Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi

Işık Karadoğan, Zeynep; KAVAZ, ESRA; Özdemir, Yüksel

doi:10.31202/ecjse.831869

Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi

Zeynep Işık KARADOĞAN, (Atatürk Üniversitesi, Fizik Bölümü, Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı, Erzurum, TÜRKİYE)

Yüksel ÖZDEMİR, (Atatürk Üniversitesi, Fizik Bölümü, Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı, Erzurum, TÜRKİYE)

Esra KAVAZ (Atatürk Üniversitesi, Fizik Bölümü, Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı, Erzurum, TÜRKİYE)

El-Cezerî Journal of Science and Engineering

12 4

Yıl: 2021 Cilt: 8 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 552 - 566 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.31202/ecjse.831869 İndeks Tarihi: 06-10-2022

Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi

Öz:

Gelişen teknoloji ile sağlık, nükleer santraller, medikal onkoloji, sanayi ve teknoloji, kontak lensler gibi birçok alanda iyonlaştırıcı radyasyonun kullanımı ve bununla birlikte canlıların radyasyona maruz kalma ihtimalleri artmaktadır. Radyasyonun zararlı etkilerinden korunmanın temel unsurlarından bir tanesi zırhlamadır. Bu çalışmada seçilen 14 Ni tabanlı süperalaşımın (Nimonic 901, Alloy 10, Hastelloy X, Haynes 242, Incoloy 801, Inconel 706, Nasair 100, PWA 1480, X4, Nominal, H282-B, H282-C, 247, MCrAlYHf) gama ve X-ışını radyasyonu zırhlama yetkinlikleri incelenmiş birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Bunun için WinXCOM programı kullanılarak γ ve X ışını zırhlamada önemli parametreler olan kütle soğurma katsayısı (μρ), yarı kalınlık değeri (HVL), etkin atom numarası (Zeff), elektron yoğunluğu (Nel) 1 keV- 100 GeV enerji aralığında üzerinde çalışılan süperalaşımlar için hesaplanmıştır. Ayrıca foton build-up faktörü zırhlama ve radyasyon doz hesaplamalarında önemli bir parametredir. Bu sebeple süperalaşımların maruz kalma buildup faktörleri (EBF) farklı nüfuz etme derinlikleri için (1-40 mfp) 0,015–15 MeV enerji aralığında elde edildi. X4 ve PWA 1480 süperalaşımları için μρ değerleri 0,015 ve 15 MeV foton enerjileri için sırasıyla 74,71 cm2/g-0,033 cm2/g ve 74,50 cm2/g-0,033 cm2/g olarak bulunurken, Zeff değerleri 35,135- 32,322 ve 35,013-32,221aralığında değişmektedir. MCrAlYHf alaşımı için μρ değerleri ve Zeff değerleri sırasıyla 56,79 cm2/g-0,031 cm2/g ve 25.867-26.686 aralığında değişmektedir. Sonuç olarak seçilen numuneler arasından nikel tabanlı X4 ve PWA 1480 süperalaşımları için en büyük μρ ve Zeff değerlerine sahipken, en küçük HVL ve EBF değerine sahiptir. Bu durumda tüm enerji bölgeleri dikkate alındığında hesaplanan parametrelerin tamamının numunelerin kimyasal kompozisyonuna bağlı olduğu ve X4 ve PWA1480 süperalaşımlarının Ni tabanlı süperalaşımlar içinde en üstün radyasyon soğurma kabiliyetine sahip olduğu ve hâlihazırda kullanılan birçok zırh malzemesinden üstün radyasyon soğurma kabiliyetinin olduğu söylenebilir.

Anahtar Kelime: Süperalaşım zırhlama etkin atom numarası kütle soğurma katsayısı build-up faktörü

Investigation of Photon Interaction Properties of Some Ni-Based Superalloys

Öz:

