RADYASYON FIZIGI by 791FJz1y

VIEWS: 101 PAGES: 4

									                                 RADYASYON FİZİĞİ
          Doğada çok çeşitli maddeler bulunur.           olarak adlandırılır. İnsanlığın hizmetinde olan
Maddeler uzayda yer kaplayan, kütleleri olan,            teknolojik cihazlarla elde edilen radyasyon tipi ise
kuvvet uygulayabilen veya kuvvete maruz kalabilen        yapay radyasyondur. Bu ayırım yanında,
yapılardır. Her madde katı, sıvı veya gaz halde          radyasyon tipleri yayılma şekillerine göre parçacık
olabilir. Maddelerin temel ögesi atomdur. Bir            radyasyonu ve elektromanyetik radyasyon olarak
madde tek bir cins atom topluluğundan oluşuyorsa         da adlandırılır. Parçacık radyasyonu genellikle
element adını alır. İki veya daha fazla çeşit            doğal yollarla, elektromanyetik radyasyon ise
atomdan oluşan maddelere ise bileşik adı verilir.        genellikle yapay yollarla elde edilir.
                                                                  a) Parçacık radyasyonu
         1. Atom yapısı                                            Atom çekirdeğinde bulunan proton ve
         Atomlar elektron, nötron ve protonlardan        nötronların sayıları, birarada bulunmalarını
oluşur. Nükleon adı verilen bu ana partikülleri de       sağlayan nükleer enerji ile ilişkilidir. Periodik
yüzden fazla subatomik partiküller meydana getirir.      cetvelde 1. sütun ve 1. satırda bulunan hidrojen
Proton ve nötronlar atom çekirdeği (nucleus) adı         atomunun çekirdeği tek bir protondan oluşur. 8.
verilen ve atomun merkezinde bulunan bir yapıyı          sütun ve 1. satırdaki helyum çekirdeği ise 2 proton
oluştururlar ve birbirlerini nükleer enerji adı          ve 2 nötron taşır. Bundan sonra gelen satırlarda
verilen bir çekim enerjisi ile birarada tutarlar.        bulunan elementlerin çekirdeklerinde nötron sayısı
Protonlar elektriksel olarak + 1 yük taşırlarken,        proton sayısını geçer ve gittikçe artan bir fark
nötronların elektrik yükü bulunmaz. Buna karşın          oluşturur. Nötron sayısı proton sayısının 1,5 katı
elektronlar – 1 değerlikli parçacıklardır ve protonlar   olana kadar çekirdekteki enerji proton ve nötronları
tarafından çekilirler. Ancak elektronlar çekirdek        birarada tutmaya devam eder. Ancak bu oran daha
etrafında yaptıkları dönüş ile elde ettikleri            da büyürse, çekirdek kararsız bir çekirdek haline
merkezkaç kuvveti nedeni ile protonlardan ayrılma        dönüşür ve ve bir takım parçacıkları atarak kararlı
eğilimindedir. Elektronların kinetik enerjisi ile        bir çekirdek oluşturmaya çalışır. Yüksek hızlı bu
protonların manyetik kuvvetinin birbirlerini             parçacıklar bir ışıma meydane getirirler. Doğal
dengeledikleri yer, o elektronun yörüngesini belirler    radyoaktif elementler genellikle α ışıması adı
ki, atomun bu şekli güneş sistemine benzer. Atom         verilen ışımayı yaparlar. α ışınları aslında helyum
yapısını 1913 yılında, kuantum mekaniği modeli           çekirdeğidir ve 2 proton ve 2 nötrondan oluşur.
olarak adlandırarak, bu şekilde ilk kez tanımlayan       Bazı durumlarda 2 serbest elektron alarak nötr
kişi Niels Bohr (doğum-ölüm)olmuştur.                    helyum atomu oluşturabilirler. Bu yapısıyla ağır bir
         Elektronlar nukleus çevresinde çeşitli          kütleye sahip olan α ışınları maddede yüksek
enerji seviyelerindeki yörüngelerde dönerler. Bu         derecede iyonizasyona neden olur*. Bu tür
yörüngelerin en iç tarafta olanı K yörüngesi olarak      radyasyonun yayılma süreci kararsız çekirdeğin
adlandırılır ve dış yöne doğru L,M,N,O...                kararlı bir çekirdeğe dönüşmesiyle sona erer. Bu
yörüngeleri olarak devam eder. X-ışınlarının elde        süreç çekirdeğin yarılanma ömrü ile orantılıdır**.
