BÖLÜM 3 RADYASYON KAYNAKLARI DOĞAL RADYASYON KAYNAKLARI: Çevredeki doğal ortam insanın maruz kaldığı en büyük radyasyon kaynaklarını içermektedir. Karasal ve kozmik kökenli radyonüklitleri içerir. SUNİ RADYASYON KAYNAKLARI: İnsan kendi eliyle ürettiği ve kullanmak zorunda kaldığı bazı radyoaktif maddelerden ve teşhis veya tedavi amacıyla çekilen filmlerden radyasyon dozu almaktadır. İNSAN VÜCUDUNNUN MARUZ KALDIĞI İÇ VE DIŞ RADYASYON KAYNAKLARI DIŞ RADYASYON KAYNAKLARI: Toprak ve kayalarda yüksek konsantrasyonlarda bulunan 238U, 232Th ve 40K gibi karasal radyonüklitler dış radyasyon kaynaklarının en önemlilerindendir. Dünya dışındaki ortamlardan gelen kozmik ışınların atmosferdeki reaksiyonları sonucu üretilen yüksek enerjili nötronlar, protonlar, elektronlar ve müonlar da uzay orijinli dış radyasyon kaynaklarını oluşturmaktadırlar. Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

İNSAN VÜCUDUNNUN MARUZ KALDIĞI İÇ VE DIŞ RADYASYON KAYNAKLARI Yapı malzemelerinden çıkan gama ışınları da dış radyasyon kaynaklarının başında gelmektedir. İÇ RADYASYON KAYNAKLARI: 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 222Rn (radon) ve 220Rn (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. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

ÇEVRESEL RADYASYONUN DAĞILIMI Çevresel radyasyon kaynaklarının çevresel radyasyona katkıları yaklaşık % olarak aşağıdaki gibi verilebilir: Radon(%55) Karasal %8 Dahili %11 Medikal %11 Kozmik Nükleer tıp %4 Tüketici %3 Doç. Dr. Hüseyin Aytekin Bölüm 3: Radyasyon Kaynakları

BAŞLANGIÇTA VAR OLAN DOĞAL RADYONÜKLİTLER Tablo 3.1 Başlangıçta var olan radyoaktif elementler Yaygın kayaçlarda esaslı bileşen olup tek başına bulunur. Potasyum-40 (40K) Soy gaz olup 238U serisinin ürünüdür. Radon-222 (222Rn) Daha çok kireç taşında ve volkanik kayalarda bulunur ve 238U serisinin ürünüdür. Radyum-226 (226Ra) Yaygın kaya tiplerinde bulunur ve seri başı elementtir. Toryum–232 (232Th) Yaygın kaya tiplerinde tüm doğal uranyumun %99.28’i olup seri başı elementtir. Uranyum-238 (238U) Yaygın kaya tiplerinde tüm doğal uranyumun %0.72’si olup seri başı elementtir. Uranyum-235 (235U) Bulunduğu yer Radyoaktif element Yarı ömür 7.0384x108 yıl 4.46x108 yıl 1.41x1010 yıl 1620 yıl 3.82 gün 1.28x109 yıl Doç. Dr. Hüseyin Aytekin Bölüm 4. Radyasyon kaynakları

TABİATTA TEK BAŞINA BULUNAN DOĞAL RADYONÜKLİTLER Tablo 3.2 Tabiatta tek başına bulunan radyoaktif izotoplar 100 425 b - 6,7x10 10 yıl 176 Lu 2180 a 11 147 Sm 93 1390 g 7 1210 7x10 138 La 250 6,1x10 87 Rb 1460,8 90 1300 1,3x10 9 40 K Yayınlanan radyasyon Bağıl bolluk Enerji (keV) İzotop Yarı ömür Bölüm 4. Radyasyon kaynakları, Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

Uzay (kozmik) kaynaklı radyasyonlar kökenlerine göre: KOZMİK RADYASYONLAR Dünya yüzeyi var oluşundan beri sürekli kozmik radyasyonlarla bombardıman edilmektedir. 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: 1. Hapsolmuş parçacık radyasyonları 2. Solar ve galaktik ortamlardan gelen radyasyonlar olarak sınıflandırılırlar. Hapsolmuş parçacık radyasyonları, elektronlar ve protonlardan ibaret olup, dünyanın etrafında magnetik alan etkisiyle tutulurlar. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

KOZMİK RADYASYONLAR Hapsolmuş proton ve elektronlar, dünyanın etrafında bulunan radyasyon kuşaklarında bulunurlar. Kuşaklar dünya atmosferini üst üste sarmış görünümündedir. Bu kuşaklardaki elektron ve protonların enerjileri birkaç yüz MeV mertebesindedir. Galaktik ve solar radyasyonlar, büyük oranlarda protonları ve az miktarlarda da helyum ve ağır iyonları içermektedirler. Galaktik radyasyonlar, dünyaya güneş sistemi dışındaki yıldızlar arası ortamlardan, süper novalardan, dönen nötron yıldızları veya galaktik çekirdeklerden gelmektedir. Solar radyasyonlar, güneş kökenli olup enerjileri birkaç keV ile birkaç MeV arasında değişen düşük enerjili parçacıklardır. Bu ışınlara birincil ışınlar, atmosferdeki reaksiyonlar sonucu üretilen parçacıklarrdan yayınlanan ışınlara da ikincil ışınlar denir. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

