İçeriğe atla

Radyasyon hasarı

Radyasyona farklı maruz kalma yaşlarında lösemi fazlalık oranı Radiation Effects Research Foundation (RERF)

Radyasyon hasarı, iyonlaştırıcı radyasyonun fiziksel nesneler üzerindeki etkisidir. Radyobiyoloji, iyonlaştırıcı radyasyonun ve radyasyonun insan sağlığına etkileri de dahil olmak üzere canlılar üzerindeki etkisini araştıran bilim dalıdır.

Nedenleri

Hasar verici radyasyon birkaç şekilde ortaya çıkabilir:

  • Atmosfer ve diğer malzemelerle çarpışmadan kaynaklanan kozmik ışınlar ve sonrasında açığa çıkan enerjik parçacıklar.
  • Kozmik ışınların atmosfer ve canlı dokular dahil diğer materyallerle çarpışmasından kaynaklanan radyoaktif ürünleri (radyoizotoplar).
  • Bir parçacık hızlandırıcıdan çıkan enerjik parçacık demetleri.
  • Bir X ışını makinesinde veya bir parçacık hızlandırıcı kullanımı sırasında hızlandırıcıya gelen radyasyonda olduğu gibi, bu tip parçacıkların bir hedefle çarpışmasından salınan enerjik parçacıklar veya elektromanyetik radyasyon (X-ışınları).
  • Doğal olarak meydana gelebilen, hızlandırıcılardaki çarpışmalarla yaratılan veya bir nükleer reaktörde oluşturulan, radyoaktif elementlerin bozunmasıyla salınan parçacıklar veya çeşitli ışın türleri. Bunlar terapötik veya endüstriyel kullanım için üretilmiş, nükleer kaza sonucu salınmış veya bir kirli bomba ile bilinçli olarak salınmış, savaş veya nükleer test amacıyla bir nükleer silahın patlatılması nedeniyle atmosfere, zemine veya okyanusa salınmış olabilir.

Malzemeler ve cihazlar üzerindeki etkileri

Radyasyon, malzemeleri ve cihazları istenmeyen şekillerde etkileyebilir:

  • Malzemelerin radyoaktif hâle gelmesine neden olarak (esas olarak nötron aktivasyonu ile veya fotodisintegrasyon yoluyla yüksek enerjili gama radyasyonu varlığında).
  • Malzemenin radyasyon içermesi sonucu içindeki elementlerin nükleer dönüşümü ile. Örneğin, malzemelerin mekanik özelliklerini değiştirebilen, şişme ve gevrekleşmeye neden olabilen hidrojen ve helyum üretimi.
  • Malzemenin içinde, malzemeyi zayıflatabilen, polimerleşmesine, korozyonu teşvik etmesine, değersizleşmesine, çatlamaya neden olmasına veya arzu edilen mekanik, optik veya elektronik özelliklerini değiştirmesine neden olan radyoliz ile (kimyasal bağları kırarak).
  • Reaktif bileşiklerin oluşturulmasıyla diğer malzemeleri etkiler (örneğin, havanın iyonlaştırılmasıyla oluşan ozon tarafından vuku bulan ozon çatlaması).
  • İyonizasyon ile, özellikle elektronik ekipmanlarda kullanılan yarıiletkenlerde iletkenlik yitimine neden olarak, daha sonraki akımlarda çalışma hatalarına neden olur ve hatta cihazlara kalıcı olarak zarar verir. Nükleer sanayi ve atmosfer ötesi (uzay) uygulamalar gibi yüksek radyasyon ortamları için tasarlanan cihazlar, tasarım, malzeme seçimi ve üretim yöntemleri yoluyla bu etkilere karşı radyasyon sertleştirmeye tâbi tutulabilir.

Malzemeler üzerindeki radyasyon etkilerinin çoğu ardışık çarpışmalar tarafından üretilir ve radyasyon kimyası ile ele alınır.

