Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve Radyasyon Türleri

ATOM, RADYOAKTİVİTE, RADYOİZOTOPLAR ve RADYASYON TÜRLERİ

Ahmet Cangüzel Taner
(acant@taek.gov.tr)
Fizik Yüksek Mühendisi
Türkiye Atom Enerjisi Kurumu

Radyasyon yaşamın gerçeği veya bir parçası kabul edilmek zorundadır. Doğal olarak, dünyanın her yerinde kaçınılamaz şekilde bulunan radyoaktif maddeler veya kaynaklar aracılıyla, hem dahili hem de harici (iç ve dış) olmak üzere radyasyonlarla ışınlanma sureti ile, yaşantımızı sürdürmekteyiz. Öte yandan, nükleer füzyon ya da nükleer kaynaşma-birleşme şeklinde adlandırdığımız, güneşte vuku bulan nükleer reaksiyonlar vasıtasıyla oluşan güneş ışınları diğer bir deyimle güneş radyasyonları ve sıcaklık, insanoğlunun yaşamsal ihtiyaçları veya gereksinimleri olarak varlığımızın temelini oluşturmaktadır. Radyoaktif maddeler veya izotoplar; kainatın yaratılması 13 milyar 700 milyon yıl, dünya ve güneş sistemimizin meydana gelmesi veya oluşumu olan yaklaşık 4.5 milyar yıldan beri mevcut olup, insan vücudu; tabii ya da doğal radyasyon kaynakları, örneğin, karbon-14 (C-14), potasyum-40 (K-40) ve polonyum-210 (Po-210) gibi radyoaktif materyalleri doğası gereği içinde bulundurmaktadır. Yeryüzündeki tüm yaşam, bu radyasyonların varlığı veya mevcudiyeti ve de insanın vücuda gelmesi ile birlikte, eş zamanlı iç içe sürüp gitmektedir (*).

X-ışınlarının ya da Röntgen ışınlarının ve radyoaktivitenin keşfi olan takribi 100 yılı aşkın süredir, radyasyonları ve radyoaktif materyalleri yapay veya suni şekilde elde etme yolları bilim insanlarınca yoğun biçimde araştırılmaktadır. X ya da Röntgen ışınları; 1895'de keşfedilmelerinden 6 ay sonra, ilk defa tıbbi amaçlı olarak kullanıldı. Bu şekilde, X-ışınları ve iyonlaştırıcı radyasyon uygulamalarından yararlanma çok erken başlamasına rağmen, 1900'ün başlarında, tıp doktorlarının farkında olmadan yüksek dozda X-ışınlarına maruz kalmalarından dolayı, radyasyonların zararları ve olası tehlikeleri ile karşılaşıldı. O zamanlardan beri radyasyon kaynakları ve radyoaktif maddelerin çok farklı ileri düzeydeki teknolojik uygulamaları yoğun bir şekilde geliştirilmektedir.

