RADYOAKTİFLİK 1

1. 1903, ANTOINE HENRI BECQUEREL, PIERRE & MARIE CURIE

Becqerel, x-ışınları keşfinden etkilenerek, x-ışınları tüpünde kullanılan florasans malzemeler üzerinde araştırmalara başlamıştır. Sonunda Uranyum tuzunun fotoğraf filmini karratığını bulmuştur. Daha sonra Becqerel’in çalışmalarına devam eden Bay/Bayan Curie; Polonyum, Radyum ve Toryum’u bulmuşlardır. Ayrıca bu tür maddelerin üç tür ışıma yaptığını ve

zamanla azaldıklarını belirlemişlerdir. Yandaki fotoğrafta bu çalışmalarda kullanılan Uraninit (pitchblende) cevheri görülmektedir,  Uranyum’un birinci cevheri olup %50-80 oranında uranyum içerir. Şekilsiz bir kayaç olup, siyah, uranyum oksid’in ziftli kristal şeklidir.

Radyoaktif maddelerin bulunması sayesinde atomun yapısı ile ilgili bir çok deneyler yapılmış ve bilimde büyük ilerlemel kaydedilmiştir.

1.1. Radyoaktiflik

Atom çekirdeklerinin dıştan bir etki olmaksızın çeşitli ışımalar yaparak parçalanmasına Radyoaktiflik, bu tür elementlerede Radyoaktif elementler denir.

Mevcut radyoaktif uyarı sembolü

Yeni önerilecek olan radyoaktif uyarı sembolü

Şekil 1 Radyoaktif Uyarı Sembolleri.

En yaygın radyasyon alfa, beta ve gama radyasyonudur. Alfa taneciği helyum çekirdeğidir, beta taneciği elektrondur, gama ise

RADYOAKTİFLİK 2

elektromagnetik dalgadır. Radyoaktif bozunmanın bunlardan başka çeşitleri de vardır Aşağıdaki tabloda bozunma çeşitleri özetlenmiş, Şekil 2’de bazı radyoaktif süreçler gösterilmiştir.

RADYOAKTİFLİK 3

Bozunum modu Sürece katılan taneciklerÜrün çekirdek

Çekirdekten yayınım yoluyla bozunum

Alfa bozunumuÇekirdekten bir alfa taneciği (A = 4, Z = 2) yayınlanır

(A − 4, Z − 2)

Proton yayınımı Çekirdekten bir proton dışarı atılır (A − 1, Z − 1)

Nötron yayınımı Çekirdekten bir nötron dışarı atılır. (A − 1, Z)

Çift proton yayınımı Çekirdekten aynı anda iki tane proton dışarı atılır.(A − 2, Z − 2)

Kendiliğinden gelişen fizyon

Çekirdek 2 veya daha fazla küçük çekirdeklere ve diğer taneciklere parçalanır.

—

Cluster bozunumu Çekirdek alfa taneciğinden daha büyük veya küçük olabilen, belirli bir tipte küçük çekirdek (A1,Z1) yayınlar.

(A − A1, Z − Z1) + (A1, Z1)

Farklı beta bozunum modları

β− bozunumu Çekirdekten bir elektron ve elektron antinötrinosu yayınlanır

(A, Z + 1)

Positron yayınımı (β+ bozunumu)

Çekirdekten bir positron ve elektron antinötrinosu yayınlanır

(A, Z − 1)

Elektron YakalamasıÇekirdek bir yörüngemsi elektronu yakalar ve 1 nötrino yayınlar sonuç çekirdek uyarılmış ve kararsız durumda kalır.

(A, Z − 1)

Bound state beta bozunumu

A nucleus beta decays to electron and antineutrino, but the electron is not emitted, as it is captured into an empty K-shell;the daughter nucleus is left in an excited and unstable state. This process is suppressed except in ionized atoms that have K-shell vacancies.

