ELEKTRİK ARK KAYNAKLARINDAN YAYILAN OPTİK RADYASYON DEĞERLERİNİN ANALİZİ ALİ GÜRSEL DOKTORA TEZİ METAL EĞİTİMİ

Transkript

1 ELEKTRİK ARK KAYNAKLARINDAN YAYILAN OPTİK RADYASYON DEĞERLERİNİN ANALİZİ ALİ GÜRSEL DOKTORA TEZİ METAL EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2010 ANKARA

2 Ali GÜRSEL tarafından hazırlanan ELEKTRİK ARK KAYNAKLARINDAN YAYILAN OPTİK RADYASYON DEĞERLERİNİN ANALİZİ adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Adem KURT Tez Danışmanı, Metal Eğitimi Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Metal Eğitimi Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Prof.Dr. Süleyman TEKELİ Metal Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Ünv. Prof.Dr. Adem KURT Metal Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Ünv. Prf.Dr. Mehmet TÜRKER Metal Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Ünv. Doç.Dr. Eyyup TEL Nükleer Fizik Anabilim Dalı, Gazi Ünv. Yrd.Doç.Dr. İlyas UYGUR Makina Eğitimi Anabilim Dalı, Düzce Ünv Tarih: 12/01/2010 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans / Doktora derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Ali GÜRSEL

4 iv ELEKTRİK ARK KAYNAKLARINDAN YAYILAN OPTİK RADYASYON DEĞERLERİNİN ANALİZİ (Doktora Tezi) ALİ GÜRSEL GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 2010 ÖZET Kaynak arkından yayılan radyasyon, kaynak operatörünü ve çevrede bulunan diğer çalışanları doğrudan etkilemekte; göz ve deride hasarlara sebep olmaktadır. Ark kaynaklarından 200 nm 1400 nm dalga aralığında morötesi (Ultraviyole-UV), görünür ışık, kızılötesi (Infrared-IR) bandlarında optik radyasyon yayılmaktadır. Bunlardan en etkili olanı dalga enerjisi daha yüksek olan 200 nm 400 nm dalga boyuna sahip morötesi (UV) ışınlarıdır. Kaynakçılarda cilt kanseri ve katarakt rahatsızlığı oluşma riski diğer insanlara göre daha yüksektir. Ark kaynaklarının radyasyon ürettiği bilinmesine rağmen, kaynak yöntemi, malzeme, elektrot, akım şiddeti gibi kaynak parametrelerine göre ortaya çıkan radyasyon konusunda detaylı bir çalışma mevcut değildir. Bu çalışmada, düşük karbonlu çelik, alüminyum ve paslanmaz çelik malzemelere, farklı akımlarda örtülü elektrot, MIG ve TIG kaynak yöntemleri uygulanmış, arktan yayılan radyasyon değerleri ölçülmüş ve parametrelere göre ortaya çıkan radyasyon değerleri tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, uygulanan bütün parametrelerde, yüksek derecede UV radyasyon yayıldığı tespit edilmiştir. Argon gazı koruyucu ortamında uygulanan MIG ve TIG kaynaklarından, foton yoğunluğu ve dalga boyu bakımından diğer

5 v parametrelere göre daha yüksek enerjili UV radyasyonu yayıldığı tespit edilmiştir. Bilim Kodu : Anaktar Kelimeler : Ark Kaynağı, Radyasyon, Optik Radyasyon, Morötesi (UV) Işınlar. Sayfa adedi : 148 Tez Yöneticisi : Prof.Dr. Adem KURT

6 vi ANALYSIS OF OPTICAL RADIATION EMITTED FROM ELECTRIC ARC WELDING (Ph.D Thesis) Ali GÜRSEL GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2010 ABSTRACT Radiation from welding arc has a direct and adverse effect such as eye and skin damages on the operator and other nearby workers. This is due to the fact that arc welding produces optical radiation between 200 nm 1400 nm wavelength band as UV, visible light and IR. With its 200 nm 400 nm wavelength, UV radiation is the most effectual one among the others. Therefore, welders exposed to these, have a higher risk to develop skin cancer and cataract damages than others. Although, it is known that welding arc produces radiation, there is no sufficient study made in detail about radiation from welding parameters, such as welding techniques, materials, arc electrical currents etc. In this work, on low carbon steel, aluminum and stainless steel materials were welded by covered electrode, MIG and TIG welding techniques at different electrical current values and the radiation from arcs were measured than the results were evaluated. It was seen that high quantity UV exposures in all parameters were observed. It was seen that UV radiation with higher photon and wavelength energy, spreaded form MIG and TIG welding techniques, under the protection of argon gas atmosphere.

7 vii Science Code : Key Words : Arc Welding, Radiation, Optical Radiation, Ultraviolet (UV). Page Number : 148 Adviser : Prof.Dr. Adem KURT

8 viii TEŞEKKÜR Bu orijinal tez konusunu bana öneren, uzun ve meşakkatli yılların sonunda bu çalışmayı tamamlamamda sabır ve desteklerini esirgemeyen değerli hocam Prof Dr. Adem KURT başta olmak üzere, Tez İzleme Komitesi üyeleri Prof Dr. Mehmet TÜRKER ve Yrd.Doç.Dr. İlyas UGUR hocalarıma, katkılarından dolayı Doç.Dr. Eyyup TEL beye, Prof.Dr. Süleyman TEKELİ ve Yrd.Doç.Dr. Behçet GÜLENÇ hocalarım başta olmak üzere GÜTEF Metal Eğitimi Bölümü nde görev yapan bütün hocalarıma ve arkadaşlarıma, deneysel çalışmaları atelyelerinde gerçekleştirdiğim New York Brooklyn de faaliyet gösteren Anatolian Iron Work yönetici ve çalışanlarına, ölçüm ve analizleri birlikte gerçekleştirdiğimiz ATECH analiz firması adına John S. GETHNER beye, bu süreçte yardımlarını esirgemeyen isimlerini sayamadığım bütün dostlarıma ve sabrıyla bana tahammül eden sevgili eşime, sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum. Zamanlarından çaldığım oğullarım Mehmet Alp ve Ersagun a,

9 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Uluslararası Birimler Sistemi nin (SI)- radyasyonla iligili birimleri Çizelge 2.2. Uluslararası Birimler Sistemi nin (SI) kabul ettiği diğer birimler Çizelge 2.3. Işığın karekterini destekleyen fiziksel olaylar Çizelge 3.1. UV radyasyon yayan elektrik ark kaynağı işlemleri Çizelge 3.2. Başlıca UV radyasyon absorbe eden organik yapılar Çizelge 5.1. Dalga boylarına göre maddelerin absorbe ettiği ve görüldüğü renk Çizelge 6.1. Malzemeye göre ölçülen radyant enerji dğerleri Çizelge 6.2. Kaynak yöntemine göre ölçülen radyant enerji değerleri Çizelge 7.1. UME Elektromanyetik Radyasyon Laboratuvarı ölçüm kabiliyetleri Çizelge 7.2. UME Optik Grubu Laboratuvarı ölçüm büyüklükleri Çizelge 8.1. A36 (ATSM) düşük karbonlu çelik malzeme Çizelge 8.2. T6061 alüminyum malzeme Çizelge 8.3. SS304 paslanmaz çelik malzeme Çizelge 8.4. Deney parametreleri Çizelge 8.5. ZEISS MCS 501 UV-NIR tipi spektrometrenin teknik özellileri... 80

10 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Eloktromanyetik spektrum (Tayf)... 4 Şekil 2.2. Işığın kırılma ve yansıma açısı Şekil 2.3. Işığın polarizasyonu Şekil 3.1. UV radyasyonun sebep olduğu DNA hasarlarının iki mekanizması Şekil 3.2. İzopren absorpsiyon değerleri Şekil 3.3. UV-B ışınlarına maruz kalmanın bağışıklık sistemine baskısı Şekil 3.4. Dalga boylarına S(λ) göre UV radyasyon hasar oranı fonksiyonu Şekil 3.5. UV ışınlarının DNA bozunumuna etkisi Şekil 5.1. Elektron saçılması Şekil 5.2. İyon odası dedektörü Şekil 5.3. Geiger-Müller dedektörü Şekil 5.4. Sintilasyon dedektörleri Şekil 5.5. Yarı iletken dedektörler Şekil 5.6. Basit bir manyetik spektrometre Şekil 5.7. Elektronlar için tasarlanmış manyetik mercek spektrometresi Şekil 5.8. Spektrofotometrenin çalışma prensibi Şekil 6.1. Argon koruyucu gaz altında yapılan TIG kaynağından yayılan elektromanyetik ışınlar [41] Şekil 9.1. A36 çelik malzemeye 25 V ve 170 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.2. A36 çelik malzemeye 27 V ve 140 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.3. A36 çelik malzemeye 27 V ve 170 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri... 88

11 xi Şekil Sayfa Şekil 9.4. A36 çelik malzemeye 29 V ve 140 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.5. A36 çelik malzemeye 90 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.6. A36 çelik malzemeye 105 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.7. A36 çelik malzemeye 120 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.8. A36 çelik malzemeye 135 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil 9.9. A36 çelik malzemeye 180 A akımla uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil A36 çelik malzemeye 200 A akımla uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil A36 çelik malzemeye 220 A akımla uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil A36 düşük karbonlu çelik mazemeye 170 A akım ile 27 V ve 25 V gerilimle uygulanan MIG kaynak tekniğinden elde edilen verilerin karşılaştırılması Şekil A36 düşük karbonlu çelik mazemeye 140 A akım ile 29 V ve 27 V gerilimle uygulanan MIG kaynak tekniğinden elde edilen verilerin karşılaştırılması Şekil A36 düşük karbonlu çelik mazemeye 140 A 170 A akım ve 27 V gerilimle uygulanan MIG kaynak tekniğinden elde edilen veriler karşılaştırılması Şekil A36 düşük karbonlu çelik mazemeye 90 A 120 A akım uygulanan örtülü kaynak yönteminden elde edilen veriler karşılaştırılması Şekil A36 düşük karbonlu çelik mazemeye 220 A 200 A akımla uygulanan TIG kaynak yönteminden elde edilen veriler karşılaştırılmıştır Şekil T6061 alüminyum malzemeye 20V ve 140A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri

12 xii Şekil Sayfa Şekil T6061 alüminyum malzemeye 150 A doğru akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil T6061 alüminyum malzemeye 175 A doğru akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil T6061 alüminyum malzemeye 200 A doğru akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil T6061 alüminyum malzemeye 200 A akımla uygulanan TIG radyasyon değerleri Şekil T6061 alüminyum malzemeye 220 A akımla uygulanan TIG radyasyon değerleri Şekil T6061 alüminyum malzemeye 150 A ve 200 A doğru akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağından alınan radyasyon değerlerin karşılaştırması 108 Şekil T6061 alüminyum malzemeye 200 A 220 A akımla uygulanan TIG kaynağından alınan radyasyon değerlerin karşılaştırması Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 25 V ve 140 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 27 V ve 140 A akımla uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 90 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 105 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 120 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 135 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 170 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 200 A akımla uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri

13 xiii Şekil Sayfa Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 200 A akımla uygulanan TIG kaynağından 2 m mesafede alınan radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 220 A akımla uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 140 A akımla 25 V 27 V voltajla uygulanan MIG kaynağından alınan radyasyon değerlerinin karşılaştırması Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 170 A ve 120 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağından alınan radyasyon değerlerinin karşılaştırması Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 135 A ve 90 A akımla uygulanan örtülü elektrot kaynağından alınan radyasyon değerlerinin karşılaştırması Şekil SS304 paslanmaz çelik malzemeye 200 A akımla uygulanan TIG kaynağı arkına 1m ve 2m mesafeden ölçülen radyasyon değerleri Şekil A36 düşük karbonlu çelik T6061 alüminyum ve SS304 paslanmaz çelik malzemeye uygulanan MIG kaynağı radyasyon değerleri Şekil A36 düşük karbonlu çelik T6061 alüminyum ve SS304 paslanmaz çelik malzemeye uygulanan örtülü elektrot kaynağı radyasyon değerleri Şekil A36 düşük karbonlu çelik T6061 alüminyum ve SS304 paslanmaz çelik malzemeye uygulanan TIG kaynağı radyasyon değerleri

14 xiv RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 8.1. Deney çalışmlarından bir görünüm Resim 8.2. Deney çalışmalarından görünüm Resim 8.3. ZEISS MCS 501 UV-NIR spektrometre ve deney tertibatı Resim 8.4. Paslanmaz çelik TIG kaynağı radyasyon değerleri... 83

15 xv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama Bq C cd Ci μ λ ƒ Gy Hz lm nm Sv Rad Rd Rem Becquerel Coulomb Kandela Curie Mikrometre Dalga boyu Frekans Gray Hertz Lumen Nanometre Sievert Soğurulan doz Rutherford Doz eşdeğer birimi Kısaltmalar Açıklama ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists ATSM American Society for Testing and Materials ASDA Açık Saha Deney Alanı CA Chromosomal Aberration CIE Commission Internationale de l Eclairage

16 xvi CENELEC European Committee for Elektrotechnical Standardization ELF Extremely Low Frequency EMC Electromagnetic Compability EM Elektromanyetik HID High Intensity Discharge ICNIRP International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection ILO International Labour Organization IRPA International Radiation Protection Association IRCP International Comission on Radiological Protection INIRC International Non-Ionizing Radiation Committee MIG Metal Inert Gas NIR Non-Ionizing Radiation NSA Normalize Saha Deney Alanı PAW Plasma Arc Welding PR Photo Reaction RF Radyo Frekansı RBE Relatif Biyolojik Etki SI International System of Units TIG Tungsten Inert Gas UME Ulusal Metroloji Enstitüsü WHO World Health Organization

17 xvii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ... x RESİMLERİN LİSTESİ... xiv SİMGELER VE KISALTMALAR... xv İÇİNDEKİLER... xvii 1. GİRİŞ RADYASYON Radyasyon Çeşitleri Radyasyon Birimleri Aktivite birimleri Işınlama birimleri Soğurulma doz birimi Doz eşdeğer birimi Ölçüm birimleri: Işık Işıkta ikilem: Işığın dalga karekteri: Işık akısı: UV RADYASYON... 19

18 xviii Sayfa 3.1. UV Radyasyonun Canlılar Üzerindeki Etkileri Çevresel Etkileri İnsanlar Üzerindeki Etkileri İnsan Vücudunun İyonlaştırmayan Radyasyon Açısından Biyolojik Yapısı Biyolojik dokuların elektriksel özellikleri Optik frekanslarda dokuların elektriksel özellikleri KAYNAKTA ORTAYA ÇIKAN RADYASYON ÇEŞİTLERİ VE ETKİLERİ Ark Kaynaklarından Yayılan Radyasyon ve Etkileri Kaynakta Ortaya Çıkan Radyasyon Tipleri İyonize radyasyon İyonize olmayan radyasyon RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ İyon Odası Dedektörü Geiger-Müller Dedektörü Orantılı Sayaçlar Sintilasyon Detektörleri (Pırıldama) Yarı İletken Dedektörler Nötron Dedektörleri Dozimetreler Radyometreler Spektro-Radyometreler Spektrometreler Spektrometri... 45

19 xix Sayfa Kolorimetreler Fotometreler Spektro-fotometreler KAYLAKLI BİRLEŞTİRMELER Kaynağın Fiziği Kaynak Enerjisi Kaynak Çeşitleri Ark Mekanizması Plazma Sıcaklık Radyasyon RADYASYON GÜVENLİĞİ İLE İLGİLİ KURULUŞLARveFAALİYETLERİ Ülkemizde Radyasyon Ölçümü ve Alınan Önlemler Türkiye Atom Enerjisi Kurumu TAEK Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu - TÜBİTAK Çevre ve Orman Bakanlığı Sağlık Bakanlığı Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı DENEYSEL ÇALIŞMALAR Malzeme ve Metod SONUÇLAR VE TARTIŞMA A36 Düşük Karbonlu Çelik: MIG kaynak yöntemi... 84

20 xx Sayfa Örtülü elektrot kaynak yöntemi TIG kaynak yöntemi A36 düşük karbonlu çelik kaynak parametrelerinin karşılaştırılması Alüminyum (T6061) MIG kaynak yöntemi: Örtülü elektrot kaynak yöntemi TIG kaynak yöntemi: T6061 alüminyum kaynak parametrelerinin karşılaştırılması SS304 Paslanmaz Çelik MIG kaynak yöntemi: Örtülü elektrot kaynak yöntemi TIG kaynak yöntemi SS304 paslanmaz çelik kaynak parametrelerinin karşılaştırılması Malzeme Türü ve Kaynak Yöntemlerine Göre Karşılaştırmalar SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ

21 1 1. GİRİŞ Günümüz endüstrisinde kaynaklı birleştirmeler, en yaygın birleştirme tekniklerini oluşturmaktadır. Bindiğimiz otomobillerden, otobüs, tren uçak gibi hayatımızı kolaylaştıran araçlardan tutun da evlerdeki kalorifer kazanlarına, mutfakta ve araçlarda kullanılan LPG tüplerine, doğalgaz ve petrol borularına, basınçlı kaplara kadar çok geniş bir alanda kaynak kullanılmaktadır. ABD de milli büyümenin %50 den fazlasını kaynaklı imalat sektörünün oluşturduğu bilinmektedir. Bu belki abartılı gibi gelebilir ancak, bilgisayarlardan uçaklara kadar tüm teknolojik araçların mali portresi çıkarıldığında gerçekçi bir pay olduğu görülecektir. Günümüzde sürekli yeni teknolojik malzemeler geliştirilmekte ve geliştirilen her teknolojik malzeme kaynaklanabilirliği oranında kullanım alanına sahip olmaktadır [1]. Kaynak hayatımızın her alanında var olduğu ve endüstride yaygın olduğu kadar, bu sektörde çalışan iş gücü sayısı bakımından da önemli düzeydedir. Bugün ülkemiz, metal ve kaynaklı imalat sektöründe çalışan sayısı yaklaşık dir. Bu rakam 50 nin üzerinde çalışana sahip metal sektörüne aittir. 50 kişinin altında işçi çalıştıran iş yerlerinde çalışanlar bu sayıya dâhil değildir [1]. Ark kaynaklarında 200 nm nm aralığında ışın üretilmekte ve bunun 200 nm 400 nm aralığındaki değerleri UV ışınları olarak ortaya çıkmaktadır. UV ışınlarının da kanser riskini artırdığı bilinen bir gerçektir [2]. Kaynak sektörününün ülkemiz sanayindeki payının bu oranda büyük olmasına, aynı oranda çalışan barındırmasına ve kaynağın, çalışanların sağlığını olumsuz yönde etkileme riskinin yüksek olduğu bilinmesine rağmen, kaynak konusunda yöntem, malzeme akım vb. parametrelerde bu güne kadar detaylı bir araştırma yapılmamıştır. Günümüzde hangi radyasyon türünün ne tür rahatsızlıklara sebebiyet verdiği üzerinde çok kapsamlı araştırmalar yapılmıştır ve radyasyonun insan ve çevre üzerindeki etkileri genel olarak bilinmektedir. Ancak, literatürde kaynaklı

22 2 birleştirmelerdeki radyasyon konusunda malesef yeterince çalışmaya rastlanmamaktadır. Teknolojik gelişmeler doğrultusunda sürekli yeni radyasyon kaynakları ortaya çıkmaktadır. Bu yeni radyasyon kaynaklarının risk değerleri konusundaki araştırmalar, ne yazık ki insan ve çevre sağlığının olumsuz etkilendiği vakalar neticesinde gerçekleştirilmektedir. Bugüne kadar yapılan araştırmalar, genel bir ölçüm, değerlendirme veya karşılaştırmadan ziyade, doğal veya diğer yollarla oluşan radyasyon türlerinin sebep olduğu sağlık problemlerine yönelik olmuştur. Teknolojik gelişmeler paralelinde yeni radyasyon kaynakları oluşmakta ve bu konuda araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Ark kaynaklarında ortaya çıkan ışınlar ve radyasyon konularında yeterince araştırma yapılmamış olması, kaynak parametrelerine göre ne miktarda ışın ve radyasyon ortaya çıktığının bilinmesi, çevre ve insan sağlığı açısından gerekli tedbirlerin alınmasında yol gösterici olacaktır. Uygulanacak kaynak işlemlerinde, kaynak parametrelerinin belirlenmesine katkıda bulunacaktır. Kaynak yöntemi, akım şiddeti, malzeme cinsi vb. parametrelere göre oluşan radyasyon değerlerinin bilinmesi, oluşan radyasyon enerjisinin etkilerine karşı insan ve çevre sağlığının korunmasına, koruyucu önlemler geliştirilmesine, üretim alanında uygulanacak tedbirlerde, ilgili kurumlarca yapılabilecek mevzuat düzenlemelerine ışık tutacaktır.

