Radyoaktivite ve En Önemli Kullanım Alanı

1950'li yılların sonu ile 1960'larin başında nükleer fizikçiler, dünyanın ışınım kuşaklarını (radiation belts) incelemek için atom bombası kullanmanın ilginç bir fikir olduğunu düşündüler. Amaçları bombanın ürettiği yüklü parçacıkların dünyanın manyetik alanında ne şekilde hareket edeceklerini görmek, ve belli bölgelerde manyetik alanın parçacıklar için bir manyetik tuzak gibi davrandığını kanıtlamaktı.
Bu yapay ışınım kuşaklarını oluşturup incelemek için bilinen 9 nükleer patlatma yapıldı. Bunlardan ilk ikisi oldukça düşük güçte idi ama pasifik okyanusunun 80km kadar üstünde de patlatıldılar. Bu iki Amerikan denemesinin kod adları "Teak" ve "Orange" idi. Diğer yedi önemli deneme aşağıdaki tabloda yer alıyor. Sovyetlerin patlattığı üç atom bombası hakkındaki bilgiler dolaylı olarak Amerikan uydularından elde edildiği için veriler yaklaşık değerlerde.
Patlama Adi Yer Tarih Güç Yükseklik L (*)
----------- -------------------- --------- ------------- --------- -----
Argus I Güney Atlantik 27,8,1958 1Kt ~200km 1.7
Argus II G. Atlantik 30,8,1958 1Kt ~250km 2.1
Argus III G. Atlantik 6,9,1958 1Kt ~500km 2.0
Starfish Pasifik 9,7,1962 1.4Mt 400km 1.12
USSR Sibirya 22,10,1962 birkaç yüz Kt ? 1.9
USSR Sibirya 28,10,1962 Megatondan az ? 2.0
USSR Sibirya 1,11,1962 Megaton ? 1.8

(*): Burada L değeri iyonosferin hesaplarında kullanılan kimyasal yolla yok olma oranıdır.
Tabloda görüldüğü gibi bir kaç Megaton değerine kadar çıkmış ve neyse ki bu noktada denemeleri durdurabilmişler. Bu arada bu 1.4 Mt' luk atom bombası patlamasını Hiroşima'ya atılan bombanın gücü ile kıyaslamakta yarar var. Hiroşima’ya atılan Uranyum tipli bombanın gücü 15kt idi, yani 1962'de atmosfer' de patlatılıp üstümüze serpiştirilen atom bombası Hiroşima'ya atılandan 100 (yüz) kat daha güçlü idi.
Bu denemeler yapay ışınım kuşakları oluşturmak içindi. Şunu anımsayalım, ki; Dünya' nın Van-Allen Kuşağı adında doğal bir ışınım kuşağı zaten var. Bu atom bombaları yardımıyla yüklü parçacıklar oluşturulup, bunların yapay kuşak içinde ne kadar süreyle tutulabildiğini ölçtüler. Bu tutulma süresi yüklü parçacıkların ne kadar sürede manyetik kutuplardan kaçtığına bağlı. Bunlar kaçarken kutuplarda yoğunlaştıklarından oradaki atmosfer bileşenlerine enerjilerini aktarıyorlar. Bu bileşenlerden Ozon (O3) az bir enerji yüklemesiyle dahi tekrar Oksijene (O2) dönüşür.
Yalnız, kutuplara kadar sürüklenen bu parçacıklar arasında nükleer elementler olmamalı. Patlama sırasında açığa çıkan radyoaktif madde ağır elementlerden oluştuğundan, her ne kadar elektrik yüklü de olsa, manyetik alan tarafında tutulmamalı. Daha doğrusu, bunlar yüksek momentumları dolayısıyla, o sırada oluşan şok dalgasıyla uzaklara taşınan ana maddelerdir.
Kısaca, patlamanın radyoaktif atıkları üst atmosferde patlama bölgesinden oldukça uzaklara kadar yayılıp, nükleer serpinti seklinde yeryüzüne düşmüşler.

Dikkat, Radyasyon Öldürür!

