Radyasyon, Radyasyon Birimleri ve Radyoaktivite
RADYASYON
Radyasyon, bazı insanların söylediği gibi dünyamızın gelecekteki olası enerji açığını kapatacak, yiyecek üretimimize, bulunması zor değerli minerallerin yeniden işlenip kullanılabilir hale getirilmesine, hastalıkların teşhis ve tedavisine, endüstriyel birçok alandaki faaliyetlere, ve yaşam standartlarımızın iyileştirilmesine katkıda bulunan ve daha da büyük ölçülerde bulunacak olan büyük bir enerji kaynağımıdır, yoksa başkalarının iddia ettiği gibi yaşadığımız çevreyi kirleten, insanların kanser olup ölmesine veya mutasyona uğramış çocuk doğumlarına neden olan zararlı bir güç müdür?
Radyasyon, dalga, parçacık veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjidir. Radyasyon, daima doğada var olan ve birlikte yaşadığımız bir olgudur. Radyo ve televizyon iletişimini olanaklı kılan radyodalgaları; tıpta, endüstride kullanılan x-ışınları; güneş ışınları; günlük hayatımızda alışkın olduğumuz radyasyon çeşitleridir.
Radyasyon genellikle bir atomun çekirdeğinde başlar. Atomları da, proton ve nötronların oluşturduğu bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen elektronlar oluşturur. Ağır elementler (çekirdeğinde 83 den fazla proton barındıranlar), kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma sırasında, çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere radyoaktif elementler adı verilir.
Radyoaktif elementler temel olarak Alfa, Beta ve Gama olmak üzere, 3 ana tip enerji salınımında bulunurlar. Alfa radyasyonu, (+) yüklü parçacıklardan oluşur ve bir kağıt parçası tarafından durdurulabilir. Beta radyasyonu, elektronlardan oluşur. İnce bir aliminyum levha bu elektronları durdurmak için yeterlidir. Gama radyasyonu ise ışık hızında hareket eden enerji dalgalarından oluşmaktadır.
Alfa, Beta ve Gama radyasyonu aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon olarak da adlandırılırlar. Bir başka deyişle, diğer atomların elektronlarını ayıracak yeterli enerjiye sahiptirler.
Bu tür radyasyonlara maruz kalma süresine, radyasyonun şiddetine ve maruz kalınan vücut bölgesine bağlı olarak, hücreyi parçalayabilir, zarar verebilir veya herhangi zararlı bir etkisi olmadan geçip gidebilirler. İyonlaştırıcı radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi Rem veya Sievert birimiyle ölçülmektedir. Ancak son yıllarda Rem yerine Sievert (Sv) kullanılması standart hale gelmiştir.
RADYOAKTİVİTE
Radyoaktivite doğal bir olaydır. Kararsız olan bazı atom çekirdekleri bir radyasyon salarak daha dengeli hale gelirler.
En basit çekirdek olan Hidrojen ( 1H1 ) çekirdeğinin dışındaki tüm çekirdekler nötron ve protonlardan oluşmuştur. N/Z oranı hafif izotoplarda 1 iken, periyodik çizelgenin sonundaki ağır elementlere doğru gidildikçe bu oran artmaktadır. Bu oran arttıkça çekirdeklerin artık kararlı olmadığı bir yere ulaşılır. En ağır kararlı çekirdek 83Bi207 dur. Daha ağır çekirdekler sahip oldukları fazla enerjiden dolayı kararsızdırlar. Böyle çekirdeklere radyoaktif çekirdek adı verilir. Bunlar fazla enerjilerinden radyasyon yayınlayarak kurtulmaya ve kararlı duruma geçmeye çalışırlar. Bu olaya radyoaktivite veya radyoaktif parçalanma denir. Radyoaktivite kontrol edilemeyen bir olaydır. Yavaşlatılamaz veya durdurulamaz. Zayıflayan bir tempo ile kendiliğinden tükeninceye kadar devam eder. Radyoaktivite olayı doğal ve yapay olarak iki farklı şekilde meydana gelebilir.