23 3 2. RADYASYON Radyasyon, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji emisyonu (yayımı) ya da aktarımıdır. Bilindiği gibi maddenin temel yapısını atomlar meydana getirir. Atom ise, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdek ile bunun çevresinde dönmekte olan elektronlardan oluşmaktadır [3] Radyasyon Çeşitleri Herhangi bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre çok fazla ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde alfa, beta ve gama gibi ışınlar saçarak parçalanan maddelere "radyoaktif madde" adı verilmektedir [3]. Radyoaktif maddelerden yayılan alfa ve beta radyasyonları yüklü parçacık biçiminde, gama ise elektromanyatik radyasyon olarak yayılır. Yüklü parçacık taşımayan radyoaktif gama ışınları ile X ışınları, morötesi (ultraviyole-uv) ışınlar, görülebilen ışınlar, kızılötesi (infrared-ir) ışınlar, mikro dalgalar, radyo dalgaları ve manyetik alanlar, elektromanyetik spektrumun parçalarıdır. Elektromanyetik radyasyon tipleri, frekans ve dalga boyları ile tanımlanır. Çok yüksek frekanslarla yayılan UV ve X ışınları, kimyasal bağları kırabilecek enerjiye sahiptir. Bu bağların kırılması iyonlaşma diye tanımlanır. Bu özelliği olmayan düşük enerjili radyasyon türü de iyonlaştırıcı olmayan radyasyon olarak adlandırılır [3]. İyonlaşabilen elektromanyetik radyasyonlar, hücrenin genetik materyali olan DNA'yı parçalayabilecek kadar enerji taşıyarak DNA'nın zarar görmesine ve hücre ölümlerine sebep olabilir. Zarar gören doku ve DNA'da meydana gelen zedelenme, kansere yol açabilecek kalıcı değişikliklere sebep olabibilir [3]. Radyasyon, iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan ya da yüklü parçacık (parçacık

24 4 etkili) ve elektromanyetik radyasyon şeklinde sınıflandırılabilir. Alfa, beta, gama ve X ışınları ile yüksek enerjili UV ışınları iyonlaştırıcı etki göstermektedirler. Alfa ve beta radyasyonu yüklü parçacık biçiminde yayılan radyasyon tipidir. Gama, X ve UV ışınları elektromanyetik spektrumun yüksek frekanslı ve yüksek enerjili iyonize radyasyon yayan kısmında; görünür ışık, IR, mikrodalgalar ve radyo dalgaları ise iyonize olmayan düşük frekanslı ve düşük enerjili kısmında yer alır (Şekil 1.). İyonlaştırıcı olmayan radyasyon (NIR) elektrik ve manyetik alanlar, elektromanyetik alanlar, GHz frekans aralığındaki radyasyon tipleri, optik radyasyon (UV, görünür ışık, IR) ve ultrasondan (16kHz üzerindeki frekanslar) oluşur [4]. Optik radyasyon; görülebilir ışık düzeyinde veya yakın dalga aralıklarında yayılan radyasyon biçimidir. Elektromanyetik radyasyonun 100 nm-1 mm dalga boyu aralığına tekabül eder. UV ışınlar (100 nm-400 nm), görünür ışık (400 nm-760 nm), IR ışınlar (760 nm-1 mm) bu kategoridedir ve optik radyasyon olarak anılır [4]. Elektromanyetik Spektrum: Parçacık etkisi olmadan sadece enerji (elektron/foton) biçiminde yayılan elektromagnetik radyasyon tipleri, X ve gama (γ), UV, IR, mikro daga ışınlarının ve görülebilir ışığın da bulunduğu radyasyonlar, dalga boyları ve frekanslarına göre bir elektromanyetik radyasyon spekturumu oluştururlar (Şekil 2.1.) [5]. (UV) (IR) Şekil 2.1. Eloktromanyetik spektrum (Tayf) [5] Bu spektrumun bir ucunda dalga boyları en büyük, enerjileri ve frekansları ise en

25 5 küçük olan radyo dalgaları bulunur. Diğer ucunda ise dalga boyları çok küçük, fakat enerji ve frekansları büyük olan X ve γ ışınları bulunur. Bir elementin en küçük birimi nasıl atomsa, elektromanyetik radyasyonların da en küçük birimi fotondur. Fotonların kütleleri yoktur ve boşlukta ışık hızında enerji paketleri şeklinde yayılırlar. Kuantum olarak da adlandırılırlar. Görülebilir ışık için geçerli olan bütün fizik kuralları tüm elektromanyetik radyasyonlar için de geçerlidir. Elektromanyetik radyasyonların ortak özellikleri şunlardır; 1- Boşlukta düz bir çizgi boyunca yayılırlar 2- Hızları ışık hızına (yaklaşık km/sn) eşittir 3- Geçtikleri ortama; frekanslarıyla doğru orantılı, dalga boylarıyla ters orantılı olmak üzere enerji aktarırlar 4- Enerjileri; maddeyi geçerken, absorbsiyon ve saçılma nedeniyle azalır, boşlukta ise uzaklığın karesiyle ters orantılı olrak azalır. Elektromanyetik radyasyonlar, sinüsoidal yayılım yaparlar. Sinüsoidal yayılımı anlayabilmek için, dalga modelini incelemek gerekir. Elektromanyetik dalgaların elektriksel ve manyetik güçleri birbirine dik ve eş zamanlı olarak salınım yaparlar. Sinüsoidal yayılımdaki hız, frekans ve dalga boyu parametreleri fotonun yayılımını açıklamaktadır. Dalga yüksekliğinin (amplitüd) burada diğer parametrelerle bir ilişkisi yoktur. Hız; dalga boyu (λ) ile frekansın (f) çarpımına eşittir. Elekromanyetik radyasyonların hızları, ışık hızına eşittir. Bu nedenle formül "c" (ışık hızı) ile gösterilmektedir. c = λ ƒ (2.1)

26 6 Nokta ışık kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak azalır. Işığın yayılım alanına dikey birim alandan birim sürede geçen enerji miktarına intensite adı verilir. I 1 / I 2 = ( d 1 / d 2 ) 2 (2.2) Fotonlar ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekansları ile doğru orantılıdır. Enerjileri; E = h.ƒ (2.3) denklemiyle gösterilebilir. Burada E; fotonun enerjisi, h; Planck sabiti, f; frekansı gösterir. Bu denklem daha önce verilen c = λ x f denklemiyle birleştirilirse Eş 2.4 elde edilir. E = h.c / λ (2.4) Tanısal amaçlı X ışını fotonlarının enerjileri 100 kev, dalga boyları 10-2 nm. frekansları 1019 Hz civarındadır. Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler. Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları, radyo antenleriyle alınabilir. Mikrodalgaların dalga boyları santimetrelerle belirtilir. Görülebilir ışığın dalga boyu, görme hücrelerini (rod ve cone) etkileyecek boyuttadır. UV ve X ışınları ise atom ve atomaltı (subatomic) parçacıklarla etkileşir. Elektromanyetik spekturumun algılayabileceğimiz bölümü olan görülebilir ışık, spektrumun çok dar bir bölümünü oluşturur. Görülebilir ışığın, bir uçta kısa uzun dalga boyu olan kırmızı radyasyona uzanan bir renk spektrumu vardır. Elektromanyetik spektrumda görülebilir ışığa yakın yerleşen morötesi ve kızılötesi radyasyonlar insan gözüyle görülmezler fakat fotografik emülsiyon ve benzeri diğer yöntemlerle saptanabilirler.

27 7 Görülebilir ışığın madde ile etkileşimi X ışınlarından farklıdır. Görülebilir ışık fotonu maddeye çarptığında madde uyarılır ve foton, maddenin moleküler yapısına göre değişen diğer bir ışık fotonu şeklinde yansıtılır. Bir madde, günışığında eğer kırmızı görülüyorsa, bu madde gün ışığındaki kırmızı dışında tüm görülebilir ışık fotonlarını absorbe eder, yalınca uzun dalga boylu olan kırmızı ışığı tekrar yayar. Görülebilir ışığın ve dolayısıyla elektromanyetik radyasyonların birçok özellikleri, yukarıda da belirtildiği gibi dalga modeliyle açıklanabilmiştir. Yapay dalgalarla yapılan deneylerde elektromanyetik radyasyonların; yansıma (refleksiyon), emilim (absorbsiyon) ve maddeyi geçebilme (transmisyon) gibi özellikleri gösterilebilmektedir. Görülebilir ışığı geçiren maddeler saydam transparent, yarı geçirgen maddeler translusent, geçirmeyen maddeler ise opak olarak adlandırılır. Radyoloji pratiğinde kullanılan tanısal amaçlı X-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) radyoopak tır Radyasyon Birimleri Radyasyon birimleri, birim zamanda parçalanma sayısı (parçalanma/zaman) cinsinden tanımlanır [6] Aktivite birimleri Eski bir radyasyon birimi olan Cruie (Ci) 3, parçalanma veya bozunma gösteren maddenin aktivitesi olarak tanımlanır. Cruie (Ci) büyük bir aktivite olduğundan askatları olan, 1 m Ci = Ci

28 8 1 μ Ci = Ci kullanılır. SI birim sisteminde, bir radyoaktif çekirdeğin aktivite birimi olan Becquerel (Bq), bir saniyede bir parçalanma yapan çekirdeğin aktivitesi olarak tanımlanır, 1 Bq = 2, Ci = 1 parçalanma / saniye (s) Radyoaktivitede kullanılan diğer bir birim de Rutherford (Rd) olup, 1 Rd = 10 6 parçalanma / saniye (s) olarak taımlanır [6] Işınlama birimleri 1937 yılında ışınlama birimi olan Röntgen (R), gama ışınlarını da kapsayacak şekilde tanımlanmıştır. Röntgen (R), 0 C ve 760 mm civa basıncında, kuru havanın 1kg ında 2, coulomb (C) luk elektrik yükü değerinde pozitif ve negatif iyonlar meydana getiren gamma veya X ışını miktarı olarak tanımlanır. SI birim sisteminde ışınlama birimi (C/kg) dır. Buna göre 1 (C/kg), 0 C de 760 mm Hg basıncında kuru havanın 1 kg ında 1 C luk elektrik yükü değerinde pozitif ve negatif iyonlar meydana getiren gamma veya X ışınımı miktarı olarak tanımlanır. O halde, 1 C/kg = 3, R 1 R = 2, C/kg olur [6] Soğurulma doz birimi Radyoaktif çekirdekten çıkan alfa, beta ve nötron gibi parçacıkların geçtikleri ortama

29 9 gama ve X ışınları gibi enerji aktarırlar. Enerji soğuran maddenin birim kütlesinde soğurulan enerji için çeşitli birimler bulunmaktadır. Bu birimlerden rad, maddenin 1 kg ına 10-2 enerji veren ışıma miktarı olarak tanımlanır. SI, birim sistemlerinde kullanılan Gray (Gy) ise, maddeye 1 Joule lik enerji veren ışıma miktarı olarak tanımlanır [6]. 1 rad = 10-2 J/kg 1 Gy = 1 J/kg = 10 2 rad olur. Ayrıca 1 rad = 1 R dir Doz eşdeğer birimi Radyasyonun biyolojik sistemler üzerinde meydana getireceği hasar yalnızca doz miktarına bağlı değildir. İki ayrı radyasyon kaynağından soğurulan enerjiler aynı olsa bile, enerji soğuran biyolojik sistem üzerinde bu ışınların etkileri farklı olmaktadır. Bu yüzden biyolojik etkiyi de göz önüne alacak birimlere ihtiyaç duyulur. Bunlardan rem, 1 R lık ışımanın meydana getirdiği hasara eşdeğer etkiyi oluşturan ışıma olarak tanımlanır. Bu birim soğurulan doz ve biyolojik etki göz önüne alınarak bulunur [6]: Biyolojik veya eşdeğer doz ünitesi olarak J/kg kabul edilmiştir. J/kg 1974 yılında IRCP, yani Uluslararası Radyasyon Korunma Komisyonu bunun sievert (Sv) olarak adlandırılmasını önermiştir. 1 sievert, 100 rem e eşitir (1 Sv = 100 rem). Doz eşdeğer birimi (rem) = soğurulan doz (rad) x relatif biyolojik etki (2.5) olur. Burada relatif biyolojik etki (RBE), ışımanın neden olduğu iyonizasyona bağlıdır. İyonizasyon büyüdükçe, RBE de büyür. Belli bir radyasyon türü için verilen RBE değerleri dokudan dokuya değişiklik göstermektedir. Son zamanlarda rad sayısını rem sayısına dönüştürme faktörü olarak

30 10 RBE yerine QF (kalite faktörü) kullanılmaktadır [6]. İki farklı radyasyonun belli bir radyasyon dozu aynı etkiyi oluşturuyorsa, kalite faktörü (QF) aynıdır. QF değerleri hayvan deneylerinde doğrusal enerji transferlerinin değerleri ölçülerek saptanmaktadır. Dahili ışınlamada (radyoniklüdlerin organizmaya alınması halinde) radyoaktivitenin vücut içerisinde dağılımı homojen olmadığından rem cinsinden radyasyon korunma dozu hesabında ayrıca, dağılım faktörü (DF) de hesaplanır [6]: Radyasyon dozu (rem) = rad cinsinden doz x QF x DF (2.6) Ölçüm birimleri: Radyasyon kavramlarıyla ilgili, Uluslararası Birimler Sistemi nde (SI) yer alan birimler, bu birimlerin karşılıkları, sembolleri ve ifadeleri Çizelge 2.1. de verilmiştir [7].

31 11 Çizelge 2.1. Uluslararası Birimler Sistemi nin (SI)- radyasyonla iligili birimleri [7] Türetilmiş Miktar Adı Sembol Başka SI birimleriyle ifadesi Frekans Hertz Hz - Güç, radyasyon akısı Watt W J/s Luminous akısı Lumen Lm Cd sr (c) Illuminance lux Lx Lm/m 2 Aktivite (bir radyonükloidin) becquerel Bq - Absorbe edilen doz, belirli enerji (alınan), kerma Gray Gy J/kg Doz eşdeğeri (d) Sievert Sv J/kg Katalytik aktivite Katal Kat Işınım yoğunluğu Her steradian için watt W/sr Işıma Her metrekare steradian için watt W/(m 2 sr) Luminous yoğunluğu kandela (candela) cd Luminance Her metrekare için kandela cd/m 2 Iki boyutlu açı (solid angle) steradian (a) sr (c) - Düz açı radian (a) rad - Uluslararası Birimler Sistemi nde (SI) fotometri birimleri, Luminous veya Luminance kavramlarıyla ifade edilir. Bu kavramlar ışığın enerjisi, akısı yoğunluğu, yayımı veya etkisini ifade eden birimlerdir. Fotometri ile ilgili kavramlar, sembolleri ve birimleri Ek-1 de verilmiştir. Bu çalışmada elde edilen veriler Luminous (lm) ve dalga boyu (nm) cinsinden ifade edilmiştir. Uluslararası Birimler Sistemi (SI) tarafından kabul dilen radyasyon kavramıyla ilgili büyüklükler ve örnekler Ek-2 de, diğer bazı birimler, sembolleri ve bunların SI birimlerine göre değerleri Çizelge 2.2 de verilmiştir [7].

32 12 Çizelge 2.2. Uluslararası Birimler Sistemi nin (SI) kabul ettiği diğer birimler [7] Adı Sembol SI birimlerine göre değeri Ångström Å 1 Å = 0,1 nm = m Curie Ci 1 Ci = 3,7 x Bq Röntgen R 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg Rad Rad 1 rad = 1 cgy = 10-2 Gy Rem Rem 1 rem = 1 csv = 10-2 Sv 2.3. Işık Radyasyon enerji yayınımıdır ve ışıma olarak da ifade edilir. Işığın yapısını, karekteristiğini ve yayınım biçiminin bilinmesi, radyasyon ve etkilerinin analizi açısından önemlidir Işıkta ikilem: Işık foton kavramı keşfedilmeden önce korpüskül denilen tanecikler zinciri olarak düşünülmüştür. İlk defa 1801 de Young ve 1887 de de Hertz ışığın dalga hareketi olabileceğini söylemiştir. Hertz ışığın elektromanyetik bir dalga hareketi olduğunu göstermiştir. Klasik mekanik bilgilerle ışık incelendiğinde bir ikilemle karşılaşılır. Yani ışıkta hem tanecik hem de dalga görünümü vardır. Kuantum mekanik teorinin gelişmesi aşamasında bu ikileme de cevap bulundu. Işığın bu ikili görünümünün birbirine ters düşen iki durum olmadığı anlaşıldı. Işıktaki bu ikileme dualite ilkesi denir. Bu ilke, ışığın her iki karekterinin de doğru olduğunu, ancak fiziksel olaylardan bazılarının dalga karekteriyle, diğer bir grup olayın ise tanecik karekteriyle açıklanabildiğini gösterdi. Yani herhangi bir fiziksel olay her iki karekteri birden kullanarak açıklanamaz. Bu durumda hangi olayların, ışığın hangi karekterini desteklediği Çizelge 2.3 te olduğu gibi derlenebilir [8].

33 13 Çizelge 2.3. Işığın karekterini destekleyen fiziksel olaylar [8] Dalga Karekterini Destekleyen Fiziksel Olay Girişim Kırınım Polarisazyon. Parçacık Karekterini Destekleyen Fiziksel Olay Siyah cisim ışıması Fotoelektrik olay X-ışını spektrumu Compton olayı. Kuantum teorisi bu ikilemi ışık tanesi anlamında kullandığı foton un iç yapısını çözerek açıklamıştır. Foton, elektromanyetik dalga enerjisi paketi, kümesi ya da yumağı anlamına gelmektedir [8] Işığın dalga karekteri: Kırınım, girişim ve kutuplanma özellikleri ışığın dalga karekterini vurgular. Kırınım, ışığın bir köşeyi ve kenarı geçerken uğradığı yön değişikliğini belirtir. Girişim ise, dalgaların üst üste binmesi sonucu şiddetin artması ya da azalması ile ilgilidir. Polarizasyon (kutuplaşma) ise, ışığı oluşturan elektromanyetik alanların titreşim doğrultularıyla ilgili kavramlardır [8]. Işımanın kırılması ve yansıması: Işıma bir ortamdan ikinci bir ortama geçtiğinde kısmen yansır, kısmen de ikinci ortama geçer. İkinci ortamda ilerleyen ışımanın frekansı değişmez, ilerleme yönü ve hızı değişir. Işık demetinin bir ortamdan yoğunluğu farklı başka bir ortama geçerken yön değiştirmesine kırılma (refraksiyon) adı verilir [9]. Kritik açının ölçülmesiyle her madde için farklı kırılma indisi belirlenmiştir. Şekil 2.2. a ve b de bu farklılık görülmektedir.