Ömrü 250 bin yıl ile 34 milyon yıl arasında değişen Plütonyum, Trityum, İyod 129 ve Sezyum 137 gibi radyoaktif elementler tıpkı Kobalt 60 gibi nükleer reaktörlerin çalışması sırasında nükleer atık olarak ortaya çıkar. Hepsinin ortak özelliği yaydıkları ışınlarla üreme hücrelerinde, kromozomlarda kuşaklar boyu süren genetik yıkımlara, sakatlıklara ve başta kanser olmak üzere birçok hastalığa yol açmaları.
Etkileri

* Beyin ve merkezi sinir sistemi yüksek dozda radyasyona maruz kaldığında cinnet, çırpınma ve birkaç saat ya da gün içerisinde ölüm gerçekleşir.
* Göz merceği radyasyona karşı savunmasızdır. Hücreleri ölürken saydamlığını kaybeder ve görme bozukluğu yapan katarakt hastalığı oluşur.
* Şiddetli radyasyon kusma, dişetlerinde kanama ve ağız ülseri yapar.
* İç kanama ve kan damarlarında tahribat, deride kırmızı noktalar olarak ortaya çıkar.
* Sindirim sistemi radyasyona maruz kaldıktan birkaç saat sonra, mide bulantısı ve kusma başlar. Bağırsak cidarının enfeksiyonu haftalar sonra ölüm getirir.
* Özellikle hamileliğin başlangıcında ana rahminde merkezi sinir sistemi oluşurken, radyasyona maruz kalan ceninde beyin tahribatı yaparak, sakatlanmasına yol açar.
* Yumurtalık ve testislerdeki şiddetli tahribat, üreme bozuklukları yapar.
* Kan üreticisi olan kemik iliğini tahrip eder. Bedenin enfeksiyon ve kanamalar karşısındaki direncini kırar.
* Yüksek dozda radyasyon hızla öldürür ya da şiddetli tahribata yol açar. Hemen öldürmeyen düşük dozlar ise, yıllar sonra ölüm getirecek kanserleri ve diğer hastalıkları başlatır. Bilim adamları uzun süreli etkiler üzerindeki araştırmaları günümüzde de sürdürüyor.
KOBALT - 60 NEDİR?
Doğada saf halde bulunan nikel, reaktörlerde yoğun ışınlanmaya maruz kalınca Kobalt - 60'a dönüşür. Ve katı bir radyoaktif izotop atık olur.

Eğer bir yerde, yüksek miktarda hidrojen atomu ve karbon atomu varsa, mutlaka ortamda metan gazı (CH4); nitrojen varsa, amonyak (NH3)oluşacaktır. Oksijen varsa, uzaydan gelen ültraviyole ışınları ve kozmik ışınlar sayesinde ozon (O3) oluşup, atmosferde bu kozmik ışınlara karşı yaşamın başlaması için bir kalkan görevi yapacaktır. Kozmik, radyoaktif ışınların, ültraviyole ışınlarının girdiği yerde yaşam oluşamaz, çünkü bu ışınlar taşıdıkları , moleküler enerji sayesinde, hem organik moleküllerde kararsızlık, parçalanma oluştururlar, hem de primordial RNA'ya (veya daha sonra da DNA'ya) zarar verirler.

Radyoaktif Atıklar ve Çevrede Dağılım


Nükleer santrallerden çıkan atıklar çok fazla radyoaktiviteye sahiptir. Bu atıklar alfa ve beta radyasyonları yayarlar ve işin bu kısmı da çevre kirlenmesi ve özellikler su kirlenmesi ile ilgili problemler ortaya çıkar.
1Kg U(235) aşağı yukarı 1Kg atık bırakır. Bunların bazıları uzun yarı ömre sahiptir. Örneğin Sr(90) 25 yıllık yarı ömre sahiptir.
Herhangi bir radyoaktif maddenin alıcı suda izin verilen konsatrasyon mikro kuri*/lt dir. Bunun için bir su havzasındaki nükleer santraller gibi binlerce kurilik(C aktiviteye sahip tesisler planlarınken dikkatli olunması gerekir. Pratikte böyle tesislerin yapılabileceği gösterilmiştir. Ancak bu, ilgili kuruluşlarca bütün tedbirler alındıktan sonra yapılmalıdır!
Bir nükleer santralden radyasyonun ekosisteme girişi değişik şekillerde olabilir. Gaz veya sıvı şeklinde olan atıklar canlılara yanmak suretiyle veya doğrudan etki eder. Radyasyon besin zincirine girebilir ve değişik faktörlere bağlı olarak etkisini gösterir. Bunlar:
1. Radyoaktif maddenin özelliği
2. Alınan radyoaktif madde miktarı
3. Vücuttaki birikme yeri
4. Biyolojik yarı ömrü
Bütün izotoplar aynı derecede tehlikeli değildir. Çevrede bulunan radyumun ve Sr(90) ın izin verilebilir değerlerden daha fazla olmadığı her an gösterilebilir. Ancak ana tehlike uzaktadır. Birkaç izotop bir kere su ortamına girince, bir süre sonra alg, balık ve su kuşları gibi canlıların vücutlarında birikmeye başlar. Aynı zamanda radyoaktif kirlenme atmosferde tutulursa süt, Sr(90) için tehlikeli bir vektör görevi görür.
Ve şu taşıma serisi ortaya çıkar. Havadaki Sr(90) ın zerrecikler halinde çayırlar üzerine çökmesi sonucu:
Hava--->Çayır--->İnek--->Süt--->Bebek
(Sr90) (Sr90)
Bu aşamda biyolojik yarı ömür çok önemli bir faktör olarak devreye girer.
Radyoaktif maddeler çevreye serbest bırakıldıkları zaman dağılır ve seyrelir. Bununla beraber canlı organizmalarda konsantre olarak birikebilir ve besin zincirine geçebilir. Organizma vücudunda bulunan radyoaktif maddenin ortamdaki radyoaktif maddeye oranına çoğu zaman konsantrasyon faktörü adı verilir.