Doğada mevcut elementlerden bir kısmı kararsızdır ve radyoaktif ışınlar (radyasyon) salarlar. Bunlara doğal radyoaktif elementler ( U238, Ra226, vb. ), bunların radyoaktif ışın salma olayına da doğal radyoaktivite denir. Doğal radyoaktiviteye iyi bir örnek olarak Uranyum izotopunun parçalanması gösterilebilir. Doğada kararlı olarak yer alan izotoplarda yapay yolla kararsız hale getirilebilirler. Kararlı bazı elementler radyasyona maruz bırakılarak aktif hale getirilir. Aktif hale gelen çekirdek parçalanmaya uğrar. Bu olay yapay radioaktivite olarak adlandırılır.
Doz Doz, herhangi bir maddenin dahil olduğu ölçüm sistemi cinsinden belli bir zaman içerisinde kullanılan veya tüketilen belli bir miktarı demektir. Radyasyon dozu ise hedef kütle tarafından, belli bir sürede, soğurulan veya alınan radyasyon miktarıdır.
RADYASYON BİRİMLERİ
Aktivite Birimi
Özel Birim : Curie ( Ci )
SI Birimi : Becquerel ( Bq )
Curie: Saniyede 3.7x 1010 parçalanma veya bozunma gösteren maddenin aktivitesidir.
Bequerel: Saniyede 1 parçalanma yapan çekirdeğin aktivitesidir.
1 Ci = 3.7x1010 Bq
1 Bq = 2.7x10-11 Ci
Örnek: 50 Ci - Ir-192 = 50x3.7x1010 Bq = 1.85 TBq
Işınlama Birimi
Özel Birim : Röntgen ( R )
SI Birimi : Coulomb/kg ( C/kg )
Röntgen: Normal hava şartlarında havanın 1 kg’ında 2.58x10-4 C’ luk elektrik yükü değerinde pozitif ve negatif iyonlar oluşturan x ve gama ışını miktarıdır.
1 R = 2.58x10-4 C / kg
1 C/kg = 3.88x103 R
Soğurulma Doz Birimi
Özel Birim : Rad
SI Birimi : Gray ( Gy )
Rad: Işınlanan maddenin 1 kg’ına 10-4 joule’lük enerji veren radyasyon miktarıdır. Soğurulan enerji parçacık veya foton olabilir. Gray : Işınlanan maddenin 1 kg’ına 1joule’lük enerji veren radyasyon miktarıdır.
1 Rad = 0.01 Gy
1 Gy = 100 Rad
Doz Eşdeğer Birimi Özel Birim : Rem
SI Birimi: Sievert ( Sv )
Farklı tip radyasyonlardan soğurulan enerjiler eşit olsa bile biyolojik etkileri farklı olabilir.
Rem = Soğurulan Doz x Faktörler
Sievert: 1 Gray’lik x veya gamma ışını ile aynı biyolojik etkiyi meydana getiren radyasyon miktarıdır.
1 Rem = 10-2 Sv n 1Sv = 100 Rem = 1 J/kg
RADYASYON ÖLÇÜM SİSTEMLERİ
Radyasyonun varlığının anlaşılması duyu organları ile mümkün olmadığından, algılanması ve ölçümleri radyasyona hassas cihazlar ile yapılır. Radyasyonun ölçülmesinin temeli, radyasyon ile maddenin etkileşmesi esasına dayanır. Radyoaktif olarak bilinen atomların çekirdeği kararsız olduklarından radyoaktivite özelliği gösterirler. Yani kararsız çekirdekler parçalanır ve parçalanma sonucu yeni bir çekirdek ve parçalanma ürünleri meydana gelir. Atom çekirdeklerindeki bu değişiklikler sonucu radyasyon yayınlanır.