34 14 a) b) Şekil 2.2. a) Işığın kırılma ve yansıma açısı b) Işığın kırılma açısı [9] Kırılma indisi değerleri, maddelerin belirgin özelliklerinden biri olarak tanımlanmıştır. Kırılma indisinin ölçülmesine dayanan refraktometri yönteminde, maddelerin kırılma indisi değerleri, maddenin nitel analizinde, saflık derecesinin belirlenmesinde ve karışımların nicel analizinde kullanılmaktadır. Kırılma indisi ölçümü yapan düzeneğe refraktometre adı verilir. Refraktometre, idrar dansitesi ölçümünde sıklıkla kullanılır [9]. Işımanın polarizasyonu: Işık dalgası, genellikle her düzlemde ilerleyen dalgaların karışımıdır. Tek bir düzlemde ilerleyen ışık dalgasına düzlemsel polarize ışık denir. Düzlemsel polarize ışık ile asimetrik ve ışığı absorplamayan maddeler etkileştiği zaman, polarize ışığın düzlemi sağa (+) veya sola (-) açı değiştirir (Şekil 2.3) [9].

35 15 Şekil 2.3. Işığın polarizasyonu [9] Broglie hipotezi; fiziğe üçüncü bir dalga kavramı getirmektedir. Bilindiği gibi klasik fizikteki dalgalar; elektromanyetik dalgalar ve mekanik dalgalar olmak üzere iki ana grupta toplanır. Elektromanyetik dalgalar boşlukta da yayılabilirler. Mekanik dalgalar ise; ses, su, örgü titreşimleri gibi maddesel ortamlarda yayılabilen basınç dalgalarıdır. Broglie dalgaları ise; Schrödinger dalgası veya madde dalgası diye adlandırılan üçüncü bir dalga grubunu oluşturmaktadır. Bu dalgalar, bir olasılık dalgasıdır. Yani parçacığın belirli bir t anında, x konumunda bulunma olasılığını verir. Bu tür dalgalar Ψ(x,t) fonksiyonu ile gösterilir ve bu fonksiyonun fiziksel bir büyüklüğü yoktur, yani y(x,t) gibi bir uzunluk değildir. Ancak ( Ψ(x,t 2 nin fiziksel bir anlamı vardır ve parçacığın t anında x konumunda bulunma olasılığıdır. Kuantum mekanik teoride Broglie hipotezinden yararlanarak hareketli küçük cisimler dünyası için bir dalga mekaniği, daha açık ifadesiyle bir olasılık dalgaları mekaniği teorisi ortaya çıkmıştır [8]. Hipotez iki türlü ifade edilebilir: a) Momentumu p olan her hareketiyle λ = h/p ile belirli bir dalga eşlik eder. Hipotez bu ifadesiyle parçacık mekaniğinden, dalga mekaniğine geçiş köprüsünü oluşturmaktadır. b) Dalga boyu λ olan her dalga hareketine momentumu p = h/ λ ile belirli bir parçacık eşlik eder. Bu ifadesiyle hipotez dalga mekaniğini parçacık mekaniğine bağlamaktadır.

36 16 Bu çalışmada; parametrelerine göre kaynak arkından yayılan optik radyasyon türünün belirlenmesi amaçlandığından, yayılan ışınların fotonlarının yaydığı ve dalga boylarına göre analiz edilmiştir. Kaynak arkından yayılan ışımaların analizinden elde edilen grafiksel değerler luminosite (lumen-lm) ve dalga boyu (nanometre-nm) cinsinden ifade edilmiştir. Bu ifadelerin nelere karşılık geldiği ve ne ifade ettiğini aşağıda açıklanmıştır Işık akısı: Luminosity veya luminance (Luminosite) olarak adlandırılır ve ışık gücü, ışık yoğunluğu, ışık akısı, aydınlatırlık, aydınlatma derecesi veya parlaklık kavramını ifade eder. Birimi lumen (lm) dir. 1 lm yaklaşık 1 kandela ya (candela-cd) eşittir. Eğer hedef ışık geçirmez bir malzeme ise; L = p.v dn = Lσ dt (2.7) Lσ 1 d 2 N = dω LdΩdt Eşitliğinde; L = luminosite N = etkileşim sayısı p = ışıma partikül yoğunluğu σ = toplam kesit dω = iki boyutlu açının (solid angle) diferansiyeli

37 17 dσ toplam kesitin diferansiyeli dt olarak yer alır. N 1 N 1 L = ƒn (2.8) A bağıntısında f = Dönüşüm frekansı n = Bir ışımanın taşıdığı yük N i = Her toplamadaki partikül sayısı A = Işıma kesiti Dalga boyu: Işığın yayılma esnasında frekansına bağlı olarak sergilediği dalga hareketlerinin herbiri arasındaki mesafedir. Radyasyon ya da ışıma dalga boyları nanometre (nm) veya armstrong (A o ) cinsinden ifade edilir. 1 nm = metre 1 A o = metre Daha önce de belirtildiği gibi hız (c, ışık hızı); dalga boyu (λ) ile frekansın (ƒ) çarpımına eşittir. Başka bir ifadeyle dalga boyu ve frekans ters orantılıdır. Frekans arttıkça enerji de artar, ancak dalga boyu küçülür. Bütün spekrumda yayılan ışınlar ışık hızında yayıldığından, hızları sabittir. Bu durumda dalga boyunun ışık hızına oranı frekansını, frekansın ışık hızına oranı dalga boyunu verir. c = λ.ƒ (2.9) bağıntısına göre, dalga boyu 100 nm olan bir ışının frekansı MHz olmaktadır.

38 18 Dalga boyu frekansla olduğu gibi üretilen enerjiyle de doğrudan ilişkilidir. Yine 100 nm dalga boyuna sahip bir radyasyon 1 196, kj/mol, 285, kcal/mol ve 12, ev enerjiye karşılık gelmektedir.

39 19 3. UV RADYASYON UV radyasyon, elektromanyetik spektrumun görünür ışıktan daha kısa dalga boylu (doğal olarak daha yüksek enerjili) olan belli bir parçasını oluşturur [10]. UV radyasyon, elektromanyetik spektrumunda 100 nm (ki bu 12eV foton enerjiye tekabül eder) ile 400 nm arasında yayınım yapan iyonize olmayan radyasyon biçimlerinden biridir [11]. Genel olarak üç alt bant da incelenir. Bunlar sırası ile UV- A, UV-B ve UV-C bantlarıdır. UV radyasyonun UV-A alt bandı, spektrumun dalga boyu nm arasında olan kısmını içerir. Spektrumda, dalga boyu nm aralığındaki radyasyon ise UV-B olarak isimlendirilir. UV radyasyonun 280 nm den daha az dalga boyuna sahip bandı ise UV-C olarak bilinir [10]. Özellikle Güney Kutbundaki zayıflaması ile gündemde olan Stratosferik Ozon bu bakımdan önemlidir. Çünkü; dalga boyu 320 nm ye kadar olan UV radyasyonun büyük bir kısmı Stratosferik ozon tarafından emilir. Bu açıklama ile anlaşılacağı gibi UV-C ve kısmen UV-B stratosferik ozon ve atmosferdeki oksijen tarafından absorbe edilir. UV-A ise yer yüzeyine kadar ulaşır. Ancak daha uzun dalga boyuna sahip bu UV radyasyon (UV-A) grubunun yukarıda anılan sağlık problemlerine yol açmadığı bilinmektedir. Burada önemli olan kısmen yer yüzeyine ulaşan UV-B radyasyonudur [10]. En önemli UV kaynağı doğal olarak güneştir. Ancak, bunun yanında yapay yollarla radyasyon üreten kaynaklar da mevcuttur. Medikal terapi ve tanı amacıyla, kozmetik bronzlaşma amacıyla ve endüstriyel uygulamalarda amaç dışı olarak UV radyasyon üretilir. Malzemelerin ısıtılması yoluyla ve telli lambalardan da filitre edilmemiş optik radyasyon yayılmaktadır [11-12], Yüksek ısılı tungsten halojen lambalar da önemli biyolojik etkiye sahip UV radyasyon (UV-B nm) üretir [12].

40 20 Lambalar: Önemli ölçüde UV radyasyon üreten kaynaklardır. Lambalar UV radyasyonun çoğu biçimini üreterek çevre ve insan sağlığını tehdit eden yapay UV kaynaklarıdır [11]. Akkor (tungsten halojen dahil) lambalar (ki bunların ısı düzeyi K K düzeyine, gücü 500 W a çıkabilen ve 700 nm nm spektral aralığında IR-A yayınımı yapar), elektrik (gaz) boşalma lambaları (ürettiği 237 nm ve daha uzun dalga boyunda radyasyon üretir, florasan lambalar, Yüksek Yoğunluklu Boşalma - High Intensity Discharge-HID lambalar, yüksek basınçlı cıva buharı lambaları), özel amaçlı yüksek basınçlı cıva buharı lambaları (80 W 300 W enerji tüketirler) önemli ölçüde radyasyon üretirler [12]. Gaz ve Ark Kaynakları: Endüstriyel yollarla ve amaç dışı olmakla beraber çok yüksek derecede UV ve diğer optik radyasyon türlerini üreten kaynaklarının başında gelmektedirler [11]. Bu konuda yapılan araştırmalar göstermektedir ki, kaynak arkından çok yüksek derecede UV radyasyonu yayılmaktadır [12-13]. Gaz kaynağı; işlemlerinde düşük siyah gövde sıcaklığıyla düşük seviyede UV-R yayınımı meydana gelmektedir. Ark kaynağında; gaz kaynağına göre oldukça yüksek seviyede optik radyasyon yayılır. Ark kaynağı işlemlerinde ortaya çıkan radyasyonun, elektrot, birleştirilecek metal, koruyucu gaz kullanılan plazma bakımından karşılaştırılmasıyla ilgili bir çalışma verileri Çizelge 3.1 de görülmektedir [12].

41 21 Çizelge 3.1. UV radyasyon yayan elektrik ark kaynağı işlemleri [12] İşlem Ana metal Akım (A) Gaz Ark aralığı (mm) UV-R (Wm -2 ) TIG Çelik Argon 1,6-3,2 0,03-1,2 MIG Alüminyum Helyum 6,4 2-5 PAW Çelik %85 Argon + %15 Hidrojen 4,8 0, UV Radyasyonun Canlılar Üzerindeki Etkileri UV radyasyon doğal ve yapay kaynaklardan yayılan bir radyasyon biçimidir. İnsanlar ve canlılar için en temel radyasyon kaynağı güneştir. Güneş ışınlarından yayılan (solar) UV nin büyük bir kısmı atmosfer tarafından absorbe edilir. Stratosferdeki ozon tabakasındaki incelmeyle insanlar ve çevre daha yüksek yoğunlukta UV ye maruz kalmaktadır [11]. UV radyasyon hücrelerde bulunan nükleik asit, protein ve lipitleri hedef alıp tahrip edebilir. Güneş ışınları haricinde üretilen UV-C dalgaboyları için açıkça DNA en önemli hedeftir ve fotokimyasal değişimler doğrudan absorpsiyonun bir sonucu olarak meydana gelir. DNA hasarlarının meydana geldiği spektrumda oksidatif olayların daha önemli olmasına rağmen, UV-B nin sebep olduğu genetik zehirlenme de oldukça önemlidir [11]. UV radyasyonun sebep olduğu DNA hasarlarının iki mekanizması Şekil 3.1 de görülmektedir [14].

42 22 Dalga boyu (nm) Reaksiyon Tipi Foton Enerjisi DNA Foto-ürünler Doğrudan Karışık Dolaylı Mavi Yeşil Dalga boyu (nm) Şekil 3.1. UV radyasyonun sebep olduğu DNA hasarlarının iki mekanizması [14] Eritem (Erythema) Doz: Radyasyon yayınımında eritem için en yüksek özel etki 300nm dalga boyu bölgesinde gerçekleşmektedir. Bu da cilt tipine göre yaklaşık Jm -2 etkiye sahiptir. Biyomoleküllerin bir değişim meydana getirmesi için UV ışınları absorbe etmeleri gerekir. Bu absorbe, uyarılmış durumdaki bir elektronu absorbe ederek en yüksek enerji seviyesine ulaşan molekül tarafından tek bir fotonun absorbesidir. UV yayınımının oluşturduğu esas etki, reaktif özellik veya serbest radikallerdir ki, bunlar oldukça hızlıdır ve aynı zamanda saatler, günler hatta yıllar sonra bile etki yaratabilirler. UV-B ve UV-C radyasyonlarının tahribatında DNA en önemli hedeftir. UV ile nükleik asit etkileşimi ve UV nin sebep olduğu mutasyon hasarları birçok çalışmada ortaya konmuştur [11]. UV ışımalarına maruz kalan organizmalarda ve hücrelerde; hücre ölümleri, kromozom değişimleri, mutasyon ve morfolojik dönüşümler gözlenmiştir. UV yayınımına maruz kalan birçok farklı gen ve virüs (HIV dahil) aktivasyonu artmaktadır. Genler UV-B, UV-C ve farklı formdaki UV-A tarafından aktive edilirler. DNA onarma özelliğinin azalması konusundaki çalışmalar, UV etkisine

43 23 maruz kalan DNA hasarlarının deri ve farklı çeşitlerdeki kanser tipleriyle bağlantısın açık şekilde kurmaktadırlar. UV ışınları dalga boylarına bağlı olarak biyolojik etkilere sebep olmaktadır. Bunu spekral yayınım verilerine göre açıklamak gerekir. Bu, kaynağından yayılan ışımanın spektral enerjisinin (Wm -2 nm -1 ) ölçümü veya hesaplanmasından ibarettir. Toplam ışıma (Wm -2 ), bütün dalgaboylarında yayılan ışınların elde edilmesiyle belirlenir. Biyolojik olarak zararlı (Wm -2 effective) düzeyde radyasyonun belirlenmesi, her bir dalga boyu için çoklu spektral ışıma ile yapılan ölçümlerle gerçekleşir [11]. UV radyasyonun insan, hayvan ve bitkiler üzerinde olumsuz etkileri olduğundan, yaşamsal önemi vardır. Bu radyasyon cilde ve göze nüfuz ederek; cilt kanseri veya bazı cilt hastalıklarına, gözde katarak veya göz damarlarının genişlemesine yol açarak bazı göz hastalıklarına sebep olduğu gibi, insan vücuduna gerekli D vitamini sentezinin azalmasına yol açarak iskelet yapısının zayıflamasına ve son olarak bağışıklık sisteminin zayıflamasına yol açarak da basit enfeksiyonlarda dahi insan sağlığı açısından büyük problemlerin yaşanmasına sebep olur. Bu nedenle, işi gereği güneş altına çalışmak zorunda olan insanlar, oyun amaçlı dışarıda bulunan çocuklar, tatil amaçlı güneşe maruz kalanlar ve açık havada güneş altında yapılan sportif aktivitelerde bulunan insanlar sağlık açısından büyük bir risk altındadırlar [10]. 200 nm 800 nm aralığında yayılan UV ışınları ve görünür ışık, organizmalar veya organik moleküller tarafından en fazla absorbe edilen ışınlardır [15-16]. Örneğin; terpen ve terpenoidler, çoğu bitki ve çiçekteki esans yağlarının başlıca bileşkelerini teşkil eden izopren 222 nm değerindeki UV-C türü ışını %99 düzeyinde absorbe etmektedir (Şekil 3.2) [16].

44 24 Absorpsiyon oranı İzopren Şekil 3.2. İzopren absorpsiyon değerleri [16] Bir organizmanın ya da molekülün absorpsiyon değerinin yüksek olması, o ışın türünden etkilenme düzeyini göstermektedir. Organizmalar tarafından en fazla absorbe edilen UV radyasyon türlerini absorbe eden organik yapılar Çizelge 3.2 de gösterilmiştir [14]. Çizelge 3.2. Başlıca UV radyasyon absorbe eden organik yapılar [14] Spektral aralık Absorbe eden Mekanizma UV-A Proteinler Doğrudan enerji Lipitler absorpsiyonu DNA Fotosentez UV-B Nukleik asit Doğrudan enerji Aromatik amino-asit Absorpsiyonu UV-C Bütün hücre bileşenleri Doğrudan enerji Absorpsiyonu

45 Çevresel Etkileri Küresel olarak tüketilen karbondioksit tutarının yarıdan fazlasını harcayarak dünya iklim dengesini sağlayan denizdeki planktonlar UV ışınlarından fazla miktarda zarar görür ve yok olurlar. Bitkiler, UV ışınlarının zararlı etkilerinden korunabilmek için yaprak alanlarını küçültürler, bu da fotosentezde azalma demektir. Topraktaki mikroorganizmaları öldürerek toprağı verimsizleştirmektedir. Atmosferdeki karbondioksit oksijen ve ozon dengesi canlılar tarafından sağlanmaktadır. Stratosferdeki ozon dengesi topraktaki bakterilerin ürettiği N 2 O ile gerçekleşir [10] İnsanlar Üzerindeki Etkileri UV-C çok yüksek bir oranda ve etkili bir şekilde, deri üzerine yayılmış olan nükleik asit tarafından absorbe edilir. UV-A ışınlarının biyolojik etkileri hakkından çok daha az bilgi mevcuttur. Ancak UV-A doz oranına bağlı olarak etkileri belirlenebilir [11]. UV radyasyonuna sürekli maruz kalma vücudun bağışıklık sistemini etkileyen zararlara neden olabilir. Bu durum insanlardaki bütün cilt tiplerinin bağışıklık fonksiyonlarını baskı altına alabilir. Bu etkileşim devam ettikçe oluşan UV tümörleri, cildin UV etkisine karşı direncinin azalmasına ve bağışıklık (immune) sisteminin zayıflamasına neden olur (Şekil 3.3). [17].

