FİZ341
ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE
DERS NOTLARI
Doç.Dr. Hüseyin AYTEKİN
Z.K.Ü Fen-Ed. Fak. Fiz. Böl.
(2009-2010 Güz yarıyılı)
BÖLÜM1
ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
•Günlük yaşantımızda karşılaşılan radyasyonun önemli bir kısmı doğal
kaynaklardan ileri gelmektedir.
•Doğal radyoaktif elementler,
toprağında bulunmaktadır.
Dünyamızın
havasında,
suyunda,
•Radyoaktif madde atomların çekirdeklerinin kararsız olmaları
nedeniyle kararlı hale gelirken tanecik veya dalga şeklinde enerji (doğal
radyasyonlar) yayınlarlar.
•Bu radyasyonlar, iyonize edici etkilere sahiptirler. İnsanlar da
yayınlanan bu radyasyonun etkisi altındadırlar.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
2
DOĞAL RADYOAKTİVİTE
• Dünya’nın oluşumu ile birlikte, yer kabuğunda bulunan uzun yarı-
ömürlü radyoaktif elementler doğal radyasyon kaynağıdırlar. Ayrıca
uzay kökenli radyoaktif elementler de kozmik kökenli doğal
radyasyon kaynaklarıdırlar.
• Toprakta yer alan minerallerle birlikte doğal radyoaktivite sularla
taşınabilmekte ve bitkilere transfer olabilmektedir. Dolaysıyla, suda
bitkisel
ve
hayvansal
gıdalarda
radyoaktif
elementler
bulunabilmektedir.
• Bu gıdalar, iz miktarda uranyum, toryum ve diğer elementleri de
içerebilmektedir. Balık ve kabuklu deniz ürünleri sudan ya da deniz
diplerinden radyoaktivite alabilmektedirler.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
3
RADYOAKTİF KİRLENME
•
Nükleer denemeler, nükleer santral kazaları ve gübreleme sonucu açığa
çıkan
radyoaktif
elementler
toprağa
ve
dolaysıyla
besinlerimize
karışabilmektedirler.
•
Diğer taraftan, kömürün yakılmasıyla içeriğinde bulunan U ve Th radyoaktif
serileri ile
K-40 gibi doğal radyoaktif elementler açığa çıkmakta ve
atmosfere, su ve toprağa karışmaktadır.
•
Özellikle kömür-yakmalı termik santraller bacalarından çıkan uçan küller
vasıtasıyla santral civarında hava, su ve topraktaki radyoaktif kirliliğin
artmasına neden olurlar.
•
Böylece, besin maddelerinde doğal olarak bulunan radyoizotop yoğunluğu
bölgenin doğal fon seviyelerine, iklimine, tarım ve endüstriyel
uygulamalarına bağlı olarak değişebilmektedir.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
4
ÇEVREMİZDE BULUNAN RADYOAKTİF ELEMENTLER
•
Çevresel radyoaktivite,
yaşadığımız çevrede bulunan radyoaktif
maddelerin araştırılmasıdır. Çevremizde doğal radyoaktif elementlerle
birlikte nükleer santral kazaları, nükleer denemeler v.b. sebeplerle
suni
olarak oluşan radyoaktif elementler çevremizde bulunurlar
•
40K, 232Th ve 238U gibi radyoaktif elementler
99Tc, 131I, 134Cs, 137Cs ve diğerleri ise
doğal olaylar nedeniyle ve 90Sr,
insan aktivitesi sonucu olarak
çevremizde bulunurlar.
•
3H
ve 14C gibi birkaç izotop ta hem doğal ve hem de insan aktivitesi
neticesinde çevremizde bulunurlar.
•
Bazı doğal izotopların konum ve konsantrasyonu, özellikle
aktivitesinden etkilenebilir.
•
40K, 210Pb, 14C;
238U’inki,
insan
doğuştan insan vücudunda bulunan radyoaktif elementlerdir.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
5
ÇEVREMİZDE BULUNAN RADYOAKTİF ELEMENTLER
•
Atmosferde gerçekleştirilen nükleer bomba denemeleri sonucu meydana
gelen radyoaktivite nükleer serpinti denilmekte olup çevre kirliliğine neden
olan en büyük yapay radyasyon kaynağını oluşturmaktadır.
•
Uranyumun nükleer santrallerde kullanılması ve atık haline geldikten sonra
depolanması esnasında çevreye az miktarda da olsa radyoaktif madde
salınabilmektedir.
