RADYOLOJİK TEHDİTLER Radyasyonun Ölçülmesi

RADYOLOJİK TEHDİTLER Radyasyonun Ölçülmesi

   12/03/2015       Yakup Gündüz

---

Radyasyonun Ölçülmesi

Radyasyondan korunma ve olası kaza/saldırı durumlarında tehdidin tipini ve büyüklüğünü anlamak için radyasyonun tipinin ve radyoaktivitenin büyüklüğünün bilinmesi gerekir. Radyasyon görülmez, duyulmaz, kokusu ve tadı alınmaz, dokunarak algılanamaz. Dolayısıyla radyasyonun varlığını belirlemek ve ölçmek için bu işe özel geliştirilmiş cihazlara ihtiyaç duyulur.

Radyasyonu algılamak ve ölçmek için kullanılabilecek cihazlar iki şekilde sınıflandırılır:

Çalışma Prensibine Göre Radyasyon Ölçüm Cihazları

Radyasyonun madde ile etkileşme mekanizmaları, radyasyonun tipine, enerjisine ve etkileştiği ortamın malzeme özelliklerine göre farklılık göstermektedir. Çalışma prensibine göre radyasyon ölçüm cihazları İki başlık altında incelenir:

• Dedektörler

  Temelde radyasyonun varlığını anlamak için kullanılan cihazlardır. Bazı dedektör tipleriyle radyasyonun varlığının yanında enerji bilgisi ve zamana bağlı sayım da alınabilmektedir. Dedektörler, radyasyonun içlerinde sebep olduğu iyonlaştırma ve uyarma mekanizmalarının elektrik sinyallerine çevrilmesi prensibiyle çalışırlar. En sık kullanılan dedektör tipleri şunlardır [1] [16]:

  • Gaz dolu dedektörler
    • İyon odası
    • Orantılı Sayaç
    • Geiger-Müller
  • Sintilasyon dedektörleri
  • Yarı iletken dedektörleri
  • Nötron dedektörleri

  Gaz Dolu Dedektörler

  Gaz-dolu dedektörlerin çalışma prensibi, iyonlaştırıcı radyasyonun gaz ortam içinde oluşturduğu iyonlaşmaların ölçülmesine dayanır. İyonlaştırıcı radyasyonun gaz ortam içinde oluşturduğu iyonlar, elektrik olarak yüklü parçacıklardır. Negatif yüklü parçacıklar serbest elektron, pozitif yüklü parçacıklar da elektron kaybetmiş gaz molekülleridir. Gaz-dolu dedektör ise, hem gaz dolu ortama hem de ortamdaki gaz moleküllerinin radyasyon ile etkileşme sonucu oluşan pozitif ve negatif elektrotlara sahip bir sistemdir. Pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki gerilim farkı sürekli korunur. Radyasyon ile etkileşme sonucu oluşan pozitif ve negatif yüklü iyonlar, dedektör içinde zıt yönlere gidecektir. Pozitif iyonlar katoda, negatif iyonlar da anoda hareket eder. Negatif yüklü iyonların hareketi bir elektrik akımı oluşturur ve bu akım hassas aygıtlar aracılığı ile saptanabilir. Bu elektrik akımı kullanıalrak radyasyon algılanır. Gaz-dolu dedektörler, pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki uygulanan gerilim farkına göre çeşitlere ayrılır. [34]

  Gaz Dolu Dedektörlerin Çalışma Prensibi

  • İyon Odası

  İyon odası, basitçe gaz-dolu kutu, radyasyonun geçebileceği bir pencere, merkezi bir tel, gösterge ve güç kaynağından oluşan bir dedektördür. Güç kaynağı, merkezi telin sürekli olarak pozitif elektrik yüklü kalmasını sağlayarak telin negatif elektrot olarak kalmasını sağlar. İyon odasında tele uygulanan gerilim diğer gaz-dolu dedektörlerde uygulanan gerilimden düşüktür. İyon odası, doz hızı ölçümü yapmak için sağlık sektöründe, ışınlanma düzeyinin ölçülmesi için radyasyon alan dedektörü olarak ve cep dozimetresi olarak kullanılır.