Katılar üzerindeki etkileri

Radyasyon, katı malzemelerin özelliklerini bozarak katı malzemeler üzerinde zararlı etkilere neden olabilir. Böylece katı malzemeler artık mekanik olarak sağlam olmazlar. Bu etkiler önemli bir endişe kaynağıdır, çünkü katı malzemelerin nükleer reaktörlerde performans göstermelerini büyük ölçüde etkileyebilir. Radyasyon malzeme bilimi, radyasyonun etkilerini azaltmakla uğraşan bir alandır.

Kullanımları ve radyasyona maruz kalmaları nedeniyle metaller ve beton üzerindeki etkiler özel çalışma alanlarındandır. Metaller için radyasyona maruz kalma, radyasyon sertleştirmesine yol açarak önce malzemeyi güçlendirir ve sonrasında gevrekleştirir (dayanıklılığı azaltır, kırılgan çatlakların oluşmasına yol açar). Söz konusu gevrekleşme, hem başlangıç etkileşimi, hem de sonucunda ortaya çıkan bir hasar dizisi yoluyla atomları örgü alanlarından dışarı atmanın bir sonucu olarak ortaya çıkar, bu da kusurların ve dislokasyonların (işlem sertleştirmesine ve çökelim sertleştirmesine benzer şekilde) vuku bulmasına yol açar. Tane sınırı mühendisliğinin termomekanik işleme yoluyla, kırık modunu tanelerarasından (tane sınırları boyunca meydana gelen) taneiçsele çevirerek bu etkileri hafiflettiği gösterilmiştir. Bu çevrim, radyasyonun gevrekleştirici etkisini azaltarak malzemenin mukavemetini arttırır.[1] Radyasyon ayrıca atomların malzeme içinde birikimine ve yayılmasına yol açarak faz ayrımının değişimine ve boşluklara neden olmanın yanı sıra, hem su kimyasında hem de alaşım mikroyapısındaki değişikliklerle gerilimli yenim çatlamasının etkilerini arttırır.[2][3]

Beton, radyasyon içerdiği gibi yapı malzemesi olarak nükleer santrallerde yaygın olarak kullanıldığından radyasyonun beton üzerindeki etkisi de büyük önem taşımaktadır. Kullanım ömrü boyunca, betonun normal yaşlanma sürecinden dolayı özellikleri doğal olarak değişir, ancak nükleer maruziyet nedeniyle beton agregalarının şişmesi ve dolayısıyla dökme malzemenin zarar görmesi, mekanik özelliklerin kaybına yol açacaktır. Örneğin, reaktörün biyolojik zırhı sıklıkla zırh içinden radyasyon akışını azaltmak için yoğun agregaların eklendiği Portland çimentosundan oluşur. Bu agregalar şişebilir ve zırhı mekanik olarak dayanıksız hâle getirebilir. Çok sayıda çalışma, basınç ve gerilme mukavemetinin yanı sıra betonun esneklik mödülünde kare santimetre başına yaklaşık 10 19 nötronluk bir mertebede azalmalar olduğunu göstermiştir.[4] Aynı durumunun beton ve çeliğin bir bileşimi olan betonarme yapıda da var olduğu gösterilmiştir.[5]

Fisyon reaktörlerindeki malzemelerin; sıcaklık, maruz kalınan radyasyon dozu, malzeme bileşimleri ve yüzey işlemlerinin etkileri bakımından analizinden elde edilen mevcut bilgiler, gelecek fisyon reaktörlerinin tasarımında ve füzyon reaktörlerinin geliştirilmesinde yardımcı olacaktır.[6]

Radyasyona maruz kalan katılar sürekli olarak yüksek enerjili parçacıklar ile bombalanmaktadır. Parçacıklar arasındaki ve reaktör malzemelerinin örgü atomları arasındaki etkileşim nedeniyle atomlarda yer değiştirme gerçekleşir.[7] Sürekli bombardıman boyunca, bazı atomlar örgü bölgelerinde dinlenmez, bu da kristal yapı kusurlarının ortaya çıkmasına neden olur. Ortaya çıkan kusurlar malzemenin mikroyapısında değişikliklere neden olur ve sonuçta bir dizi radyasyon etkisine neden olur.