İYON ODASI DEDEKTÖRÜ
YARI İLETKEN DEDEKTÖRLER
NÖTRON DEDEKTÖRLERİ
FOTONLARIN MADDE İLE ETKİLEŞMESİ
Etkileşim tipi
Radyasyonun insan sağlığı üzerinde yaratabileceği etkiler uzun zamandır bilinmektedir.Bu etkilerin bazıları, radyasyon yanıkları, kanser ve gelecek nesillerdeki genetik bozukluklardır.Hatta, çok büyü miktarlarda radyasyon dozuna maruz kalınması halinde ani ölümlere ile rastlamak mümkündür.
Erken Etkiler
Çok büyük dozlardaki radyasyon, birkaç saat veya birkaç hafta içerisinde sağlık üzerinde zararlı etkiler yaratabilir. Bu tip etkiler, radyasyona maruz kalınmasından çok kısa bir süre sonra görüldüğü için Erken Etkiler olarak adlandırılır. Erken etkiler, öldürücü olabilen radyasyon yanıkları ve radyasyon hastalıklarıdır.
Bir veya iki gün içerisinde toplam 6 Sv doza maruz kalan gözlerde de bazı hasarlar meydana gelebilir. Bu dozda, göz lensleri berraklığını kaybeder ve bulanıklaşmaya başlar. Bu durum katarak olarak adlandırılır. Vücudun herhangi bir yerinde bir defada alınan doz miktarı 10 Sv’i aştığı takdirde, ikinci derece ısı yanıklarının sonuçlarına benzeyen ciddi doku hasarları oluşur
Ertelenmiş Etkiler
Radyasyon yanıkları ve hastalıklarına neden olacak kadar yüksek dozlardaki ışınlamalara maruz kalma olayları nadiren görülmektedir. Ülkemizde de bu güne kadar ciddi bir yaralanmayla veya ölümle sonuçlanan herhangi bir olay görülmemekle birlikte bilinçsizlik ve dikkatsizlik sonucu meydana gelen kazalarda birkaç küçük radyasyon yanığı olayı tespit edilmiştir. Ancak, bu düşük dozların etkileri yıllar sonra ortaya çıkabilir. Bu etkiler, ışınlamaya maruz kalan kişinin kansere yakalanması veya çocuklarında genetik bozukluklar şeklinde kendini gösterir.
RADYASYON
Radyasyon, bazı insanların söylediği gibi dünyamızın gelecekteki olası enerji açığını kapatacak, yiyecek üretimimize, bulunması zor değerli minerallerin yeniden işlenip kullanılabilir hale getirilmesine, hastalıkların teşhis ve tedavisine, endüstriyel birçok alandaki faaliyetlere, ve yaşam standartlarımızın iyileştirilmesine katkıda bulunan ve daha da büyük ölçülerde bulunacak olan büyük bir enerji kaynağımıdır, yoksa başkalarının iddia ettiği gibi yaşadığımız çevreyi kirleten, insanların kanser olup ölmesine veya mutasyona uğramış çocuk doğumlarına neden olan zararlı bir güç müdür?
Radyasyon, dalga, parçacık veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjidir. Radyasyon, daima doğada var olan ve birlikte yaşadığımız bir olgudur. Radyo ve televizyon iletişimini olanaklı kılan radyodalgaları; tıpta, endüstride kullanılan x-ışınları; güneş ışınları; günlük hayatımızda alışkın olduğumuz radyasyon çeşitleridir.
Radyasyon genellikle bir atomun çekirdeğinde başlar. Atomları da, proton ve nötronların oluşturduğu bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen elektronlar oluşturur. Ağır elementler (çekirdeğinde 83 den fazla proton barındıranlar), kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma sırasında, çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere radyoaktif elementler adı verilir.
Radyoaktif elementler temel olarak Alfa, Beta ve Gama olmak üzere, 3 ana tip enerji salınımında bulunurlar. Alfa radyasyonu, (+) yüklü parçacıklardan oluşur ve bir kağıt parçası tarafından durdurulabilir. Beta radyasyonu, elektronlardan oluşur. İnce bir aliminyum levha bu elektronları durdurmak için yeterlidir. Gama radyasyonu ise ışık hızında hareket eden enerji dalgalarından oluşmaktadır.