Radyasyonları; madde üzerinde oluşturdukları etkilere göre, iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan radyasyonlar olmak üzere iki sınıfta toplayabiliriz. İyonlaştırıcı radyasyonlar; kozmik radyasyonlar ya da kozmik ışınları (uzaydan gelen X ve gama ışınları), Röntgen ışınları olarak adlandırdığımız X-ışınları ve radyoaktif maddelerden çıkan alfa, beta, nötron, gama ışınları gibi çeşitli türdeki radyasyonları kapsamaktadır. İyonlaştırıcı olmayan radyasyonlar; ultraviyole ışık (morötesi ışık), güneş ışınları, radyo dalgaları, bilgisayar ve televizyonların çalıştığı elektromanyetik dalgalar, radar dalgaları, cep telefonlarından yayılan elektromanyetik dalgalar, baz istasyonlarından yayılan elektromanyetik sinyaller, mikro dalgalar ve benzerlerini içermektedir. Bu yazıda, "iyonlaştırıcı radyasyonlar" gözönüne alınmakta olup, çok defa basit ve kısaltılmış şekli ile, sadece "radyasyon" veya "ışın" olarak ifade edilmektedir. İyonlaştırıcı radyasyonların, hem etkileri ve kullanımları hem de kullanıldıkları alanlarda alınacak emniyet, güvenlik ve de korunma önlemlerinin geniş şekilde gözden geçirilmesi, Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (International Atomic Energy Agency - IAEA) ve İngiliz Ulusal Radyasyondan Korunma Kurumu (National Radiological Protection Board - NRPB United Kingdom) işbirliği ile sağlanmaktadır. Nükleer bilimler ve bunların barışçıl amaçlı uygulamalarında Birleşmiş Milletler Ajansı olarak, IAEA , radyasyonun, uluslararası düzeyde güvenli kullanımını temin etmek için, uzmanlıklar ve çeşitli programlar yolu ile, kapsamlı bir hizmet sunmaktadır. IAEA, radyasyonların kullanımındaki yaygın içerikli uygulamaların idaresinde, tatbik edilebilir emniyet ve radyolojik güvenlik standartlarının geliştirilmesi için, yasal bir sorumluluğa sahiptir. Eğitim kurslarını ve danışmanlık hizmetlerini kapsayan teknik işbirliği projeleri vasıtasıyla, adı geçen standartların uygulanmasında üye ülkelere yardım temin etmektedir. Ayrıca, bu gibi projeler, yayınlar ve konferanslarla, bilgi alış verişini kolaylaştırmaktadır. Özetlemek gerekirse IAEA, uranyum madenciliğinden nükleer yakıt çevrimi, nükleer güç santrallerinin kurulması ve işletilmesi safhasından; yeni nesil reaktörler, nükleer santral kazaları, radyasyonun biyolojik etkileri, gama radyasyonları ve elektron demeti ışınlama tesisleri ile tek kullanımlık tıbbi malzemelerin sterilizasyonu, radyasyonla yapılan gıda ışınlama teknolojisi ve teknikleri, hızlandırıcılar, radyasyon kazaları, nükleer maddelerin taşınması, radyasyondan korunma, nükleer güç reaktörlerinde oluşan radyoaktif atıkların yok edilmesi veya nihai depolanması, nükleer santrallerde güvenlik felsefesi ve güvenlik sistemleri, nükleer santrallerde deprem güvenliği, nükleer santrallerde yer seçimi ve değerlendirmesi, nükleer santrallerin yer, inşaat ve işletme lisansları, nükleer emniyet ve güvenlik, nükleer madde denetimi (safeguard) konularına kadar, nükleeri içeren bilimsel ve teknolojik her dalda, üye ülkeler arasında bilgi paylaşımı ve doküman tedarikine önderlik etmektedir.

Radyasyonu içine alan her uygulamada, radyasyon güvenliği açısından doğabilecek tehlikeler ve kullanımın gerekçesi arasında, kârlar ve risklerle ilgili bir ilişkinin kurulması gerekmektedir. İyonlaştırıcı radyasyonların ve radyoaktif maddelerin keşfi, radyolojik tıbbi teşhis ve "radyasyonla kanser tedavisi" halk dili ile "ışın tedavisi" yöntemlerinde çarpıcı ilerlemelere öncülük etmiş olup; nükleer tıp, nükleer endüstri, nükleer tarım, nükleer hayvancılık, gıda ve tıbbi malzeme ışınlanması, radyasyon teknolojisi, radyoizotop üretimi, temel ve uygulamalı bilimsel araştırmalar kapsamında yaygın biçimde kullanımına neden olmuştur. Bu bağlamda, kobalt-60 (Co-60) radyoaktif kaynağından çıkan yüksek enerjili gama ışınları esası üzerine kurulan gama ışınlama tesisleri ile, elektron demeti ışınlama tesisleri (electron beam irradiation facility) vasıtasıyla, tıp sektöründe bir defa kullanılıp atılan tek kullanımlık şırınga, kateter, ameliyat ipliği vb yaklaşık 3200 çeşitli tıbbi malzeme ve kanser ilaçları üretimi dahil olmak üzere radyasyonla sterilizasyon işlemine tabi tutulmaktadır. Aynı tesislerde, gıda ışınlama yoluyla gıdaların raf ömürlerinin uzatılması ile, örneğin, kuru üzüm, kuru incir, kuru kayısı ve baharatların dezenfeksiyonu veya mikroplardan arıtılması ya da mikropsuzlaştırma amaçlı teknikler arasında iyonlaştırıcı radyasyonlardan da yoğun şekilde teknolojik olarak faydalanılmaktadır. Işınlama sonucunda gıda ürünleri ve tıbbi malzemeler kesinlikle radyoaktif hale dönüşmemekte, bu nedenle hiçbir şekilde radyasyon yaymamaktadır. Çünkü, bir maddenin radyoaktif hale gelebilmesi için 10 MeV'in üzerindeki iyonlaştırıcı radyasyonlarla ışınlanması gerekmektedir. Oysaki, Kobalt-60 (Co-60)'dan çıkan gama ışınlarının enerjileri 1 MeV civarında olup, elektron demeti ışınlama tesisleri de 10 MeV'in altındaki enerjili elektron demetleri ile ışınlama yapmaktadır. Tek kullanımlık tıbbi ürünlerin sterilizasyonu teknikleri içinde en iyi ve kaliteli sterilite temini, gama ışınlama tesisleri ve elektron demeti ışınlama tesisleri aracılıyla sağlanmaktadır. Ancak, gama ışınlama ve elektron demeti ışınlama tesisleri, Sağlık Bakanlığı, Türkiye Atom Enerjisi Kurumu ve ilgili diğer kuruluşlardan alınan lisanslarla çalıştırılması zorunludur.