•
Televizyonlar, duman dedektörleri, fosforlu saatler, paratonerler ve lüks
lambaları gibi tüketici
ürünleri az miktarda da olsa radyoaktif madde
içermektedirler.
•
Kömür ve fosfat kayaları uranyum, radyum, potasyum-40 ve toryum içerirler.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
6
RADYOAKTİVİTENİN KEŞFİ
• Wilhem Conrad Röntgen (1895): Katot ışınlarından farklı özellikte
olan ve havada birkaç mm yol alan X-ışınını keşfetti.
• Becquerel (1896): Radyoaktiviteyi keşfetti, uranyum tuzunun
kendiliğinden ve sürekli olarak ışıma yaptığını açıkladı.
• Mary Curie (1898): Uranyum bileşiklerinin aktivite miktarının mevcut
uranyum miktarı ile orantılı olduğunu yayınladı.
• Daha sonra bizmut, polonyum ve uranyum gibi yeni radyoaktif
elementler keşfedildi.
• Mary Curie (1910): Saf Ra metalini elde etti.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
7
ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE: İLK ÇALIŞMALAR
•
Hans Geitel ve Wilson (1905): havanın radyoaktif bileşen içerdiğini
keşfettiler.
•
C.T.L. Wilson (1902): Yağmur suyundaki 30 dakika yarı ömürlü
radyoaktivite keşfetti.
•
Wilson (1905): Radyoaktivitenin yağmurla havadan alındığına karar verdi.
•
Wilson daha sonraki çalışmasında, yağmuru baryum klor ve sülfürük asitle
çöktürerek havadan radyoaktiviteyi çıkardı.
•
Mc Lennan (1905): uzun süreli kar yağışı ile havadaki radyoaktivitenin
azaldığını gözledi.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
8
ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE: İLK ÇALIŞMALAR
•
Ester ve Geitel (1902): Mağaralardaki hava içinde yüksek konsantrasyonlarda
radyoaktivite olduğunu fark ettiler. Havadaki radyoaktivite artışının mağara içindeki
toprak ve kayalardan ileri geldiği sonucuna vardılar. Yerin kendisi sürekli ve
dereceli olarak radyoaktivite üretmekte ve bu da havaya diffüze olmaktaydı.
•
H. Ebert ve P. Ewers (1904): Radonun radyoaktivite yayımının yarı ömrünü 3.2
gü olarak ölçtüler. Bu
222Rn’un
bugünkü modern değeri 3.82 gün değerine çok
yakındı.
•
Ebert (1905), topraktan radon salınımını gözledi ve bunun radyumun bozunumu
ile çıkan radon gazına özdeş olduğunu gördü. Buna göre, radyum ve uranyum
açıkça normal toprağın bir bileşeniydi.
•
Rutherford (1905): Havadaki radyoaktivite içeriğinin, ölçümün yapıldığı yerdeki
toprağın radyum içeriği ile değiştiğini açıkladı.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
9
RADYASYONUN ETKİLERİ
• Radyasonun insan sağlığı üzerindeki zararlı etkileri: radyasyon
yanıkları, radyasyon hastalıkları, doğal ömür süresinin kısalması,
kanser ve kalıtımsal bozukluklardır.
• Çok yüksek miktardaki radyasyon dozuna maruz kalınmada ise
ölümler bile olabilir.
• Becquerel ve Curieler radyoaktif maddelerle çalıştıklarından ciddi
şekil radyasyondan zarar görmüşlerdir.
• 1905 yılında aşırı derecede radyasyona maruz kalmanın kansere
neden olduğu bilimsel olarak ispatlanmıştır.
Genetik bozukluk: 1920 de böcekler üzerinde yapılan çalışmalar
radyasyonun genetik bozukluklara neden olduğunu göstermiştir. Bu
gerçeği ortaya çıkaran Herman Müler Nobel barış ödülü kazanmıştır.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
10
RADYASYONDAN YARARLANMA
• İyonlaştırıcı radyasyonların meydana getirdikleri iyonizasyon
yaşayan organizmalarda çok önemli hasarlar meydana
getirdiklerinden tıpta da çok yaygın bir şekilde hastalıkların teşhis ve
tedavisinde kullanılmaktadır.
• TEŞHİSTE RADYASYON KULLANIMI
• Bazı radyoaktif elementler tıpta teşhis amacıyla kullanılmaktadır.131I
(ağız ve damar yoluyla) tiroit görüntülemede ve böbrek izlemede
kullanılır. 99mTc beyin taramada kullanılmakta olup beyinde tümör
varsa bu element orada yoğunlaşmakta ve orada radyoaktivitenin
artışına sebep olmaktadır.
