Yapay sinir ağları (YSA), son yıllarda temel bilimler ve mühendislik başta olmak üzere hemen hemen her branşta kendisine uygulama alanı bulmuştur. Temel bilimlerin en hızlı gelişen dallarından olan nükleer fizikte de çeşitli deneysel verilerin yorumlanmasında veya nükleer olayların sonuçlarının önceden kestirilmesinde sıklıkla kullanılmaktadır. Varlığı 1930’lu yıllardan bu yana bilinen ve periyodik tablodaki tüm çekirdekler için ortak bir özellik olarak ortaya çıkan Dev Dipol Rezonans’a (GDR) da uygulanmıştır. GDR, çekirdeğin içyapısını anlamak, nükleer reaksiyonları modelleme ve atom çekirdeklerinin iç dinamiklerini keşfetme açısından oldukça önemlidir. GDR enerjilerinin ve pik genişliklerinin doğru tahmin edilmesi, nükleer fizik alanında yapılan deneysel çalışmaların sonuçlarını yorumlamak ve teorik modelleri doğrulamak için kritik bir öneme sahiptir. Bugüne kadar YSA kullanılarak pek çok çift-çift (çift-N ve çift-Z) kütleli ile bazı tek kütle numaralı (tek-N, çift-Z veya tek-Z, çift-N) çekirdekler için GDR’a ait pik enerjileri deneyle uyumlu olarak tahmin edilmiştir. Ancak özellikle nadir toprak bölgesinde YSA’nın henüz uygulanmadığı çok sayıda tek-A’lı çekirdek vardır. Söz konusu bölgede GDR’nin davranışını anlayabilmek için yapbozun eksik parçalarının tamamlanması elzemdir.
Bu doğrultuda projenin amacı, YSA’nın uygulanmadığı nadir toprak bölgesinde yer alan tek-N’lu 167-179Lu ile tek-Z’lu 167-179Yb çekirdeklerinin GDR pik enerjilerini (E1 ve E2) YSA kullanarak doğru bir şekilde tahmin etmektir. YSA'nın güçlü öğrenme yeteneklerinden faydalanarak, proje kapsamında deneysel çalışmalarda elde edilen pik enerjilerinden büyük bir veri seti oluşturulacak ve bu veri setleri kullanılarak tahmin yapılacaktır. Sonuçlar, deneysel verilerle ve teorik hesaplama (literatürde mevcut TGI-QPNM) sonuçlarıyla karşılaştırılarak YSA’nın söz konusu çekirdeklerde GDR pik enerjilerini ve genişliklerini tahmin etme kabiliyeti değerlendirilecektir.
Bu çalışmanın amacı saf Demir (Fe) içine Bakır (Cu) ve Karbon (C) elementlerinin katkılanmasıyla elde edilen Fe3Cu1C bileşiğinin Co-60 radyoaktif kaynağından yayınlanan farklı enerjilerde (1173 keV ve 1332 keV) gama radyasyonuna maruz bırakılarak gama zırhlama özelliklerinin ilk defa ortaya konmasıdır. Çalışmada 3"×3" NaI(Tl) sintilasyon dedektörü ile Fe3Cu1C ve saf demirin lineer azaltma katsayıları (μl) ölçülecek ve bu veriyle gama zırhlama özelliklerini karakterize eden lineer azalma katsayısı (μ), kütle soğurma katsayısı (μm), yarı değer katmanı (HVL), onuncu değer katmanı (TVL) ve ortalama serbest yol (MFP) belirlenecektir. Demirin gama radyasyonu geçirgenliğine Bakır ve Karbonunun etkilerini anlayabilmek adına aynı işlemler saf Demir için de yapılacaktır. Deneysel olarak elde edilen veriler son yılların popüler modelleme araçlarından olan yapay sinir ağları (YSA) ile de tahmin edilerek doğrulanacaktır. Yapay sinir ağları (YSA), insan beyninin çalışma prensiplerinden ilham alan, büyük veri setlerini analiz etme, desen tanıma, tahmin yapma ve kararlar verme gibi karmaşık görevlerde kullanılan bir yapay zeka dalıdır. YSA, insan beynindeki sinir hücrelerinin (nöronların) birbiriyle olan bağlantılarını taklit eden ve bu bağlantıları güçlendirerek veya zayıflatarak öğrenme yeteneklerini geliştiren algoritmalarla çalışırlar. Her bir yapay nöron, bir veya daha fazla girdiyi alır, bu girdileri belirli ağırlıklarla çarpar, bunları toplar ve ardından bir aktivasyon fonksiyonuna sokarak bir çıkış üretir. Bu işlem, veriler arasındaki karmaşık ilişkileri modelleme yeteneği sağlar. YSA, farklı malzemelerin gama geçirgenliklerinin tahmininde sıklıkla kullanılan bir metot olmakla birlikte bu çalışmada ele alınan yeni üretilmiş Fe3Cu1C bileşiğinin gama zırhlama özelliklerinin belirlenmesinde ilk defa kullanılacaktır. Bunun için XCOM adı verilen veri tabanından Fe3Cu1C malzemesinin farklı enerjilerdeki kütle azaltma katsayıları (μm) ile büyük bir veri seti oluşturulacak ve YSA'nın güçlü öğrenme yeteneklerinden faydalanılarak Fe3Cu1C bileşiğinin 1173 keV ve 1332 keV enerjili gamalar için zırhlama özellikleri tahmin edilecektir.
Projenin konusunu deney ile Dönme Değişmez Kuaziparçacık Fonon Nükleer Model (RI-QPNM) sonuçları arasındaki uyumsuzluklara, tek-A’lı deforme çekirdeklerde M1 uyarılmanın oluşumundan sorumlu olan spin-spin etkileşme güç parametresinin (κ) etkisinin araştırılması oluşturmaktadır. Bugüne kadar tek-A'lı çekirdeklerin M1 hesabında kullanılan spin-spin güç parametresi tek-A’lı deforme çekirdeklerin teorik ve deneysel manyetik moment değerlerinin karşılaştırılmasıyla belirlenmekteydi. Ancak çekirdeğin statik özelliğini karakterize eden manyetik moment hesabından elde edilen etkileşme parametresinin dinamik özelliklerinden biri olan M1 uyarılmalarının tasvirinde kullanılması çok geçerli bir yaklaşım değildir. Bu nedenle deney ile teori arasında tatmin edici uyum yakalamak için uygun κ değerinin belirlenmesi oldukça önemlidir. Tek-A’lı deforme çekirdeklerde bugüne kadar κ parametresindeki değişimin M1 uyarılma özellikleri üzerine etkisi hiç araştırılmamıştır.
Bu eksikliği gidermek için kurgulanan projenin amacı tek-A’lı deforme çekirdeklerde spin-spin etkileşme güç parametresindeki (κ) değişimin M1 geçişlerinin enerji dağılımları ve B(M1) indirgenmiş geçiş olasılıkları üzerine etkilerinin belirlenerek uygun κ değerinin seçilmesidir. Söz konusu projede ulaşılmak istenen hedefler, düşük enerjili M1 uyarılmaları ölçülmüş 151,153Eu, 155Gd, 157Gd, 159Tb, 161,163Dy, 165Ho, 167Er, 169Tm, 175Lu, 231,233Th, 233Pa, 235-239U, 239Pu deforme çekirdeklerinde M1 özelliklerine κ parametresindeki değişimin etkilerinin ilk kez belirlenmesi ve ilgilenilen kütle bölgesi (aktinit ve nadir toprak) için deney ve teori arasında uyumu sağlayacak κ parametresinin optimum değerinin ilk defa belirlenmesidir.
Atomik çekirdeklerin spektrumlarındaki en önemli kolektif uyarılma modlarından biri olan elektrik dipol (E1) uyarılmalarının Dev Dipol Rezonans (GDR) özellikleri nükleer fizikte ilgiyi çeken önemli bir konudur. 1950’li yıllardan beri GDR, teorik ve deneysel araştırmaların odağına yerleşmiş ve nükleer fizik alanında kapsamlı çalışmalara yön vermiştir. GDR spektrumları foto-nükleer tesir kesit deneyleri kullanılarak periyodik tablonun farklı kütle bölgelerinde (4He’ten 239Pu’a kadar) sayısız çekirdek için ölçülmüş olup, GDR’nin temel parametrelerinin (rezonans enerji dağılımı, rezonans genişliği ve foto-nükleer tesir kesitleri gibi) temel özelliklerinin belirlenmesine yardımcı olmuştur.
Bu proje çalışması, aktinitler bölgesindeki çift-çift ve tek-A’lı çekirdeklerin rezonans enerjilerinin ve genişliklerinin Adaptif Ağ Tabanlı-Bulanık Mantık Çıkarım Sistemi (ANFIS) kullanılarak ilk defa tahmin edilmesini amaçlamaktadır. Ayrıca deneysel verisi bulunmayan tek-A'lı 237,239U, 229-235Th ve 238Np çekirdeklerinin GDR parametreleri MATLAB programındaki ANFIS modülü kullanılarak tahmin edilecek olup projenin özgün değerini bu tahminler oluşturmaktadır.
Projede, RIPL: referans giriş parametreleri kütüphanelerinden (https://www-nds.iaea.org/RIPL-3/) 219 farklı kütle numarasına sahip çekirdekler için elde edilen GDR veri seti kullanılır. Kütle numarası (A) ve atom numarası (Z) değerleri ANFIS mimarisinin girdi katmanında, rezonans enerjileri ve genişlikleri de ayrı ayrı bir çıkış katmanında kullanılacaktır. Projedeki ANFIS hesaplamaları, MATLAB (MATLAB R2023a) yazılım dilindeki ilgili araç kutusu kullanılarak rastgele seçilen verilerle gerçekleştirilecek ve daha sonra eğitim (%80) ve test (%20) olmak üzere iki gruba ayrılır. ANFIS modelinin performansı, ortalama kare hatası (RMSE) ve korelasyon katsayısı (R2) ile değerlendirilecektir.
İnsanlar hergün, toprak, hava, su, tüketilen besin… vb. yollarla radyasyona maruz kalmaktadırlar. Maruz kalınan bu radyasyon doğal ya da insan kaynaklı olabilmektedir. Doğal 40K, 232Th, 238U ve insan kaynaklı 137Cs gibi radyonüklidler topraktaki radyasyonun önemli kaynaklarındandırlar. Topraktaki bu radyonüklidlerin aktivitelerini etkileyen etmenlerin başında arazinin jeolojik yapısı ve gübreleme faaliyetleri gelmektedir. Tarım arazilerinin topraklarındaki radyonüklidlerin aktivasyonlarının belirlenmesi, yürütülen tarım faaliyetlerinin insanlara ve yetiştirilen tarım ürünlerine aktarılan radyasyonun etkilerinin öngörülebilmesi adına önemlidir. Bu açıdan bakıldığında sudan sonra tercih edilen ikinci içecek olan çayın yetiştirildiği topraklardaki radyonüklid oranının belirlenmesinin, takip edilmesinin gerektiği düşünülmektedir. Çay tarımının vazgeçilmez uygulamalarından biri gübrelemedir. Çay tarımında doğal ya da sentetik çok farklı çeşitte gübre bulunmaktadır. Kendi içinde doğal gübreler de, sentetik gübreler de çok çeşitlidir. Bu gübre çeşitlerinin toprağın radyonüklid aktivasyon oranlarına etkisinin ne olduğu bu çalışmanın araştırma problemini oluşturmaktadır.
Bu amaçla çalışma bölgesi olarak çay tarımının ülkemizde en çok yapıldığı şehir olan Rize ilinin en doğusundaki Fındıklı ilçesi seçilmiştir. Çalışma alanından hem tüm ilçeyi hem de bölgede kullanılan tüm gübre çeşitlerini içerecek şekilde toprak numuneleri toplanmıştır. Bölgenin jeolojik yapısının toprağın radyonüklid aktivasyon oranına etkisinin belirlenmesi amacıyla gübre kullanılmamış çay tarımı yapılan topraklardan da numuneler toplanmıştır. Böylelikle gübre kullanılan ve gübre kullanılmayan toprak numunelerindeki radyonüklid aktiviteleri de karşılaştırılabilmesi sağlanmıştır. Gübreli topraklardaki aktivasyonun zamanla değişiminin belirlenmesi için ayrıca, belirlenen gübreli toprak numunesi alınan noktalardan 3 ay arayla 2 kez daha toprak alınmıştır. Alınan topraklar Sakarya Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü Nükleer Fizik Araştırma Laboratuvarına getirilmiştir. Toprak numuneleri, radyonüklid aktivasyon ölçümleri yapılmadan önce, temizleme, kurutma, dövme, eleme gibi ölçüme hazırlık aşamasından geçirilmiştir. Bu aşamadan sonra 250 ml’lik özel kaplara hava almayacak şekilde yerleştirilmiş olan toprak numuneleri ölçüme hazır hale getirilmiştir. Numunelerin radyonüklid aktivasyon düzeyi ölçümleri gama spektroskopisi yoluyla gerçekleştirilmiştir. ORTEC marka 3"x3" kristalli NaI(Tl) sintilasyon dedektörü ile toprak numunelerinin ölçümleri yapılacak, MAESTRO yazılımıyla analizler gerçekleştirilmiştir. Ölçümler 3 kez tekrarlanmış böylece ölçümlerde güvenirlik sağlanmıştır. Çalışma, çalışma alanından toplanacak numune sayısı bakımından şimdiye kadar yapılmış çalışmalardan fazla olması nedeniyle farklıdır. Ayrıca çalışmanın, bölgede gübre çeşitlerinin radyonüklid aktivasyonlarının karşılaştırıldığı herhangi bir çalışmanın henüz yapılmamıştır.