Diğer taraftan, iyonlaştırıcı radyasyonlar ya da ışınlar insanlara zarar vermekte olduğundan, kişiler; gereksiz ve aşırı şekilde yüksek dozda radyasyonla ışınlanma veya radyasyona maruz kalmalardan korunmalıdır. Böylece, kontrol edebileceğimiz durumlarda, insanların radyasyonlara maruz kalmalarında gözönüne alınan, kârlar ve riskler arasında, dikkatli bir dengeyi oluşturmamız zorunludur. Bu konunun daha iyi anlaşılabilmesi iyonlaştırıcı radyasyonların biyolojik etkileşme mekanizmaları hakkında bilgi sahibi olunmasını gerektirmektedir. İyonlaştırıcı radyasyonlar hakkında en büyük endişe, radyasyona maruz kalan kişilerde, kanser gibi habis hastalıklara neden olması ve radyasyonların genetik etkileri ve de gecikmiş etkileri olarak adlandırdığımız bu kusurların gelecek nesillere intikal ettirilmesi olasılıklarından kaynaklanmaktadır. Söz konusu kalıtsal etkilerin ihtimaliyeti; doğal, tabii ya da yapay veya suni radyasyon kaynağı olup olmadığına bakmaksızın, kişinin aldığı radyasyon dozuna veya miktarına bağlı olmaktadır. Bu çalışmaların uzmanlık konuları, temel bilimleri de içeren çok geniş uygulamalı, kuramsal, ilmî sahalar ve disiplinler kapsamına girmektedir. Öte yandan, son yıllarda, iyonlaştırıcı radyasyonların biyolojik etkileri bilimsel açıdan daha iyi anlaşıldığından, radyasyon kaynakları ile ışınlanan veya radyasyona maruz kalan insanları korumak için, çok ayrıntılı radyolojik korunma sistemleri geliştirilmiştir. Diğer taraftan, çevre korunması için önemli olan nükleer ya da radyoaktif atıkların bertarafı, nükleer atıkların idaresi veya yönetimi konularında bilimsel ve teknolojik her türlü önlemler en çağdaş yöntemlerle titiz şekilde alınmaktadır. Ne yazık ki, tüm bunlara rağmen, nükleer reaktörler ya da nükleer güç santralleri hakkında kamuoyunda oluşan radyasyon ve nükleer atıklar kaygısı hâlâ sürmektedir.

Radyasyonun neden olduğu hastalıklar veya rahatsızlıklar arasında, en korkutucu olanı kanser hastalığıdır. Maalesef kanser hastalığı da radyasyonun ve nükleerin adının geçtiği her yerde; iyonlaştırıcı radyasyonların tıbbi teşhis amaçlı aynı zamanda da onkoloji hastalarının tedavisinde kullanımı göz ardı edilmek sureti ile, özellikle entelektüel kesimde ve halk arasında "çok bilen çok yanılır" özdeyişimizi anımsatacak biçimde, bütün dünyada olduğu gibi Türkiye'de de spekülasyon ya da istismar konusu yapılmaktadır. Radyasyonları duyu organlarımızla algılayamadığımızdan ötürü, bu görülemez riskler, çok daha sinsi hale getirilmekte, ön yargılarımız ve kuşkularımız tetiklenmektedir. Bu şekilde müşterek kaygılarımız hafızalarımızda yer etmekte ve nükleer santraller ile diğer nükleer güç tesisleri gibi radyoizotop üretim merkezlerindeki kazalar kanalıyla oluşan radyasyon sızıntıları ve de radyoaktif kontaminasyonlar bir başka deyişle radyasyon kirliliği, bazı durumlarda da süre gelen etkilerin, nükleer materyaller, nükleer atık taşımacılığı veya radyoaktif atık nakliyesi, nükleer sanayi, nükleer teknoloji, nükleer tıp, nükleer silahlar, atom bombaları ya da nükleer bombalar dahil, nükleer içerikli tüm olaylar radyasyonla özleştirilerek, ortak eğilim ya da radyasyonlara karşı olan endişe veya kaygı, bu şekilde tahrik edilmekte, "yangına körükle gitmek" atasözümüz geçerli kılınmaktadır. Radyasyonla ilgili korku duygusunun genel ve yaygın biçimde artmasında katkıda bulunan diğer bir önemli faktör de, güvenilebilir ve erişilebilir bilgi eksikliğinin yanında, ortaya çıkan yanlış anlaşılmalardan kaynaklanabilmesidir.

