Çevresel radyasyon türleri -Doğal radyasyon ve Yapay radyasyon nedir? Kaynakları nelerdir?

1. ÇEVRESEL
RADYOAKTİVİTE
NBM 524 Radyobiyoloji
Dersin hocası: Prof. Dr. Nureddin TÜRKAN
Hazırlayan ve Sunan: Yük. Müh. Necla YÜCEL
İstanbul Medeniyet Üniversitesi
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,
Nanobilim ve Nanomühendislik A.B.D.

2. İçindekiler
Doğal Radyasyon Kaynakları
Kozmik radyasyon
Kozmojenik radyonüklidler
Primordial radyonüklidler ve yerden gelen radyasyon
Doğal kaynaklardan alınan radyasyon dozları
İnsan Eliyle Üretilen (Yapay) Radyoaktivite
Nükleer Yakıt Çevriminin Belli Başlı Kademeleri
Cevherin çıkarılması
Öğütme
Saflaştırma ve dönüştürme
Zenginleştirme

3. ÇEVRESEL RADYOAKTİVİTE
Radyoaktivite, kararsız atom çekirdeklerinin kararlı hale gelmesi için kendiliğinden ışıma yapma olayıdır.
Bozuşma esnasında yayılan enerji ve parçalara radyasyon denir. Dengesiz çekirdek doğada bozuşursa bu
prosese doğal radyoaktivite denir.
Çevresel radyoaktivite ile, çevremizde bulunan radyoaktif elementlerin aktifliklerini yani ışımalarını
kastediyoruz. Bu elementler, çevremizde bulunan gerek doğal ve gerekse suni radyoaktif elementler
şeklindedir. Dünyamızın havasında, suyunda ve toprağında radyoaktif elementler bulunurlar. Çevresel
radyasyonun en önemli bileşenini radon gazı oluşturur. Radon, uranyum ve toryum serilerinin radyoaktif bir
gaz ürünüdür. Doğal radyoaktif elementler, Dünya nın oluşumu ile birlikle var olan ve uzun yarı-ömürleri
nedeniyle bugün halen yeryüzünde bulunan U-235, U-238, Th-232 serileri ve tek başına bulunan K-40 gibi
elementler ile kozmik kökenli C-14 ve H-3 gibi radyonüklitler doğal radyoaktivite kaynaklarıdır.

4. Çevresel Radyoaktivite
Suni radyoaktif elementler, insan aktivitesi sonucu
çevremizde bulunan radyoaktif elementlerdir. Bunlar, tıpta
teşhis ve tedavide kullanılan Tc-99 (Teknesyum-99), I-131 ve
Co-60 gibi radyoaktif elementler ile nükleer bomba
denemeleri ve nükleer santral kazaları gibi aktiviteler ile
çevremizde bulunan Cs-134, Cs-137 ve I-131 gibi radyoaktif
elementler suni radyoaktif elementleri oluştururlar.

6. Doğal Radyasyon Kaynakları
• Günlük yaşantımızda, kozmik ışınlar nedeniyle
maruz kaldığımız radyasyon dozunun dünya
ortalaması 0.39 mSv / yıl’dır.
• Fosil yakıtlar doğal ve uzun ömürlü radyoaktif
elementler içerirler. Bu tür elementler yakıt
içinde iken bir radyasyon tehlikesi yaratmazlar.
Ancak fosil yakıtlar yakıldıklarında bu
elementler atmosfere yayılır ve daha sonra
toprağa dönerek doğal radyasyon düzeyinde az
da olsa bir artışa neden olur. Doğada mevcut
kısa ömürlü radyoaktif elementlerin yaydığı
gama ışınlarının da katkısıyla topraktan maruz
kaldığımız radyasyon dozunun dünya
ortalaması 0.46 mSv/yıl dır.
• Maruz kaldığımız radyasyonun %88’i doğal
kaynaklardan oluşur.