  • Orantılı Sayaçlar

  Orantılı Sayaç

  Orantılı sayaçlar, yapı olarak iyon odasına benzer. Orantılı sayaçlar ve iyon odası arasındaki en önemli fark orantılı sayaçlarda daha yüksek gerilim uygulanmasıdır. Bu yüksek gerilimden dolayı radyasyonun oluşturduğu elektrik akımı, ayrı bir radyasyon sayımı olarak değerlendirilecek kadar yükseltilir. Orantılı sayaçlar radyasyonun enerjisi ile ilgili bilgiye ulaşmamızı sağlar. Orantılı sayaçlarda, dedektör içi ilk iyonlaşma ve elde edilen elektrik akımı orantılıdır. Örnek vermek gerekirse, farklı enerjilere sahip radyasyon kaynaklarının oluşturdukları iyonlaşma sonucu oluşan elektrik akımı da farklı olacak ve bu enerjinin ayırt edilmesini sağlayacaktır

  • Geiger-Müller Dedektörleri

  Geiger-Müller dedektörleri, yüksek gerilim ile çalışan iyon odalarıdır. Uygulanan yüksek gerilimden dolayı Geiger-Müller dedektörleri radyasyonun enerjisinden bağımsız olarak bir sinyal üretir. Geiger-Müller dedektörleri en yaygın kullanılan gaz-dolu dedektördür. Geiger-Müller dedektörleri radyasyonun ve radyoaktif kirlenmenin tespit edilebilmesi amacıyla kullanılır.         

  Sintilasyon Dedektörleri

  Sintilasyon dedektörleri, radyasyonun madde ile etkileşmesi sonucu açığa çıkan görünür ışığın radyasyon algılamasında kullanıldığı dedektör sistemleridir. Sintilasyon dedektörleri, diğer radyasyon dedektörlerinden farklı olarak bir kristal, fotokatot ve dinotlar içerir. Sintilasyon dedektörlerinde kristalin hemen yanında fotokatot bulunur. Kristal malzemesinin gama radyasyonu ile etkileşmesi sonucu ışık yayımlanır ve bu ışık fotokatota çarparak elektron salımına sebep olur. Bu elektronlar fotoelektron olarak adlandırılır. Fotoelektronlar gerilim ile yönlendirilerek dedektör tüpü içinde dinotlara çarpar. Dinotlar, herbiri bir öncekinden daha fazla pozitif yüke sahip metal elektrotlardır. Dinotlara çarpan her elektron, daha fazla elektronun salımına sebep olur ve elektron yığını artarak tüpün sonunda bulunan anot üzerinde toplanır. Elektronların bu hareketi elektrik akımını oluşturur ve bu akım hassas aygıtlar ile saptanarak radyasyonun enerjisi ile ilgili bilgiye ulaşılır. Sintilasyon dedektörleri alan takibi ve radyoaktif kirlenme uygulamalarında kullanılırlar. Sudaki radyasyon seviyesini belirlemede ve medikal görüntülemede de kullanılabilirler. Nükleer tesislerin tamamında güvenlik amaçlı kullanılmaktadır. [1]    

  Yarı İletken Dedektörleri

  Yarı iletken dedektörler, gaz-dolu dedektörler ile benzer şekilde çalışan ancak bu dedektörlerde gaz yerine katı madde kullanılan dedektörlerdir. Gaz moleküllerinde olduğu gibi, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisiyle katı maddelerin atomlarındaki elektronlar da yer değiştirebilir. Yarı iletken dedektörlerde, iyonlaştırıcı radyasyonun etkisi ile dedektörün yapısında bulunan kristal yapıda boşluklar oluşur. Bu durum, gaz dolu dedektörlerde iyonlaştırı radyasyon etkisiyle pozitif yüklü gaz moleküllerinin oluşmasına benzer. Yarı iletken bölgede, uygulanan gerilim yardımı ile elektronlar ve boşluklar hareket eder. Yüklü parçacıklar dedektörün anot ve katot uçlarına hareket eder. Elektronların hareketi bir elektrik akımıdır ve bu akım hassas aygıtlar ile saptanarak radyasyon bilgisi oluşturulur.        

  Nötron Dedektörleri

  Nötronlar doğaları gereği iyonlaşmaya ya da uyarmaya sebep olmazlar ve atomların elektronları ile etkileşmezler. Tespit edilmeleri zor olan nötronlar doğrudan ölçülemezler. Nötronların tespit edilebilmeleri için atom çekirdeği ile etkileşmeleri gereklidir. Nötronların ortamla etkileşmesi sonucu açığa çıkan ikincil radyasyonun ölçülmesi ile nötronlarla ilgili bilgi elde edilmiş olur. Örnek vermek gerekirse 10B çekirdeği nötron ile etkileşmesi sonucu açığa çıkan Li ve alfa parçacıklarının sistemde sebep oldukları iyonlaşma sonucu nötronlar algılanır.
  Bazı nötron dedektörleri şunlardır:

  •  BF3 orantılı sayaçları
  •  Helyum orantılı sayaçları
  •  Gaz çarpışma orantılı sayaçları
  •  Kabarcık dedektörleri

  Nötron dedektörleri tiplerine göre farklılık göstermekle birlikte verimleri direkt olarak donanımları ve yazılımlarıyla ilişkilidir.

• Dozimetreler

  Radyasyon kaynakları ile yapılan çalışmalarda radyasyona maruz kalan kişilerin sıhhi güvenliğini sağlamak amacıyla doz ölçümü ve değerlendirmesi için dozimetrik bir sistem geliştirilmiştir. Bu sistemde değerlendirmeler resmi kurumlarca belirlenen limit doz değerlerine dayandırılarak, ölçümler ise dozimetre denen ve eşdeğer radyasyon dozu bilgisini veren kişisel izleme cihazlarıyla yapılmaktadır.

  Radyasyon güvenliği yönetmeliğine göre yılda 6 mSv’den daha fazla etkin doza veya göz merceği, cilt, el ve ayaklar için yıllık eşdeğer doz sınırlarının 3/10’undan daha fazla doza maruz kalma olasılığı bulunan kişilerin kişisel dozimetre kullanması zorunludur [35]. Dozimetre ölçümlerinin sonuçları, maruz kalınan dozun yetkili kurumlarca (ülkemizde TAEK) izin verilen maksimum dozun altında olup olmadığına bakılarak değerlendirilir.

  Tipik bir dozimetre, temelde bir kılıf(taşıyıcı) içine yerleştirilmiş bir dedektör sisteminden oluşmaktadır. Dedektör malzemesi, radyasyon bilgisinin farklı etkileşim mekanizmalarıyla kaydedilmesini sağlar. Kılıf(taşıyıcı) ise farklı radyasyon tiplerinden ve enerjilerinden alınan dozların ayrı ayrı belirlenmesine, vücut, cilt veya gözdeki eşdeğer dozun ve cilt altı dokulardaki etkin dozların okunabilmesine olanak sağlayan çeşitli kalınlık ve yoğunluklarda filtrelerden oluşur.

  Alfa parçacıkları dış ışınlama ile radyasyon maruziyetinde cilt tarafından doğal bir zırhlamaya uğradığından, dozimetreler x-ışını, gama, beta ve nötron ışınımlarının doz ölçümlerini yapmak üzere kullanılmaktadır. Dozimetre seçimi radyasyon tipine (x-ışını, gama, beta, nötron), enerji aralığına, ölçüm menziline ve açısına, dozimetrenin cevap süresine bağlıdır.

