Çinko borat katkılı polimer kompozit zırh malzemelerin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2023
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Bursa Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Teknoloji dünyasındaki gelişmeler, radyasyonun birçok alanda yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Bu sebepten dolayı, radyasyonun faydaları ile birlikte zararları da ortaya çıkmıştır. Radyasyondan yararlanırken zararını da en aza indirme ihtiyacı birçok araştırmanın başlığına konu olmuştur. Radyasyondan korunmak için çok sayıda yöntem vardır. Radyasyon zırhlama korunmak için en önemli yöntemlerin başında gelir. Radyasyonun çeşidine bağlı olarak zırhlama malzemeleri de çeşitlilik arz etmektedir. Malzemenin yoğunluğu, toksik özellik gösterip göstermemesi, hafifliği, esnekliği, maliyeti ve kolay elde edilebilir olması gibi özellikleri zırhlama malzemesi seçiminde etkilidir. Malzemelerin bu vasıflarından hareketle yola çıkılarak literatürde üzerinde çalışılan seramik, cam, çelik, beton ve polimerler sınıfından pek çok malzeme mevcuttur. Bu çalışmada ise çinko borat katkılı polimer kompozitlerin nötronlar ve gama ışınlarına karşı zırhlama özelliği araştırılmak istenmiştir. Çalışma kapsamında termoplastik poliüretan (TPU) malzemeye sırasıyla %5, %10, %20, %30, %40 ve %45 oranlarında çinko borat ve polipropilen (PP) malzemeye ise sırasıyla %5, %10 ve %20 oranlarında çinko borat katkılandırılmıştır. Numunelerin kütle azaltma katsayıları sırasıyla 31, 59,5, 81, 276, 302, 356, 384, 661,6 1172 ve 1332 keV enerji değerlerinde hem deneysel hem de XCOM programı ile teorik olarak hesaplanmıştır. Nötron doz ölçümlerinden faydalanılarak deneysel makroskopik tesir kesitleri hesaplanmıştır. Ayrıca numunelerin çekme dayanımı, elestisite modülü ve kopma uzaması gibi mekanik özellikleri test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hem TPU hem de PP örnekleri için 31, 59,5 ve 81 keV enerji değerlerinde artan katkı oranı ile kütle azaltma katsayılarının arttığı gözlenmiştir. Enerjinin artan değerlerinde çinko borat oranının artmış olmasının kütle azaltma katsayıları bakımından çok anlam ifade etmediği görülmüştür. Genel olarak nötron doz transmisyonu değerlerinin artan numune kalınlığı ve artan katkı oranına bağlı olarak azalma eğiliminde olsa da katkı maddesinin homejen olmayan dağılımına atfedilebilecek anomalilerin oluştuğu net bir şekilde gözlenmektedir. Öte yandan artan katkı oranına bağlı olarak çekme dayanımı ve kopma uzaması gibi numunelerin mekanik özellikleri azalış gösteriken, elastiklik modülünün artış gösterdiği gözlenmiştir. Sonuç olarak gerçekleştirilen analiz ve testler göstermiştir ki; çinko borat katkılı TPU ve PP örneklerinin nötronlar ve x-ışınları/düşük enerjili gama ışınları için alternatif bir zırh malzemesi olabilme potansiyeli vardır.
Advances in the world of technology have enabled the widespread use of radiation in many areas. Though there are important benefits of radiation in different fields, its harms need to be addressed equally. The need to minimize the damage due to radiation has been the subject of many research. Radiation shielding materials are one of the most important subjects in this regard. Depending on the type of radiation, shielding materials may also vary. Properties such as density, non-toxicity, lightness, flexibility, cost and easy availability of the material are effective in the selection of shielding materials. There are various materials that could be considered as shielding materials such as ceramics, glass, steel, concrete and polymers. In this study, the goal was to investigate the shielding properties of zinc borate added polymer composites against neutrons and gamma rays. Within the scope of the study, 5%, 10%, 20%, 30%, 40% and 45% zinc borate was added to thermoplastic polyurethane (TPU), and 5%, 10% and 20% zinc borate was added to polypropylene (PP), respectively. The mass absorption coefficients of the samples were calculated both experimentally and theoretically with the XCOM software at energy values of 31, 59.5, 81, 276, 302, 356, 384, 661.6, 1172 and 1332 keV. Experimental macroscopic cross sections were calculated using neutron dose measurements. In addition, mechanical properties such as tensile strength, modulus of elasticity and elongation at break were also tested. The obtained results showed that the mass absorption coefficients increased with increasing zinc borate ratio at 31, 59.5 and 81 keV energy values for both TPU and PP samples. No significant effect was observed in terms of absorption coefficients at higher energy values. Although the neutron dose transmission values did decrease due to increasing sample thickness and increasing zinc borate ratio, the reason behind the anomalies at higher energy levels were thought to be the result of inhomogeneous zinc borate distribution in the polymer material. On the other hand, it was observed that the tensile strength and elongation at break characteristics of the samples decreased, while the modulus of elasticity increased with increasing zinc borate ratio. As a result, the analyses and tests carried out showed that zinc borate doped TPU and PP samples have the potential to be used as shielding material for neutron, x-rays and low-energy gamma ray radiation.
Advances in the world of technology have enabled the widespread use of radiation in many areas. Though there are important benefits of radiation in different fields, its harms need to be addressed equally. The need to minimize the damage due to radiation has been the subject of many research. Radiation shielding materials are one of the most important subjects in this regard. Depending on the type of radiation, shielding materials may also vary. Properties such as density, non-toxicity, lightness, flexibility, cost and easy availability of the material are effective in the selection of shielding materials. There are various materials that could be considered as shielding materials such as ceramics, glass, steel, concrete and polymers. In this study, the goal was to investigate the shielding properties of zinc borate added polymer composites against neutrons and gamma rays. Within the scope of the study, 5%, 10%, 20%, 30%, 40% and 45% zinc borate was added to thermoplastic polyurethane (TPU), and 5%, 10% and 20% zinc borate was added to polypropylene (PP), respectively. The mass absorption coefficients of the samples were calculated both experimentally and theoretically with the XCOM software at energy values of 31, 59.5, 81, 276, 302, 356, 384, 661.6, 1172 and 1332 keV. Experimental macroscopic cross sections were calculated using neutron dose measurements. In addition, mechanical properties such as tensile strength, modulus of elasticity and elongation at break were also tested. The obtained results showed that the mass absorption coefficients increased with increasing zinc borate ratio at 31, 59.5 and 81 keV energy values for both TPU and PP samples. No significant effect was observed in terms of absorption coefficients at higher energy values. Although the neutron dose transmission values did decrease due to increasing sample thickness and increasing zinc borate ratio, the reason behind the anomalies at higher energy levels were thought to be the result of inhomogeneous zinc borate distribution in the polymer material. On the other hand, it was observed that the tensile strength and elongation at break characteristics of the samples decreased, while the modulus of elasticity increased with increasing zinc borate ratio. As a result, the analyses and tests carried out showed that zinc borate doped TPU and PP samples have the potential to be used as shielding material for neutron, x-rays and low-energy gamma ray radiation.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Enerji, Energy, Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
