1903 radyoaktivite
- 1. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 1 1. 1903, ANTOINE HENRI BECQUEREL, PIERRE & MARIE CURIE Becqerel, x-ışınları keÅŸfinden etkilenerek, x-ışınları tüpünde kullanılan florasans malzemeler üzerinde araÅŸtırmalara baÅŸlamıştır. Sonunda Uranyum tuzunun fotoÄŸraf filmini karratığını bulmuÅŸtur. Daha sonra Becqerel’in çalışmalarına devam eden Bay/Bayan Curie; Polonyum, Radyum ve Toryum’u bulmuÅŸlardır. Ayrıca bu tür maddelerin üç tür ışıma yaptığını ve zamanla azaldıklarını belirlemiÅŸlerdir. Yandaki fotoÄŸrafta bu çalışmalarda kullanılan Uraninit (pitchblende) cevheri görülmektedir, Uranyum’un birinci cevheri olup %50-80 oranında uranyum içerir. Åžekilsiz bir kayaç olup, siyah, uranyum oksid’in ziftli kristal ÅŸeklidir. Radyoaktif maddelerin bulunması sayesinde atomun yapısı ile ilgili bir çok deneyler yapılmış ve bilimde büyük ilerlemel kaydedilmiÅŸtir. 1.1. Radyoaktiflik Atom çekirdeklerinin dıştan bir etki olmaksızın çeÅŸitli ışımalar yaparak parçalanmasına Radyoaktiflik, bu tür elementlerede Radyoaktif elementler denir. Mevcut radyoaktif Yeni önerilecek olan uyarı sembolü radyoaktif uyarı sembolü Åžekil 1 Radyoaktif Uyarı Sembolleri. En yaygın radyasyon alfa, beta ve gama radyasyonudur. Alfa taneciÄŸi helyum çekirdeÄŸidir, beta taneciÄŸi elektrondur, gama ise
- 2. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 2 elektromagnetik dalgadır. Radyoaktif bozunmanın bunlardan baÅŸka çeÅŸitleri de vardır AÅŸağıdaki tabloda bozunma çeÅŸitleri özetlenmiÅŸ, Åžekil 2’de bazı radyoaktif süreçler gösterilmiÅŸtir.
- 3. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 3 Ãœrün Bozunum modu Sürece katılan tanecikler çekirdek Çekirdekten yayınım yoluyla bozunum Çekirdekten bir alfa taneciÄŸi (A = 4, Z = 2) (A − 4, Alfa bozunumu yayınlanır Z − 2) (A − 1, Proton yayınımı Çekirdekten bir proton dışarı atılır Z − 1) Nötron yayınımı Çekirdekten bir nötron dışarı atılır. (A − 1, Z) (A − 2, Çift proton yayınımı Çekirdekten aynı anda iki tane proton dışarı atılır. Z − 2) KendiliÄŸinden geliÅŸen Çekirdek 2 veya daha fazla küçük çekirdeklere ve — fizyon diÄŸer taneciklere parçalanır. Çekirdek alfa taneciÄŸinden daha büyük veya küçük (A − A1, Cluster bozunumu olabilen, belirli bir tipte küçük çekirdek (A1,Z1) Z − Z1) + yayınlar. (A1, Z1) Farklı beta bozunum modları Çekirdekten bir elektron ve elektron antinötrinosu β− bozunumu (A, Z + 1) yayınlanır Positron yayınımı (β+ Çekirdekten bir positron ve elektron antinötrinosu (A, Z − 1) bozunumu) yayınlanır Çekirdek bir yörüngemsi elektronu yakalar ve 1 Elektron Yakalaması nötrino yayınlar sonuç çekirdek uyarılmış ve kararsız (A, Z − 1) durumda kalır. A nucleus beta decays to electron and antineutrino, but the electron is not emitted, as it is captured into Bound state beta an empty K-shell;the daughter nucleus is left in an (A, Z + 1) bozunumu excited and unstable state. This process is suppressed except in ionized atoms that have K- shell vacancies. Çift beta bozunumu Çekirdek 2 elektron ve 2 antinötrino yaynlar (A, Z + 2) Çekirdek 2 yörüngemsi elektronu soÄŸurur ve 2 Çift elektron yakalaması nötrino yayınlar –sonuç çekirdek uyarılmış ve kararsız (A, Z − 2) durumda kalır. Pozitron yayınımı ile birlikte Çekirdek bir yörüngemsi elektronu soÄŸurur ve 1 (A, Z − 2) oluÅŸan elektron yakalaması positron ile 2 nötrino yayınlar Çift pozitron yayınımı Çekirdek 2 pozitron ve 2 nötrino yaynlar (A, Z − 2) Aynı çekirdekte durumlar arası geçiÅŸ Isomeric transition Uyarılmış çekirdek yüksek enerjili foton (gama) yayar (A, Z) Uyarılmış çekirdek enerjisini yörüngemsi elektrona İçsel dönüşüm (A, Z) aktarır ve o da atomdan dışarı atılır
- 4. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 4 Åžekil 2 Bazı Radyoaktiflik süreçleri.
- 5. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 5 − Nükleer kaynaklardan radyasyon tüm yönlerde eÅŸit ve ters kare kanuna uygun olarak gerçekleÅŸir. − Atom numarası 83-92 arasındaki elementler doÄŸal radyoaktif elementlerdir. Bunun yanında atom numarası 83 ‘den küçük olup doÄŸal radyoaktiflik gösteren elementler de vardır.(K, C, Rb). Nötron sayısı Kararlılık kuÅŸağı n/p=1 Bozunma tipi I. bölge III. n/p>1 II. bölge bölge n/p<1 Proton sayısı Åžekil 3 Durgun bir nokta yükü. − Atom numarası 1 ile 20 arasındaki elementlerde n/p oranı yaklaşık olarak 1'dir. Bu elementler kararlılık kuÅŸağı içerisinde yer alırlar. En ağır kararlı çekirdekte (83Bi) n/p oranı 1,5 'tur. Atom numarası 83Bi'ten büyük olan çekirdeklerin tümü kararsızdır. Yani radyoaktiftir.
- 6. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 6 − Bilinen bütün kararlı izotopların çekirdekleri grafik üzerinde iÅŸaretlendiÄŸinde Grafik 1.2’deki gibi bir dağılım (kuÅŸak) ortaya çıkar. Buna kararlılık kuÅŸağı denir. Bu bölgenin dışında kalan çekirdekler kararsız, yani radyoaktiftir. Radyoaktif çekirdekler bozunmalar sonucunda, nötron ve proton sayısını deÄŸiÅŸtirerek kararlılık kuÅŸağına girmeye çalışırlar. Grafik 1.2 incelendiÄŸinde; bölgede bulunan çekirdekler nötron sayısını azaltıp, proton sayısını artırarak n/p oranını 1’e yaklaÅŸtırırlar. − Bölgede bulunan çekirdekler proton sayısını azaltıp, nötron sayısını artırarak n/p oranını 1'e yaklaÅŸtırabilirler. − Atom numarası 83’en büyük olan bütün çekirdekler radyoaktif özelliÄŸe sahiptir. Bu bölgedeki çekirdekler kararlılık kuÅŸağına yaklaÅŸmak için, kütle numaralarını azaltacak ÅŸekilde deÄŸiÅŸikliÄŸe uÄŸramalıdırlar. − Radyoaktif element atomlarının yarısının bozunması için geçen süreye Yarılanma Süresi veya Yarı Ömür denir. Yarılanma Süresi maddenin cinsine baÄŸlı olup ayırt edici özelliktir. − Bir radyoaktif elementin kütlesi artırılırsa yaydığı ışın artar, fakat yarılanma süresi deÄŸiÅŸmez. − Radyoaktif izotopun bozunma sonucunda kalan madde ve yarılanma sayısı aÅŸağıdaki bağıntılardan hesaplanır. m = mo / 2n n = t / t1/2 m = Bozunmadan kalan madde miktarı mo = BaÅŸlangıçtaki madde miktarı n = Yarılanma sayısı t = Yarılanmada geçen toplam süre t1/2 = Yarılanma süresi − Radyoaktif maddelerin yaydıkları ışınlar Geiger-Muller sayacı ile ölçülür. − Radyoaktiflik atomun çekirdeÄŸinden kaynaklandığından atomun kimyasal durumuna (element veya bileÅŸik olmasına) ve fiziksel
- 7. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 7 hâline (katı, sıvı ve gaz olmasına) baÄŸlı deÄŸildir. Ayrıca sıcaklık ve basınç gibi dış etkenlerden etkilenmez. − Bir atomun bazı izotopları radyoaktifken bazı izotopları radyoaktif olmayabilir. − Bir radyoaktif izotop bozunma sonucu baÅŸka bir radyoaktif izotopa dönüşür. Buda bir baÅŸkasına dönüşür. Bu iÅŸlem kararlı bir çekirdek oluncaya kadar devam eder, böylece radyoaktif bozunma serileri ortaya çıkar. Bu seriler Uranyum(U), Toryum(Th), Aktinyum(Ac) serisi olmak üzere üç türlüdür. − Nükleon başına düşen baÄŸlanma enerjisi ne kadar büyükse çekirdek o kadar kararlıdır. − Kararlı ya da kararsız elementlerin alfa, nötron, proton gibi tanecikler ile bombardımanında oluÅŸan yeni elementler de radyoaktiftir. Bombardıman yolu ile elde edilen radyoaktif elementlerin bu özelliÄŸine yapay radyoaktiflik denir. 400’den fazla radyoaktif izotop yapay olarak elde edilmiÅŸtir. − Yeryüzündeki tüm canlılar ve cansızlar havada, suda, toprakta, hatta kendi vücutları içerisindeki doÄŸal radyasyon kaynakları ve bunlara ek olarak insanlar tarafından üretilen yapay radyasyon kaynaklarının her gün ışınımına maruz kalmaktadırlar. Åžekil 4 Radyasyon Kaynakları
- 9. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° 9 Kütle numarası Åžekil 5 Durgun bir nokta yükü. − Bazı elementlerin nükleon başına düşen baÄŸlanma enerjileri Grafik 1.1’de verilmiÅŸtir. Grafik 1.1’de görüldüğü gibi baÄŸlanma enerjisi büyük olan çekirdekler kütle numarası 60 civarında olan çekirdeklerdir (56Fe ve 58Ni gibi). Demir ve nikel gibi elementler en kararlı çekirdeklere sahiptir. Bunlardan daha küçük kütleli çekirdekler birleÅŸerek (Füzyon), daha büyük kütleli çekirdekler ise bölünerek (Fisyon) kararlı yapıya dönüşürler.
- 10. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° Radyasyon Birimlreri 10 1.2. Radyasyon Birimleri Birim Ä°ng. Türkçe Tanım 1 Röntgen (R) 0,001293 gramlık havada 1 elektrostatik birimlik iyon oluÅŸturan X veya gama ışını miktarıdır. Radyasyonun ÅŸiddetini (intensitesini) ölçmez, sayısal ROENTGEN Röntgen olarak ölçer. Mili ve mikro alt birimleri vardır. Ayrıca maruz kalma hızı olarak belirtilen bir birim vardır ki bu örneÄŸin 1 R/dk ise 1 dk’lık sürede oluÅŸan iyonizasyon miktarını gösterir. Roentgen Röntgenin X ya da gama ışınının 1 gram havada oluÅŸturduÄŸu REP equıvalent, fiziksel iyonizasyona eÅŸdeÄŸer iyonizasyonu 1 gram dokuda physıcal eÅŸdeÄŸeri oluÅŸturan radyasyon miktarıdır. Radiation Absorbe Radyasyona maruz kalan 1 gram materyalde absorbe edilen edilen 100 erglik enerjiye 1 rad denir. Herhangi bir radyasyonu RAD absorbed radyasyon ölçebilir. Radyasyonun ÅŸiddetini (intensitesini) veya sayısını ölçmez. dose dozu 1 Gray 1 kg materyal başına absorbe edilen 1 joule’lük . enerjiye eÅŸittir. 1 Gray (Gy) = 100 rad Gray Son zamanlarda uluslar arası sisteme göre (Systeme International, SI) RAD yerine Gray birimi kullanılmaktadır Farklı radyasyon tiplerinin farklı biyolojik ortamlarda Rölatif deÄŸiÅŸik etkiler gösterdiÄŸini belirtmek için kullanılan bir biyolojik terimdir. Yani soÄŸrulan X ya da gama ışınının, eÅŸdeÄŸer RBE etkinlik biyolojik etki oluÅŸturacak baÅŸka bir soÄŸrulan radyasyona oranını ölçer. RBE = X veya gama ışınları ile oluÅŸturulan doz / Ä°lgili ışın ile oluÅŸturulacak doz (rad) REM, RAD olarak alınan dozun RBE çarpımına eÅŸittir. X ve gama ışınları için REM ve RAD eÅŸittir. RAD, absorbe Roentgen Röntgen edilen radyasyon dozu; REM, biyolojik doz birimidir. REM equivalent, eÅŸdeÄŸeri, Radyasyon RBE man insanda Alfa 20 Beta 1 X ve Gama 1 1 Sievert, 100 Rem’e eÅŸittir. Sievert SI’e göre son zamanlarda REM yerine Sievert (Sv) kullanılmaktadır Radyoaktivite miktarını yani bir çekirdeÄŸin bir baÅŸka çekirdeÄŸe bozunmasını birim zaman başına ölçer. 1 saniyede 3,7× 1010 çözünme (dizentegrasyon) gösteren radyoaktivite birimine 1 Curie (Ci) denir. SI’de Becquerel CURIE (Ci) cinsinden ifade edilir. 1 saniyede 1 dizentegrasyon gösteren aktivite birimine 1 Becquerel (Bq) denir. Curie’nin mili ve mikro, Becquerel’in mega ve giga gibi birimleri vardır. 1miliCurie (mCi) = 37 megaBecquerel (MBq)
- 11. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° Radyasyon Birimlreri 11 1.3. Radyasyonun Maddeye Nüfuz Etmesi Alfa taneciklerinin muazzam ve enerjik ışınıma raÄŸmen madde ile olan güçlü etkileÅŸimi yüzünden menzilleri kısadır. Elektromagnetik gama ışınları kalın beton ile etkileÅŸse bile çok büyük bir içe iÅŸleyen özelliÄŸi vardır. Elektronun beta ışınımı ise madde ile güçlü olarak etkileÅŸtiÄŸi için kısa menzili vardır. Åžekil 6
- 12. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° Radyasyonun Ä°nsan Ãœzerindeki Etkileri 12 1.4. Radyasyonun Ä°nsan Ãœzerindeki Etkileri Işımanın canlılar üzerinde iki türlü etki mekanizması vardır. Işıma enerjisinin ilk depolanması ile aniden geliÅŸen fiziksel hasar, Işımanın yarattığı yüksek aktif kimyasalların oluÅŸturduÄŸu ikincil hasarlar. YaÅŸayan hücreler düşük seviyedeki ışımanın oluÅŸturduÄŸu hasarları onarma yeteneÄŸine sahiptir, bu sayede ışıma kalıcı hasarlara neden olmaz1. Dalgaboyu Etkisi Açıklama Vücut bu dalgaboyunda Fizyolojik bir etki AM radyo, saydamdır. Yaygın olarak TV oluÅŸması için Kısadalga istasyonları ve diÄŸer iletiÅŸim radyasyon enerjisi radyo, sistemleri tarafından yapılan bu soÄŸrulmalıdır. Televizyon, radyasyon vucüdumuzdan geçer Enerjinin soÄŸrulması FM radyo gider. için radyasyonun foton enerjisi atomların elektronlarının kuantum Vücut bu dalgaboyunda hemen seviye farkına uygun Mikrodalga hemen saydamdır. Çok az bir olmalıdır. EÄŸer bu radar, miktar soÄŸurması molekülleri frekans menzilinde Milimetre döndürür ve ısınmaya katkıda foton enerjisi (hf) kuantum dalgaları, bulunur fakat sıradan ısıtmadan seviyelerine uygun deÄŸilse Telemetre ayırd edilebilir bir etkisi yoktur. madde bu radyasyona karşı saydam olur. Güçlü soÄŸurma molekülleri titreÅŸtirir. Fizyolojik etkisi Kızılötesi molekülleri titreÅŸtirdiÄŸi için ısınma ÅŸeklindedir. Daha üst seviyelere elektron sıçramaları ile güçlü bir Görünür bölge soÄŸurma oluÅŸur. Ä°yonizasyon oluÅŸmaz. Elektron sıçramaları ile çok güçlü bir soÄŸurma oluÅŸur. Moriötesi Deriye nufuz etmez. Yüksek frekans bölgeleri iyonizasyona neden olur X-ışınları, Ä°yonize eder. Kuantum enerjisi çok yüksek olduÄŸu için Gama-ışınları atom bunu soÄŸuramaz ve saÄŸlam kalır 1 EÄŸer hücre bu yeteneÄŸe sahip olmasaydı evrim belki gerçekleÅŸemezdi çünkü bizler insanlık tarihi boyunca doÄŸal olarak maruz kaldığımız düşük seviyedeki ışımanın sayesinde evrimleÅŸtik ve geliÅŸtik.
- 13. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° Radyasyonun Ä°nsan Ãœzerindeki Etkileri 13 1.4.1. Ä°yonize Radyasyon ve Moleküler Düzeyde Etkileri X ve gama ışınları, alfa, beta parçacıkları, nötronlar gibi iyonize radyasyonlar, içinden geçtikleri hücrelerde önce moleküler düzeyde deÄŸiÅŸikliÄŸe sebep olurlar. Hücre içerisindeki molekülleri ve atomları iyonize ederek uyarırlar. Ä°yonize radyasyon, canlılarda moleküler ve hücresel düzeylerde fiziksel, kimyasal ve biyolojik çeÅŸitli deÄŸiÅŸikliklere yol açar. Bu deÄŸiÅŸiklikler maruz kalınan radyasyonun cinsine, miktarına ve süresine göre geçici (onarılabilen) veya kalıcı (hasara yol açıcı) tipte olabilirler. Ä°yonize radyasyonun hücrede bol miktarda bulunan su molekülünün ayrışmasına sebep olarak serbest radikallerin oluÅŸumuna yol açtığı düşünülmektedir. ( iyonize radyasyon) H2O H2O+ + e- H+ + OH- Burada oluÅŸan hidrojen ve hidroksil grupları iyon olmayıp, kısa ömürlü ve oldukça reaktif radikallerdir. Bu radikallerin iyonizasyon sonucu kovalent baÄŸları nedeniyle en dış elektron yörüngelerinde boÅŸluklar vardır. Bu nedenle bu boÅŸlukları doldurabilecek baÅŸka atomlar ararlar ve yüksek reaktiviteleri yüzünden tekrar birbirleriyle de birleÅŸebilirler. H+ + H+ ïƒ H2 OH+ + OH+ ïƒ H2O2 Bu durumda oluÅŸan ürünler (örneÄŸin hidrojen peroksit) çok kuvvetli oksitleyici bir ajan olarak hücre içindeki önemli moleküllerle reaksiyona girip onların yapısını ve fonksiyonunu bozarlar. Radyasyonun reaksiyona girdiÄŸi molekül tamamıyla rastlantısaldır ve herhangi bir karbonhidrat, lipit, protein, enzim veya DNA ya da RNA gibi bir nükleik asit olabilir. Radyasyon için kritik hedefler, hücre zarı yapısında bulunan kompleks yapıdaki lipitler, metabolik olarak önemli enzimler ve nükleik asitlerdir. Bunların hasara uÄŸraması ve fonksiyonlarının bozulması hücrenin normal fonksiyonunu yitirmesine ve ölümüne yol açabilir.
- 14. ¸é´¡¶Ù³Û°¿´¡°°ÕÄ°¹ó³¢Ä°° Radyasyonun Ä°nsan Ãœzerindeki Etkileri 14 1.4.2. Radyasyondan Korunmanın Basit Kuralları − Zaman: Temesta olduÄŸunuz radyasyon ile temas sürenizi azaltınız. − Mesafe: Radyasyon kaynağından uzak durunuz. Kaynaktan iki kat uzaklaşırsanız maruz kaldığınız ışın 4 kat zayıflar. − Ekranlama (Shielding): KurÅŸun, su veya gama ve X ışınları için beton, Beta radyasyonu için kalın plastik (lucite) kullanılır. − Koruyucu kıyafet: BulaÅŸmaya/kirlenmeye karşı korunmak için radyoaktif maddeyi elbiselerinize ve derinize deÄŸdirmeyiniz. Åžekil 7 Personel Radyasyon Ä°zleme cihazları