edilmesi için en elverişli yörünge K yörüngesidir.       Parçacık radyasyonu yapay olarak da elde
                                                         edilebilir. Özel cihazlarla elde edilen bu ışıma
                                                         türüne β ışınları ve katod ışınları örnektir. Bu ışınlar
         2. İyonizasyon                                  hızlandırılmış elektronlardan oluşur. β ışınlarının
         Elektron sayısı proton sayısına eşit olan       LET değeri α ışınlarına göre daha düşüktür.
atomlar nötr atomlardır. Elektron sayısı proton
sayısından farklı olan atomlar ise iyon olarak
adlandırılır. Bir atomda elektron sayısı proton          *
                                                            Bütün ışımalar (parçacık veya elektromanyetik)
sayısından fazla olursa, o atom elektriksel olarak       kinetik bir enerjiye (kütle x hız) sahiptir. Bir
( - ) yük taşır ve negatif iyon olarak adlandırılır.     parçacığın veya foton adı verilen enerji paketçiğinin
Bunun aksine, atom elektron kaybederse, pozitif          madde içindeki enerji kaybı LET (Lineer enerji
iyon haline geçer. Nötr haldeki bir atomu veya           transferi) olarak adlandırılır. LET değeri ne kadar
bileşiği iyon haline dönüştürme işlemi ise               büyükse maddede o kadar fazla enerji oluşur ve
iyonizasyon      olarak     adlandırılır. X-ışınları     buna orantılı olarak o kadar fazla iyonizasyon
iyonizasyon özelliği olan ışınlardır.                    meydana gelir. Biolojik sistemler LET değeri
                                                         yüksek olan parçacık/fotonlardan daha fazla zarar
         3. Radyasyon                                    görür.
                                                         **
         Radyasyon, enerjinin herhangi bir madde            Bir çekirdeğin ışıma yaparak kararlı bir çekirdek
taşıyıcı olmaksızın bir yerden başka bir yere            haline dönüşmesi her element için karakteristik bir
naklidir. Radyasyon evrende bulunan radyoaktif           süre olan yarılanma ömrü ile gerçekleşir. Yarılanma
kaynaklardan köken alabilir ve doğal radyasyon           ömrü çekirdeğin başlangıçtaki ağırlığının yarısına
                                                         düşmesi için geçen süredir.
         b) Elektromanyetik radyasyon                     önemli faktör devreye girer. Öncelikle (-) yüklü
          Elektromanyetik     radyasyon       enerjinin   elektronlar (+) yüklü anod tarafından çekilir. Diğer
elektrik ve manyetik alan kombinasyonu ile yayılan        yandan (-) yüklü molibden kase tarafından itilir. Bu
enerji türüdür. X- ışınları, γ- ışınları, morötesi        nedenle elektronlar hiçbir yöne sapmaksızın
ışınlar, görünür ışık, kızılötesi ışınlar, televizyon,    doğrudan anoda yönlenirler.*** Kinetik enerjileri
radar, radio dalgaları ve mikrodalgalar bu ışıma          çok fazla olan bu parçacıklar anoddaki tungsten
türüne girer. Parçacık radyasyonunun aksine sadece        atomları ile karşılaştığında iki değişik olay
üretildiği süreçte yayılım gösterir ve yarılanma          meydana gelir ve elektronların kinetik enerjileri ışık
ömrü yoktur.                                              ve ısı enerjilerine dönüşür. Bu dönüşümün %
                                                          99’luk kısmı ısı enejisidir ve bakır blok tarafından
                                                          hemen Coolidge tüpünün dışına iletilir. Coolidge
         4. Röntgen Cihazları                             tüpünün dışında ise kalın bir yağ tabakası vardır. Isı
         X-ışınları Coolidge tüpü adı verilen             bu yağ tabakasında hapsedilir ve soğutulur. Kalan
vakumlu bir cam tüp içinde oluşturulur. Röntgen           enerji ise x-ışını demeti olarak yönlendirilir. X-ışını
cihazındaki diğer tüm parçalar x-ışını oluşumunu          demeti koni şeklinde gittikçe genişleyen bir ışın
başlatan, miktarını kontrol eden ve yönlendiren           demetidir. Bu koninin kenarlarında kalan x-ışını
yardımcı cihazlardır.                                     fotonları hem hastalara zararlı, zayıf ışınlardır, hem
         a) Coolidge tüpü                                 de radyografide bulanıklığa neden olurlar. X-ışını
             Katod                                       demetinin orta kısmında yer alan ve hedefe doğru
          Katod tungstenden yapılma spiral bir            dik olarak yönlendirilen ışın demeti en faydalı ışın
teldir. Bu tel arkasında bulunan, yarım ay şeklinde       demetidir ve merkezi ışın adını alır.