Alfa, Beta ve Gama radyasyonu aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon olarak da adlandırılırlar. Bir başka deyişle, diğer atomların elektronlarını ayıracak yeterli enerjiye sahiptirler.
Bu tür radyasyonlara maruz kalma süresine, radyasyonun şiddetine ve maruz kalınan vücut bölgesine bağlı olarak, hücreyi parçalayabilir, zarar verebilir veya herhangi zararlı bir etkisi olmadan geçip gidebilirler. İyonlaştırıcı radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi Rem veya Sievert birimiyle ölçülmektedir. Ancak son yıllarda Rem yerine Sievert (Sv) kullanılması standart hale gelmiştir.
RADYOAKTİVİTE
Radyoaktivite doğal bir olaydır. Kararsız olan bazı atom çekirdekleri bir radyasyon salarak daha dengeli hale gelirler.
En basit çekirdek olan Hidrojen ( 1H1 ) çekirdeğinin dışındaki tüm çekirdekler nötron ve protonlardan oluşmuştur. N/Z oranı hafif izotoplarda 1 iken, periyodik çizelgenin sonundaki ağır elementlere doğru gidildikçe bu oran artmaktadır. Bu oran arttıkça çekirdeklerin artık kararlı olmadığı bir yere ulaşılır. En ağır kararlı çekirdek 83Bi207 dur. Daha ağır çekirdekler sahip oldukları fazla enerjiden dolayı kararsızdırlar. Böyle çekirdeklere radyoaktif çekirdek adı verilir. Bunlar fazla enerjilerinden radyasyon yayınlayarak kurtulmaya ve kararlı duruma geçmeye çalışırlar. Bu olaya radyoaktivite veya radyoaktif parçalanma denir. Radyoaktivite kontrol edilemeyen bir olaydır. Yavaşlatılamaz veya durdurulamaz. Zayıflayan bir tempo ile kendiliğinden tükeninceye kadar devam eder. Radyoaktivite olayı doğal ve yapay olarak iki farklı şekilde meydana gelebilir.
Doğada mevcut elementlerden bir kısmı kararsızdır ve radyoaktif ışınlar (radyasyon) salarlar. Bunlara doğal radyoaktif elementler ( U238, Ra226, vb. ), bunların radyoaktif ışın salma olayına da doğal radyoaktivite denir. Doğal radyoaktiviteye iyi bir örnek olarak Uranyum izotopunun parçalanması gösterilebilir. Doğada kararlı olarak yer alan izotoplarda yapay yolla kararsız hale getirilebilirler. Kararlı bazı elementler radyasyona maruz bırakılarak aktif hale getirilir. Aktif hale gelen çekirdek parçalanmaya uğrar. Bu olay yapay radioaktivite olarak adlandırılır.
Doz Doz, herhangi bir maddenin dahil olduğu ölçüm sistemi cinsinden belli bir zaman içerisinde kullanılan veya tüketilen belli bir miktarı demektir. Radyasyon dozu ise hedef kütle tarafından, belli bir sürede, soğurulan veya alınan radyasyon miktarıdır.
RADYASYON BİRİMLERİ
Aktivite Birimi
Özel Birim : Curie ( Ci )
SI Birimi : Becquerel ( Bq )
Curie: Saniyede 3.7x 1010 parçalanma veya bozunma gösteren maddenin aktivitesidir.
Bequerel: Saniyede 1 parçalanma yapan çekirdeğin aktivitesidir.
