Geri Dön

Katmanlandırılmış Bİ2O3 ve B4C katkılı perovskit malzemelerin tasarımı ve zırhlama karakteristiklerinin değerlendirilmesi

Design of layered Bİ2O3 and B4C-based perovskite materials and evaluation of their shielding characteristics

PDF İndir

  1. Tez No: 931379
  2. Yazar: MÜNTEHAR ÇAKIR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  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: 109

Özet

Son yıllarda perovskit malzemeler, esnek hafif ve fonksiyonel özellikleriyle uzay ve enerji uygulamalarında büyük bir umut vadeder ve önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Bu tez çalışması, perovskitlerin radyasyon zırhı olarak kullanım potansiyelini analiz ederek, gama (γ) ve nötron radyasyonuna karşı zırhlama performansını iyileştirme hedefi taşımaktadır. Literatürde, kurşun içermeyen perovskit malzemelerin radyasyon zırhı olarak kullanımına dair sınırlı çalışma bulunmakta ve toksisite nedeniyle kurşun içerikli zırh malzemeleri tercih edilmemektedir. Bu çalışmada Bi2O3 ( Bizmut oksit ) ve B4C (Bor karbür) mikro ve nanopartiküller ile katkılanmış perovskit malzemeler tasarlanmıştır. Hedefler arasında; katkı malzemelerinin oranı ve boyutunun, matris malzemesinin yoğunluğunun ve katman sayısının zırhlama üzerine etkilerinin incelenmesi yer almaktadır. Toplam 192 zırh malzemesi tasarlanmış ve her biri için gama ve nötron zırhlama özellikleri Monte Carlo metodu ile PHITS kodu kullanılarak simüle edilmiştir. Simülasyon işlemi, MATLAB yazılımı ile otomasyonlaştırılmıştır. Altı farklı katkı oranında ve dört farklı katkı malzemesi boyutunda toplam 192 katkılı zırh tasarımı yapılarak toplam simülasyon sayısı 384'e ulaşmıştır. Bu çalışmada zırhlama performansına göre en iyi zırh tasarımı baskın olmayan sıralama ve elitist bir yaklaşımla belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda, yeni radyasyon zırh malzemelerinin tasarımı ve potansiyel uygulamalara katkı sağlanması öngörülmüştür. Sonuç olarak; gamalar için, %1 katkı oranında en yüksek kütle soğurma katsayıları 100 μm ve 1 μm boyutlarında katkılanmış P1 ve P3 malzemelerinde elde edilmiştir. %5 katkı oranında kütle soğurma katsayılarına boyutun etkisi daha belirgin şekilde gözlemlenmiştir ve en yüksek kütle soğurma katsayıları 1 nm ve 100 nm boyutlarında katkılanmış P1 ve P6 malzemelerine elde edilmiştir. %10 katkı oranı için 1 μm ve 100 nm boyutlarında katkılanmış P1 ve P6'da, %15 katkı oranı için 100 μm ve 100 nm boyutlarında katkılanmış P1 ve P6'da, %20 katkı oranı için 100 μm ve 100 nm boyutlarında katkılanmış P1 ve P6'da ve %25 katkı oranı için ise yine 100 μm ve 100 nm boyutlarında katkılanmış P1 ve P6 malzemelerinde gözlemlenmiştir. Nötronlar için makroskopik tesir kesiti değerlerine bakıldığında; %1 katkı oranında ve 100 nm boyutunda katkılanmış P5 ve P8 malzemelerinde, %5 katkı oranında, 10 μm ve 100 nm boyutunda katkılanmış P5 ve P8 malzemelerinde, %10 katkı oranında, 10 μm ve 100 nm katkı boyutlarında katkılanmış P5 ve P8 malzemelerinde, %15 katkı oranında, 1 μm ve 10 μm katkı boyutlarında katkılanmış P5 ve P8 malzemelerinde, %20 katkı oranında, 10 μm boyutunda katkılanmış P5 ve P8 malzemelerinde ve %25 katkı oranında, 100 nm boyutunda P5 ve P8 malzemelerinde en yüksek makroskopik tesir kesiti elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Radiation is a type of energy emitted from a source that can penetrate materials and is divided into two categories: ionizing and non-ionizing. Non-ionizing radiation cannot knock electrons from atoms because it does not have enough energy, while ionizing radiation carries higher energy and can ionize atoms. Radiation shielding is used in systems such as nuclear reactors to protect against the harmful effects of ionizing radiation. The production of shield materials with more efficient radiation attenuation and mechanical properties is a critical need for the sustainability of nuclear technologies. Perovskites are ceramics with a regular crsital structure and are one of the most abundant minerals on the earth's surface. Perovskites play an important role in nanotechnology and optoelectronic studies and offer high advantages in future optical and energy applications. They offer more economical and precisely tunable thicknesses compared to conventional semiconductors. When it comes to their production, more optimum properties can be achieved with newly developed methods. Thanks to their broad optical and electrical performance, they have applications in many fields. In photovoltaic applications, it has increased efficiency in solar cells by reducing energy loss and reduced cost in hybrid systems. Its lightweight structure makes it an ideal material for spacecraft and satellites. It promises significant advances in LED technology with its energy efficiency and color tunability. However, their sensitivity to environmental factors such as moisture, heat and UV rays and their environmentally hazardous lead content require new studies to ensure the development and safety of these materials. In this thesis, eight different perovskite materials selected according to their strategic properties are investigated in shield design. P1 perovskite, a lead-free and semiconducting material, retains its thermoelectric properties up to very high temperatures and has high light absorption efficiency optoelectrically. P2 material has been the hope for photovoltaic applications. Its high conductivity, low cost and moisture resistance make it an alternative to the traditionally used silicon. P3, on the other hand, provides strong electron-photon binding and high PLQE. It has high durability and offers low operating voltage. P4 is very good at detecting X-rays with 1.9 eV and high intensity. P5 perovskite is suitable for energy storage devices and capacitors due to its optical, magnetic and dielectric properties. P6 has ferroelectric and piezoelectric properties and is suitable for vibration sensors and ultrasonic devices. P7; with its dielectric satabiliity, it can be applied in electronic devices and ceramic capacitors. P8 has high polarization and good electrical properties. In this thesis, reinforced perovskite materials were designed to provide effective protection against gamma/neutron radiation. Bi2O3 was chosen due to its high density, ability to absorb gamma rays and non-toxicity. B4C was chosen for its ability to absorb neutrons, high mechanical strength and economical. These materials were incorporated into the perovskite matrix in micro and nano particle sizes. In the study, a single shield material that can attenuate gamma and neutrons instead of different shields for both types of radiation was designed by layering process. In this context, the mechanical properties of perovskites were improved with B4C reinforcing and the shielding performance was also increased. The lack of studies on Bi2O3 and B4C perovskites in the literature makes this thesis unique. In the design phase, the ratio shielding characteristics of the shield materials were simulated using the PHITS Monte Carlo code and optimized with the non-dominated sorting method. Thus, this study contributes to both theory and applications of shielding materials. In order to evaluate the effect of reinforcing sizes, four different sizes, 100 μm, 10 μm, 1 μm and 100 nm, were evaluated at six different reinforcing ratios of 1%, 5%, 10%, 20% and 25%, and 384 simulations were performed for 192 materials in total. In the simulations, instead of homogenization, particle-level mixing was taken into account in accordance with real life. MATLAB automation system was developed for all simulation processes and the results were analyzed by preparing PHITS input and output files. Materials were compared using the non-dominated ranking method. With the crowded distance operator, the materials were ranked from the best shielding performance to the worst. As a result, for gammas, the highest mass absorption coefficients were obtained for P1 and P3 materials reinforced at 100 μm and 1 μm at 1% doping rate. At 5% reinforcing rate, the effect of size on the mass absorption coefficients was more pronounced and the highest mass absorption coefficients were obtained for P1 and P6 materials reinforced at 1 nm and 100 nm. For 10% reinforcing, P1 and P6 reinforced at 1 μm and 100 nm, for 15% reinforcing P1 and P6 reinforced at 100 μm and 100 nm, for 20% reinforcing P1 and P6 reinforced at 100 μm and 100 nm, and for 25% reinforcing P1 and P6 reinforced at 100 μm and 100 nm. Considering the macroscopic cross section values for neutrons; P5 and P8 reinforced at 1% reinforcing rate and 100 nm size, P5 and P8 reinforced at 5% reinforcing rate and 10 μm and 100 nm size, P5 and P8 reinforced at 10% rainforcing rate and 10 μm and 100 nm size, P5 and P8 reinforced at 15% reinforcing rate, The highest macroscopic cross sections were obtained in P5 and P8 materials reinforced at 1 μm and 10 μm reinforcing sizes, in P5 and P8 materials reinforced at 10 μm at 20% reinforcing rate, and in P5 and P8 materials reinforced at 100 nm at 25% reinforcing rate. This thesis has contributed to the literature in terms of developing innovative shield materials that can simultaneously shield against gamma and neutron radiation and are optimized in detail. As a result, when the highest absorption coefficient values for gammas are compared at different ratios and sizes, the best gamma shield material is P1 material with 0.108841 cm2/g at 25% reinforcing rate and 100 nm size. When the highest macroscopic cross section values for neutrons are compared at different ratios and sizes, the best neutron shield material is P8 with 1% reinforcing and 0.241577 cm-1 at 100 nm size.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    721130

