RADYOAKTİVİTE VE RADYOAKTİF ARAMA

Radyoaktiflik ve Radyoaktif Maddeler: Kendiliğinden ışıma yapabilen maddeler radyoaktif maddelerdir .Radyoaktiflik çekirdek yapısıyla ilişkilidir. Radyoaktif bir atom hangi bileşiğin yapısına girerse , o bileşiği radyoaktif yapar.   Radyoaktif maddeler kuvvetli birer enerji kaynağıdır . Radyoaktif elementler bu enerjiyi kendiliklerinden yayınlarlar ve bu olayı hiçbir şekilde durdurmak mümkün değildir.

Yer içine ait üç türlü radyasyon gözlenmiştir: alfa, beta ve gamma ışınımları. Radyoaktif mineraller için jeofizik arama bu radyasyonun fiziksel olarak saptanması temeline dayanmaktadır. Alfa ışıması bir parça kâğıt ile bile durdurabilir. Beta ışıması için daha kalın bir madde lazımdır. Gamma ışıması ise çok kalın kurşun tabaka haricinde hemen hemen tüm maddelerden geçebilir.

Işınım Türleri

Güneş ışınları, Yer yüzeyine metrekare başına ortalama 1370 watt kadar enerji taşır. Bunun üçte birden biraz fazlası, çoğu atmosferden olmak üzere, yansıtılır. Geri kalan kısmı, atmosfer ve yer yüzeyinde soğurulduktan sonra yer kabuğu, okyanuslar, canlılar ve atmosferin değişik tabakalarının katıldığı karmaşık bir mekanizma ile yeniden uzaya döner. Bu sistem içerisinde, yer yüzeyinin ortalama sıcaklığı 14C civarında sabit kalır. Yerkürenin derinliklerine inildikçe artan sıcaklıkların nedeni ise gezegenin içindeki bir ısı kaynağıdır. Sondaj çalışmaları yardımıyla çeşitli derinliklerde yapılan sıcaklık ölçümleri ile yer kabuğunu oluşturan kayaların ısı iletkenliği bir arada değerlendirildiğinde yerküre derinliklerinden gelen ısı akımının 0,05 - 0,1 watt/m2 kadar olduğu hesaplanır. Güneşten aldıkları enerjinin kat kat fazlasını dışarı yayan büyük kısmı gazlardan oluşan gezegenler ile karşılaştırıldığında çok küçük ölçekli olduğu anlaşılan bu ısı kaynağı, Yer'in güneşten aldığı enerjinin ancak 20.000'de biri düzeyinde olsa da gezegen merkezinde 5000C'yi aşan sıcaklıkların sürdürülmesini sağlayabilmektedir.

YER İÇİNİN ISI KAYNAKLARI

Yerin Oluşması Sırasında Ortaya Çıkan Isı Güneş sisteminin oluştuğu dönemde, birleşerek yerküreyi meydana getiren çok sayıda küçük parçanın beraberlerinde getirdiği enerjidir. Parçacıklar, çarpışarak yavaşlamaları ile açığa çıkan kinetik enerjileri yanı sıra, yeni oluşan gezegenin kütle çekim gücü etkisiyle merkezi etrafında yoğunlaşmaları sırasında açığa çıkan potansiyel enerji sayesinde, sıvılaşma sıcaklığının çok üzerinde bir sıcaklığa ulaşmışlar, içlerindeki daha ağır bileşenler gezegenin merkezine doğru çökerken, hafif bileşenler yüzeye yakın bölgelerde kalmıştır. Bu çökme sırasında olduğu gibi, gezegenin büyüdükçe artan çekim nedeniyle sıkışarak küçülmesi sonucunda da bir miktar daha potansiyel enerji açığa çıkmıştır. 4,6-3,8 milyar yıllar arasında yoğun bir şekilde süren kozmik çarpışmaların, bu dönem içinde aralıklarla yeni ısı taşınmasına neden olduğu sanılmaktadır. 'Fosil ısı' olarak da adlandırılabilecek bu ısı, yerkürenin katmanlarının erken dönemdeki farklılaşmalarında birinci derecede sorumlu görülmekle birlikte, hesaplamalar, bilinen kayıp hızı ile bugüne dek önemini büyük ölçüde yitirmiş olması gerektiğini ortaya koymaktadır.

İç Çekirdeğin Kristalizasyonu Tam olarak kanıtlanmamış bir görüş, yer çekirdeğinin öncelikle homojen bir demir-nikel-oksijen-kükürt karışımı şeklinde ortaya çıktığını, sonradan bu sıvı ortam içinde demir ve nikelden oluşan iç çekirdeğin bir kristal gibi büyüyerek katı hale geçtiğini varsayar. Faz değiştirme sırasında ortaya çıkan ısı ve daha yoğun olan demirin derine doğru hareketi sırasında ortaya çıkan potansiyel enerji kuramsal olarak yerkürenin toplam enerjisine katkıda bulunmakla birlikte payının büyük olamayacağı sanılmaktadır.

Gel Git Etkileri Ay ve Güneş'in çekim etkilerinin (gel-git) Yer'in kendi çevresinde dönme düzeni üzerinde yaptığı değişiklikler iç gerilimler ve sürtünmelere neden olur. Jüpiter'in Galilei uydularının ısınmasında önemli rolü olan bu etkenin yerküre için birinci derecede bir ısı kaynağı olmadığı düşünülmektedir.

Radyoaktif Bozunma Günümüzde yerkürenin önde gelen iç ısı kaynağının, gezegen bileşiminde bulunan radyoaktif elementlerin parçalanmasından ortaya çıkan enerji olduğu düşünülür. Bunların önde gelenleri Uranyum, Toryum, Potasyum, Rubidyum ve Radon izotoplarıdır. (238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb, 222Rn). Potasyumun izotoplarından 40K, Yer tarihinin erken dönemlerinde en önemli ısı kaynağı iken, yarı ömrünün kısa olması nedeniyle bugün payı azalmıştır.

                                                                                                    Helyum Atomunun İki İzotopu Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi bir elementin atomlarından bazılarında diğerlerinden daha fazla nötron bulunabilir. Bu yüzden fazla nötronu olan bu tür bir atom diğerinin izotopudur denilir. İzotopların kimsayal özellikleri aynıdır. Tek farkları fazla nötronu olan izotopun atomlarının diğerlerinden biraz daha ağır olmasıdır. Bir elementin bazı izotopları çekirdeklerindeki fazla nötrondan dolayı kararsız olabilirler ( fazla enerjili). Bu tür atomlar, fazla olan nötronlarını veya enerjilerini dışarıya atarak normal hale geçerler. Kendiliğinden oluşan bu işleme radyoaktivite, dışarıya atılan parçacık veya fazla enerjiye radyasyon,bu özelliğe sahip olan izotoplara da radyoizotop denilir.

Bilgilendirme: Yarı ömür ; Azalmakta olan bir maddenin baştaki miktarın yarısına düşmesi için gereken zamandır. Bu zaman T1/2 olarak gösterilir. Birimi zaman birimidir. Yarı ömür kavramı özellikle radyoaktif izotopların (radyoizotop) tükeniş (bozunum, decay) hesaplarında kullanılır.

Uranyum metalinin aranmasına yönelik yapılan radyoaktif yöntemler ile yapısal jeolojiye yönelik haritalamalar yapılabilir.