With the developing technology, the use of ionizing radiation in many areas such as health, nuclear power plants, medical oncology, industry and technology, contact lenses, and with this, the possibility of exposure to radiation for living creatures increases. One of the basic facts of protection from the harmful effects of radiation is shielding. In this study, gamma and X-ray radiation shielding capabilities of the selected 14 Ni- based superalloys (Nimonic 901, Alloy 10, Hastelloy X, Haynes 242, Incoloy 801, Inconel 706, Nasair 100, PWA 1480, X4, Nominal, H282-B, H282-C, 247, MCrAlYHf) were examined and compared with each other. WinXCOM program is used for this. For this, the mass attenuation coefficient (μρ), half-value thickness layer (HVL), effective atomic number (Zeff), and electron density (Nel) which are important parameters in shielding γ and X rays, were calculated for the alloys studied in the energy range between 1 keV and 100 GeV In addition, photon build-up factor is an important parameter in shielding and radiation dose calculations. For this reason, the exposure buildup factors (EBF) of Ni-based superalloys were obtained in the energy range of 0.015–15 MeV for different penetration depths (1-40 mfp). For X4 and PWA 1480 superalloys, μρ values are found as 74.71 cm2/g-0.033 cm2/g and 74.50 cm2/g-0.033 cm2/g, respectively for 0.015 and 15 MeV photon energies, while Zeff values vary between 35.135-32.322 and 35.013-32.221. The μρ values and Zeff values for MCrAlYHf alloy range from 56.79 cm2/g -0.031 cm2/g and 25.867-26.686, respectively. As a result, among the selected samples, nickel-based X4 and PWA 1480 superalloys have the largest μρ and Zeff, values, while the smallest HVL and EBF values. In this case, considering all energy regions, all of the calculated parameters depend on the elemental composition of the samples. Accordingly, it can be said that X4, PWA1480 superalloys have the highest radiation absorption capability among Ni-based superalloys and has superior radiation absorption capability than many armor materials currently used.

Anahtar Kelime: Superalloys shielding effective atomic number mass attenuation coefficient build-up factor

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1]. Akkurt, I., Basyigit, C., Kilincarslan, S., Mavi, B., Akkurt, A., "Radiation shielding of concretes containing different aggregates", Cement and Concrete Composites, 2006, 28.2: 153-157.
[2]. Azeez, M. O., Ahmad, S., Al-Dulaijan, S. U., Maslehuddin, M., Naqvi, A. A., "Radiation shielding performance of heavy-weight concrete mixtures", Construction and Building Materials, 2019, 224: 284-291.
[3]. Atashi, P., Rahmani, S., Ahadi, B., Rahmati, A., "Efficient, flexible and lead-free composite based on room temperature vulcanizing silicone rubber/W/Bi 2 O 3 for gamma ray shielding application", Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2018, 29.14: 12306- 12322.
[4]. Kavaz, E., Ekinci, N., Tekin, H. O., Sayyed, M. I., Aygün, B., Perişanoğlu, U., "Estimation of gamma radiation shielding qualification of newly developed glasses by using WinXCOM and MCNPX code", Progress in Nuclear Energy, 2019, 115: 12-20.
[5]. Yao, Z. Y., Möncke, D., Kamitsos, E. I., Houizot, P., Célarié, F., Rouxel, T., Wondraczek, L., "Structure and mechanical properties of copper–lead and copper–zinc borate glasses", Journal of Non-Crystalline Solids, 2016, 435: 55-68.
[6]. Sıngh, V. P., Badıger, N. M., "Gamma ray and neutron shielding properties of some alloy materials", Annals of Nuclear Energy, 2014, 64: 301-310.
[7]. Levet, A., Kavaz, E., Özdemir, Y., "An experimental study on the investigation of nuclear radiation shielding characteristics in iron-boron alloys", Journal of Alloys and Compounds, 2020, 819: 152946.
[8]. Sırın, M., "The effect of titanium (Ti) additive on radiation shielding efficiency of Al25Zn alloy", Progress in Nuclear Energy, 2020, 128: 103470.
[9]. Kaur, T., Sharma, J., Sıngh, T., "Review on scope of metallic alloys in gamma rays shield designing", Progress in Nuclear Energy, 2019, 113: 95-113.
[10]. Singh, T., Kaur, A., Sharma, J., Singh, P. S., "Gamma rays’ shielding parameters for some Pb-Cu binary alloys", Engineering Science and Technology, an International Journal, 2018, 21.5: 1078-1085.
[11]. Sharma, R., Sharma, J. K., Sıngh, T., "Effective atomic numbers for some alloys at 662 keV using gamma rays backscattering technique", Physical Science International Journal, 2016, 1-6.
[12]. Yan, G., Yu, W., Shengpıng, S., "Oxidation protection of enamel coated Ni based superalloys: microstructure and interfacial reaction", Corrosion Science, 2020, 108760.
[13]. Chamanfar, A., Jahazı, M., Cormıer, J., "1A review on inertia and linear friction welding of Ni-based superalloys", Metallurgical and Materials Transactions A, 2015, 46.4: 1639-1669.
[14]. Sayyed, M. I., Mohammed, F. Q., Mahmoud, K. A., Lacomme, E., Kaky, K. M., Khandaker, M. U., Faruque, M. R. I., "Evaluation of radiation shielding features of co and ni-based superalloys using mcnp-5 code: Potential use in nuclear safety", Applied Sciences, 2020, 10.21: 7680.
[15]. Jovanović, M. T., Lukić, B., Mišković, Z., Bobić, I., Cvijović, I., Dimčić, B. "Processing and some applications of nickel, cobalt and titanium-based alloys", Association of Metallurgical Engineers of Serbia, 2007.
[16]. Pollock, T. M., Tin, S. "Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: chemistry, microstructure and properties." Journal of Propulsion and Power, 2006, 22.2: 361-374.
[17]. Reed, R. C., "The Superalloys: Fundamentals and Applications", Cambridge Cambridge University Press 10.1017. CBO9780511541285, 2006.
[18]. Segersäll, M., "Nickel-Based Single-Crystal Superalloys: the crystal orientation influence on high temperature properties", 2013. PhD Thesis. Linköping University Electronic Press.
[19]. Gerward, L., Guilbert, N., Jensen, K. B., Levring, H. "WinXCom–a program for calculating X-ray attenuation coefficients", Radiation Physics and Chemistry, 2004, 71: 653-654.
[20]. Swınehart, D. F., "The beer-lambert law", Journal of chemical education, 1962, 39.7: 333.
[21]. Manohara, S. R., Hanagodımath, S. M., Gerward, Leif., "Energy dependence of effective atomic numbers for photon energy absorption and photon interaction: studies of some biological molecules in the energy range 1 keV–20 MeV", Medical Physics, 2008, 35.1: 388- 402.
[22]. Kavaz, E., Tekin, H. O., Agar, O., Altunsoy, E. E., Kilicoglu, O., Kamislioglu, M., Sayyed, M. I., "The Mass stopping power/projected range and nuclear shielding behaviors of barium bismuth borate glasses and influence of cerium oxide", Ceramics International, 2019, 45.12: 15348-15357.
[23]. Rammah, Y. S., Mahmoud, K. A., Kavaz, E., Kumar, A., El-Agawany, F. I., "The role of PbO/Bi2O3 insertion on the shielding characteristics of novel borate glasses", Ceramics International, 2020.
[24]. Kavaz, E., Yorgun, N. Y., "Gamma ray buildup factors of lithium borate glasses doped with minerals", Journal of Alloys and Compounds, 2018, 752: 61-67.
[25]. Kavaz, E., Perişanoğlu, U., Ekinci, N., Özdemır, Y., "Determination of energy absorption and exposure buildup factors by using GP fitting approximation for radioprotective agents", International Journal of Radiation Biology, 2016, 92.7: 380-387.
[26]. Obaid, S. S., Sayyed, M. I., Gaikwad, D. K., Pawar, P. P., "Attenuation coefficients and exposure buildup factor of some rocks for gamma ray shielding applications", Radiation Physics and Chemistry, 2018, 148: 86-94.
[27]. Schott, (2018). http://www.schott.com/advanced_optics/english/products/opticalmaterials/ special-materials/radiation-shielding-glasses/index.html. (Accesed 03 September 2018).
[28]. Bashter, I. I., "Calculation of radiation attenuation coefficients for shielding concretes", Annals of Nuclear Energy, 1997, 24.17: 1389-1401.
[29]. Ağar, O., Sayyed, M. I., Akman, F., Tekin, H. O., Kaçal, M. R., “An extensive investigation on gamma ray shielding features of Pd/Ag-based alloys”, Nuclear Engineering and Technology,