1 Ci = 3.7x1010 Bq
1 Bq = 2.7x10-11 Ci
Örnek: 50 Ci - Ir-192 = 50x3.7x1010 Bq = 1.85 TBq
Işınlama Birimi
Özel Birim : Röntgen ( R )
SI Birimi : Coulomb/kg ( C/kg )
Röntgen: Normal hava şartlarında havanın 1 kg’ında 2.58x10-4 C’ luk elektrik yükü değerinde pozitif ve negatif iyonlar oluşturan x ve gama ışını miktarıdır.
1 R = 2.58x10-4 C / kg
1 C/kg = 3.88x103 R
Soğurulma Doz Birimi
Özel Birim : Rad
SI Birimi : Gray ( Gy )
Rad: Işınlanan maddenin 1 kg’ına 10-4 joule’lük enerji veren radyasyon miktarıdır. Soğurulan enerji parçacık veya foton olabilir. Gray : Işınlanan maddenin 1 kg’ına 1joule’lük enerji veren radyasyon miktarıdır.
1 Rad = 0.01 Gy
1 Gy = 100 Rad
Doz Eşdeğer Birimi Özel Birim : Rem
SI Birimi: Sievert ( Sv )
Farklı tip radyasyonlardan soğurulan enerjiler eşit olsa bile biyolojik etkileri farklı olabilir.
Rem = Soğurulan Doz x Faktörler
Sievert: 1 Gray’lik x veya gamma ışını ile aynı biyolojik etkiyi meydana getiren radyasyon miktarıdır.
1 Rem = 10-2 Sv n 1Sv = 100 Rem = 1 J/kg
RADYASYON ÖLÇÜM SİSTEMLERİ
Radyasyonun varlığının anlaşılması duyu organları ile mümkün olmadığından, algılanması ve ölçümleri radyasyona hassas cihazlar ile yapılır. Radyasyonun ölçülmesinin temeli, radyasyon ile maddenin etkileşmesi esasına dayanır. Radyoaktif olarak bilinen atomların çekirdeği kararsız olduklarından radyoaktivite özelliği gösterirler. Yani kararsız çekirdekler parçalanır ve parçalanma sonucu yeni bir çekirdek ve parçalanma ürünleri meydana gelir. Atom çekirdeklerindeki bu değişiklikler sonucu radyasyon yayınlanır.
İYON ODASI DEDEKTÖRÜ
- İyon odaları x, g ışınları ve b parçacıkları ölçümünde kullanılırlar.
- Alçak radyasyon şiddetine duyarlı olmamakla beraber yüksek doz şiddetlerini ölçmede son derece yararlıdır.
- Çeşitli radyasyonları ayırt etme özelliği yoktur.
- 60-300 volt’luk çalışma aralığında etkindir.
- Gaz olarak genellikle atmosfer basıncında hava kullanılır.
- Göstergeleri, genellikle C/kg.sn , (x)R/h veya (x)Sv/h
- G-M, 900-1300 V’luk çalışma aralığında etkindir.
- Bu dedektörlerle;
- Az iyonlaşma meydana getiren yüklü parçacıklar
- Düşük enerjili X ve Gama ışınları ölçülür
- Bu dedektörle parçacık enerjisinin ölçülmesi ve parçacık cinslerinin bir birinden ayrılması söz konusu değildir.
- Odanın önüne yerleştirilen bir zırh ile beta parçacıkları tutulup, yalnız gama ışınları sayılabilir.
- Çalışma voltajı orantılı bölgede olup, meydana gelen yüksek alan şiddeti ile anottaki yük miktarı, dolayısıyla voltaj pulsu büyür.Bu tip dedektörlerle;
- Düşük enerjili X ve Gama Işınları,
- İyon odasına açılan naylon veya mikalardan yapılmış ince pencere ile alfa parçacıklarının ölçümü yapılır.
- Gazın çoğaltma faktörü 105-106 ve çalışma voltaj aralığı 1500-4000 V’tur.
- Orantılı cihazların a ve b radyasyonlarını ayırt etme özelliği vardır.