(A, Z + 1)

Çift beta bozunumu Çekirdek 2 elektron ve 2 antinötrino yaynlar (A, Z + 2)

Çift elektron yakalaması Çekirdek 2 yörüngemsi elektronu soğurur ve 2 nötrino yayınlar –sonuç çekirdek uyarılmış ve kararsız durumda kalır.

(A, Z − 2)

Pozitron yayınımı ile birlikte oluşan elektron yakalaması

Çekirdek bir yörüngemsi elektronu soğurur ve 1 positron ile 2 nötrino yayınlar

(A, Z − 2)

Çift pozitron yayınımı Çekirdek 2 pozitron ve 2 nötrino yaynlar (A, Z − 2)

Aynı çekirdekte durumlar arası geçiş

Isomeric transition Uyarılmış çekirdek yüksek enerjili foton (gama) yayar (A, Z)

İçsel dönüşümUyarılmış çekirdek enerjisini yörüngemsi elektrona aktarır ve o da atomdan dışarı atılır

(A, Z)

RADYOAKTİFLİK 4

Şekil 2 Bazı Radyoaktiflik süreçleri.

RADYOAKTİFLİK 5

Nükleer kaynaklardan radyasyon tüm yönlerde eşit ve ters kare kanuna uygun olarak gerçekleşir.

Atom numarası 83-92 arasındaki elementler doğal radyoaktif elementlerdir. Bunun yanında atom numarası 83 ‘den küçük olup doğal radyoaktiflik gösteren elementler de vardır.(K, C, Rb).

Nötron sayısı

Bozunma tipi

Kararlılık kuşağı

I. bölge n/p>1

II. bölge n/p<1

III. bölge

n/p=1

Proton sayısı

Şekil 3 Durgun bir nokta yükü.

Atom numarası 1 ile 20 arasındaki elementlerde n/p oranı yaklaşık olarak 1'dir. Bu elementler kararlılık kuşağı içerisinde yer alırlar. En ağır kararlı çekirdekte (83Bi) n/p oranı 1,5 'tur. Atom numarası 83Bi'ten büyük olan çekirdeklerin tümü kararsızdır. Yani radyoaktiftir.

RADYOAKTİFLİK 6

Bilinen bütün kararlı izotopların çekirdekleri grafik üzerinde işaretlendiğinde Grafik 1.2’deki gibi bir dağılım (kuşak) ortaya çıkar. Buna kararlılık kuşağı denir. Bu bölgenin dışında kalan çekirdekler kararsız, yani radyoaktiftir. Radyoaktif çekirdekler bozunmalar sonucunda, nötron ve proton sayısını değiştirerek kararlılık kuşağına girmeye çalışırlar. Grafik 1.2 incelendiğinde; bölgede bulunan çekirdekler nötron sayısını azaltıp, proton sayısını artırarak n/p oranını 1’e yaklaştırırlar.

Bölgede bulunan çekirdekler proton sayısını azaltıp, nötron sayısını artırarak n/p oranını 1'e yaklaştırabilirler.

Atom numarası 83’en büyük olan bütün çekirdekler radyoaktif özelliğe sahiptir. Bu bölgedeki çekirdekler kararlılık kuşağına yaklaşmak için, kütle numaralarını azaltacak şekilde değişikliğe uğramalıdırlar.

Radyoaktif element atomlarının yarısının bozunması için geçen süreye Yarılanma Süresi veya Yarı Ömür denir. Yarılanma Süresi maddenin cinsine bağlı olup ayırt edici özelliktir.

Bir radyoaktif elementin kütlesi artırılırsa yaydığı ışın artar, fakat yarılanma süresi değişmez.

Radyoaktif izotopun bozunma sonucunda kalan madde ve yarılanma sayısı aşağıdaki bağıntılardan hesaplanır.

m = mo / 2n

n = t / t1/2

m = Bozunmadan kalan madde miktarımo = Başlangıçtaki madde miktarın = Yarılanma sayısıt = Yarılanmada geçen toplam süret1/2 = Yarılanma süresi

Radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınlar Geiger-Muller sayacı ile ölçülür.

