Nano Bor Katkılı Kompozitlerin Nötron ve Gama Soğurma Özeliklerinin Araştırılması

Abstract

Nükleer teknolojiler ve uygulamaları günlük hayatın bir parçası haline gelmis ve nükleer santraller, saglık, uzay ve hava endüstrisi gibi çok çesitli alanlarda vazgeçilmez bir hal almıstır. Nükleer alanlarda radyasyondan korunmanın üç yolu vardır. Bunlar; a) zaman, b) mesafe ve c) zırhlamadır. Nükleer uygulamalarda radyasyondan korunmanın en önemli yolu önlem alınacak radyasyona uygun zırhlama materyallerinin kullanılmasıdır. Radyasyondan daha saglıklı korunmak için daha etkin, mevcut zırhlama materyallerine alternatif olabilecek, farklı zırhlama materyalleri üzerinde yapılan çalısmalar son zamanlarda artmıstır. Bu çalısmada, nötron ve gama radyasyonun engellenmesinde ve nötronun sogurulması sürecinde olusabilecek gama ısınlarının sogrulmasının gerekli oldugu nükleer ortamlarda rahatlıkla kullanılabilecek, iki ana matris yapıda (yüksek yogunluklu polietilen ve poliimid) farklı yüzdelerde h-BN, B4C ve Gd2O3 nano parçacıklar içeren nano kompozitler tasarlanıp üretilmistir. Bunun için öncelikle, ark desarj ve ögütme yöntemiyle BN, B4C ve Gd2O3 nano yapılar elde edilmistir. Üretilen nano parçacıkların özellikleri SEM ve TEM görüntüleri, XRD, EDX ve Raman teknikleri kullanılarak incelenmistir. Farklı yapılarda ve yüzdelerde üretilen nano kompozitlerin nötron ve gama radyasyonu sogurma özelliklerinin yanı sıra [toplam makroskobik etki tesir kesiti (?, cm-1) ve kütle sogurma katsayısı (?/?, cm2g-1)] mekanik özellikleri de [çekme dayanımı (MPa), kopmada uzama (%), elastik modül (MPa) ve sertlik (Shore D) vb.] arastırılmıstır. Ana matris ve katkı miktarlarına baglı olarak kompozitlerin nötron ve gama sogurma katsayıları degisiklik göstermektedir. Saf poliimide %11 BN/B4C+%3 Gd2O3 eklenmesi ile, nötron ve gama sogurma özellikleri önemli ölçüde etkilemis ve olusan yeni çok fonksiyonlu sogurucunun, (%11 BN/B4C+%3 Gd2O3)/PI, makrosokobik tesir kesitin (saf PI?e göre) yaklasık olarak %156 ile %238 arasında, kütle sogurma katsayısının ise %10-55 arasında arttırmıstır. Diger taraftan, saf yüksek yogunluklu polietilene %11 BN/B4C+%3 Gd2O3 katkısı (%3 Gd2O3) ise, makroskopik tesir kesitini yaklasık olarak %191 ile %280 arasında ve kütle sogurma katsayısını ise %30-55 arasında yükselmesine neden olmustur. Nötron ve gama radyasyonunu en iyi soguran kompozitlerin (BN+Gd2O3)/PI ve (B4C+Gd2O3)/YYPE oldugu görülmüstür. Öyle ki (%11 BN+%3 Gd2O3)/PI kompozitin toplam makraskobik etki tesir kesiti 0,4052 cm-1 olarak bulunmus ve ortalama 2 cm örnek kalınlıgında ortalama %90-95?ler seviyesinde nötronları sogurmustur.