Geri Dön

Polymethyl methacrylate yapının farklı iyonizan radyasyon tipleri karşısındaki davranışlarının partikül takviyesiyle değişiminin incelenmesi

Investigation of the change of the behavior of polymethyl methacrylate structure against different types of ionizing radiation with particle reinforcement

  1. Tez No: 878276
  2. Yazar: HİLAL MACUN ELMALI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Nükleer Mühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Nuclear Engineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Enerji Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Radyasyon Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 91

Özet

Keşfinden bu yana geçen süreç içerisinde endüstride, sağlık sektöründe ve daha birçok alanda sıklıkla kullanılan iyonizan radyasyonun farklı tipleri ile yine hızla eski tip malzemelerin yerini alan malzeme bilim ve teknolojileri kapsamında oldukça önemli yere sahip olan Poli(metil metakrilat) yapının bu tez çalışması içerisinde radyasyon zırhlama performansı değerlendirilmiştir. Radyasyonun gerekli önlemler alındıktan sonra araştırmalarda ve çeşitli sektörlerde kullanılması herhangi bir sorun teşkil etmemekle birlikte, polimerik yapılar kullanılarak, özellikle tıpta ve uzay-uçak teknolojilerinde önemli gelişmeleri kayıt altına alınmıştır. Elbette burada söz konusu olan gerekli önlemler; kişisel olarak radyasyondan korunma yöntemleri ile radyasyonun zırhlanmasıdır. Her tip iyonizan radyasyonun giriciliğinin de farklı olması sebebiyle, standart bir radyasyondan korunma yöntemi bulunmamaktadır. Beta parçacıklarının, gama fotonlarının ve nötronların, enerjisine bağlı olarak malzeme içindeki penetrasyonu farklılık göstermektedir. Homojen özelliklerdeki polimerik yapının kalınlığının artırılması, radyasyon penetrasyonun tespitinde önem taşımaktadır. Yarı levha kalınlığı ve onuncu levha kalınlığının bulunması için deneyler yapılarak lineer zayıflatma katsayısı üzerinden hesaplamalarda saçılma etkisinin azaltılmasında yapıdaki aglomerasyonun önlenmesi önem taşımaktadır. Bir radyasyondan korunma yöntemi olan zırhlama, yalnızca canlıların sağlığına olan olumsuz etkilerinden korunmayı kapsamamaktadır. Radyasyonu zırhlayarak aynı zamanda doğal ve yapay çevreyi, elektronik aletlerin üzerinde bırakacağı radyasyon hasırı etkilerinden de korumaktayız. Tüm sebeplerin karşılığı olarak radyasyondan korunmak üzere çeşitli malzemelerde testler yapılmıştır ve günümüzde de gelişen malzeme teknolojileri ile bu test ve deneylere devam edilmektedir. Nükleer reaktör çevrelerinde kullanılan içeriği geliştirilmiş baritli betonlar yüksek radyasyon tutma performansı göstermesine rağmen oldukça ağır yapılardır. Ancak günümüz teknolojisinde, amaçlanan performansın, daha hafif bir yapı ve daha kolay şekil alabilen malzemeler kullanılarak, yüksek radyasyon tutma performansı göstermesidir. Bu amaçlar doğrultusunda, termoplastik malzemeler içerisinde de yer alan akrilik bir sentetik cam olan poli(metil metakrilat) yapının, yüksek dayanıklılık ve ısıl direnç özellikleri gösteren, mekanik özellikleri iyi olan ve korozyana karşı direnç gösteren, mor ötesi ışınlara ve her olumlu/olumsuz hava koşullarına uyum ve dayanıklılık gösteren bir polimerik malzemedir. Bu yapı, uzay-uçak sanayiinde, sağlık ve gıda sektörlerinde kullanılırken radyasyon zırhlama çalışmalarında, radyasyon soğurucu performansının tespit etmek için güncel araştırmalar yapılmaktadır. Poli(metil metakrilat) yapının özelliklerinin amaca uygun olarak geliştirilmesi, polimerik yapının matris yapısının uygunluğundan kaynaklanmaktadır. Poli(metil metakrilat) yapının geliştirilmesi ve çeşitli sektörlerde kullanılması maksadıyla Poli(metil metakrilat) esaslı kompozit polimerik malzemeler elde edilmektedir. Poli(metil metakrilat) esaslı polimer kompozitleri, poli(metil metakrilat) matrisine çeşitli nano yapılar, metaller ve seramikler eklenerek oluşturulmaktadır. Bu çalışmada poli(metil metakrilat) polimerine, endüstriyel çevrelerde Tinkal olarak isimlendirilen ve Boraks olarak bilinen Sodyum Metaborat Dekahidrat (Na2B4O7.10H2O) katkısıyla yapı takviye edilmiştir. Sodyum Metaborat Dekahidrat, deterjan gibi temizlik malzemelerinde, böcek ilaçlarında, ateşe dayanıklı malzeme üretiminde, cam üretiminde kozmetik ürünlerde ve metal işleme gibi birbirinden bağımsız ve çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Sodyum Metaborat Dekahidrat aynı zamanda içeriğinde yer alan Bor elementinin getirmiş olduğu avantaj ile reaktiviteyi kontrol etmek amacıyla nükleer reaktörlerde yakıt havuzlarında nötron soğurma işlevi görmektedir. Bu tez çalışması içerisinde Poli(metil metakrilat) polimerik malzemesinin, ağırlıkça farklı miktarlarda Sodyum Metaborat Dekahidrat takviyesi ile oluşturulan PMMA/Boraks kompozit örneklerin, gama, beta transmisyon yöntemleri ile bağıl geçirgenliğinin tespiti, sayesinde lineer zayıflatma katsayısının yanısıra yarı levha kalınlığı ile onuncu levha kalınlığının tespiti deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Benzer bir yöntem olan nötron transmisyon yöntemi ile makroskopik tesir kesiti tespit edilmiştir. Poli(metil metakrilat), artan Boraks takviyesi ile birlikte daha yüksek zırhlama performansı göstermiştir ve bu sonuçlar, PMMA/Boraks kompozitinin radyasyon tutma performansındaki yetkinliğini kanıtlamıştır. Bu çalışmadan yola çıkılarak, daha hafif bir zırhlama malzemesi elde etmek maksadıyla, Boraks takviyesi artırılarak oluşturulacak olan PMMA/Boraks kompozit polimerinin performansının da boraks miktarınca artacağı öngörülmektedir.