APA	Işık Karadoğan Z, Özdemir Y, KAVAZ E (2021). Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. , 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
Chicago	Işık Karadoğan Zeynep,Özdemir Yüksel,KAVAZ ESRA Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. (2021): 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
MLA	Işık Karadoğan Zeynep,Özdemir Yüksel,KAVAZ ESRA Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. , 2021, ss.552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
AMA	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. . 2021; 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
Vancouver	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. . 2021; 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
IEEE	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E "Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi." , ss.552 - 566, 2021. 10.31202/ecjse.831869
ISNAD	Işık Karadoğan, Zeynep vd. "Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi". (2021), 552-566. https://doi.org/10.31202/ecjse.831869

APA	Işık Karadoğan Z, Özdemir Y, KAVAZ E (2021). Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 8(2), 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
Chicago	Işık Karadoğan Zeynep,Özdemir Yüksel,KAVAZ ESRA Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering 8, no.2 (2021): 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
MLA	Işık Karadoğan Zeynep,Özdemir Yüksel,KAVAZ ESRA Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, vol.8, no.2, 2021, ss.552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
AMA	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering. 2021; 8(2): 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
Vancouver	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezerî Journal of Science and Engineering. 2021; 8(2): 552 - 566. 10.31202/ecjse.831869
IEEE	Işık Karadoğan Z,Özdemir Y,KAVAZ E "Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi." El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 8, ss.552 - 566, 2021. 10.31202/ecjse.831869
ISNAD	Işık Karadoğan, Zeynep vd. "Ni Tabanlı Bazı Süperalaşımların Foton Etkileşim Özelliklerinin İncelenmesi". El-Cezerî Journal of Science and Engineering 8/2 (2021), 552-566. https://doi.org/10.31202/ecjse.831869