Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon.info

Radyasyon kaynağı canlının içinde ise içten, canlının dışındaysa dıştan ışınlama söz konusudur. Dıştan ışınlardan doğabilecek tehlikeler bazı yöntemlerle en aza indirgenebilir.

Yapay radyasyon elde etmek amacıyla kullanılan cihazlardan çıkan radyasyon şiddetinin amaca yönelik olarak minimumda tutulmasına dikkat edilmelidir. Doğal radyasyon kaynakları ile çalışılırken yine yapılacak işlem için gereken en az radyoaktivite miktarı seçilmelidir. Kaynak ile çalışan kişi arasındaki mesafenin mümkün olduğunca maksimum olması sağlanmalı, kaynakla çalışan kişi veya kişilerin arasında uygun zırhlama yapılmalı, gerekli durumlarda ek zırh malzemesi kullanılmalı, kaynakla çalışılacak süre en aza indirilmeli ve sürenin aşılmamasına özen gösterilmelidir.

Radyoaktif maddeler canlılara beslenme, solunum, deri difüzyonu veya hasar uğramış cilt yoluyla girebilir. İç radyasyon dozları radyoizotop laboratuvarlarında radyoaktif bulaşmayı önlemek, bulaşma varsa düzeyini müsaade edilen sınırların mümkün olduğu kadar altına çekmek, koruyucu elbise giymek ve belli cihazları takmak suretiyle kontrol altında tutulabilir.

Gama ışınları gibi nötronların da giricilikleri fazladır. Nötronlar yüksüzdürler ve bu nedenle soğurucu atomların elektrik alanından etkilenmezler. Nötronlar enerjilerini büyük ölçüde zırhlama malzemesiyle yaptıkları esnek ve esnek olmayan saçılmalarla kaybederler.

Esnek saçılmada nötronlar hedef çekirdek ile çarpışır ve iki bilardo topunun çarpışmasına benzer şekilde saçılırlar. Çarpışma esnasında nötron başlangıçtaki enerjisinin bir kısmını kaybeder ve bu enerji hedef çekirdeğe aktarılır.  Enerji kaybı 2m/(1+m)² ifadesiyle hesaplanır. Burada m nötron kütlesinin çarpıştığı çekirdek kütlesine oranını verir. Örnek vermek gerekirse enerjisi 1 MeV’den küçük olan bir nötron, bir hidrojen çekirdeğiyle çarpışırsa yaklaşık olarak enerjisinin yarısını kaybeder. Esnek saçılma yoluyla nötronları yavaşlatmakta hafif elementler en etkilidirler. Bu nedenle hidrojen oranı yüksek su, beton, plastik gibi malzemelerin kullanılması en uygundur. Nötronların yakalanmasında ise lityum ve bor kullanılır.

Enerjisi 1 - 10 MeV arasında olan nötronlar ortam atomlarıyla esnek olmayan çarpışmalar meydana getirirler. Elastik olmayan saçılmalarda gelen nötronlar enerjilerinin bir kısmını saçılmaya yol açan malzemeye aktarır ve hedef çekirdekleri uyarır. Uyarılmış hedef çekirdekler taban durumuna geçerken gama ışınları yayınlarlar. Nötron yakalanması nötronların hedef çekirdekleri tarafından yakalanması ve uyarılmış çekirdeğin başka bir parçacık veya gama ışını aracılığıyla uyarılmış durumundan kurtulması işlemidir. Bu tür nötronların zırhlanmasında hem hafif hem de ağır çekirdekli malzeme kullanılır. En uygun malzeme çiftleri parafin+kadmiyum veya parafin+kurşundur. Nötronların zırhlanmasında örneğin demir parçacıkları içeren çimentodan da yararlanılabilir. Enerjisi 0.01 MeV’den küçük nötronlar demir çekirdeği tarafından ’soğurulur’ veya çimento içindeki hidrojen çekirdeği ile birleşerek döteryum çekirdeğine dönüşür.

Gama ışınları, maddeden geçerken alfa ve beta parçacıkları gibi enerjilerini sürekli şekilde kaybetmezler. Elektromanyetik karakterdeki bu ışınların madde ile etkileşimleri fotoelektrik olay, Compton olayı, çift oluşumu veya bunların kombinasyonu ile olur. Fotoelektrik olay, düşük enerjili bir fotonun ( < 1 MeV) ağır element atomlarının elektronlarıyla çarpışması sonucu oluşur. Bu olayda fotonun tüm enerjisi çarptığı elektronu yörüngeden koparmada ve elektrona kinetik enerji kazandırmada harcanır. Ortam atomlarının ağırlığının rol oynamadığı Compton olayının oluşumunda orta enerjili ( 5 MeV’e kadar) fotonlar etkilidir. Bu olayda gelen foton soğurucu madde atomlarının dış yörüngelerindeki bir elektronu kopararak ona bir miktar kinetik enerji kazanırır. Foton kalan enerjisiyle yoluna devam eder. Çift oluşumu enerjileri 1.02 MeV’in üzerindeki fotonların (özellikle % MeV’in üstünde) oluşturduğu bir olaydır. Bu olayda yüksek atom numaralı elementler önem kazanır. Gelen foton atom çekirdeğinin elektrik alanında elektron ve onun anti parçacığı olan pozitrona dönüşür. Serbest bir elektronla karşılaşan pozitron elektronla birleşir ve yok olur (annihilation veya yok olma). Bu olay sonucunda da her birinin enerjisi 0.511 MeV olan iki foton oluşur.