8. Yapay Radyasyon Kaynakları
• Nükleer reaktörlerden- ağır
elementler n ya da e ile
bombardıman edilerek radyoaktif
hale getirilmesi sonucu radyasyon
yayarlar
• Diagnostik – X ışını tüpleri
Doğal Radyasyon Kaynakları
• Kozmik ışınlar
• Yeryüzünün kendisi- kayalar, granit, radon
gazı..
• İnsan vücudu- 40K

9. Kozmik Radyasyon
• Kozmik ışınlar; dünyamızın dış atmosferine belli miktarda ulaşan yüksek
enerjili protonlar olarak tanımlanabilir.
• Kozmik radyasyon; protonlar, alfa parçacıkları elektronlar ile yüksek
enerjili diğer parçacıkların karışımıdır. Neredeyse ışık hızına yakın hızla ve
tüm yönlerden dünyayı ışınlarlar.
• Uzaydan dünyaya sürekli yüksek enerjili parçacıklar gelir.
• Atmosfere ulaşanların büyük bir kısmı protonlardır.
• Protonlar elektrik yüklüdür ve manyetik alanda saparlar.
• Dünyanın manyetik alanı kalkan görevi yapar.
• Ekvatordan kutuplara doğru radyasyon miktarı artar.

10. • Yükseklik arttıkça radyasyon miktarı artar.
• Kutuplardan giren parçacıklar auroraları
oluşturur.
• Yeryüzünde deniz seviyesinden yukarlara
doğru çıkıldıkça ve ekvatordan kutuplara
doğru gidildikçe kozmik ışınlara maruz
kalınma olasılığı daha fazla artar.
Radyoaktif atomlardan iyonlaştırıcı özelliğe sahip ışınlar ve
parçacıklar yayımlanır.

11. Kozmik ışınlar
Kozmik ışınlar, ‘primer’ ve ‘sekonder’ olmak üzere genellikle iki gruba
ayrılarak incelenirler. Dünyanın atmosferi, litosferi ve hidrosferini oluşturan
maddelerle etkileşime girmemiş ışınlar, primer kozmik ışınlar olarak
isimlendirilir. Bu ışınlar % 85 oranında protonlar, % 14 oranında α partikülleri
ve % 1 den az olarak da daha ağır taneciklerden meydana gelirler.
Primer ışınların atmosferin yukarı tabakalarındaki maddelerle etkileşime
girmesi sonunda sekonder kozmik ışınlar meydana gelirler. Bu ışınlar pionlar,
muonlar ve elektronlar gibi genellikle küçük taneciklerden meydana gelirler.
Deniz düzeyinde saptanabilen kozmik ışınların hemen hepsi sekonder kozmik
ışınlar grubundadır. Bu düzeydeki ışınların % 70 ini muonların, % 30 unu
elektronların oluşturduğu ve deniz düzeyindeki proton akısının % 1 in altında
olduğu ileri sürülmektedir.

12. Kozmik ışınlar
Primer kozmik ışınlar yüksek enerjileri
nedeniyle, atmosferde çarpıştıkları atomları
parçalayarak; hidrojen, helyum ve berilyum
gibi hafif atomların ve nötronlar, protonlar
ve subatomik yapılar gibi taneciklerin
meydana gelmesine neden olabilirler.
Yüklü veya yüksüz olan pionlar, fotonları
veya muonları meydana getirmek üzere 10-7
saniyeden kısa bir süre içinde hızla
bozunurlar. Daima yüklü olan muonlar da
10-5 saniyeden kısa bir zaman aralığında
bozunarak elektron veya pozitronlara
dönüşürler.
Bir primer kozmik protonun çok sayıda sekonder partikül
meydana getirmek üzere yer atmosferindeki bir atom ile
interaksiyonunu gösteren şematik diyagram

13. Uzaydan gelen bir kozmik ışının manyetik zarfı
delebilmesi için sahip olması gereken minimum enerji:
Emin = 15 GeV .Cos2λ
formülüyle hesaplanmaktadır.
Örneğin İstanbul için;
Emin (İstanbul) = 15 GeV . Cos2 41 = 8.5 GeV ‘dur.

14. • Yer üzerindeki Kozmik akı enlem derecesinden başka,
yükseklik ve zamana bağlı olarak da değişmektedir.
• Jet uçaklarıyla yolculuk yapanların uçuş süresine bağlı olarak 500-2000
mR/yıl düzeyinde, astronotların ise bunun çok üzerinde kozmik ışına
maruz kaldıkları ileri sürülmektedir.
• Kozmik ışın şiddetinin zamana bağlı olarak değişmesi,
güneşin aktivitesine ve gezegenler arası manyetik alana bağlı
olarak meydana gelmektedir.