- Elektrona verilen enerji onu ortamdaki yerinden koparmaya yeterli olmadığı zaman uyarılan elektron, tekrar eski haline dönerken görünür ışık yayar
- Sintilasyon fosforlarının yaydığı ışık, foto çoğaltıcı tüpler tarafından toplanarak, voltaj pulsu haline getirilir. Meydana gelen pulsun büyüklüğü radyasyonun enerjisi ile orantılıdır.
- Bu dedektörler sayım ve aynı zamanda enerji ayırımı için kullanılır..
- Alfa parçacıklarını ölçmek için gümüşle aktive edilmiş ZnS fosforu,
- Beta parçacıklarını ölçmek için naftalin ve stilben
- Düşük enerjili X ve gama ışınını ölçmek için talyumla aktive edilmiş NaI kristali kullanılır.
YARI İLETKEN DEDEKTÖRLER
- Silisyum (Si) ve Germanyum(Ge) gibi yarı iletken maddelerden yapılır.
- Bu dedektörler radyasyonun bu maddelerde oluşturduğu iyonizasyon ilkesi ile çalışırlar.
- Genellikle radyasyonun enerjisini ölçmek için kullanılırlar.
NÖTRON DEDEKTÖRLERİ
- Diğer radyasyonların ölçüldüğü sistemlerle (n,a), (n,b), (n,p) ve (n,g) reaksiyonları sonucunda oluşan ikincil iyonlayıcı ışınlar ölçülür.
- Nötron etkileşmesinden doğan izotopun kendisi radyoaktif olabileceğinden bu yöntem çoğunlukla indium, tantal ve altın plakaları bir araya getirerek kaza dozimetresinde kullanılır.
FOTONLARIN MADDE İLE ETKİLEŞMESİ
Etkileşim tipi
- Fotoelektrik etki
- Compton saçılması
- Fotoelektrik etki (soğurulma etkisi)
- Esnek olmayan saçılma : Compton etki
- Esnek saçılma : (Thompson-Rayleigh etki)
Radyasyonun insan sağlığı üzerinde yaratabileceği etkiler uzun zamandır bilinmektedir.Bu etkilerin bazıları, radyasyon yanıkları, kanser ve gelecek nesillerdeki genetik bozukluklardır.Hatta, çok büyü miktarlarda radyasyon dozuna maruz kalınması halinde ani ölümlere ile rastlamak mümkündür.
Erken Etkiler
Çok büyük dozlardaki radyasyon, birkaç saat veya birkaç hafta içerisinde sağlık üzerinde zararlı etkiler yaratabilir. Bu tip etkiler, radyasyona maruz kalınmasından çok kısa bir süre sonra görüldüğü için Erken Etkiler olarak adlandırılır. Erken etkiler, öldürücü olabilen radyasyon yanıkları ve radyasyon hastalıklarıdır.
Bir veya iki gün içerisinde toplam 6 Sv doza maruz kalan gözlerde de bazı hasarlar meydana gelebilir. Bu dozda, göz lensleri berraklığını kaybeder ve bulanıklaşmaya başlar. Bu durum katarak olarak adlandırılır. Vücudun herhangi bir yerinde bir defada alınan doz miktarı 10 Sv’i aştığı takdirde, ikinci derece ısı yanıklarının sonuçlarına benzeyen ciddi doku hasarları oluşur
Ertelenmiş Etkiler
Radyasyon yanıkları ve hastalıklarına neden olacak kadar yüksek dozlardaki ışınlamalara maruz kalma olayları nadiren görülmektedir. Ülkemizde de bu güne kadar ciddi bir yaralanmayla veya ölümle sonuçlanan herhangi bir olay görülmemekle birlikte bilinçsizlik ve dikkatsizlik sonucu meydana gelen kazalarda birkaç küçük radyasyon yanığı olayı tespit edilmiştir. Ancak, bu düşük dozların etkileri yıllar sonra ortaya çıkabilir. Bu etkiler, ışınlamaya maruz kalan kişinin kansere yakalanması veya çocuklarında genetik bozukluklar şeklinde kendini gösterir.
