Lantanit ve alkali toprak metalleri içeren borosilikat camların (Bg-laae) gama radyasyon zırhlama özelliklerinin araştırılması

Bu tez çalışmasında, alternatif bir gamma ışını zırhlama malzemesi olarak seryum oksit (CeO₂) içeren borosilikat camların potansiyelini incelemektedir. Gamma radyasyonunun tıp, sanayi, tarım ve araştırma tesisleri gibi birçok alanda giderek daha fazla kullanılması, güvenlik endişelerini artırmaktadır. Gamma ışınları, yüksek geçirgenlik özellikleri nedeniyle uzun süreli maruziyet durumunda ciddi doku hasarına ve kansere yol açabilmektedir. Kurşun gibi geleneksel zırhlama malzemeleri etkili olmakla birlikte, yüksek yoğunlukları, maliyetleri, toksik yapıları ve çevresel etkileri, hafif, uygun maliyetli ve çevre dostu yeni malzemelere olan ihtiyacı artırmaktadır. Bu tezde, farklı CeO₂ katkı seviyelerinin borosilikat cam kompozitlerinin gamma zırhlama performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. %0, 2.5, 5, 7.5 ve 10 ağırlık oranlarında CeO₂ içeren bileşimler test edilmiştir. CeO₂ oranı arttıkça, camların yoğunluğu 2.43 g/cm³'ten 2.87 g/cm³'e yükselmiştir. Gamma zayıflatma özellikleri, 0,02 MeV ile 15 MeV aralığında enerji kaynakları kullanılarak bir gamma spektrometresi ile test edilmiştir. Deneysel doğrusal zayıflama katsayıları (LAC) ve kütle zayıflama katsayıları (MAC), NIST XCOM verileri ve Geant4 simülasyonlarından elde edilen teorik değerlerle karşılaştırılmıştır. Özellikle düşük enerji seviyelerinde fotoelektrik absorpsiyonun etkisiyle daha yüksek CeO₂ içeriklerinde zırhlama performansı iyileşmiştir. Yarı değer katmanı (HVL), onuncu değer katmanı (TVL) ve ortalama serbest yol (MFP) gibi zırhlama parametreleri analiz edilmiştir. CeO₂ konsantrasyonunun artması, HVL ve TVL değerlerini önemli ölçüde azaltarak daha ince ve etkili zırhlama sağlayabilecek malzemelere işaret etmiştir. Atomik kesit (ACS), elektronik kesit (ECS), efektif atom numarası (Zeff) ve efektif elektron yoğunluğu (Neff) gibi hesaplanan değerler de CeO₂'nin zırhlama performansını özellikle düşük enerji seviyelerinde artırdığını doğrulamıştır. Deneysel sonuçlar, teorik ve simülasyon bulguları ile uyumlu bulunmuştur. BNCP-5, Gd-4, GN2, BCZLM1, SiBBSZ1 ve S2 gibi diğer malzemelerle karşılaştırıldığında, CeO₂ katkılı borosilikat camların rekabetçi ya da üstün performans sergilediği görülmüştür. 1 MeV enerji seviyesinde, ABS-Ce10, çoğu malzemeden daha yüksek MAC değerleri göstermiştir. SiBBSZ1 daha yüksek bir MAC gösterse de, düşük yoğunluğu nedeniyle genel etkinliği azalmıştır. ABS-Ce10, yoğunluk ve zırhlama verimliliği arasında dengeli bir kombinasyon sunarak, gamma ışını zırhlama uygulamaları için güçlü bir aday olarak öne çıkmıştır. Özellikle tıbbi, endüstriyel ve sterilizasyon uygulamalarında yaygın olarak kullanılan enerji seviyelerinde bu malzeme oldukça uygun bulunmuştur. Gelecekteki araştırmalar için, CeO₂ oranının %10'un üzerine çıkarılması, zırhlama verimliliği ve mekanik özellikler arasındaki dengenin daha iyi anlaşılmasına olanak tanıyabilir. Ayrıca, yüksek enerjili gamma foton seviyelerinde daha ayrıntılı performans analizleri yapılması, malzemenin nükleer ve tıbbi ortamlardaki uygunluğunu daha iyi anlamaya katkı sağlayabilir. CeO₂ katkılı kompozitlerin uzun vadeli dayanıklılığının incelenmesi de ekonomik ve teknik ömürleri açısından değerlendirilmelidir. Bunun yanı sıra, CeO₂'nin diğer nadir toprak elementleri veya metal oksitlerle birleştirilmesi, belirli uygulamalara uygun optimize edilmiş malzemeler elde edilmesini sağlayabilir. Sonuç olarak, CeO₂ katkılı borosilikat camlar, etkili, hafif ve çevre dostu gamma ışını zırhlama malzemeleri olarak güçlü bir potansiyel sergilemektedir. Üstün zayıflatma özellikleri, yapısal kararlılığı ve maliyet etkinliği ile geleneksel ağır metal bazlı zırhlama malzemelerine sürdürülebilir bir alternatif sunabilir.