Radyasyon hasarı olayı

  1. Enerjik gelen parçacığının bir örgü atomu ile etkileşimi
  2. Birincil yer değiştirme atomunu doğuran, kinetik enerjinin örgü atomuna transferi
  3. Atomun örgü bölgesinden yer değiştirmesi
  4. Atomun örgü boyunca hareketi, ek yer değiştirmiş atomlar yaratılması
  5. Ardışık yerdeğiştirme üretimi (birincil yerdeğiştirme atomu tarafından oluşturulan nokta kusurlarının birikmesi)
  6. Yerdeğiştirme atomunun arayer olarak nihayetlenmesi

Radyasyon kesit alanı

İki atom arasındaki etkileşimin olasılığı, termal nötron kesit alanına (barn ile ölçülür) bağlıdır. Makroskopik kesit alanı verildiğinde Σ = σρ ve reaksiyon oranı R = ΦΣ = Φσρ göz önüne alındığında, etkileşim olasılığı Pdx = N j σ (Ei) dx = Σdx olur. Aşağıda yaygın olarak bilinen atomların veya alaşımların kesit alanları listelenmiştir.

Termal nötronun kesit alanları (Barn)[8]

Magnezyum 0.059
Kurşun 0.17
Zirkonyum 0.18
Zircaloy-4 0.22
Alüminyum 0.23
Demir 2.56
Östenitik paslanmaz çelik 3.1
Nikel 4.5
Titanyum 6.1
Hafniyum 104
Bor 750
Kadmiyum 2520
Gadolinyum 48890

Mikroyapının radyasyon maruziyeti altında evrimi

Mikroyapısal evrim, sürekli bir radyasyon periyodu boyunca kusurların malzemede birikmesi ile gerçekleşir. Kusurların birikmesi, kusur rekombinasyonu, kusurların kümelenmesi ve çukurlardaki kusurların yok edilmesi ile sınırlıdır. Kusurlar, çukurlara termal olarak geçmeli ve bu sırada sıklıkla rekombinasyon yapmalı veya rekombinasyon için çukurlara ulaşmalıdır. Çoğu durumda, Drad = DvCv + DiCi >> Dtherm, yani radyasyon sonucu bir malzemenin örgü yapısı boyunca arayerlerin hareketi ve atom boşlukları aynı malzemenin termal yayınımından ağır basar.

Çukurlara doğru olan atom boşlukları akısının bir sonucu, ona karşılık gelen çukurların dışına doğru bir atom akısıdır. Atom boşlukları (vacancies), çukurlarda toplanmadan önce yok olmazlarsa veya rekombine olmazlarsa boşluklar (voids) oluştururlar. Malzemeye bağlı olarak yeterince yüksek sıcaklıkta, bu boşluklar alaşımın ayrışmasından çıkan gazlarla doldurularak malzemede şişmeye yol açar.[9] Bu, basınçlı su reaktörleri gibi sürekli radyasyon bombardımanı altında bulunan basınca duyarlı veya kısıtlı malzemeler için önemli bir konudur. Çoğu durumda radyasyon akısı kesinbileşimli değildir, bu da alaşım içinde birikime neden olur. Bu kesinbileşimli olmayan akı, tane sınırlarının yakınındaki atomların ve dislokasyonların hareketinin engellendiği yerel bileşimde önemli değişikliklere neden olabilir.[10] Kesinbileşimli olmayan akı devam ettiğinde, çukurlardaki çözünen zenginleşmesi yeni fazların çökelmesine neden olabilir.

Radyasyon maruziyetinin termomekanik etkileri

Sertleştirme

Radyasyon sertleştirmesi; söz konusu malzemenin, kusur kümeleri, safsızlık-kusur küme karmaşıklıkları, dislokasyon ilmekleri, dislokasyon çizgileri, boşluklar, kabarcıklar ve çökeltiler ile güçlendirilmesidir. Basınçlı kaplar için, sertlikteki artışın bir sonucu olarak meydana gelen süneklik kaybı özel bir endişe kaynağıdır.

