Malzeme Yapısının Radyasyondan Korunmadaki Etkisinin Monte Carlo Simülasyon Yöntemi ile İncelenmesi

Tuğba Manici

Malzeme Yapısının Radyasyondan Korunmadaki Etkisinin Monte Carlo Simülasyon Yöntemi ile İncelenmesi

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Tuğba Manici

Danışman: Bayram Demir

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Yüksek doğrusal zayıflatma katsayısına sahip malzemeler, iyonize radyasyonun daha fazla etkileşim gerçekleştirip enerjisini bırakması sebebiyle daha iyi radyasyon absorbsiyonu sağlamaktadır. İyonize radyasyondan korunmak en önemli parametre olan doğrusal zayıflatma katsayısının (LAC) yoğunlukla doğru orantılı olarak artmaktadır ve bu sebeple yüksek doğrusal zayıflatma katsayısına sahip olan malzemeler radyasyon zırhlaması için daha uygun olmaktadır. Bir bileşiğe ait yoğunluğun bileşiğin kristal yapısı ile doğrudan bağlantılıdır. Bu tez çalışmasında 7,89 g/cm3 yoğunluğa 188.00 Å³ hacme sahip olan 8 atomlu Pca2₁ uzay grubu ve mm2 nokta gruplu ortorombik PbO, 9,14 g/cm3 yoğunluğa 162.16 Å³ hacme sahip olan 8 atomlu Pbcm uzay grubu ve mmm nokta gruplu ortorombik PbO, 8,37 g/cm3 yoğunluğa 88.53 Å³ hacme sahip olan 4 atomlu P4₂/mmc uzay grubu ve 4/mmm nokta gruplu tetragonal PbO, 8,81 g/cm3 yoğunluğa 84.14 Å³ hacme sahip olan 4 atomlu P4/nmm uzay grubu ve 4/mmm nokta gruplu tetragonal PbO, 6,98 g/cm3 yoğunluğa 55.14 Å³ hacme sahip olan 4 atomlu Pm3̅m uzay grubu ve m3̅m nokta gruplu kübik WO3, 7,25 g/cm3 yoğunluğa 424.57 Å³ hacme sahip olan 32 atomlu Im3̅ uzay grubu ve m3̅ nokta gruplu kübik WO3, 6,88 g/cm3 yoğunluğa 111.85 Å³ hacme sahip olan 8 atomlu P4/nmm uzay grubu ve 4/mmm nokta gruplu tetragonal WO3, 7,11 g/cm3 yoğunluğa 216.61 Å³ hacme sahip olan 16 atomlu P4/ncc uzay grubu ve 4/mmm nokta gruplu tetragonal WO3, 9,44 g/cm3 yoğunluğa 327.92 Å³ hacme sahip olan 20 atomlu P2₁/c uzay grubu ve 2/m nokta gruplu monoklinik Bi₂O₃, 9,37 g/cm3 yoğunluğa 660.56 Å³ hacme sahip olan 40 atomlu P2₁/c uzay grubu ve 2/m nokta gruplu monoklinik Bi₂O₃, 7,30 g/cm3 yoğunluğa 1271.50 Å³ hacme sahip olan 60 atomlu I23 uzay grubu ve 23 nokta gruplu kübik Bi₂O₃, 8,86 g/cm3 yoğunluğa 174.58 Å³ hacme sahip olan 10 atomlu Pn3̅m uzay grubu ve m3̅m nokta gruplu kübik Bi₂O₃, 8,70 g/cm3 yoğunluğa 355.68 Å³ hacme sahip olan 20 atomlu Pccn uzay grubu ve mmm nokta gruplu ortorombik Bi₂O₃, 8,94 g/cm3 yoğunluğa 346.19 Å³ hacme sahip olan 20 atomlu Pbcn uzay grubu ve mmm nokta gruplu ortorombik Bi₂O₃ bileşikleri incelenmiştir. Her biri için doğrusal zayıflatma katsayıları (LAC), yarı değer kalınlıkları (HVL), ortalama serbest yol (MFP) değerleri ve onda bir değer kalınlığı (TVL) değerleri Monte Carlo Simülasyonu MCNPX kodu kullanarak 140 keV (Tc-99m), 364 keV (I-131), 662 keV (Cs-137), 1332 keV (Co-60) monoenerjetik