KOZMİK RADYASYONLARIN DAĞILIMI Galaktik radyasyonların %87' sini fotonlar, %11' ini alfa parçacıkları, %1' ini bazı ağır çekirdekler ve %1' ini de yaklaşık 1020 eV'luk enerjiye sahip elektronlar oluşturmaktadır. Kozmik ışın parçacık enerjileri çoğunlukla 102 ile 105 MeV arasında değişmektedirler. Bu enerji aralığı, solar sistem içindeki magnetik alanların değişiminden etkilenir. Ağır iyonlar, yüksek bağıl verime ve yüksek atom numaralarına sahip oldukları için ışınlamalarda önemli yer tutarlar. Solar sistem içindeki kozmik radyasyonların şiddeti zamanla değişmektedir. Bunun sebebi gezegenler arası ortam ve güneşte meydana gelen patlamaların sebep olduğu magnetik alanlardaki karışıklıklardır. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

KOZMİK RADYASYONLARIN ETKİLEŞİMİ 1-1000 keV arasındaki enerjilerde üretilen parçacıklar atmosfere girdiklerinde atmosferde bulunan atomların çekirdekleriyle reaksiyona girerler ve ikincil radyasyonları üretirler. 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 3H, 7Be, 14C, 10Be, 22Na ve 24Na gibi kozmojenik radyonüklitler üretilirler. Bu kozmejenik radyonüklidlere ikincil radyasyonlar denir. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

KOZMİK RADYASYONLAR Tablo 3.3 Kozmojenik radyoaktif izotoplar Yarı ömür Bozunma modu 3H 12.33 yıl beta(%100) 7Be 53.29 gün EC* (%100) 10Be 1.51x106 yıl 14C 5730 yıl 22Na 2.602 yıl EC (%100) 26Al 7.4x105 yıl 32Si 172 yıl 32P 14.26 gün 33P 25.34 gün 35S 87.51 gün 36Cl 3.01x105 yıl EC(%1.9) beta(%98.1) 37Ar 35.04 gün 39Ar 269 yıl 81Kr 2.29x105 Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

TOPRAKTAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Toprakta bulunan 238U, 232Th, 40K 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 32P içermektedir) gibi bazı insan aktiviteleri de yerel olarak toprağın yüzey radyoaktivitesini artırmaktadır. 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 tabakadan kaynaklandığı biliniyor. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

TOPRAKTAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Bazı bölgelerde çok geniş alanlara yayılmış olan granit kayaları önemli miktarlarda toryum içermektedir. Yapılan radyometrik araştırmalar sonucu bu tip kayaların bulunduğu alanlarda ölçülen gama radyasyonları oldukça yüksektir. 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. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

SULARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE 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. 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. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

SULARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Akan sulardan çıkan radonun ortamdaki konsantrasyonu, atmosfere dağılırken mesafe ile logaritmik olarak azalır. Yer altı sularında suyun akışı güçlü değildir, bu sebeple bu sular içinde asılı kalan parçacıklar filtre edilebilirler. Hidrosferdeki radyonüklitlerin davranışlarındaki gözlenebilir genel özellik, radyonüklitlerin bu tabakada depolanmalarıdır. Depolanma, farklı karakteristiklere sahip suların ara yüzeylerinde, oksidasyon ve redüksiyon bölgeleri arasında ve hidrosfer ve atmosfer arasında meydana gelir. Buna örnek, 226Ra' nın çöktürülmesi verilebilir. Uranyumun organik maddeler içinde çökmesi ortamdaki konsantrasyonunun azalmasına sebep olur. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

SULARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Sıcak su kaynaklarında radyum izotoplarının tutulması, kalsiyum karbonat veya silisyum dioksit ile birlikte çökmesinden kaynaklanmaktadır. Yeraltı sularında 222Rn çok yavaş hareket eder ve atmosfere kaçması sınırlıdır. Konsantrasyonu 2-40 Bq/lt arasında değişir. 226Ra’nın yeraltı sularındaki konsantrasyonu 222Rn'den daha azdır. Bu iki radyonüklit kaya ve toprağın alt tabakalarında radyoaktif dengeye daha yakın olarak bulunurlar. Deniz sularında radyonüklitlerin konsantrasyonları oldukça düşüktür. Yani, okyanus veya deniz yüzeylerinden yayınlanan gama radyasyon oranları ihmal edilebilir seviyededirler. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

GIDALARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE 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 İnsanlar tarafından suni olarak üretilen radyonüklitler de toprak içinde doğal radyonüklitlere benzer özellikler gösterirler. Atmosferde bulunan radyoaktif maddeler, yağışlarla yere düştüklerinde bitki yaprakları tarafından da tutulurlar. Bitkilerin, hayvanlar tarafından tüketilmesiyle de bu radyoaktif maddeler dolaylı olarak insan vücuduna girerler. Bu da insan sağlığı için başka bir risk oluşturmaktadır Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

GIDALARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE 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 45Ca’i de diğer elementlerden ayırt etmeden bünyesine alır. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

GIDALARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Toprak taneciklerinin yüzeylerinde absorbe olmuş katyonlar, bitki için gerekli olan birçok besleyici maddeyi bitkiye aktarır. 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. Bitkilerdeki doğal radyonüklitler, hayvanlar vasıtasıyla da insana geçmektedir. İnek sütündeki 90Sr' nın %20 si topraktan otlar vasıtasıyla hayvana geçer. Bazı araştırmalar, 137Cs' nin bitki yüzeylerinde tutulduğunu göstermiştir. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

GIDALARDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Bazı gıdalarda ölçülmüş 226Ra ve 40K’ın aktivite konsantrasyonları tablo 3.4 da verilmiştir. Tablo 3.4 . Gıdalardaki radyoaktivite Gıda 40K (Bq/kg) 226Ra (Bq/kg) Muz 129 - Brezilya fındığı 207 37-259 Havuç 126 Patates Bira 14 Kırmızı et 111 Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

YÜZEYE YAKIN ATMOSFERDEKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE 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. 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. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

YÜZEYE YAKIN ATMOSFERDEKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE 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. 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 14C, 3He, 7Be ve 22Na gibi radyonüklitlerin üretilmesine neden olurlar. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

İNSAN VÜCUDUNDAKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE İnsan, doğal radyonüklitleri vücuduna sindirim veya solunum yoluyla alır. 40K ve 226Ra , 238U' nın bozunma ürünleri ve çok az oranlarda 14C ve 3H, bunların doğal radyonüklitlerin başında gelir. International Commision on Radiological Protection (ICRP) verilerine göre, 70 kg ağırlığında yetişkin bir insanda bulunan radyonüklitler tablo 4.7’de gösterilmiştir Tablo 3.5 Vücut içi radyoaktivite (http://www.physics.isu.edu/radinf/natural.htm) Element Vücutdaki toplam kütlesi Vücutdaki toplam aktivitesi günlük alınma miktarı Uranyum 90 µg 1.1 Bq 1.9 µg Toryum 30 µg 0.11 Bq 3 µg Potasyum-40 17 mg 4.4 kBq 0.39 mg Radyum 31 pg 2.3 pg Karbon-14 22 ng 3.7 kBq 1.8 ng Trityum 0.06 pg 23 Bq 0.003 pg Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

YAPI MATERYALLERİNDEKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Ev içi (indoor) 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 doğal radyonüklitleri bünyesinde barındırmasından kaynaklanır. Gamma radyasyonun kaynağı; uranyum, toryum ve potasyumdan ileri gelir. Alfa radyasyonun kaynağını ise, radon gazı oluşturur. Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

YAPI MATERYALLERİNDEKİ DOĞAL RADYOAKTİVİTE Tablo 3.6 Yapı materyallerindeki radyoaktivite (http://www.physics.isu.edu/radinf/natural.htm) Materyal Uranyum Toryum Potasyum mBq/g Granit 63 8 1184 Kumtaşı 6 7 414 Çimento 46 21 237 Kireçtaşı çimento 31 8.5 89 Kumtaşı çimento 11 385 Yapay alçıtaşı 186 66 5.9 Doğal alçıtaşı 15 7.4 148 Ağaç - 3330 Kil tuğla 111 44 666 Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

İNSAN KAYNAKLI RADYOAKTİVİTE İnsanlar radyoaktivitenin keşfinden bu yana çeşitli sebeplerle radyoaktiviteyi kullanmaktadır. Kullanılan radyoaktivite miktarları daha önce bahsedilen doğal kaynakların kullanımından daha azdır ve kullanılan çekirdekler daha kısa yarı ömürlü çekirdeklerdir. Tablo 3.7’de insanlar tarafından üretilen (yapay) radyonüklitler verilmiştir. Bölüm 3. radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin

İNSAN KAYNAKLI RADYOAKTİVİTE Tablo 3.7 İnsan kaynaklı radyonüklitler (http://www.physics.isu.edu/radinf/natural.htm Element Yarı ömür Kaynak 3H 12.3 yıl Silah denemeleri ve fisyon reaktörleri Silah denemeleri, fisyon reaktörleri ve triod hastalığının tedavisinde Silah denemeleri ve fisyon reaktörlerinde fisyon ürünlerinin üretimi Silah denemeleri ve fisyon reaktörlerinde fisyon ürünlerinin üretimi Tıpta tanıda kullanılan 99Mo’un bozunma ürünü 238U’in nötron bombardımanından üretilir 131I 8.04 gün 129I 1.57x107 yıl 137Cs 30.17 yıl 90Sr 28.78 yıl 99Tc 2.11x105 yıl 239Pu 2.41x104 Bölüm 4. Radyasyon kaynakları Doç. Dr. Hüseyin Aytekin