Kozmik nötronların plastik sintilatörlerle algılanması
Detection of cosmic neutrons with plastic scintillators
- Tez No: 957590
- Danışmanlar: PROF. DR. TAYLAN YETKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Bu çalışma, yüksek enerjili kozmik nötronların yer seviyesinde plastik sintilatörler aracılığıyla tespit edilmesini amaçlamaktadır. Plastik sintilatörlerde oluşan optik fotonlara dayalı bir algılama yönteminin, mevcut gazlı dedektörlere kıyasla avantaj sunabilecek bir alternatif oluşturup oluşturamayacağının araştırılmasını hedeflemektedir. Kozmik nötronlara dayalı ölçümler, düşük enerjili protonlara kıyasla yer seviyesindeki akı artışlarını daha erken saptayabilme potansiyeli taşıdığından, bu nötronlar özellikle Güneş kaynaklı radyasyon fırtınaları için erken uyarı sistemlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Ancak günümüzde, bu yüksek enerjili nötronları doğrudan tespit edebilecek sadece gazlı dedektörler kullanılmaktadır. Mevcut dedektör sistemlerin büyük çoğunluğu, yüksek enerjili nötronları polietilen gibi hidrojen içeriği yüksek malzemeler aracılığıyla termalize ederek, algılanabilir enerji seviyelerine indirgeme prensibiyle çalışmaktadır. 3 He gazı ile çalışan orantılı sayaçlar, hâli hazırda nötron algılanmasında en güvenilir sonuçları veren sistemler olarak kabul edilmektedir. Ancak, 3 He gazının küresel düzeyde temininde yaşanan sıkıntılar, bu sistemlerin yerini genellikle BF3 gazı kullanılan alternatiflere bırakmasına neden olmuştur. Bununla birlikte, BF3 gazının patlayıcı, toksik ve korozif özellikleri nedeniyle, daha güvenli ve çevresel açıdan sürdürülebilir dedektör sistemlerine duyulan ihtiyaç artmıştır. Bu çerçevede, geleneksel gazlı dedektörlerin sahip olduğu sınırlamaları taşımayan ve benzer dedeksiyon verimliliği sunan alternatif sistemlerin araştırılması önem kazanmıştır. Son yıllarda, 10 B ve 6 Li gibi izotoplar aracılığıyla gerçekleşen esnek olmayan saçılma reaksiyonlarına dayalı nötron dedektörleri umut verici sonuçlar ortaya koymaktadır. Bu doğrultuda, çalışmada (ZnS:Ag) gibi gümüşle aktive edilmiş çinko sülfür ve 10 B reaksiyonlarından ortaya çıkan ikincil parçacıkları tespit etme kapasitesine sahip plastik sintilatörler kullanılarak kozmik nötronların algılanabilirliği incelenmiştir. Geant4 tabanlı Monte Carlo simülasyonları ile yürütülen bu çalışmada elde edilen veriler, ROOT veri analiz kütüphanesi kullanılarak değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçları, plastik sintilatörlerin kozmik nötronları etkin biçimde tespit edebildiğini göstermekte olup, bu yöntemin yüksek enerjili nötron algılanmasında uygulanabilir ve pratik bir alternatif oluşturabileceğini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulguların deneysel olarak doğrulanmasına yönelik ileri düzeyde çalışmalar planlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study aims to detect high-energy cosmic neutrons at ground level using plastic scintillators. It investigates whether a detection method based on the optical photons generated in these scintillators can offer an advantageous alternative to the gas-filled detectors currently in use. Because measurements based on cosmic neutrons can detect flux increases at ground level earlier than those based on low-energy protons, neutrons play a critical role in early-warning systems for solar radiation storms. Today, however, only gas-filled detectors are used to register these high-energy neutrons directly. Most existing systems operate on the principle of moderating high-energy neutrons—typically with hydrogen-rich materials such as polyethylene—until they reach energies that can be detected. Most existing systems operate on the principle of moderating high-energy neutrons—typically with hydrogen-rich materials such as polyethylene—until they reach energies that can be detected. Proportional counters filled with 3 He gas are currently regarded as the most reliable systems for neutron detection. However, shortages in the global supply of ³He have led laboratories to adopt alternatives that employ BF3 gas instead. Because BF3 is explosive, toxic, and corrosive, the need for safer and more environmentally sustainable detector systems has grown. Consequently, it has become important to explore alternative technologies that avoid the limitations of conventional gas detectors while delivering comparable detection efficiency. In recent years, neutron detectors that exploit inelastic scattering reactions on isotopes such as 10 B and 6 Li have delivered promising results. In this study, the detectability of cosmic neutrons was assessed with plastic scintillators — e.g., silver-activated zinc sulfide (ZnS:Ag) — that can register the secondary charged particles produced in 10 B reactions. Monte Carlo simulations were performed with the Geant4 toolkit, and the output data were analyzed using the ROOT framework. The results show that plastic scintillators can efficiently detect cosmic neutrons, indicating that this technique could serve as a practical and viable alternative for high-energy neutron detection. Advanced experimental work is planned to validate these findings.
Benzer Tezler
- Development of a segmented detector for reactor antineutrinos
Reaktör antinötrinoları için bölmeli bir dedektörün geliştirilmesi
MUSTAFA KANDEMİR
Doktora
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUAMMER ALTAN ÇAKIR
- Kozmik ışın kaynaklı nötronların akısı ve enerji dağılımı
Study on the cosmic-ray induced neutrons flux and its energy distribution
HAKAN ERGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE KAŞKAŞ
- Süpersimetrik parçacıkların CMS deneyinde gözlenmesi
Search for supersymmetric particles in CMS experiment
FERHAT ÖZOK
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. K. GEDİZ AKDENİZ
PROF. DR. RAMAZAN SEVER
- Nucleosynthesis in alternative theories of gravity
Alternatif kütle çekim teorilerinde nükleosentez
İLAYDA BULUNUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEŞE ÖZDEMİR
- Nükleer uygulamalarda radyasyon güvenliği amacıyla yeni kalkan malzemelerin deneysel ve Monte Carlo simülasyon kodları (CERN-FLUKA ve GEANT4)ile belirlenmesi ve fabrikasyonu
Determination and fabrication of new shield materials for nuclear reactor safety by experiments and CERN-FLUKA Monte Carlo simulation code,GEANT4
BÜNYAMİN AYGÜN
Doktora
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULHALİK KARABULUT