gama kaynakları için elde edilmiş olup kristal yapısı ile zırh malzemesi etkinliği arasındaki bağlantı değerlendirilmiştir. PbO bileşikleri arasında en yüksek radyasyon tutuculuğunu ortalama %13,67 farkla 9,14 g/cm3 yoğunluklu ortorombik PbO sağlamaktadır, Bi₂O₃ bileşikleri arasında en yüksek korumayı ortalama % 23,05 farkla 9,44 g/cm3 yoğunluklu monoklinik Bi₂O₃ ve WO3 bileşikleri arasında en yüksek korumayı %5,45 farkla 7,25 g/cm3 yoğunluklu kübik WO3 'ün sağladığı görülmüştür. Bu bileşikler birbirleri ile karşılaştırıldığında ise en yüksek radyasyon absorbsiyonunu 9,44 g/cm3 yoğunluğa sahip olan monoklinik Bi₂O₃'ün, en düşük korumayı ise 7,25 g/cm3 yoğunluğa sahip olan kübik WO3 'ün sağladığı ve %20,67 yoğunluk farkı ile 140 keV'de %47,7844, 364 keV'de %42,2442, 662 keV'de %34,7134 ve 1332 keV'de %26,7954 LAC farkı bulunduğu sonucu elde edilmiştir. Bileşiklerin katkı malzemesi olarak kullanıldığında ortaya çıkarabilecekleri sonuçların değerlendirilebilmesi için sıradan beton (SB) ve Polivilin Alkol (PVA) içerisine %50 oranda 9,14 g/cm3 yoğunluğa sahip olan ortorombik PbO, 9,44 g/cm3 yoğunluğa sahip olan monoklinik Bi₂O₃ ve 6,88 g/cm3 yoğunluğa sahip olan tetragonal WO3 katkılanmıştır. LAC, HVL, MFP ve TVL değerleri MCNPX kodu kullanarak Tc-99m, 364 I-131, Cs-137, Co-60 gama kaynakları için elde edilmiş elde edilmiş olup % farklar açısından değerlendirilmiştir. Yoğunluğu 2,3 g/cm3 olan SB içerisine eklenen bileşiklerin yeni yoğunlukları hesaplanmış olup en yüksek yoğunluk değerini 3,6988 g/cm3 ile %50 SB-%50 9,44 g/cm3 yoğunluklu monoklinik Bi₂O₃ bileşiği; en düşük yoğunluk değerini 3,4474 g/cm3 ile 6,88 g/cm3 yoğunluğa sahip olan tetragonal WO3 sağlamaktadır. 9,44 g/cm3 yoğunluğa sahip monoklinik Bi2O3 ile hazırlanan SB/Bi2O3 kompoziti ile 6,88 g/cm3 WO3 ile hazırlanan SB/WO3 kompoziti arasında 140 keV'de %34,4557, 364 keV'de %22,3211, 662 keV'de %12,9755ve 1332 keV'de %8,7736 fark yer almaktadır. Yoğunluğu 1,19 g/cm3 olan PVA içerisine eklenen bileşiklerin yeni yoğunlukları hesaplanmış olup en yüksek yoğunluk değerini 2,1135 g/cm3 ile %50 PVA-%50 9,44 g/cm3 yoğunluğa sahip olan monoklinik Bi₂O₃ bileşiği; en düşük yoğunluk değerini 2,029 g/cm3 ile 6,88 g/cm3 yoğunluğa sahip olan tetragonal WO3 sağlamaktadır. 9,44 g/cm3 yoğunluğa sahip monoklinik Bi2O3 ile hazırlanan PVA kompozit ile 6,88 g/cm3 WO3 ile hazırlanan PVA kompozit arasında 140 keV'de %32,54, 364 keV'de %20,61, 662 keV'de %11,98 ve 1332 keV'de %4,93 fark yer almaktadır. Bu sonuçlar ile kristal yapının malzeme yoğunluğu üzerindeki etkisinin radyasyondan korunmada malzeme seçimini nasıl etkilediği ilişkilendirilmiştir ve özelikle fotoelektrik olayın baskın olduğu enerji değerlerinde bu etkinin önemli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.