Investigation of change in the radiation armor properties of colemanite reinforced poly (methyl methacrylate) building exposed to space radiation
Uzay radyasyonuna maruz kalan kolemanit takviyeli poli (metil metrakrilat) yapının radyasyon zırh özelliklerinde meydana gelen değişimlerin incelenmesi
- Tez No: 981149
- Danışmanlar: PROF. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Radyoloji ve Nükleer Tıp, Nükleer Mühendislik, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Radiology and Nuclear Medicine, Nuclear Engineering, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik radyasyon, Nükleer enerji, Nükleer fizik, Nükleer radyasyon, Nükleer reaksiyonlar, Nükleer teknikler, Nükleer tıp, Nükleer uzaylar, Nükleer çalışmalar, Termoplastik malzemeler, Electromagnetic radiation, Nuclear energy, Nuclear physics, Nuclear radiation, Nuclear reactions, Nuclear techniques, Nuclear medicine, Nuclear spaces, Nuclear woks, Thermoplastic materials
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Radyasyon Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzdeki hızlanan uzay teknolojisi, uzayda var olan zorlu koşullara dayanabilen daha dayanıklı malzemelere olan acil ihtiyacı beraberinde getirmiştir. Bu durum, uzaydaki çevresel faktörlerle yakından ilişkilidir ve düşük yoğunluğa, ekonomik maliyete ve üstün mekanik, termal ve kimyasal dayanıklılığa sahip malzemelerin büyük ölçekte üretilmesini, ayrıca radyasyonu etkili bir şekilde sönümleyebilme özelliklerine sahip olmalarını gerektirmektedir. Bu çalışmanın nihai amacı, colemanite dolgu maddesinin Poly(methyl methacrylate) (PMMA) polimer matrisi üzerindeki etkilerini anlamaktır. Özellikle, colemanite dolgu maddesi ile PMMA polimer matrisi arasındaki etkileşimleri araştırmayı hedeflemektedir. Ayrıca, PMMA bazlı polimer/colemanite kompozitlerinin gama ışını kaynaklarına maruz kaldığında radyasyon emme özelliklerindeki ilgili iyileştirmeleri belirlemeyi amaçlamaktadır. Bu araştırmanın amacı, radyasyon koruma amaçlı PMMA/colemanite kompozitlerinin kalkan malzemeleri olarak kullanma potansiyelini araştırmaktır. Poly (metil metakrilat) (PMMA), yüksek direnç özellikleri sergileyen bir termoplastik malzeme olarak karakterize edilir. Aşınmaya ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklıdır. Polimetil metakrilat (PMMA) olarak bilinen polimer, termal stabilite, mekanik dayanıklılık ve radyasyon direnci açısından olağanüstü özellikler sergilemesiyle dikkat çeker. Kolemanit dolgu maddesinin eklenmesiyle zırhlanma yetenekleri artırılabilir. PMMA malzemesi, çeşitli uygulamalar için uygunluğunu artıran olağanüstü yapısal özelliklere sahiptir. Ayrıca, colemanit gibi katkı maddelerinin eklenmesi, performans özelliklerini daha da güçlendirebilir. Biyomühendislik, havacılık ve uzay gibi modern endüstriler tarafından kullanılan PMMA'nın uygulamaları bulunmaktadır. Olağanüstü termal iletkenlik özellikleri, farklı kullanımlar için potansiyel olarak faydalı olmalarını sağlar. Bu malzemenin kullanımı, dayanıklılığın artırılması ve olağanüstü dayanıklılık açısından önemli avantajlar sunmaktadır. PMMA, tıbbi uygulamalarda radyasyon zırhlaması için sıklıkla kullanılır. Örneğin, röntgen odalarında kullanılan ekranlar veya nükleer tıp laboratuvarlarında kullanılan koruyucu kalkanlar gibi uygulamalarda PMMA kullanılabilir. PMMA'nın radyasyon zırhlamasındaki etkinliği, malzemenin kalınlığına, kullanılan radyasyon türüne ve enerjisine bağlı olarak değişebilir. PMMA, şeffaf özellikleriyle bilinen akrilat ailesine ait bir termoplastik polimer malzemedir. PMMA kompozitlerinde colemanit dolgusunun kullanılması, çeşitli kullanım alanlarında büyük öneme sahiptir. Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP), bilimsel toplulukta büyük ilgi gören devrim niteliğinde bir polimerizasyon sürecidir. Bu çalışma için ATRP tekniği, colemanit dolgusunun PMMA matrisine homojen bir şekilde eklenmesini kolaylaştırmak için kullanıldı. Araştırma çalışması, polymethyl methacrylate (PMMA)'nın radyasyon zırhlama özelliklerini artırmak için colemanit kullanımını incelemek amacıyla gerçekleştirildi. Bu çalışmada, PMMA/Colemanit kompozit numunelerinin ışınlama altında tepkilerini analiz etmek için gama iletim teknikleri kullanılmıştır. Gama radyasyon kaynağı olarak Co-60 izotopu kullanılmıştır. Colemanit, kimyasal formülü Ca2B6O11·5H2O olan bir borat mineralidir. Burada“Ca”kalsiyumu,“B”boru,“O”oksijeni ve“H2O”ise su moleküllerini temsil etmektedir. Bu mineral örneği, 1884 yılında Kaliforniya'nın San Bernardino County bölgesindeki Calico Dağları'nda bulunmuştur. Keşfin ardından, buluntu yerinin sahibi William Tell Coleman anısına“Colemanite”olarak adlandırılmıştır. Colemanit minerali nispeten nadir bir mineral olarak sınıflandırılır ve genellikle tuzlu göllerin buharlaşma süreci veya diğer borat bileşikleri içeren minerallerin değişimiyle oluşur. Bu mineral sıklıkla boraks, ulexite ve kernit gibi diğer borat mineralleriyle birlikte bulunur. Bu çalışmada, Poli (metil metakrilat) (PMMA) ve Colemanit'ten oluşan kompozit örnekler, colemanit konsantrasyonu değişkenliğiyle sentezlenmiştir. Elde edilen örnekler belirlenen bir süre boyunca uzay radyasyonuna maruz bırakıldı ve ardından Co-60 radyoizotopuna göre lineer zayıflama katsayısı değerlerinin belirlenmesine tabi tutuldu. Bu çalışmanın bulguları, colemanit konsantrasyonundaki artışın zayıflama katsayılarında kademeli bir artışa yol açtığını göstermektedir. Bu çalışma, colemanit'in dolgu olarak eklenmesinin, PMMA temelli polimerlerin radyasyon zırhlama etkinliğini potansiyel olarak artırabileceğini önermektedir. Bu çalışma, Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki Kibo Japon Deney Modülü ile düşük yörüngede uzay çevresel kullanımıyla bağlantılıdır. Uzay çevresi deneyi, Kibo Deney Tutamak Ek Parçası Mekanizması-ExHAM kullanılarak gerçekleştirildi. Ardından, Gama Geçiş Tekniği kullanılarak açık uzay ışınlamasından sonra meydana gelen değişiklikler belirlendi. Örnek modülü, Falcon-9 roketi tarafından fırlatıldı ve araç fırlatma işlemi başarıyla gerçekleştirildi. ExHAM için yapılan maruziyet deneyi, robot kol operasyonuyla gerçekleştirildi. Deney toplamda 363 gün boyunca sürdü (deney 23 Mayıs 2018'de başladı ve 21 Mayıs 2019'da sona erdi). Örnek modülü, Van Allen Kuşakları'nın dış halkasında tuzaklanmış yüksek enerjili elektronlar ve pozitronlarla ışınlandı. Dünya'nın çevresinde iki radyasyon bölgesi olarak adlandırılan Van Allen Radyasyon Kuşakları bulunmaktadır. Bu kuşaklar iç içe halka şeklindedir ve yüksek enerjili elektronlar ve protonlar gibi Güneş'ten gelen yüksek enerjili parçacıkların Dünya'nın manyetik alanı nedeniyle bir arada bulunduğu bölgelerdir. Bu radyasyon kuşakları, uzay araştırmaları ve uzay yolculukları sırasında dikkate alınması gereken önemli bir faktördür. ISS yörüngesindeki uzay ortamı, yaklaşık olarak 0.02 kGy'lik bir emilim dozu sağladı. İşlem, maruziyet deneyi süresince herhangi bir sorun yaşanmadan tamamlandı. Bu çalışmada kullanılan ilgili numuneler daha sonra malzeme laboratuvarında stereo mikroskopta 30x büyütme ile incelenmiş ve radyasyon sonrası yüzeysel radyasyon hasarları tespit edilmiştir. Deneylerimizi İTÜ Enerji Enstitüsü'nde, Radyasyon Uygulamaları Laboratuvarı-bölümünde gerçekleştirdik.
