Termoplastik poliüretan tabanlı nanoparçacık katkılı iki katmanlı kompozitlerin üretimi ve iyonlaştırıcı radyasyon zırhlama özelliklerinin incelenmesi
Production and investigation of ionizing radiation shielding properties of thermoplastic polyurethane based nanoparticle reinforced two layer composites
- Tez No: 1021293
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN OĞUL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Nükleer Mühendislik, Nuclear Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sinop Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, iyonlaştırıcı radyasyon zırhlama uygulamalarında geleneksel materyallere alternatif olarak termoplastik poliüretan (TPU) matrisli, nanoparçacık katkılı kompozitlerin üretimi ve zırhlama performansları kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, TPU matrisine ağırlıkça %5, %15 ve %25 oranlarında zirkonyum dioksit (ZrO2), samaryum oksit (Sm2O3) ve bizmut (Bi) nanoparçacıkları katkılanarak dokuz farklı numune, çözelti hazırlama ve enjeksiyon kalıplama teknikleriyle üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin yüzey morfolojisi ve elementel dağılımı, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM-EDS) analizleri ile doğrulanmış, gama radyasyonu zırhlama parametreleri ise yüksek saflıkta germanyum (HPGe) dedektörü ile yapılan deneysel ölçümlerin yanı sıra WinXCOM teorik hesaplamaları ve Geant4 ve FLUKA Monte Carlo simülasyonları ile 59,5 keV ile 1332,5 keV enerji aralığında değerlendirilmiştir. Nötron etkileşimleri için etkin nötron uzaklaştırma tesir kesitleri hesaplanmış ve Geant4 simülasyonları ile farklı enerji seviyelerinde nötron geçişleri ile ikincil radyasyon üretim profilleri analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, katkı oranının %25'e çıkarılmasıyla gama zırhlama performansının maksimize olduğunu, düşük enerjilerde Sm'nin K-tabakası soğurma kıyısı etkisiyle öne çıktığını, orta-yüksek enerjilerde ise Bi katkısının en yüksek verimi sunduğunu göstermiştir. Nötron zırhlamasında Sm2O3'ün yüksek termal nötron yakalama kapasitesi tespit edilmiş, ancak oluşan ikincil gama ışınlarını sönümlemek amacıyla tasarlanan iki katmanlı hibrid sistemlerde 8 cm toplam kalınlığın yıllık etkin dozu mesleki maruz kalma sınırı olan 20 mSv/yıl değerine oldukça yaklaştırdığı bulunmuştur (iki sistem için sırasıyla 20,3820 ve 20,2082 mSv/yıl). Bu bulgular, geliştirilen hibrid kompozitlerin hafif, esnek ve kurşunsuz yapılarıyla yeni nesil radyasyon koruma teknolojileri için etkili bir alternatif olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the production and shielding performance of nanoparticle-doped composites with a thermoplastic polyurethane (TPU) matrix were comprehensively investigated as an alternative to conventional materials in ionizing radiation shielding applications. Within the scope of the study, nine different samples were produced by doping the TPU matrix with zirconium dioxide (ZrO2), samarium oxide (Sm2O3), and bismuth (Bi) nanoparticles at weight ratios of 5%, 15%, and 25%, using solvent casting and injection molding techniques. The surface morphology and elemental distribution of the produced composites were verified through scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) analyses, while the gamma radiation shielding parameters were evaluated in the energy range of 59.5 keV to 1332.5 keV by means of experimental measurements performed with a high-purity germanium (HPGe) detector, as well as WinXCOM theoretical calculations and Geant4 and FLUKA Monte Carlo simulations. Effective neutron removal cross-sections were calculated for neutron interactions, and neutron transmission along with secondary radiation production profiles at different energy levels were analyzed using Geant4 simulations. The results showed that gamma shielding performance was maximized when the dopant ratio was increased to 25%; that Sm stood out at low energies owing to the K-shell absorption edge effect; and that the Bi dopant provided the highest efficiency at medium-to-high energies. In neutron shielding, the high thermal neutron capture capacity of Sm2O3 was identified; however, in the two-layer hybrid systems designed to attenuate the resulting secondary gamma rays, a total thickness of 8 cm was found to bring the annual effective dose close to the occupational exposure limit of 20 mSv/year (20.3820 and 20.2082 mSv/year for the two systems, respectively). These findings reveal that the developed hybrid composites, with their lightweight, flexible, and lead-free structures, constitute an effective alternative for next-generation radiation protection technologies.
Benzer Tezler
- Poli (stiren-b-etilen oksit) blok kopolimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of poly (styrene-b-ethylene oxide) block copolymers
NURSELİ UYANIK
- An Approximate model for the dynamic analysis of thermoelastic cylindrical shells
Başlık çevirisi yok
ANWAR-UL-HAQ MUNEEB
Doktora
İngilizce
1990
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YALÇIN MENGİ
- The Effect of heat treatment on the properties of PEEK and its carbon fibre composite
Başlık çevirisi yok
GÜRHAN KALAY
- Azo bağı içeren politetrahidrofuran sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of azo-linked polytetrahydrofuran
GÜRKAN HIZAL
