ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Ayşe Gülbin ÖZGER CEYHAN, YUMURTALIK VE POZANTI BÖLGELERİNİN DOĞAL RADYOAKTİVİTE DÜZEYLERİNİN BELİRLENMESİ FİZİK ANABİLİM DALI ADANA, 2005

2 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ CEYHAN, YUMURTALIK VE POZANTI BÖLGELERİNİN DOĞAL RADYOAKTİVİTE DÜZEYLERİNİN BELİRLENMESİ Ayşe Gülbin ÖZGER ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI Danışman:Prof.Dr.Gülten GÜNEL Yıl : 2005, Sayfa : 100 Jüri : Prof.Dr.Gülten GÜNEL : Prof.Dr.Vedat PEŞTEMALCI : Yrd.Doç.Dr.Ramazan BİLGİN Bu çalışmada Ceyhan, Yumurtalık ve Pozantı nın köylerinden 13 toprak ve 16 su örnekleri toplandı. Radyonüklitlerin radyoaktivitesi, HPGe detektörlü bir gama ışını spektrometre sistemi ile ölçüldü.. Topraktaki U-238 radyoaktivite konsantrasyonları 2,813 Bq.kg -1 den 14 Bq.kg -1 e kadar, Th-232 radyoaktivite konsantrasyonları 3,546 Bq.kg -1 den 25,91 Bq.kg -1 e kadar, K-40 radyoaktivite konsantrasyonları 66,81 Bq.kg -1 den 403,58 Bq.kg -1 e kadar ve Cs-137 radyoaktivite konsantrasyonları 0,33 Bq.kg -1 den 14,08 Bq.kg -1 e kadar değişim gösterdi. Su örneklerindeki alfa ve beta düzeylerini tayin etmek için, gaz akışlı orantılı sayaç kullanıldı. Hava ölçümleri taşınabilir bir gama detektörü ile gerçekleştirildi. Radyonüklitlerin havada absorblanmış gama doz oranları, Ceyhan, Yumurtalık ve Pozantı nın 55 farklı bölgesi için bulundu. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar, uluslararası önerilen değerlerle kıyaslandı. Tüm radyoaktivite ölçümleri, ÇNAEM Sağlık Fiziği Bölümü nde yapıldı. Anahtar Kelimeler: Doğal Radyoaktivite, Ceyhan, Yumurtalık. Pozantı I

3 ABSTRACT MSc THESIS ASSESMENT OF THE NATURAL RADIOACTIVITY LEVELS IN CEYHAN,YUMURTALIK AND POZANTI AREAS Ayşe Gülbin ÖZGER DEPARTMENT OF PHYSICS INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Prof. Dr. Gülten GÜNEL Year : 2005, Pages: 100 Jury : Prof. Gülten GÜNEL : Prof.Vedat PEŞTEMALCI : Assoc. Prof. Ramazan BİLGİN In this work 13 soil samples and 16 water samples were collected from different villages of Ceyhan, Yumurtalık and Pozantı. Radioactivity of terrestrial radionucliedes was measured using gamma ray spectrometry system with an HPGe detector. U-238 radioactivity concentrations in soil ranged from 2,813 Bq.kg -1 to 14 Bq.kg -1, Th-232 radioactivity concentrations ranged from 3,546 Bq.kg -1 to 25,91 Bq.kg -1, K-40 radioactivity concentrations ranged from 66,81 Bq.kg -1 to 403,58 Bq.kg -1 and Cs-137 radioactivity concentrations ranged from 0,33 Bq.kg -1 to 14,08 Bq.kg -1. To determine the alpha and beta levels in water samples, a gas flow proportional counter was used. Air measurements were realized with a portable gamma detector. The gamma absorbed dose rates of radionucliedes in air were calculated throughout 55 different areas of Ceyhan, Yumurtalık and Pozantı. The results obtained in this study were compared with the international recommended values. All radioactivity measurements were carried out in the Department of Health Physics, ÇNAEM. Key Words: Natural Radioactivity, Ceyhan, Yumurtalık, Pozantı II

4 TEŞEKKÜR Bana bu çalışmayı öneren ve beni böyle bir programa kabul eden değerli danışman hocam, Sayın Prof. Dr. Gülten GÜNEL e çok teşekkür ederim. Bu tez çalışması süresince, ÇNAEM Sağlık Fiziği Bölümü laboratuarlarında bulunan cihaz ve aletleri kullanmama izin veren Bölüm Başkanı Sayın Dr. Nilgün ÇELEBİ ye; büyük destek ve yardım gördüğüm Sağlık Fizikçisi Sayın Dr. Gürsel KARAHAN a ve yardımlarından dolayı tüm Sağlık Fiziği Bölümü çalışanlarına teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca beni bu projede her zaman destekleyen Sayın Dr. Aysun UĞUR a ve Sayın Meltem DEĞERLİER e teşekkür ederim. Son olarak örnek toplamam esnasında bana yardımcı olan kardeşim Caner ÖZGER e ve eğitim hayatım boyunca beni her zaman destekleyen ve yalnız bırakmayan aileme ve arkadaşlarıma teşekkür ederim. III

5 IV Aileme

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ I ABSTRACT II TEŞEKKÜR III İÇİNDEKİLER V SİMGELER... VI KISALTMALAR VII ÇİZELGELER DİZİNİ VIII ŞEKİLLER DİZİNİ X 1. GİRİŞ Radyasyon Birimleri Aktivite Birimi Işınlama Birimi Absorblanan Doz Birimi Eşdeğer Doz Birimi Doğal Radyoaktivite Toprakta Bulunan Doğal Radyoaktivite Sularda Bulunan Doğal Radyoaktivite Yüzeye Yakın Atmosferde Bulunan Doğal Radyoaktivite Çevresel Doğal Radyasyon Kaynakları Karasal Radyasyon Kaynakları Kozmik Radyasyonlar Birincil Kozmik Radyasyonlar İkincil Kozmik Radyasyonlar İnsan Vücudunda Bulunan Doğal Radyonüklitler Düşük Seviyeli (Low Level) Radyoaktivite Ölçümleri Düşük Seviyeli Radyoaktivite Ölçümünü Etkileyen Faktörler Sayım Verimi Doğal ortam Sayımı Zırhlama V

7 Aktif Zırhlama Pasif Zırhlama ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR MATERYAL VE METOD Su Örneklerinde Toplam Radyoaktivite Tayini Toprak Örneklerinde Radyoaktivite Tayini Deney Düzeneğinin Tanıtılması Alfa-Beta Sayım Sistemi Gama Spektrometrik Analizler Gama Sintilasyon Dedektörü Örneklerin Toplanması ve Sayıma Hazırlanması Su Örneklerinin Toplanması ve Hazırlanması Toprak Örneklerinin Toplanması ve Hazırlanması Hava Ölçümlerinin Gerçekleştirilmesi Örneklerde Doğal Radyoaktivite Seviyesinin Belirlenmesi Su Örneklerinde Toplam Alfa ve Toplam Beta Radyoaktivite Seviyesinin Belirlenmesi Toprak Örneklerinin Gama Spektrometrik Analizi Çalışma Bölgesinin Çevresel Gama Radyasyon Ölçümleri BULGULAR VE TARTIŞMA Su Örneklerine İlişkin Alınan Deney Sonuçları Toprak Örneklerine İlişkin Alınan Deney Sonuçları Çevresel Doğal Gama Işınlama Doz Hızlarının Belirlenmesi SONUÇ VE ÖNERİLER.. 84 KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ 92 VI

8 SİMGELER A : Yaş Bq : Becquerel, radyoaktivite birimi Ci : Curie, radyoaktivite birimi E : Enerji (kev, MeV ) Gy : Gray, absorblanmış doz birimi R : Röntgen, radyasyon şiddet birimi Sv : Sievert, eşdeğer doz birimi T ½ : Yarılanma süresi a : Alto, alt birim (10-18 ) p : Piko, alt birim ( ) n : Nano, alt birim ( 10-9 ) µ : Mikro, alt birim ( 10-6 ) α : Alfa parçacığı β : Beta Parçacığı γ : Gama Parçacığı VII