15. Van Allen Kuşakları, Güneş'ten ve diğer yıldızlardan yayılan zararlı ışınlara karşı kalkan işlevi
gören tabakadır. Bu tabaka manyetizma sonucunda ortaya çıkmakta, Dünya'nın manyetik
alanından kaynaklanmaktadır.

16. Van Allen Radyasyon Kuşağı İçine
Hücum Eden Protonlar ve Elektronlar
• Dünyanın magnetik alanına
yakalanan elektrik yüklü
parçacıkların toplandığı simit
biçiminde iki kuşak dünyayı çevreler.
1958 yılında, uzaya gönderilen ilk
uydu olan “Explorer I” tarafından
keşfedilen bu kuşaklar, Van Allen
kuşakları olarak adlandırılmıştır.
• Dışta yer alan kuşak, güneşten gelen
protonları, Alfa parçacıklarını,
oksijen iyonlarını ve serbest
elektronları içerir.
• İçte yer alan kuşak ise, kozmik
ışınların iyonlaştırdığı atmosfer
kaynaklı atomlar içerir.

17. Kozmojenik radyonüklidler
• Kozmojenik radyonüklidler: Kozmik ışınlar ve onların atmosferdeki
stabil atomlarla reaksiyonu sonucu oluşan radyonüklidler (7Be, 14C,
3H ve 22Na vb.)
• Meydana gelişleri genellikle bir parçalanma sonunda olduğu gibi,
bazen stabil atomların nötronlar veya muonlar tarafından
aktivasyonuyla da olabilir.
• Parçalanma ürünü olan nüklidlerin % 70 i stratosferde meydana
gelirken, % 30 u troposferde meydana gelmektedir.

18. yüksek kons.

19. • Dünya üzerine yağan meteoritik tozlarının yaklaşık olarak 104
ton/gün değerinde olduğu tahmin edilmektedir. Bu tozlar,
kozmik ışınlara neden olan çeşitli radyonüklidleri içerirler.
 53Mn ve 26Al bu şekilde dünyaya ulaşan uzun ömürlü iki
radyonükliddir.
• Okyanus sedimentlerinde biriken bu radyonüklidlerin
ölçülmesiyle, bu sedimentlerin yaşı ve zaman içinde değişen
birikme hızları hakkında önemli bilgiler sağlanmaktadır.

20. Primordial radyonüklidler ve yerden gelen radyasyon
.
Dünyanın oluşumundan
beri var olan
radyonüklidlere:
primordial
radyonüklidler denir.
Primordial radyonüklidler ve
onların ürünlerinin doğal
ekosistemler içindeki
dağılımı; nüklidin kimyasal
özelliklerine, ekosistamin fiziksel
faktörlerine ve biyotanın
fizyolojik ve ekolojik niteliklerine
bağlıdır.

21. Doğada var olan ve uzun ömürlü radyonüklidler ve özellikleri
40K dışında bu listede yer alan
radyonüklidler, genel olarak,
çok küçük konsantrasyonlarda
bulunurlar ve ölçülebilmeleri
için çok duyarlı metotlar
gerekmektedir.
Bununla beraber, 40K canlı ve
cansız maddelerde yaygın
olarak ve bol miktarda
bulunmaktadır.
+ + +

22. Topraktaki doğal radyoaktivite
Toprakta bulunan 238U, 232Th ve 40K gibi doğal radyonüklitler
toprağın radyoaktif olmasına sebep olmaktadırlar. Doğal
radyonüklitler, daha çok volkanik, fosfat, granit ve tuz kayalarında
yüksek konsantrasyonlarda bulunurlar. Bu kayalar, doğa şartlarına
bağlı olarak zamanla ufalanarak çok küçük parçalar halinde yağmur
veya akıntı sularıyla toprağa karışırlar. Böylece de toprağın doğal
radyoaktivitesini artırırlar.
Suni tohumlama ve gübreleme (suni gübreler radyoaktif 32P
içermektedir) gibi bazı insan aktiviteleri de yerel olarak toprağın yüzey
radyoaktivitesini artırmaktadırlar.

