Kuartz optik fiberlerin ve Ce katkılı sintilasyon fiberlerin radyasyon altında optik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında kuartz ve Ce katkılı optik fiberlerin Co-60 gama radyasyonuna karşı göstermiş oldukları davranışlar incelenmiştir. Bu çalışmada, farklı kor yapıları ve çeşitli element katkıları olan dört kuartz ve altı Ce katkılı optik fiber kullanılmıştır. Bu optik fiberler eş zamanlı ve eş zamanlı olmayan ölçüm yöntemleriyle düşük ve yüksek doz radyasyona maruz bırakılmıştır. Bu ölçümlerde 400-1000 nm dalgaboyu aralığında spektrumlar elde edilmiştir. Spektrumlardan belirli dalgaboyları seçilerek optik fiberlerin radyasyona bağlı zayıflamaları (Radiation-Induced Attenuation-RIA) ve iyileşme süreçleri elde edilmiştir. RIA ve iyileşme süreçleri optik fiberin yapısı, Ce katkı konsantrasyonları, radyasyon doz hızları ve toplam doz miktarları gibi parametrelere bağlı olarak değerlendirilmiştir. Deneyde kullanılan kuartz optik fiberlerin uygulanan radyasyona karşı dayanıklı olduğu görülmüştür ve bu dayanıklılığın kaynağının yapısındaki yüksek miktardaki OH- iyonlarından olduğu belirlenmiştir. Kullanılan Ce katkılı optik fiberlerin yapısında Al ve P elementlerinin bulunmasının radyasyona karşı direncin azalmasına neden olduğu sonucuna varılmıştır. Ölçümü gerçekleştirilen optik fiberlerden elde edilen sonuçlar kapsamında tarafımızca bir optik fiber önerilmiştir ve bu optik fiberin üretimi Polymicro Technologies firması tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu optik fiberin ölçümleri, bu tez kapsamında sunulmuştur ve çalışmadaki Ce katkılı diğer optik fiberlerden daha iyi bir radyasyon direnci göstermiştir. Optik fiberlerin iyileşme süreçleri, ikinci dereceden büyüme kinetiği modeli ile belirlenmiş ve modelin öngörülerinin deneysel sonuçlar ile tutarlılığı gösterilmiştir. Ayrıca optik fiberlerin fotolüminesans ve nümerik açıklık (NA) ölçümlerinde radyasyon etkisi araştırılmıştır.

In this thesis, the behavior of quartz and Ce doped optical fibers under Co-60 gamma radiation was investigated. In this study, we used four quartz and six Ce doped optical fibers which have different core structures and various elemental contributions. These optical fibers were irradiated with low and high dose radiation by on-line and off-line measurement methods. In these measurements, the spectra were obtained in the wavelength range of 400-1000 nm. Radiation-attenuated attenuation (RIA) and the recovery processes of the optical fibers were achieved by selecting specific wavelengths from the spectra. RIA and the recovery processes were evaluated according to parameters such as the structure of the optical fiber, Ce dope concentrations, radiation dose rates and total dose amounts. The quartz optical fibers used in the experiment were found to be resistant to the applied radiation, and it was determined that this strength was due to the high amount of OH- ions in their structure. It was concluded that the presence of Al and P elements in the structure of the Ce doped optical fibers caused a decrease in their radiation hardness. An optical fiber has been proposed by us within the scope of the results obtained from the measurements of the optical fibers, and was manufactured by Polymicro Technologies. The analyses of this optical fiber are presented in this thesis and indicate better radiation hardness than other optical fibers with Ce doped in the study. The recovery processes of the optical fibers were determined by the second order growth kinetic model, and the consistency of the predictions of the model with the experimental results was shown. In addition, the radiation effect in the optical fibers with the photoluminescence and the numerical aperture (NA) measurements were investigated.