9 KISALTMALAR: AERE : Atomic Energy Research Establishment BARC : Bhabha Atomic Research Center ÇNAEM : Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi HpGe : Yüksek Saflıkta Germanyum IAEA : International Atomic Energy Agency ICRP : International Commission on Radiological Protection ICRU : International Commission on Radiation Units and Measurements LET : Lineer Enerji Transferi NCRP : National Council on Radiation Protection and Measurements Radiation TLD : Termoluminans Dozimetri TS : Türk Standartları UNEP : United Nations Environment Programme UNSCEAR : United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic WHO : World Health Organization VIII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 1.1 Radyasyon birimleri ve dönüşüm faktörleri 5 Çizelge 1.2 Farklı radyasyon türleri için kalite faktörleri... 8 Çizelge 1.3 Normal bir bölge için doğal radyasyon kaynaklarından alınan ortalama yıllık etkin eşdeğer doz değerleri 5 Çizelge U Serisi... 8 Çizelge Th Serisi.. 9 Çizelge U Serisi 10 Çizelge 1.7 Tabiatta Tek Başına Bulunan Doğal Radyonüklidler. 10 Çizelge 1.8 Doğada bulunan 40 K, 238 U ve 232 Th nin yarı ömürleri, spesifik aktivite değerleri ve bozunum başına yayınladıkları foton sayısı.. 13 Çizelge 1.9 Toprakta 40 K, 238 U ve 232 Th ortalama radyoaktivite kütle konsantrasyonları ve yeryüzünden 1m yukarıda karşılık gelen soğurulan doz şiddetleri 14 Çizelge 1.10 Kaynak Çeşitlerine Göre Suların Kullanım Oranları. 17 Çizelge 1.11 Değişik Zırhlama Düzenlemelerinin NaI(Tl ) Detektör Backgrounduna Etkileri 32 Çizelge 2.1 Değişik ülkelerde havada ölçülmüş ev içi ev dışı karasal gama radyasyon dozları.. 34 Çizelge U ve 232 Th serilerindeki radyoizotoplara ilişkin gama pikleri 46 Çizelge 3.2 SPA-6 Dedektörünün özellikleri.. 58 Çizelge 4.1 Su örneklerinin toplam alfa ve toplam beta radyoaktivite konsantrasyonları ve rezüdü miktarları Çizelge 4.2 Toprak örneklerinin radyoaktivite konsantrasyonları Çizelge U ve 232 Th aktivite konsantrasyonları 71 Çizelge 4.4 Pozantı ilçesi ve köylerine ait açık havada ölçülen soğurulmuş gama doz hızı değerleri 76 Çizelge 4.5 Yumurtalık ilçesi ve köylerine ait açık havada ölçülen soğurulmuş gama doz hızı değerleri..77 IX

11 Çizelge 4.6 Ceyhan ilçesi ve köylerine ait açık havada ölçülen soğurulmuş gama doz hızı değerleri 78 X

12 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1 Doğal radyasyon kaynaklarından radyasyon dozlarının oransal değerleri... 2 Şekil U in bozunma ürünleri şeması.. 12 Şekil Th in bozunma ürünleri şeması Şekil 1.4 Aktif ve pasif zırhlama. 32 Şekil 3.1 Gaz dolgulu detektörlerin temel çalışma şeması Şekil 3.2 Marinelli kabı örneği Şekil 3.3 Yarı iletken detektörlerin temel çalışma Prensibi Şekil 3.4 Katı hal dedektörünün kesiti Şekil 3.5 Gaz Akışlı Orantılı Alfa ve Beta Sayım Cihazı 51 Şekil 3.6 Gaz akışlı orantılı bir sayıcıya ait düzenek 52 Şekil 3.7 Gama Spektrometre Cihazı Şekil 3.8 HpGe Dedektörü Deney Düzeneği 55 Şekil 3.9 Fotoçoğaltıcı tüp. 59 Şekil 4.1 Su örneklerinin toplam alfa radyoaktivite konsantrasyonları.. 66 Şekil 4.2 İçme suyu örneklerinin toplam alfa radyoaktivite konsantrasyonları 67 Şekil 4.3 Su örneklerinin toplam beta radyoaktivite konsantrasyonları. 68 Şekil 4.4 İçme suyu örneklerinin toplam beta radyoaktivite konsantrasyonları 69 Şekil 4.5 Toprak Örneklerindeki 238 U ve 232 Th dağılımları.. 72 Şekil K ın toprak örneklerindeki aktivite konsantrasyonlarının dağılımı.. 73 Şekil Cs nin toprak örneklerindeki dağılımı verilmektedir.. 75 Şekil 4.8 Adananın Pozantı İlçesinin Doğal Gama Radyasyon İzo-Dos Haritası...79 Şekil 4.9 Adananın Yumurtalık İlçesinin Doğal Gama Radyasyon İzo-Dos Haritası 80 Şekil 4.10 Adananın Ceyhan İlçesinin Doğal Gama Radyasyon İzo-Dos Haritası 8 XI

13 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER 1. GİRİŞ İnsanoğlu varoluşundan beri sürekli ve kaçınılmaz olarak radyasyon etkisi altında kalmaktadır. Radyasyon, dünyanın yapısında bulunan radyoaktif çekirdeklerden, güneş sisteminde oluşan kozmik ışınlardan ya da insanoğlunun ürettiği yapay radyasyonlardan kaynaklanmaktadır. Radyasyon düzeylerini etkileyen en önemli faktör, yerkabuğundaki radyoaktivite konsantrasyonlarının farklı olarak dağılmasıdır. Bu farklılık yer yüzeyinin jeolojik ve kimyasal yapısına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Mesela volkanik kayalardaki radyoaktivite konsantrasyonu tortul kayalardaki radyoaktivite konsantrasyonundan daha yüksektir. Ayrıca deniz seviyesinden yükseklere doğru çıkıldıkça ya da ekvatordan kutuplara doğru gidildikçe kozmik ışınların şiddeti artmaktadır ( Eisenbud, 1963 ) yılında Henrie Becquerel tarafından radyoaktivitenin keşfinden beri, radyoaktivite ve uygulamaları konusuna gitgide artan ilgi, insanların radyasyondan ne kadar doz aldıklarının bilinmesinin önemini ortaya koymuştur. Radyasyondan alınan dozun hesaplanabilmesi için, öncelikle doğal radyoaktivitenin incelenmesinin zorunlu olduğu anlaşılmıştır. Bir bölgenin veya bir yerin doğal radyoaktivitesinin belirlenmesi demek, o yerin radyolojik açıdan incelenmesi, başka bir deyişle, o yerin toprağında, suyunda ve havasında bulunan doğal radyoaktivite düzeyinin belirlenmesi demektir ( Karahan, 1997). Yıllık ortalama en fazla doz doğal radyoaktiviteden alınmaktadır. Alınan yıllık ortalama doz, bölgeden bölgeye değişmekle beraber, birbirine yakın yerlerde bile farklılıklar göstermektedir. Şekil 1.1 de doğal radyasyondan kaynaklanan yıllık ortalama doz değerleri gösterilmektedir (IAEA, 1996). Toprak, su ve havadaki radyonüklit konsantrasyonu oranını nükleer denemeler veya nükleer reaktör kazaları ( Chernobyl gibi) arttırmaktadır. Başlangıçta radyoaktivitenin sadece bazı minerallerde gözlenmesine karşın, zamanla (pratik bakımdan) tüm minerallerin, kayaların ve doğal suların bir dereceye kadar radyoaktif oldukları anlaşılmıştır. Sularda doğal radyoaktivite seviyesinin belirlenmesinin özel bir önemi vardır. Gelişmekte olan nükleer enerji endüstrisi ve 1