molibden esaslı bir kase ile sarılmıştır. Üst ve alt                   Kesiksiz radyasyon (Brems ışınla-
kutuplarına bağlanan iletken tellerle katod devresi                        rı, Bremsstrahlung radyasyon)
adı verilen bir elektrik devresine bağlıdır.                        Katoddan çıkan elektronlar anoddaki
             Anod                                        tungsten atomlarına çarpar ve durdurulurlar. Bu
          Anod (odak) da katod gibi tungstenden           sırada sahip oldukları tüm kinetik enerjiyi
yapılmış bir levhadır*. Anod katodun tam karşısında       kaybederek ısı ve ışık oluştururlar. X-ışını
bulunur. X-ışını demetini röntgen tüpünün ucuna           demetinin 2/3’ünden fazlası bu radyasyonla oluşur.
yönlendirmek için yer düzlemi ile 20˚ açı ile                          Karakteristik radyasyon
yerleştirilmiştir. X-ışını üretimi sırasında açığa                  Elektronların bir bölümü tungsten atomuna
çıkan ısı enejisini absorbe etmek ve dış ortama           isabet etmez, ancak bu atomun çekim alanına
iletmek için bakır bir blok içine gömülmüştür.            girerek yavaşlar ve/veya yön değiştirir. Bu şekilde
Anod ve katod arasında anod devresi adı verilen           enerjisinin bir kısmını kaybeder. Kaybedilen kinetik
ikinci bir devre bulunur.                                 enerji ışık ve ısıya dönüşür.
          Hem anod, hem de katod devrelerini aktive                c) X-ışını oluşumunu etkileyen
den üreteçler de mevcuttur.
                                                                      Faktörler
         b) X-ışını oluşumu                                           Gerilim (Voltaj)
          Coolidge    tüpüne       elektrik   enerjisi
                                                                    Katoddaki gerilim artması katodun daha
verildiğinde katod devresi katod spirali ısıtmaya
                                                          fazla ısınmasına ve daha fazla elektron
başlar. Isınan katoddaki tungsten atomlarının
                                                          serbestlenmesine neden olur. Ne kadar fazla
dengesi bozulur ve elektronlar fazladan aldıkları ısı
                                                          elektron serbestlenirse, elde edilen x-ışını miktarı o
enerjisi ile yörüngelerinden çıkarlar ve katod
                                                          kadar fazla olur.
çevresinde serbest elektronlar oluşur. Bu işlem için
                                                                      Akım şiddeti
dişhekimliği röntgen cihazlarında 220 V gerilimi
                                                                    Katoddan anoda doğru hareketlenen
olan ve alternatif akımla çalışan şehir cereyanı
                                                          elektronların hızı akım şiddeti ile kontrol edilir.
rektifier (=redresör) adı verilen cihazlarla doğru
                                                          Dişhekimliği röntgen cihazları 10-12 mA akımla
akıma çevrilir** ve indüksiyon bobinleri ile 60 - 90
                                                          çalışır. Akım şiddeti arttıkça elektronların kinetik
kV gerilime yükseltilir. Anod devresinin
                                                          enerjisi de artar. Kinetik enerji ne kadar fazlaysa,
çalışmasıyla da serbestlenen bu elektronlar büyük
                                                          enerji dönüşümü de o kadar çok olur.
bir süratle anoda doğru fırlatılırlar. Bu aşamada iki

*
   Tungsten (Wolfram) ısıya çok dayanıklı olup,
ergime derecesi 2800 – 3200 ˚ C arasındadır.