• X-ışını ya da vücuda zerk edilen radyoizotopla bilgisayarlı
görüntüleme CAT ve PET teknikleri kullanılmaktadır.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
11
RADYASYONDAN YARARLANMA
•
Tıbbii uygulamalar: Radyasyonla görüntü elde edebilme ve radyasyonla
hücre ve tümörleri yok edebilme özelliği radyasyonun teşhis ve tedavisinde
önemli rol oynar. Radyasyonun bu şekilde teşhis ve tedavide kullanılması
radyolojinin konusunu oluşturmaktadır.
•
Endüstriyel uygulamalar: X ve gamma ışınlarından yararlanarak borular,
buhar kazanları, makine aksamlarının röntgenleri çekilerek herhangi bir
hata içerip içermedikleri tespit edilebilmektedir. Buna radyografi adı
verilmektedir.
•
Tarımda: Tohumların daha verimli olması için radyasyon kullanılarak
mutasyona uğratılmaktadırlar..
•
Radyasyonun, akarsularda debi ölçümü, barajlarda su kaçaklarının tespiti
gibi endüstriyel uygulamaları da vardır.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
12
TEDAVİDE RADYASYON KULLANIMI
•
Nükleer radyasyonun iyonlaştırma yeteneğinden yararlanarak, kanser
tümörleri, aşırı aktif tiroit bezi gibi vücuttaki istenmeyen veya iyi çalışmayan
dokuların yok edilebilmektedir.
•
Bu etki, şu şekilde olmaktadır:
•
i. Gelen radyasyonlar ışınlanan madde moleküllerindeki atomları iyonlaştırır
(10-16s de). Bu daha çok su moleküllerini (duyarlı moleküller) iyonlaştırma
şeklinde olur (insan vücudunun ~ %80 i sudur.)
•
H2O
•
ii. İyonlaşmış moleküller kimyasal reaksiyonlarla diğer uyarılmış molekülleri
veya serbest kökleri meydana getirirler (10-15 ile 10-3 s aralığında):
e- +H2O→ H2O-
→
H2O++e-
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
13
TEDAVİDE RADYASYON KULLANIMI
•
Bu iyonlar kararsız olup OH ve H
•
H2O+
•
OH ve H serbest kökleri hidrojen içeren organik maddelerde su ve
hidrojen gazı çıkışıyla birlikte R serbest kökünü açığa çıkarır.
•
iii. Bu serbest kökler birleşerek moleküler düzeyde karmaşık biyolojik yapılar
oluşturabilirler ve onların biyolojik fonksiyonlarını değiştirebilirler.
H+ +OH
ve
H 2 O-
köklerini meydana getirirler:
OH- + H
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
14
ÇEVRSEL RADYOAKTİVİTEYE İLGİ
• Çevresel radyoaktivite ve iyonize radyasyona ilgi, 1945 yılında
New Mexico çölünde ilk atom bombasının patlatılmasıyla artırmıştır.
• Radyolojik çevre çalışılmasının önemi, 1950 ve 1960 lı yıllarda
nükleer silahların atmosferde test edilmesiyle yeni bir boyut kazandı.
• Nükleer santral kazaları, radyoaktivitenin iyi anlaşılması ve onun
dünyamız üzerindeki etkisinin ilk olarak farkına varılmasını sağladı.
• Dünyada günümüze kadar meydana gelen 4 önemli nükleer
santral kazası:
• 1957: Windscale(İngiltere)
• 1979: Three Mile Island(ABD)
• 1986: Çernobil (Ukrayna)
• 2011: Fukoşima (Japonya)
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
15
ÇERNOBİL NÜKLEER SANTRAL KAZASI
• Bunlardan en önemlileri Çernobil ve Fukuşima nükleer santral
kazalarıdır.
• Çernobil reaktör kazası, bir deney sırasında meydana gelen 20.
yüzyılın ilk büyük nükleer kazasıdır.
• Ukrayna'nın Kiev iline bağlı Çernobil şehrindeki Nükleer Güç
Reaktörünün 4. ünitesinde 26 Nisan 1986 günü erken saatlerde
meydana gelen kaza sonrasında atmosfere büyük miktarda fisyon
ürünleri salındı. Bu durum, 30 Nisan 1986 günü tüm dünya
tarafından öğrenildi.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
16
ÇERNOBİL NÜKLEER SANTRAL KAZASI
• Çernobil nükleer güç istasyonundaki kaza sonucunda, büyük
miktarda radyoaktif madde çevreye yayılmıştır.
