, 60 kv'da %60.2 zayıflatma sağladığı ölçülmüştür. Çalışmada, nano metal toz katkılı numunelerin, mikro metal toz katkılı numunelere göre daha yüksek bir radyasyon tutma oranına sahip olduğu ölçülmüş ve nano boyutlu tozların yapı içinde mikro boyutlu toz parçacıklarından daha düzgün bir dağılıma ve yayılıma sahip olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, yeterli kurşun eşdeğeri seviyenin katmanlı tekstil kompozit malzemeleriyle sağlanabileceği görülmüştür. Enerji seviyesi arttıkça malzemelerin radyasyon tutuculuk seviyesinin düştüğü ölçülmüş; fakat numunelerin kalınlıkları arttırılarak radyasyon koruma seviyeleri %95 ve üzerine kadar ulaşılabileceği değerlendirilmiştir. Sonuç olarak bu tez kapsamında, tıp alanında kullanılmak üzere kurşun içermeyen, doğa dostu, nano ve mikro toz içerikli tekstil esaslı malzemelerin, geleneksel tekstil üretim yöntemleri kullanılarak X-ışınlarına karşı kurşun eşdeğeri yeterli korumaya sahip olabileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In many fields of work, including medical diagnosis and therapy, nuclear power plants and space exploration, ionizing radiation (e.g X-ray) is found. These radiation source create serious risks to human health, including mutagenic and carcinogenetic effects on bodily-organs. Therefore, it is important to limit the amount of radiation that professionals who operate in the radiation areas are exposed to. Beer-Lambert equation states that the atomic number, density and thickness of X-ray absorbing materials strongly impact X-ray attenuation performance. Lead (Pb), bismuth (Bi), tungsten (W) and barium (Ba) are common examples of the types of high- atomic number metal compounds utilized to provide efficient shielding fillers in composites with types of polymers. But lead's (Pb) toxicity and density means that it can not be used without precautions as a shielding material. High atomic number, lightweight and non-Pb radiation shielding apparel has become the focus on recent research. Accordingly, this study was conducted in order to develop lightweight, environmentally friendly, textile-based materials which has effective radiation protection using conventional textile coating technology. For this purpose, in preliminary work a coating mixture was prepared utilizing micro copper particles and water-based polymers. In addition to these, micro and nano bismuth oxide powders were employed in preparation of a coating mixture with the help of water-based polymers for this purpose. For advanced characterizing of the coated textile surfaces developed, Fourier Transform Infrared-Attenuated Total Reflectance (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) techniques were used. The radiation attenuation performance of the samples was, on the other hand, measured in accordance to Narrow Beam geometry described in the standard TS EN 61331-1:2014 at Nuclear Energy Research Institute, Turkish Energy, Nuclear and Mineral Research Agency (TENMAK- NÜKEN). The findings of the study have shown that it is possible to produce textile based shielding materials offering lead-equivalent protection without using any lead. Furthermore, it has been shown that the samples with nano powder doping had a greater radiation attenuation rate than those with the micro powder doping, while having almost identical volumetric ratios of powder and coating thicknesses. When comparing the samples with a volumetric ratio of 60%, the 3 plied composite textile based materials containing nano bismuth oxide powder with a thickness of 0.9225 mm provide 83% attenuation at 40 kV whereas the same material present 71.3 % protection at 60 kV. When it comes to the measurement results of the micro bismuth oxide powder with the same values however show 60.2% attenuation at 60 kV. In the study, it was demonstrated that nano-sized powders had a more uniform dispersion in the materials developed than the micro-sized powder particles. The results have also suggested that the layered textile based composite material may attain a sufficient level of lead equivalent. Also, it was found that the attenuation ratio of such materials decreases as the X-ray energy increases. Moreover, by increasing the thickness of the materials the X-ray shielding levels can be increased by 95% and over. In conclusion, it has been shown that lead-free, nature-friendly textile based materials which contain nano and micro powder for use in the field of medical industry can have sufficient lead equivalent protection against X-rays by using traditional textile production methods.
Benzer Tezler
- X-ışınlarından koruyucu kurşun içermeyen tekstil malzemesi geliştirilmesi
Development of x-ray protective lead free textile material
NEBAHAT ARAL YILMAZ
Doktora
Türkçe
2016
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BANU NERGİS
PROF. DR. CEVZA CANDAN
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY
- Elektromanyetik dalga engeli tekstil ürünleri üzerine bir araştırma: Polimer kaplama ve yüzey–arayüzeyler ile ilgili yapısal incelemeler
A research on electromagnetic wave shield textile products: Polymer coating and the structural investigations related with surface-interfaces
EREN ÖZÜPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA İDE
- Radyasyon zırhlanmasında kullanılacak baritli kumaş üretimi ve özellikleri
Properties of the barite fabric used radiation shielding and production
TUBA MOLLA
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Teknik EğitimSüleyman Demirel ÜniversitesiYapı Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEMSETTİN KILINÇARSLAN
- Development of stretchable conductive fabric through different metals coating approach for e-textile applications
E-tekstil uygulamaları için farklı metal kaplama yaklaşımıyla uzayabilir iletken kumaş geliştirilmesi
ZUHAIB HASSAN
Doktora
İngilizce
2022
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA KALAOĞLU