Coolidge tüpünde açığa çıkan yüksek ısı enerjisi
                                                          ***
karşısında erimediği için tercih edilmektedir.               Coolidge tüpü vakumlu olmazsa elektronların
**
    Bu işleme rektifikasyon adı verilir. Alternatif       yolu üzerinde hava/gaz molekülleri olacak ve
akım sinüs eğrisi çizdiğinden önce katoddan anoda,        bunlara çarpan elektronların yönü değişecektir. Bu
sonra da anoddan katoda doğru akım yaratır. X-            da üretilen x-ışını miktarını azaltacak, hatta başka
ışını elde etmek için ise sürekli katoddan anoda          yönlere doğru istenmeyen ışınların oluşmasına
doğru akım olmalıdır.                                     neden olacaktır.
            Süre                                       iyonize olur. Foton hemen tüm enerjisini yitirirken,
         Yukarıda belirtilen olaylar ne kadar uzun      serbest elektron başka iyonize atom veya
süre tekrarlanırsa, elde edilen x-ışını miktarı da o    moleküller tarafından kapılarak nötr bileşikler
kadar fazla olur.* Süre saniye (s) olarak belirtilir.   ve/veya elementler oluşturur.
        d) Filtrasyon                                           c) Compton olayı
         X-ışını demetinin özellikle kenarlarında                 İç yörünge elektronları en yüksek çekim
bulunan zayıf ışınların süzülmesi ve hasta ile filme    gücüne maruz kalan elektronlardır. Buna karşın dış
ulaşmaması gerekir. Coolidge tüpünün camı,              yörünge elektronlarının tutunma enerjileri daha
dışarıdaki yağ, röntgen tüpünün plastik aksamı bu       zayıftır. Dış yörünge elektronlarına çarpan foton bu
engellemeyi kısmen yerine getirirler. Buna doğal        elektronu kopararak atomu iyonize eder, ancak
filtrasyon adı verilir. Cihazın gerilimine göre total   enerjisinin tümünü kaybetmez. Yoluna devam eden
filtrasyon, 1,5 – 2,5 mmAl eşdeğeri olmalıdır. Bu       foton enerjisi bitene kadar başka iyonizasyonlara
değere ulaşmak için eklenen filtrelere de ilave         neden olurken, kinetik enerji verdiği elektron da
filtrasyon denir.                                       başka atomları iyonize eder. Fotoelektrik olayın
        e) Kolimasyon                                   zincirleme devam etmesi olarak tanımlanabilen
         X-ışını demetinin istenilen kalınlığın ve      Compton olayı biyolojik moleküller için daha
şeklin verilmesine kolimasyon denir. Kolimasyon         zararlı bir etkileşimdir.
yumuşak (zayıf) ışınların çevreye yayılımını                    d) Çift oluşumu
engeller. Dişhekimliği cihazları, ışın demeti filme              Radioterapide kullanılan çok güçlü
ulaştığında tam bir film boyunda olacak şekilde         cihazlarda elde edilen çok yüksek enerjili
kolime edilmiştir.                                      fotonların etkileşimi ile oluşur ancak dişhekimliği
        f) Ters kare kanunu                             cihazları ile elde edilemez.
         X-ışını demetinin miktarı mesafenin
karesiyle ters orantılı olarak azalır. Ters kare                6. Dozimetri
kanunu aşağıdaki formülle belirlenir :                            İnsanların maruz kaldığı doğal ve yapay
                                                        radyasyon miktarının ölçülmesine dozimetri, bu iş
                  I1 / I2 = (D2)2 / (D1)2               için kullanılan aletlere de dozimetre denir.
                                                                  Dozimetri için Dünya Sağlık Örgütü
         (I = X-ışını miktarı D = Mesafe)               (WHO) tarafından kabul edilen birimler vardır.