14 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER radyoaktif maddelerin tıp, endüstri, tarım gibi çeşitli araştırma alanında kullanılması sonucu meydana gelen radyoaktif atıklar, yeraltı ve yüzey su kaynaklarının kirlenmesine neden olmaktadır. Nükleer patlamalardan ileri gelen radyoaktif yağışlarda yüzey su kaynaklarını kirletmektedir. Sulardaki radyoaktif kirlenmelerin sağlıklı bir şekilde değerlendirilebilmesi için sulardaki radyoaktivite konsantrasyonlarının belirlenmesi gerekmektedir (Alkan ve ark, 1984). İç; 8,7; 9% Gama; 17,5; 18% Yiyecek; 9,5; 10% Kozmik; 14,8; 15% Radon; 49,4; 48% Şekil 1.1 Doğal radyasyondan kaynaklanan yıllık ortalama doz değerleri (IAEA, 1996) Batı Avustralya da bulunan ve yaklaşık bundan 4.2 milyar yıl öncesine ait, uranyum radyonüklitini içeren Acasta Gnesis kayası, dünyanın oluşumunda uzun yarıömürlü radyonüklitler olduğunu göstermektedir. Ayrıca bu kaya bize dünyanın yaşı hakkında bilgiler vermektedir. Kayalarda ve topraklarda yüksek konsantrasyonlarda bulunan 40 K, 238 U ve 232 Th gibi radyonüklitler, karasal radyasyon kaynaklarını oluşturmaktadır. Bu radyonüklit konsantrayonu ile dış ışınlamalar arasında doğrudan bir bağıntı vardır. Eğer radyonüklit konsantrasyonu bilinirse, bunun dış ışınlamalara ne oranda katkıda bulunduğu hesaplanabilmektedir. Dış ışınlamalar, gama yayınladıklarından dolayı menzilleri ve giricilikleri diğer radyasyon türlerinden daha fazladır. Örneğin toprak, kaya ve yapı 2

15 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER malzemelerinde bulunan radyonüklitler sürekli gama ışını yayınlamakta ve insan vücudu da bu ışınlara maruz kalmaktadır (Merdanoğlu, 2004) Kozmik ışınlar, asit yağmurları ve nükleer denemeler, havadaki radyoaktivitenin temel kaynağını oluşturmaktadır. Havada bulunan radyoaktif serpintiler sindirim ve solunum yoluyla vücuda alınmaktadır. Bu şekilde vücuda alınan radyoaktif maddeler, iç ışınlamalara neden olmaktadır. İç ışınlamada, kısa menzilli yüksek enerjili alfa ve beta ışınları daha fazla etkili olmaktadır (Cothern and ark, 1983 ). Nükleer enerjinin kullanılmaya başlamasıyla nükleer santrallerde üretilen radyoaktif maddelerin çevreye verdikleri zararlarda artmaya başlamıştır. Bunun sonucunda çevresel örneklerde doğal radyoaktivite seviyelerinin belirlenmesi çalışmaları önem kazanmıştır. Doğal radyoaktiviteden, atomun çekirdek yapısının açıklanması, dünya yaşının tahmini ve okyanusların dibinde bulunan sediment oluşum oranlarının ölçülmesi gibi çeşitli alanlarda faydalanılır (Karahan,1997). Yapılan bu tür çalışmalar, hem doğal radyoaktivite seviyelerinin belirlenmesi, hem de nükleer santrallerin kurulduğu bölgelere yakın oturan insanların nükleer santrallerden kaynaklanan radyasyonlara hangi oranlarda maruz kaldıklarının tespiti açısından önemlidir. Bu çalışmada Adana ilinin Ceyhan, Pozantı ve Yumurtalık ilçeleri seçilmiştir. TAEK tarafından, radyasyon güvenliğinin belirlenmesi için başlatılan Türkiye illeri doğal fon haritasının çıkartılması projesi kapsamında tez konusu olan bu çalışma gerçekleştirilmiştir. 1.1 Radyasyon Birimleri Radyasyon birimlerinin başlıcaları aktivite, ışınlama, absorblanan doz ve eşdeğer doz dur. Uluslar arası Radyasyon Birimleri Komisyonu (ICRU) yaptığı çalışmalar sonucunda, aktivite için Curie, ışınlama için Röntgen, absorblanan doz için Rad ve eşdeğer doz için Rem i radyasyon birimleri olarak tanımlamıştır. MKS sistemini esas alan Uluslararası Birimler Sistemi (International System of Unit, SI 3

16 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER ) nın kabul edilmesiyle birlikte, ICRU 1971 yılında SI birimlerini tanımlamıştır. Bu kabule göre eski birimlerin yerine yenilerinin kullanılması önerilmiştir. Çizelge 1.1 de dönüşüm birimleri ve dönüşüm faktörleri verilmiştir. Çizelge 1.1 Radyasyon birimleri ve dönüşüm faktörleri Büyüklük SI Birimi Ve Sembolü Eski Birimler Ve Sembolü Aktivite Becquerel(Bq) Curie (Ci) Işınlama Röntgen(C/kg) Röntgen (R) Absorblanan Doz Dönüşüm Faktörü 1Ci = Bq 1 C/kg = 3876 R Gray (Gy) Rad (rad) 1 Gy = 100 rad Eşdeğer Doz Sievert (Sv) Rem (rem) 1 Sv = 100 rem Aktivite Birimi Birim zamanda bozunan atomların sayısı aktivite olarak tanımlanmaktadır. Aktivite birimi; eskiden 1 gram 226 Ra nın bozunma hızı olarak tanımlanmış ve Curie (Ci) olarak adlandırılmıştır. Saniyede ki bozunmaya 1 Curie denilmektedir. Curie nin yaygın olarak kullanılan alt birimleri microcurie ve pikocurie dir. Yeni aktivite birimi, doğal radyoaktiviteyi keşfetmesi onuruna, Becquerel olarak adlandırılmıştır. Becquerel ve curie arasındaki ilişki şöyledir; 1 Ci = bozunma/s 1 Bq = Ci = 27 pci Aktivite tek başına radyoaktif bir örneğin zararının ölçüsü değildir. Zarar, bozunma sırasında yayınlanan radyasyonun türüne bağlı olarak değişecektir. Örnek vermek gerekirse; 100Ci lik 60 Co ın 1 metre uzağında 8 saat süreyle çalışan bir insanın alacağı tüm vücut dozu 1050 rem dir ve bu ölümcül bir dozdur. Aynı koşullar altında 100Ci lik 3 H kaynağıyla çalışan bir insan hemen hemen hiç zarar görmeyecektir. 4

17 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Işınlama Birimi Işınlama birimi, χ ve γ ışınlarının havayı iyonlaştırma kabiliyetinin ölçüsü olarak tanımlanmaktadır. Işınlama birimi Röntgen (R) olup normal şartlarda ( 0ºC ve 760 mmhg basıncı) havanın 1kg ında Coulomb luk pozitif veya negatif elektrik yüklü iyonlar meydana getiren radyasyon miktarı olarak tanımlanmaktadır. SI birim sisteminde ışınlama biriminin özel bir adı yoktur Soğurulan Doz Birimi Röntgen χ ve γ ışınları için tanımlandığından başka radyasyonlar için kullanılamaz. Radyasyonun cinsinden, enerjisinden soğurucu ortamın özelliğinden bağımsız yeni bir birime gerek duyulmuştur. Işınlanan doz birimleri standart bir madde olarak seçilen normal şartlardaki hava için tanımlanmıştır. Bundan dolayı ışınlama dozu soğurucunun değil esas itibariyle radyasyon demetinin özelliği hakkında fikir vermektedir. Bunun yanı sıra malzemelerde soğurulan enerjinin de ölçülmesi gerekmektedir. Soğurulan doz büyüklüğü, malzemelerde soğurulan enerjinin bir ölçüsüdür. Soğurulan doz için kullanılan eski birim rad (Roentgen Absorbed Dose) dır. 1 rad herhangi bir malzemenin 1 gramının 100 erg lik enerji soğurması olarak tanımlanmıştır. SI birim sisteminde absorblanan doz birimi gray (Gy) olup, 1kg lık bir maddeye 1 joule lük enerji veren herhangi bir iyonlaştırıcı radyasyon dozudur. 1Gy = 1 J/kg 1rad = 10-2 J/kg 1Gy = 100 rad Eşdeğer Doz Birimi Soğurulan dozun meydana getirdiği biyolojik etkiler, iyonlaştırıcı radyasyonların tiplerine ve meydana getirdikleri iyonizasyonun yoğunluğuna bağlıdır. Biyolojik etkiler, iyonlaştırıcı radyasyonların geçtikleri ortamın birim 5

