Prof. Dr. Niyazi MERİÇ

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü meric@ankara.edu.tr

Proton (pozitiv yük) Nötron (yüksüz) Elektron (negativ yük) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 2

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ ÇEKİRDEKTE PROTONUN SAYISI NÖTRONA EŞİTSE ATOM GENELDE KARARLIDIR Atom (Isotope) Protons Neutrons Kararlı Karbon 6 6 Kararlı Nitrojen 7 7 Kararlı Oksijen 8 8 Karbon 14 6 8 3

Proton sayısı (atom numarası) değişiyor 14 6 14 7 Yarılanma süresi 5,730 yıl Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 4

238 234 4.5 milyar yıl 24.1 Gün 234 6.69 Saat 92 90 91 234 238 90 92 Z = 92 N = 146 A = 238 Z = 90 N = 144 Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 5

Alfa ( ) Parçalanması Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 6

Alfa ( ), Beta ( ), Gama ( ) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 7

DOĞAL SERİLER Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 8

RADON GAZI Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 9

RADYASYON DOZU 1. Aktivite: Verilen bir zaman içersindeki parçalanma sayısı Becquerel Saniyede bir parçalanma Radyoaktif Çekirdek 1 parçalanma / saniye Curie Saniyede 3.7 x 10 10 Parçalanma Radyoaktif Çekirdek Saf Radyumun 1 gramının aktivitesi mci = 10-3 Ci Ci = 10-6 Ci

2. Soğurulan Doz: vücut dokusu içersinde özel bir noktada soğurulan radyasyon enerjisinin miktarı 11 D T = E M Biriken Enerji Sogurulan Maddenin Kütlesi Toplam doz ( 600 gr rad ) Gray : Maddenin 1 kilogramına 1 joule lük enerji veren radyasyon miktarı D T = 0.33 Rad D T = 0.5 Rad Rad : Maddenin 1 gramına 100 erglik enerji veren radyasyon miktarı 1 rad = 100 erg/gr 1 Gy = 1 J/kg = 100 Rad. 1800 gr 1200 gr Prof. Dr. Niyazi MERİÇ

3. Eşdeğer Doz: Rölatif Biyolojik Etkinlik (RBE) Toplam doz ( 600 gr rad ) Q,,, 1800 gr 1200 gr H T = Q x D T Sievert (Sv) rem 1 rem = 0.01 Sv 1 Sv = 100 rem Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 12

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 13

DOĞAL ( BACKGROUND) RADYASYON 1. Yeryüzünün oluşumunda var olan Radyoaktif kaynaklar nedeni ile oluşan Radyasyon 2. Uzaydan Dünyaya ulaşan kozmik Işınlar 3. İnsanlar tarafından üretilen radyasyon

Yeryüzünün oluşumunda var olan Radyoaktiv kaynaklar Çekirdek Symbol Yarı-Ömrü Natural Activity Uranyum 235 235 U 7.04 x 10 8 yr Tüm Doğal Uranyumun 0.72% Uranyum 238 238 U 4.47 x 10 9 yr Toryum 232 232 Th 1.41 x 10 10 yr Radyum 226 226 Ra 1.60 x 10 3 yr Radon 222 222 Rn 3.82 days Tüm Doğal Uranyumların 99.2745%; 0.5 ile 4.7 ppm, kayalarda 1.6 ile 20 ppm, kayalarda 0.42 pci/g (16 Bq/kg) kireçtaşlarında ve 1.3 pci/g (48 Bq/kg) volkanik kayalarda Soy gaz; Amerikada yıllık ortalama 0.016 pci/l (0.6 Bq/m 3 ) ile 0.75 pci/l (28 Bq/m 3 ) Potasyum 40 40 K 1.28 x 10 9 yr Toprak - 1-30 pci/g (0.037-1.1 Bq/g) Doğal Radyoaktif maddeler az da olsa insan vücudunda vardır. Bunları yediğimiz yiyeceklerden alırız. İçerden insanın ışınlanmasına katkıda bulunan en önemli çekirdekler ise Potasyum-40 ve Carbon-14 Prof. izotoplarıdır. Dr. Niyazi MERİÇ 15