46 26 Bağışıklık sistemine baskı spektrumu Absorpsiyon oranı Absorbe edilen spektrum Dalga boyu (nm) Şekil 3.3. UV-B ışınlarına maruz kalmanın bağışıklık sistemine baskısı [17] UV-B ışınları başlıca cilt yanığı, bronzlaşma, erken deri yaşlanması ve kanser gelişimi olmak üzere pekçok biyolojik etkiye sebep olmaktadır. UV-A ışınları ise doza bağlı olarak eritem, bronzlaşma, yaşlanma ve kanser oluşumuna neden olmaktadırlar. UV-A ve UV-B ışınları normal deri üstünde akut ve kronik etkilere sahiptirler. Deriye özgü fotobiyolojik reaksiyonlar, UV-R enerjisinin derideki özgül moleküller ya da kromoforlar tarafından absorbe edilmesi ile başlar. Bu enerji ya direkt fotokimyasal etki ile ya da DNA'nın yapısal proteinleri üstünde dolaylı oksidatif etki ile yıkıma yol açar. UV nin normal deri üstündeki akut tesirlerinin en belli başlıları; güneş yanığı (inflamasyon) ve bronzlaşmadır (melanogenezi uyarması). Diğer biyolojik tesirler ise; lokal ve sistemik immünsüpresyon, stratum korneum, epidermis ve dermisin kalınlığını artırması, vitamin D'nin fotosentezidir [18]. Uluslararası İyonize Olmayan Radyasyondan Korunma Komitesi nin (ICNIRP), halen yürürlükte olan yönergesine göre, 180 nm 400 nm arasındaki dalga boyu

47 27 arasındaki UV radyasyonunun herhangi bir araçla (güneş gözlüğü, maske vs) korunmayan gözler için 30 Jm -2 üzerine çıkmaması gerektiği belirtilmiştir. Buna ek olarak, toplam 315 nm 400 nm UV radyasyonu yayılımının toplam enerjisi 10 4 Jm - 2 olmamalıdır. Bu değerlerin belirlenmesinde esasen dikkate alınması gereken fotoretinitis dalga aralığı yani fotokimyasal ELs mavi-ışık etkisi dikkate alınmamıştır [19]. 200 nm 400 nm dalga aralığındaki UV radyasyonu göz ve cilt üzerinde aktinik (güneş ışınlarının kimyasal değişiklikler meydana getirme özelliği) etkiler meydana getirir. 300 nm altındaki UV radyasyonu korneada ve lifli dokularda hasara ve keratitits, konjonktivite sebep olur. 280 nm altındaki UV radyasyonu ise eriteme (cildin iltihaplanıp kızarması), 280 nm 320 nm dalga boyu arasındaki UV radyasyonu da yanma, kızarma ve yanıklara sebep olur. UV radyasyonun etkisi, türü, maruz kalma süresi ve gücü gibi değişkenlere bağlıdır. UV radyasyona maruz kalan kişinin UV ye karşı hassasiyeti da bir başka değişkendir. Buna göre normal şartlarda, sekiz saatlik bir periyotta birim alandaki enerji limiti 0,003 J/cm2 dir. Dalga boylarına S(λ) göre, UV radyasyon hasar oranı fonksiyonu Şekil 3.4 de görülmektedir. [20]. Dalga boyu (nm) Şekil 3.4. Dalga boylarına S(λ) göre UV radyasyon hasar oranı fonksiyonu [20] UV ışınlarının sebep olduğu derideki değişim (melanoma, non-melanocytic), iyi

48 28 huylu melanositeler (lekeler, benler vs.) ve UV ışınlarına maruz kalan keratinoksitler, damarlar, lifli dokular gibi diğer kronik yaralanma oranları, genel olarak deri yaşlanmaları (kırışma) diye tanımlanır. Cilt kanseri hastalarının oranındaki büyük artışın bir basamağı da UV ışınlarnın sebep olduğu DNA hasarları olabilir. Bu düşünce, melanositik olmayan bir kanser hastasından alınarak, UV ışınlarına maruz bırakılan bir parça p53 tümöründeki baskın geni mutasyonlarnın gözlemiyle ilgili yapılan araştırma tarafından desteklenmiştir. Oksidatif ve bağışıklık sistemindeki etkileri de UV ışınlarının cilt kanserine sebebiyet verme kapasitesine katkıda bulunmaktadır [11]. UV ışınlarına maruz kalınması Melanoma ya (dokularda fazla renk maddesinin toplanması) sebep olmaktadırlar. Melanoma en ciddi cilt kanseri şeklidir ve dünyada en hızlı yayılan kanser tiplerinden biridir. Eğer genç yaşta yakalanılmışsa melanoma çoğunlukla öldürücüdür. Melanomasız cilt kanserleri, melanomaya benzemez, melanomasız cilt kanserleri nadiren öldürücüdür. Bununla beraber ışığa aşırı maruz kalmamalıdır. Anlaşılmaz ise yayılır ve çok ciddi sağlık problemlerine sebep olabilir. Melanomasız cilt kanserinin iki çeşidi vardır. Bazal hücre kanserleri (basal cell carcinoma) küçük, etli yuvarlaktır ve yumrular şeklinde görülür; pullu hücre kanserleri (squamous cell carcinoma) pullu pullu boğumlar veya kızarıklıklar şeklinde görülür[10]. UV-C radyasyonuna maruz kalınması durumunda kromozomlarda bozulma meydana gelerek DNA hücreleri zarar görür. UV etkisiyle oluşan kromozomlarda meydana gelen bozulma (Chromosomal Aberration-CA), kromozom anomalisi, yeniden aktivasyon işlemi (Photoreactivation-PR) sayesinde tamir edilerek azaltırlır. UV-C ışınlarından hemen sonra UV-A veya güneş ışınlarına maruz kalınması Photoreactivation işlemini hızlandırarak Chromosomal Aberration formasyonunu %70-%40 oranında azaltır. Ancak, 3 saatten fazla UV radyasyonuna maruz kalınması durumunda Photoreactivation, Chromosomal Aberration ı azaltamaz ve DNA hücrelerinde kalıcı tahribatlar oluşur [15-21]. Şekil 3.5 te UV radyasyonun dalga

49 29 boylarına göre DNA bozunumuna etki düzeyleri görülmektedir [21]. Bağıl yoğunluk Dalga boyu (nm) Şekil 3.5. UV ışınlarının DNA bozunumuna etkisi [21] Şekil 3.5 te görüldüğü üzere, 300 nm altındaki UV ışınları maksimum düzeyde DNA bozunumuna sebep olmaktadır. Işınımın kanserojen etkisi, bütün UV bandına yayılmakla beraber UV-B ve UV-C bandında yoğunlaştığı görülmektedir. UV ışınları; Aktinik Keratosiz (hücre büyümesi), cildin zamanından önce yaşlanması (aktinik veya solar bozulma), katarakt ve diğer göz zararları (mercekteki şeffaflığın kaybı ve bulutlu görme), bağışıklık sisteminin baskı altına alınması (beyaz kan hücrelerinin hastalıkla savaşım fonksiyonunun düşmesi) gibi sağlık sorunlarına sebep olmaktadır [10]. UV ışınlarının göz üzerrindeki en büyük etkileri fotodermetit ve foto-konjunktivit gelişmesidir. Bunlar, rahatsız edici ancak genellikle telafisi mümkün olan ve güneş gözlüğü ile kolay korunulabilir şeylerdir. Gözdeki kronik etkiler, katarakt ve konjunktivanın (göz zarı), pterigum ve squamöz hücre kanserinin gelişimiyle oluşur. UV ışımalarının, ciddi gözde hasarlar bıraktığına, katarakt dış kabuğunda (PSC)

50 30 ciddi hasarlar bıraktığına dair önemli derecede referanslar mevcuttur. UV ışınlarının çevresel etkileriyle ilgili yapılmış olan birçok araştırma göstermektedir ki, UV ışınları insanlar ve kemirgenlerin bağışıklık sistemlerini olumsuz yönde etkilemektedir. Kemirgenler üzerinde yapılan gözlemlerde UV ışınlarının bulaşıcı hastalıklara ve bazı sistematik enfeksiyonlara duyarlılığını arttırdığı belirlenmiştir. UV ışınlarına maruz kalınması durumunda gelişen mekanizma; bağışıklık sistemi ve bünyenin kendini savunma yeteneğinin önemli oranda azalmasıdır, bu kemirgenlerde ve insanlarda benzerlikler göstermektedir. Bu durumda şu söylenebilir; UV ışınları insanlarda enfeksiyon riskini artımakta, aşı etkilerini azaltmaktadır [11]. Kaynakçılar diğer bireylerden daha fazla deri kanseri riski taşırlar, ancak bu alanda etraflıca yapılmış bir çalışma veya araştırma yok denecek kadar azdır. Kaynakçılar arka kısa mesafede çalıştıklarından, UV radyasyondan etkilenebilmekte, bu yüzden aktinik deri ve göz hasarları, kanser tümörü oluşumu riski kaynakçılarda artmaktadır. Dahası, ergiyik metalden kaynaklanan yanmalar da bu riske katkıda bulunmaktadır. Ayrıca mevcut çalışmalar kaynaktan yayılan ışınların göz kanseri riskini de arttırdığını göstermektedir. UV ışınları yayan elektrik ark kaynakları kansere sebebiyet verebilmektedir. Bu sedece kaynakçıyı değil aynı zamanda kaynak alanında çalışan ve dolaylı olarak kaynak ışınlarına maruz kalanları da etkilemektedir [2] İnsan Vücudunun İyonlaştırmayan Radyasyon Açısından Biyolojik Yapısı Elektromanyetik dalgaların biyolojik canlılarda oluşturduğu zarar düzeylerinin araştırılmasında; vücudun her bölgesinde yeralan ve organlarımızı çevreleyen dokuların elektriksel davranışlarının bilinmesi önemlidir. Dokuların bu özellliklerinden faydalanarak elektromanyetik alanda bulunan bir canlının absorbe edebileceği toplam enerji hesaplanabilir.

51 31 İnsan vücudu farklı özelliklere sahip çeşitli dokulardan, destekleyici bit iskelet olan kemiklerden ve deriden oluşan karmaşık bir organizmadır. Deri içerisinde vücudun en düşük enerji değeri yumuşak dokularda 100 Ω-cm, kemiklerde 900 Ω-cm ve en yüksek değeri yağ dokularında Ω-cm olmak üzere değişir. Diğer taraftan kan taşıyan ve tuzlu vücut sıvıları bulunan bir gövdenin direnci yaklaşık olarak 100 Ω- cm, dielektrik sabitesi 80 olan düzgün bir kütle varsayılabilir. Canlı dokuları kapsayan deri ise, basit bir şekilde ifade edilecek olursa, dermis adı verilen bir alt deri tabakasından ve epidermis adı verilen bir üst deri tabakasından oluşup vücudu çevre etkilerinden korumaya yarar. Alt deri damar ve sinir ağları yanı sıra ter bezleri ve ter kanallarını içermekte ve elektriksel özellikleri açısından diğer canlı damarsal dokulara benzemektedir. Epidermis olarak bilinen ve kanınlığı 1 mm'yi aşmayan üst deri ise özellikle stratum corneum adını taşıyan en dış katmanındaki ölü hücrelerden dolayı gövdenin canlı dokularına kıyasla çok farklı elektriksel davranış göstermektedir. İnsan vücudunun akıma karşı direnci daha ziyade deri üzerinde meydana gelir. Kuru deri direnci Ω, ıslak deri 100 Ω, elden ayağa bütün vücut direnci 400 ile 600 Ω civarındadır [6]. Görüldüğü gibi dğer iletkenlerin aksine insan vücudunun direnci tam olarak hesaplanamamktadır ve ancak istatistiksel değerler cinsinden ifade edilebilmektedir. Ancak kesinlikle şu söylenebilir ki insan vücudunun direnci üst deri direnciyle damarsal iç gövde dokularının toplamından oluşmaktadır. Kısacası direnci limitli olduğuna göre, insan ve diğer canlıların vücudu elektrik akımını iletir. Elektrik akımı kalp üzerinden geçtiği taktirde 0.02 miliamper şiddetinde bir akım canlının ölümüne neden olabilir [6] Biyolojik dokuların elektriksel özellikleri Vücut organlarını oluşturan biyolojik yapıların elektriksel özellikleri yüzyıldır çeşitli nedenlerle incelenmektedir. 1. Dünya savaşına kadar yapılan çalışmalarda dokuların elektriği ilettiği, direncin frekansla değiştiği, iletkenliğin iyon hareketinden kaynaklandığı anlaşılmıştır. Kas ve sinir dokularının elektriksel özellikleri bugün

52 32 dokuların kapasitif özelliği olarak bilinen polarizasyon kavramı o yıllarda ortaya çıkmıştır. 1. Dünya savaşından sonra dielektrik çalışmaları geniş frekans aralığında ve çeşitli malzemeler üzerinde yoğunlaşmıştır. 266 Hz 2 MHz arasında kalan kapasite ve direnç özelliği incelenmiş ve ilk defa geniş frekans aralığında kompleks dokular için her iki bileşen ölçülmüştür. Dokuların dielektrik özellikleri: elektromanyetik dalgaya maruziyet durumunda, vücut içinde oluşan iç elektrik alanlarının hesaplanmasında ve EM enerjinin diagnostik terapatik gibi tıbbi uygulamalarının geliştirilmesinde, bu EM alanlarının muhtemel zararlarının incelenmesinde önemlidir. Megahertz altı frekanslardan Gigahertz frekanslara kadar dokuların özellikleri artık bilinmektedir. Bu veriler iyonlaştırmayan ışınımın biyolojik etkilerinin analizinde bir başlangıç noktası olmaktadır. İletkenliği σ olan bir malzeme içinde E şiddetinde bir elektrik alanı tarafından oluşturulan ısı σe 2 dir. 100 MHz'nin üstünde dielektrik kayıp nedeniyle iletkenlik önemli bir artış gösterirken, düşük frekanslarda hücre dışı ve hücre içi sıvılar arasından geçip giden iyonik iletim iletkenliğe en önemli katkıyı sağlar [6]. Kas dokuları kalp, karaciğer, akciğer, böbrek gibi %70-%80 yüksek oranında su ihtiva eden dokuların elektriksel davranışlarında frekans arttıkça ε r bağıl dielektrik sabiti azalmakta, düşük frekanslarda artmaktadır. Yüksek frekanslarda ε r bağıl dielektrik sabiti, yüksek frekanslarda biyolojik sistemlerin su bulundurduklarını ve suyun frekansa bağlı dielektrik özellliklerini yansıtır. Yüksek oranlarda su bulunduran dokuların özdirençleri düşük frekanslarda çok az değişir. 1 GHz'i aşan frekanslarda ise çok hızlı değişim gösterir. Bu hızlı değişim suyun iletkenliğinin yüksek frekanslarda çok kuvvetli değişim göstermesinden kaynaklanır. Çok az oranda su bulunduran yağ dokusu düşük dielektriğe sahiptir. Deri altındaki yağ dokusunun su oranı değiştiği için yağın dielektrik sabitinde de bir değişme görülür.

53 33 Düşük su muhtevalı dokularda çeşitli varyasyonlar vardır. Su yağa göre yüksek bir dielektrik sabiti ve iletkenliğe sahip olduğundan dolayı, net doku dielektrik sabiti ve iletkenliği su muhtevasındaki küçük değişimlerle birlikte önemli ölçüde değişecektir. Ayrıca dielektrik sabiti ve iletkenlik değerleri sıcaklıkla da değişir [6] Optik frekanslarda dokuların elektriksel özellikleri Elektomanyetik spektrumda 1 nm 1 mm dalga boyu aralığı optik radyasyonu oluşturur. Bu bölge yalnız görülebilir spektrumdan ibaret değidir. Morötesi (UV), X ışınları ve kızılötesi (IR)'den oluşur. Optik radyasyonun biyolojik dokularla etkileşmesinde görülen fiziksel olaylar deri pigmentasyonuna bağlı olarak yüzeysel yansıma, yeniden yansıma, saçılma, kırınım ve soğrulmadır. Gelen radyasyondan biyolojik dokuların enerji soğurması, fiziksel ve kimyasal değişimler sonucu biyolojik etkiye neden olur. Gelen fotonun enerjisine bağlı olarak dokularda soğrulan bu optiksel enerji, moleküler dönme, titreşmeler ve elektronik uyarımda değişimler oluşturur [6]. Deri dış tabakasında bulunan epidermis ve bunun altında bulunan dermis adı verilen iki temel tabakadan oluşur. Epidermis ve dermis bir zarla birbirine bağlıdır. Zarın üzerindeki hücreler devamlı bölünerek deri üzerine göç ederler. Epidermisin dış tabakaları zamanla dökülen ölü hücrelerden oluşur. Morötesi ışınlara maruz kalma durumunda üst tarafta melanin artışı ve melosit aktivitesinde ilerleme görülür. Böylece üst deri kararır. Optik spektrumun fotobiyolojik etkisi yedi ayrı dalgaboyu bandında incelenir [6]: Morötesi; UV-C:100 nm 280 nm UV-B: 280 nm 315 nm UV-A: 315 nm 400 nm Görünen ışık; 400 nm 760 nm

54 34 Kızıl Ötesi, IRA: 760 nm 1400 nm (1,4 μm) IRB: 1,4 μ 3 μm IRC: 3 μ 1000 μm (1 mm) RF ve mikrodalga ışınlarının tersine optik ışınlar genellikle yüzeysel etki gösterir. Deriye nüfuz etme birkaç milimetre ya da daha az seviye ile sınırlıdır. Ancak göz bir istisna olup vücut içine enerjinin girmesine izin verir. Bu durumda bile nüfuz etme retinal pigment epitheliumun üstüne nadiren çıkar [6].

55 35 4. KAYNAKTA ORTAYA ÇIKAN RADYASYON ÇEŞİTLERİ VE ETKİLERİ Birçok elektrik ark kağnağı kesme ve işlemlerinde, laser kaynaklarında, kesme işlemlerinde, prinç kaynağında ve lehimlemede ihtiyatlı olarak ölçülmesi gereken bol miktarda radyasyon üretilmektedir. Direnç kaynağı ve soğuk kaynak gibi bazı işlemlerde, göz ardı edilebilir düzeyde radiant enerji üretilir [22]. Ark kaynağından 200 nm 1400 nm dalga aralıklarında radyasyon yayılır. Bu aralık UV, görünür ışık ve IR radyasyonu ihtiva eder. UV radyasyon, UV-A (315 nm nm), UV-B (280 nm 315 nm) ve UV-C (100 nm 280 nm) olmak üzere kendi arasında üç grupta ele alınır [23]. Öltülü elektrot metal ark kaynağından, TIG kaynağından ve MIG kaynağından IR bandından UV bandına doğru iyonize olmayan radyasyon yayılır. UV radyasyon yayınımı, ark akımının karesi oranında arttığı görülür [24]. Ark kaynaklarından yayılan radyasyon, deri yanıklarına ve göz hasarlarına sebep olabilen alev veya arkın verdiği eloktromanyetik enerjidir. Bir operator sadece görülebilir ışık radyasyonunu görebilir, ancak görünmeyen UV ve IR radyasyonu bünyede hasarlara sebep olmaktadır [22]. Kaynak, kesme ve birleştirme işlemleri, ciddi yaralanmalara sebep olabilen radiant enerji (radyasyon) üretir [25]. Bu yüzden, kaynakçılar ve kaynak işlemlerine yakın çalışanlar, arktan yayılan radyasyonun zararları konusunda bilinçli olmalı ve kendilerini koruyucu önlemler almalıdırlar.