Gama ışınları, alfa ve beta parçacıklarına göre madde içinde daha derinlere nüfuz ederler. Gama radyasyonu zırhlama maddesinden geçerken üstel olarak azalır. Bu nedenle teorik olarak zırh malzemesinin kalınlığı ne olursa olsun gama ışınları tamamıyla soğurulmazlar. Ancak alınacak dozu kabul edilebilir bir seviyeye çekebilecek kalınlık seçmek mümkündür. Elektromanyetik radyasyonların zırhlanmasında demir, çelik, tungsten, altın, beton ve kurşun gibi yüksek atom numaralı maddelerin kullanımı uygundur. Ancak pratikte ekonomik nedenlerden dolayı en çok kurşun ve beton kullanılır.

Beta parçacıkları oldukça küçük kütleye ve alfa parçacıklarının yarısı büyüklüğünde yüke sahiptirler. Buna göre, belirli bir enerjiye sahip beta parçacıkları aynı enerjili alfa parçacıklarına göre oldukça yüksek hıza sahiptirler ve bunlar herhangi bir soğurucu madde içinde alfa parçacıklarına göre çok daha derine nüfuz ederler. Beta parçacıklarının madde içinde enerji kaybı mekanizmaları alfa parçacıklarınkine benzer. Ancak, beta radyasyonuna karşı zırhlanma söz konusu olduğunda bremsstrahlung adı verilen elektromanyetik radyasyonun ortaya çıkması ilave problem oluşturur. Bir atomda meydana gelen bremsstrahlung olayının frekansı beta parçacığının kütlesiyle ters, maddenin atom numarasının karesiyle doğru orantılı olarak artar. Bu, beta radyasyonuna karşı zırhlanma söz konusu olduğunda bremsstrahlung olayını azaltmak için düşük atom numaralı (Z) malzemelerin kullanılması gerektiği sonucunu verir. Bir beta kaynağı, enerjileri 0′dan başlayıp karakteristik bir maksimum enerjiye uzanan beta ışınları yayınlar. Ortalama beta enerjisi çoğu durumlarda yaklaşık 1/3Emaks’tır. Beta parçacıklarının nüfuz gücü enerjilerine bağlıdır. Örneğin 1 MeV enerjili bir beta parçacığı havada yaklaşık 3.5 m yol alır. Bu nedenle beta radyasyonundan korunmada kullanılacak malzemenin seçimi ve kalınlığı en yüksek enerjili beta parçacığının enerjisine (örneğin Sr-90 0.546 MeV’lik beta yayınlarken kız çekirdeği Y-90 2.27 MeV’lik beta yayınlar), herhangi bir bremsstrahlunga karşı zırhlanmaya bağlıdır. Aşağıdaki tabloda çeşitli enerjide beta radyasyonunu soğurabilecek maddelerin kalınlıkları cm cinsinden verilmiştir.

Bbremsstrahlung olayı enerjileri 1 MeV’in üzerindeki beta parçacıkları için önem kazanır. Küçük atom numaralı elementten yapılan bir kap içine konacak beta kaynağından oluşabilecek bremsstrahlung ışınlarının tutulması için kabın etrafı büyük atom numaralı zırh malzemesiyle çevrilmelidir. Giysiler beta parçacıkları için zırh malzemesi görevi görmezler. Alüminyum ve kauçuk gibi maddeler zırhlamada en önemli olanlardır.

Karşılaştıkları ortamda enerjilerini çok çabuk kaybetmeleri sebebiyle alfa parçacıklarının giricilikleri ve menzilleri oldukça küçüktür. Enerjileri 7.5 MeV’in altındaki alfa ışınlarını durdurmak için karton, 0.5 mm kalınlığında alüminyum yaprak veya yaklaşık olarak 0.07 kg/m2 kalınlığa sahip olan insan derisi yeterlidir. Yüksek enerjili alfa parçacıkları havada birkaç cm yol alabilirler.  Bu tür parçacıklar cildin alt tabakalarına kadar nüfuz edebilir.