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Yiyecekler Her yiyecek bir miktar radyoaktiviteye sahiptir. Yiyeceklerdeki temel radyoaktivite kaynakları potassium-40 ( 40 K), radium-226 ( 226 Ra) ve uranium-238 ( 238 U) dir.. Tabloda yiyeceklerdeki 40 K ve 226 Ra oranları görülmektedir. Yiyeceklerdeki Doğal Radyasyon (Pico Ci = 10-12 x 3.7 x 10 10 = 0.037 Bq = 37mBq Yiyecek 40 K pci/kg Muz 3,520 1 226 Ra pci/kg Fındık 5,600 1,000-7,000 Havuç 3,400 0.6-2 Patates 3,400 1-2.5 Bira 390 --- Kırmızı et 3,000 0.5 Kurufasulye 4,640 2-5 İçme suyu --- 0-0.17 16

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Yapı malzemellerindeki doğal Radyoaktivite Her noktada radyoaktivite olduğu gibi modern yapılarda bina içinde de bir radyoaktivite vardır. Bu malzemeler içerisinde en çok uranyum, thoryum ve potasyum bulunmaktadır. Material Uranium Thorium Potassium ppm mbq/g (pci/g) ppm mbq/g (pci/g) % mbq/g (pci/g) Granit 4.7 63 (1.7) 2 8 (0.22) 4.0 1184 (32) Zımpara Taşı 0.45 6 (0.2) 1.7 7 (0.19) 1.4 414 (11.2) Çimento 3.4 46 (1.2) 5.1 21 (0.57) 0.8 237 (6.4) Kireçtaşı betonu 2.3 31 (0.8) 2.1 8.5 (0.23) 0.3 89 (2.4) Zımpara taşı betonu 0.8 11 (0.3) 2.1 8.5 (0.23) 1.3 385 (10.4) Kuru Duvar Tahtası 1.0 14 (0.4) 3 12 (0.32) 0.3 89 (2.4) Alçı Taşı 13.7 186 (5.0) 16.1 66 (1.78) 0.02 5.9 (0.2) Doğal Alçı Taşı 1.1 15 (0.4) 1.8 7.4 (0.2) 0.5 148 (4) Ağaç - - - - 11.3 3330 (90) Kil Tuğla 8.2 111 (3) 10.8 44 (1.2) 2.3 666 (18) 17

İnsan yapımı çekirdekler Çekirdek Symbol Yarı-Ömür Kaynak Trityum 3 H 12.3 yıl fission reactörlerinden İyot 131 131 I 8.04 gün fission rectörlerinden, tiroid hastalıkları teşhis ve tedavisinde kullanılmaktadır. İyot 129 129 I 1.57 x 10 7 yıl fission reactörlerinden Sezyum 137 137 Cs 30.17 yıl fission reactörlerinden Stronsiyum 90 90 Sr 28.78 yıl fission reactörlerinden Teknesyum 99m 99m Tc 6.01 saat 99 Mo ürünüdür. Medikal teşhislerde önemli bir radyoektif materyaldir. Plütonyum 239 239 Pu 2.41 x 10 4 yıl 238 U in nötron bombardımanında kullanılmaktadır. ( 238 U + n--> 239 U--> 239 Np +ß--> 239 Pu+ß) Teşhis x-ışınları(20μsv-40msv), Nükleer Tıp(5μSv- 1mSv), Radyoterapi (100-200 Sv) Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 19

İnsan var olduğu süreden beri doğal radyoaktivitenin etkisi altındadır. Yürürken, Nefes alırken, Yiyeceklerle ve güneş sisteminden kaynaklanan radyoaktivite insanları etkiler. Dünya uzay boşluğunda radyoaktif ışınımın etkisindedir. Dünya insanlarının yıllık aldıkları radyasyon dozunun %82 si doğal kaynaklıdır. National Council on Radiation Protection and Measurement (NCRP 93) tarafından yapılan çalışmalarda alınan dozun dağılımı saptanmıştır. Buna göre Yıllık alınan radyasyon dozu: Prof. Dr. Niyazi MERİÇ KAYNAK Doğal DOSE (msv/yıl) TOPLAMDAKİ ORANI Radon 2.0 55% Kozmik 0.27 8% Topraktan 0.28 8% İç (yediklerimizden)) 0.39 11% Toplam Doğal 3 82% Yapay Medikal X ray 0.39 11% Nücleer Tıp 0.14 4% Diğer 0.1 3% Diğer DOSE (msv/yr) TOPLAMDAKİ ORANI Mesleki <0.01 <0.3 Nükleer yakıt artıklarından Radyoaktif serpintilerden <0.01 <0.03 <0.01 <0.03 Diğer kaynaklardan <0.01 <0.03 Toplam Yapay 0.63 18% Toplam Yapay ve Doğal 3.6 100% 21

Alfa veya Beta parçacıklarının madde ile etkileşmesi a) Uyarma b) İyonlama Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 22

Gama ışınlarının madde ile etkileşmesi a) Fotoelektrik olay b) Compton olayı c) Çift Oluşum Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 23

RADYASYONUN BİYOLOJİK ETKİLERİ KAYNAK

Hücresel Organizasyon Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 25

Prof. Dr. Niyazi MERİÇ Radyasyonun DNA ya Potansiyel Zararı 1Gy lik Radyasyon dozu her hücrede 60-70 cift zincir ve 1000 tek zincir kırıkları üretebilir. Basit tek ya da cift zincir kırıkları hücre ölümünden sorumludur. 26

Hücre Tamiri Normal Onarım Hatalı Onarım Dönüşüm Eski hale dönüş Ya hiç üreme yok Yada kontrolsuz çoğalma Kanserli Hücre Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 27

Radyasyon Yanığı Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 33

Radyasyon Sonucu Hücre İçersindeki Suyun Ayrışması İnsan Vücudundaki En Bol Molekül: Su H 2 O H 2 H 2 O + Gelen Radyasyon H + OH - Su e - H o HO 2 H 2 O 2 OH o Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 34

Radyasyonun Dolaylı Etkisi Fiziksel Olay: Radyasyonun enerjisini hücrenin atom ve moleküllerine aktararak iyonlaşma veya uyarmanın meydana gelmesi olayıdır. İyonlayıcı Radyasyon + H 2 O H 2 O + + e - Meydana gelen elektronlar su molekülleri ile birleşir ve H 2 O - iyonunu oluşturur. H 2 O + e - H 2 O - Fiziko-Kimyasal Olay: Fiziksel olayda ortaya çıkan birincil ürünlerin, hücre içersinde ikincil ürün olan serbest radikallerin ortaya çıkmasına sebeb olması olayıdır. Kimyasal olarak çok reaktif olan bu serbest radikaller hücrenin moleküllerinde parçalanmalara yol açar. H 2 O + H + + OH H 2 O - H + OH - Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 35

Kimyasal Olay: Fiziko-kimyasal olayda ortaya çıkan serbest radikallerin hem kendi aralarında hemde hücrenin daha evvel etkileşmeye girmemiş molekülleri arasında kimyasal reaksiyonlara yol açarak biyomoleküler bozukluklara yol açması olayıdır. H + H H 2 H + OH H 2 O OH + OH H 2 O 2 Biyolojik Olay: Organizmada radyasyon etkisiyle oluşan olaylar sonuçta biyolojik hasarın ortaya çıkmasına yol açar. Bu biyolojik hasar, hücrenin organizmadaki önemine ve hasarın niteliğine göre çok az veya öldürücü olabilir. ( BH: Biyolojik molekül ) BH + H B + H 2 BH + OH B + H 2 O Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 36

Bu olaylarda biyolojik moleküllerde hasarın meydana gelmesi radikaller aracılığı ile olduğundan bu etkiye Radyasyonun dolaylı etkisi denilir. SERBEST RADİKAL NEDİR? Kuantum kimyasına göre ancak iki elektron bir bağın yapısına girebilir. Ayrıca iki elekronun ters dönüş doğrultusunda olması gerekir. Yani yukarıya doğru dönen bir elektronun eşi aşağıya doğru dönen bir elektrondur. Elektron çiftleri oldukça kararlıdır ve insan vücudunun neredeyse tüm elektronları elektron çifti halinde bulunur. Bir bağ koptuğunda elektronlar ya birlikte kalır (ikisi de bir atoma katılır) ya da ayrılırlar (biri bir atoma, diğeri diğerine). Eğer birlikte kalırlarsa oluşan atom bir iyon olur, eğer ayrılırlarsa da serbest radikaller oluşur. Bu eşleşmemiş elektronlar yüksek enerjilidir ve eşleşmiş elektronları ayırıp işlerine engel olurlar. Bu işlem serbest radikalleri hem tehlikeli hem kullanışlı yapar. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 37

DETERMİNİSTİK ETKİLER Işınlama dozunun, vücudun herhangi bir doku veya organında fonksiyon bozukluğuna neden olacak miktarda hücre ölümü meydana getirmesi sonucunda ortaya çıkan etkilerdir. Bazı kişiler aldıkları dozlardan dolayı patolojik durumlara yaklaşmış olmakla birlikte doz eşik değere ulaşmadığından hiçbir etki gözlenmeyecektir. Ancak o kişi tarafından alınacak küçük bir doz bu etkinin gözlenmesi için yeterli olabilecektir. STOKASTİK ETKİLER Bir eşik değer olmaksızın radyasyon dozunun fonksiyonu olarak ortaya çıkması olası etkilerdir. Bu etki rasgele ortaya çıkacak bir olaydır. Çünkü bazı kişiler radyasyona karşı daha duyarlı olabilecekleri gibi bazı kişilerinde genetik hassasiyetleri daha fazladır. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 38

RADYASYON KORUNMASINA ESAS TEŞKİL EDEN BİYOLOJİK OLAYLAR IŞINLAMA ETKİLER BEDENSEL ETKİLER Işınlanan bireylerde aşağıdaki etkilerden biri ortaya çıkabilir KALITSAL ETKİLER Işınlanan bireylerde belirli bir etki görülmediği halde gelecek kuşaklarda ortaya çıkabilir STOKASTİK Işınlanan toplumda istatistiksel sıklıkta ortaya çıkan etkiler DETERMİNİSTİK Işınlanma bir eşik değeri geçtiğinde ortaya çıkan etkiler STOKASTİK Işınlanan bireylerin gelecek kuşaklarında ortaya çıkması olası etkiler Örnek: gen mutasyonu Örnek: Kanser olma Örnek: Katarakt Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 39

ICRP nin Tavsiye Etdiği Bir Yıllık Doz Limitleri Mesleki Halk Tüm vücut 20 msv 1 msv Göz Merceği 150 msv 15 msv Cilt 500 msv 50 msv El ve Ayaklar 500 msv 1 msv = 10-3 Sv Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 41

Soğurulan Doz (Sv) RADYASYONUN DETERMİNİSTİK ETKİLERİ 0.00 0.25 Gözlenebilir bir hasar yok Biyolojik Etkiler 0.25-0.50 Kanda hafif değişiklikler ile gecikmis etkiler olabilir.sağlıklı kişide ciddi hasar olasılığı çok azdır. 0.50 1.00 Mide bulantısı ve kusma. Kanda daha sonra iyileşen değişiklikler olur.normal yaşam süresinde kısalma olasılığı vardır. 1.00 2.00 24 saat içersinde bulantı ve kusma, belirtisiz bir haftadan sonra saç dökülmesi,ishal,kan tablosunda orta derecede değişiklikler görülür. Kan yapan organlar dışında birkaç haftada iyileşme mümkündür. 2.00 4.00 1-2 saat içersinde mide bulantısı ve kusma, iç kanama, ağız ve boğazda ciddi enfeksiyonla birlikte kan tablosunda değişiklikler, saç dökülmesi, ishal ve hızlı lilo kaybı olup 2-6 hafta içersinde bazı ölümler. Sonuç olarak ışınlananların %50 sinde ölüm olasılığı vardır. 4.00 6.00 Bir saat içersinde bulantı ve kusma, 1 hafta sonunda ishal, ağız ve boğazda enfeksiyon, ateş, iç kanama, saç dökülmesi, kan tablosunda ciddi değişiklikler, hızla zayıflama ve ışınlananların %80-100 ünün 2 ay içinde ölümü, sağ kalanların çok uzun sürede iyileşmesi. Prof. Dr. Niyazi MERİÇ 42

Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü http://nukbilimler.ankara.edu.tr/ meric@ankara.edu.tr