18 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER uzunluktaki yolu boyunca kaybettikleri enerji miktarına (Lineer Enerji Transferi, LET) bağlıdır. LET değeri arttıkça biyolojik etki de artmaktadır. Böylece eşdeğer doz birimi, iyonlaştırıcı radyasyonların oluşturduğu zararlı biyolojik etkilerin bir ölçüsü olmaktadır (Merdanoğlu, 2004). Eşdeğer doz birimi, absorblanmış doz ile kalite faktörünün çarpımına eşittir. Çizelge 1.2 da çeşitli radyasyon tipleri için kalite faktörleri verilmiştir. Eşdeğer dozun eski birimi rem ( Roentgen Equivalent Man ) dir. Yeni birimi ise Joule/kg olup Sievert(Sv) adı verilmiştir ( Gollnick,1988). Sievert ile rem arasındaki ilişki şöyledir: 1 Sv = 1 J/kg 1 Sv = 100 rem Çizelge 1.2 Farklı radyasyon türleri için kalite faktörleri Radyasyon Türü Kalite Faktörü X ve Gama Işınları 1 Elektronlar ve Beta Parçacıkları 1 Nötronlar;enerjileri < 10 kev 3 Nötronlar;enerjileri > 10 kev 10 Alfa Parçacıkları Doğal Radyoaktivite Radyoaktivitenin ilk olarak Becquerel tarafından 19. yüzyılın sonunda keşfedilmesinden sonra Curie ve diğer bilim adamlarının yaptığı çalışmalar bu alandaki gelişmelere zemin hazırlamıştır. Atom çekirdeğinin kendiliğinden bozunuma uğrayarak bazı ışınlar yayınlayıp niteliğini başka çekirdeğe dönüştürme olayına radyoaktivite denilmektedir. Bozunuma uğrayan radyoizotop doğada kendiliğinden bulunuyor veya doğada bulunan diğer radyoizotopların bozunmasından ortaya çıkıyorsa buna doğal radyoaktiflik denilmektedir. Eğer bozunuma uğrayan radyoizotop insan tarafından, yapay olarak reaktörlerde veya hızlandırıcılarda üretiliyorsa buna da yapay radyoaktiflik denilmektedir. 6

19 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER İnsanlar radyasyona çeşitli kaynaklardan maruz kalmaktadır. Ciddi bir radyoaktif kazaya uğramadıkça, en fazla radyasyon dozu doğal kaynaklardan alınmaktadır. Normal bir bölge için doğal radyasyon kaynaklarından alınan ortalama yıllık etkin eşdeğer doz değerleri ile yapay radyasyon kaynaklarından ( nükleer enerji, tıp ve sanayi uygulamaları) alınan ortalama değerler Çizelge 1.3 de gösterilmektedir (UNSCEAR,1988). Çizelge 1.3 de görüleceği gibi insanlar, nükleer enerji, tıp, endüstriyel uygulamalar ve tüketim ürünleri ( renkli televizyon v.b) gibi yapay radyasyon kaynaklarından yılda ortalama olarak 0.6 msv (milisievert) lik, doğal radyasyon kaynaklarından ise normal bir bölgede, yılda ortalama 2.4 msv lik etkin eşdeğer doz almaktadır (Çelebi, 1995). Doğal radyoaktivitenin etkilerini canlı ve cansız bütün varlıklarda gözlemlemek mümkündür(eisenbud,1963). İnsanlar ve diğer canlılar hem yer kabuğu kökenli hem de uzay kökenli doğal radyoaktif elementlerden yayınlanan radyasyonlara yaşamları boyunca sürekli maruz kalmaktadır. Doğada bulunan radyonüklitlerin sayısı 340 civarındadır. Bunların 70 tanesi bilinen ağır radyoaktif elementler içinde yer alır. Atom numarası Z=82 den büyük elementler radyoaktif özelliğe sahiptirler. Yer kabuğunda mevcut olan izotopların bağıl bollukları, kainatın oluşması esnasında ortaya çıkmış elementlerin izotopik oranlarından çıkarılır (Alpher ve ark, 1953). Yayınlanan bir makalede bilim adamları, elementlerin izotopik oranlarında mükemmel bir düzen olduğunu ve bunun yalnız dünya üzerinde değil, aynı zamanda atmosferde, gezegenlerin yüzeylerinde, meteorlarda, yıldızlararası maddelerde ve içinde bulunduğumuz galaksi ve diğer galaksilerde de olduğu tezini savunmuşlar ve kainatta mevcut olan bu düzenden hareket ederek benzeri durumun izotopların dağılımında da olabileceğini söylemişlerdir(alpher ve ark, 1953). 7

20 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge 1.3 Normal bir bölge için doğal radyasyon kaynaklarından alınan ortalama yıllık etkin eşdeğer doz değerleri (UNSCEAR,1988) Yıllık Etkin Doz Eşdeğeri (µsv) Işınlama Kaynakları Kozmik Işınlar: Dış Işınlama İç Işınlama Toplam İyonlaştırıcı Bileşenleri Nötron Bileşenleri Kozmogonik Çekirdekler K Rb U 238 U 234 U 230 Th 226 Ra 222 Rn 214 Po 210 Pb 210 Po Th 232 Th 228 Ra 224 Ra 220 Rn 208 Tl Toplam Yapay Kaynaklar 600 İnsanlar doğal kaynaklardan dış ve iç ışınlamalar şeklinde başlıca iki yolla doza maruz kalmaktadırlar: 8

21 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER a) Dış Işınlamalar: Kozmik ışınlamalar ile yer kabuğunda, inşaat malzemelerinde ve havada doğal olarak bulunan radyoaktif maddelerden yayınlanan radyasyona dış ışınlama denilmektedir. b) İç Işınlamalar: Havada ve gıda maddelerinde bulunan doğal radyoaktif maddelerin solunum veya ağız yolu ile vücuda girerek, vücudu içten ışınlaması ile oluşan radyasyona iç ışınlama denilmektedir. Bazı doğal radyasyon kaynaklarından maruz kalınan ışınlamalar sonucu alınan dozlar, sabit olup insan faaliyetleri ve alışkanlıklarından bağımsızdır. 40 K ve kozmik radyonüklitlerin ve vücuda alınması sonucu meydana gelen iç ışınlamalar bu sınıfa dahil olup, bu kaynaklardan alınan dozlar bütün dünyada homojen bir dağılım göstermektedir. Kozmik radyasyonlardan dış ışınlamalar sonucu alınan dozlar, bölgeye ve yüksekliğe göre değişiklikler gösterir. Yerkabuğunda en önemli radyoaktif kaynaklardan olan, çok uzun yarı ömürlü 238 U ve 232 Th radyonüklitleri ve bunların bozunma ürünlerinin toprak, kaya, yapı malzemeleri, gıda maddeleri, su ve hava gibi çevresel ortamlardaki varlığı düzgün bir dağılım göstermediği gibi, bu kaynaklardan iç ve dış ışınlamalar sonucu alınan dozlar insan faaliyetine ve alışkanlıklarına bağlı olarak da büyük değişiklikler göstermektedir (Çelebi,1995). Kainatın henüz yeni oluşmaya başladığı zamanlarda birçok izotopun radyoaktif olduğu tahmin edilmektedir. Bu durumun birkaç milyon yıl sürdüğü ve kısa yarı ömre sahip olan radyonüklitlerin bu süre içinde ömürlerini tamamladıkları için kalmadıkları kabul edilmektedir. Halen mevcut olan radyonüklitlerin yarı ömürlerinin de kainatın ömrüyle mukayese edilecek kadar büyük olduğu (en az yıllık yarı ömre sahip oldukları) için bozunmalar devam etmektedir (Alpher ve ark,1953). Doğal radyoaktif elementler genel olarak, kara ve uzay kökenli olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır. Ayrıca uzaydan gelen kozmik ışınların dünya atmosferinde bulunan gazlar ve yer kabuğu orijinli bazı radyoaktif çekirdeklerle reaksiyonuna girmeleri sonucu üretilen bazı radyoaktif izotoplar bulunmaktadır. Bunların en önemlileri 14 C ve 3 H tür. 9