         2 metre mesafeden 1 birim doz elde             Radyasyonla uğraşan kişilerde bu değerler, normal
edilirse 1 metre mesafeden 4 birim, 4 metre             insanlara göre 10 kat daha fazladır.
mesafeden 0,25 birim doz oluşur.                                a) Pozlama
                                                                 Röntgen cihazı tarafından üretilen x-ışını
        5. X-ışınlarının madde ile et-                  miktarıdır. Önceleri Röntgen (R) birimi
                                                        kullanılmıştır. 1 R, 1 cc havada (NŞA) 2,08x10 9
           kileşimi                                     (+) veya (-) iyon çifti oluşturan x- veya γ- ışını
        a) Koherent saçılma                             miktarıdır.
          Düşük enerjili bir foton atom çekirdeği                Günümüzde Coulomb/kilogram (C/kg)
çevresindeki herhangi bir elektrona çarpar ancak        birimine dönülmüştür.
onu yörüngeden çıkartamaz. Bu durumda foton yön                      1R = 2,58x10-4 C/kg
değiştirir ve kinetik enerjisini kaybetmeden yoluna                  1 C/kg = 3,88x103 R
devam eder. Çarptığı elektron ise bir titreşim
gösterir. Bu titreşim çarpan fotonun enerjisi ve
frekansına eşdeğer bir x-ışını fotonu oluşturur.                b) Absorbsiyon dozu
                                                                 Herhangi bir maddenin absorbe ettiği
        b) Fotoelektrik olay (absorpsi-
                                                        enerji miktarıdır. İlk kez 1 gr maddede (dokunun)
           yon)                                         100 erg enerji absorbsiyonu sağlayan radyasyon
         Özellikle    iç  yörüngelerde bulunan          miktarı olarak tanımlanmış ve birimi rad (radiation
elektronları yerinden kopartacak kadar kuvvetli bir     absorbed dose) olarak kabul edilmiştir. Günümüzde
fotonun çarpmasıyla atom bir elektron kaybeder.         1 kg maddede 1 jul enerji absorbsiyonu yapan
Bu eksiklik üst yörüngede bulunan bir elektronun        radyasyon miktarı olarak tanımlanan Gray (Gy)
alt seviyeye inmesiyle giderilir. Ancak atomun en       birimi kullanılmaktadır.
dış yörüngesinde bir elektron eksik kalır ve atom
                                                                        1 Gy = 100 rad
*
                                                                        1 C/kg = 1 Gy
   Röntgen cihazlarında süre ve akım şiddeti ters
orantılı olarak ayarlanır. Bu olaya tüp akımı denir
                                                                        ( 1 R = 1 rad )
ve birimi miliamper-saniye (mAs)’dır. Örneğin
10mA ile 1 saniyelik ışınlama yapan bir cihaz 5 mA
ile çalıştırılırsa süre otomatik olarak 2 saniyeye
çıkartılır. 20 mA olursa 0,5 saniyeye iner.
        c) Eşdeğer doz
         Eşdeğer doz, absorbe edilen radyasyonun
vücutta yarattığı zararı tanımlar. Birimi önceleri
rem olarak kabul edilmiş daha sonra Sievert (Sv)
olarak çevrilmiştir.

                1 Sv = 100 rem
             1 C/kg = 1 Gy = 1 Sv
           ( 1 R = 1 rad = 1 rem )*

        d) Doz sınırlaması
         Radyasyonla uğraşan kişilerin yıllık
eşdeğer doz sınırı 50 mSv, ardışık 5 yılın ortalaması
ise 20 mSv olarak belirlenmiştir. Bu kişilerin tüm
yaşamları boyunca almasına izin verilen doz
miktarı MPD (Maximum Permissible Dose) olarak
adlandırılır. Formülü aşağıdaki gibidir.

        MPD = (Yaş – 18) x 50 mSv
                 veya
        MPD = (Yaş – 18) x 5 rem**




*
  Bu formüle göre insan vücudunun oluşturulan tüm
radyasyonu absorbe ettiği ve absorbe edilen bu
enerjinin tümünün insan vücuduna zarar verdiği
kabul edilir.
**
   18 yaşından küçüklerin radyasyonla ilgili işlerde
çalıştırılmaları yasaktır.

								
To top