Özet (Çeviri)

Poly(methyl methacrylate) structure, which has a very significant place within the scope of material science and technologies that are rapidly replacing old type materials with its different types of ionizing radiation, which has been frequently used in industry, healthcare sector, and many other areas, is examined in this thesis and shielding performance was evaluated. The use of radiation in research and various sectors does not pose any problems after the necessary precautions are taken, important developments have been recorded, especially in medicine and space-aircraft technologies. Radiation is split into two groups ionizing and non-ionizing radiation. The ionizing radiation is divided into indirect and direct ionizing radiation. There are many methods of protection from ionizing radiation, which is the principal theme of this thesis. Certainly, the necessary precautions in question here are; the shielding of radiation and personal radiation protection methods. The interaction of ionizing radiation with matter varies depending on the type and energy of the radiation. Since the penetration of each type of ionizing radiation is different, there is no standard radiation protection method. Gamma, beta and neutron transmission methods are used for the penetration of beta, gamma and neutron radiation sources, which varies depending on their energy and the electromagneticity of the medium in which they act. That's why, in order to take a decision the penetration on the materials, experiments are carried out to find the half value layer and the tenth value layer thicknesses and calculations are made based on the linear attenuation coefficient. The shielding, a method of radiation protection, does not only include protection from its negative effects on the health of living things. By shielding radiation, we also protect the natural and artificial environment and also the electronic devices will leave on them from the radiation damaging effects. According to these all reasons, tests have been carried out on various materials to protect against radiation, and today these tests and experiments continue with developing material technologies. Although barite concretes with improved content used in nuclear reactor environments show high radiation shielding performance, they are quite heavy structures. However, with today's technology, the intended performance is for a lightweight material to show high radiation shielding performance. For these purposes, Poly(methyl methacrylate) structure, which is an acrylic glass also included in thermoplastic materials, has high durability and thermal resistance properties, has good mechanical properties and is resistant to corrosion, adapts to ultraviolet rays and all positive/unfavorable weather conditions. Since it is a polymeric material that is durable, it is used in the aerospace industry, health and food sectors, and experiments have been carried out to see its shielding performance in radiation shielding studies. The radiation effect on polymer materials has various purposes and applications. One application among these applications is radiation polymerization. Other applications include characterization and analysis. For example; X-ray diffraction analysis shows the alignment of atoms and molecules through interaction with electromagnetic beam. Another analysis method, X-ray Absorption Fine Structure, has variants including Near-Edge X-ray Absorption Fine Structure and Extended X-ray Absorption Fine Structure. In general, X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy provides information about the nature, number and position of neighboring atoms relative to the atom examined. Additionally, X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy is used together with X-ray diffraction to perform structural analysis. The appropriate development of the properties of the poly(methyl methacrylate) structure is because of the suitability of the matrix structure of the polymeric structure. Poly(methyl methacrylate) based composite polymeric materials are obtained in order to develop the poly(methyl methacrylate) structure and use it in various sectors. Poly(methyl methacrylate)-based polymer composites are created by adding various nanostructures, metals and ceramics to the poly(methyl methacrylate) matrix. In this study, Sodium Metaborate Decahydrate (Na2B4O7.10H2O), market name Tinkal and known as Borax, was reinforced to poly(methyl methacrylate) polymer. The methods