Canlıya olumsuz yönde etkiyen radyasyon şüphesiz canlıyı oluşturan hücreyi de olumsuz etkiler;

Radyasyonun Hücreye Etkisi

Radyasyonlar canlı vücudunu hava akımlarıyla, beslenmeyle veya absorbisyonla etkileyebilir. Bünyede, radyasyonlar normal hücre faaliyetlerine son derece ciddi zararlar verir. Radyasyonların hücrelere verdiği zararlar.
1. Fiziksel
2. Kimyasal
3. Metabolik

Fiziksel kademe, enerji absorbisyon süreci olarak düşünülür ve çok hızlı gerçekleşir( sn).
Kimyasal kademe, aktivite olmuş moleküllerin diğerleri ile ve normal hücrelerle reaksiyon periyodlarını içine alır. Saniyenin milyonda biri kadar kısa sürede cereyan eder ve kimyasal denge kuruluncaya kadar devam eder.
Metabolik kademede, hücrelerde biyokimyasal değişme söz konusudur. Bu kademedeki önemli hasara dönüştürülmesidir.
Radyasyon, atomların yapısını veya elektrik yükünü değiştirdiğinden, moleküllerin bağ mekanizmaları bozulur. Bu parçalardan yeni ve farklı moleküller meydana gelebilir. Büyüme ve bölünme gibi hücre faaliyetleri enzimler tarafından kontrol edildiğinden, hücre hayatı radyasyondan tamamen etkilenir. Radyasyon hücrelerin erken yada geç bölünmesine veya hiç bölünmemesine sebep olur. Aynı zamanda yeni hücreler normal olmayan büyüme hızına sahip olabilir ve bölünme özelliğini kaybeder.

Değişik hücrelerin radyasyonda etkilenmesi farklı şekillerde olmaktadır. Hücre bölünmesi zamanı, beslenme ve metabolik hız büyük ölçüde radyasyondan etkilenir.
İnsan vücudundaki hücrelerden radyasyona karşı hassas oların listesi, hassasiyet derecesine göre sıralanışı:

1. Lenf bezleri ve dalaktaki akvuyarlar(levkositler)
2. Kemik iliklerindeki akyuvarlar
3. Deri ve kemik iliklerindeki esas hücreler
4. Akciğerlerdeki oksijen absorbisyon hücreleri(alveoller)
5. Safra kanalı hücreleri
6. Böbrek tüpleri hücreleri
7. İskelet hücreleri
8. Kas hücreleri
9. Kemik hücreleri
10. Sinir hücreleri

Bunun sonucunda insan vücudunda etkilenen yerler sırasıyla şöyledir:

1. Kan ve kemik ilikleri
2. Lenf sistemleri
3. Deri ve saç bezleri
4. Mide ile ilgili kısımlar
5. Böbrek üstü bezleri
6. Tiroit bezleri
7. Akciğerler
8. İdrar yolları
9. Karaciğer ve safra kesesi
10. Kemikler
11. Gözler
12. Üreme organları

Farklı radyoizotopların biriktiği organlarda değişik olmaktadır.