Radyoaktiflik atomun çekirdeğinden kaynaklandığından atomun kimyasal durumuna (element veya bileşik olmasına) ve fiziksel

RADYOAKTİFLİK 7

hâline (katı, sıvı ve gaz olmasına) bağlı değildir. Ayrıca sıcaklık ve basınç gibi dış etkenlerden etkilenmez.

Bir atomun bazı izotopları radyoaktifken bazı izotopları radyoaktif olmayabilir.

Bir radyoaktif izotop bozunma sonucu başka bir radyoaktif izotopa dönüşür. Buda bir başkasına dönüşür. Bu işlem kararlı bir çekirdek oluncaya kadar devam eder, böylece radyoaktif bozunma serileri ortaya çıkar. Bu seriler Uranyum(U), Toryum(Th), Aktinyum(Ac) serisi olmak üzere üç türlüdür.

Nükleon başına düşen bağlanma enerjisi ne kadar büyükse çekirdek o kadar kararlıdır.

Kararlı ya da kararsız elementlerin alfa, nötron, proton gibi tanecikler ile bombardımanında oluşan yeni elementler de radyoaktiftir. Bombardıman yolu ile elde edilen radyoaktif elementlerin bu özelliğine yapay radyoaktiflik denir. 400’den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmiştir.

Yeryüzündeki tüm canlılar ve cansızlar havada, suda, toprakta, hatta kendi vücutları içerisindeki doğal radyasyon kaynakları ve bunlara ek olarak insanlar tarafından üretilen yapay radyasyon kaynaklarının her gün ışınımına maruz kalmaktadırlar.

Şekil 4 Radyasyon Kaynakları

RADYOAKTİFLİK 8

RADYOAKTİFLİK 9

Nükleon başına bağlanma enerjisi (kJ/mol)

Şekil 5 Durgun bir nokta yükü.

Bazı elementlerin nükleon başına düşen bağlanma enerjileri Grafik 1.1’de verilmiştir. Grafik 1.1’de görüldüğü gibi bağlanma enerjisi büyük olan çekirdekler kütle numarası 60 civarında olan çekirdeklerdir (56Fe ve 58Ni gibi). Demir ve nikel gibi elementler en kararlı çekirdeklere sahiptir. Bunlardan daha küçük kütleli çekirdekler birleşerek (Füzyon), daha büyük kütleli çekirdekler ise bölünerek (Fisyon) kararlı yapıya dönüşürler.

Kütle numarası

RADYOAKTİFLİK Radyasyon Birimlreri 10

1.2. Radyasyon Birimleri

Birim İng. Türkçe Tanım

ROENTGEN Röntgen

1 Röntgen (R) 0,001293 gramlık havada 1 elektrostatik birimlik iyon oluşturan X veya gama ışını miktarıdır. Radyasyonun şiddetini (intensitesini) ölçmez, sayısal olarak ölçer. Mili ve mikro alt birimleri vardır. Ayrıca maruz kalma hızı olarak belirtilen bir birim vardır ki bu örneğin 1 R/dk ise 1 dk’lık sürede oluşan iyonizasyon miktarını gösterir.

REPRoentgen equıvalent, physıcal

Röntgenin fiziksel eşdeğeri

X ya da gama ışınının 1 gram havada oluşturduğu iyonizasyona eşdeğer iyonizasyonu 1 gram dokuda oluşturan radyasyon miktarıdır.

RADRadiation absorbed dose

Absorbe edilen radyasyon dozu

Radyasyona maruz kalan 1 gram materyalde absorbe edilen 100 erglik enerjiye 1 rad denir. Herhangi bir radyasyonu ölçebilir. Radyasyonun şiddetini (intensitesini) veya sayısını ölçmez.

Gray.