of synthesis of polymer materials are quite diverse. The types of polymerization are collected under two main groups. Among the described polymerization methods and processes, PMMA/borax composite polymer is synthesized by atom transfer radical polymerization method that is a radical chain polymerization method. In the atomic transfer radical polymerization method, parameters such as monomer, catalyst, initiator, solvent and suitable temperature should be combined in polymer synthesis process. Parameters for the synthesized polymeric material synthesized in this study; Boraks (Na2B4O7.10H2O) as the reinforcement, Methyl Metacrillate (C5H8O2) as a monomeric structure, Bromide (Bu4NBr) as a solvent, Copperbroom (CuBr), as a catalyst and ethil-2-bromoizobucturate (C6H11BrO2) as the initiator. Sodium Metaborate Decahydrate is used in a widespread variety of independent areas such as cleaning materials like detergent, insecticides, fire-resistant material production, glass production, cosmetic products and metal processing. Sodium Metaborate Decahydrate also functions to absorb neutrons in fuel pools in nuclear reactors in order to control reactivity, with the advantage of the Boron element it contains. In this thesis study, PMMA/Borax composites formed by using poly(methyl methacrylate) polymeric material with different amounts of Sodium Metaborate Decahydrate reinforcement by weight; determination of relative intensity and linear attenuation coefficient as well as half plate thickness and tenth plate thickness was carried out experimentally using gamma, beta and neutron transmission methods. In the experiments, Co-60 and Cs-137 as gamma photon sources, Sr-90 as beta particle source, and Neutron Howitzer (NH3) containing Pu-Be as neutron source were used. The results of 2.5%, 5.5% and 7.5% doped PMMA/Borax composites and base material as PMMA were compared. On the other hands, when looking at past studies and comparing PMMA composites obtained with Borax reinforcement with other composites, the strengths of the PMMA/Borax composite come to the fore. Poly(methyl methacrylate) showed higher shielding performance with increasing Borax reinforcement, and these results proved the proficiency of PMMA/Borax composite in radiation shielding performance. Based on this thesis, it is predicted that the performance of the PMMA/Borax composite polymer, which will be created by increasing the Borax reinforcement, will increase with the amount of borax in order to obtain a lighter shielding material. The consequences of this study show that the PMMA/Borax polymer composites synthesized by the method of ATRP can be considered as an appropriate radiation protection material or coating material.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    618660

    Comparison of beta, neutron and gamma attenuation properties of pmma/colemanite composites

    Pmma/kolemanit kompozitlerin beta, nötron ve gamma zayıflatma özelliklerinin karşılaştırılması

    SHIMA MEHRANPOUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  2. Tez No

    496507

    Multi-scale self-healing nanocomposite shielding material for aerospace

    Havacılık ve uzay için kendini çok boyutta onarabilen nanokompozit zırh malzemesi

    TAYFUN BEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  3. Tez No

    225133

    Farklı zirkonya esaslı alt yapılara bağlanan veneer seramiklerin makaslama kuvvetlerine karşı dirençlerinin karşılaştırılması

    Evaluation of shear bond strength of veneer ceramics to different zirconia frameworks

    ZEYNEP ÖZKURT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Diş HekimliğiYeditepe Üniversitesi

    Protetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ENDER KAZAZOĞLU

  4. Tez No

    783241

    Bor karbür katkılı PMMA (polimetil metakrilat) polimerkompozitlerin ATRP metodu ile sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of boron carbide additived PMMA (polymethyl methacrylate) polymer composites by ATRP method

    DUYGU TULUK TÜRKMANİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  5. Tez No

    557692

    Production and characterization of polyester/poly(methyl methacrylate) and acrylonitrile butadiene styrene terblends and nanocomposites

    Poliester/polimetil metakrilat/akrilonitril stiren bütadien üçlü karışımları ve nanokompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu

    MEHMET ALİ ORAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI

    DR. OSMAN GÖKHAN ERSOY

Geri Dön