Gevrekleşme

Radyasyon gevrekleşmesi, gerinim sertleşmesindeki azalmaya bağlı olarak (radyasyona maruziyet sırasında sertleşme hâlihazırda gerçekleştiği için) kırılma enerjisinin azalması ile sonuçlanır. Gevrekleşme, radyasyon sertleşmesinin nedenlerine çok benzer nedenlerle gerekçelendirilir; kusur kümelerinin gelişimi, dislokasyonlar, boşluklar ve çökeltiler. Bu parametrelerdeki varyasyonlar gevrekleşmenin kesin miktarını tahmin etmeyi zorlaştırmaktadır[11] ancak ölçüm için genelleştirilmiş değerler tahmin edilebilir tutarlılık göstermektedir.

Sürünme

Radyasyona tâbi tutulmuş malzemelerde ısısal sürünme, 10−6s−1'i geçen radyasyon sürünmesine kıyasla ihmâl edilebilirdir.[12] Sürünmenin altında yatan mekanizma, yükselen sıcaklığa göre sezgisel olacağı için gelişmiş yayınganlıklardan ziyâde stres ve gelişen mikroyapı arasındaki etkileşimdir. Stres, ilmeklerin çekirdeklenmesini indükler ve dislokasyonlarda arayerlerin seçimli yayınımına neden olur, bu da şişmeye neden olur.[13] Şişme, gevrekleşme ve sertleşmeyle birlikte, önemli bir basınç altında herhangi bir nükleer malzeme üzerinde felakete neden olabilir.

Büyüme

Radyasyona tâbi tutulmuş malzemelerdeki büyümeye difüzyon anizotropi farkı (DAD) neden olur. Bu olgu doğal özellikleri nedeniyle zirkonyum, grafit ve magnezyumda sıklıkla görülür.

İletkenlik

Isısal iletkenlik ve elektrik iletkenlik, enerjinin elektronlar ile taşınması ve malzemenin örgüsüne dayanır. Örgü kusurları ve atomların dönüşüm yoluyla yerine geçmesi bu yolları bozar ve radyasyon hasarı ile her iki iletim tipinde bir azalmaya yol açar. Azalmanın şiddeti, malzemedeki baskın iletkenlik tipine (elektronik veya Wiedemann-Franz kanunu, fononik) ve radyasyon hasarının detaylarına bağlıdır ve bu nedenle tahmin edilmesi hâlâ zordur.

Gazlar üzerindeki etkileri

Radyasyona maruz kalmak gazlarda kimyasal değişikliklere neden olur. Hasara en az duyarlı olan soygazlardır. Burada en büyük endişe, nükleer reaksiyon ürünlerinin ardı ardına takip eden kimyasal reaksiyonlar ile nükleer dönüşümüdür.

Havadaki yüksek yoğunluklu iyonlaştırıcı radyasyon, mavimsi-morumsu renkte görünür bir iyonize hava parlaması üretebilir. Bu parlama örneğin kritiklik kazaları sırasında, bir nükleer patlamanın ardından oluşan mantar bulutları çevresinde veya Çernobil felaketi sırasındaki gibi hasarlı bir nükleer reaktörün içinde görülebilir.

Gazların radyasyona maruziyeti önemli miktarlarda ozon üretilebilir. Az miktarda ozon bile radyasyonun kendisinin verdiği hasara ek olarak zamanla birçok polimerde ozon çatlamasına neden olabilir.

Gaz doldurulmuş radyasyon dedektörleri

Bazı gaz iyonizasyon dedektörlerinde, özellikle uzun süre yüksek yoğunluklu radyasyona maruz kalan cihazlarda gazlardaki radyasyon hasarı, örneğin Büyük Hadron Çarpıştırıcısı veya Geiger-Müller tüpündeki dedektörlerde, cihazın yaşlanmasında önemli bir rol oynar.