Öte yandan, günümüzde ekolojik denge insan kaynaklı şekilde hızla bozulmaktadır. Sera gazı salınımları ya da karbon emisyonları veya karbondioksit salınımları sonucu oluşan küresel ısınma ve iklim değişiklikleri için, fosil yakıtlar karşısında önemli bir alternatif konuma gelen ve de enerji kaynaklarının çeşitlendirilmesi yoluyla enerji arz güvenliği sorununda vazgeçilmez halini koruyan nükleer teknoloji çözümüne hükümetler sahip çıkmalarına rağmen, kamuoyu maalesef kuşku ile bakmayı sürdürmektedir. Diğer taraftan, petrol, doğal gaz gibi fosil yakıtlarda beliren fahiş fiyat artışları sayesinde; nükleer enerji santralleri veya nükleer reaktörlerin, fosil yakıtlı termik santrallere nazaran işletim maliyetleri açısından rekabet gücü de son derece yükselmiştir. Küresel boyutta karbon emisyonlarının veya karbondioksit emisyonlarının depolanması, karbon ticareti, karbon ticaret borsası, karbon vergisi, karbon kredisi, karbon veya karbondioksit pazarlama sistemi, karbon fiyatlandırma sistemi, karbondioksit fiyat sistemi, emisyon pazarlama, emisyon pazarlama sistemi (Emissions Trading Scheme ETS sistemi), emisyon ticareti, emisyon üst sınırı ve ticareti (cap-and-trade scheme sistemi), emisyon ticaret sistemi, emisyon ticaret borsası, salınım üst sınırı adı altında karbon ve karbondioksit emisyonları veya salınımlarına getirilen ya da getirilmesi tasarlanan çok yönlü teknolojik ve ticari düzenlemeler veya sınırlamalar, gelecekte fosil yakıtların kullanımlarındaki maliyet ve fiyat artışlarını gerekli kılacaktır. Konu hakkında hızlı gelişmeleri gözönüne alan yönetimler, "nükleer güç santrallerinin kurulması ve işletilmesi ile ilgili enerji satışına ilişkin kanun" gibi yasalarla çeşitli teşvikleri yürürlüğe koymaktadır. Bu yazının bir amacı da, çok az da olsa konunun uzmanı olmayan kişilere, atom, radyoaktivite, radyoizotoplar ve radyasyon çeşitleri veya türleri ve de nükleer konular hususunda genel bilgi vererek, bir nebze yardımcı olmaktır.

Dünyamızdaki tüm maddeler, atomlardan ibarettir. Hidrojen, karbon, oksijen, demir ve kurşun gibi elementler temel yapı taşlarını oluşturmaktadır. Herbir atom; merkezinde pozitif olarak yüklü çok küçük bir çekirdek ve etrafında elektronları ihtiva etmektedir. Elektronlar; negatif elektrik yükü taşımakta ve bir bulut kümesi halinde ya da sınırları gevşek olarak tariflenmiş yörüngelerde, çekirdek etrafında dönmektedir. Atom çekirdeği; tipik olarak elektron bulutu ya da kümesinden 10 bin defa daha küçük olması yanında, hatta ve hatta elekronların kendisinden bile küçüktür. Aslında bu durum, atomun içinin hemen hemen boş olduğunu ve yaygın şekilde şematik olarak verilen diyagramlar haricinde tasvir etmenin güçlüğünü ifade etmektedir. Atomun çekirdeği; pozitif yüklü protonlar ile negatif yüklü elektronları ve yüksüz nötronları içermektedir. Burada; proton ve nötronların, temel yapısını daha fazla incelemeye ya da çekirdeğe nasıl bağlandıklarını ayrıntılı araştırmaya gerek bulunmamaktadır. Herbir atom, eşit sayıda proton ve elektron ihtiva ettiğinden elektriksel olarak nötr'dür. Aynı veya farklı atomlar, molekül olarak adlandırılan daha büyük yüksüz oluşumları teşkil etmek için birleşebilmektedir. Örneğin; iki oksijen atomu, bir oksijen molekülünü meydana getirmekte ve iki hidrojen atomu da bir oksijen atomu ile birleşmek sureti ile, bir su molekülünü oluşturmaktadır. Atomdaki elektron sayısı, bir başka deyişle çekirdekteki proton sayısı, atom numarası olarak adlandırılmakta ve bir elementin eşsiz ya da yegâne karakteristiğini temsil etmektedir. Meselâ, karbonun atom numarası 6, halbuki kurşunun 82'dir. Protonlar ve nötronlar eşit kütleye sahip bulunmaları ve de elektronlardan çok daha ağır olmaları nedeni ile, atomun kütlesinin büyük çoğunluğu çekirdekte yoğunlaşmakta ve protonlar artı nötronlar kütle numarası olarak adlandırılmaktadır. Elektriksel olarak nötr olan bir atomda, proton sayısı elektron sayısına eşit olması nedeni ile, protonları ve nötronları ihtiva eden sayı aracılıyla bir atomik türü, tam ve ayrıntılı biçimde açıklayabilmekteyiz. Diğer taraftan, her elementte proton sayısı farklı olduğundan, herbir tür ya da çekirdeği belirtmek için, kütle numarası ile birlikte elementin adını basit şekilde kullanabilmekteyiz. Böylece; karbon-12 (C-12), 6 proton artı 6 nötronlu bir çekirdektir. Kurşun-208 (Pb-208) ile mukayese edildiğinde ise, 82 proton ve 126 nötron, bir atom çekirdeğini oluşturmaktadır. Proton sayıları aynı olmasına karşın, nötron sayıları farklı bir elementin atom çekirdekleri, o elementin izotopları olarak adlandırılmaktadır. Örneğin, hidrojenin üç izotopu vardır. Bunlar; hidrojen-1 (H-1) ( sadece bir proton çekirdekli çok yaygın şekli) hidrojen olarak, hidrojen-2 (H-2) ( bir proton ve bir nötronlu) döteryum olarak ve hidrojen-3 (H-3) ( bir proton ve iki nötronlu) trityum olarak isimlendirilmiştir. Demirin, demir-52'den (Fe-52) demir-61'e (Fe-61) kadar on izotopu, elementi karakterize eden 26 protona karşılık, 26 ila 35 arasında değişen nötronlara sahip bulunmaktadır.