  Dozimetreler radyasyon dozu bilgisinin okunma mekanizmasına bağlı olarak iki sınıfta incelenebilir:

  Çeşitli Dozimetreler

  1- Doğrudan Okunabilen (Aktif) Dozimetreler

  •  Cep Dozimetreleri
    • Direkt Okunabilen Cep Dozimetreleri
    • Dijital Elektronik Cep Dozimetreleri

  2- İşlemden Geçirilerek Okunabilen (Pasif) Dozimetreler

  • Film Dozimetreler
  • Termoluminesans Dozimetreler (TLD)
  • Optik olarak Uyarılmış/Optik Uyarmalı Luminesans Dozimetreler (OSLD)

  
  

  
  

  1- Doğrudan Okunabilen (Aktif) Dozimetreler

  Cep Dozimetreler

2. Kullanım alanlarına göre radyasyon ölçüm cihazları

• Kontaminasyon Monitörleri

  Açık radyoaktif maddelerle çalışma sırasında çalışma yüzeyine ve/veya çalışana radyoaktif madde bulaştığında, bulaşma miktarının belirlenmesinde kullanılan araçlardır. Bu monitörler, bulaşma varsa erken uyarıda bulunur ve radyoaktivitenin başka alanlara da bulaşmasını önlemeye yardımcı olurlar. Uygun monitör tipleri kullanılarak alfa, beta parçacıkları ve gama ışınları tespit edilebilir. Alfa izotopları için 0.37 Bq/cm2 Beta izotopları için 3.7 Bq/cm2 değerlerinin üstü radyoaktif bulaşma sayılmaktadır.

• Doz Hızı Ölçerler

  Doz hızı ölçerler, dedektör ve dozimetrelerdeki temel prensipleri kullanırlar. Bu cihazlar bulunduğu alandaki radyasyon doz hızını ölçer ve mR/saat, mSv/saat birimlerinde değer okuyabilirler. Doz hızı ölçerler, kaza, saldırı gibi acil durumlarda ilk müdahaleyi gerçekleştirenlerin sıkça kullandığı radyasyon algılama araçlarıdır.

  Bu cihazlar üzerlerinde bulunan dedektörlerin özelliklerine bağlı olarak belli bir tip radyasyonu algılayabilirler. Gama ışını, alfa, beta parçacıkları ve nötronlar ile ilgili ölçüm alabilirler.

• Alan Monitörleri

  Alan monitörleri, radyasyon alanlarında ortamın radyasyon seviyesini belirlemek amacıyla kullanılan, genellikle Geiger-Müller tipi detektörlere sahip radyasyon ölçüm cihazlarıdır. Alan monitörleri ortamdaki radyasyon doz hızının belli değeri aşmasıyla sesli ve görsel uyarı verirler. Sürekli ölçüm alırlar.

• Spektrometreler

  Spektrometreler herhangi bir radyoaktif kaynağın yaydığı radyasyonun enerjisini belirleyen ve bu enerji farklılıklarını sayım dağılımı olarak gösteren cihazlardır. Genelde iki kısımdan oluşurlar. İlk kısım radyasyonun algılanıp enerji bilgisinin alındığı sintilasyon kristali veya yarı iletkenden oluşan dedektör kısmıdır. İkinci kısım bu bilginin elektrik sinyaline çevrildiği kısımdır.

  Kullanım alanına göre sınıflandırmada üstte listelenen cihazların yanında aşağıdakiler de yer almaktadır:

  • Doz Kalibratörleri
  • Kişisel dozimetreler
    •   El ayak monitörleri de dahil olmak üzere tüm dozimetre tipleri farklı alanlarda kullanılmaktadır.
  • Nötron dedektörleri
  • Kapı Monitörleri (Ülkeler arası geçişlerde radyoaktif madde taşınıp taşınmadığını kontrol etmek için kullanılan detektörlerdir.)

  
  
• Kişisel dozimetreler