Kovalent bağları moleküllere ayırırken ve serbest radikaller üretirken sadece 3-4 eV enerji gerekirken iyonizasyon işlemleri sırasında 10 eV'un üzerinde enerji gerekir. Parçacıkların iyonizasyonları tarafından başlatılan elektrik deşarjları, büyük miktarda serbest radikalce meskun bir plazmayla sonuçlanır. Oldukça reaktif serbest radikaller orijinal moleküllere geri dönebilir veya diğer moleküller ile serbest radikal polimerizasyon reaksiyonları zincirini başlatarak artan moleküler ağırlığı olan bileşikler verebilir. Bu yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler daha sonra gaz fazından çökelir, detektörün elektrotları ve yalıtım yüzeyleri üzerinde iletken veya iletken olmayan tortular oluşturur ve tepkisini çarpıklaştırır. Hidrokarbon söndürücüler, örneğin argon - metan içeren gazlar karakteristik olarak polimerizasyon yoluyla yaşlanmaya duyarlıdır; oksijen ilavesi yaşlanma oranlarını düşürme eğilimindedir. İz miktarlardaki silisyum yağları, silisyum elastomerlerin gazının boşalmasından gelen ve özellikle silisyum lubrikantların izleri, ayrışma ve yüzeylerde silisyum kristal birikintileri oluşturma eğilimindedir. Argon (veya ksenonun) karbondioksit ve alternatif olarak %2-3 oksijen ile gaz hâlindeki karışımları yüksek radyasyon akılarına karşı oldukça toleranslıdır. Karbon dioksitli soygaza yüksek enerjili fotonlar için çok yüksek şeffaflığa sahip olduğundan oksijen eklenir; oksijenden oluşan ozon, ultraviyole fotonlar için güçlü bir emicidir. Karbon tetraflorür yüksek oranlı dedektörler için gazın bir bileşeni olarak kullanılabilir; ancak operasyon sırasında üretilen florin radikalleri, odalar ve elektrotlar için malzeme seçimini sınırlar (örneğin, florin radikalleri oluşturan metallere etkileştiğinde florürleri oluşturduğu için altın elektrotlar gereklidir). Bununla birlikte, karbon tetraflorür ilavesi silisyum tortularını ortadan kaldırabilir. Karbon tetraflorür ile hidrokarbonların varlığı polimerleşmeye yol açar. Argon, karbon tetraflorür ve karbon dioksit karışımı, yüksek hadron akısında düşük yaşlanma gösterir.[14]

Sıvılar üzerindeki etkileri

Gazlarda olduğu gibi sıvılar da sabit iç yapıya sahip değildir; bu nedenle radyasyonun etkileri esas olarak sıvıların kimyasal bileşimini değiştiren radyoliz ile sınırlıdır. Gazlarda olduğu gibi, birincil mekanizmalardan biri serbest radikallerin oluşmasıdır.

Tüm sıvılar, birkaç istisna dışında radyasyon hasarına maruz kalır. Örneğin, parçalanacak kimyasal bağların bulunmadığı erimiş sodyum, gazlı hidrojen ve flor üreten ve sıvı hâline kendiliğinden tepki veren hidrojen florür bu istisnalardandır.

Su üzerindeki etkileri

İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalan su; gaz ve hidrojen, oksijen, hidrojen peroksit, hidroksil radikalleri ve peroksit radikallerini oluşturmak üzere yeniden birleşebilen serbest hidrojen ve hidroksil radikallerini oluşturur. Çoğunlukla sudan oluşan canlı organizmalarda hasarın çoğuna reaktif oksijen türlerive sudan üretilen serbest radikaller neden olur. Serbest radikaller, hücreler içinde yapı oluşturan biyomoleküllere saldırarak oksidatif strese (hücre ölümüne neden olacak kadar önemli olabilecek veya muhtemelen kansere yol açan DNA hasarına neden olabilecek birikmiş hasara) neden olur.