23. Sulardaki radyoaktivite
Yeraltı sularında birçok radyoaktif element bulunmaktadır. Ancak,
bu radyoaktif elementler insan sağlığı bakımından önemli
sayılabilecek konsantrasyonlarda değillerdir. Sulardaki doğal
radyoaktivite araştırmalarına dair yapılan çalışmalar, başlangıçta
sadece kaplıca sularında bulunan bazı mineralleri kapsamıştır.
Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmaların neticesinde kaplıca
sularında bulunan minerallerin tamamının ve doğal suların bile bir
dereceye kadar radyoaktif olduğu tespit edilmiştir.

24. • Deniz sularında radyonüklitlerin
konsantrasyonları oldukça düşüktür. Yani,
okyanus veya deniz yüzeylerinden
yayınlanan gama radyasyon oranları ihmal
edilebilir seviyededirler.
• Sıcak su kaynaklarında radyum izotoplarının
tutulması, kalsiyum karbonat veya silisyum dioksit
ile birlikte çökelmesinden kaynaklanmaktadır.
• Yeraltı sularında 222Rn çok yavaş hareket eder ve
atmosfere kaçması sınırlıdır. Konsantrasyonu 2-40
Bq/lt arasında değişir.

25. Yeryüzü kaynaklı doğal radyasyon dozları

29. Vücudumuzun maruz kaldığı iç ve dış radyasyon
kaynakları

31. Alınan radyasyon dozları

32. YAPAY RADYASYON
• Toplumsal ve teknolojik gelişmeler nedeniyle insanoğlu bazı radyasyon kaynaklarını
yapay yollarla üretmiştir. Günümüzde toplam radyasyon maruziyetinin %21’i yapay
kaynaklardan gerçekleşmektedir. Gelişmiş ülkelerde yapay radyasyon kaynaklarından
olan radyasyon maruziyetinin %50 kadarını medikal görüntüleme oluşturmaktadır.
• Yapay radyasyon kaynaklarından olan ışınlanmanın büyük çoğunluğunu medikal
uygulamalar oluşturmaktadır. En yaygın olan tanısal radyoloji adıyla bilinen X-ray
grafilerdir.

34. Nükleer enerjinin emniyet, güvenilirlik, ekonomi ve çevresel etki bakımından diğer enerji alternatifleri ile
karşılaştırıldığında genelde daha uygun olduğu ileri sürülmektedir.
https://www.youtube.com/watch?v=1U6Nzcv9Vws

35. Dünya üzerindeki
toplam faal nükleer
reaktör sayısı: 449

36. Dünya üzerinde
yapım
aşamasındaki
toplam nükleer
reaktör sayısı: 60

37. Dünya üzerinde süresiz
olarak kapalı bulunan
toplam nükleer reaktör
sayısı: 160

38. Nükleer Yakıt Çevriminin Belli Başlı
Kademeleri
1. Uranyum Cevherin Çıkarılması
2. Öğütme
3. Saflaştırma ve Dönüştürme
4. Zenginleştirme
5. Yakıt Elemanlarının Hazırlanması
6. Yakıtın Nükleer Reaktörde
Kullanılması

39. Cevherin çıkarılması:
• Yer altındaki cevhere çözücü çözelti enjekte
edilir, uranyum çözülerek çözeltiye geçer ve
uranyum içeren bu çözelti, açılan kuyular
vasıtasıyla geri alınır.
• Uranyum cevherinin elde edilmesi ve çıkarılan
cevherin fiziksel olarak uygun büyüklüğe
getirilmesinden sonra, uranyumu elde etmek ve
saflaştırmak için, cevher kimyasal işleme tabi
tutulur. Bu işlemle hacmi küçülen, rengi ve
kıvamı ile ifade edilen bu katı ürün (U3O8) sarı
pasta olarak bilinir. Ancak söz konusu renk gri de
olabilir.
Yüzeye yakın olan uranyum yatakları iş makineleri ile yüzeyden kazınarak, derindeki
yataklar ise, maden kuyuları açılarak işletilmektedir.
Yellow cake
U3O8

40. Öğütme
Öğütülen cevher sülfürik asit veya karbonatla yıkanmakta, katı
artıklar ayıklanmakta, U3O8 (Triuranyum Oktaoksit) tekrar kimyasal yolla
çürütülmekte, süzülmekte ve son ürün kurutulmaktadır. Sonuçta elde
edilen sarı pasta % 70 – 90 oranında U3O8 içermektedir.
Bu işlemler sonunda geriye kalan cüruf suyla karıştırılarak bekletme
havuzlarına pompalanmaktadır. Burada amaç bir taraftan buharlaşan
su içinde katı partikülleri çöktürerek çevreye yayılmalarını
önlemektedir.

