Seramik matrisli radyasyon zırh malzemelerinin hazırlanması ve zırhlama performanslarının araştırılması

Abstract

Günümüzde, radyasyondan korunma, nükleer teknolojinin uygulama alanları olarak daha da önemli hale gelmiştir. Radyasyon zırhlaması, özellikle çevre ve çalışanlar için önemlidir. Son yıllarda, kimyasal ve mekanik dayanıklılık ve iyi zırhlama özelliği gösteren seramik, cam-seramik, seramik matrisli kompozit malzemeler yüksek düzeyli radyoaktif atıkların immobilizasyonu ve radyasyondan korunma amacı ile kullanılmaktadır.Bu çalışmanın temel amacı, düşük ağırlıklı, düşük işlem maliyetli, yüksek zırhlama performanslı, nükleer teknolojinin her alanında kullanılmak üzere temel beklentileri sağlayabilen, kolay uygulanabilen seramik ve seramik matrisli kompozit malzemeler geliştirmektir. Bu çerçevede, seramik ve seramik matrisli kompozit malzemelerin zırhlama özellikleri incelenmiştir. Seramik matrisli malzemeler, yüksek dirence ve zırhlama özelliğine sahip doğal analog mineraller kullanılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan zırhlama malzemelerinin özelliklerindeki değişimler, malzemenin karakterizasyonu ve radyasyon zırhlama uygulamalarıyla değerlendirilmiştir. Seramik matrisli malzemelerin gama radyasyonuna karşı zırhlama etkinliği farklı malzeme kalınlıklarında, 251Am, 57Co, 137Cs, 60Co ve 88Y gibi farklı enerjili gama kaynakları kullanılarak değerlendirilmiştir.Yarı-değer kalınlık değerinin (YDK), malzemelerin zırhlama özelliğini betimleyen önemli parametre olduğundan hareketle malzemelerin radyasyon zırhlama etkinliğinin değerlendirilmesi için esas itibariyle YDK değerleri göz önüne alınmıştır. Hazırlanan tüm seramik materyaller için YDK değeri, 59 keV'lik düşük enerjili gamalar için 0,1-1,2 cm aralığındadır. 662 keV ve üzerinde bu değer, galen minerali matrisli seramikler dışında 1-2 cm aralığındadır. Seramik matrisli zırhlama malzemelerinin yoğunluğunun artışı, düşük enerjilerde zayıflatma performansını arttırmıştır, ama enerji artıkça yoğunluk etkisi zayıflatma performansını etkilememiştir. Hazırlanan seramik matrislerinin herbirinin etkin porozite değerlerinin %1'den düşük olduğu saptanmıştır.

Radiation shielding is a very important issue in scientific and medical facilities related to radioactivity, the safe operation of nuclear reactors, the nuclear storage facilities, nuclear fuel reprocessing facilities. The main goal of this study is to develop ceramic and ceramic composite materials with low weight, low process cost, high shielding performance, easy application which can provide fundamental expectations to be used in each area of nuclear technology. In this frame, the shielding properties of prepared ceramic and ceramic composite materials were investigated. The ceramic materials were prepared using with natural analogue minerals such as zeolite, bentonite and galena having shielding properties against radiation in their matrices and at the same time having high durability. Standard point gamma sources consisting of 251Am, 57Co, 137Cs, 60Co and 88Y were used to study gamma transmission properties of the prepared ceramic materials. The shielding performance of the ceramic materials was measured at 59,5; 122,1; 661,7; 1173,2; 1333, 1836,1 keV gamma energies. Considering these energies are at high region, the attenuation coefficients of the prepared materials are low and the HVLs are high at these high energy levels.As a result of the experiments with the ceramics containing the different bentonite types, the HVL values varied between 2-4 cm for 137Cs and between 4-6 cm for 60Co. In the results of the studies applied with the ceramics containing zeolites, HVL values changed between 1,2-1,6 cm for 137Cs and between 1,15-1,74 cm for 60Co.