22 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Ağır elementlerden oluşan doğal radyoaktif izotoplar 3 seri altında toplanırlar: a) Uranyum serisi ( 238 U kaynaklı) b) Toryum serisi ( 232 Th kaynaklı) c) Aktinyum serisi ( 235 U kaynaklı) Bu seriler ve bunların bozunma ürünleri olan radyonüklitler Çizelge 1.4, Çizelge 1.5, ve Çizelge 1.6 da verilmektedir (Eisenbud,1963). Ayrıca, dördüncü bir aile olan Neptünyum serisinin 241 Pu orijinli olduğu ve bir zamanlar mevcut olduğu zannedilmektedir. 241 Pu in yarı ömrü 14 yıldır. Bu seride bulunan diğer elementlerin yarı ömürlerinin çok kısa olduğu bilinmektedir. Örneğin Neptünyum ailesinin halen bilinen tek elementi olan 209 Bi un olup yarı ömrü yıldır (Rankama,1954). Yarı ömürleri kısa olan ve doğada bulunan transuranik elementler bugün reaktörlerde nötronların 238 U ile reaksiyona girmeleri sonucu üretilebilmektedir. Bu ağır radyoaktif elementlerin dışında doğada tek izotoplu ve kendilerine ait özelliklere sahip olan bazı doğal radyonüklitler de bulunmaktadır. Çizelge 1.7 de gösterilen bu radyonüklitlerin en önemlileri 40 K tır. 40 K ın temel doğal radyasyon seviyesine katkısı oldukça fazladır. Çizelge 1.7 de kozmik ışınların ara etkileşimleri sonucu üretilen bazı radyonüklitler ve yer kabuğu kökenli radyonüklitler birlikte verilmektedir (Lowder ve ark,1956). İnsanların maruz kaldıkları çeşitli radyasyon ışınlamalara en büyük katkı doğal radyoaktivite kaynaklarından gelmektedir. Doğal radyoaktivite kaynakları başlıca toprak, su ve atmosferde yer almaktadır. 10

23 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge U Serisi (Lowder ve ark,1956) İzotop T 1/2 E(KeV) Bağıl Bolluk (%) 238 U 4, yıl 49,55 0, Th 24,1 gün 63,29 92,38 92,80 112,81 4,47 2,60 2,56 0, Pa 1,17 dak 1001,0 0, Pa 6,7 saat 131,2 880,5 883,24 20,0 13,0 15,0 234 U 2, yıl 53,2 0, Th 7, yıl 67,67 0, Ra 1600 yıl 11,59 81,07 186,21 1,2 0,3 3, Rn 3,8 dak 512,0 0, Po 3,05 dak 214 Po 1, s 214 Pb 26,8 dak 241,98 295,25 351,92 20,41 18,7 35,8 214 Bi 20,0 dak 609,32 768, ,3 1764,5 45,0 4,83 14,9 16, Pb 22,2 yıl 9,43 24,6 210 Po 134 gün 206 Pb stabil 46,54 4,06 11

24 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge Th Serisi (Lowder ve ark,1956) İzotop T 1/2 E(keV) Bağıl Bolluk (%) 232 Th 1, yıl 59,0 126,0 228 Ac 5,8 yıl 129,1 209,4 270,3 338,4 463,0 794,8 911,1 964,6 968,9 228 Th 1,91 yıl 84,4 215,9 0,19 0,043 2,8 3,6 3,2 11,51 4,44 4,64 27,8 5,23 16,74 1,22 0, Ra 47 yıl Ra 3,66 dak 241,0 4, Rn 55,6 s 549,7 0, Po 1, s Pb 10,64 saat 238,63 300,1 212 Bi 60,5 dak 727,3 785, ,7 208 Tl 3,05 dak 277,3 510,8 583,19 860,4 2614,6 208 Pb stabil 43,5 3,25 6,64 1,1 1,49 6,4 22,8 85,1 12,52 99,83 12

25 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge U Serisi (Lowder ve ark,1956) İzotop T 1/2 E(KeV) Bağıl Bolluk (%) 235 U 10 8 yıl 143,76 185,71 205,35 10,96 57,2 5, Th 25,5 saat 25,64 84,21 14,6 6, Pa 3, yıl 27,36 302,67 11,1 2, Ac 21,6 yıl 15,2 0, Fr 21,8 dak 50,2 34,0 227 Th 18,2 dak 236,0 11,2 256,2 223 Ra 11,4 dak 154,2 269,4 323,9 6,7 5,59 13,6 3,9 219 Rn 4,0 s 271,1 9,9 215 Po 1, _ Pb 36,1 saat 404,8 3,0 211 Bi 2,14 dak 351,0 12,7 207 Tl 4,79 dak 897,8 0, Pb stabil Çizelge 1.7 Tabiatta Tek Başına Bulunan Doğal Radyonüklidler (Lowder ve ark,1956) İzotop T 1/2 Yayınlanan E(KeV) Bağıl Radyasyon Bolluk(%) 3 H 12,4 yıl β C 5400 yıl β K 1, yıl β - Γ ,8 87 Rb 6, yıl β In yıl β La yıl β Γ Sm 6, yıl Α Lu 6, yıl β Bi 2, yıl Α

26 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER İnsanların maruz kaldıkları çeşitli radyasyon ışınlamalara en büyük katkı doğal radyoaktivite kaynaklarından gelmektedir. Radyoaktif radyonüklitler kaynakları başlıca toprak, su ve atmosferde yer almaktadır Toprakta Bulunan Doğal Radyoaktivite Toprakta bulunan radyasyon kaynakları çok uzun yarı ömürlü olup birkaç milyar yıl önceden beri yeryüzünde bulunmaktadır. Toprakta bulunan 238 U, 232 Th, 40 K gibi doğal radyonüklitler, toprağın radyoaktif olmasına neden olmaktadır (El- Shershaby, 2002). Bu radyonüklitler daha çok volkanik, fosfat, granit ve tuz kayalarında yüksek konsantrasyonlarda bulunmaktadır. Bu kayalar doğa şartlarına bağlı olarak zamanla ufalanarak çok küçük parçalar halinde yağmur veya akıntı sularıyla toprağa karışıp topraktaki doğal radyoaktivitenin artmasına neden olurlar. Hatta, tarımda topraktaki verimi arttırmak için kullanılan suni tohumlama ve gübreleme (suni gübreler radyoaktif 32 P içermektedir ) gibi bazı insan aktiviteleri de lokal olarak topraktaki yüzey radyoaktivitesini arttırmaktadır (NCRP,1975) Doğadaki potasyumun % i 40 K tır ve bozunumun sadece %11 inde gama ışınları yayınlanmaktadır. 40 K, kayalarda ve toprakta, uranyum ve toryuma nazaran ağırlıkça kat fazla bulunmaktadır. Doğada bulunan 40 K, 238 U ve 232 Th nin yarı ömürleri, özgün aktivite değerleri ve bozunum başına yayınladıkları foton sayısı Çizelge 1.8 da verilmiştir. (Theodorsson, 1996 ) 238 U in 14, 232 Th in 11 adet olan radyonüklitlerinin ve bozunma ürünlerinin çevrede (hava, su, kayalar, gıda maddeleri) ve insanlardaki mevcudiyeti, iç ve dış radyasyon dozlarını doğurmaktadır. Şekil 1.2 ve 1.3 de 238 U ve 232 Th ailelerinin bozunma serileri gösterilmektedir. (NCRP 97,1988) Toprakta 40 K, 238 U ve 232 Th ortalama aktivite kütle konsantrasyonları ve yeryüzünden 1m yukarıda karşılık gelen soğurulan doz şiddetleri Çizelge 1.9 te verilmektedir (UNSCEAR,1988). Yapılan hesaplamalarda toprak yoğunluğu 1.6 g.cm -3 alınmış ayrıca 238 U ve 232 Th un bütün bozunma ürünleriyle dengede olduğu düşünülmüştür. Her üç radyonüklitin ortalama konsantrasyonlarda toprakta 14

27 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER bulunması durumunda, yeryüzünden 1m yukarıda topraktaki γ radyasyonundan dolayı soğurulan doz şiddeti 44 ngy.saat -1 olmaktadır (Myrick ve ark,1983) 238 U yıl α 234 Th 24,1gün β Pa 1,17 dak β U yıl α 230 Th 7, yıl α 226 Ra 1600 yıl α 222 Rn 3,82 gün α 218 Po 3,05 dak α 214 Pb 26,8 dak β - β Bi 19,9 dak 214 Po 1, sn α 210 Pb 22,3 yıl 210 Bi 5,01gün β - β Po 138 gün α 206 Pb kararlı Şekil U in bozunma ürünleri şeması (NCRP 97, 1988) 15

28 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER 232 Th 1, yıl α 228 Ra 5,75 yıl β Ac 6,13saat β Th 1,91 yıl α 226 Ra 3,66 gün α 220 Rn 55,6 sn β Po 3, sn α 216 Po 0,15 sn α 212 Pb 10,6saat β Bi 60,6dak α 36% 208 Tl 3,07dak 64% β - α 208 Pb kararlı Şekil Th in bozunma ürünleri şeması ( NCRP 97,1988) Çizelge 1.8 Doğada bulunan 40 K, 238 U ve 232 Th nin yarı ömürleri, spesifik aktivite değerleri ve bozunum başına yayınladıkları foton sayısı (Theodorsson, 1996) Radyonüklit Yarı Ömür Spesifik Aktivite Foton/Bozunum (Yıl) (Bq/Kg) (>50kev) 40 K 1, , , Th 14, , ,08* 238 U 4, , ,80* * 238 U ve 232 Th serilerinin denge halinde olduğu kabul edilmiştir 16

29 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge 1.9 Toprakta 40 K, 238 U ve 232 Th radyonüklitlerinin ortalama kütle konsantrasyonları ve yeryüzünden 1m yukarıda karşılık gelen soğurulan doz şiddetleri (UNSCEAR,1988) Radyonüklit Ortalama Havada Aktivite Kütle Konsantrasyonu (Bq/kg) Soğurulan Doz Şiddeti (ngy/saat) 40 K 370 ( ) 16 (4-30) 238 U 25 (10-50) 11 (4-21) 232 Th 25 (7-50) 17 (5-33) Parantez içinde verilen değerler tipik oranlardır. Dünyanın jeolojik yapısı incelendiğinde, belli kalınlıktaki toprak tabakasının hemen altında kaya yataklarının olduğu görülmektedir. Bu kaya yataklarının da karasal radyoaktiviteye sebep olduğu tahmin edilmektedir. Özellikle gama radyasyonlarının önemli bir kısmının 0-25 cm derinlikteki yüzey tabakasından kaynaklandığı bilinmektedir. Bazı bölgelerde çok geniş alanlara yayılmış olan granit kayaları önemli miktarlarda toryum içermektedir. Radyometrik araştırmalar sonucunda, granit kayaların bulunduğu alanlarda ölçülen gama radyasyonlarının oldukça yüksek olduğu bulunmuştur. ABD nin Colorado bölgesinde havada ölçülmüş gama radyasyon dozu µgy/saat, Brezilya da µgy/saat, İtalya da µgy/saat, İsveç te µgy/saat, Hindistan da µgy/saat civarındadır (UNSCEAR,1988). Bu ülkelerdeki doğal radyasyon seviyeleri diğer ülkelere göre oldukça yüksek olmakla birlikte bu ülkelerde yaşayan insanların doğal radyasyon kaynaklarından aldıkları yıllık radyasyon dozları diğer ülkelere göre daha fazladır. Gerçekleştirilen işlemler topraktaki radyoaktivite oranını değiştirmektedir. Bitki kök sistemlerindeki gelişme bir taraftan topraktaki doğal dengeyi sağlarken diğer taraftan bitkinin ihtiyacı olan suyu topraktan almaktadır. Toprakta bulunan bir çeşit asit olan Hümic asit kayaların parçalanmasında ve bu parçaların sular vasıtasıyla toprağa karışmasında önemli bir rol oynamaktadır. 17

30 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Topraktaki organik maddelerin ayrışması, toprağın alt tabakalarında oksidasyonla başlamaktadır. Alt tabakalarda mevcut olan uranyum zamanla azalmaktadır. Topraktaki hareketlilik demir oksitlerin ve diğer elementlerin oluşmasıyla devam etmektedir. Bazı topraklarda oluşan asit, ortamda bulunan kalsiyum karbonat vasıtasıyla radyonüklitlerin tutulmasını engellemektedir. Topraktaki bu gelişim evreleri kayalardaki radyonüklit konsantrasyonlarını ve dolayısıyla dış radyasyon seviyelerini de azaltmaktadır (NCRP 45, 1975). Toprak içinde bulunan doğal radyonüklitler, toprak içindeki oranlarına göre ortam veya çevre doğal radyasyonunun temel seviyesini değiştirip insanların doğal radyasyonlara maruz kalmalarına neden olmaktadır Sularda Bulunan Doğal Radyoaktivite Başlangıçta sulardaki doğal radyoaktivite seviyesi belirleme çalışmaları, yalnız kaplıca suları ile sınırlı kalmıştır. Yer altı sularında yüzey sularına göre daha çok radyoaktif element bulunmaktadır. Sonraki yıllarda, içme sularında bile bazı doğal radyonüklitlerin bulunduğu ortaya çıkmıştır. Ancak içme sularındaki radyonüklit konsantrasyonları önemli sayılabilecek seviyede değildir. Yer altı sularının, yüzey sularına göre daha radyoaktif olmasının nedeni, yeraltında bulunan radyoaktif kütlelerle yada minerallerle temas etmesinden kaynaklanmaktadır. Volkanik kütlelerle temas eden sular, tortul kütlelerle temas eden sulara göre radyoaktivite konsantrasyonu daha yüksektir. Sularda uranyum ailesi elemanlarından radyum ve radon diğerlerine göre daha fazla bulunmaktadır. 226 Ra nın bozunma ürünü olan radyoaktif radon, bazı yer altı sularında oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Yeraltı sularında bulunan aktinyum ailesi elemanlarını tespit etmek oldukça zordur. Bazı sularda Toryum ailesinden 232 Th ve 226 Ra nın dedekte edilebilecek miktarda bulunmasına rağmen, yine bu aileden olan 220 Rn in, çok kısa yarı ömre sahip olması su ve kayalarda birikmesine imkan vermemektedir. Çözücülük, taşıyıcılık ve değişik radyonüklitleri çöktürme gibi farklı karakteristik özellikleri, sulardaki radyoaktiviteyi arttırmaktadır. Yüzey sularında 18

31 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER akış hızlarının güçlü olması nedeniyle, içinde asılı bulunan parçacıklardaki potasyum, rubidyum, kozmik ışın kökenli ve suni radyonüklitleri barındıran kil mineralleri kolayca taşınmaktadır (Sayre ve ark, 1963). Suların akışı sırasında açığa çıkan radonun ortamdaki konsantrasyonu, atmosfere dağılırken aradaki mesafe ile logaritmik olarak azalmaktadır (Rogers,1958) Suyun akışı yer altı sularında güçlü olmadığından bu sularda bulunan parçacıklar filtre edilebilmektedir. Uranyum, Toryum ve Aktinyum serilerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Bu serilerde bulunan radyonüklitlerin, sulardaki doğal radyoaktivite değerleri gözlemlendiğinde, Uranyum ve Aktinyum serilerindeki radyonüklitlerin topraktan suya geçerken dengesizlikler gösterdiği görülmektedir. Örneğin yeraltı sularında 222 Rn çok yavaş hareket etmektedir. Bu nedenle yarı ömrü 3.8 gün olan ve konsantrasyonu 2-40 Bq/l arasında değişen 222 Rn nin atmosfere kaçması sınırlıdır. 222 Rn nin yeraltı sularındaki konsantrasyonu 226 Ra dan daha fazla bulunduğundan bu radyonüklitler toprak ve kaya altlarında radyoaktif dengeye daha kolay gelmektedir (Samuel,1964). Bu radyonüklitlerin deniz sularındaki konsantrasyonları oldukça düşük olduğundan okyanus, deniz ve göl yüzeylerinden yayınlanan gama radyasyon oranları oldukça düşüktür ve bu nedenle ihmal edilebilmektedir. Su içinde, katyon ve anyon şeklinde erimiş tuzlar bulunmaktadır. Sularda bulunan en yaygın erimiş katyonlar; sodyum (Na + ), kalsiyum (Ca +2 ), magnezyum (Mg +2 ) ve potasyum(k + ) dır. En yaygın anyonlar ise klorür(cl - ), bikarbonat (HCO - 3 ) ve sülfattır. Yağmur ve kar suyu gibi meteorolojik sular doğal sular içinde en temiz olanıdır. Ancak şehir ve sanayi bölgeleri yakınına düşen yağmur ve özellikle kar sularında SO 2 ve sülfat asidi bulunmaktadır. Bu nedenle yağmur ve kar suları radyoaktif ve kimyasal kirlilik açısından önemli bir gösterge olarak kabul edilmektedir (Gonzalaes ve ark,1998). Suların kullanım oranları yüzde olarak Amerika Birleşik Devletleri ve İngiltere için Çizelge 1.10 te verilmektedir (UNSCEAR, 1993). 19

32 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Çizelge 1.10 Kaynak Çeşitlerine Göre Suların Kullanım Oranları(UNSCEAR,1993) Kaynak Çeşidi Kullanım Oranı (%) A.B.D İNGİLTERE YÜZEY SUYU YERALTI SUYU KUYU SUYU 18 1 Nükleer silah denemeleri nedeniyle atmosfer ve stratosfere yerleşen 90 Sr, 137 Cs gibi radyoaktif fisyon ürünleri ile kirlenmiş olan bulutların, radyoaktif serpinti halinde zamanla yeryüzüne inerek, çevrenin ve özellikle yüzey sularının kirlenmesine yol açmaktadır. Nükleer silah denemelerinin havada yapılmasının yasaklanmasından sonra, radyoaktif yağışlar 1970 yılından itibaren azalmaya başlamıştır. Nükleer ve radyolojik kuruluşlardan çıkan radyoaktif atıklar için gerekli önlemlerin alınmaması ve bunların denetimiz olarak çevreye verilmesi veya kaza durumlarında radyoaktif sızıntı meydana gelmesi, çevre kirliliğine neden olmakta, içme suyu kaynakları da bundan payını almaktadır. Radyoaktif atıklar için gerekli önlemler alınmasına rağmen, herhangi bir kazada çok geniş boyutlarda radyoaktif kirlenme meydana gelebilmektedir. Örneğin Çernobil nükleer reaktör kazası, sadece kazanın meydana geldiği çevrede değil, uluslar arası boyutlarda hatta bütün kuzey yarımkürede radyoaktif kirlenmeye yol açmıştır. (Kam,2004) Düşük seviyeli radyoaktivite ölçümlerinde kullanılan ölçüm tekniklerinin hassas ve güvenilir olması gerekmektedir. Ayrıca ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi ve yorumu, çevresel radyasyon alanları ve radyoizotoplarının dağılımının bilinmesi ile mümkün olacaktır. Bunlar doğada bulunan radyoizotopların bozunum özellikleri, çevre ile etkileşimi ve radyasyon transport fiziği gibi bilgileri içermektedir (NCRP,1976). 20

33 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Doğal kaynaklardaki gama aktif elementlerin yarı ömürlerinin alfa ve beta aktif elementlere göre daha kısa olması nedeniyle, çoğu kez sularda gama tayini yapılmamaktadır. Alfa ve beta radyoaktivite seviyelerinin belirlenmesi iç radyasyon tehlikesi açısından daha önemli olması nedeniyle, sular için radyoaktivite seviyesinin belirlenmesi üzerinde durulacak önemli bir konudur. Zaten standartlarda alfa ve beta radyoaktivite seviyelerine ilişkin limitler belirlenmiştir (TS 266, 1988). Sularda bulunan radyoizotopların ve iyonlaştırıcı radyoizotopun ölçümü çevre açısından oldukça önemlidir. Bu ölçümler; doğal radyasyon ve insan faaliyetinin neden olduğu yapay radyasyonun tayini, ülkelerin yönetmelik sınırlamalarına uygunluğunun tespiti, çevresel doğal radyasyonun bileşimi ve insanların neden olduğu radyoizotopların çevresel ortamlardaki transferi ve tutulması çalışmaları için yapılması gerekli ölçümlerdir. Çevresel bakımdan suların radyoaktif kirliliğin saptanmasında ilk olarak alfa ve beta radyoaktivite ölçümlerinin yapılması gerekli olmaktadır Yüzeye Yakın Atmosferde Bulunan Doğal Radyoaktivite Atmosferin yüzeye yakın kısmında, hem doğal kaynaklardan çıkan toz ve parçacıklar, hem de insan yapımı suni radyoaktif maddeler bulunmaktadır. İnsan aktiviteleri sonucu ortaya çıkan hava kirlilikleri, volkanik patlamalar, meteorlar, toz fırtınaları ve orman yangınlarıyla atmosfere bırakılan toz ve küller atmosferde bulunan toz ve parçacık konsantrasyonlarını sürekli arttırmaktadır. Bu toz ve parçacıklar genellikle havada asılı kalmakta ve hava akımlarıyla sürekli dolanmaktadır. Yoğunlukları havanın yoğunluğundan daha ağır olanlar çekim kuvveti etkisiyle yere inerler. Nükleer enerji alanında meydana gelen hızlı gelişmeler ve yapılan bazı nükleer denemeler atmosfere çok miktarda radyoaktif toz ve parçacıkların atılmasına neden olmaktadır. Yapılan bu denemeler özellikle atmosferde 30km den daha yüksek tabakalarda aşırı derecede radyoaktif kirlenmelere sahip olmaktadır (Eisenbud ve ark,1964). Atmosferde bulunan radyoaktif kirlilikler, insanlar tarafından teneffüs edilmekte ve radyasyona maruz kalmalarına neden olmaktadır. 21

34 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER Ayrıca bu radyoaktif parçacıklar zamanla yere düşmekte ve bitkilerde kirlenmelere yol açmaktadır. Bu bitkilerin insanlar tarafından vücuda alınması sonucunda da bazı riskler meydana gelmektedir. Ayrıca kömürün yanmasıyla havaya karışan kül ve dumanda da radyoaktif maddelerin olduğu bilinmektedir. Bu maddelerde hem atmosferin kirlenmesine neden olmakta hem de radyasyon açısından risk taşımaktadır. Uzaydan gelen yüksek enerjili kozmik ışınlar, dünya atmosferine girdiklerinde, ortamda bulunan nitrojen, oksijen, argon gibi elementlerin çekirdekleriyle reaksiyona girerek nötronları, protonları, muonları üretirler. Bunların dışında dozimetrik açıdan çok önemli olan 14 C, 3 He, 7 Be ve 22 Na gibi radyonüklitleride üretirler. Bunlara ikincil kozmik radyasyonlar (kozmogonik radyasyonlar) denir. Nükleer denemelerle atmosfere atılan radyoaktif maddeler, atmosferde bulunan bu kozmogonik radyonüklit konsantrasyonlarının artmasına neden olmaktadır. Kozmik ışınların dünya atmosferindeki atom çekirdekleriyle reaksiyona girmeleri sonucu üretilen nötronlar, elastik çarpışmalarla enerjilerini kaybederek yavaşlar ve 14 C ile 14 N atomları tarafından yakalanırlar. Proton ise yer seviyesine ulaşmadan bozunuma uğramaktadır. Ayrıca bunların yarı ömürleri çok kısadır. Bunlar yüzeye yakın atmosferdeki en önemli iyonizasyon kaynaklarını oluşturmaktadır (United Nations Publication,1972). 1.3 Çevresel Doğal Radyasyon Kaynakları İnsan sürekli olarak çevredeki doğal radyasyon kaynaklarına maruz kalmaktadır. Teşhis amacıyla çekilen röntgen filmleri bu radyasyon dozunu arttırmaktadır. Başlıca radyasyon türleri alfa, beta, gama ışınları, nötronlar ve muonlardır. İnsan, radyasyona dışardan maruz kalmışsa dış ışınlama, sindirim veya solunum gibi içeriden maruz kalmışsa da iç ışınlama olarak tanımlamıştık. Gamalar ve betalar dış ışınlamalarla, alfalar ise iç ışınlamalarla daha çok zarar verirler. Yerkabuğunun oluşumundaki radyonüklitlerin bozunum ürünleri olan gama ışınları, çevresel radyasyonların büyük kısmını oluşturmaktadır. İnsanların bu 22

35 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER ışınlardan aldıkları doz oranları bulundukları bölgeye bağlıdır. Örneğin toprakta bulunan radyoaktif elementlerin konsantrasyonları bu doz oranını değiştirmektedir. Bunun sonucunda da insanların dış radyasyondan aldıkları doz oranı, dünyanın her yerinde aynı değildir. Dış radyasyon kaynaklarının en önemlileri toprak ve kayalarda bulunan 238 U, 232 Th ve 40 K tır. Bunun dışında uzaydan gelen kozmik ışınlar da dış radyasyon kaynaklarını oluşturmaktadır. Ayrıca inşaat yapı malzemelerinden çıkan gama ışınları da dış radyasyon kaynaklarının başında gelmektedir. İnşaat yapı malzemelerinden çıkan 222 Rn (radon) ve 220 Rn (toron) gibi radyoaktif gazlar dış ışınlamalara sebep olduğu gibi solunum yoluyla iç ışınlamalara da sebep olmaktadır (Karahan,1997) Karasal Radyasyon Kaynakları Başlıca karasal radyasyon kaynakları 40 K, 238 U ve 232 Th ve bunların bozunum ürünleri olan radyonüklitlerdir. 235 U ve bozunum ürünlerinin ise doğal fona katkıları ihmal edilebilecek düzeyde olduğu için dikkate alınmamıştır. Fakat 40 K, 238 U ve 232 Th elementleri uzun yarı ömürlü oldukları için doğal fona katkıları oldukça fazladır. Bu radyonüklitler özellikle volkanik kayalarda, değişim geçiren kayalarda, toprakta ve deniz diplerinde birikmiş çamurlarda yüksek konsantrasyonlarda bulunmaktadır (Karahan,1997). Karasal radyasyona maruz kalma bölgeden bölgeye değişmekle birlikte birbirine yakın yerler arasında bile farklılıklar göstermektedir. Evin yapımında kullanılan inşaat malzemelerindeki doğal radyonüklit konsantrasyon oranları bile, alınan yıllık radyasyon dozunu etkilemektedir. Doğal temel radyasyon seviyesinin yüksek olduğu yerlerde, dış radyasyonlarla ışınlanma diğer yerlere göre oldukça fazladır. Dağlık ve deniz seviyesinden yüksek yerlerde yaşayan insanlar, deniz seviyesine yakın yerlerde yaşayan insanlardan daha fazla dış radyasyona maruz kalmaktadır. Çünkü deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça kozmik ışınların şiddeti de artmaktadır. 23

36 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER 40 K, toryum, uranyum gibi doğal radyonüklitlerin birim kütle başına aktivite konsantrasyonları toprak ve kaya tiplerine göre değişir. Bir radyonüklidin birim kütle başına aktivite konsantrasyonu, yer seviyesinden 1m yükseklikte havadaki absorblanmış doza karşılık gelen radyasyon şiddetidir (Beck, 1982). Dış gama ışınlamaları, kütle aktivite konsantrasyonlarıyla doğrudan ilgilidir. Havada ölçülen absorblanmış radyasyon dozu, radyonüklitlerin topraktaki konsantrasyonlarına bağlı olarak değişmektedir. Dış ışınlama hesapları topraktaki radyonüklitlerin bozunma ürünlerinin dengeye gelmesi durumuna göre yapılır Kozmik Radyasyon Kaynakları Enerjileri farklı ve değişik yüklerde yayınlanan parçacık veya elektromanyetik ışınlara, kozmik ışınlar denilmektedir. Dünya yüzeyi sürekli olarak kozmik ışınların etkisi altındadır. Işınların yoğunlukları atmosferin üst tabakasından deniz seviyesine doğru inildikçe azaldığı görülmektedir. Kozmik ışınlar, tuzaklanmış parçacık radyasyonları, galaktik radyasyonlar ve solar radyasyonlar olarak sınıflandırılmaktadır (NCRP 98, 1989). Tuzaklanmış parçacık radyasyonları, elektronlar ve protonlardan oluşmuştur. Galaktik ve solar radyasyonlar ise büyük oranda proton, az miktarda helyum ve ağır iyonları içermektedir. Trapped parçacık radyasyonları dünyanın etrafında bulunan radyasyon kuşaklarında bulunmaktadır. Bu kuşaklar, dünya atmosferini üst üste sarmış görünümündedir. Bu kuşaklardaki elektron ve protonların enerjileri birkaç yüz MeV mertebesindedir. Galaktik kozmik ışınlar, güneş sistemi dışındaki yıldızlararası ortamlardan, süper novalardan, pulslardan veya galaktik çekirdeklerden gelmektedir. Solar radyasyonlar ise güneş kökenli olup enerjileri birkaç kev ile birkaç MeV arasında değişen düşük enerjili parçacıklardır. Kozmik radyasyonlar dünya atmosferine girdiklerinde atmosferde bulunan bazı elementlerin çekirdekleriyle nükleer reaksiyona girerler. Bu reaksiyonlar sonucu başka ışınlar üretirler. Uzaydan gelen bu ışınlara birincil ışınlar, atmosferdeki reaksiyonlar sonucu üretilen parçacıklara de ikincil ışınlar denir. Galaktik radyasyonların %87 sini fotonlar, %11 ini alfa parçacıkları, %1 ini bazı ağır çekirdekler ve %1 ini de yaklaşık ev luk enerjiye 24

37 1. GİRİŞ Ayşe Gülbin ÖZGER sahip elektronlar oluşturmaktadır. Galaktik kozmik radyasyonların sadece yıldızlardan ve süpernovaların patlamaları sonucu uzaya fırlatılan parçacıklerden geldiği görüşünü savunanlar da vardır (O brien ve ark,1992). Kozmik ışın parçacık enerjileri çoğunlukla 10 2 ve 10 5 MeV arasında değişmektedir. Bunlardan daha yüksek enerjilere sahip olanları da vardır. Bu enerji aralığı, güneş sistemi içindeki manyetik alanların değişiminden etkilenir. Ağır iyonlar, yüksek bağıl verime ve yüksek atom numaralarına sahip oldukları için ışınlamalarda önemli yer tutarlar (Lune, 1989). Gezegenler arası ortam ve güneşte patlamaların neden olduğu manyetik alanlardaki karışıklıklar sonucu güneş sistemi içindeki kozmik radyasyonların şiddeti zamanla değişmektedir. 11 yıllık periyotlarla güneşte büyük patlamalar olmaktadır. Dünya etrafında bulunan jeomanyetik alan, uzaydaki farklı kaynaklardan gelen 0-16 GeV arasındaki enerjilere sahip parçacıkların atmosfere girmelerini engellemektedir. Güneşten dünya yüzeyine yaklaşık 1keV lik enerjilerde parçacıklar gelmektedir. Bu parçacıklardan dünyaya ulaşanlar, dünya etrafındaki manyetik alanın etkisine girdiklerinde bazıları yönlerinden saptırılıp tekrar uzaya gönderilirler, bazıları ise dünya yüzeyine kadar ulaşır kev arasındaki enerjilerde üretilen parçacıklar atmosfere girdiklerinde atmosferde bulunan atomların çekirdekleriyle reaksiyona girerler ve ikincil radyasyonları üretirler. İkincil ışınlar, birincil nötronlardan üretilirler. Yarı ömürleri çok kısa olup yaklaşık 1000 saniye civarındadır. Uzaydan gelen birincil ışınların bir kısmı atmosferin alt tabakalarına, bir kısmı ise yüksek dağların tepelerine kadar ulaşmaktadır. Mezonlar ise deniz seviyesine kadar inmektedir. Kozmik ışınları birincil ve ikincil radyasyonlar olarak sınıflamak mümkündür Birincil Kozmik Radyasyonlar Birincil kozmik radyasyonlar, galaktik sistemlerden ve güneş patlamaları sonucu oluşan ışınlardan meydana gelmektedir. Galaktik ve yıldızlararası ortamlardan gelen kozmik radyasyonların büyük çoğunluğu yüksek enerjili protonlardır. Birincil kozmik radyasyonlar %10 oranında 4 He iyonları ve çok düşük 25