Yüksek Enerjili İyonlaştırıcı Radyasyon DedeksiyonundaKullanılmak Üzere Polimer Esaslı Sintilatör Üretimi Production Scintillator For Use in High-Energy Ionizing Radiation Detection Uğur Adnan SEVİL Hitit Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü, Çorum
KISACA; 2008 Mart ayında, Merkezimiz (TAEK-SANAEM) ARGE bölümü-polimer kimyası laboratuarlarında polimetil metakrilat + antrasen ve polstiren + PPO + POPOP karışımları üretilmiş ve bunların fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir. Bu incelemeler sonucunda PMMA+ antrasen karışımından üretilen malzemelerin zayıf yönleri belirlenmiş ve polistiren + PPO + POPOP karışımı üzerinde çalışmaların yoğunlaştırılmasına karar verilmiştir.
Plastik sintilatörler, esas olarak iki ana kimyasal maddeden oluşur. Birincisi, polimer (çözücü olarak da adlandırılır) gövdedir ki aromatik yapılı moleküller içeren polistiren, polviniltoluen yada aromatik yapı içermeyen polimetilmetakrilat gibi polimerlerden oluşur. Diğeri ise (çözünen olarak adlandırılır) delokalize elektron yoğunluğu çok fazla olan aromatik (antrasen, PPO ve POPOP gibi) moleküllerdir. Asıl sintilasyon işlemini gerçekleştiren bu moleküllerdir. Yüksek enerjili radyasyonun, yukarıda bahsedilen elektronik soğurmayayma mekanizması ile daha düşük frekanslarda ışık yayımını sağlayan bu tür atom/molekülleri içeren maddelere sintilatör, yüksek frekanslı ışını düşük frekanslı (görünür bölgeye tekabül eden) ışına dönüştüren bu sürece de sintilasyon denir.
Çeşitli floresan molekülleri
Gama ışını Sintilasyon olayı Fotokatod Dynodlar Fotoçoğaltıcı tüp Yansıtıcı kap NaI(Tl) kristali Fotoelektronlar Foto çoğaltıcı tüp
Çalışmalar Bu çalışma kapsamında, ilk olarak poli (metil metakrilat) polimeri ile antrasen molekülünün karışımları hazırlanmış, zayıf da olsa ilk sinyaller gözlenmiştir. Daha sonraki aşamada ise polistiren polimerinin değişik sintilasyon maddeleri ile karışımları hazırlanmış ve ölçümler alınmıştır. polistiren + PPO ( % 1-3 g/g) + POPOP (% 0,1 g/g) karışımları a- gamma radyasyonu ile b- mikro dalga ısıtma ile c- kimyasal başlatıcı + ısıtma olmak üzere değişik yöntemler kullanılarak hazırlanmıştır. Bu hazırlama yöntemlerinden kimyasal başlatıcı+ ısıtma yöntemi en uygun görülen olmuştur.
Çalışmalar Çalışmalar esnasında büyük boyutlarda malzeme hazırlamanın getirdiği çeşitli sorunlar (kabarcık oluşumu, yeterince şeffaflık sağlanamama, çatlamalar gibi optik ve mekanik sorunlar) giderilmeye çalışılmış ve bu çalışmalar hala devam etmektedir. Mevcut son durum; hazırlanan malzemenin üzerinde daha sonraki aşamalarda parlatma ve Al foil ile sarma işlemleri yapmaya ihtiyaç duyulmadan direk foto çoğaltıcıya bağlanarak ölçüm alınabilecek kalitede hazırlanması için, farklı kalıp malzemeleri (cam, çelik va alümiyum gibi) denenmektedir.