    A novel layered boron-based neutron shield design and results from neutron and gamma irradiation studies

    Yenilikçi katmanlandırılmış bor katkılı nötron zırh malzemesi tasarımı ve nötron-gama ışınlama çalışmalarından elde edilen sonuçlar

    BRUNILDA MUCOGLLAVA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Nükleer MühendislikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELAHAT BİLGE DEMİRKÖZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SELCEN UZUN DURAN

  2. Tez No

    829357

    Ön uyaran aracılı inhibisyonun katmanlandırılmış nöroanatomik hiyerarşi içeren ateşleyen nöral ağ ile modellenmesi

    Layered spiking neural network model of prepulse inhibition with anatomical hierarchy

    OSMAN KAMALI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    AnatomiÜsküdar Üniversitesi

    Nörobilim Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. PINAR ÖZ

  3. Tez No

    24421

    Vector quantization of seismological data

    Başlık çevirisi yok

    C.DENİZ MENDİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1992

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    PROF. DR. YORGO ISTEFANOPULOS

  4. Tez No

    628552

    Tourism, conservation, and subjective well-being in world heritage sites: The historic areas of İstanbul

    Dünya kültür mirası alanlarında turizm, koruma ve sübjektif refah: İstanbul'un tarihi alanları

    SİNA KUZUOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    TurizmBoğaziçi Üniversitesi

    Turizm İşletmeciliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BENGİ ERTUNA AKBAŞ

  5. Tez No

    293136

    Mobil cihazlar üzerinde 3-boyutlu arttırılmış gerçeklik arayüz yazılımı geliştirme

    Development of 3-d augmented reality software interface on mobile devices

    MUHAMMET FATİH AKBAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge Üniversitesi

    Uluslararası Bilgisayar Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CENGİZ GÜNGÖR

Geri Dön