1 Gray 1 kg materyal başına absorbe edilen 1 joule’lük enerjiye eşittir. 1 Gray (Gy) = 100 rad Son zamanlarda uluslar arası sisteme göre (Systeme International, SI) RAD yerine Gray birimi kullanılmaktadır

RBE

Rölatif biyolojik etkinlik

Farklı radyasyon tiplerinin farklı biyolojik ortamlarda değişik etkiler gösterdiğini belirtmek için kullanılan bir terimdir. Yani soğrulan X ya da gama ışınının, eşdeğer biyolojik etki oluşturacak başka bir soğrulan radyasyona oranını ölçer. RBE = X veya gama ışınları ile oluşturulan doz / İlgili ışın ile oluşturulacak doz (rad)

REMRoentgen equivalent, man

Röntgen eşdeğeri, insanda

REM, RAD olarak alınan dozun RBE çarpımına eşittir. X ve gama ışınları için REM ve RAD eşittir. RAD, absorbe edilen radyasyon dozu; REM, biyolojik doz birimidir.Radyasyon RBE Alfa 20 Beta 1X ve Gama 1

Sievert1 Sievert, 100 Rem’e eşittir. SI’e göre son zamanlarda REM yerine Sievert (Sv) kullanılmaktadır

CURIE (Ci)

Radyoaktivite miktarını yani bir çekirdeğin bir başka çekirdeğe bozunmasını birim zaman başına ölçer. 1 saniyede 3,7× 1010 çözünme (dizentegrasyon) gösteren radyoaktivite birimine 1 Curie (Ci) denir. SI’de Becquerel cinsinden ifade edilir. 1 saniyede 1 dizentegrasyon gösteren aktivite birimine 1 Becquerel (Bq) denir. Curie’nin mili ve mikro, Becquerel’in mega ve giga gibi birimleri vardır. 1miliCurie (mCi) = 37 megaBecquerel (MBq)

RADYOAKTİFLİK Radyasyon Birimlreri 11

1.3. Radyasyonun Maddeye Nüfuz Etmesi

Alfa taneciklerinin muazzam ve enerjik ışınıma rağmen madde ile olan güçlü etkileşimi yüzünden menzilleri kısadır.

Elektromagnetik gama ışınları kalın beton ile etkileşse bile çok büyük bir içe işleyen özelliği vardır. Elektronun beta ışınımı ise madde ile güçlü olarak etkileştiği için kısa menzili vardır.

Şekil 6

doku aliminyum Beton duvar

kurşun

RADYOAKTİFLİK Radyasyonun İnsan Üzerindeki Etkileri 12

1.4. Radyasyonun İnsan Üzerindeki Etkileri

Işımanın canlılar üzerinde iki türlü etki mekanizması vardır. Işıma enerjisinin ilk depolanması ile aniden gelişen fiziksel hasar, Işımanın yarattığı yüksek aktif kimyasalların oluşturduğu ikincil hasarlar. Yaşayan hücreler düşük seviyedeki ışımanın oluşturduğu hasarları onarma yeteneğine sahiptir, bu sayede ışıma kalıcı hasarlara neden olmaz1.

Dalgaboyu Etkisi Açıklama

AM radyo,Kısadalga radyo,Televizyon,FM radyo

Vücut bu dalgaboyunda saydamdır. Yaygın olarak TV istasyonları ve diğer iletişim sistemleri tarafından yapılan bu radyasyon vucüdumuzdan geçer gider.

Fizyolojik bir etki oluşması için radyasyon enerjisi soğrulmalıdır. Enerjinin soğrulması için radyasyonun foton enerjisi atomların elektronlarının kuantum seviye farkına uygun olmalıdır. Eğer bu frekans menzilinde foton enerjisi (hf) kuantum seviyelerine uygun değilse madde bu radyasyona karşı saydam olur.

Mikrodalga radar,Milimetre dalgaları,Telemetre

Vücut bu dalgaboyunda hemen hemen saydamdır. Çok az bir miktar soğurması molekülleri döndürür ve ısınmaya katkıda bulunur fakat sıradan ısıtmadan ayırd edilebilir bir etkisi yoktur.

KızılötesiGüçlü soğurma molekülleri titreştirir. Fizyolojik etkisi molekülleri titreştirdiği için ısınma şeklindedir.