Radyoaktivite ve radyasyon

Pek çok atom çekirdeği kararlı veya stabil olmakla beraber, çoğunluğu kararsız ya da aktif durumdadır. İzotopun kararlılığı ya da izotopun stabil olması, diğer bir deyimle radyoaktivitesiz, radyasyonsuz veya radyasyon yaymayan konumda bulunması ; esas itibariyle, bir atom çekirdeğinin ihtiva ettiği, nötron ve proton sayıları arasındaki denge ile saptanmaktadır. Daha küçük kararlı veya stabil atom çekirdekleri; eşit sayılarda proton ve nötronlara sahip iken, daha büyük stabil atom çekirdekleri ise; protonlardan biraz fazla nötronlara sahip bulunmaktadır.

Çok fazla nötronu içinde bulunduran atom çekirdekleri; bir protonu bir nötrona dönüştürerek, kendilerini çok daha kararlı bir yapıya kavuşturma eğiliminde olup, beta bozunması veya beta parçalanması olarak bilinen bu süreç, beta parçacığı şeklinde adlandırılmış negatif yüklü bir elektronun yayınımı ya da bir başka deyişle elektron bozunması ile neticelenmektedir.

Çok fazla oranda protonu olan atom çekirdekleri de; beta parçalanması veya bozunmasından farklı şekilde, fazla protonları nötronlara dönüştürerek, pozitif yüklü elektron olarak anılan bir pozitron yayınımı veya pozitron bozunması ile pozitif yükü kaybetmektedir. Bu nükleer transformasyonlar veya nükleer dönüşümler vasıtasıyla çok defa, yüksüz ya da kütlesiz şekilde, farklı enerji aralıklarında bulunan ve de gama ışınları olarak anılan, yüksek enerjili fotonların salınması sureti ile, fazla enerjili atom çekirdeği terkedilmektedir. Atom çekirdeğinin ani transformasyonu veya dönüşümü radyoaktivite ve yayınlanan fazla enerji de iyonlayıcı radyasyon olarak adlandırılmaktadır. Nükleer dönüşüm ya da nükleer transformasyon eylemi; radyoaktif bozunma veya nükleer parçalanma sözcüğü, atom çekirdeğindeki değişimler, dönüşümler, transformasyonlar ve tüm bunların sonucu meydana gelen radyasyon yayınlanması ise; radyonüklit ifadesi ile belirtilmektedir. Bazı ağır atom çekirdekleri; iki proton ve iki nötrondan ibaret bir alfa parçacığını oluşturarak bozunmakta veya parçalanmaktadır. Helyumun atom çekirdeği ile aynı olan alfa parçacığı, beta parçacığından çok daha ağır olup, iki değerlikli pozitif yük taşımaktadır.