56 Ark Kaynaklarından Yayılan Radyasyon ve Etkileri Radyasyonun etkileri dalga boyuna, yoğunluğuna, birim zamanda yayılan ışınım enerjisine bağlıdır. Kaynak arkından yayılan radyasyonun birçok zararlı etkisi olmasına rağmen, deri yanıkları ve göz hasarları en yaygın olanlarıdır. UV-C ve hemen bütün UV-B gözün kornea tabakası tarafından absorbe edilir. UV-A kornea tabakasından geçer ve göz lenslerinde absorbe edilir. UV radyasyon, görünür ışık ve IR radyasyon retinaya ulaşabilir. Kısa süreli ışımaya maruz kalma geçici körlük veya yorgunluğa sebep olabilir. Ancak, uzun süreli ışımaya maruz kalma retina tabakasında ciddi hasarlara, hatta körlüğe dahi sebep olabilir [22]. Kaynaktan yayılan UV radyasyon korunmasız ciltlerde yanıklara sebep olur. Bu sadece kaynak arkından doğrudan yayılan ışından değil, aynı zamanda kaynak metali veya ark çevresindeki malzemelerden yansıyan UV radyasyon ile de mümkündür. Uzun süre UV radyasyon yayınımına maruz kalma cilt kanserine sebep olabilir. Aktinik (kimyasal değişiklikler meydana getiren) UV-R (Ultraviyole Radyasyon): ışınları, kornea ve deride yanmalara sebep olan en büyük fotokimyasal tehlikedir [26]. Görünmeyen aktinik UV-R, ciddi göz ve deri rahatsızlıkları meydana getirebilir. Göz açık arka odaklanabilir. Bu retina tabakasında ısıdan veya fotokimyasal ışından kaynaklanan hasarlara sebep olabilir. Fotokimyasal hasarlar yoğun mavi ışık kaynaklarının ışımasının sonucudur. Isıdan kaynaklanan hasarlar görünür ışık ve genelde görünür omayan IR ye yakın radyasyondan kaynaklanır [27]. Elektrik kaynağı ve kesme arklarında anlık görülen mavi ışık ve diğer retinal-ısının ölçümleri retinal tabakayı aşacak düzeyde değildir. Ancak, ark noktasına uzun süre bakıldığında kolaylıkla aşabilir. Arka, doğrudan ve korunmasız bakmaya kesinlikle izin verilmemelidir. Retinal hasarlar genelde nadir görülür ve yüzlerce saniye arka bakıldığında meydana gelir [28].

57 Kaynakta Ortaya Çıkan Radyasyon Tipleri Kaynak işlemlerinde iyonize (X-Ray gibi) ve iyonize olmayan (UV, görünür ışık veya IR) iki çeşit radyasyon ortaya çıkmaktadır[22]: İyonize radyasyon Elektrik ark kaynağı nüfuz edebilme özelliği olan ve soft X-ray diye adlandırılan iyonize radyasyon üretmektedir [29]. Bazı araştırmalarda ordusu düşük enerji dektörleriyle sağlığa zarar verecek düzeyde X-radyasyon tespit edilemese de, UV içinde uzayan çok yumuşak X-radyasyon bulunduğu ve buna karşı göz ve deri yüzeyinde doğal bir koruma tabakasının varlığı bilinir. Kaynak voltajı kv nin üzerine çıktığı zaman nüfuz edici X-radyasyon ortaya çıkabilir [30, 31]. Bilinmelidir ki, elektron bombardımanı kaynağı X-radyasyon üretir. İş parçasındaki veya çalışma alanındaki gaz ve buhar molekülleri ile yüksek hızlı elekronlar etkileşime girdikleri zaman X-ray ışınları oluşur [22]. Elektrik ark kaynaklarında iyonize radyasyon açısınından şunlar söylenebilir: Kaynak işleminde elektron bombardımanında X ışınları oluşur. Kabuledilebilir limitte olan bu radyasyon, kaynak alanındaki elektron bombardımanı etrafında uygun bir perdeleme kullanılarak kontrol edilebilir Tungsten ark kaynaklarında tungsten elekrodların öğütülmesi esnasında üretilen tozlar radyoaktiftir (Bölgesel aspirator ve eğer gerekirse uygun bir gaz maskesi ile kontrol edilir) [22] İyonize olmayan radyasyon İyonlaştırıcı olmayan radio frekansları (RF), elektrik kaynak ve kesme arkları dikkate alınmayacak düzeyde radyo frekansları üretir. Başlıca radyo frekansı (RF) kaynağı ark ateşleme devresi ve elekrik arkının kendisidir [32].

58 38 İyonlaştırıcı olmayan optik radyasyon; radyant enerjinin potansiyel hasar düzeyi; ark ve kaynak yöntemi, kaynak parametreleri, elektrot ve ana metal kompozisyonu, akım ve ana malzeme üzerindeki her çeşit kaplama veya boya gibi değişkenlere bağlı olan dalga boyu ve yoğunluğa bağlıdır. Direnç kaynağı, nokta direnç kaynağı ve soğuk kaynak gibi bazı kaynak yöntemlerinde genellikle önemsenmeyecek düzeyde optik radyasyon üretilir [33]. Elektrik ark kaynaklarında iyonize olmayan radyasyon açısınından, şunlar söylenebilir: Üretilen iyonize olmayan radyasyon enerjisinin yoğunluğu ve dalga boyu, işleme, kaynak parametrelerine, elektroda, ana metal kompozisyonuna, ergiyik bölgeye ve ana metal üzerindeki bütün kaplama malzemelerine bağlıdır UV radyasyon kaynak akımının yaklaşık karesi oranında artar Görünen parlaklık arttıkça UV radyasyon azalır Kaynak işlemlerinde argon gazı kullanımı diğer birçok koruyucu gazdan daha çok UV radyasyon üretilmesine sebep olur [22].

59 39 5. RADYASYON ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ 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 yayınımı meydena gelir [34]. Nükleer radyasyonları tespit etmek için kullanılan tüm dedektörlerin temel çalışma prensipleri benzer özelliklere sahiptir: radyasyon (ışıma) dedektöre girer, dedektör materyelinin atomlarıyla etkileşir (enerjisinin bir kısmını veya tamamını kaybeder) ve atom yörüngelerinden nispeten düşük enerjili elektronların salınmasına neden olur. Bu elektronlar toplanır ve analiz edilmek üzere, elektronik devre tarafından ya akım darbesi ya da voltaj şekline dönüştürülür. Dedektör materyalinin seçimi ölçülecek radyasyon tipine ve hakkında mevcut bilgiye bağlıdır. Yüklü parçacık salımından farklı olarak Gama ve X ışınları madde ile fotoelektrik soğurma, compton saçılması ve çift oluşumu olmak üzere üç şekilde etkileşirler. Fotoelektrik olayda, foton atom tarafından soğurulur ve atomun elektronlarından birinin salınmasına sebep olur. Salınan bu elektrona fotoelektron denir. Serbest elektronlar foton soğurmazlar ve tepmezler. Böyle bir işlemde enerji ve momentum korunamaz; momentum soğurmak için ağır bir atom gereklidir. Elektronun kinetik enerjisi (T e ), fotonun enerjisi (E γ ) ile elektronun bağlanma enerjisinin (B e ) farkına eşittir [34]. T e = E γ B e (5.1) Fotoelektrik olasılığını hesaplamak zordur, ancak deneysel çalışmalarla çeşitli özellikleri belirlenebilir.

60 40 Compton saçılmasında foton, atomun hemen hemen serbest olan elektronu tarafından saçılır ve daha küçük enerjili foton ve foton tarafından kaybedilen enerjiyi taşıyan saçılmış bir elektronla sonuçlanır. Gelen foton E γ Saçılan foton E 1 γ θ φ Saçılan elektron v = βc Şekil 5.1. Elektron saçılması [34] Fotonların madde ile etkileşiminin üçüncü biçimi, çift oluşumu şeklindedir. Bu işlemde foton, elektron-pozitron çifti üretir, kendisi yok olur. E γ = T + + mc 2 + T - + mc 2 dir. (5.2) Burada T + ve T - pozitron ve elektronun enerjileridir. Fotoelektrik soğurmada olduğu gibi, bu işlemde de momentum korunumu için ağır bir atom varlığı gereklidir. Fakat atoma verilen tepme enerjisi burada ihmal edilebilir [34]. Radyasyon ölçümü çeşitli sebepler ve yöntemlerle yapılabilmektedir. Bu, ölçülmek istenen radyasyonun cinsine, üretiliş biçimine ya da ölçümün kullanılış amacına göre değişmektedir. Örneğin; radyasyonla ilgili mevzuatlarda daha çok iyonize radyasyon baz alınmaktadır. Operatör açısından bu tip radyasyona maruz kalınması durumunda, radyasyon kaynağı ve şekli belli olduğundan sadece dozimetre kullanılması yeterli olabilmektedir. Radyasyon dedeksiyonunda ve ölçümünde bilinen uygulamaların yanında spektroskobik metodlar, yarı iletken dedektörler, parıltılı materyaller ve ışın çarptıran tüpler, gas doldurulmuş dedektörler kullanılmaktadır [35].

61 İyon Odası Dedektörü İyon odaları X, gama ışınları ve beta parçacıkları ölçümünde kullanılırlar. Alçak radyasyon şiddetine duyarlı olmamakla beraber yüksek doz şiddetlerinin ölçümünde de son derece kullanışlıdır. Ancak farklı radyasyon tiplerini ayırt etme özelliği yoktur Volt luk çalışma aralığında etkindir. Gaz olarak genellikle atmosfer basıncında hava kullanılır. Göstergeleri, genellikle C/kg.sn, (x)r/h veya (x)sv/h dir (Şekil 5.2) [36]. İyon Odası Dedektörü Atot + Elektrk Akım Ölçüm Cihazı Katot - Hava veya Diğer Gaz Şekil 5.2. İyon odası dedektörü [36] 5.2. Geiger-Müller Dedektörü Geiger-Müller Dedektörü (G-M), 900 V 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 (Şekil 5.3).

62 42 Şekil 5.3. Geiger-Müller dedektörü [36] 5.3. Orantılı Sayaçlar Çalışma voltajı orantılı bölgede olup, meydana gelen yüksek alan şiddeti ile anottaki yük miktarı ve voltaj darbesini artırarak ölçüm esasına dayanır. Bu tip dedektörlerle; 1. Düşük enerjili X ve gama ışınları, 2. İyon odasına açılan naylon veya mikalardan yapılmış ince pencere ile alfa parçacıklarının ölçümü yapılır. Gazın çoğaltma faktörü ve çalışma voltaj aralığı V tur. Orantılı cihazların radyasyonları ayırt etme özelliği vardır [36] Sintilasyon Detektörleri (Pırıldama) 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 darbesi haline getirilir. Meydana gelen darbenin büyüklüğü radyasyonun enerjisi ile orantılıdır [36]. Bu dedektörler sayım ve aynı zamanda enerji ayırımı için kullanılır. Bu dedektörlerde foto çoğaltıcı tüpü ve kullanılan fosforu değiştirmek suretiyle değişik tipte radyasyonların dedeksiyonu mümkündür (Şekil 5.4).

63 43 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. Şekil 5.4. Sintilasyon dedektörleri [36] 5.5. Yarı İletken Dedektörler Yarı iletken 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 (Şekil 5.5). Şekil 5.5. Yarı iletken dedektörler [36]

64 Nötron Dedektörleri Diğer radyasyonların ölçüldüğü sistemlerle (n,a), (n,p), (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 [36] Dozimetreler Dozimetreler, tüm radyasyon uygulama işlemlerinde doz ve doz hızının belirlenmesi amacıyla kullanılmaktadır. Radyasyona karşı ölçülebilir ve tekrar üretilebilir etkileşime sahip cihaz yada malzemedir. Nükleer ışınım altında kalmışlık derecesi, başka bir deyişle birim zamanda ortamdan alınan radyasyon doz miktarı dozimetreler yardımıyla ölçülmektedir. Genelde ortamda radyasyona maruz kalmış kişilerin aldıkları doz miktarlarını belirlemek amacıyla kullanılır [37]. Birinci derece standart dozimetreler: İyon odaları, kalorimetreler ile ± %1 hata ile ölçüm yapılabilmektedir. Referans transfer-standart dozimetreler: Fricke, alanin (EPR), dikromat vs. ile ± %2-3 hata ile ölçüm yapılabilmektedir. Rutin dozimetreler: Pollimetilmetaakrilat (PMMA), termolüminesans (TLD) vs. ile ± %2-3 hata ile ölçüm yapılabilmektedir 5.8. Radyometreler Radyometreler, radyasyon ölçümünde kullanılan bir algılama sistemidir. Bir UV radyometresi genellikle metrekaredeki radyasyonu watt cinsinden ölçer (Wm -2 ) [11]. Radyometreler ortamdaki ışık şiddetini ya da ışınsal enerji yoğunluğunun ölçümünde kullanılmaktadır. Genel olarak bilinen ölçüm cihazı havadan etkilenmeyen fanus içine konulmuş, serbestçe dönebilen 4 kanatlı bir çarktan oluşur. Kanatların bir yüzü

65 45 siyah, diğer yüzü ise beyazdır. Üzerine kuvvetli bir ışık gönderildiğinde, ışınlar kanatçıkların koyu renkli yüzeyleri tarafından daha çok soğurulduğundan daha fazla ısınır. Fanus içinde bu yüzeylere çarpan gaz molekülleri kanatçıklara çarparak dönmelerine neden olur. Böylece ışık enerjisi hareket enerjisine dönüşür [36] Spektro-Radyometreler Spektro-radyometreler doğrudan spektral radyometrik miktarın ölçümünü yapan bir radyometre türüdür. Spektroradyometrelerin radyometrelerden temel farkı, belirli bir dalga aralığında renk veya dalga ayırıcı vasıtasıyla filtreleme yaparak ölçüm yapabilmesidir. Gelen ışınlar bu renk veya dalga ayırıcılara geldiğinde ızgara veya pramitten girer ve sadece küçük bir aralığındaki radyasyon dedektöre ulaşır ve kaydedilir. Bu aralığa bant genişliği (bandwidth) denir [36] Spektrometreler Spektrometreler elektromanyetik spekrumun belirli bir bölgesinin üzerindeki ışık özelliklerinin ölçülmesine yarayan optik bir ölçüm cihazı olarak tanımlanır, elektromanyetik dalgaların analizinde spektrometreler kullanılır. Geniş bir spektrumda, ortamdaki radyasyonun dalga boyuna göre analizini yapmaya ya da cinsinin ve ışınım özelliklerinin belirlenmesinde kullanılır. 200 nm 800 nm dalga aralığındaki fotonların enerjileri, analiz edilmek istenen maddenin atomlarının dış valans ve iç kabuk elekronlarına ulaşarak titreşim seviyelerini arttırır ve uyarılmalarını sağlar [38]. Uyarılan atom, molekül veya iyonların, bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında, absorplanan veya yayılan elektromanyetik ışımanın ölçülmesi ve yorumlanmasına spekroskopi adı verilir Spektrometri Işığın dalga karekteristiği bölümünde, ışığın kırılması, ışığın polarizasyonu konuları ele alımmıştı. Işınımın ölçümünde, genellikle ışığın maddeyle etkileşiminden

66 46 faydalanılır. Maddeyle etkileşime giren ışığın, bu kavramlara ek olarak, ışığın yansıması, ışığın saçılması ile ışığın absorpsiyonu ve emisyonu konuları gündeme gelmektedir. Işımanın saçılması: Fotonun örnekteki parçacıklara çarparak yön değiştirmesine saçılma adı verilir. Saçılma tipleri: -Görünür bölge ışıması kullanıldığında, kolloidal ve bulanık çözeltilerde gözlenen saçılma, Tyndall saçılmasıdır. -Çözünmüş moleküller veya çok atomlu iyonlardan saçılması Rayleigh saçılmasıdır. -Parçacıklarla etkileşen dalga boyunun, ışığı saçan moleküllerin titreşim enerji düzeylerine göre değiştiği saçılma türü Raman saçılmasıdır [9]. Işımanın absorpsiyonu ve emisyonu: Kuantum kuramına göre atomlar, ancak elektron konfigürasyonuna ve dış elektronlarının belirli enerji düzeyleri arasındaki geçişlerine bağlı belirli potansiyel enerji düzeylerinde bulunabilirler. Elektronların bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri ile ilgili atomik spektrumlar belirlenmiştir. Atomlar, elektromanyetik ışımayı absorbe ederek en düşük enerji düzeyinden (temel düzey) uyarılmış düzeylere geçerler; bu geçişlerle ilgili olarak söz konusu atomun absorpsiyon spektrumları da belirlenmiştir. Elektromanyetik ışımayı absorbe ederek en düşük enerji düzeyinden uyarılmış düzeylere geçmiş olan atomlar, temel düzeye dönüş sırasında UV veya görünür bölge sınırları içinde ışıma enerjisi yayarlar. Her atom için emisyon spektrumu da bu suretle belirlenir. Moleküller de atomlarda olduğu gibi uygun enerjideki fotonlarla etkileştiklerinde, bu fotonları absorplayarak uyarılmış hale geçerler. Uyarılmış moleküller, bu kararsız durumdan fazla enerjilerini yayarak kurtulurlar (moleküler emisyon). Bu şekilde atom spektrumlarından daha karmaşık olan moleküler spektrumlar da belirlenir [9].

67 47 Absorplanan fotonların sayısı, ortamdaki absorpsiyon yapan türlerin sayısı ile orantılıdır. Monokromatik ve I 0 şiddetinde ışıma, ortamı daha küçük olan I şiddetinde terk eder. Lambert-Beer kanunu: Bir çözeltiden geçen ışık miktarı, ışığın çözelti içinde katettiği yol ve çözelti konsantrasyonu ile logaritmik olarak ters orantılı, emilen ışık miktarı ise doğru orantılıdır [9]. Transmittans(T)= I/I0 %Transmittans (%T)= 100 T Absorbans (optik dansite, O.D.)= -log10t Absorbans(A)= ε c l (5.3) c çözelti konsantrasyonu (mol/l) l ışığın çözelti içinde kattetiği yol (cm) ε molar absorpsiyon katsayısı(l/mol/cm) Spektroskopik yöntemler : UV-görünür bölge absorpsiyon spektroskopisi Floresans ve fosforesans spektroskopisi Atomik absorpsiyon spektroskopisi Atomik emisyon ve atomik floresans spektroskopisi İnfrared (IR) spektroskopisi Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi Kütle spektrometrisi UV-görünür bölge absorpsiyon spektroskopisiyle çözelti içindeki madde miktarını belirlenebilmektedir. Çözeltiden geçen veya çözeltinin tuttuğu ışık miktarından faydalanarak yapılan ölçme işlemine fotometri, bu tip ölçümde kullanılan cihazlara da fotometre denir. Fotometrik ölçümde, renksiz çözeltilerin konsantrasyonu da ölçülebilir [9].

68 48 Analiz edilen örnek üzerine ışık demetinin bir kısmını filtreler kullanarak ayıran ve gönderen aletler kolorimetre veya fotometre olarak adlandırılırken, yarıklar ya da prizmalar aracılığı ile bu seçiciliği yapan aletler spektrofotometre olarak adlandırılırlar. Maddenin ışığı absorplamasını incelemek için kullanılan düzeneğe absorpsiyon spektrometresi veya absorpsiyon spektrofotometresi adı verilir. Bir spektrofotometre düzeneği, başlıca ışık kaynağı, dalga boyu seçicisi (monokromatör), dedektörden oluşur. Işını elektrik sinyaline çeviren optik bir sinyal kaydedici veya bir galvanometre ile ölçüm yapılır. Ana bileşenlere ek olarak spektrofotometrede ışığı toplamak, odaklamak, yansıtmak, iki demete bölmek ve örnek üzerine belli bir şiddette göndermek amacıyla mercekler, aynalar, ışık bölücüleri, giriş ve çıkış aralıkları vardır. Örnek, kullanılan dalga boyu bölgesinde ışığı geçiren maddeden yapılmış örnek kaplarına (küvet) konularak ışık yoluna yerleştirilir [9]. Örnek üzerine gönderilen ışığın daha monokromatik olmasını sağlamak için bazı spektrofotometrelerde çift monokromatör kullanılır. Monokromatör, filtreli fotometrelerde ışık filtresidir; spektrofotometrelerde ise ışık prizmasıdır. Dalga boyu seçicileri (mono-kromatörler), ışık kaynağından gelen polikromatik ışıktan tek bir dalga boyunda monokromatik ışık elde edilmesini gerçekleştiren düzeneklerdir [9]. Işık filtreleri; camdan yapılmış ve uygun boyalarla boyanmış filtrelerdir. Portatif olup kullanıcı istediği zaman uygun dalga boyundaki filtreyi cihaza takabilir. Filtrelerin üzerinde geçirdikleri dalga boyu yazılıdır. Filtrenin rengi, ölçüm yapılacak çözeltinin rengine göre seçilir. Örneğin, mavi ışığı tutan (sarı) bir maddenin ölçümünde sadece mavi ışığı geçiren filtre kullanılır. Işık prizmaları, cam veya kuartz olabilir. Özellikle düşük UV ışınları iyi

69 49 geçirmediğinden, cam prizma görünür bölge için uygundur. Kuartz prizmalar ise hem UV ışınlarını iyi geçirir, hem de görünür ışık ve IR e yakın bölgelerde çalışmaya elverişlidir [9]. Spektrofotometrelerde dedektör, maddenin ışığı absorplayıp absorplamadığını anlamak için ışık kaynağından gelen ışığın şiddetinin ölçülmesi amacıyla kullanılan düzenektir. UV-görünür bölgede kullanılabilen foto-voltaik dedektörler, foto-tüp ve foto çoğaltıcı tüp olmak üzere üç tür dedektör vardır [9]. Kullanım amaçları doğrultusunda, elektromanyetik dalgaların analizi ve malzemelerin analizi olarak iki grupta incelenebilir. Aslında bu iki ölçümün de temel mantığı, ortamdaki ışınların analizidir. En yaygın olarak malzemelerin ve çözeltilerin analizlerinde kullanılan bir yöntemdir. Bu analiz yönteminde ışığı spektral olarak dalga boylarına ayırıp, elektriksel sinyallere dönüştürerek spektroskopik analizleri yapılabilmektedir. Malzeme içeriğinde yer alan her elementin atomları farklı enerji düzeylerine sahip olduklarından, uygulanan elektromanyetik etkinin moleküller tarafından absorpsiyonu ve yansımaları farklıdır. Ölçülen bu farklılıklar malzeme içeriği hakkında bilgi verir [39]. İyonize radyasyon spektroskopisinde manyetik ve kütle spektrometreleri olarak iki grupta ele alınabilir. Manyetik spektrometre ile yapılan optik ölçümlerde ışığın dalga boylarının dağılımını elde etmek için girişim ağı kullanılır. Böylece dalga boylarının uzaysal ayırılmaları yapılmış olur. Bu farklı dalga boylarının farklı yerlerde görünmeleri demektir ve bunlar fotoğraf filmi (bir spektrograftaki gibi) üzerine kaydedilir. Şiddetleri de bir yarık ve bir fotoelektrik aletle (spektrometre gibi) kaydedilir. Bu ölçümlerin yapılabileceği aletlerin yapımında dikkat edilen ve amaçlanan, yüksek çözümleme gücü (λ/ λ ile tanımlanır ve aralarında λ farkı olan iki dalga uzunluğunu ayırtedebilme yeteneğidir) ve geniş bir dağılım (θ / λ ile tanımlanır ve λ dalga boyu aralığı başına θ açısal farkıdır) başarmak olmalıdır. [34]

70 50 Manyetik spektrometrelerin tasarımı, kütle spektrometrelerinin tasarımı ile pek çok özelliği paylaşır. Kütle spektrometrisi; uygulayıcıya yüksek duyarlıkta ölçüm yapma imkanı sağlayan bir tekniktir ve bir çekirdeğin nötron ve proton ilavesiyle düzgün bir şekilde arttığından, ölçülen kütleler kararlı izotopların düzgün bir şema olarak elde edilmesini sağlar. Tüm manyetik spektrometrelerin işleyişi hemen hemen aynıdır. Temel özellikleri Şekil 5.6 de görülmektedir. Radyoaktif kaynağın E 1 ve E 2 enerjili farklı iki radyasyon yaydığını varsayalım (örneğin, α parçacıkları gibi). Bunlar birçok farklı doğrultuda yayınlanır. Düzgün bir manyetik alanda, dairesel yörüngede hareket ederler. Fotoğraf filmi gibi kaydedici bir alete çarptırılarak iki farklı görüntü elde edilir (Şekil 5.6 ve 5.7). Manyetik alanın tasarımı ile ilgili diğer tüm ayrıntılar, odaklama etkisini arttırmak ve çözme gücünü geliştirme amacını güder [34]. Şekil 5.6. Basit bir manyetik spektrometre [34] Şekil 5.6 da şematik olarak gösterilen basit manyetik spektrometrede, kâğıt düzlemine dik düzgün bir B manyetik alan vardır. Parçacığın momentumu, yörüngesinin r yarıçapını belirler. Dar bir açı aralığında yayılan parçacıklar film üzerinde bir noktaya odaklanırlar.

71 51 Elektronlar için tipik bir spektrometre Şekil 5.7 de görülmektedir. Manyetik alan bir dizi bobinle üretilir. Bobinlerdeki akımın özel bir değeri için (ve dolayısıyla alanın) tek enerjili elektronların çıkış yarığına girerken, diğerleri giremez. Bu esnada bir dedektör farklı çıkış akımları için elektron şiddetini kaydeder. Böyle bir alet için elde edilebilen E/E çözme gücü %0.1 in altındadır. Oysa bir Si (Li) dedektöründe elektronlar için elde edilebilecek en iyi çözme gücü %0.5 olabilir. Çözme gücündeki bu gelişme, farklı alt kabuklardan yayınlanan iç dönüşüm elektronlarının şiddet ölçüm çalışmalarında kritik öneme sahiptir [34]. Şekil 5.7. Elektronlar için tasarlanmış manyetik mercek spektrometresi [34] Çalışması optik merceklerinkine çok benzer. Bobinler sistemin ekseni boyunca bir manyetik alan üretir. E 2 enerjili parçacıklar çıkış yarığına odaklanırlar ve dedektörlere ulaşırlar. Farklı enerjili parçacıklar kaydedilemezler. Bobinlerdeki akımın değişmesi farklı enerji gruplarının odaklanmasına ve dedektör tarafından gözlenmesine olanak sağlar. Bu çalışmada, ark kaynağından yayılan ışınların analiz edilmesi amaçlandığından, spektrometrik ölçüm yönteminin en amaca uygun ölçüm yötemi olduğu görülmektedir.

72 Kolorimetreler Bir maddenin rengi, o maddeden gözümüze ulaşan görünür bölgedeki elektromanyetik ışınlardır. Bu ışınlar, saydam maddeler için maddenin içinden geçip gelen, saydam olmayanlar için ise yansıyan ışınlardır. Madde tarafından tutulan ışınların rengi ile maddenin görünür rengini oluşturan ışınların rengi, tamamlayıcı renkler olarak adlandırılır: Sarı-Mavi ve Kırmızı-Yeşil renkler tamamlayıcı renklerdir. Maddelerin rengi, maddelerin tuttuğu ışının tamamlayıcısı olan ışının rengidir. Dalga boylarına göre maddelerin absorbe ettiği ve görüldüğü renkler Çizelge 5.1 de verilmiştir. Çizelge 5.1. Dalga boylarına göre maddelerin absorbe ettiği ve görüldüğü renk [9] Işık λ (nm) Absorbe edilen renk Görünen renk Menekşe Sarı-yeşil Mavi Sarı Yeşil-mavi Portakal Mavi-yeşil Kırmızı Yeşil Mor Sarı-yeşil Menekşe Sarı Mavi Portakal Yeşil-mavi Kırmızı Mavi-yeşil Çözelti içindeki madde miktarını çözeltinin renginden faydalanarak ölçme işlemine kolorimetri, bu tip ölçümde kullanılan cihazlara da kolorimetre denir.

73 53 Kolorimetrik ölçümde, konsantrasyonu ölçülecek çözeltinin rengi değişik konsantrasyonlardaki standartların rengiyle karşılaştırılarak değerlendirilir [9] Fotometreler Işık ölçümünde kullanılan alıcılar, ışıkölçer veya fotometre adıyla anılır. Elektromanyetik spektrumun kızıl ötesi, görünür ışık ve mor ötesi bölgeleri (bu üçüne kısaca optik bölge de denilir) içinde kalan radyasyonun enerji ölçümü ve/veya renk belirlemesinde fotometreler kullanılır. Fotometreler bu amaçla kullanılan ölçü aletlerinin genel adıdır. Fotometrelerle, çözelti içindeki madde miktarı, çözeltiden geçen veya çözeltinin tuttuğu ışık miktarından faydalanarak ölçülebilmektedir [40] Spektro-fotometreler Temel mantığı, hazırlanan çözeltiden belirli spektrumlarda ışık geçirilmesi ve bu ışının ne kadarının çözelti tarafından absorblandığının bulunması esasına dayanır. Çözeltinin içerdiği madde miktarı ne kadar fazla ise daha fazla ışın, çözelti tarafından soğurulur. Spektrofotometre, çözeltinin içinden geçebilen -çözelti tarafından absorblanmayan- ışığın yoğunluğu tespit ederek çözelti içeriğindeki aranan maddenin miktarı hakkında kantitatif bilgi verir [40]. Genelde çözelti içindeki moleküller, inorganik iyonlar veya kompleksler için uygulanır. Analiz edilen örnek üzerine ışık demetinin bir kısmını filtreler kullanılarak ayıran ve gönderen aletler kolorimetre veya fotometre olarak adlandırılırken, yarıklar yada prizmalar aracılığıyla bu seçiciliği yapan aletler spektrofotometre olarak adlandırılır. [40] Spektrofotometre in içerdiği başlıca iki yapısı vardır. Bunlardan birisi ışık kaynağı olan spektrometre ve diğeri fotometre olarak adlandırılan ışık detektörüdür (Şekil 5.8).

74 54 Şekil 5.8. Spektrofotometrenin çalışma prensibi [40] Farklı amaçlarla radyasyonla ilgili ölçümler yapılabilmektedir. Radyasyon ölçümü, radyasyon kaynağının yaydığı enerji veya radyasyonun şiddeti, ortamdan alınan doz, hangi tür ve düzeyde bir radyasyon yayıldığının tespiti vb. gibi amaçlarla ölçümler yapılmaktadır. Bu çalışmada; elektrik ark kaynağı parametrelerinde üretilen radyasyon türünü, elektromanyetik spektrumun hangi aralığında, hangi dalga boylarında ışıma meydana geldiğinin tespiti amaçlandığından, ölçümlerde spektrometre tipi ölçüm cihazları kullanılmıştır.

75 55 6. KAYLAKLI BİRLEŞTİRMELER Kaynaklı işlemlerinde ark esnasında meydana gelen fiziksel olayların ve ark mekanizmasının bilinmesi, ortaya çıkan radyasyonun tespiti açısından önemlidir. Kaynak çeşitleri ve sınıflandırmaları da bu bölümde ele alınacaktır Kaynağın Fiziği Sökülemeyen bir birleştirme tekniği olan kaynak en genel tanımıyla; aynı metal veya birbirine yakın özellikte alaşımların ısı etkisi veya ısıyla beraber basınç altında birleştirilmesi şeklinde ifade edilir. Birçok kaynak işleminde uygun bir birleştirme için ısı ve basınç uygulanır. Kaynak esnasında meydana gelen ısı, elektrik, manyetik alan, ışık ve ses gibi fiziksel olaylar kaynak fiziği ile ilgilidir. Kaynak genellikle, birleştirmeye yakın bölgede oluşturulan yüksek ısıl işlemleri içerir. Çok sık karşılaşılan, ilave metal kullanmadan yapılan kaynaklarda ısıl uygulamanın anlamı, birleştrilecek parçalar arasında oluşan elektrik akımının elektrik direncidir. Sürtünme ve elektrik boşalması (kıvılcım ve ark) birleştirilecek parçalar arasında çok başarılı olarak uygulanır. Hemen hemen her yüksek yoğunluklu ısı kaynakları, kaynak işlemlerinde kullanılmaktadır. Dışardan uygulanan ısı kaynağının teknik önemi ark, elektron bombardımanı, ışık bombardımanı (lasers), egzotermik reaksiyon ve elektrik direncine sebep olur. Kaynak işlemlerinde uygulanan ısı, kaynak yapılacak malzemelerde başka bir ısı kaynağından iletilmiş veya önceden kalan ısı veya dışardan verilen ısı olabilmektedir [41]. Üretim hacmi bakımından en önemli kaynak yöntemi ark kaynaklarıdır. Genel olarak en yaygınlaşmış olan, bir yüksek ısı kaynağı, hazırlanmış kenarlara veya

76 56 kaynatılacak malzemelerin yüzeylerine ve birleştirilecek ara yüzeylere uygulanır. Isı kaynağının güç ve yoğunluğu bölgesel ergimeleri sağlamada etkili olmalıdır. Kaynak ısı kaynağının etkinliği temelde onun yoğunluğuna bağlıdır. Kaynaktaki ısı akısı konusunda yapılan araştırmaların temeli, öncelikle ısı kaynağının kaynak yapılacak malzemeleri nasıl etkilediği, enerji girdisi veya ark kaynağında ark enerji girdisi kavramıdır. Ark enerji girişi, bir arkta olduğu gibi hareket eden ısı kaynağından, kaynak diğişinin her bölgesindeki enerji miktarını gösterir, metre veya milimetre (veya inch) başı düşen enerjiyi Joule olarak açıklar. Enerji girdisi, ısı kaynağının toplam güç girdisinin watt olarak onun saniyedeki hızı (mm/sn) oransal olarak hesaplanır [41]. H = P / V (6.1) eşitliğinde;, H = Enerji girdisi Joule / mm P = Toplam ısı girdisi Watt V = Isı kaynağının hızı mm/sn Eğer ısı kaynağı bir ark ise; H = EI / V (6.2) E = Volt (V) I = Amper (A) Eğer amaç, kaynak yapılacak malzeme üzerindeki arkın ısı etkisini tam olarak tanımlamaksa, net enerji girdisi için H net kullanılmalıdır. H net = ƒ 1 EI / V (6.3) ƒ 1 = ısı transfer etkinliği (ısıl verimlilik)

77 57 Isı aslında, toplam üretilen enerji ısı kaynağı tarafından paylaştırılarak iş parçasına transfer edilir. Birçok elektrot ark kaynağında H ve H net arasındaki fark çok önemli değildir. Çünkü transfer etkinliği (verimi) genelde 0.8 den büyük ve çoğunlukla 1.0 a yakındır [41] Kaynak Enerjisi Bütün kaynak çeşitleri farklı da olsa enerji gerektirir. Birçok işlem için enerji kaynağı, ergime ve birleştirme için gerekli olan ısıyı sağlar. Ancak bazı kaynak yöntemleri vardır ki, ısı kullanmaz, bununla birlikte bağlantı oluşturmak için bir çeşit enerjiye gereksinim duyar. Kaynak işlemlerinde kullanılan enerji kaynakları; elekriksel, kimyasal, optik, mekanik ve katı hal enerji kaynakları olarak ele alınabilir. Ayrıca bu gruplamalarda yer almayan ve elektrik direncini enerji kaynağı olarak kullanan alın (flash) kaynak yöntemi de mevcuttur. Lehimleme ve sert lehimlemede çeşitli ısı kaynağı kullanılabilmektedir. Bu yöntemlerde kullanılan enerji kaynaklarını kategorilendirmeden ziyade, ısı verimliliği ve kullanılış amacına uygunluğu daha ön plandadır [41] Kaynak Çeşitleri Kaynaklı birleştirmeleri enerji kaynaklarına göre sınıflandırmak gerekirse [41]; Elektrik enerjili kaynaklar o Ark kaynakları o Direnç kaynağı o Elektroslag kaynağı Kimyasal enerjili kanaklar o Oksijen-petrol gazı kaynakları o Termit kaynağı

78 58 Optik enerjili kaynaklar o Laser kaynakları Fasılalı laser kaynağı Sürekli laser kaynağı o Elektron ışın kaynağı Mekanik enerjili kaynaklar o Sürtünme kaynağı o Ultrasonik kaynak o Patlama kaynağı Katı hal enerjili kaynaklar (Difusyon birleştirme, basınçlı birleştirme, gaz basınçlı birleştirme, ötektik lehimleme, ötektik birleştirme ve daha başka isimlerle anılan kaynak yöntemleridir. Bu kaynak yöntemlerinin ortak paydası katı hal bağlantıyı ana metale eklemekdir) [41]. Günümüzde oldukça geniş uygulama alanı bulunan kaynak teknikleri, enerji sınıflandırmalarından farklı olarak, üç ana grupta toplanabilir [42]: 1. Basınç Kaynakları A. Elektrik direnç kaynağı Punta kaynağı Dikiş kaynağı Alın kaynağı B. Patlama basınç kaynağı C. Sürtünme kaynağı 2. Eritme kaynakları A. Ark Kaynakları Örtülük elektrotla ark kaynağı Karbon elektrotla ark kaynağı Toz altı ark kaynağı MIG-MAG kaynakları TIG kaynağı

79 59 B. Gaz kaynakları Oksi-asetilen kaynağı Oksi-hidrojen kaynağı 3. Özel kaynaklar A. Ultrasonik kaynak B. Lazer kaynağı C. Plazma kaynağı D. Elektron ışın kaynağı Yukarıda belirtilen kaynak çeşitlerinden ark kaynakları endüstride en yaygın olarak kullanılması ve yaydığı ışınlar sebebiyle bu araştırmanın parametrelerini oluşturmuştur. İnsan ve çevre sağlığını en çok etkileyen bu kaynak yöntemlerinden örtülü elektrot kaynağı, MIG (Metal Inert Gas) ve TIG (Tungsten Inert Gas) kaynakları, bu çalışmada kaynak parametreleri olarak belirlenmiştir Ark Mekanizması Bütün kaynak yöntemleri için, ark kaynağı elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştüren bir gaz iletken olarak düşünülebilir. Ark birçok kaynak işlemleri için ısı kaynağıdır, çünkü elektriksel yöntemlerin kolay kontrolü vasıtasıyla yüksek yoğunluklu ısı üretir. Bilinen kurallar her durum için uygulanabilir olmadığı için, arkta oluşan bazı tam açıklanamayan olayların yeni kavramlarla açıklanması gerekmektedir. Ark ısı kaynağından daha fazlasıdır. Aynı zamanda radyasyon kaynağıdır. Ark malzeme muayenesinde radiant enerji kaynağı olarak veya ark lambası şeklinde ışık kaynağı olarak kullanılabilir. Kaynak işlemlerinde, ark ısı sağlamanın yanında yüzeydeki oksidin temizlenmesine de yardım eder. Ark aynı zammanda metal transferini de kontrol edebilmektedir [41]. Kaynak arkı, gelişmiş bir gaz iletkenliği tarafından sürekli ve düzenli hale getirilmiş

80 60 elektriksel bir akı olarak tanımlanabilir. Gaz ortamı için taşınan akım, yayma alanı ve termal yöntemlerle üretilir. Kaynak arkı çeşitlerinin çoğu metal birleştirme alanında herbiri tek uygulama gibi anlaşılır. Bazı durumlarda, kaynak arkı, iki elektrot arasında bir elektrik akısı oluşturan bir sabit durum aygıtıdır. Ancak ark sıkça kısa ve dolaylı elektrik akım tarafından durdurulur, gaz ortamı iletkenliği dalgalı akım ve sürekli olmayan alternatif akımdan etkilenir. Modern fiziğe göre ark, kızgın bir katottan yayılan elektronların, yüksek bir hızla anodu bombardıman etmesi neticesinde meydana gelir. Bu bombardıman, çarpma sonunda nötür moleküllerin, iyonize olmasına sebebiyet verdiğinden, kuvvetli bir sıcaklık yükselmesi sağlamaktadır. Böylece elektrik enerjisine dönüşmektedir. Son yapılan araştırmalara göre toplam enerjinin 85 %'si ısı ve 15 %'si de ışık enerjisine dönüşmektedir [41]. Pratikteki kaynak arkının gücü 0.3 ila 160 kw ve ısı eşdeğeri de 70 ilâ Cal/S arasında değişir. Ark tarafından elde edilen ısı enerjisi ark huzmesi, katodik leke (negatif elektrodun ucundaki kızgın noktaya katodik leke denir) ve anodik krater (pozitif elektrodun ucundaki krater şeklindeki oyuk) arasında dağılır. Kararlı bir arkta ark huzmesi tarafından üretilen ısı, ark aralığı tarafından etrafa verilen ısı ile aynı miktardadır [43] Plazma Ark akımı plazma tarafından taşınır. İyonize durumdaki gaz yaklaşık olarak eşit düzeyde elektron ve iyondan meydana gelmiştir. Elektronlar akım iletkenliğinin çoğunu sağlar, eksi (-) yüklü katodtan, (+) yüklü anoda doğru akar. Erimiş metaller, cürüf, buhar, dogal ve uyarılmış gaz atomları ve molekülleri gibi diğer maddeler de plazmaya karışır. Termal yöntemlerle doğal plazma oluşturmak için, çarptırmayla oluşan plazma materyallerinin iyonizasyon potansiyeline göre sıcaklık dengesinin elde edilmesi gerekir. Plazma formasyonu ideal gaz kuralları ve ana malzeme kurallarının genişletilmiş bir konsepti tarafından kontrol edilir [41].

81 61 Plazma tadafından taşınan elektron akımı ve yoğunluğu; n e n i n o = 2Z i [(2π m e KT) 3/2 ] e (ViKT). (2.16) Z 0 h 3 (6.4) n e n i ve n o = pratik yoğunluk ( sırasıyla bir hacimdeki elektron, iyon ve doğal atom sayısı) V i = İyonizasyon potansiyeli T = Tam sıcaklık derecesi Z i ve Z o = İyon ve doğal partiküllerin fonksiyonu h = Plank s sabiti m e = Elektron kümesi K = Boltzmann sabiti Ark oluşumuyla ısınan gazın maksimum sıcaklığı, gaz cinsine ve akımın yoğunluğuna bağlı olarak K K düzeyine kadar çıkabilir. İyonizasyon yüzdesi ark içindeki bütün partiküller de hesaba katılarak, sıcaklık etkisiyle oluşturacağı ilk radyasyona bağlıdır [41] Sıcaklık Ölçülen kaynak arkı sıcaklık değerleri normalde K K den daha azdır. Bu plazma ve iletilen akıma bağlıdır. Yüksek konsantrasyon için sodyum ve potasyum gibi kolay iyonize olan malzemelerle, ki bunlar elektrot örtülerinin bileşiminde bulunur, maksimum ark sıcaklığı K düzeyine ulaşır. Saf inert gaz arkları, eksenel sıcaklığı K düzeyine çıkabilir. Yüksek güç yüklemesiyle bazı özel arklarda eksenel sıcaklık K düzeyine ulaşabilir. Birçok durumda ark sıcaklığı spektral radyasyon yayımı yöntemiyle ölçülür [41].

82 Radyasyon Arktan yayılan radyasyon miktarı ve karekteri, atomik kütle, gazın kimyasal yapısı, sıcaklık ve basınç özelliklerine bağlıdır. Ark radyasyonunun spektral analizi, oluşan radyasyonun frekanas veya dalga aralığını, hatlarını ve devamlılık düzeyini gösterir. Organik tipteki elektrotlardan yayılan radyasyonun analizi, uyarılan ve iyonize olarak yayılan radyasyonun hattı ve devamlılığı kadar, titreşim ve döngü özelliklerinden faydalanarak, moleküler aralığını da gösterir. İnert gaz arkları, ağırlıklı olarak atomik uyarma ve iyonizasyon ile radyasyon yayar. Enerji girdisinin artırılmasıyla, yüksek düzeylerde iyonizasyon oluşur, yayılan radyasyonun enerji seviyesi artar. Argon ark kaynağında toplam enerji girdisinin % 20 si radyasyona dönüşür, ancak diğer kaynak gazlarından radyasyon kaybı % 10 dan fazla değildir. Kaynak arkından UV, görünür ışık ve IR ışınlarının tümü yoğun olarak yayılır. Kütlesel etki yüzünden argon koruyuculu arktan yayılan UV radyasyon daha güçlüdür, çünkü ışın plazma içinde çok az veya hiç absobe edilmez. Argon gaz ve tungsten ark kaynağında görünür spektrum ve bir parça IR spektrum yayılır (Şekil 6.1) [41].

83 63 Argon koruyucu gaz Malzeme kalınlığı 3 mm Tungsten elektrot 200A akım Dikey pozisyon Spektral aralık A o Uzun Dalga boyu Kısa * Doğru akım, pozitif elektrot Şekil 6.1. Argon koruyucu gaz altında yapılan TIG kaynağından yayılan elektromanyetik ışınlar [41] Yüksek düzeyde akım uygulanması sebebiyle arkın elektriksel özellikleri ile ark çevresinde oluşan manyetik etki alanı, ark mekanizmalarının özellikleri arasında incelenmektedir. Arkın elektriksel özelliği şu formülle izah edilir: Watt = I ( E a E c E p ) (6.5) E a = Anod voltajı E c = Katod voltajı E p = Plazma voltajı Kaynak arkı yapay yollarla en yoğun UV, parlak ışık üreten radyasyon kaynaklarıdır ve çalışanlar üzerinde en etkili radyasyon yayılımıdir. Bazı durumlarda, kaynak otomatik olarak uygulanır ve bitirilir ancak genellikle kaynak inşaatlarda, limanlarda ve küçük atelyelerde elle uygulanır. Bu durumlarda UV radyasyon ve parlak ışık sadece kaynakçıyı değil çevresinde bulunan diğer çalışanları da etkiler.

84 64 Bu nedenle kaynak arkından yayılan ışınların çevresini etkileme düzeylerini belirlemek amacıyla yapılan ölçümlerde kaynak arkından yayılan radyasyon değerleri Çizelge 6.1 de verilmiştir. Alüminyum ve çelik malzemelerin MIG kaynağından yayılan radyasyondeğerleri yer almaktadır [44]. Çizelge 6.1. Malzemeye göre ölçülen radyant enerji dğerleri [44] Malzeme Akım Işıma Aralığı nm [A] E tot [μw/cm 2 ] ACGIH nm E eff [μw/ cm 2 ] t max [S] CIE nm E eff [μw/ cm 2 ] t max [S] Işıma Aralığı nm E tot [μw/cm 2 ] Mavi Işık nm E blue [μw/ cm 2 ] Çelik Alüminyum *ACGIH: American Conference of Governmental Industrial Hygienists **CIE : Commission Internationale de l Eclairage (The International Commission on Illumination) t max [S] Alüminyum ve çelik malzemeye 200A akımla uygulanan MIG kaynağından elde edilen değerler incelendiğinde, genel olarak belirlenmiş normların üzerinde değerler elde edildiği, özellikle Al malzemenin kaynağında 1 saatlik ışımaya maruz kalınması durumunda bile ACGIH normlarının iki katına ulaşıldığı görülmektedir. Alüminyum malzemeye MIG ve TIG kaynak yöntemleriyle uygulanan kaynak arkından yayılan radyasyon enerjileri Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 6.2. Kaynak yöntemine göre ölçülen radyant enerji değerleri [44] Kaynak İşlemi Akım [A/V] Işıma Aralığı nm E tot [μw/cm 2 ] ACGIH* nm E eff [μw/ cm 2 ] t max [S] CIE** nm E eff [μw/ cm 2 ] t max [S] Işıma Aralığı nm E tot [μw/cm 2 ] Mavi Işık nm E blue [μw/ cm 2 ] t max [S] TIG 150/ MIG 200/ TIG kaynağı için 4 saat ve MIG kaynakları için 0.5 ve 0.6 saat ışıma süresinde elde edilen değerler ACGIH ve CIE normlarının oldukça üzerindedir. MIG kaynağından

85 nm 400 nm dalga aralığında yayılan UV radyasyon enerjisine 30 dk süre maruz kalma durumunda bile kabul edilen değerlerin iki kat üzerine çıkıldığı görülmektedir.

86 66 7. RADYASYON GÜVENLİĞİ İLE İLGİLİ KURULUŞLAR VE FAALİYETLERİ Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO) tarafından resmen gönüllü kuruluş (NGO-Non Governmental Organization) olarak tanınan uluslararası Radyasyondan Korunma Birliği İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyon Komitesi (IRPA/INIRC International Radiation Protection Association/ International Non-Ionizing Radiation Committee) limitleri ve 18 Avrupa ülkesi için Avrupa Elektoteknik Standardizasyon Komitesi (CENELEC European Committee for Elektrotechnical Standardization) limitleri, bu uluslararası limitlerdendir. 46 Avrupa ülkesinin üzerinde anlaşmaya vardığı, IRPA/INIRC nin iyonlaştırmayan radyasyondan korunmaya ilişkin yönetmelikleri, Avrupa Birliği (EU) tarafından Birliğe üye ülkelerce uyulması gerekli standartlar olarak kabul edilmiştir. Dünya Sağlık Teşkilatı, 10 yıl süren ve 44 ülkenin katıldığı uluslararası Manyetik Alan Projesini (WHO, International Electromagnetic Field Project) 1996 yılında başlatmıştır. Bu projeyi aralarında EC, ILO, NATO nun da bulunduğu 8 uluslararası kuruluş ile 8 Araştırma Laboratuvarı ve Merkezi desteklemiştir. Bu proje çalışmaları sonucunda maruziyeti sınırlandıran uluslararası limitler araştırılmıştır [45]. The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection-ICNIRP tarafından 1989 yılı yönergesinde yer alan UV radyasyon ışıma limitleri, Ek-3 te verilmiştir. Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalar neticesinde yeni veriler ortaya konamadığından, Ulusal Radyoloji Korunma Kurulu (NRPB 2002), ICNIRP 1989 yılı yönergesinde yer alan UV radyasyon ışıma limitlerinin halen geçerli olduğunu kabul etmektedir [46].

87 Ülkemizde Radyasyon Ölçümü ve Alınan Önlemler Ülkemizde ihtiyari standart niteliğinde olan, 10 khz ile 300 GHz frekans bölgesindeki elektrik ile manyetik alanlara maruz kalan insandaki kısa dönemli olumsuz etkilerin önlenmesiyle ilgili tedbirleri kapsayan "TS ENV İnsanların Elektromanyetik Alanlara Maruz Kalması- Yüksek Frekanslar (10 khz- 300 GHz)" Standardı ve sıfır ile 10 khz aralığındaki statik ve düşük frekanslı elektrik ve manyetik alanlara maruz kalan insandaki kısa dönemli olumsuz etkilerin önlenmesiyle ilgili tedbirleri kapsayan "TS ENV İnsanların Elektromanyetik Alanlara Maruz Kalması - Düşük Frekanslar (0Hz-10 khz)" Standardı bulunmaktadır. Bu standartlarda, işçiler ve genel halk için, doğrudan ve dolaylı zararlara karşı koruma, temel sınırlamalar, referans seviyeleri, ölçüm metotları, cihazlar, ölçme işlemleri, maruz kalma sınırlarının tespiti esasları, elektromanyetik alan kaynakları, alan değerlerinin ölçümünde pratik öneriler, alan değerlerinin ölçüm sistemleri, hesap işlemleri, alan seviyeleri ile uyumun kontrolü, maruziyeti kontrol etme metotları yer almaktadır Türkiye Atom Enerjisi Kurumu TAEK TAEK faaliyet alanları, kurum yönetmeliği gereği iyonlaştırıcı radyasyon ölçümleriyle sınırlı olduğundan, ark kaynaklarında ortaya çıktığı literatür taramalarından anlaşılan ve deney çalışmalarında da tespit edilen iyonlaştırıcı olmayan optik veya UV radyasyon değerlerinin belirlenmesiyle ilgili faaliyetleri mevcut değildir. Bu çalışmada, başlangıçta TAEK uzmanlarıyla kaynak arkından yayıldığı düşünülen düşük enerjili iyonlaştırıcı radyasyon değerleri tespit edilmeye çalışılmış ancak sonuç alınamamıştır. Daha sonra yapılan deney çalışmalarında ark kaynaklarından parametrelerine göre çeşitli düzeylerde UV ve diğer iyonlaştırıcı olmayan radyasyon değerleri tespit edilmiştir. Deney çalışması kısmında bu veriler açıkça görülmektedir.

88 Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu - TÜBİTAK UME (Ulusal Metroloji Enstitüsü) Elektromanyetik Radyasyon Laboratuvarı kalibrasyon kabiliyetleri aşağıda belirtilen aralıklarda sınırlıdır [47]; DC-2 GHz (±1x10-11 x f Hz ) 2 GHz - 40 GHz (±1 Hz) 500 nm nm nm dalga boyu aralığığında olan ve deney çalışmalarında tespit edilen UV değerleri UME Eletromanyetik Radyasyon LaboratUV-Arı kalibrasyon kabiliyeti kapsamı dışında olup, bu aralıktaki ölçümler UME Optirk Grubu Laboratuarlarında gerçekleştirilmektedir. Elektromanyetik Grubu Laboratuarı: Elektromanyetik grubu bünyesinde üç laboratuvar yer almaktadır. Zaman ve Frekans Laboratuvarı Dalgaboyu Laboratuvarı Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) Laboratuvarı TÜBİTAK-UME Zaman ve Frekans LaboratUV-Arı 3 adet Cs atomik saat ile 2 adet GPS uydu alıcısıyla Eylül 1994 tarihinden itibaren Uluslararası Atomik Zaman (TAI) kulübü üyesidir. Koordine Evrensel Zaman (UTC) zaman ölçeğinin olusturulmasına katkıda bulunmakta ve uluslararası izlenebilirliğini sağlamaktadır. Dalgaboyu Standartları Laboratuarı ndaki çalısmalar genel olarak üç alanda yoğunlaşmaktadır: Dalgaboyu standartlarının oluşturulması ve geliştirilmesi Mastar blok ölçümleri için birincil seviye Köster interferometresinin oluşturulması

89 69 Mikrodalga-optik frekans zincirinin oluşturulması ve dalgaboyu standartlarının izlenebilirliğinin sağlanması Elektromanyetik Uyumluluk (Electromagnetic Compatibility, EMC) elektriksel, elektronik, elektromekanik cihazların çevresiyle uyumlu çalışabilme kabiliyetidir. Üretilen her cihaz, kullanıcı hizmetine sunulmadan önce gerek çevresine ve beslendikleri elektrik güç hatlarına istenmeyen girişim sinyallerinin verilmemesi, gerekse çevresinden ve beslendikleri elektrik güç hatlarından etkilenmemeleri amacıyla EMC testlerinden geçmek zorundadır. Özellikle üretilen cihazların Avrupa Birliği üyesi ülke pazarlarında yerlerini alabilmeleri için bu cihazların gerekli EMC testlerinden geçtiğinin simgesi olan CE isareti ve tasıtlar için de e işareti yasal bir zorunluluktur. Bu amaçla da TÜBİTAK-UME de Türk sanayisine hizmet sunan EMC laboratuvarları kurulmuştur [47]. Ölçüm Kabiliyetleri: 1. Zaman ve Frekans Ölçümleri; a. Frekans Ölçümleri DC-2 GHz (±1x10-11 x f Hz ) 2 GHz - 40 GHz (±1 Hz) 500 nm nm b. Zaman Ölçümleri Local Clock < ±20 ns (1 gün ortalama) Remote Clock<±50ns (1gün ortalama) c. Zaman Aralığı Ölçümleri 3 ps - 10 ns (±4 ps) 0,5 ns s (±100 ps) d. Ti:Sa fs Comb ve Fotodiyot ile Yüksek Frekanslı Osilaskopların Yükselme Zaman Kalibrasyonu

90 70 2. Geliştirilen Dalgaboyu Standartları ve Ölçüm Sistemleri 633 nm Dalgaboyu He-Ne/I2 Lazer standardı 532 nm Dalgaboyu Nd:YAG/I2 Lazer Standardı 780 nm Dalgaboyu ECDL/Rb Lazer Standardı 852 nm Dalgaboyu ECDL/Cs Lazer Standardı Femtosaniye Comb Üretici Kullanarak Lazer Frekanslarının Ölçülmesi Mastar Blok Ölçümlerinde Kullanılan Köster İnterferometresi Tam Yansımasız EMC Odasının Kontrol Odası TÜBİTAK-UME de EMC deney ve ölçümlerinin gerçeklestirilebilmesi için 10 m ölçüm mesafesine sahip açık saha deney alanı (ASDA), 10 m ölçüm mesafesine sahip yarı yansımasız oda ve dört adet ekranlı oda kurulmustur. Normalize Saha Zayıflatması (NSA) değeri ±1 db den küçük olan ASDA, anten kalibrasyonu ve ısınımla yayınım ölçümlerinde kullanılmaktadır. Isınımla yayınım ve ısınımla bağısıklık deneyleri 9 khz 40 GHz frekans aralığına sahip ve gerektiğinde tam yansımasız odaya çevrilebilen yarı yansımasız oda içerisinde yapılmaktadır. Laboratuarda kurulan EMC deney ve ölçüm sistemleri ile askeri ve sivil sektörlere yönelik MIL-STD-461E ve EN standartlarına göre deneyler yapılmaktadır yılından itibaren EMC deney ve ölçümleri yapan TÜBİTAK-UME EMC laboratuarı, 2006 yılından itibaren TURKAK tarafından akredite olunmus ve bu kapsamda hizmet vermektedir. Akreditasyon kapsamı hem askeri (MIL-STD-461E) hem de sivil (72/245/AT:2002, 75/322/EEC:2001, 95/54/EC:1995) sektörlere yönelik deneyleri kapsamaktadır UME Elektromanyetik Radyasyon LaboratUV-Arı ölçüm kaabiliyetleri Çizelge 7.1 de verilmiştir.

91 71 Çizelge 7.1. UME Elektromanyetik Radyasyon Laboratuvarı ölçüm kabiliyetleri [47] Ölçüm/Cihaz/Standart İletimle algılama ölçümleri Anten kalibrasyonu Elektromanyetik alan ölçümleri Ölçüm Aralığı 150 khz - 30 MHz En İyi Ölçüm Kapasitesi 0.4 db 30 MHz - 40 GHz4.0 db 30 MHz - 60 GHz V/m 100 khz - 18 GHz 5 Hz - 32 khz Açıklamalar Ölçümler, LISN ve EMC test alıcılılarıyla ekranlı odada gerçekleştirilmektedir. Kalibrasyon, 10 m ölçüm aralığı ve ± 1 db NSA değerine sahip açık saha test alanında yapılmaktadır. Ölçümler, yönlü anten ve spektrum analizörü kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Ölçümler, geniş bantlı % 10,0-15,0 izotropik anteni ile gerçekleştirilmektedir. ± (% 5,0 ± 1V/m) Ölçümler, geniş bantlı izotropik anteni ile ± (% 8,0 ± 10 mg) gerçekleştirilmektedir. Optik Grubu Laboratvarı: UME Optik Grubu Laboratuvarı, elektromanyetik ısınım tayfının morötesi, görünür ışık ve kızılötesi bölgelerindeki ölçümlere yönelik çalısmalarını radyometri, fotometri, spektrofotometri ve fiberoptik alanlarında sürdürmektedir. Laboratuvarın kalibrasyon ve ölçüm olanakları arasında spektrometre, renkölçer, parlaklık-ölçer, densitometre, OTDR vb. kalibrasyonları ile aydınlatma ve sinyalizasyonda kullanılan optik aygıtların özel standart testleri gelmektedir. Ölçüm Kabiliyetleri: UME Optik Grubu Laboratuvarında ölçülen büyüklüklerin bazıları Çizelge 7.2. te verilmiştir.

92 72 Çizelge 7.2. UME Optik Grubu Laboratuvarı ölçüm büyüklükleri [47] Ölçülen Büyüklük Işık Şiddeti Işık Akısı Optik Güç Tayfsal Işınım Düzeyi Düzenli Geçirgenlik Dağınık Yansıma Renk Ölçüm Aralığı (1 cd cd) (en düşük belirsizlik % 0,5) (5 lm lm) (en düşük belirsizlik % 0,8) (10 μw - 2 W) (en düşük belirsizlik % 0,02) (0, mw/m2) (250 nm nm) (380 nm nm) (CIE Y-xy, L-ab) İzlenebilirlik: Laboratuvardaki tüm radyometrik ve fotometrik ölçümlerinin izlenebilirliği, TÜBİTAK-UME krayojenik radyometresine bağlıdır. Uzunluk, elektrik ve sıcaklık alanındaki diğer ölçümleri ise TÜBİTAK-UME birincil standartlarına ilişkilendirilmiştir. UME Optik Grubu Laboratuarı ölçüm kabiliyetleri EK-4 te sunulmuştur Çevre ve Orman Bakanlığı tarih ve sayılı Resmi Gazete de yayımlanarak yürürlüğe giren 4856 sayılı Çevre ve Orman Bakanlığı Teşkilat ve Görevleri Hakkında Kanun un 9 uncu maddesinin (b) bendinde;...iyonlaştırıcı olmayan radyasyonun kontrolü, azaltılması ve bertaraf edilmesi için hedef ve ilkeleri belirleyerek her türlü tedbiri almak ve uygulanmasını sağlamak, bu konuda yönetim ve acil müdahale plânları yapmak, yaptırmak, konuyla ilgili kurum ve kuruluşlarla koordineli çalışmalar yaparak müdahale etmek, kriter ve standartları belirlemek, uygulamak, uygulanmasını sağlamak, ölçüm yaptırmak, verileri toplamak ve değerlendirmek. hükmü yer almaktadır [48].

93 sayılı Kanun un 9 uncu maddesinin (b) bendinde iyonlaştırıcı olmayan radyasyon kontrolü için;...konuyla ilgili kurum ve kuruluşlarla koordineli çalışmalar yaparak müdahale etmek, kriter ve standartları belirlemek, uygulamak, uygulanmasını sağlamak... hükmünün yer alması karşısında Çevre ve Orman Bakanlığı ile konu ile ilgili diğer kuruluşlar olan Sağlık Bakanlığı, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Telekomünikasyon Kurumu, TEİAŞ ve TEDAŞ tarafından ortaklaşa hazırlanacak bir yönetmelikle uygulamanın belirlenmesine yönelik çalışmalarının devam ettiği bilinmektedir. İligili mevzuatlar doğrultusunda elektromanyetik spektrumun iyonize olmayan radyasyon kısımı hakkındaki her türlü düzenleme ve uygulama Çevre ve Orman Bakanlığı sorumluluğundadır. Ülkemizde Uluslararası İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyondan Korunma Komitesi - ICNIRP (International Commission on Non- Ionizing Radiation Protection) normları kabul edilmekte ve bu konudaki ulusal ve uluslararası kurum ve kuruluşlarla işbirliği yapmak; standartlar düzenlemek önlemler almak ve faaliyetler yürütmek Çevre ve Orman Bakanlığının görev ve sorumlulukları dahilindedir. Elelektromanyetik radyasyon ile ilgili işbirliği yapılan, ortak faaliyet ve proje yürütülen uluslararası kuruluşlar EK-5 te sunulmuştur. Çevre ve Orman Bakanlığına bağlı Meteoroloji Genel Müdürlüğü UV ve Ozon tabakasıyla ilgili ölçümler yapılmaktadır. Meteoroloji Genel Müdürlüğü Ankara laboratuarında kullanımda olan Brewer Spektrofotometresi vasıtasıyla, UV-B ışınlarını 0.5 nm aralıklarla 290 nm 325 nm dalga boyu aralığında, UV-A ışınlarını da 363 nm dalga boyuna kadar ölçüm yapılabilmektedir. Yeryüzüne ulaşan UV-R değerlerinin elde edilmesi, atmosferdeki ozon tabakası hakkında bilgi vermektedir [49]. Meteoroloji Bölge Laboratuarları nın bir kısmında, UV-R dozimetreleri bulunmaktadır, ancak kalibrasyonları yapılmadığından bu cihazlar faaliyette değildir.

94 74 PMA 111 tipi cihazlar hangi dalga veya frekans aralıklarında, ne tür UV-R nin atmosfere yayıldığını tespit edememekte, sadece birim zamanda alınan dozu tespit edebilmektedir Sağlık Bakanlığı Radyasyon etkilerine karşı çevre ve insan sağlığı konusundan ilgili kurumlardan Sağlık Bakanlığı, sadece tıbbi tanı amacıyla kullanılan radyasyon türlerine karşı koruyucu önlemler ve mevzuat geliştirmiştir. Kamu sağlık Hizmetlerinde İyonlaştırıcı Radyasyon Kaynakları ile Çalışan Personelin Radyasyon Doz Limitleri Hakkında Yönetmelik doğrultusunda belirlenen Radyasyon Doz Limitleri ve Çalışma Düzeni aşağıda verilmiştir [50]. Radyasyon doz limitleri: Radyasyon ile çalışan personel, Radyasyon Güvenliği Yönetmeliğine uygun olarak kişisel dozimetre taşımak zorundadır. Bu personelden nükleer tıp alanında çalışan hekimler, hemşireler, nükleer tıp teknikerleri ve teknisyenleri ve sıcak oda görevlileri rutin gövde dozimetresi ile birlikte bu Yönetmeliğin yürürlüğe giriş tarihinden itibaren altı ay sonra geçerli olmak üzere el bileği veya yüzük dozimetresi de taşımak zorundadır. İyonlaştırıcı radyasyon ile çalışan personelin maruz kalacağı tüm vücut etkin dozu müteakip beş yıl toplamında 100 milisieverti, herhangi bir tek yılda 50 milisieverti ve ayda 2 milisieverti geçemez. Bu kurala aykırı olmayacak şekilde ayrıca; Göz merceği için eş değer doz aylık 15 msv i, El ve ayaklar için eş değer doz aylık 50 msv i, En yoğun radyasyona maruz kalan 1 cm 2 lik alan referans olmak üzere cilt için eş değer doz aylık 50 msv i geçemez [50].

95 75 18 yaşını doldurmamış olanlar iyonlaştırıcı radyasyon ile çalışılan işlerde görev alamazlar. Mesleki eğitimleri gereği iyonlaştırıcı radyasyon ile çalışması zorunlu yaş arası stajyer ve öğrenciler için etkin dozun yılda 6 msv i geçmemesi kaydıyla doz limitleri şu şekilde belirlenmiştir: Tüm vücut etkin dozu aylık 0.6 msv i, Göz merceği için eş değer doz aylık 5 msv'i, El, ayak veya deri için eşdeğer doz aylık 15 msv igeçemez [50]. Çalışma düzeni: Personel, iyonlaştırıcı radyasyonla 7. maddede belirtilen radyasyon doz limitleri içinde çalıştırılabilir. Kamu kurum ve kuruluşları bu konuda gerekli tedbirleri almakla, personel de gerekli korunma tedbirlerine uymakla yükümlüdür. Sağlık personelinin günlük mesaisi, radyoterapi birimlerinde acil hasta yükünün karşılanabilmesi ve hiperfraksiyone tedavi şemalarının uygulanabilmesi için; radyoloji ve nükleer tıp birimlerinde acil tanı ve tedavinin uygulanabilmesi için vardiya veya nöbet şeklinde düzenlenebilir. Buna göre; a) Vardiya veya nöbet için düzenlemeler ilgili birim sorumlusunun önerileri dikkate alınarak, kurum amirlerince yapılır. b) Vardiya veya nöbet şeklindeki çalışma düzeninde ilgili hekim radyasyon uygulamalarına eşlik eder Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı 4850 Sayılı İş Kanunu ve 3146 Sayılı Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığının Teşkilat ve Görevleri Hakkında Kanun un ilgili maddelerinde genel olarak, çalışanların sağlıklı ortamlarda faaliyet göstermeleri ve iş sağlığı konularında gerekli

96 76 önlemlerin alınmasına yönelik düzenlemeler yapılmıştır. Bu konularda Bakanlığın inceleme ve denetleme yetkisi mevcuttur [51]. Ayrıca Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığının, 6 Mart 2005 tarih ve Sayılı İş Sağlığı ve Güvenliğine İlişkin Risk Grupları Listesi Tebliği nde metal sektörü ve kaynak endüstrisi ile radyasyona maruz kalınan işkollarında çalışanların, en yüksek risk grup nda yer alan meslekler olduğu belirtilmiştir. Bu bilgiler ışığında, ülkemizde iyonlaştırıcı olmayan radyasyon ile ilgili gerekli mevzuat düzenlemeleri oluşturma çalışmalarının halen devam ettiği ve bu alanda sorumlu kurumların henüz yeterince çalışma ortaya koyamadıkları anlaşılmaktadır.

97 77 8. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çalışmada, MIG, örtülü elektrot ark kaynağı ve TIG kaynak teknikleri ile farklı akımlarda düşük karbonlu çelik, alüminyum ve paslanmaz çelik malzemeler üzerine kaynak dikişleri çekilerek, arktan yayılan radyasyonun türü ve şiddeti ölçülmüştür. Resim 8.1 de deney çalışmalarından bir görünüm verilmiştir. Prob Resim 8.1. Deney çalışmlarından bir görünüm Deneysel çalışmalar, New York Brooklyn de faaliyet gösteren Anatolia Iron Work adlı çelik konstrüksiyon ve inşaat firmasına ait tesis ve cihazlar kullanılarak, ATECH ölçüm ve analiz firması uzmanları desteğiyle gerçekleştirilmiştir.

98 Malzeme ve Metod Deney çalışmalarında kaynak malzemeleri olarak Türkiye deki karşılığı Ç1020 olan düşük karbonlu çelik (A36), alüminyum (T6061) ve paslanmaz çelik (SS304) belirlenmiş ve bu malzemelere kaynak işlemleri uygulanmıştır. Çizelge 8.1, 8.2 ve 8.3 te bu malzemelerin kimyasal bileşimleri verilmiştir. Çizelge 8.1. A36 (ATSM) düşük karbonlu çelik malzeme Element Mn Si C Cu S P Fe 0,280 0,25 0,050 0,040 % 1,03 max 0,20 max Kalan max 0,290 max max Çizelge 8.2. T6061 alüminyum malzeme Element Ma Fe Si Zn Cu Mn Ti Cr Diğer Al 0,8-0,7 0,4-0,25 0,15-0,15 0,15 0,04-0,15 % Kalan 1,2 max 0,8 max 0,4 max max 0.35 max Çizelge 8.3. SS304 paslanmaz çelik malzeme Element Cr Ni Mn Si C P S 18,0-8,0-0,08 0,045 0,030 % 2,0 max 1,0 max 20,0 10,50 max max max Kaynakta ortaya çıkan radyasyonu belirlemek ve farklılıkları ortaya koymak amacıyla yukarıda alaşım oranları verilen düşük karbonlu çelik, alüminyum ve paslanmaz çelik malzemeler; MIG, örtülü elektrot ve TIG kaynak yöntemleri; her malzemeye ve yönteme uygun farklı akım şiddetleri, deneysel çalışmanın parametreleri olarak belirlenmiştir. Çizelge 8.4 de verilen parametrelerin seçiminde endüstride kullanım oranıları belirleyici etken olmuştur. Deney çalışmalarında kaynak yöntemleri olarak MIG, örtülü elektrot ve TIG kaynak yöntemleri belirlenmiştir. Seçilen bu yöntemler ark kaynaklarının endüstride en yaygın kullanılan çeşitleridir. Literatürde [24] de, bu üç kaynak yönteminin yüksek oranda radyasyon üretebileceğine işaret edilmektedir. Bu nedenler, MIG, örtülü

99 79 elektrot ve TIG kaynak yöntemlerinin kaynak parametreleri olarak belirlenmesinde etken olmuştur. Çizelge 8.4. Deney parametreleri Malzeme Kaynak Yöntemi Düşük Karbonlu Çelik (A36) Alüminyum (T6061) Paslanmaz Çelik (SS 304) Örtülü Elektrot Ark Kaynağı Akım (A) Gerilim (V) MIG Akım (A) TIG Akım (A) Malzemelerin MIG kaynaklarında alüminyum için Lincoln ER 4043L, paslanmaz çelik için Lincoln ER 308L ve düşük karbonlu çelik için E 6013; L56/56B kaynak telleri kullanılmıştır. Bunlar 0,030" standart çap ebatlarında MIG kaynak telleridir. Örtülü elektrot kaynaklarında düşük karbonlu çelik malzemeler için E6013, alüminyum malzemeler için E4043L ve paslanmaz çelik malzemeler için Lincoln E308L 16 elektrotlar kullanılmıştır. Bu elektrotlar çapları 3/32" olan rutil elektrotlardır. Malzemelere uygulanan TIG kaynaklarında elektrot olarak 0,40 x 0,187 x 7" ebadında, içeriğinde %2 toryum bulunan, kırmızı uçlu WT20 elektrot kullanılmıştır. İlave metal olarak da çapları 1/16" kalınlığında olan, alüminyum için Lincoln ER 4043L, paslanmaz çelik için Lincoln ER 308L teller kullanılmıştır. Koruyucu gaz olarak MIG ve TIG kaynaklarında koruyucu gaz olarak argon gazı kullanılmıştır.

100 80 Örtülü elektrot kaynağında alternatif akım için redresör tipi Lincoln AC-225, doğru akım için AC/DC kaynak makinesi kullanılmıştır. MIG kaynağı için, Miller XMT 304 CC/CV tipi kaynak makinesi; TIG kaynağı için, Miller Millermatic 250X tipi kaynak makinesi kullanılmıştır. Deney parametreleri için seçilen üç malzemeye uygun kaynak akımları belirlenmiş ve uygulanmıştır. Seçilen kaynak akımları her malzeme ve kaynak yöntemi için düşük, orta ve yüksek diye nitelendirilebilecek akımlardır. Ayrıca bazı kaynak yöntemlerinde uygulanması muhtemel kaynak akımının da üzerine çıkılarak, oluşturulan arktan anlık radyasyon yayınımı ve akımın buna etkisi gözlenmiştir. Çizelge 8.4 te kaynak parametrelerine göre uygulanan kaynak akımları görülmektedir. Kaynak arkından yayılan radyasyonun ölçümünde; ZEISS MCS 501 UV-NIR tipi spektrometre kullanılmıştır. ZEISS MCS 501 UV-NIR tipi spektrometrenin teknik özellileri Çizelge 8.5 te verilmiştir. Çizelge 8.5. ZEISS MCS 501 UV-NIR tipi spektrometrenin teknik özellileri Cihaz Tipi Çözünürlük Hassasiyet Piksel aralığı Dalga Boyu MCS 501 UV-NIR 2,4 nm 0.3 nm 512/ nm ZEISS MCS tipi spektrometre 200 nm 1100 nm aralığında ölçüm yapabilmektedirler. MCS501 UV-NIR tipi spektrometrede ise bu aralık 190 nm 1015 nm aralığındadır. Daha küçük dalga boylarında yayılan ışınlar havada absorbe edildiğinden, spektrometrelerle ölçümleri yapılamamaktadır. ZEISS MCS 501 UV-NIR cihaz güç kaynağı, fotometre ve spektrometre olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Bilindiği gibi, spektrometreler daha çok maddelerin kimyasal kompozisyonunu belirleme amacıyla kullanılmaktadır. Bütün elementlerin atomları farklı enerji düzeyine ve absorpsiyon özelliklerine sahiptir ve bu özellikleri

101 81 sayesinde spektrometreler tarafından tespit ve analiz edilebilmektedirler. Bu çalışmada UV ışığının kaynağı, kaynak arkının kendisi olduğundan, ortama UV verilmeden ZEISS MCS 501 UV-NIR spektrometrenin sadece ışığı algılayan fotometre ve spektral dalga aralıklarına ayırıp analize imkan sağlayan spektrometre kısmı kullanılmıştır. Yapılan ölçümlerde dalga aralığı 200 nm 1000 nm, değerlerin integrasyon zamanı veya ölçüm zaman aralığı 1/3 sn olarak belirlenmiştir. Fiber optik kablo ile uzatılan prob, kaynak arkına 1 m mesafede sabitlenerek ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümden bir görünüm Resim 8.2 de verilmiştir. Prob Resim 8.2. Deney çalışmalarından görünüm Resim 8.2 de, ölçüm esnasında arktan yayılan ergiyik metallerden ve ısıdan etkilenmemesi için, kaynak arkına 1 m mesafe uzaklığa yerleştirilen prob ve kaynak işlemi görülmektedir. ZEISS MCS 501 UV-NIR spektrometre ve deney tertibatı Resim 8.3 te görülmektedir.

102 82 Spektrometre Prob Resim 8.3. ZEISS MCS 501 UV-NIR spektrometre ve deney tertibatı Deney tertibatı; spektrometre, ışını absorbe ederek algılanmasını sağlayan prob, verileri taşıyan fiberoptik kallo, elde edlen verileri grafiksel değerlere dönüştüren program ve bilgisayar ile kaynak parametrelerine göre seçilen kaynak makinası ve aparatlarından oluşmaktadır. Kaynak arkından ölçülen ışıma değerleri ZEISS MCS 501 UV-NIR spektrometrenin Aspect Plus adlı programı vasıtasıyla bilgisayardan grafiksel olarak izlenmiş ve kaydedilmiştir. Resim 8.4 te elde edilen değerlerin grafiksel olarak mönitörde görünümü örnek olarak verilmiştir.

103 83 Resim 8.4. Paslanmaz çelik TIG kaynağı radyasyon değerleri Yapılan ölçüm çalışmalarında elde edilen değerlerle ilgili olarak, Resim 8.4 te paslanmaz çelik malzemenin TIG kaynağı esnasında yayılan radyasyon ölçüm değerleri, örnek olarak verilmiştir. Resimlerde görülen alt yeşil çizgi alınan en düşük değerleri, üst yeşil çizgi alınana en yüksek değerleri ve ortadaki kırmızı çizgi ise ortalama değerleri göstermektedir. Bu çalışmada deney sonuçlarının analizi için ortalama değerler olan kırmızı çizgi esas alınmıştır.