Özet (Çeviri)
The accelerated pace of space technology in contemporary times has engendered a pressing necessity for materials that possess enhanced durability to endure the formidable conditions present in space. The prevailing circumstance is intimately connected with the environmental factors prevailing in outer space, thereby requiring the large-scale manufacturing of materials characterized by their low-density, economical cost, and superior mechanical, thermal, and chemical resilience, in addition to their exceptional ability to attenuate radiation.Poly (methyl methacrylate) (PMMA), a thermoplastic material exhibiting high resistivity, is characterized as such. Resistant to wear and high temperatures. The polymer known as polymethyl methacrylate (PMMA) is notable for exhibiting exceptional properties with respect to thermal stability, mechanical strength, and radiation resistance. The shielding capabilities may be enhanced through the incorporation of colemanite filler. The PMMA material possesses exceptional structural features that enhance its suitability for a range of applications. Additionally, incorporating additives, such as colemanite, further strengthens its performance properties. The application of PMMA utilized by modern industries such as bioengineering, aviation and aerospace. Their exceptional thermal conductivity attributes make them potentially beneficial for diverse uses. The utilization of this material presents substantial merits in terms of enhanced durability and exceptional strength. PMMA is a thermoplastic polymer material belonging to the acrylate family, characterized by its transparent properties. The incorporation of colemanite filler in PMMA composites holds vast importance in various fields of use. The Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) is a ground-breaking polymerization process that has attracted considerable attention in the scientific community. The ATRP technique was employed to facilitate the homogenous incorporation of colemanite filler into a PMMA matrix, in the present study. Colemanite is a borate mineral characterized by the chemical formula Ca2B6O11·5H2O, wherein“Ca”represents calcium,“B”denotes boron,“O”signifies oxygen, and“H2O”stands for water molecules. The initial findings of this mineral specimen were made in 1884 at the Calico Mountains located within San Bernardino County, California. It was subsequently christened“Colemanite”in honor of the proprietor, William Tell Coleman, whose mining enterprise incorporated the site of its discovery. The mineral known as colemanite is classified as relatively uncommon, and can typically be found forming in conjunction with the evaporation process of saline lakes, or alternatively, through the alteration of other mineral forms containing borate compounds. The mineral in question is frequently discovered in conjunction with other borate minerals, including but not limited to borax, ulexite, and kernite. Colemanite is frequently utilized as a primary source of boron, a vital micronutrient essential for plant growth and development, as well as a key ingredient in the production of a diverse range of commodities such as glass, ceramics, and detergents. Furthermore, it serves as a means of inhibiting combustion and acts as a constituent in the manufacturing of fiberglass and various other composite materials. Research investigation Colemanite was employed as a means of augmenting the radiation shielding characteristics of polymethyl methacrylate (PMMA). The current study employed gamma transmission techniques to analyze the response of PMMA/Colemanite composite specimens under irradiation. The isotope Co-60 was employed as a gamma radiation source. For this present study, the irradiated polymer composite samples consisting of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) and Colemanite (synthesized at 5 and 10 wt % in İTU ATUM) were examined after the open space irradiation in the International Space Station during one year.After this process we obtained the resulting samples were irradiated for a predetermined duration and subsequently subjected to the determination of their linear attenuation coefficient values with respect to the Co-60 radioisotope. The findings of this study suggest that an increase in colemanite concentration led to a gradual increase in attenuation coefficients. The present study suggests that the incorporation of colemanite as a filler, could potentially enhance the radiation shielding efficacy of PMMA-based polymers. This study is connected to the utilization of the Kibo Japanese Experiment Module on the International Space Station in low Earth orbit for space environmental purposes. The space environment experiment was conducted using the Kibo Experiment Handrail Attachment Mechanism-ExHAM. Subsequently, the changes occurring after open space irradiation were determined using the Gamma Transmission Technique. The samples module was launched by the Falcon-9 rocket, and the vehicle launch was successfully performed. The exposure experiment for ExHAM was carried out using robot arm operation, lasting for a total of 363 days (starting on May 23, 2018, and ending on May 21, 2019). The samples module was irradiated with high-energy electrons and positrons trapped at the outer ring of the Van Allen Belts. The space environment in the ISS orbit provided an absorbed dose of approximately 0.02 kGy. The operation was completed without any issues during the duration of the exposure experiment. The relevant samples used in this study were later examined in the material laboratory under a stereo microscope with 30x magnification, and surface radiation damages were identified. The experiments were conducted at the Radiation Applications Laboratory in the ITU Energy Institute.
Benzer Tezler
- B4C takviyeli titanyum kompozit malzemelerin radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of radiation shielding properties of B4C reinforced titanium composite metarials
TUĞÇE ATASOY KURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE VAROL ÖZKAVAK
DOÇ. DR. KADİR GÜNOĞLU
- Toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiş 6061 Al matrisli B4C takviyeli kompozit malzemelerin radyasyon absorbsiyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of radiation absorption properties of 6061 Al matrix B4C reinforced composite materials produced by powder metallurgy method
ELİF DİCLE TURŞUCULAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REMZİ VAROL
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- %3,5 karbon nanotüp içeren borkarbür yapısına değişen oranlarda grafen nanoplaka ilavesi ile oluşan kompozitlerin SPS yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of boron carbide - 3,5% carbon nanotube composites with additional variant amounts of graphene nanoplatelet prepared by SPS
ERDEM BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Termal bariyer kaplamanın turbo doldurmalı bir dizel motorunun performansına etkileri
Başlık çevirisi yok
HALİT YAŞAR
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VELİ ÇELİK