Doğal Radyoizotoplar veya Radyonüklidler

Çoğu radyonüklidler veya radyoizotoplar ya da radyoaktif materyaller doğada bulunmaktadır. Örneğin karbon izotopu, genellikle altı protonlu ve altı nötronlu karbon-12 (C-12) halinde olup, tamamen kararlı durumdadır. Bir başka deyişle, radyoaktivitesiz veya radyasyonsuz ya da radyasyon yaymayan konumdadır. Atmosferdeki kozmik ışınlarla etkileşme sonucunda, altı proton ve sekiz nötrondan ibaret bir radyonüklit olan, karbon-14 (C-14) oluşabilmektedir. Fazla nötronları bulunan karbon-14 (C-14), bir nötronu protona değiştirmek ya da dönüştürmek ve beta parçacığı yayınlamak sureti ile bozunmakta veya parçalanmaktadır. Bu şekilde nüklit veya izotop; yedi protonla ve yedi nötrondan oluşan kararlı azot-14'e (N-14) dönüşmektedir.

Karbon içerikli materyallerdeki radyoaktif bozunmaları veya parçalanmaları ölçme, karbonla yaş tayini tekniğinin esasını teşkil etmektedir. Doğal olarak bulunan diğer radyonüklidler veya radyoizotoplar, uranyum ve toryum elementlerinden kaynaklanan nükleer bozunma veya radyoaktif parçalanma serileri ya da zincirleme nükleer reaksiyonlar sayesinde oluşmaktadır. Bu parçalanma serilerinin her biri kararlı veya stabil nüklit ya da izotop olan kurşun ile son bulmasına rağmen, diğer çok bilinen elementlerin radyonüklidleri veya radyoizotopları da, zincirleme reaksiyonlar içinde ayrıca bulunmaktadır.

Radyasyon Enerjisi ve Radyoaktivite Birimleri

Alfa, beta parçacıkları, nötronlar ve gama ışınları gibi, radyasyonun çeşitli türlerinin enerjileri, genellikle elektron volt birimi ile eV sembolü şeklinde ifade edilmektedir. Bu birimin katları çok defa MeV sembollü milyon ya da 106 elektron volt olarak kullanılmaktadır. Örneğin, polonyum-214 (Po-214) tarafından yayınlanan alfa parçacığının enerjisi yaklaşık 7.7 MeV'dur. Kurşun-214'den (Pb-214) çıkan beta parçacıkları, 1.0 MeV'luk maksimum enerjiye sahip ayrı bir uranyum-238 (U-238) bozunma serisi teşkil etmekte ve bu arada 0.35 MeV'luk enerjili gama ışınları oluşmaktadır. Son yıllarda, doğal elementlerin yüzlerce radyoaktif izotopu (radyoizotopu), örneğin stronsiyum-90 (Sr-90), teknesyum-99m (Tc-99m), sezyum-137 (Cs-137) ve iyot-131 (I-131) dahil yapay olarak imal edilmektedir. Diğer taraftan, prometyum ve uranyum cevherinde doğal olarak eser oranda bulunan plutonyum gibi, pek çok yeni radyoaktif element büyük miktarlarda üretilmektedir.

Radyoaktif materyalin belirli bir miktarında vuku bulan ani nükleer transformasyonların veya radyoaktif dönüşümlerin hızı, aktivite olarak bilinmektedir. Aktivite sembolü Bq olan ve bekerel olarak adlandırılan bir birim ile ifade edilmektedir. 1 Bq; saniyedeki bir radyoaktif dönüşüm, bozunma, parçalanma veya transformasyona eşittir. Diğer deyimle, radyoizotopun veya radyonüklidin saniyedeki radyoaktif parçalanma ve nükleer bozunma sayısı bir bekerel'dir. Bekerel(becquerel); ünlü Fransız fizikçisi Henri Becquerel atfen isimlendirilmiştir. Birimin çok küçük olması nedeni ile, çoğunlukla 1 milyon bekerel (megabekerel MBq) gibi katları kullanılmaktadır. Örneğin; 1 gram radyum-226 (Ra-226) yaklaşık olarak 37000 MBq'lik bir aktiviteye sahip olup, saniyede takriben 37000 milyon veya 37 milyar alfa parçacığı yayınlamaktadır. Önceden kullanılan birim curie, Polonya doğumlu ünlü Fransız bilimcisi Maria Curie'ye atfen adlandırılmış olup, esasında 1 gram radyumun aktivitesi olarak tariflenmiştir. Radyonüklidin saniyedeki 3.7 x 1010 nükleer parçalanması bir curie (Ci)'dir.

1 Ci = 3.7 x 1010 parçalanma / saniye ve 1 parçalanma / saniye = 1 Bq yerine konulduğunda 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq kolayca bulunmaktadır.

