Nano-bor katkılı kompozitlerin nötron ve gama radyasyon soğurma özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Nükleer uygulamalarda radyasyondan korunmanın en önemli yolu önlem alınacak radyasyona uygun zırhlama materyallerinin kullanılmasıdır. Radyasyondan daha sağlıklı korunmak için daha etkin, mevcut zırhlama materyallerine alternatif olabilecek, farklı zırhlama materyalleri üzerinde yapılan çalışmalar son zamanlarda artmıştır. Bu çalışmada, nötron ve gama radyasyonun engellenmesinde ve nötronun soğurulması sürecinde oluşabilecek gama ışınlarının soğrulmasının gerekli olduğu nükleer ortamlarda rahatlıkla kullanılabilecek, iki ana matris yapıda (yüksek yoğunluklu polietilen ve poliimid) farklı yüzdelerde h-BN, B4C ve Gd2O3 nano parçacıklar içeren nano kompozitler tasarlanıp üretilmiştir. Bunun için öncelikle, ark deşarj ve öğütme yöntemiyle BN, B4C ve Gd2O3 nano yapılar elde edilmiştir. Üretilen nano parçacıkların özellikleri SEM ve TEM görüntüleri, XRD, EDX ve Raman teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Farklı yapılarda ve yüzdelerde üretilen nano kompozitlerin nötron ve gama radyasyonu soğurma özelliklerinin yanı sıra [toplam makroskobik etki tesir kesiti (S, cm-1) ve kütle soğurma katsayısı (µ/r, cm2g-1)] mekanik özellikleri de [çekme dayanımı (MPa), kopmada uzama (%), elastik modül (MPa) ve sertlik (Shore D) vb.] araştırılmıştır. Ana matris ve katkı miktarlarına bağlı olarak kompozitlerin nötron ve gama soğurma katsayıları değişiklik göstermektedir. Nötron ve gama radyasyonunu en iyi soğuran kompozitlerin (BN+Gd2O3)/PI ve (B4C+Gd2O3)/YYPE olduğu görülmüştür. Öyle ki (%11 BN+%3 Gd2O3)/PI kompozitin toplam makraskobik etki tesir kesiti 0,4052 cm-1 olarak bulunmuş ve ortalama 2 cm örnek kalınlığında ortalama %90-95'ler seviyesinde nötronları soğurmuştur.