• Kazadan sonra 10 günlük zaman dilimi içinde, radyoizotoplar
değişen meteorolojik şartlara bağlı olarak farklı doğrultulardaki
rüzgârlarla kuzey yarım küreye yayılmış ve ciddi boyutlarda
radyoaktif kirliliğe neden olmuştur.
• Bu kirlenmeye neden olan önemli radyoizotoplar, 131I, 134Cs ve
137Cs dir.
• Santralden çıkan radyoaktif bulut, ülkemize de ulaşmış ve bazı
bölgelerde yağan yağmurlarla birlikte yere inerek besin maddelerinin
kirlenmesine neden olmuştur.
• Trakya ve Doğu Karadeniz Bölgesinde, radyasyon bulutunun geçişi
sırasında çok yağmur aldıkları için 100.000 kişilik bir topluluk ülke
ortalamasının üzerinde bir radyasyona maruz kalmıştır.
BÖLÜM 1: ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE KAPSAMI VE TARİHÇESİ
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
17
FUKUŞİMA (JAPONYA) REAKTÖR KAZASI
•
Fukuşima I Nükleer Santrali kazaları, 2011 Tohoku depremi ve tsunamisi
sonrasında, 11 Mart'ta başlayan Fukoşima I Nükleer Santralinde atmosfere
radyoaktif madde salınmasına sebep olan olaylar dizisidir.
•
Uzmanlar, bu kazaları, Çernobil santral faciasından sonra en büyük ikinci
nükleer kaza olarak tanımlamaktadır. Üstelik, tüm reaktörlerde sorun
yaşanması, kazayı bugüne kadarki en karmaşık nükleer kaza yapmaktadır.
•
Fukuşima I Nükleer Santrali kazaları, 9.0 büyüklüğündeki 11 Mart günü
olan meydana gelen Tohoku depremi ve tusunamisi sonrasında meydana
geldi. Tusunami nükleer santraldeki üç etkin reaktörün kapatılmasına sebep
olmuştur.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
18
FUKUŞİMA NÜKLEER SANTRAL KAZASI
•
Tusunami elektrik şebekesine de zarar verdi ve santralin jeneratörlerini su bastı,
bu da santralde bir elektrik kesintisine neden oldu. Bunu takip eden soğutma
eksikliği santralde kısmi erime ve patlamalara neden oldu ve altı reaktörün
tamamında sorunlar meydana geldi.
•
Depremden 15 dakika sonra meydana gelen tusunami neticesinde jeneratörler
devre dışı kaldı ve nükleer yakıt radyoaktivitesinin etkisiyle aşırı ısındı.
•
Bunun yanı sıra, 1-4 numaralı reaktörlerde saklanan kullanılmış yakıt
tanklarındaki su seviyesinin düşmesi sonucu tanklarda aşırı ısınma meydana
geldi.
•
11 Nisan 2011 günü Japonya Nükleer Güvenlik Kurumu, Fukuşima Daiçi nükleer
santralindeki nükleer sızıntının tehlike derecesini Radyolojik Durum Ölçeği 'ne
göre 7'ye yani Çernobil reaktör kazası ile aynı seviyeye çıkarmıştır. Radyasyon
Avrupa’ya kadar ulaştı.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
19
FUKUŞİMA NÜKLEER SANTRAL KAZASI
•
Tusunami elektrik şebekesine de zarar verdi ve santralin jeneratörlerini su bastı,
bu da santralde bir elektrik kesintisine neden oldu. Bunu takip eden soğutma
eksikliği santralde kısmi erime ve patlamalara neden oldu ve altı reaktörün
tamamında sorunlar meydana geldi.
•
Depremden 15 dakika sonra meydana gelen tusunami neticesinde jeneratörler
devre dışı kaldı ve nükleer yakıt radyoaktivitesinin etkisiyle aşırı ısındı.
•
Bunun yanı sıra, 1-4 numaralı reaktörlerde saklanan kullanılmış yakıt
tanklarındaki su seviyesinin düşmesi sonucu tanklarda aşırı ısınma meydana
geldi.
•
11 Nisan 2011 günü Japonya Nükleer Güvenlik Kurumu, Fukuşima Daiçi nükleer
santralindeki nükleer sızıntının tehlike derecesini Radyolojik Durum Ölçeği 'ne
göre 7'ye yani Çernobil reaktör kazası ile aynı seviyeye çıkarmıştır. Radyasyon
Avrupa’ya kadar ulaştı.
Prof. Dr. Hüseyin Aytekin
20
Download

Document