Osman Gül

Bu tez çalışmasında, Holmiyum (Ho) katkılı YBCO(358) yüksek sıcaklık süperiletken radyasyon enerjisiyle etkileşim parametreleri üzerinden incelenmiştir. Çalışma kapsamında saf YBCO(358), yarı Ho katkılı YBCO(358) ve tam Ho katkılı YBCO(358) numuneleri ele alınarak, katkı oranının enerji aktarım ve kayıp mekanizmaları üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Manyetik özellikler, sıfır doğru akım manyetik alanı koşulunda alınan mıknatıslanma–manyetik alan (M–H) ölçümleri üzerinden analiz edilmiştir. Elde edilen M–H histerezis eğrileri altında kalan alanlar, MATLAB ortamında sayısal integrasyon yöntemiyle hesaplanarak manyetik alan çevrimi başına karşılık gelen enerji kayıpları nicel olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, Ho katkı oranına bağlı olarak histerezis davranışının ve manyetik enerji kaybının belirgin biçimde değiştiğini göstermiştir. Radyasyon enerjisiyle etkileşim parametreleri ise deneysel ölçüm yapılmaksızın, XCOM ve EGS4 tabanlı hesaplamalı yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Kütle ve lineer soğurma katsayıları, yarı değer kalınlığı, ortalama serbest yol, radyasyon koruma etkinliği, etkin atom numarası ve kerma katsayıları gibi parametrelerin foton enerjisine bağlı değişimleri değerlendirilmiştir. Hesaplamalı sonuçlar, Ho katkısının atomik bileşim ve yoğunluk üzerinden radyasyon enerjisinin soğurulma ve aktarılma süreçlerini etkilediğini ortaya koymuştur. Manyetik enerji kayıpları ile radyasyon enerjisiyle etkileşim parametreleri arasında doğrudan bir nedensellik kurulmamış olmakla birlikte, her iki enerji rejiminin de malzemenin atomik yapısı ve katkı oranı tarafından belirlendiği gösterilmiştir. Özellikle yarı Ho katkılı numunenin, hem manyetik hem de radyasyonla ilişkili parametreler açısından dengeli bir davranış sergilediği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, YBCO(358) tabanlı süperiletken seramiklerin enerji sistemleri ve radyasyon ortamlarındaki potansiyel uygulamalarına yönelik önemli çıkarımlar sunmaktadır.

Düzgün, İbrahim; Kaya, Selim; Gül, Osman

This study reports on the structural characterization, radiation shielding assessment, and magnetic-field response of holmium-substituted Y3-xHoxBa5Cu8O18+δ superconducting ceramics synthesized by the conventional solid-state reaction route. X-ray diffraction measurements on five compositions (x = 0, 0.75, 1.5, 2.25, 3) supported the formation of a dominant orthorhombic Y358-type matrix across the substitution range. Scanning electron microscopy (SEM) combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) revealed a progressive microstructural evolution with increasing Ho content, including SEM–BEC/EDS-detectable Ho-rich inclusions consistent with Ho2BaCuO5-type secondary particles at higher substitution levels. XCOM-based mass attenuation coefficients, half-value layer, mean free path, effective atomic number, radiation protection efficiency, gamma-ray kerma coefficients, and fast-neutron removal cross-sections were calculated for all five compositions over 50–2000 keV. EGS4 Monte Carlo simulations independently verified the XCOM results for three representative compositions (x = 0, 1.5, and 3). Ho-containing specimens exhibited a significant enhancement in photon absorption near 60 keV, associated with the increased photoelectric contribution of holmium in the vicinity of its K-absorption edge. Among the full five-composition series, the x = 2.25 specimen (ρ = 5.531 g cm−3) exhibited the best calculated shielding performance across the full energy range, owing to its highest bulk density combined with substantial Ho incorporation. The x = 1.5 specimen provided the most balanced calculated radiation-attenuation and hysteretic magnetic response among the three representative compositions examined by EGS4 and M–H measurements at 20 K, retaining approximately 93% of the reference M–H hysteresis area while full substitution reduces it by roughly 67%. These findings establish a multi-parametric reference dataset for Ho-substituted Y358 ceramics and demonstrate the promise of rare-earth-engineered superconducting ceramics as multifunctional materials in radiation-intensive environments.