Radyoaktif Elementlerin veya Kaynakların Yarı Ömürleri

Bir radyonüklidin aktivitesinin, asıl değerinin yarısına düşmesi için geçen süre, radyoizotopun fiziksel yarı ömrü olarak tariflenmekte ve t1/2 sembolü ile gösterilmektedir. Diğer bir şekilde, gözönüne alınan atom çekirdeğinin yarısının bozunması veya parçalanması için geçen zaman, radyonüklidin fiziksel yarı ömrü olarak ifade edilmektedir.

Radyoizotopların veya radyonüklidlerin yarı ömürleri saniyeden başlayarak milyar yıl mertebesine kadar değişmektedir. Bir başka deyişle, her radyonüklit kendine has yarı ömre sahiptir. Meselâ ; teknesyum-100 (Tc-100) için 15.8 saniye ; iyot-131 (I-131) için, 8 gün; sezyum-137 (Cs-137) için, 30 yıl ; karbon-14 (C-14) için, 5730 yıl ; plutonyum-239 (Pu-239) için, 24000 yıl olan yarı ömür ; uranyum-238 (U-238) için, 4470 milyon yıl olmaktadır.

Birbirini art arda izleyen radyoaktif yarı ömürler gözönüne alındığında, bir radyonüklidin veya radyoizotopun aktivitesi, 1/2, 1/4, 1/8 vb. oranlarda bozunmaya ya da parçalanmaya uğrayarak azalıp gitmektedir. Bu sayede, gelecekteki herhangi bir zaman için, geriye kalan aktiviteyi önceden tahmin edebilmekteyiz. Radyonüklidin miktarı azalırken, yayınlanan radyasyon miktarı veya radyasyon dozu da orantılı olarak düşmektedir.

Radyasyonların Çeşitleri veya türleri

Radyasyonun ortak olan türlerinin büyük bir kısmı, radyoaktif materyallerden ortaya çıkmakla birlikte, radyasyonun bazı çeşitleri veya türleri de, farklı şekillerde oluşmaktadır. Normal şartlar altında, metal olan (genellikle tungsten ) hedefin, bir elektron demeti ile bombardıman edilmesinden doğan X-ışınları veya Röntgen ışınları, en önemli örneği teşkil etmektedir.

Metalin atomlarında bulunan elektronlar, elektron demetindeki enerjiyi soğurmakta (bilimsel ifade ile, metalin atomlarını uyarmakta) ve daha sonra bir tür durgunlaşmak veya önceki durumuna dönmek için, X-ışını ya da Röntgen ışını şeklindeki enerjinin açığa çıkmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle, burada ortaya çıkan radyasyon, atom çekirdeğinden gelen radyoaktiviteye benzemeyen biçimde, metalin atomlarından oluşmaktadır. Oluşum biçimi nedeni ile, X-ışınları için herhangi bir yarı-ömür bulunmamaktadır. Demet bir defa kapatıldığı takdirde, X-ışınları tamamen kaybolmaktadır.

Alfa radyasyonu veya alfa ışını (α) ; daha büyük kararsız atom çekirdeği tarafından yayınlanan, pozitif olarak yüklü bir helyum çekirdeğidir. Nispeten daha ağır bir parçacık olmasına rağmen alfa ışınları veya radyasyonları, havada sadece bir, iki cm.'lik kısa menzile sahip olup, ince kağıt yüzeyi ya da vücudun derisi tarafından tamamen soğurulabilmektedir. Bununla beraber, alfa parçacıkları, solunum ya da sindirim yoluyla vücuda alındıklarında, akciğer veya mide çeperlerindeki dokuların, yüksek radyasyonla ışınlanması sureti ile ciddi radyasyon zararları veya radyasyon hasarları oluşturmaktadır.

Beta radyasyonu veya beta ışını (β) ; kararsız bir atom çekirdeğinden yayınlanan bir elektrondur. Beta ışınları çok küçük olup, doku ya da materyaller içine daha fazla girebilmektedir. Beta ışını; plastik, cam veya metal tabakalar tarafından tamamen soğurulabilmekte ya da absorblanabilmektedir. Genellikle, beta radyasyonları vücudun derisinin üst kısmından öteye nüfuz edemezler. Her şeye rağmen, yüksek enerjili beta radyasyonlarına aşırı derecede maruz kalma veya yüksek dozda ışınlanma durumlarında, deri yanıkları görülebilmektedir. Bu şekildeki beta yayınlayıcılar, solunum ya da sindirim yoluyla vücuda alındığı takdirde de tehlike yaratabilmektedir.