Görünür bölgeDaha üst seviyelere elektron sıçramaları ile güçlü bir soğurma oluşur. İyonizasyon oluşmaz.

MoriötesiElektron sıçramaları ile çok güçlü bir soğurma oluşur. Deriye nufuz etmez. Yüksek frekans bölgeleri iyonizasyona neden olur

X-ışınları,Gama-ışınları

İyonize eder. Kuantum enerjisi çok yüksek olduğu için atom bunu soğuramaz ve sağlam kalır

1 Eğer hücre bu yeteneğe sahip olmasaydı evrim belki gerçekleşemezdi çünkü bizler insanlık tarihi boyunca doğal olarak maruz kaldığımız düşük seviyedeki ışımanın sayesinde evrimleştik ve geliştik.

( iyonize radyasyon)

RADYOAKTİFLİK Radyasyonun İnsan Üzerindeki Etkileri 13

1.4.1. İyonize Radyasyon ve Moleküler Düzeyde Etkileri

X ve gama ışınları, alfa, beta parçacıkları, nötronlar gibi iyonize radyasyonlar, içinden geçtikleri hücrelerde önce moleküler düzeyde değişikliğe sebep olurlar. Hücre içerisindeki molekülleri ve atomları iyonize ederek uyarırlar. İyonize radyasyon, canlılarda moleküler ve hücresel düzeylerde fiziksel, kimyasal ve biyolojik çeşitli değişikliklere yol açar. Bu değişiklikler maruz kalınan radyasyonun cinsine, miktarına ve süresine göre geçici (onarılabilen) veya kalıcı (hasara yol açıcı) tipte olabilirler. İyonize radyasyonun hücrede bol miktarda bulunan su molekülünün ayrışmasına sebep olarak serbest radikallerin oluşumuna yol açtığı düşünülmektedir.

H2O H2O+ + e- H+ + OH-

Burada oluşan hidrojen ve hidroksil grupları iyon olmayıp, kısa ömürlü ve oldukça reaktif radikallerdir. Bu radikallerin iyonizasyon sonucu kovalent bağları nedeniyle en dış elektron yörüngelerinde boşluklar vardır. Bu nedenle bu boşlukları doldurabilecek başka atomlar ararlar ve yüksek reaktiviteleri yüzünden tekrar birbirleriyle de birleşebilirler.

H+ + H+ H2

OH+ + OH+ H2O2

Bu durumda oluşan ürünler (örneğin hidrojen peroksit) çok kuvvetli oksitleyici bir ajan olarak hücre içindeki önemli moleküllerle reaksiyona girip onların yapısını ve fonksiyonunu bozarlar. Radyasyonun reaksiyona girdiği molekül tamamıyla rastlantısaldır ve herhangi bir karbonhidrat, lipit, protein, enzim veya DNA ya da RNA gibi bir nükleik asit olabilir.

Radyasyon için kritik hedefler, hücre zarı yapısında bulunan kompleks yapıdaki lipitler, metabolik olarak önemli enzimler ve nükleik asitlerdir. Bunların hasara uğraması ve fonksiyonlarının bozulması hücrenin normal fonksiyonunu yitirmesine ve ölümüne yol açabilir.

RADYOAKTİFLİK Radyasyonun İnsan Üzerindeki Etkileri 14

1.4.2.Radyasyondan Korunmanın Basit Kuralları

Zaman: Temesta olduğunuz radyasyon ile temas sürenizi azaltınız.

Mesafe: Radyasyon kaynağından uzak durunuz. Kaynaktan iki kat uzaklaşırsanız maruz kaldığınız ışın 4 kat zayıflar.

Ekranlama (Shielding): Kurşun, su veya gama ve X ışınları için beton, Beta radyasyonu için kalın plastik (lucite) kullanılır.

Koruyucu kıyafet: Bulaşmaya/kirlenmeye karşı korunmak için radyoaktif maddeyi elbiselerinize ve derinize değdirmeyiniz.

Şekil 7 Personel Radyasyon İzleme cihazları