Nükleer enerji uygulamalarında kullanılabilecek nikel tabanlı bazı önemli alaşımların radyasyon zırhlama karakteristiklerinin belirlenmesi

Bu tez çalışmasında, geleneksel radyasyon zırhlama malzemelerinin yetersizliğinden dolayı nükleer enerji uygulamalarına entegre edilebilmek için optimal koşulları sağlayan yeni malzemelerin keşfine odaklanılmıştır. Bu kapsamda, Evanohm, Alloy 825, Haynes 230, Monel K-500 ve Monel 400 olarak adlandırılan beş farklı Ni-tabanlı alaşımın radyasyon zırhlama performansları ve karakteristik özellikleri araştırılmıştır. Bu alaşımların radyasyon zırhlama performanslarını belirlemek için, ilk olarak, foton-madde etkileşim parametreleri (MAC, LAC, HVL, MFP, ACS, ECS, Zeff, Neff, σeff ve RPE) 30-1333 keV enerji aralığında EDXRF tekniği kullanılarak deneysel olarak belirlenmiştir. Aynı zamanda, deneysel hataların belirlenmesi için bu parametreler Phy-X/PSD yazılımı kullanılarak teorik olarak da hesaplanmıştır. İkinci olarak, malzemelerin foton saçılma özellikleri hakkında bilgi veren Rinc/toplam, Zeq, EBF ve EABF parametreleri 0,015-15 MeV geniş enerji aralığında hesaplanmıştır. İncelenen alaşımların radyasyon zırhlama yetenekleri çelik-manyetit (SM) betonu ve Cupero-Nikel (CN) alaşımı ile karşılaştırılmıştır. Son olarak, elde edilen sonuçlara dayanılarak alaşımların fiziksel, kimyasal, mekanik, termal ve radyasyon zırhlama özellikleri birlikte değerlendirilerek nükleer enerji uygulamalarında kullanılabilecek en uygun alaşımın seçimi yapılmıştır. Araştırma sonucunda, incelenen malzemelerin radyasyon zırhlama performans sıralamaları Haynes 230>CN>Monel 400>Monel K-500>Evanohm>Alloy 825>SM olarak belirlenmiştir. Ayrıca, Haynes 230 alaşımın diğer alaşımlardan yaklaşık %40 daha fazla zırhlama performansı gösterdiği saptanmıştır. Bu sonuca ek olarak, Haynes 230 alaşımının incelenen diğer Ni-tabanlı alaşımlara göre daha iyi kırılma direncine (%<50), daha iyi gerilme direncine (860 MPa), daha iyi elastik modülüne (211 GPa), daha düşük termal iletkenliğe (23 0C'de 8,9 W.m-1.K-1), daha düşük özgül ısıya (23 0C'de 397 J.K-1.kg-1), daha büyük yoğunluğa (8,97 g/cm3), düşük termal genleşme katsayısına (20-150 0C'de 13x10-6 K-1) ve yüksek erime noktasına (~1350 0C) sahip olduğu belirlenmiştir. Böylece, Haynes 230 alaşımının taşıdığı bu üstün karakteristik özellikler ile nükleer uygulamalarda kullanılabilecek optimal özellikleri sağladığı gözlemlenmiştir. Bu sebeple, bu alaşımın nükleer uygulamalarda reaktör tasarımında yapı malzemesi olarak ve nükleer enerji santrallerinde ve diğer iyonize radyasyon uygulamalarında zırhlama malzemesi olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır.