E.Yumurtacı, C.Harmanşah, M.M.Saç, M.İçhedef Toprakta Radon Gazı Ölçümlerinin Sürekli İzlenmesi için Sistem Tasarımı E.Yumurtacı, C.Harmanşah, M.M.Saç, M.İçhedef LÜMİ-DOZ IV Lüminesans Dozimetri Kongresi 20-22 Eylül 2010

1 2 3 4 5 Çalışmanın Amacı Çalışmalarda Kullanılan Ölçüm Sistemleri www.themegallery.com Çalışmanın Amacı 1 Dünyada ve Ülkemizde Toprakta Radon Gazı ölçümleri 2 Çalışmalarda Kullanılan Ölçüm Sistemleri 3 Geliştirilen Radon Gazı Ölçüm Sistemi 4 5 Sonuçlar ve Tartışma Company Logo

www.themegallery.com Çalışmanın Amacı Yerkabuğu hareketleri sırasında toprakta radon gazı konsantrasyonundaki değişiminin gerçek zamanlı izlenmesi için bir ölçüm sisteminin geliştirilmesi ve kullanımı. Company Logo

2 Depremin önceden tahmin edilmesi yönelik çalışmalarda, www.themegallery.com Depremin önceden tahmin edilmesi yönelik çalışmalarda, birçok yöntem birlikte ele alınarak değerlendirilmeler yapılmaktadır. 2 Bu yöntemlerden bir tanesi de topraktaki radon gazı değişimi ile deprem arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesidir. Toprakta radon gazı ölçümleri, depremlerin önceden belirlenmesi çalışmalarında önemli sayılan parametrelerden biri olarak kabul edilmektedir. kabuktaki yamulmalar, kayaçlardaki jeokimyasal değişimler, yer altı sularındaki değişimler, su kaynaklarının kuruması veya artıp azalması, manyetik, elektrik, deformasyon değişimleri, bölgedeki fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylarda meydana gelen değişiklikler, canlılardaki davranış değişiklikleri vb. sayılabilir. Company Logo

2 3 Doğal afetlerden biri olan depremin nerede, ne zaman ve www.themegallery.com Doğal afetlerden biri olan depremin nerede, ne zaman ve ne kadar büyüklükte olabileceği konusunda bilim dünyasında değişik çalışmalar sürdürülmektedir. 2 Depremlerin önceden tahmin edilmesi konusunda yapılan bilimsel çalışmaların geçmişi çok yenidir. 3 Bu konudaki çalışmalar, yirminci yüzyılın ikinci yarısından sonra gelişen modern sismoloji bilimine paralel olarak hızla artmıştır. Company Logo

www.themegallery.com Radon gazı Radon; 86 atom numarasına sahip, renksiz, kokusuz, kimyasal olarak inert bir gazdır. Rn-222 (t1/2=3,82 gün) bozunduğunda 5,49 MeV’luk alfa tanecikleri yayımlar. Rn-222 bozunduğunda, ürünleri olan Po-218 ve Po-214 de radyoaktiftir. Deprem habercilerinden biri olan radon gazının topraktaki difüzyon değişimi, fay mekanizmasına, gerilim, fayların geometrik özelliklerine, komşu bölgelerdeki göreceli harekete, depremin odak derinliğine ve büyüklüğüne bağlıdır (Güloğlu, 2007). Birçok aktif fay hattına sahip yöreler, bölgeyi çevreleyen kayalara göre genellikle yüksek miktarda geçirgen bir özelliğe sahiptir. Bu sebeple, fay hatları yeryüzüne sıvı taşınmasında öncelikli geçiş yolu sunarlar (Moussa and El Arabî, 2003). Company Logo

Dünyada ve Ülkemizde Radon Gazı ile yapılan Deprem Çalışmaları Japonya’da 1984 yılında meydana gelen ML=6.8 şiddetindeki Nagano Depremi’nden üç ay önce Atotsugawa fayında radon sayımlarının düzenli bir artışı gözlenmiş ve asıl şoktan iki hafta önce ise çok büyük değişimler kayda geçirilmiştir (Hirotaka et al., 1988). Hindistan’da 1999 yılında Chamoli depremi öncesinde topraktaki radon gazı değişiminde farklılıklar gözlemlenmiştir. (Virk et al. 2001) Kuzey Hindistan’da yapılan başka bir çalışmada ise 1997 yılında meydana gelen 5.4 büyüklüğündeki deprem öncesi yer altı su kaynaklarındaki radon gazı ölçümlerinde değişimler gözlenmiştir (Singh et al., 1999)

Dünyada ve Ülkemizde Radon Gazı ile yapılan Deprem Çalışmaları Slovenya’da yapılan bir çalışmada, ML =3.8 şiddetindeki depremden önce fark edilebilir radon değişimleri gözlenmiştir (Zmazek et al., 2002) Kumar ve arkadaşları tarafından 2008-2009 yılları arasında yapılan bir çalışmada, radon gazı konsantrasyonu değişimi ve sismik aktiviteler arasında sekiz adet pozitif korelasyon iki adet negatif korelasyon tespit edilmiştir (Kumar et al., 2009). 2000 yılından bu yana TÜBİTAK-MAM bünyesinde Marmara bölgesinde gerçek zamanlı (online) radon ölçüm çalışmaları yapmaktadır.

Dünyada ve Ülkemizde Radon Gazı ile yapılan Deprem Çalışmaları Ereeş ve arkadaşları (2005) yaptıkları çalışmada toprak gazı radonu değişimleri sintilasyon dedektörü ile doğrudan ölçerek gözlemlemişlerdir. Kolbaşı tarafından 1997 yılında İzmir fay hattında deprem tayinine yönelik radon ölçümleri yapılmıştır. Saç ve arkadaşları da 2000 yılında İzmir’de, deprem şiddeti ve topraktaki radon gazı konsantrasyonları arasındaki korelasyonu saptamaya yönelik çalışmalar yapmışlardır.

Deprem önceden tahmini çalışmaları Toprakta oluşan diğer fiziksel değişikliklerin gözlenmesi Radon anomalileri ile olası bir deprem arasında ilişkiler Farklı çevresel parametrelerin birlikte değerlendirilmesi Jeokimyasal, jeofiziksel ve hidrolojik parametreler

Kullanılan Ölçüm Sistemleri Add Your Title Nükleer iz kazıma detektörleri LR-115 Type 2 CR-39 Add Your Title Add Your Title BARASOL ve Alpha GUARD gibi radon verilerini kendi belleğinde tutabilen ölçüm sistemleri PC veya bellek elemanlarına radon verilerini aktarabilen ölçüm sistemleri

Nükleer Bilimler Enstitüsünde kullanılan sürekli radon gazı ölçüm sistemi TÜBİTAK-MAM ile ortak olarak Seferihisar bölgesinde online radon ölçüm sistemi kurulmuş ve ölçüm alınmaktadır. Sistem alfa dedektörü, kontrol ünitesi ve alınan verileri ileten bir modem biriminden oluşmaktadır. Mevcut sistem elektrik şebekesi ve olası kesilmelere karşı kullanılmak üzere güç kaynağından oluşmaktadır. Sistem, radon verileri belirli periyotlarla GSM modem üzerinden ana makineye aktarılmaktadır.

Bu sistemin fiziki yerleşimi, elektriksel kurulumu, maliyeti ve işletmesi gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu nedenler dolayı, kullanılan sisteme alternatif olabilecek daha küçük ve şebeke elektriğinden bağımsız çalışabilecek bir izleme sistemi tasarlanmıştır. Böylece fiziki yerleşimi kolay ve maliyeti ekonomik bir tasarım gerçekleştirilmiştir.

Geliştirilen Radon Gazı Ölçüm Sistemi Toprakta radon gazı ölçümlerinin sürekli izlenmesi için Ege Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü’nde geliştirilen sistem üç ana bloktan oluşmaktadır. Bunlar; silisyum detektör, veri işleme (data logger) birimi ve GSM modülüdür. Elde edilen radon verileri GSM modülü üzerinden sunucu sisteme aktarılmaktadır. Sunucu üzerinde çalıştırılan yazılım aracılığı ile radon gazı ölçüm aralığı ve sunucu sisteme aktarım süreleri de ayarlanabilmektedir.

Geliştirilen Radon Gazı Ölçüm Sistemi Geliştirilen sistemde düşük gerilimli iyon implanted silikon detektör (ORTEC U-CAM-450) kullanılmaktadır. Bu tip detektörler yüksek gerilime gereksinim duymadan +15 V ile +24 V arasında düşük gerilimle çalışmaktadırlar.

Geliştirilen sistemin şematik çizimi Geliştirilen sistemin görünümü Geliştirilen Radon Gazı Ölçüm Sistemi Geliştirilen sistemin şematik çizimi Geliştirilen sistemin görünümü

Geliştirilen Radon Gazı Ölçüm Sistemi Önyükselteç ve ana yükselteç ayrı bir alüminyum kutu içine yerleştirilerek doğrudan Si detektöre bağlanmıştır. Böylece detektör ve yükselteçlerin elektriksel ve çevresel gürültülerden minimum etkilenmesi sağlanmıştır.

Yüke duyarlı yükseltecin elektronik testleri gerçekleştirilmiştir Yüke duyarlı yükseltecin elektronik testleri gerçekleştirilmiştir. Yükselteç girişine uygulanan test sinyaline yanıtları kontrol edilmiştir. Aşağıda giriş test sinyaline karşın elde edilen çıkış sinyali görülmektedir.

Detektörün test aşamasında 5 Detektörün test aşamasında 5.4 MeV alfa parçacıkları yayan 241Am kaynağı kullanılmıştır. Alfa parçacıkları 20 mm’lik çapı olan bir delikten ve 10 ile 20 mm uzaklıklardan detektöre ulaşacak şekilde kolime edilmiştir. Mutlak sayımlar, Canberra Counter/Timer Model 1772 sayaç kullanılarak artortamın sayımlardan çıkarılması ile hesaplanmıştır. Sistemin kalibrasyonu, değişik zaman aralıklarında ve kaynağı farklı uzaklıklara yerleştirerek yapılmıştır.

241Am kaynak ile alınan sayımlar (detektör - kaynak uzaklığı: 1 cm) SONUÇLAR 241Am kaynak ile alınan sayımlar (detektör - kaynak uzaklığı: 1 cm) 241Am kaynak ile alınan sayımlar (detektör - kaynak uzaklığı: 2 cm)

SONUÇLAR 241Am kaynak ile alfa spektroskopi sistemi kullanılarak alınan sayımlar (detektör - kaynak uzaklığı : 1 cm)

SONUÇLAR

SONUÇLAR Laboratuvar ortamında, detektör sisteminin test ve kalibrasyon aşamaları tamamlanmıştır. Aşağıda 17.09.2010 tarihinde elde edilen art ortam-sıcaklık-zaman grafiği görülmektedir.

REFERANSLAR Allier, C.P., Valk, H., Huizenga, J., Bom, V.R., Hollander, R.W. and van Eijk, C.W.E., (1998), Comparative Study of Silicon Detectors, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 45, No. 3, pp: 576-580 Fleischer, R.L., 1997. Radon in earthquake prediction: radon measurements by etched track detectors: applications in radiation protection. In: Durrani, S.A., Ilic, R. (Eds.),Earth Sciences and the Environment. World Scientific, Singapore, pp. 285–299.) Kemmer, J., Burger, P., Henck, R., Heijne, E. (1982), Performance and Applications of Passivated Ion-Implanted Silicon Detectors, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-29, No. 1, pp: 733-737. Kumar, A., Singh, S., Mahajan, S., Singh, S., Dhar S., Earthquake precursory studies in Kangra valley of North West Himalayas, India, with special emphasis on radon emission Applied Radiation and Isotopes 67(2009)1904–1911) Negarestani, A., Setayeshi, S., Ghannadi-Maragheh, M., Akashe, B., 2002, Layered neural networks based analysis of radon concentration and environmental parameters in earthquake prediction, Journal of Environmental Radioactivity 62, 225-233.

REFERANSLAR Richon, P., Bernard, P., Labed, V., 2006, Results of Monitoring 222Rn in Soil Gas of the Gulf of Corinth region Greece Saç, M., Camgöz, B., 2000, Investigations of Correlations Between the Magnitude of the earthquake and Radon Concentrations in soil Gas in İzmir Fault zones, I.Eurasia Conference on Nuclear Science and its Application, (Eng. Abst. pp 315-316), İzmir-Turkey. Singh, M., Kumar, M., Jain, R.K., Chatrath, R.P., 1999, Radon in ground water related to seismic events, Radiation Measurements 30, 465-469). Virk, H.S., Walia, V., Helium/radon precursory signals of Charmoli earthquake, India, Radiation Measurements 34 379-384, 2001. Yamamoto, S., Tarutani, K., Yamasoto, K., Iskandar, D., Iida, T., (2001) Development of A Continuous Radon Concentration Monitoring System in Underground Soil, IEEE Nuclear Science Symposium Conference, Lyon, Vol. 1, pp: 6/313-6/316 vol.1. Yrchuk, S.Y., Kol’tsov, G.I., Kuts, V.A. (2000) Ion-Implanted Silicon Detectors Of Nuclear Radiation, IEEE Conference Publishing, Moscow, pp: 95-98. Zmazek, B., Todorovski, L., Dzeroski, S., Vaupotic, J., Kobal, I., 2004, Apllication of decision trees to the analysis of soil radon data for earthquake prediction, Applied Radiation and Isotopes 58, 697–706. Zmazek, B., Zivcic, M., Vaupotic, J., Bidovec, M., Poljak, M., Kobal, I., 2002, Soil radon monitoring in the Krsko Basin, Slovenia, Applied Radiation and Isotopes 56, 649-657.

Teşekürler