Akciğer
Böbrekler Karaciğer Kemik
Nikel(163) Krom(51) Manganez(56) Berilyum(7)
Radon(222) Manganez(51) nikel(51) Karbon(14)
Polonium(210) Germanium(71) Kobalt(60) Fluoline(18)
Uranyum(238) Arsenik(76) Bakır(64) Kalsiyum(45)
Petronium(239) Rhodium(105) Gümüş(105) Vanadium(48)
Rhodium(106) Kadmiyum(109) Çinko(65)
Techretium(127) Gümüş(109) Gallium(72)
Tellurium(129) Gümüş(111) Strantium(89)
İridium(190) Strantium(90)
Altın(198) Yttrium(91)
Uranyum(230) Mobilden(99)
Tın(113)
Beriyum(140)
Tungsten(185)
Kurşun(203)
Radyum(226)

Tablo-2 Bazı Radyoiztoplar ve biriktikleri organlar(Parantez içindeki sayılar atom numaralarıdır).
Radyasyona maruz kalındığında en çok ve çabuk değişikliğe uğrayan birim DNA’ dır. DNA'da kimyasal değişime çok çabuk olmaktadır. Düşük dozlarda DNA'nın fiziksel yapısındaki değişme çok çabuk olmaktadır. Düşük dozlarda DNA'nın fiziksel yapısındaki değişmelerin farkına varılabilir. Bu fiziksel değişmeler moleküller arasında enine bağların oluşması veya fosfat-şeker zincirlerinde(bağında) kırılmalar şeklinde kendini gösterir. DNA moleküllerinin çift bağı bulunduğundan bu bağlardan birinin hasar görmesi molekülün bütününü etkilemeyebilir ve şayet kırılmalar gelişi güzel olursa pek çok molekül iki veya daha fazla parçaya ayrılmaksızın ortaya çıkabilir. DNA doğrudan radyasyona maruz kaldığında serbest kökler rasgele atak yaparak belirli bir zamanda sadece bir bağ koparır.
Benzer şekilde, düşük dozdaki iyonize olmuş radyasyonların verildiği durumda sadece bağ koparır. Bununla beraber yoğun radyasyonlar aynı noktada iki bağı birden koparabilir. DNA moleküllerinin iki veya daha fazla parçaya ayrılması iki bazın birden yaklaşık aynı noktada kopma neticesinde olabilir.

Özet olarak açıkladığımız radyoaktivitenin canlılara etkisini ayrıntılı olarak inceleyelim;

Radyoaktivitenin Canlılara Etkisi

A. Radyasyonun Biyolojik Etkisi
Bir canlı tarafından absorbe edilen radyasyon enerjisinin bünyeye olan etkisi ikiye ayrılır.
1. Kronik
2. Akut
Kronik etkiler izafi olarak küçük radyasyonlara uzun süre maruz kalınması neticesinde meydana gelir. Akut etki ise tek ve büyük bir radyasyon dozuna kısa sürede (24 saat) maruz kalındığında ortaya çıkar.
Radyasyonun canlılar üzerindeki etkisi "rem" birimi ile ifade edilir. Bu, X ve gama ışınlarının geçtikleri atmosferde meydana getirdikleri iyonlaşmanın bir ölçüsüdür. 5 ve daha küçük değerler izafi olarak küçük radyasyonlardır. Gözlenebilir bir etkisi olmamakla beraber 25 rem büyük radyasyon sayılır. 50 rem'lik dozajlarda kaz özelliklerinin değiştiği, 300-500 rem'lik dozlarda doktor müdahalesi olmaksızın yaşama şansı olmakla beraber, 650 rem'lik dozların öldürücü olduğu gözlenmiştir.
Genel olarak radyasyona maruz kalınması halinde ömürde bir kısalma beklenir. Maruz kalınan süre veya dozajın artması ömürde beklenen kısalmanın miktarını artırır.

Tablo-1 Radyasyonun Beklenen Akut Etkileri
Doz(rem) Etkileri
0-50 Kandaki ufak değişmeler dışında bariz etkisi yok
80-120 Kusma, bulantı(kişilerin %5-10 unda), yorgunluk
130-170 Kusma ve bulantı(kişilerin %25 inde), radyasyon hastalığının diğer belirtileri
180-220 Kusma ve bulantı(kişilerin %50 sinde), Ölüm yok
270-330 1. gün tüm kişilerde kusma sonra radyasyon hastalığının diğer belirtileri, radyasyondan 2-4 hafta sonra %20 ölüm, nekahat devresi yaklaşık 6 ay sürer
400-500 1. gün tüm kişilerde kusma, radyasyon hastalığı belirtileri, 1 ay içerisinde %50 ölüm, nekahat süresi 6 ay
550-750 4 saat sonra tüm kişilerde kusma, %100'e yakın ölüm, pek az yaşabilenlerde nekahat süresi 6 ay
1000 1-2 saat içinde tüm kişilerde ölüm, büyük bir ihtimalle kurtulan olmaz
5000 Bir hafta içerisinde tüm maruz kalanlar ölür