Numune 5 Ölçümleri 5 nolu numune BG 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1 134 267 400 533 666 799 932 1065 1198 1331 1464 1597 1730 SANAEM TEST
4000 3500 Numune 5 Karma tepki 3000 2500 2000 1500 1000 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 Numun 5 Tepki Cs137 3500 3000 2500 2000 1500 1000 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120
Num2 num4 ve orijinal BG 2500 2000 1500 1000 num4 test 500 0 1 126 251 376 501 626 751 876 1001 1126 1251 1376
Num2 num4 ve orijinal KARMA tepki 6000 5000 4000 3000 Num4 test 2000 1000 0 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Num2 num4 ve orijinal CS 137 tepki 3500 3000 2500 2000 1500 Num4 test 1000 500 0 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
Num2 num4 ve orijinal ÇANTA tepki 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 Num4 test
Num2, Num4 ve orijinal detektörün mesafeye göre grafik çizimi (Karma Kaynak)
Num2, Num4 ve orijinal detektörün mesafeye göre grafik çizimi (CS 137 Kaynak)
Num2, Num4 ve orijinal detektörün mesafeye göre grafik çizimi (ÇANTA Kaynak)
Yeni Numunelerin BG olçumleri
3m 2m 1m 1m 2m Am241 Kaynağı ile mesafeye göre sayımlar
3m 2m 1m 2m Cs137 Kaynağı ile mesafeye göre sayımlar
3m 2m 1m 2m Cs137 Kaynağı ile mesafeye
MALİYET HESAPLARI MALİYET HESAPLARINI 4 KISIMDA İNCELEYEBİLİRİZ. 1- KİMYASALLAR 2-ELEKTRİK 3-EKİPMAN 4-İŞ GÜCÜ KİMYASALLAR Stiren monomer: 2 TL/ L ( 14 litre = 13,8 Kg): 28 TL/kütük PPO: 1,6 TL/g; bir kütük için 140 g harcanır: 224 TL/kütük POPOP : 4 g/kütük 40 TL/kütük ELEKTRİK 220 V ile reaktör ve fırın ısıtılmakta EKİPMAN Reaktör: 800 TL maliyeti Kalıplar: ahşap+cam: 20 TL; 5-10 defa kullanılabilmektedir. Paslanmaz çelik kalıplar: işçilik dahil toplam maliyeti: 700-800 TL; çok kullanımlık Alüminyum kalıp: işçilik ve parlatma işlemleri dahil toplam maliyeti : 250 TL; çok kullanımlık İŞ GÜCÜ Yardımcı bir teknisyen kafidir
ÜRETİM SÜRECİ Reaktör kapasitesi : 75 L Polimer reak. Süresi : 5 saat Kalıbın fırınlanma süresi: 5 saat Soğutma süresi: 3 saat Dinlendirme süresi: 5 saat Toplam 20 saat süre içinde bir kütük hazır hale gelebilmektedir. Eğer aynı reaktör 75 L monomer ile çalışırsa ve 5 ayrı kalp mevcut olur ise, bu süre zarfında 5 adet kütük üretilebilir. Vardiyalı çalışılırsa, örneğin 4 vardıye olarak reaktöre, yaklaşık her 6 saatte bir yükleme yapılarak bu sayı 20 adet e çok kolay çıkarılabilir. Bu kapasiteye çıkmak için, mekanik atölyede 100x100 x180 cm lik 2 adet fırın yaptırılması ve ağaçişleri atölyesinde 15 adet 12x8x160 cm ölçülerinde, içine 5 mm kalınlığında cam yada 0,5 cm lik paslanmaz çelik saç yerleştirilmiş, ahşap kalıp hazırlanması yeterlidir. Her bir kalıp en az 5 en fazla 10 defa kullanılabilir ve maliyeti 20 TL/kalıp civarındadır. 150 kalıpx20 TL =300 TL
Toplam maliyet Rekatör= 800 TL 300 adet kütük için Monomer = 4200 Lt = 4,2 m3; (1 m3 = 1200 dolar) = 5000 dolar = 7500 TL Kalıp maliyeti = 1000 TL (50 adet içi camlı ya da paslanmaz çelik saçlı, ahşap kalıp) Toplam= 10000 TL 300 Kütük için tek kütük için = 33 TL
Teşekkürler