41. Dönüştürme
Bu aşamada U3O8 yüksek saflıkta ve gaz halinde bulunan UF6 e
dönüştürülür. Dönüştürme sarı pastayı uranyum hexaflouride
(UF6) haline getiren bir kimyasal yöntemdir.
Uranyum hexaflouride oda sıcaklığında katı haldedir; fakat
suyun kaynama noktasının altındaki sıcaklıkta gaz haline geçer
ve bu form zenginleştirme işlemi için çok uygundur. Genellikle
çapı 122 cm olan ve 12000 kg UF6 alan büyük silindirlerde
depolanır ve taşınır. Bu noktada uranyum hâlâ doğal uranyum
izotop bileşimini muhafaza etmektedir.

42. Zenginleştirme, 235U in 238U den ayrılarak
235U bakımından zengin yakıt elde etme işlemidir. Eski
yöntemle, gaz halindeki UF6 ün çeşitli engeller içeren
kanallar içinde yayılması (difüzyon) sağlanmaktadır.
235UF6 bileşimi 238UF6 bileşiminden % 0,85 oranında
daha hafif olduğundan biraz daha hızlı yayılmaktadır.
Böylece fabrika içindeki yayılma kanallarının son
kısımlarına önce 235UF6 molekülleri ulaşmaktadır.
Oldukça pahalı olan bu yöntem yerine son yıllarda
santrifüjle ayırma yöntemi geliştirilmektedir.

43. uranyum üretim tesisi

45. Literatür de çevresel radyoaktivite..

46. Bu çalışmada, Suudi Arabistan'ın Hail
eyaletinde yeraltı sularındaki doğal
radyoaktivitenin içme suyunda doğal
radyonüklidler için belirlenen ulusal
düzenleme sınırları ile uyumlu olup-
olmadığını araştırmışlar.
Dergi: ScienceDirect
IF: 3.88
α ve β aktiviteler için ilk tarama,
içme suyunda brüt α ve brüt β
aktiviteler için belirlenen ulusal
düzenleme sınırlarını aştığını
göstermiştir.
Detaylı incelemeler sonunda,
Yeraltı suyunun uranyum
ve radyumla kirlendiğini
göstermiştir ( 226 Ra ve 228 Ra).
Çalışma alanının suyunda
ortalama 228 Ra aktivite
konsantrasyonu 226 Ra'dan da
a yüksek olduğu tespit
edilmiş. Bu bulgu akifer
kayaçlarında 232 Th'nin 238
U‘ an daha fazla bollukta
olduğu şeklinde araştırmacılar
tarafından yorumlanmış .
Radyum izotopları ve
baryum arasında radyum
leaching (liç) için kimyasal
çözünme mekanizması
hariç bir
korelasyon gözlenmemişti.
Sonuçlar, çalışma alanında uranyum veya radyum liçi
üzerinde belirli bir parametrenin baskın etkisinin
olmadığını göstermiştir.

47. Bu çalışmada, İtalya’da kullanılan ve farklı ülkelerden
tedarik edilen 35 farklı tıbbi bitkide ki doğal ve yapay
radyoaktivite seviyelerini tespit etmek içim analizler
yapılmış.
Radyonüklitler alfa ( 238 U, 210 Po) ve
gama ( 214 Pb-Bi, 210 Pb, 40 K ve 137 Cs)
spektrometrisi ile belirlenmiştir.
Alfa, Beta, Gama spekt.
Numuneler, sabit kütle elde edilene kadar 80 ° C'deki bir fırında
kurutulmuştur .
Kuru kütle değeri radyonüklid konsantrasyonunu belirlemek için kullanılmış.
Gama spek.analizi için rxn koşulu:
Örnekler faklı kütlelerde tartılmış ve
ölçümler düşük bir arka plan
konfigürasyonu ve epoksi pencere ile
donatılmış bir içsel n-tipi germanyum
detektörü ile gerçekleştirilmiştir.
Alfa spek.analizi için rxn koşulu:
Çalışmada kullanılan bitkilerin farklı kısımları için numuneler farklı koşullarda
hazırlanmış:
• Kökler, meyveler ve kabuklar için kaynatma prosesi
• Bitkinin diğer kısımları (gövde,yaprak vs.) bir çözücü içinde çözünüdürülüp,
daha sonra farklı prosesler uygulanarak (kurutma, HCl ile muamele etme,
filtreleme vb) preparatlar oluşturulmuş
Net pik alanları, karakteristik alfa pik alanlarından yararlanılarak belirlenmiştir.