Gama radyasyonu veya gama ışını (γ) ; çok defa, beta parçacığının yayınlanması esnasında, kararsız atom çekirdeğinden çıkan, ışığa benzeyen elektromanyetik dalga şeklinde, çok yüksek enerjili fotonlar, gama radyasyonları olarak adlandırılır. Gama ışınları; madde içinden geçerken, birincil derecede, elektronlarla etkileştiğinden, atomlarda iyonlaşmaya neden olmaktadır. Çok girici olan gama radyasyonuna karşı, sadece kurşun ya da çelik gibi, yoğunluğu oldukça yüksek ve kalın materyaller, iyi bir zırhlama sağlayabilmektedir. Bu nedenle, gama ışını ile, sindirilmeden ya da solunum olmadan da, vücudun iç organları, önemli ölçüde doz alabilmektedir.

X ışınları (Röntgen ışınları); bir elektron demetinin çok hızlı yavaşlaması ile, yapay olarak oluşan ve gama radyasyonuna benzer, yüksek enerjili fotonlardır. X-ışınları da aynı şekilde girici olup, yüksek yoğunluklu materyaller bulunmadığı takdirde, bu tür ışınlardan, vücudun iç organları, oldukça tehlikeli dozlar alabilmektedir.

Nötron radyasyonu veya nötron ışını (n); özellikle atomik fisyon (nükleer parçalanma-bölünme) ve nükleer füzyon ( atomik kaynaşma-birleşme ) esnasında, kararsız ya da aktif atom çekirdeği tarafından, bir nötronun yayınlanmasıdır. Kozmik ışınlardaki bileşeninden başka, nötronlar, genellikle yapay şekilde oluşmaktadır.

Elektriksel olarak yüksüz parçacıklar olmalarından dolayı, nötron radyasyonları çok girici olabilmekte ve madde ya da doku ile etkileştiklerinde, beta veya gama radyasyonlarının yayınlanmasına neden olmaktadır. Bu sebeple, nötron ışınları, bu ikincil ışınlanmaları da azaltmak için, son derece ciddi bir zırhlamaya gereksinim duymaktadır.

Kozmik radyasyon veya kozmik ışınlar (uzaydan gelen ışınlar ya da radyasyonlar); bu ışınlar uzayın derinliklerinden gelmektedir. Protonlar, alfa parçacıkları, elektronlar, X ışınları, gama ışınları ve diğer muhtelif alışılmadık ya da bilinmedik (egzotik- exotic particles) (yüksek enerjili) parçacıklar dahil olmak üzere, pek çok farklı radyasyon türlerinin karışımından ibarettir.

Uzay kaynaklı ya da uzaydan gelen enerjik parçacıkların tamamı, atmosferde güçlü şekilde etkileşmekte, sonuçta temel seviyedeki kozmik radyasyonlar, birincil olarak, müonlar, nötronlar, elektronlar, pozitronlar ve fotonlar olmaktadır. Temel seviyedeki dozun çoğunluğu, müonlar ve elektronlardan kaynaklanmaktadır.

(*) Kaynaklar:

İnsan, Radyasyon ve Çevre, Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı yayını ( Radiation, People and the Environment IAEA publications ).

Kainat, İnsan ve Radyasyon, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 59.sayı, 2006.

Nükleer Atıkların İdaresi veya Yönetimi, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 69.sayı, 2007.

Nükleer Reaktörler, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 63.sayı, 2007.

Nükleer Enerji, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 62.sayı, 2007.

Radyoaktif Atıkların Yok Edilmesi veya Nihai Depolanması, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 58.sayı, 2006.

Yeni Nesil Nükleer Güç Reaktörleri, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 57.sayı, 2006.

İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 55. ve 56. sayılar, 2006.

İklim Değişiklikleri, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 53.sayı,2006.

Küresel Isınma, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 60.sayı, 2006.

Küresel Isınma Mekanizmaları, Ahmet Cangüzel Taner Çağın Polisi Dergisi, 61.sayı, 2007.

İklim Değişikliklerinin Maliyeti, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 64.sayı, 2007.

Sera Gazı Emisyonları, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 65.sayı, 2007.

İklim Değişiklikleri ile ilgili IPCC'nin Son Raporları, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 67.sayı, 2007.

Karbon Emisyonları ve Karbondioksitin Akiferlerde Depolanması, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 68.sayı, 2007.

Amerika'da Küresel Isınma ile ilgili Politika Değişimi, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 66.sayı, 2007.

Haziran 2007'de bir araya gelen G8'lerin Gündemi: Küresel Isınma, İklim Değişikliği ve Sera Gazı Emisyonları, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 70.sayı, 2007.

Almanya'da Nükleer Enerjinin Geleceği, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 71.sayı, 2007.

Nükleer Güç Santralleri ve Nükleer Enerjinin Geleceği, Ahmet Cangüzel Taner, Çağın Polisi Dergisi, 72. sayı, 2007.

İnternet site: www.caginpolisi.com.tr