Nükleer reaktörlerin soğutma sistemlerinde, serbest oksijen oluşumu korozyonu artırır ve bu artış soğutma suyuna hidrojen eklenerek dengelenir.[15] Hidrojen; oksijen ile reaksiyona giren her molekül için bir molekül suyun radyolizle serbest bırakılmasından dolayı tüketilmez, fazla hidrojen sadece başlangıç hidrojen radikallerini sağlayarak reaksiyon dengesini kaydırmaya yarar. Basınçlı su reaktörlerindeki indirgeyici ortam, oksidatif türlerin birikmesine daha az eğilimlidir. Kaynar su reaktör soğutma sıvısının kimyası ortam oksitlenebileceğinden dolayı daha karmaşıktır. Radyolitik aktivitenin çoğu, nötron akısının en yüksek olduğu reaktörün çekirdeğinde meydana gelir; hızlı nötronlardan ve gama radyasyonundan gelen enerjinin büyük kısmı suda birikir, termal nötronların katkısı ise çok daha düşüktür. Havasız suda, hidrojen, oksijen ve hidrojen peroksit konsantrasyonu yaklaşık 200 Gy radyasyonda kararlı hâle gelir. Çözünmüş oksijen varlığında, oksijen tükenene ve denge kayana kadar reaksiyonlar devam eder. Suyun nötron aktivasyonu, düşük konsantrasyonlarda azot türlerinin birikmesine yol açar ve reaktif oksijen türlerinin oksitleyici etkileri nedeniyle bunlar nitrat anyonları formunda bulunur. İndirgeyici ortamlarda amonyak oluşabilir ancak amonyak iyonları daha sonra nitratlara oksitlenebilir. Soğutucu su içinde mevcut olan diğer türler ise oksitlenmiş korozyon ürünleri (örneğin kromatlar) ve fisyon ürünleridir (örneğin perteknetat ve periodat anyonlar, uranil ve neptunil katyonları).[16] Nötronların hidrojen çekirdeğinde emilmesi suda döteryum ve trityum birikmesine yol açar. Süperkritik suyun davranışı süperkritik su reaktörleri için önemli olup sıvı su ve su buharının radyokimyasal davranış farklıdır ve hâlen araştırılmaktadır.[17]

Radyasyonun su üzerindeki etkilerinin büyüklüğü radyasyonun tipine ve enerjisine, yani doğrusal enerji transferine bağlıdır. Düşük LET gama ışınlarına maruz kalan gazsız bir su neredeyse hiç radyolojik ürün vermez ve düşük konsantrasyonlarıyla dengesini korur. Yüksek LET alfa radyasyonu, daha fazla miktarda radyoliz ürünü üretir. Çözünmüş oksijenin varlığında ise her zaman radyoliz meydana gelir ve sonrasında çözünmüş hidrojen, düşük LET radyasyonu ile radyolizi tamamen bastırır.

Reaktif oksijen türlerinin varlığı çözünmüş organik kimyasallar üzerinde güçlü bir bozucu etkiye sahiptir. Bu etki, elektron ışını uygulanarak ile yeraltı suyu iyileştirmesinde kullanılır.[18]

Karşı tedbirler

Radyasyon hasarını azaltmak için iki ana yaklaşım, hassas malzemede biriken enerji miktarını azaltmak (örneğin kalkanlama, kaynaktan uzaklık veya uzaysal yönelim ile) veya materyalin radyasyon hasarına daha az duyarlı olacak şekilde modifikasyonudur (örneğin, oksitlenme önleyiciler, dengeleyiciler eklemek ya da daha uygun bir malzeme seçmek). Yukarıda belirtilen elektronik cihazları radyasyona karşı dayanıklılaştırmaya ek olarak, radyasyon kaynağı ve alanlar arasına yüksek yoğunluklu malzemelerin (eğer alan yeteri kadar yoksa kurşunun veya yeterince alan varsa betonun) yerleştirilmesiyle bir dereceye kadar koruma elde edilebilir. Radyoaktif iyot gibi maddelerin biyolojik etkileri için, radyoaktif olmayan izotopların yutulması radyoaktif formun biyolojik alımını önemli ölçüde azaltabilir ve ağır metallerden oluşan radyoaktif maddelerin vücuttan doğal süreçlerle uzaklaştırılmasını hızlandırmak için şelasyon tedavisi uygulanabilir.

Katılarda radyasyon hasarı için önlemler

Radyasyon hasarına karşı katılarda önlemler üç yaklaşımdan oluşur. Bunlardan ilki, anayapıyı büyük boy çözünenlerle doyurmaktır. Bunu yapmak sürünme ve dislokasyon hareketinin bir sonucu olarak ortaya çıkan şişmeyi kapanlar. Ayrıca, malzemenin radyasyona bağlı segregasyona girme kabiliyetini kısıtlayan difüzyonu önlemeye yardımcı olurlar.[19] İkincisi, bir oksidin malzemenin anayapısı içine dağıtılmasıdır. Disperse oksit, dislokasyon hareketini ve arayerlerin oluşumunu ve hareketini önleyerek; sürünmeyi önlemeye, şişmeyi azaltmaya, radyasyon etkili birikimi azaltmaya yardımcı olur.[20] Son olarak, tane sınırlarının olabildiğince küçük olacak şekilde tasarlanmasıyla, malzeme bozulmasına neden olan gevrekleşmeyi ve sertleşmeyi önleyen dislokasyon hareketi engellenebilir.[21]

İnsanlar üzerindeki etkileri

İyonlaştırıcı radyasyon genellikle canlılar için zararlı ve potansiyel olarak öldürücüdür, ancak kanser ve tirotoksikoz tedavisi için radyasyon terapisinde sağlık için yararları olabilmektedir. En yaygın etkisi, maruziyetten sonraki yıllar veya on yıllar boyunca kuluçka dönemi ile birlikte radyasyona bağlı kanserin ortaya çıkmasıdır. Yüksek dozlar görsel olarak aşırı fazla radyasyon yanıklarına ve/veya akut radyasyon sendromu nedeniyle anî ölümlere neden olabilir. Kontrollü dozlar tıbbî görüntüleme ve radyoterapi için kullanılır.

Radyasyon maruziyetinin en olumsuz sağlık etkileri iki genel kategoride gruplandırılabilir:

  • Yüksek dozlarda, hücrelerin öldürülmesine/arızalanmasına bağlı olarak deterministik etkiler (zararlı doku reaksiyonları); ve
  • Stokastik etkiler, yani kanser ve üreme (mikrop) hücrelerinin mutasyonu nedeniyle yavrularında somatik hücrelerin mutasyonuna bağlı olarak maruz kalan bireylerde kanser gelişimini veya kalıtsal hastalığını içeren kalıtsal etkiler.[22]

Ayrıca bakınız

  • Radyasyon malzeme bilimi
  • Durdurma gücü (parçacık radyasyonu)
  • Ardışık çarpışma
  • İyon izi
  • Radyasyon sertleştirmesi
  • Metal ve alaşımlarda radyasyon hasarı

