PRODUCTION OF CELESTITE POWDER ADDED POLYMER COMPOSITE FOR THYROID PROTECTIVE COLLAR DESIGN AND INVESTIGATION OF GAMMA RAY SHIELDING CHARACTERISTICS


Özpınar İ., Çava K., Aslan M., Alver Ü., Apaydın G.

V. INTERNATIONAL HALICH CONGRESS ON MULTIDISCIPLINARY SCIENTIFIC RESEARCH, İstanbul, Turkey, 15 - 16 January 2023, pp.1053-1062

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: İstanbul
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.1053-1062
  • Karadeniz Technical University Affiliated: Yes

Abstract

As a result of developing technology, increase in welfare and modern life conditions, the use of electrical and electronic devices in our daily lives is increasing day by day. Some of these devices are used for diagnosis and treatment in medicine and dentistry. Even with seemingly insignificant dental radiography films, people face the risks of deadly cancer from the radiation emitted from these devices. Especially in pediatric age groups, since the thyroid glands are still in development, they are very sensitive to radiation and are damaged. Therefore, it is very important to use thyroid protectors in dental radiography films, especially in pediatric age groups. However, orthodontic films and panoramic radiographs used in routine controls, the use of existing lead collars is not considered appropriate because it obscures the view. In addition, considering the hard use of lead due to its heavy nature and the harm to humans and the environment due to its toxic effect, it is thought that it is necessary to search for alternative materials that can be used instead of existing lead protectors. Therefore, within the scope of this study, high density polyethylene HDPE composite materials with different ratios (20-30-40%) of celestite (strontium sulfate-SrSO4) powder added for radiation shielding were obtained. Firstly, a twin screw extruder was used to mix celestite powder in different proportions homogeneously. After the homogeneous mixture was obtained, the composite granules were pressed under high pressure in the relevant standard test sample geometries in the polymer injection device. Besides the radiological analysis of the printed samples, SEM, XRD, TGA analyzes and mechanical properties were examined. The results showed that HDPE composite materials containing 40% by weight of celestite from the prepared composites showed good radiation shielding against 24.2 keV gamma rays as well as the best mechanical properties. Therefore, it was determined that the addition of celestite powder improves the gamma ray shielding properties of the material in HDPE composites. This shows that these composites are a potential candidate as a better lead-free shielding material against high-energy gamma rays, especially in thyroid protective collar design.

Gelişen teknoloji, refah düzeyindeki artış ve modern hayat şartlarının sonucu olarak günlük hayatımızda elektrikli ve elektronik cihazların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Bu cihazlardan bazıları tıpta ve diş hekimliğinde teşhis ve tedavi amacı ile kullanılmaktadır. Önemsiz gibi görünen diş radyografi filmlerinde bile insanlar bu cihazlardan salınan radyasyon kaynaklı ölümcül kanser riskleri ile karşı karşıya kalmaktadır. Özellikle pediatrik yaş gruplarında tiroid bezleri henüz gelişme çağında olduğundan radyasyona karşı oldukça hassastır ve zarar görür. Bundan dolayı dental radyografi filmlerinde özellikle pediatrik yaş gruplarında tiroid koruyucularının kullanılması oldukça önem arz etmektedir. Fakat ortodontik amaçla çekilen filmler ve rutin kontrollerde kullanılan panoramik grafilerin çekimi esnasında, var olan kurşun boyunlukların kullanılması görüntüyü kapatmasından dolayı uygun görülmemektedir. Bunun yanında kurşunun ağır oluşundan kaynaklı kullanımının zor olması, toksik etkisinden dolayı insan ve çevreye olan zararı göz önüne alındığında mevcut kurşun koruyucuların yerine kullanılabilecek alternatif malzeme arayışının gerekli olduğu düşünülmüştür. Bu sebeple, bu çalışma kapsamında radyasyon zırhlama amaçlı farklı oranlarda (%20-30-40) selestit (stronsiyum sülfat-SrSO4) tozu katkılı yüksek yoğunluklu polietilen YYPE kompozit malzemeler elde edilmiştir. İlk olarak farklı oranlardaki selestit tozunun homojen olarak karıştırılması için çift vidalı bir ekstrüder kullanılmıştır. Homojen karışım elde edildikten sonra kompozit granüller polimer enjeksiyon cihazında ilgili standart test numune geometrilerinde yüksek basınç altında basılmıştır. Basılan numunelerin radyolojik analizlerinin yanında SEM, XRD, TGA analizleri ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Sonuçlar, hazırlanan kompozitlerden ağırlıkça %40 selestit içeren YYPE kompozit malzemeleri, en iyi mekanik özelliklerinin yanı sıra 24,2 keV gama ışınlarına karşı iyi bir radyasyon zırhlama özelliği göstermiştir. Bu nedenle, selestit tozu ilavesinin, YYPE kompozitlerinde malzemenin gama ışını koruma özelliklerini geliştirdiği belirlenmiştir. Bu durum özellikle tiroid koruyucu boyunluk tasarımında düşük enerjili gama ışınlarına karşı daha iyi bir kurşunsuz koruyucu malzeme olarak bu kompozitlerin potansiyel bir aday olduğunu göstermiştir