Spektrometre; toprak, sondaj delikleri ve laboratuarlarda doğal ve yapay radyoizotopların ölçümü için kullanılabilen çok kanallı bir gamma spektrometrisidir. Gamma Surveyor radyasyon kaynaklarının belirlenmesinde, doz hızı ve gamma ışınları spektrum ölçümlerinde, radyoaktif elementlerin (özellikle K, eU, eTh) konsantrasyonlarının araştırılmasında ve radyasyon izlemede, jeofiziksel haritalamalarda (radyasyon şiddet haritaları vb), jeolojik çalışmalarda (kayaçların yaş tayini, vb), maden araştırmalarında ve numunelerin laboratuar analizleri gibi bir çok uygulamada kullanılabilmektedir.   Cihazın ölçüm metodu; Takılabilir kontrol ünitesi ve küçük el probu ile ergonmik bir cihaz olan 512 kanallı ve saniyede max. 250 puls özelliğine sahip Gamma Surveyor ile üç modda ölçüm yapılabilmektedir. Bunlar, ·         Gamma ışını kaynakları için hızlı ve seçici arama, ·         Hassas radyometrik ölçümler, ·         K, eU, eTh konsantrasyonlarının belirlenmesi ile birlikte spektral ölçümlerdir.

Kullanım Alanları; Radyometrik araştırmalar ve haritalamalar birçok bilim dalında uygulanabilmektedir. Mineral aramalarında, yapısal jeoloji ve jeokimyasal haritalamalarda, kayaçların jeolojik özelliklerinin karşılaştırılmasında, kayıp radyoaktif kaynakların yerinin saptanmasında, radyoaktif sızıntı ve kirliliğin belirlenmesi gibi bir çok alanda kullanılabilmektedir. Doğadaki kayaçların pek çoğu belli oranlarda doğal radyoaktif elementler içermektedir. Dolayısıyla mineral ve kayaçlarda radyoaktivite gibi fiziksel bir özellik oluşmaktadır. Bu radyoaktif özelliğe sahip ve yer kabuğunda önemli oranlarda bulunan uranyum, toryum ve potasyum elementleri ile bunların izotopları jeolojik ve jeofizik araştırmalarda büyük önem taşımaktadırlar. Adı geçen elementlerin izotopları belli enerji seviyelerinde gamma ışını salgılamaktadırlar. Gamma ışın spektrometrisi, bu gamma ışınının belli enerji aralıklarında ölçülmesi esasına dayanmaktadır. Bu nedenle de gamma ışın spektrometrisi, yerküre ilgili pek çok konunun araştırılmasında uygulanan önemli bir radyometri tekniğidir.

Radyometrik yöntemde gamma ışın spektrometrisi ile yapılan uygulamalar aşağıdaki gibi sıralanabilir: Radyoaktif Mineral Aramaları; Bünyesinde uranyum ve toryum gibi radyoaktif elementlerden birini veya ikisini değişik oranlarda içeren minerallere radyoaktif mineraller denir. Gamma ışın spektrometrisi, radyoaktif mineral aramalarının vazgeçilmez, direk ve tek yöntemidir. Jeolojik Haritalama Çalışmaları; Etüd edilen sahadaki formasyonların potasyum, uranyum ve toryum içerikleri belirlenip haritalanabilmektedir. Geniş sahaların küçük ölçekli jeolojik haritalarının detaylandırılmasında bu yöntem büyük kolaylıklar sağlayabilmektedir. Diğer taraftan diri fay hareketlerinin izlenmesi konusunda nitel gamma ışını ölçümlerinden faydalanabilir ve özellikle radon gazı çıkışının gözlenmesinde kullanılabilir. Radyoaktivitesi düşük rubidyum elementinin tayini ile jeolojik yaş tayini yapılabilinir. Potasyum içeriği saptanarak ofiyolitik ve granitik kütlelerin sınırları belirlenebilir.

Petrol Aramaları; Gamma ışın spektrometrisinin petrol aramalarında kullanımı ilk olarak petrol kuyuları içinde log alımı şeklinde olmuştur. Daha sonra Amstrong ve Heemstra (1973) petrol rezervuarının üzerindeki silindirik bir arazi sütunu içinde uranyum konsantrasyonunda bir azalma, silindirin etrafında ise uranyum zenginleşmesinin olduğuna ilişkin fiziksel ve kimyasal koşulların geliştiğine dikkat çekmişlerdir. Sözü edilen bu durum, petrol rezervuarının yeryüzündeki izdüşümünde halka biçimli ve etrafına göre yüksek radyoaktivite anomalilerinin oluşmasına neden olmaktadır. Gamma ışın spektrometri ölçümlerinin petrol aramalarındaki etkinliğini arttırmak için pilot çapta çalışmalar da yapılmaktadır. Ayrıca doğal gaz aramalarına katkı getirmek amacıyla bu yöntem uygulanmıştır. Metalik ve Metalik Olmayan Mineral Aramaları; Bakır, kurşun ve çinko gibi metalik mineral aramalarında gamma ışın spektormetrisinden dolaylı olarak yararlanılabilmektedir. Bu mineralleri bulunduran ve bilinen jeolojik birimlerin içerdiği potasyum, uranyum ve toryum oranları bir anahtar veya bir ipucu gibi kullanılarak başka sahalarda aynı oranlarda radyoaktif element içeren birimler üzerinde ayrıntılı çalışmalar yapılabilmektedir. Balıkesir yöresindeki bakır, molibden ve volfram içeren bazı zonlarda radyoaktivite yüksektir, Nevşehir-Genezin civarındaki uranyumca zengin zonlarda bakır mineralizasyonuna da rastlanmıştır.

Ağır, Stratejik ve Kıymetli Mineral Aramaları; Gross (1952), Kanada'da yaptığı araştırmalarda, radyoaktivitesi yüksek intrüsiflerde ve bunların civarındaki yine radyoaktivitesi yüksek zonlarda altın içeriğinin arttığına işaret etmiştir. Harsman (1974) ise sedimanter roll tipi uranyum yataklarını kapsayan çalışmasında, uranyumla birlikte stratejik öneme sahip selenyum, vanadyum ve molibden minerallerine de rastlandığı belirtmiştir. Endüstriyel Hammadde Aramaları; Bileşiminde potasyum bulunan feldspatlar, cam, porselen ve seramik sanayinin vazgeçilmez ana hammaddeleridir. Potasyumlu feldspatlar bu yöntemle aranabilmektedir. Diğer taraftan, gübre sanayinin hammaddesi olan fosfatın, uranyumun suda eriyen ve bir dönüşümü olan radyumu soğurduğu ve radyumunda Bi-214 de dönüştüğü bilinmektedir. Bu nedenle fosfatın gamma ışın spektrometrisi ile aranabileceği Nathan ve Shiloni, 1976 tarafından da belirtilmiştir. Toprak Nemliliğinin ve Karın Su İçeriğinin Belirlenmesi; Radyoaktivite ölçmeleri ile toprağın ve karın su içeriği belirlenebilmektedir (Loijens 1980, Grasty 1982). Bu araştırmaların radyometrik yöntemle en çok yapıldığı ülkeler A.B.D., Norveç ve Rusya'dır. Yöntem kar kalınlığı ve topraktaki nem oranının yayınan gamma ışını miktarı ile ilişkilendirilmesi ile uygulanmaktadır. Bu daha çok tarımsal amaçlı su sağlama kestirimi yapılması ve sel felaketlerine karşı önlem alınması amacı ile yapılmaktadır.

Doğal ve Yapay Radyoaktif Kirliliğin Araştırılması; Doğal kirlilik uranyumun izotoplarından olan radonun salgıladığı maddelerden oluşur. Yapay kirlilik ise nükleer madde üreten tesislerin, nükleer güçle çalışan elektrik santrallerinin ve yapay nükleer atıkların salgıladığı maddelerden oluşmaktadır. Bu doğal ve yapay radyoaktif maddelerin çevrelerinde meydana getirdiği, zaman içindeki değişim ve olumsuz etkilerinin izlenmesi bu yöntemle mümkündür. Jeoteknik Araştırmalarda Metodun Kullanımı; Gamma ışın spektrometresinin jeoteknikteki kullanımı için Ayres ve Theilen, 2001'e ait çalışma örnek verilebilinir. Bu çalışmada jeoteknik değişkenleri (kil, kum ve su içeriği, kayma dayanımı) değerlendirebilmek için gamma ışın spektrometrisinden faydalanılmıştır. Gamma ışını aktivitesi ile kil ve su içeriği, kayma dayanımı arasında ± 0.79'a kadar değişen korelasyon katsayısı değerleri gözlenirken, kum içeriği ile gama ışını aktivitesi arasında bu korelasyon gözlenmemiştir. Gamma ışını aktivitesinin yoğunluğu radyoaktif malzeme ile orantılıdır. Özellikle kil minerallerindeki yüksek potasyumun varlığı bu yoğunluğun artmasında oldukça etkilidir. Gamma ışını aktivitesindeki artış, sedimanların sıkışma süreci ile de ilgilidir. Sedimanların çimentolanması dikkate alınmaz ise sıkışma boyunca gözeneklilik azalacak, aynı hacimdeki sıkışmamış sedimana göre kil içeriği artacak ve bu durum gamma ışını aktivitesinde artışa neden olacaktır.

Ayrıca diğer bir uygulama alanı da heyelanlı sahalardır Ayrıca diğer bir uygulama alanı da heyelanlı sahalardır. Bu sahalarda yapılacak gamma ışını ölçümleri ile kaymaya başlayan veya hareket etmek üzere olan toprak kütlesi ile sabit kütle arasındaki ayrım çizgisinin yerini belirlemede oldukça iyi sonuçlar verebilmektedir. Gamma Işın Spektrometrisinin Arkeojeofizikte Kullanımı; Bu yöntemin arkeojeofizikteki kullanımı oldukça yenidir. Özellikle sığ bir derinlikte bulunan ve yapısında kil içeren arkeolojik yapı kalıntıları gamma ışını spektrometri ölçümleri ile kolaylıkla belirlenebilmektedir. Tarih boyunca, pişmiş kil (tuğla) yapı malzemesi olarak kullanıldığı için; potasyum mineralince oldukça zengin olan kilin varlığı, kullanıldığı yapı malzemesi ile bu malzemeyi saran kumlu ortam arasında radyoelement konsantrasyon farklılığına neden olmaktadır. Gridleme yöntemi ile potasyum (%K) konsantrasyon değerlerinin kontur haritaları oluşturulmuştur. Kontur haritaları incelendiğinde düzgün geometrik şekilli olası yapı kalıntılarına ait belirtiler kolaylıkla görülebilmektedir. Özellikle, konturların sıklaştığı yani ani geçişlerin olduğu bölümler, olası arkeolojik yapı kalıntısı sınırları olarak yorumlanmış ve deneme kazıları için önerilmiştir. Arkeolojik kazıların sonucunda, önerilen yerlerdeki yapıların varlığı belirlenmiştir.

Gamma Işın Spektrometrisinin Karst Hidrojeolosinde Kullanımı; Uygun şartlar altında Radon ve mineralli suyun yeraltındaki dolaşımı ile radon ve radyum kırık ve fay zonları boyunca zenginleşebilir. Bu durum K40, U238 ve Th236 izotoplarının ortamdaki dağılımını etkilemiş ve gözlenen değerlerde artışa neden olabilmektedir. Ayrıca yapılan pek çok etüt ve jeotermal sahalarda yapılan radon gazı ölçümleri fay çizgilerini ve sıcak su çıkışlarını kesin olarak ortaya koyan anomaliler vermiştir (Aydın 1990). Sıcak su kaynakları yakınında görülen yüksek radyoaktivite anomalileri, suda eriyebilen ve eridikten sonra yeryüzüne çıkıp çökelen bir uranyum izotopu olan radyuma bağlanmaktadır. Diğer Uygulamalar; Gamma ışını spektrometrisi radyoaktif elementlerin yerkabuğunda oluşturabileceği ısının belirlenmesinde, dolayısı ile kabuktaki manto kökenli ısı akısının saptanmasında da kullanılmaktadır (İlkışık 1995). Bütün bunlara ek olarak bu yöntem tarım orman ve enerji sektörünün bazı alanlarında da uygulanmaktadır.