Gözenekli malzemelerde radyasyonun zayıflaması

Bu yüksek lisans tez çalışmasında , gama geçirgenlik tekniği kullanılarak silisyum karbür, alumina ve magnezyumdan yapılmış açık hücreli metalik köpük malzemeler, toprak, standart kum ve 0,5 mm çaplı küresel cam bilyelerin deney kabına düzgün olarak yerleştirilmesi ile oluşan gözenekli ortamın gözeneklilik yapıları ve radyasyonu zayıflatma özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Gama geçirgenlik tekniği, gama radyasyonu yayan bir kaynaktan çıkan fotonun incelenecek olan malzemeye nüfuz ettirilmesiyle, malzemeye gelen radyasyon şiddetinin çıkan radyasyon şiddetine mukayesesiyle elde edilen veriyi temel alır. Bu yöntem gerek hızlı gerekse yüksek doğruluğa sahip tahribatsız bir yöntem olduğundan tercih edilir. Gama geçirgenlik tekniği, bilimsel çalışmalarda, sanayide, tıpta ve tarımda çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Sanayide kurşun, aluminyum, çelik gibi malzemelerin kalınlık tayini, tıpta bazı görüntüleme teknikleri cihazları temelini oluşturan gama kameralarla yapılan ölçümlerde gama geçirgenlik yöntemi kullanılmaktadır. Tarımda ise toprak gözenekliliği ve toprağın suyu tutması hakkında bu yöntem kullanılarak faydalı bilgilere ulaşılmaktadır. Gözenekli ortamlar, günlük yaşantımızda akciğerin yapısından doğal kayaçlara kadar birçok örnekle karşımıza çıkmaktadır. Gözenekli ortamların, petrolün yeraltından çıkarılması ve filtrelenmesi, jeotermal enerji, yalıtım malzemeleri, hava ve uzay araçlarında uçuş ve fırlatma esnasında ısınmanın önlenmesinde ısı kalkanı olarak kullanılması gibi uygulama alanları vardır. Aynı zamanda kimyasal ve nükleer atıkların zırhlanması ve depolanması ile radyasyonun zayıflatılması gibi alanlarda kullanılmaktadır. Gözenekli ortamlar gama radyasyonunun zayıflatılması hatta durdurulmasında hafif olmaları nedeni ile tercih edilecek malzemelerdir. Gözenekli ortamların gözenek yapılarının ve radyasyonu zayıflatma özelliklerinin belirlenmesi dar demet geometrili gama zayıflatma düzenekleri ile gerçekleştirilir. Çeşitli gözenekli ortamların yapısının gama geçirgenlik tekniği ile incelenmesi, bu yüksek lisans tez çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Bu deneysel çalışmalar gerçekleştirilirken İTU Enerji Enstitüsü'nde mevcut dar demet geometrili gama geçirgenlik düzeneği ve 60Co gama ışını kaynağı kullanılmıştır. Bu çalışmada; gözenekli ortam olarak 3 çeşit metalik köpük malzeme, toprak, standart kum ve cam bilyelerle oluşturulan ortam kullanılmış ve doymuş gözenekli ortam oluşturulurken de akışkan olarak su seçilmiştir. Diğer malzemeler doğrudan pleksiglas kaba yerleştirilerek deneyde kullanılırken, toprak örneği gözenekliliğinin homojen olmasını sağlamak amacıyla önceden eleme işleminden geçirilmiştir. Önce kuru malzemelerle gama ışını geçirgenlik ölçümleri yapılmış, daha sonra malzemeler tek tek suya doyurulmuş ve deney koşulları değiştirilmeksizin doymuş malzemeden sayımlar alınmıştır. Tüm deneylerde, sayımlar malzemelerin merkez düzleminde düşey yönde üç noktadan alınmıştır. Ölçümler, NaI(Tl) sintilasyon algılayıcısı, dar demet geometrisini sağlayan kolimatörler ve çok kanallı analizör kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her deneyin başında, kaynak kolimatörüne 60Co radyoizotopu yerleştirilerek ilk olarak malzeme yokken üç kez ard arda sayım alınarak kaynak sayımı değeri elde edilmiştir. Daha sonra sırasıyla silisyum karbür, alumina ve magnezyum metalik köpükleri kolimatörler arasına yerleştirilerek üst üste üç ayrı seviyeden üçer kez 60Co radyoizotopu ile sayım alınmıştır. Bu sayımlardan herbir malzeme için bağıl sayımlar hesaplanmış, malzeme kalınlıkları da göz önüne alınarak lineer zayıflatma katsayıları hesaplanmıştır. Metalik köpük malzemelerle yapılan deneylerin bir sonraki aşamasında malzemelerin gözenekliliğinin bulunması hedeflenmiştir. Bunun için malzemenin suya doyurulması ve yapılan ölçümlemelerle kuru haldeki ölçümlemelerin bir arada değerlendirilmesi gerekir. Suya doyurma işlemini yapabilmek için, malzeme pleksiglas kap içerisine yerleştirilmiştir. Kaba yavaş bir şekilde su ilave edilerek, malzemenin üzerinde bir miktar su kalacak şekilde suya doyurma işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde dar demet geometrili sistem kullanılarak 60Co ile sayımlar alınmıştır. Deneylerin bu aşamasında, SiC ve alumina bloklardan prizmatik olan blok malzemeler kullanılmıştır. Doymuş malzemelerin, kuru malzeme sayımlarında kullanılan üç sayım seviyesinden alınan sonuçlarla hesaplanan, lineer zayıflatma katsayılarından elde edilen sonuçlarla birlikte literatürde bilenen temel denklemler yardımı ile herbir noktaya ait gözeneklilik hesabına ulaşılmıştır. Gözeneklilik hesaplarının yanısıra benzer kalınlıktaki Silisyum karbür ve alumina metalik köpük bloklarının dar demet geometrili gama transmisyon düzeneğinde ard arda koyularak ölçümler yapılmasıyla 60Co radyoizotopunun farklı kalınlıklardaki zayıflatılması incelenmiş ve elde edilen sonuçlar grafiklerle gösterilmiştir. Tez çalışmasında diğer gözenekli ortamlar olarak, Samsun İli'ne ait toprak örneği, standart kum ve cam bilyelerle oluşturulan ortamlar kullanılmıştır. Bu malzemelerin ortak özelliği temel yapı bileşenlerinin SiO2 olmasıdır, metalik köpük malzemelerden SiC blokların da ana maddesinin Si olması kullanılan gözenekli ortamların karşılaştırılmasını mümkün kılmıştır. Tüm gözenekli ortamların kuru ve suya doymuş halleri ile deneyler tekrarlanmış ve malzemelerin gözenek yapıları, radyasyonu zayıflatmaları belirlenmiş, grafik ve tablolar ile karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir.