Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

FİZ907 Çevresel Radyoaktivite Ders Notları BEÜ 2016-2017 Prof. Dr. Hüseyin AYTEKİN Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 1.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "FİZ907 Çevresel Radyoaktivite Ders Notları BEÜ 2016-2017 Prof. Dr. Hüseyin AYTEKİN Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 1."— Sunum transkripti:

1

2 FİZ907 Çevresel Radyoaktivite Ders Notları BEÜ Prof. Dr. Hüseyin AYTEKİN Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 1

3 Radyasyon nedir?  Radyasyon yerine bazen ışınım da denilmektedir. Radyasyon, atomik kökenli olduğu gibi çekirdek kökenli de olabilir. Örneğin X-ışınları atomik kökenli olduğu halde gamma ışınları çekirdek kökenlidir. Bu iki tür ışınım da elektromanyetik (e.m) radyasyondur (ışık hızıyla yayınlanır). Gama ışınımı dışındaki diğer tüm e.m radyasyonlar atomik kökenlidir. Bunların enerjileri, aralarında keskin bir sınır olmamasına rağmen, küçükten büyüğe doğru, radyo dalgalarından X-ışınlarına kadar uzanır: Radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, görünür ışın, morötesi, X-ışınları ve gamma ışınları. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin

4 Radyasyon nedir? ( Devam )  Diğer taraftan, çekirdekten yayınlanan alfa ve beta parçacıkları (yüksek hızlı parçacıklar) vardır. Bunlar da parçacık şeklinde yayınlanan radyasyonlardır. Alfa ve beta parçacıkları gama ışınları ile birlikte radyoaktif ışınları oluştururlar. Buna göre radyasyon, parçacık ya da e.m dalga şeklinde enerji yayınlanması olarak tanımlanır.  Alfa parçacıkları, ancak bir kâğıt parçasına nüfus edebilmektedir. + 2 birim yük taşırlar ve 4 birim kütleye sahiptirler.  Beta parçacıkları alüminyumdan 3 mm kadar ilerleyebilmektedirler. +1 ve -1 birim yük taşıyan iki çeşiti vardır. Kütleleri elektron kütlesi ile aynıdır. Gamalar ise yüksüzdürler.

5 İyonize radyasyon  Atomdan bir elektronu uzaklaştırma olayına iyonlaşma adı verilir. Yani, bir elektronla artı yüklü bir iyon oluşturma sonucu bir iyon çifti meydana gelmektedir. Bir iyon çifti için gerekli enerji yaklaşık 30 eV kadardır. Bu bakımdan da ancak X-ışınları ile alfa, beta ve gamma ışınları atomu iyonlaştırma yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle bu radyasyonlara iyonize radyasyonlar denir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 4

6 Radyoaktivite  Radyoaktivite, kararsız atom çekirdeklerinin kararlı hale gelmesi için kendiliğinden ışıma yapma olayıdır. Radyoaktif çekirdeklerin bozunumu üstel bir bozunma kanununa uyar. Bu olay istatistiksel bir olay olup radyoaktif bir örnek içindeki çekirdeklerin hangisisin ne zaman bozunacağı belli değildir. Ancak radyoaktif örneğin belli bir zaman aralığında ne kadarının bozunacağı bellidir. Yani, örneğin bir bozunma olasılığından söz edilebilir. Bunu parçalanma sabitiyle ( λ ) ifade edebiliriz. Buna göre radyoaktif bir örneğin yarılanma süresi ( T 1/2 ) parçalanma sabiti cinsinden T 1/2 =0.693/ λ ile ifade edilir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 5

7 Radyoaktiflikten yayınlanan ışınlar  Bu ışınlar, alfa, beta ve gamma ışınlarıdır. Radyoaktif bir çekirdek, önce bir beta ya da alfa bozunumu yaptıktan sonra kararlı hale geçemezse ardından gama bozunumu yapar. Radyoaktif bir atom taban durumda iken alfa veya beta bozunumu ile uyarılmış durumda kalabilir ve uyarılmış durumdan gamma bozunumu yaparak kararlı duruma geçer. Diğer taraftan, çekirdekler çarpışma yoluyla da uyarılmış duruma geçebilirler ve gama bozunumuna neden olabilirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 6

8 Çevresel radyoaktivite  Çevresel radyoaktivite ile, çevremizde bulunan radyoaktif elementlerin aktifliklerini yani ışımalarını kastediyoruz. Bu elementler, çevremizde bulunan gerek doğal ve gerekse suni radyoaktif elementler şeklindedir. Dünyamızın havasında, suyunda ve toprağında radyoaktif elementler bulunurlar. Çevresel radyasyonun en önemli bileşenini radon gazı oluşturur (~%55 ). Radon, uranyum ve toryum serilerinin radyoaktif bir gaz ürünüdür.  Doğal radyoaktif elementler, Dünya’nın oluşumu ile birlikle olan ve uzun yarı-ömürleri nedeniyle bugün halen yeryüzünde bulunan U-235, U-238, Th-232 serileri ve tek başına bulunan K-40 gibi elementler ile kozmik kökenli C-14 ve H-3 gibi radyonüklitler doğal radyoaktivite kaynaklarıdır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 7

9 Çevresel radyoaktivite ( Devam )  Suni radyoaktif elementler, insan aktivitesi sonucu çevremizde bulunan radyoaktif elementlerdir. Bunlar, tıpta teşhis ve tedavide kullanılan Tc-99, I-131 ve Co-60 gibi radyoaktif elementler ile nükleer bomba denemeleri ve nükleer santral kazaları gibi aktiviteler ile çevremizde bulunan Cs-134, Cs-137 ve I-131 gibi radyoaktif elementler suni radyoaktif elementleri oluştururlar. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 8

10 Radon  Radon (Rn), U-235, U-238, Th-232 radyoaktif serilerinin gaz şeklindeki radyoaktif olan tek ürünüdür. Radon bir soy gazdır. En uzun yarı-ömürlü izotopu Rn-222 dir. Diğer Rn izotopları (Rn- 219 ve Rn-220) çok kısa yarı-ömürlü izotoplardır. Rn izotopu bir soy gaz olup hava bileşenleri ile herhangi bir bileşik yapmaz, suya ve havaya diffüze olur. Özellikle iyi havalandırılmayan kapalı ortamlarda birikir. Evlerde, mağaralar ve maden ocakları gibi kapalı ortamlarda yüksek oranlarda radon yoğunluklarına rastlanabilir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 9

11 Radon ( Devam )  Rn-222, Ra-226 elementinin bozunumu ile oluşan 3.82 gün yarı-ömre sahip olan bir izotopdur. Bu element bir alfa yayınlayıcısıdır. Radon, çevremizde bulunan radyasyonun ~ %55 kadarlık bir kısmını oluşturur. Havada bozunduğunda 218 Po ve 214 Pb gibi radyoaktif katı ürünleri havada tozlara tutunabilirler.  Gerek radon ve gerekse bu katı ürünler solunum yoluyla ciğerlerimizde depolanabilirler ve burada bozunumlarıyla açığa çıkan alfa parçacıkları akciğer dokusunu bombardıman ederek yapısını bozabilirler. Radonun kansere neden olduğu kanıtlanmıştır. Sigara ise bu süreci hızlandırmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 10

12 Radon ( Devam )  Epidemiyolojik çalışmaların çoğu yeraltı uranyum ve fosfat yatakları ile ilgilidir. Madenlerdeki radon konsantrasyonları esas olarak mineralin uranyum içeriğine ve aynı şekilde jeolojik yapı, havalandırma hızı, nem ve madenlerdeki aktivitelere bağlıdır.  Maden ocaklarında işçilerin maruz kaldıkları radon konsantrasyonu için tavsiye edilen değer, International Comission on Radiological Protection (ICRP-1993) tarafından, Bq/m 3 olarak belirlenmiştir. Bu değer TAEK tarafından 1000 Bq/m 3 olarak belirlenmiştir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 11

13 Radon ( Devam )  Evlerde radon konsantrasyonu için, müsaade edilebilir değerler Bqm -3 arasında belirlenmiştir. ICRP 1993 de yayınlanan 65 nolu raporunda, evlerde radona maruz kalmada etkin doz değeri 3-10 mSv y -1 arasında belirlenmiştir. Dünya genelinde, radon ve ürünlerinden alınan doz miktarı ise mSv y -1 kadardır. ICRP 1991 de madenlerde çalışan işçiler için doz limitini 20 mSv y -1 olarak belirlemiştir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 12

14 Bir radyoaktif elementin aktifliği  Bir radyoaktif elementin herhangi bir andaki aktifliği diye o elementin o anda içerdiği atomlarının sayısının 1/s boyutundaki parçalanma sabitiyle çarpımına eşittir. Dolaysıyla birimi de 1/s ile ifade edilebilir. 1/s=1 Becquerel (Bq) olarak tanımlanmaktadır. Eski birimi Curie dir. 1Ci=3.7x /s dir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 13

15 Bir radyoaktif elementin aktifliği ( Devam )  Bir radyoaktif herhangi bir andaki örneğin aktifliği diye o örneğin o andaki radyoaktif çekirdeklerinin sayısı ( N ) ile örneğin parçalanma sabitinin (λ) çarpımına eşittir. Yani, aktiflik A=λN dir. Aktiflik birimi eski birimlerle Curie ( Ci ) dir. Buna göre 1Ci=3.7x /s dir. Bu da 1 g Ra- 226 atomunun aktifliğine karşı gelmektedir. Yeni birimi Becquerel (Bq) dir. 1 Bq=1 1/s dir.  Spesifik aktivite : Bir radyoaktif örneğin spesifik aktivitesi diye o örneğin, katı ise kg başına, sıvı ise lt başına, gaz ise m 3 başına aktivitesi olarak tanımlanır. Yani, yeni birimlerle, katı, sıvı ve gaz halinde bulunan örneklerin spesifik aktiviteleri, sırasıyla, Bq/kg, Bq/lt ve Bq/m 3 tür. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 14

16 Röntgen  Röntgen (R), ışınlama birimi olup gama ve X- ışınlarının havadaki etkilerini tanımlamada kullanılmaktadır. 1R, normal şartlarda, 1 kg kuru havada X veya gama ışınlarının 2.4x10 -4 Coulomb kadarlık yük açığa çıkaran miktarıdır. Buna göre, 1R, yaklaşık olarak 1 gr havada 100 erg lik enerji soğurulmasına karşılık gelir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 15

17 Soğurulan doz kavramı  Bir iyonize radyasyon tarafından soğurucu ortamın birim kütlesine verilen enerji soğurulan doz olarak tanımlanır. Eski birimi Rad olup 1 Rad= 100 erg/gr veya 0.01 J/kg olarak tanımlanır. Rad, herhangi bir iyonize radyasyon veya herhangi bir ortam için kullanılabilir.  Yeni birimi Gray (Gy) olup herhangi bir maddenin bir kg’ı başına bir joule’lük enerji soğurulması meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarıdır ve 1 Gy=1 J/kg. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 16

18 Kalite faktörü ve eşdeğer doz  Radyasyona maruz kalan bir insanda meydana gelebilecek zararlı biyolojik etkileri de ölçebilen bir birime ihtiyaç vardır. Vücudun kilogramı başına soğurduğu enerjinin meydana getirdiği biyolojik etki, maruz kalınan radyasyonun cinsine ve enerjisine göre farklılık gösterir. Ayrıca bazı organların diğer organlar göre radyasyon hassasiyeti farklıdır ve aynı doza karşı oluşan biyolojik etki de farklıdır. Eşdeğer doz, bütün bu faktörleri içine alan radyasyon dozu için kullanılmaktadır. Her radyasyon için bir kalite faktörü (QF) tanımlanmıştır. Dolaysıyla Eşdeğer doz (ED) = soğurulan doz (D)x kalite faktörü (QF) dir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 17

19 Kalite faktörü ve eşdeğer doz ( Devam )  Birim uzunluk başına nispeten az enerji aktaran beta ve gamalar için QF’ler 1 civarındadır. Birim uzunluk başına daha fazla enerji aktaran α’lar için QF’ler 20 ye kadar değişebilir. Eski birimi Rem dir. Rem=Rad x QF. Buna göre 1 Rad’ık beta radyasyon dozu için eşdeğer doz (QF=1 olduğundan), 1 Rem’dir. Yeni birimi ise Sieverd dir (Sv). Sv=GyxQF dir. Buna göre, 1 Gy’lik beta dozu 1 Sv’lık eşdeğer doza karşılık gelir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 18

20 Radyoaktif bozunma serileri ve önemli özellikleri  Bugün yeryüzünde bulunan radyoaktif seriler, U-235, U238 ve Th-232 ile başlayan ve, sırasıyla, uranyum, aktinyum ve toryum serleridir. Bu serileri her biri, peş peşe alfa ve beta bozunumları yaparak her biri Kurşunun (Pb) bir izotopunda (kararlı) son bulur.  Ayrıca her bir serinin radyoaktif bir gaz ürünü ( radon ) vardır. Bu izotoplardan en önemlisi, U-238 serisinin ürünü olan Rn-222 olup yarı- ömrü 3.82 gündür. Diğer radon izotoplarının yarı-ömürleri s ler mertebesindedir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 19

21 Radyoaktif yaş tayini  Karbon-14 metodu: Ağaç gibi, canlı maddeden yapılan objenin yaşı doğal radyoaktif 14 C kullanılarak yapılabilir. Yaşayan tüm canlılar havadan CO 2 i soğurur ve onu organik maddelerde sentezde kullanır. Bu karbon atomlarının büyük bir çoğunluğu 12 C izotopundan oluşur. Bunun yanında, kozmik radyasyonun atmosferde etkileşmesi ile çıkan serbest nötronlar aşağıdaki reaksiyon nedeniyle 14 C salınmasına neden olurlar. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 20

22 Radyoaktif yaş tayini ( Devam )  Bir bitki veya bir ağaç yaşadığı sürece sürekli olarak havadaki karbondioksitten karbonu, eskisi yerine yeni bitki dokusunu oluşturmak için sürekli kullanır. Hayvanlar bitkileri yer ve sürekli olarak kendi dokuları için taze karbon kaynağı alırlar. Böylece, iki izotopun oranı ( 14 C / 12 C) yaşayan canlılarda sabit kalır. Buna göre, 14 C ’ün yarı-ömrü yaklaşık olarak 5730 yıl olup 14 C/ 12 C oranı yaşayan bir ağacınkinin yarısı kadar ise aletin yapıldığı ağaç 5730 yıl önce kesilmiştir denilebilir. Karbon yaş tayini metodu, sadece yaşı yıldan daha küçük olan örneklerin yaşını tayin etmede kullanışlıdır. Eski objelerde 14 C miktarı oldukça azdır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 21

23 Jeolojik yaş tayini  Diğer taraftan çok uzun yarı-ömürlü radyoaktif izotoplar da eski örneklerin yaşlarının tayininde kullanılabilir. Örneğin, 238 U çok uzun yarı-ömründen dolayı (4.5x10 9 yıl), jeolojik zaman ölçeğindeki kayaların yaş tayininde faydalıdır.  Bir madde belli bir konumdayken onun bozunumundan sonra oluşan ürün de aynı konumda sabit kalır. Böylece maddedeki 238 U miktarı ürün çekirdeğin miktarına bağlı olarak ölçüleceğinden bir kayanın katılaşması süresi belirlenebilir. Örneğin, 207 Pb/ 206 Pb oranından yaş tayini yapılabilmektedir:  Radyoaktif yaş tayini, Yer tarihinin yeniden inşası için hayati derecede önemlidir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 22

24 Vücudumuzun maruz kaldığı iç ve dış radyasyon kaynakları  Dış radyasyon kaynaklar : Toprak ve kayalarda yüksek konsantrasyonlarda bulunan 238 U, 232 Th ve 40 K gibi karasal radyoaktif elementler dış radyasyon kaynaklarının en önemlilerindendir. Yapı malzemelerinden çıkan gama ışınları da dış radyasyon kaynaklarının başında gelmektedir. Dünya dışındaki ortamlardan gelen kozmik kökenli radyasyonlar da dış radyasyon kaynaklarını oluşturmaktadırlar. Bunun sonucunda, yüksek enerjili nötronlar, protonlar, pionlar, kaonlar ve dozimetrik açıdan çok önemli olan farklı reaksiyon ürünleri ile birlikte 3 H, 7 Be, 14 C, 10 Be, 22 Na ve 24 Na gibi kozmojenik radyonüklitler üretilirler.  İç radyasyon kaynakları: Sindirim ve solunum yoluyla hava, su ve gıdalarla vücuda alınan hem uzay hem de kara kökenli doğal radyonüklitlerdir. Atmosferde bulunan toz ve diğer parçacıklardaki doğal radyonüklitler ve yapı malzemelerinden çıkan 222 Rn (radon) ve 220 Rn (toron) gibi radyoaktif gazlar sindirim ve solunum yoluyla gıda, içecek ve teneffüsle vücuda alındıklarında iç ışınlamalara sebep oldukları için bunlar aynı zamanda iç radyasyon kaynakları olarak bilinirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 23

25 Kozmik radyasyon  Kozmik radyasyonlar, değişik yüklerde ve faklı enerjilerde yayınlanan parçacık veya elektromanyetik ışınlardan ibarettir. Kökenleri de farklıdır.  Yoğunlukları atmosferin üst tabakalarından deniz seviyesine doğru inildikçe azalmaktadır. Uzay (kozmik) kaynaklı radyasyonlar kökenlerine göre şu şekilde sınıflandırılırlar:  i) Hapsolmuş parçacık radyasyonları  ii) Solar ve Galaktik ortamlardan gelen radyasyonlar Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 24

26 Kozmik radyasyon ( devam )  Hapsolmuş parçacık radyasyonları, elektronlar ve protonlardan ibaret olup, dünyanın etrafında manyetik alan etkisiyle tutulurlar. Enerjileri birkaç yüz MeV mertebesindedirler.  Galaktik radyasyonlar, dünyaya güneş sistemi dışındaki yıldızlar arası ortamlardan, süper novalardan, dönen nötron yıldızları veya galaktik çekirdeklerden gelmektedir.  Solar radyasyonlar ise güneş kökenli olup enerjileri birkaç keV ile birkaç MeV arasında değişen düşük enerjili parçacıklardır. Galaktik ortamlardan gelen radyasyonlar daha yüksek enerjilidirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 25

27 Kozmik radyasyon ( devam )  Birincil kozmik ışınlar, dünya atmosferindeki atomların çekirdekleriyle nükleer reaksiyonlara girerler. Bunun sonucunda, yüksek enerjili nötronlar, protonlar, pionlar, kaonlar ve dozimetrik açıdan çok önemli olan farklı reaksiyon ürünleri ile birlikte 3 H, 7 Be, 14 C, 10 Be, 22 Na ve 24 Na gibi kozmojenik radyonüklitler üretilirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 26

28 Topraktaki doğal radyoaktivite   Toprakta bulunan 238 U, 232 Th, 40 K gibi doğal radyonüklitler toprağın radyoaktif olmasına sebep olmaktadır. Doğal radyonüklitler daha çok volkanik, fosfat, granit ve tuz kayalarında yüksek konsantrasyonlarda bulunurlar. Bu kayalar, doğa şartlarına bağlı olarak zamanla ufalanarak çok küçük parçalar halinde yağmur veya akıntı sularıyla toprağa karışırlar. Böylece de toprağın doğal radyoaktivitesini artırırlar.  Suni tohumlama ve gübreleme (suni gübreler radyoaktif 32 P içermektedir) gibi bazı insan aktiviteleri de yerel olarak toprağın yüzey radyoaktivitesini artırmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 27

29 Topraktaki doğal radyoaktivite ( Devam )  Dünyanın jeolojik yapısı incelendiğinde belli kalınlıktaki toprak tabakasının hemen altında kaya yataklarının olduğu görülür. Bu kaya yataklarının da karasal radyoaktiviteye sebep olduğu tahmin edilmektedir. Özellikle, gamma radyasyonlarının önemli bir kısmının 0-25 cm derinlikteki yüzey tabakasından kaynaklandığı biliniyor.  Toprakta mevcut olan radyoaktivite biyokimyasal süreçlerle biraz değişir. Bitki kök sistemlerindeki gelişme bir taraftan topraktaki doğal dengeyi sağlarken diğer taraftan bitkinin ihtiyacı olan suyu topraktan almaktadır. Hümic asit (toprakta bulunan bir çeşit asit) kayaların parçalanmasında ve bu parçaların sular vasıtasıyla toprağa karışmasında önemli bir rol oynar. Alt tabakalarda mevcut olan uranyum zamanla azalır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 28

30 Sulardaki radyoaktivite  Yeraltı sularında birçok radyoaktif element bulunmaktadır. Ancak, bu radyoaktif elementler insan sağlığı bakımından önemli sayılabilecek konsantrasyonlarda değillerdir. Sulardaki doğal radyoaktivite araştırmalarına dair yapılan çalışmalar, başlangıçta sadece kaplıca sularında bulunan bazı mineralleri kapsamıştır. Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmaların neticesinde kaplıca sularında bulunan minerallerin tamamının ve doğal suların bile bir dereceye kadar radyoaktif olduğu tespit edilmiştir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 29

31 Sulardaki radyoaktivite (Devam)  Yeraltı sularının yüzey sularından daha radyoaktif olması, içinden geçtikleri veya temas ettikleri radyoaktif kütleler veya minerallerden ileri gelmektedir. Genellikle volkanik kütleler içinden geçen suların radyoaktivite konsantrasyonları, tortul kütleler içinden geçen sulara nispeten daha yüksektir. Diğer taraftan, akan sulardan çıkan radonun ortamdaki konsantrasyonu, atmosfere dağılırken mesafe ile logaritmik olarak azaldığı bilinmektedir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 30

32 Sulardaki radyoaktivite (Devam)  Sıcak su kaynaklarında radyum izotoplarının tutulması, kalsiyum karbonat veya silisyum dioksit ile birlikte çökelmesinden kaynaklanmaktadır.  Yeraltı sularında 222 Rn çok yavaş hareket eder ve atmosfere kaçması sınırlıdır. Konsantrasyonu 2-40 Bq/lt arasında değişir.  Deniz sularında radyonüklitlerin konsantrasyonları oldukça düşüktür. Yani, okyanus veya deniz yüzeylerinden yayınlanan gama radyasyon oranları ihmal edilebilir seviyededirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 31

33 Gıda maddelerindeki radyoaktivite  İnsan, karbon ve oksijen gibi havadan alınan elementler hariç yaşamını sürdürmek için ihtiyacı olduğu besinlerin tamamına yakınını karadan bitkiler vasıtasıyla temin eder. Bu besinleri oluşturan elementlerin hepsi toprağın ekolojik yapısında mevcuttur.  Radyonüklitler topraktan bitki metabolizmasına genellikle kökler vasıtasıyla geçmektedir. Bitki tarafından topraktan alınan uranyum, radyum, iyot, kobalt gibi elementlerin bitki için ne tür faydalar sağladığı henüz bilinmemektedir. Bir radyonüklid, radyonüklidin kimyasal yapısına, bitki metabolizmasındaki gereksinimine ve topraktaki fizikokimyasal faktörlere bağlı olarak bitki tarafından absorbe edilir. Absorblama olayı, radyoaktif özelliklerinden bağımsızdır. Örneğin; bitki kalsiyumu topraktan alırken radyoaktif 45 Ca’i de diğer elementlerden ayırt etmeden bünyesine alır.  Atmosferde bulunan radyoaktif maddeler, yağışlarla yere düştüklerinde bitki yaprakları tarafından da tutulurlar. İnsanlar tarafından suni olarak üretilen radyonüklitler de toprak içinde doğal radyonüklitlere benzer özellikler gösterirler. Bitkilerin, hayvanlar tarafından tüketilmesiyle de bu radyoaktif maddeler dolaylı olarak insan vücuduna girerler. Bu da insan sağlığı için başka bir risk oluşturmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 32

34 Gıda maddelerindeki radyoaktivite ( Devam )  Besinler, bitki kök uçlarına, içinde katyon konsantrasyonlarını dengede tutan toprak suları ile geçerler. Bitki kökleri, yonca, kuşkonmaz gibi bazı türlerde çok derinlere kadar iner. Ispanakta bu durum, tersine yüzeye yakın bir derinliktedir. Bazı bitki türlerinde yüzey alanları çok büyük olduğu için, radyoaktif yağışlarla yere düşen radyoaktif tozların yapraklar tarafından tutulmaları daha fazla olmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 33

35 Yüzeye yakın atmosferdeki radyoaktivite  Yüzeye yakın atmosferde, hem insan yapımı suni radyoaktif maddeler, hem de doğal kaynaklardan çıkan radyoaktif toz ve parçacıklar bulunmaktadır.  İnsan aktiviteleri sonucu ortaya çıkan hava kirlilikleri, volkanik patlamalar, meteorlar, toz fırtınaları ve orman yangınlarıyla atmosfere bırakılan toz ve küller atmosferde bulunan toz ve parçacık konsantrasyonlarını sürekli artırmaktadır. Atmosferde bulunan bu toz ve parçacıklar, genellikle havada asılı kalmakta veya hava akımlarıyla sürekli dolanmaktadırlar. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 34

36 Yüzeye yakın atmosferdeki radyoaktivite ( Devam )  İkinci dünya savaşından hemen sonra, nükleer enerji alanında meydana gelen hızlı gelişmeler ve buna paralel olarak başlayan nükleer silahlanma yarışı ve halen yapılmakta olan nükleer denemeler atmosfere çok miktarda radyoaktif toz ve parçacıkların atılmasına neden olmaktadır. Bu tür denemeler, özellikle atmosferde, 30 km’ den daha yüksek tabakalarda aşırı derecede radyoaktif kirlenmelere sebep olmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 35

37 Yüzeye yakın atmosferdeki radyoaktivite ( Devam )  Atmosfere bırakılan radyoaktif kirlilikler, bazı atmosferik şartlarda, kirlenmiş havayla yere çok yakınlaşmakta ve insanlar tarafından teneffüs edilmektedir. Volkanik patlamalarla, yer kabuğunun derinliklerinden atmosfere atılan toz ve küllerde, rüzgar ve fırtınalarla toprak yüzeyinden havaya kaldırılan tozlarda ve Termik santrallerde yakıt olarak kullanılan kömürün yanmasıyla havaya atılan kül ve dumanda, radyoaktif maddelerin olduğu bilinmektedir. Bunlar, yüzeye yakın atmosferin ve toprağın radyoaktivite yönünden de kirlenmesine neden olmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 36

38 Yüzeye yakın atmosferdeki radyoaktivite ( Devam )  Uzay kaynaklı yüksek enerjili kozmik ışınlar veya yüklü partiküller, dünya atmosferine girdiklerinde, ortamda bulunan nitrojen, oksijen, argon gibi elementlerin çekirdekleriyle reaksiyona girerek, dozimetrik açıdan çok önemli olan 14 C, 3 He, 7 Be ve 22 Na gibi radyonüklitlerin üretilmesine neden olurlar.  İnsan, doğal radyonüklitleri vücuduna sindirim veya solunum yoluyla alır. 40 K ve 226 Ra, 238 U' nın bozunma ürünleri ve çok az oranlarda 14 C ve 3 H gibi doğal radyonüklitler bunların başında gelir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 37

39 Yapı materyallerindeki radyoaktivite  Ev içi radyoaktivitenin kaynağı, yapı malzemeleridir. İnşaat yapımında kullanılan taş, tuğla ve beton gibi malzemelerin içinde, belli konsantrasyonlarda bulunan radyonüklitler sürekli gamma ve alfa radyasyonları yayınlarlar.  Bu radyonüklitler, yapı malzemelerinin yapımında kullanılan toprak, çimento ve kömür külleri gibi malzemelerin içnde bulunan doğal radyonüklitlerden kaynaklanır.  Gamma radyasyonun kaynağı; uranyum, toryum ve potasyumdan ileri gelir. Alfa radyasyonun kaynağını ise, radon gazı oluşturur. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 38

40 Karasal gama radyasyonu  Toprak sadece organik ve inorganik bileşikler değil aynı zamanda 238 U, 232 Th ve 40 K doğal radyonüklitlerini de içerir.  Doğal olarak görülen radyoizotoplardan yayınlanan gamma radyasyonu karasal background ( arka plan ) radyasyon olarak bilinir ve insanın maruz kaldığı esas radyasyon kaynağını temsil eder ve toplam doza katkıda bulunur.  Hesaplamalar, toplam gamma dozunun % kadarını yer yüzeyindeki 238 U, 232 Th ve 40 K doğal radyonüklitlerinden ileri geldiğini göstermektedir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 39

41 Karasal gama radyasyonu ( Devam )  Doğal çevresel radyoaktivite ve ilgili dışsal gamma radyasyonuna maruz kalma jeolojik ve coğrafik şartlara bağlı olup dünyanın her bölgesinde bulunan farklı seviyelerdeki topraklar için değişir.  UNSCEAR (1993, 2000) raporlarına göre, ölçülen gamma doz hızlarının dünya ortalaması nGyh -1 arasında değişmektedir. Dünya background ortalaması ise 60 nGyh -1 kadardır.  Dünyada, toprakta ölçülen 226 Ra, 232 Th ve 40 K radyonüklit konsantrasyonlarının tipik ortalama değerleri sırasıyla 50, 50 ve 500 Bq kg -1 olarak belirlenmiştir. Bu elementlerden müsaade edilebilir doz miktarı 1.5 mSv y -1 kadardır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 40

42 İçme ve kullanma sularındaki radyoaktivite standartları  Suların kimyasal ve fiziksel özellikleri tamamıyla içinden geçip geldikleri aktif kayaçların mineralojik ve kimyasal özelliklerini yansıtır. Özellikle 238 U, 232 Th ve 40 K ve bozunma ürünleri en çok granit kayaçlarda bulunmaktadır.  Dünya sağlık örgütünce (WHO) sulardan yılda alınabilecek doz limiti 0.1 mSv y - 1 olarak belirlenmiştir.  T.C Sağlık Bakanlığı, 17 Şubat 2005 Tarihli ve sayılı yönetmeliğe göre, 1. ve 2. sınıf içme ve kullanma sularındaki belirlenen aktivite standartlarını, alfa yayıcıları için 0.1 Bq/L, beta yayıcıları içinse 1 Bq/L olarak belirlenmiştir.  T.C Sağlık Bakanlığı, 1 Aralık 2004 tarih ve sayılı resmi gazetede yayınlanan yönetmelik gereğince, Doğal ve mineralli sular için belirlenen aktivite standartlarını alfa için 1.5 Bq/L ve betalar için 2 Bq/L olarak belirlemiştir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 41

43 Radyasyondan korunma bakımından 3 temel ilke  Net bir fayda sağlamayan hiçbir radyasyon uygulamasına izin verilemez.  Ekonomik ve sosyal faktörler göz ününe alınarak, bütün radyasyon uygulamalarında maruz kalınacak dozun mümkün olduğu kadar düşük tutulması için gerekli önlemler alınmalıdır.  Mesleği gereği radyasyonla çalışanlar ve halk için yılda alınmasına müsaade edilen doz sınırları aşılmamalıdır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 42

44 Normal şartlar altında sızıntılardan dolayı toplum üyeleri için öngörülen radyasyon dozu standardı  Normal şartlar altında, sızıntılardan dolayı toplum üyeleri için öngörülen doz sınırı yıllık 1 mSv olarak kabul edilmiştir.  Buna doğal radyasyondan alınan dozlar ile teşhis ve tedavide tıbbi uygulamalardan alınan dozlar dâhil değildir.  Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 43

45 Radyasyon çalışanlarının bir dış radyasyon tehlikesinden korunmak için dikkat etmesi için gerekli kurallar  Kaynak yanında fazla kalmamak,  Mümkün olduğunca kaynağa uzak mesafede çalışmak,  Kaynak ile aralarına engelleyici bir zırh koymak. Belli bir zaman içinde bir radyoaktif kaynaktan maruz kalınacak radyasyon dozu şu formülle hesaplanır:  Doz=(Doz şiddeti)x(zaman)  Radyasyon kaynağından uzaklaştıkça maruz kalınacak doz miktarı azaltılabilir. Radyasyon, kaynağından uzaklaştıkça çevreye yayılır ve şiddetini kaybeder. Kaynaktan belli bir uzaklıkta iken maruz kalınabilecek doz aşağıdaki formülle hesaplanır: D r =D 0 (r 0 /r) 2  Burada, r 0 =1m, r kaynağa olan herhangi bir uzaklık, D 0 kaynaktan 1 m uzaklıktaki doz ve D r ise kaynaktan r uzaklıktaki dozu temsil eder. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 44

46 Bitkilerdeki radyoizotop yoğunluğu  Bitkisel ürünlerdeki maddelerde doğal olarak bulunan radyoizotop yoğunluğu bölgenin doğal fon seviyelerine, iklimine, tarım ve endüstriyel uygulamalarına bağlı olarak değişebilmektedir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 45

47 Tüketici ürünlerindeki radyoaktivite  Televizyonlar, duman dedektörleri, fosforlu saatler, paratonerler ve lüks lambaları gibi tüketici ürünleri az miktarda da olsa radyoaktif madde içerirler. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 46

48 Nükleer serpinti  Atmosferde gerçekleştirilen nükleer bomba denemeleri sonucu meydana gelen radyoaktivite nükleer serpinti olarak adlandırılır ve çevre kirliliğine neden olan en büyük yapay radyasyon kaynağını oluşturur. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 47

49 Mağaralardaki atmosfer içindeki radyoaktivite  Yapılan çalışmalar, mağaralardaki hava içinde yüksek konsantrasyonlarda radyoaktivite artışının sebebinin mağara içindeki toprak ve kayalardan ileri geldiğini göstermektedir. Yerin kendisi sürekli ve dereceli olarak radyoaktivite üretmekte ve bu da havaya diffüze olmaktadır.. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 48

50 Radyasyon hastalıkları  Radyasyon hastalıkları; radyasyon yanıkları, doğal ömür süresinin kısalması, kanser ve kalıtımsal bozuklukları olarak sıralanabilir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 49

51 Herman Joseph Müller’in Nobel ödülü almasını sağlayan buluşu  Herman J. Müller, 1920 de böcekler üzerinde yaptığı çalışmalarla radyasyonun genetik bozukluklara neden olduğunu göstermiştir. Bu çalışma ona Nobel barış ödülünü kazandırmıştır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 50

52 Radyoloji ve radyografi terimleri  Radyoloji; Radyasyonla görüntü elde edebilme ve radyasyonla hücre ve tümörleri yok edebilme ile ilgili bilim dalına radyoloji denir. Bu iki özelliği dolaysıyla radyasyon teşhis ve tedavide önemli rol oynar.  Radyografi: Radyasyon kullanarak (özellikle X ve gamma ışınları) röntgenleri çekilen endüstriyel ürünlerin (borular, buhar kazanları, her türlü makine aksamları v.s) herhangi bir hata içerip içermediğinin saptanması radyografi olarak adlandırılır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 51

53 Çernobil reaktör kazasından çevreye yayılan önemli radyoizotoplar ve ülkemiz üzerindeki etkisi  Bu izotoplara örnek olarak, 131 I, 134 Cs ve 137 Cs verilebilir.  Santralden çıkan radyoaktif bulut, ülkemize de ulaşmış ve bazı bölgelerde yağan yağmurlarla birlikte yere inerek besin maddelerinin kirlenmesine neden olmuştur.  Trakya ve Doğu Karadeniz Bölgesinde, radyasyon bulutunun geçişi sırasında çok yağmur aldıkları için kişilik bir topluluk ülke ortalamasının üzerinde bir radyasyona maruz kalmıştır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 52

54 Radyasyonun Bazı Kullanım Alanları Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 53

55 Radyasyonun endüstriyel alanda kullanımı  Radyasyonla, borular, buhar kazanları ve her türlü makine aksamlarının herhangi bir hata içerip içermediği tespit edilebilmektedir.  Demir, çelik, lastik, kağıt, plastik, çimento, şeker gibi endüstriyel mamullerin üretim aşamasındaki seviye, nem ve yoğunluk ölçümleri radyasyondan yararlanılarak yapılmaktadır.  Akarsularda debi ölçümü, barajlarda su kaçaklarının tespiti, yeraltı sularının hareketlerinin takibi gibi diğer endüstriyel uygulamalar radyasyon sayesinde hem daha ucuz hem de daha kolay bir şekilde yapılmaktadır.  Radyasyonun bu alanlarda kullanılması sonucu halkın maruz kaldığı yıllık ortalama dozun dünya ortalaması sadece mSv civarındadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 54

56 Radyasyonun tarım ve hayvancılık alanında kullanımı Ürünlerde böceklenmenin engellenmesinde ya da böcek popülasyonunun kontrol altına alınmasında radyasyondan yararlanılmaktadır. Başarılı ürün elde etmek için bazı özel cihazlarla topraktaki nem miktarının ölçümü ve böylece sınırlı su kaynaklarının verimli kullanımı sağlanabilir. Bugüne kadar nükleer tekniklerin kullanımı ile hayvancılıkta birçok gelişme kaydedilmiştir. Hayvancılıkta kullanılan nükleer teknikler diğer tekniklerle kıyaslanamayacak kadar duyarlı ve özgün olmakta, sonuçlar kısa sürede alınmakta, doğru ve kesin olmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 55

57 Radyasyonun üreme fizyolojisinde kullanımı  Radyoizotopların kullanıldığı önemli bir alan da üreme fizyolojisidir.  Radioimmunoassay (RIA) üreme hormonlarının tayininde kullanılan duyarlı ve özgün bir tekniktir.  Bu teknikte hormon (antijen) veya hormona karşı üretilen antikor radyoizotoplarla işaretlenir ve uygun sayım yöntemi ile belirlenerek hormon miktarları bulunur.  Bu tekniğin uygulanmasında hayvandan alınacak çok az miktardaki kan veya süt örneği kullanılır.  RIA, hayvanların gebeliğe hazır olup olmadıkları, erken gebeliğin tayini, üreme hastalıklarının teşhisi ve suni tohumlama zamanının belirlenmesi gibi birçok konuda karar vermeyi sağlar.  RIA ayrıca, diğer birçok alanda teşhis ve izleme tekniği olarak güvenle kullanılmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 56

58 Işınlama  Işınlama tekniği, yem ve yem hammaddelerinde mikroorganizmalardan kaynaklanan bulaşmayı gidermek için yapılan fiziksel bir uygulamadır.  Işınlama tekniği, çeşitli gıda kaynaklı parazit ve hastalık etkenlerinin eliminasyonunda da kullanılmaktadır.  Mikroorganizmaların üreme ve enfeksiyon yaratma yeteneklerinin engellenmesi gama radyasyonla mümkün olmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 57

59 Radyasyonun bilimsel araştırmalarda kullanılması  Metalurji;  Radyoaktiviteden çeliğin katılaşmasını ve metalürjik tepkimelerin kinetiğini incelemekte yararlanılır. Bu yolla metallerin yayılması kolayca izlenir.  Jeoloji;  Jeologlar tarafından radyoaktif maddeler kayaların yaşlarının tespiti çalışmaları sırasında ve petrol yataklarının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Deprem tahminlerinde de Radon dan faydalanılır.  Çevre;  Çevre bilimcileri suyun ve rüzgarın global hareketlerinin veya çeşitli kimyasal bulaşmaların incelenmesi amacıyla radyoizotopları kullanmaktadırlar.  Araştırmalar sonucu bulunan ışınlama yöntemiyle otomobil lastiklerinden yiyeceklere, telefon kablolarından baca gazlarına, ambalaj sanayinde kullanılan plastik filmlerden hastane gereçlerine kadar yüzlerce değişik özellik, yapı ve görünüşteki malzemeler sterilize edilerek çevre kirletici etki, minimum seviyede tutulmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 58

60 Radyasyonun bilimsel araştırmalarda kullanılması (Devam)  Kimya;  Işınım kimyası adında yeni bir kimya dalı gelişmiştir. Bu dalın konusu ışıma altında gelişen yeni kimyasal tepkimelerin incelenmesidir. Bu işlemlerde Kobalt 60 gibi radyoaktiflik derecesi çok yüksek kaynaklar kullanılır.  Biyoloji; X-ışınları canlı hücrelerdeki genetik maddelerin değişim hızını artırmak için kullanılabilir. Böylece bilim adamları yeni canlı türleri yaratmak ve belirli genlerin kalıtım modelini incelemek için X-ışınlarından yararlanırlar. Biyologlar hayatın temel yapı taşı olan proteinler ile pek çok virüs üzerine yaptıkları araştırmalarda X- ışını difraksiyon metodunu kullanmaktadırlar. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 59

61 Astronomi; X-ışını astronomisi, dış uzaydaki X-ışını kaynaklarının incelenmesini konu alan bir bilim dalıdır. X-ışını astronomisiyle, aralarında yıldızların, süpernova kalıntılarının binlerce X-ışını kaynağı ortaya çıkartılmıştır Arkeoloji; Arkeolojik nesnelerin yaş tayininde radyoaktif maddeler önemli roloynar. Yaşayan bir organizma için C-14/C-12 oranı atmosferdeki ile aynıdır. Organizma yaşamıyor ise C-14 bozunmaya ve dolayısıyla da bu oran değişmeye başlar. Bu metod o organizmanın ne kadar zaman önce öldüğünü belirlemekte kullanılan iyi Bir yöntemdir. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 60

62 Radyoaktivitenin uzay çalışmalarında kullanılması Haberleşme uyduları ve uzay roketleri için gerekli enerjiuzun ömürlü nükleer pillerle sağlanır. Stronsiyum (Sr) nükleer pil yapımında kullanılır. Bunun dışında uzay araçlarında yakıt ve dayanıklılığı sağlamak için radyoaktif elementlerden yararlanılır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 61

63 Radyoaktivitenin askeri araçlarda kullanılması Çok çeşitli malzemeler üzerine yapılan çalışmalarda, özellikle de uçaklarda kullanılan yeni plastik yapıların geliştirilmesinde x-ışınları ile nötronlar Kullanılmaktadır. Özellikle askeri gemi olan denizaltılar ve uçak gemilerinde nükleer enerji gücü kullanılır, sivil amaçlı olarak da buzkıran gemilerinde kullanılmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 62

64 Kaynaklar  H. Aytekin, Çekirdek Fiziği Ders Notları,  H.Aytekin, Radyasyon Fiziği Ders Notları, 2016 Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 63


"FİZ907 Çevresel Radyoaktivite Ders Notları BEÜ 2016-2017 Prof. Dr. Hüseyin AYTEKİN Prof. Dr. Hüseyin Aytekin 1." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları