Etkisi ve Tehlike Seviyeleriyle Radyasyon

Yaklaşık Okuma Süresi: 10 Dakika...

Paris’te 1852’de dünyaya gelen Antoine Henri Becquerel ile başlayalım. Kendisi fosforlu maddelerin ışık saçmasının nedenleri üzerinde deneyler yaparken, kullandığı fotografik levhaların, sadece uranyum tuzu tarafından siyahlaştırılması ile radyasyon ve radyoaktiviteyi keşfetmiştir.

Radyoaktivite Uranyum gibi atom numarası büyük ve stabil olmayan elementlerin iyonlaştırıcı radyasyon yayarak kütle kaybedip enerji saçmasıdır. Temel olarak Alfa, Beta ve Gamma bozunumu olarak üç başlıkta toplanır.

Bu bozunumlar sonucu radyoaktif madde enerji ve ısı saçarak kütlesinin bir kısmını yeni bir izotopa dönüştürür. Belli miktardaki bir radyoaktif maddenin kütlesinin yarısını dönüştürme süresine yarı-ömür (Half-Life) denir. Örneğin Uranyum-238 4.5 milyar yıllık bir yarı ömre sahipken, Uranyum-234, 245.500 yılda yarılanır. Astatin-210 ise 8.1 saatlik bir yarı ömre sahiptir. Yarı ömrü çok kısa olan böylesi elementler daha yüksek kütleli başka radyoaktif maddelerin bozunup, dönüştükleri izotoplardır.

İyonlaştırıcı Radyasyon
İyonlaştırıcı radyasyon, yukarıda bahsettiğimiz radyoaktif bozunum sonucu ve uzaydan gelen kozmik ışınlar ile onların atmosferde etkileşimi sonucu oluşan, atom ve moleküllerden elektronlarını kopararak onları iyonize edecek kadar yüksek enerji taşıyan radyasyon türlerine denir.

Örneğin Alfa, Beta ve Nötron parçacıkları Gamma ışınları, X-ışınları ve elektromanyetik spektrumun yüksek ultraviyole kısmı iyonlaştırıcı radyasyondur. (Nötronlar yüksüz olsa da, etkileşimler sonucu gamma ışını veya proton emisyonu üretebilmeleri onları iyonize edici radyasyon sınıfına sokmaktadır)

Radyoaktif elementlerin bozunmasından kaynaklı iyonlaştırıcı radyasyon türleri alfa, beta, nötron parçacıkları ile gamma ışınları kaynaklı radyasyondur. Doğada bulunan diğer iyonlaştırıcı parçacıklar da muon, meson, pion ve hatta pozitron gibi parçacıklardır. Bu parçacıkların çoğunluğu uzaydan gelen kozmik ışınların (%99u alfa parçacığı ve %1 daha ağır parçacıklar olan esas kozmik ışınların)atmosferimiz ile çarpışması sonucu oluşan ikincil kozmik ışınımlardır.

İyonlaştırıcı Radyasyonun Ölçü Birimi
İnsan duyuları, çok yoğun olmadığı müddetçe iyonlaştırıcı radyasyon türlerini hissedemez. Hissetmeye başladığımızda ise çoktan ölümcül doz almış oluruz. Radyasyona maruz kalan bir kişinin veya cismin bir kilogramına bir joule kadar enerji veren miktara Gray (Gy) denir. Farklı radyasyon çeşitlerine aynı Gray miktarında maruz kalmak farklı sonuçlar doğurur. Örneğin bir Gray Alfa radyasyonuna maruz kalmak. bir Gray Beta radyasyonuna maruz kalmaktan çok daha tehlikelidir.

Radyasyonun etki eden dozundan bahsettiğimizde ise bunu Sievert (Sv) ölçü birimi ile ifade ederiz. Bir sievert radyasyonun etkisi maruz kalınan türe göre değişmez, bizim maruz kaldığımız enerji miktarını temsil eder. Düşük miktarlarına millisievert / mSV (Binde biri) ve microsievert / μSv (Milyonda biri) denir.

hiroshima0101013
Radyasyonun canlılar üzerinde yarattığı tahribatın büyüklüğünü Hiroşima ve Nagazaki’ye atılan atom bombalarıyla anladık.

 

ICRP (International Comission on Radiological Protection / Uluslararası Radyolojik Korunum Komisyonu) yıllık doz olarak halk için güvenli limiti 1mSv olarak belirlemiştir. İş sebebiyle maruz kalma limiti 50 mSv dir ve yıllık maximum 100 mSv maruz kalınan bir işde arka arkaya 5 yıldan fazla çalışılmamalıdır.

Maruz kalınan radyasyon miktarlarına Sievert cinsinden örneklerle bakalım. Örnekler ortalama, kaba değerlerdir, birçok farklı durum ve istisnalara göre farklılıklar gösterebilirler.

• 0.09 μSv (yıllık): bir nükleer santralin 80 kilometre sınırı içerisinde maruz kalınabilecek reaktör kaynaklı yıllık miktar.
• 0.3 μSv (yıllık): bir kömür santralinin 80 kilometre sınırı içerisinde maruz kalınabilecek, kömürdeki uranyum ve toryum kaynaklı yıllık miktar.
• 0.1 μSv: 150 gramlık bir Muzdaki potasyumdan kaynaklı miktar.
• 1 μSv: Kol röntgeninde kullanılan X-ışınları kaynaklı miktar.
• 5 μSv: Ağız (dental) röntgeninde kullanılan X-ışınları kaynaklı miktar.
• 10 μSv (günlük): Sıradan bir insanın normal bir günde maruz kalacağı doğal arka plan radyasyonu.
• 40 μSv: 7 saatlik uçak yolculuğu sürecinde alınan radyasyon miktarı.
• *60 μSv: Yukarıdaki değerleri göz önüne alırsak sıradan bir günde maruz kalacağınız iyonlaştırıcı radyasyon miktarı.
• 20 μSv Göğüs röntgeninde kullanılan X-ışınları kaynaklı miktar.
• 30 μSv (yıllık) EPA tarafından Nükleer bir santralin yıllık saçması hedeflenen doz.
• 40 μSv Fukushima kazasını takip eden haftalarda, Tokyo’daki fazladan doz.
• 100 μSv Fukushima kasaba merkezinde kazadan sonraki 2 haftadaki toplam fazladan doz.
• 250 μSv (yıllık) EPA tarafından regüle edilen Nükleer bir santralin yıllık saçabileceği maksimumu doz.
• 390 μSv (yıllık) Vücudumuzdaki potasyumun saçtığı doz
• *1000 μSv (1 mSv) (yıllık): Nornmal bir kişinin yıllık maruz kalabileceği radyasyon limiti.
• 1 mSv: Thee Miles Adası reaktör erimesi kazasındaki maksimum radyasyon miktarı (bu kazadan kaynaklı sağlık sorunu yaşayan bilinen kimse yoktur)
• 2 mSv: Yüzünüze bir CT taraması yapılması.
• 4 mSv (yıllık): %85i doğal olan yıllık arkaplan radyasyonu
• 6 mSv (günlük): 2010’da Çernobil santralinde bir saat geçirince maruz kalınan doz (bulunulan yere göre büyük farklılıklar olabilir)
• 7 mSv: Göğüsünüze bir CT taraması yapılması.
• 50 mSv (yıllık): Radyasyon işçilerinin yıllık üst limiti.
• *100 mSv (10.000 μSv) (yıllık): Kanser riskinin artması ile bağdaştırılan en düşük doz miktarı.(Radyasyon işçisi olmak, kanser ihtimalini %50 arttırıyor diyebiliriz)
• 100 mSv: Fukushima santrali çalışanlarının maruz kaldığı doz.
• 400 mSv: Kısa sürede maruz kalındığında radyasyon zehirlenmesi belirtilerine sebep olabilecek doz
• 1000 mSv (1Sv): NASA astronotlarının kariyerleri boyunca maruz kalabileceği üst sınır.
• 2000 mSv (2 Sv): Ağır radyasyon zehirlenmesi limiti
• 4 Sv: Genellikle ölümcül radyasyon zehirlenmesi.
• 8 Sv: Tedavi edilse dahi mutlak ölümle sonuçlanacak doz.
• 50 Sv: Çernobil reaktröründe patlamadan sonra patlama ve çekirdek erimesinden sonra 10 dakikada maruz kalınmış olan miktar

radyasyon101012314
Alfa, Beta ve Gamma ışınlarının insan vücuduna nüfuz edebilme oranları.

İyonlaştırıcı radyasyon türleri, zararları ve kullanım alanları.

Alfa Parçacıkları: Uranyum, Toryum, Aktinyum ve Radyum gibi ağır elementlerin bozunumu sonucu açığa çıkar. 2 proton ve 2 nötrondan oluşan, helyum çekirdeğine benzer bir parçacıktır. Bu radyasyondan korunması kolaydır, birkaç milimetrelik kurşun, alfa parçacıklarını yalıtabilir.

Kısa menzillidir, giyisileri ve insan tenini delip geçemez. Bu nedenle vücudun dışındaki bi alfa kaynağı çok yakın mesafeden maruz kalınmadığı sürece ciddi bir tehlike sayılmamakla beraber, bu parçacığı saçan herhangi bir elementin, solunumu, yutulması veya açık bir yaraya temas edip dolaşım sistemine sokulması çok zararlı olabilir. Kendisi dokuya temas halinde maruz kalınabilecek en güçlü iyonize edici radyasyon türüdür ve aynı dozda bir beta yada gamma radyasyonuna maruz kalmaktan 10-1000 kat arasında daha zararlıdır.

Eskiden duman dedektörlerinde kullanılan alfa ışınımı yayan elementleri şu sıralar uzay araçlarında RTG jeneratörlerinde ve kalp atışı düzenleyici cihazlarda görmek mümkündür. Ayrıca kanser tedavilerinde, tümürleri yok etmek içinde kullanılmaktadır.

Beta Parçacıkları: Carbon-14, Trityum, Potasyum-40 gibi elementlerden salınan beta parçacıkları aslında yüksek enerjili ve yüksek hızlı elektron ve pozitronlardır. Örneğin nükleer reaktörlerin sıvı soğutma sistemlerinde görülen mavi ışık, fisyon reaksiyonlarında üretilen beta parçacıkları kaynaklı Cherenkov radyasyonu’dur.

Işığın sudaki faz hızı, boşluktaki ışık hızının %75’i iken, beta parçacıklarının ışığın sudaki hızından daha hızlı hareket etmeleri sonucu bu mavi ışık oluşur. Beta radyasyonu kısa menzillidirler, kaynaklarından en fazla bir kaç metre uzağa etki edebilirler. Bu radyasyon türüne karşı normal kıyafetler kısıtlı korunma sağlayabilir ve yakın temas halinde insan tenini, yeni hücrelerin üretildiği tabakaya kadar geçebilir, uzun süreli temas halinde ciltte yara açabilir, DNA mutasyonlarına ve kansere sebep olabilir.

Beta radyasyonu kanser tedavilerinde kullanılmaktadır ancak en yaygın ve günlük kullanım alanı silahlarda, saatlerde, anahtarlıklarda, pusulalarda, uçak enstrümanlarında beta ışığı olarak’ta geçen aydınlatıcılardır. Saatinizde karanlıkta yeşil ışık yayan izler genellikle trityum kaynaklı beta parçacıklarıdır. Tene direk temas, solunum, yada yutma durumu olmadığı sürece bu madde risksiz sayılsa da hayatınızdan olabildiğince çıkarmakta fayda vardır (Yazar burada kendi saatindeki yeşil akrep ve yelkovana bakar ve iç geçirir). Yalıtıldığı koşullarda zararsız kabul edilse de örneğin içinde gaz halinde trityum bulunduran bir aydınlatıcının kırılması durumunda, yakın çevresi boşaltılmalı ve gazın dağılması beklenmelidir zira gaz halindeki beta radyasyonu yayan maddenin solunumu ciddi sağlık riski taşır. Solunumu yada emilimi durumunda vücutta kalış süresi yaklaşık 12 gün olan Trityum’dan daha hızlı arınmak için su tüketiminin günlük 3-4 litreye çıkartılması tavsiye edilmektedir.

Gama Işınları: Radyasyon ve kanser riskinden bahsedilirken, X-ışınları ile birlikte en akla gelen radyasyon türüdür gamma ışınları. İyodin-131, Kobalt-60, Radyum-226 gibi elementlerin atom çekirdeklerinde (nucleus) gama bozunumu sonucu oluşan çok yüksek frekanslı ve yüksek enerjili elektromanyetik radyasyon türüdür. Temel olarak kütlesi ve yükü olmayan fotonlardır. Tür olarak görünür ışığa, radyo dalgalarına ve ultraviyole ışığa benzerler. En büyük farkları, taşıdıkları enerjinin fazlalığıdır.

Radyoaktif elementlerin bozunumunun, kozmik ışınların atmosferle etkileşiminde, yıldırımlarda, pulsar ve magnetarlarda, gama ışını patlamaları gibi ilginç doğa olaylarında üretilir. Delip geçici, uzun menzilli bir radyasyon türüdür ve korunumu çok zordur. Alfa ve Beta radyasyonlarından daha az iyonize edici olmalarına karşın, delip geçici olmaları ve uzun menzilleri gamma ışınlarını en riskli radyasyon türlerinden biri yapar. DNA’larda yapısal bozulmaya sebep olup, kansere sebep olmasıyla birlikte kanserle savaşta da yine gama ışınları kullanılır.

Tıbbi taramalar yada havaalanlarındaki güvenlik taramaları gibi düşük dozlara kısa süreli maruz kalmak bir sağlık riski oluşturmazken, yüksek dozlara maruz bırakacak olaylar, örneğin bir gama ışını kaynağı elementin yakınında bulunmak, nükleer silah kullanımı veya bir nükleer reaktör sızıntısı, gama ışınları kaynaklı ciddi sağlık problemlerine, kansere ve radyasyon zehirlenmesine sebep olabilir.

Dünyaya yönlenmiş bir gama ışını patlaması ise birkaç bin ışık yılı mesafeden ozon tabakamızı kavurup, biz dahil canlı türlerinin çoğunun soykırımına sebep olabilir. Böyle korkunç olaylar ve kanserle savaşın yanı sıra, astronomide, tıbbi gereçler gibi sterilizasyon gerektiren malzemelerin mikroorganizmalardan arındırılmasında ve birçok başka tıbbi alanda da gamma ışınlarından söz edilebilir.

IMG_5762
X ışınları zararlı bir radyasyon türüdür. Ancak, tıp alanındaki kullanımıyla devrimsel tedavi yöntemlerinin önünü açmıştır.

 

X-Işınları: Gamma ışınları gibi yüksek enerjili bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Aralarındaki en büyük farklılık dalga boyları ve kaynaklarıdır. Gamma ışınları atomun (nucleus)denen çekirdeğinden kaynaklanırken, X-ışınları elektronlar tarafından oluşturulur. Bunun yanısıra hızlı hareket eden pozitif yüklü iyonların da X-ışını oluşturduğu bilinir. Oluşturduğu sağlık riskleri gamma ışınlarınkine benzerdir. Astronomide ve tıp alanında yaygın bir biçimde kullanılırlar.

Pozitron (Antimadde) radyasyonu
Antimadde tahmin ettiğimizden daha çok hayatımızın içindedir. Örneğin PET taramaları(Positron Emission Tomography), elektronun karşıt parçacıkları olan pozitronları kullanır. Bu taramalarda dolaşım sistemine enjekte eden kısa ömürlü bir radyoaktif bir izotop pozitron yayan bir bozunum geçirir.

Bu pozitronlar dokuda 1mm gibi kısa bir mesafe kat ederler. Bu sürede kinetik enerjileri azalır ve sonunda bir elektron ile temas ederek birbirlerini yok ederek birbirinin aksi yönünde hareket eden gamma ışınları (yüksek enerjili fotonlar) oluştururlar. PET tarayıcısı aynı anda oluşup birbirlerinin aksiyönünde hareket eden bu gamma ışınlarını tespit ederek taranan bölgenin üç boyutlu bir resmini çıkartır.

Kozmik Radyasyon
Güneş sistemimi dışından gelen çoğunlukla yüksek enerjili elektonlar ve atom çekirdeklerini oluşturan parçacıklardır. 2013’te Fermi Uzay Teleskobu bu kozmik ışınların çoğunluğunun süpernovalardan kaynaklandığını keşfedene kadar kaynakları bizim için bir gizemdi. Kozmik ışınları oluşturan parçacıkların %90’ı proton, %9’u Alfa parçacıkları ve %1’i HZE iyonları denen daha ağır parçacıklardır. Çok küçük bir yüzdenin de pozitron ve anti-protonlar olduklarını bilmekteyiz.

Bu kozmik ışınlar atmosferimizdeki atomlar ve moleküller ile çarpışarak ikincil kozmik ışınlara neden olur. Bunlar nötron, meson, pion, kaon ve muon gibi parçacıklardır ve bazıları yer kabuğuna kadar ulaşabilir.

Berkan Alptekin

Daha fazla okumalısınız

Yazar: Berkan Alptekin

Keşfet!

Evrende En Fazla Bulunan Elementler (Bolluk Sıralaması)

Bilindiği gibi, evrenin büyük patlama teorisinin öngördüğü biçimde oluştuğu düşünülüyor. Bugün çevremizde var olan elementler …