48. Kekik
Ada çayı
Nane
papatya
Aynısefa
lavanta
Her grupta en yüksek 137 Cs
konsantrasyonu Doğu
Avrupa’dan (Polonya,
Macaristan & Slovakya) gelen
tıbbi bitkilerde tespit edilmiştir.
(Çernobil faciasından etkilenen
ülkeler old.için olabilir
yorumunda bulunulmuş)..
Sonuç olarak;
Bitkilerde radyonüklidlerin varlığı, gıda zincirleri yoluyla insanlara
göç etmelerinin yolunu oluşturduğundan ve insanlık çeşitli
hastalıkların ve besinlerin tedavisinde bitkisel ilaç
kullandığından, bu tür bitkilerde radyonüklid konsantrasyonunun
incelenmesi büyük önem taşımaktadır.

49. Bebek mamalarında ki radyolojik sağlık risklerini
değerlendirmek amacıyla yaygın olarak tüketilen 14
markaya ait ürünün radyoaktivite sevileri analiz
edilmiştir.
Sonuç olarak,
226 Ra, 232 Th, 40 K ve 137 Cs'nin ortalama dozları
sırasıyla 3.05 ± 1.84, 2.55 ± 2.48, 99.1 ± 69.5 ve 0.27 ±
0.19 Bequerel / kg’idi. Analiz edilen mama örnekleri
arasında, Filipinler'den (Lactogen) marka düşük
radyoaktivite seviyesi gösterirken, Singapurlu bir
marka (S26 SMA Gold) en yüksek radyoaktivite
seviyesini gösterdi. Araştırılan markalarda yapay
radyonüklid olan 137Cs’a rastlanmamış.

50. TEŞEKKÜRLER

51. Tardigrad
Yapılan araştırmalarda
su canlıları için
öldürücü olan 5.000
Gray gama ışınlarına
ve 6.200 Gray ağır
iyonlara maruz
bırakılmalarına
rağmen yine de
hayatta kaldıkları
görülmüştür (5-10
Gray insanlar için
ölümcüldür).

52. Kaynaklar
• Sabri Hızarcı. TAEK Radyasyon Sağlığı ve Güvenliği Dairesi. Radyasyon Kaynaklari Ve Radyasyondan
Korunma.
• https://www.taek.gov.tr/tr/2016-06-09-00-43-55/135-gunumuzde-nukleer-enerji-rapor/837-bolum-03-
nukleer-yakit-cevrimi.html erişim:08.03.2020
• file:///C:/Users/areldestek/Downloads/Radyoekoloji+6.+ders.pdf erişim:08.03.2020
• https://avys.omu.edu.tr/storage/app/public/elif.bilgin/107970/ORAL%20D%C4%B0AGNOZ%20TERM%C4
%B0NOLOJ%C4%B0.pdf erişim:09.03.2020
• Coşkun, Ö. (2011). İyonize Radyasyonun Biyolojik Etkileri. Teknik Bilimler Dergisi, 1(2), 13-17.
• https://www.who.int/ionizing_radiation/env/en/ erişim:06.03.2020
• Desideri, D., Meli, M. A., & Roselli, C. (2010). Natural and artificial radioactivity determination of some
medicinal plants. Journal of environmental radioactivity, 101(9), 751-756.
• Shabana, E. I., & Kinsara, A. A. (2014). Radioactivity in the groundwater of a high background radiation
area. Journal of environmental radioactivity, 137, 181-189.