Kaynakça

  1. ^ Tan (2013). "Grain boundary engineering for structure materials of nuclear reactors". Journal of Nuclear Materials. 441 (1–3): 661-666. 5 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Mayıs 2020. 
  2. ^ "RADIATION-ENHANCED DIFFUSION AND RADIATION-INDUCED SEGREGATION". Radiation Effects in Solids. 235. Springer Netherlands. 2007. ss. 123-151. ISBN 978-1-4020-5295-8. 
  3. ^ Was (2007). "Stress Corrosion Cracking Behavior of Alloys in Aggressive Nuclear Reactor Core Environments". Corrosion. 63: 19-45. 
  4. ^ Field (2015). "Radiation effects in concrete for nuclear power plants – Part I: Quantification of radiation exposure and radiation effects". Nuclear Engineering and Design. 282: 126-143. 
  5. ^ Mirhosseini (2014). "Nuclear radiation effect on the behavior of reinforced concrete elements". Nuclear Engineering and Design. 269: 57-65. 
  6. ^ Was (2007). "Materials degradation in fission reactors: Lessons learned of relevance to fusion reactor systems". Journal of Nuclear Materials. 367-370: 11-20. 
  7. ^ Nuclear Systems: Elements Of Thermal Design, Volume 2. 2nd. Hemisphere Publishing. 1992. s. 74. ISBN 9781560320883. Erişim tarihi: 5 Kasım 2015. 
  8. ^ "Neutron scattering lengths and cross sections". NIST Center for Neutron Research. NIST. 26 Ekim 2000 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Kasım 2015. 
  9. ^ Radiation Induced Changes in Microstructure: 13th International Symposium. ASTM. 1987. s. 161. ISBN 978-0803109629. 
  10. ^ English (1990). "Radiation-induced segregation in metals". Chemical Society. 86 (8): 1263-1271. 
  11. ^ Odette (2001). "Embrittlement of Nuclear Reactor Pressure Vessels". Journal of Materials. 53 (7): 18-22. 
  12. ^ Wolfer (Ekim 1979). "Radiation-Induced Creep in Single Crystals of Face-Centered Cubic Materials". Philosophy Magazine (A31): 61-70. 
  13. ^ Bullough (Mayıs 1980). "Mechanisms of radiation induced creep growth". Journal of Nuclear Materials. 90 (1–3): 1-21. 
  14. ^ Proceedings of the Workshop of the INFN ELOISATRON Project: Innovative Detectors for Supercolliders, Erice, Italy, 28 Sept - 4 Oct 2003. World Scientific. 2004. s. 199. ISBN 9789812702951. Erişim tarihi: 28 Ocak 2015. 
  15. ^ "Effects of Radiation on Water Chemistry (Synthesis) - h1015v2_23". tpub.com. 10 Kasım 2003 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ocak 2015. 
  16. ^ Radiochemistry in Nuclear Power Reactors. nap.edu. 1996. ISBN 978-0-309-30330-9. 31 Ekim 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ocak 2015. 
  17. ^ Yosuke Katsumura (6 Mayıs 2005). "Research Program on Water Chemistry of Supercritical Pressure Water under Radiation Field" (PDF). 14th International Conference on the Properties of Water and Steam in Kyoto: 545-550. 3 Mart 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ocak 2015. 
  18. ^ Radiation Chemistry: From Basics to Applications in Material and Life Sciences. EDP Sciences. 2008. ISBN 9782759800247. 9 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Ocak 2015. 
  19. ^ Fournier (15 Eylül 2003). "The influence of oversized solute additions on radiation-induced changes and post-irradiation intergranular stress corrosion cracking behavior in high-purity 316 stainless steels". Journal of Nuclear Materials. 231 (2–3): 192-209. 
  20. ^ Brodrick (Şubat 2014). "Mechanism for radiation damage resistance in yttrium oxide dispersion strengthened steels". Journal of Nuclear Materials. 445 (1–3): 291-297. 
  21. ^ Bai (3 Kasım 2013). "The Influence of Grain Boundaries on Radiation-Induced Point Defect Production in Materials: A Review of Atomistic Studies". Journal of Materials. 65 (3): 360-373. 
  22. ^ Paragraph 55 in: IRCP 2007: "The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection". International Commission on Radiological Protection. 22 Mart 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Mayıs 2020. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Nükleer enerji</span> atomun çekirdeğinden elde edilen enerji türü

Nükleer enerji, atomun çekirdeğinden elde edilen bir enerji türüdür. Kütlenin enerjiye dönüşümünü ifade eden, Albert Einstein'a ait olan E=mc² formülü ile ilişkilidir.

<span class="mw-page-title-main">Elektron</span> Temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacık

Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

<span class="mw-page-title-main">Nötron</span> Yüke sahip olmayan atomaltı parçacık

Nötron, sembolü n veya n⁰ olan, bir atomaltı ve nötr bir parçacıktır. Proton ile birlikte, atomun çekirdeğini meydana getirir. Bir yukarı ve iki aşağı kuark ve bunların arasındaki güçlü etkileşim sayesinde oluşur. Proton ve nötron yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir fakat nötron daha fazla kütleye sahiptir. Nötron ve protonun her ikisi nükleon olarak isimlendirilir. Nükleonların etkileşimleri ve özellikleri nükleer fizik tarafından açıklanır. Nötr hidrojen atomu dışında bütün atomların çekirdeklerinde nötron bulunur. Her atom farklı sayıda nötron bulundurabilir. Proton ve nötronlar, kuarklardan oluştukları için temel parçacık değildirler.

<span class="mw-page-title-main">Nükleer enerji santrali</span> Nükleer reaktör yardımıyla elde edilen enerjiyi dağıtan merkez

Nükleer santral (NPP) veya atom santrali (APS), ısı kaynağının nükleer reaktör olduğu termik santraldir. Termik santrallerde tipik olduğu gibi, ısı, elektrik üreten jeneratöre bağlı buhar türbinini çalıştıran buhar üretmek için kullanılır. Eylül 2023 itibarıyla Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu, dünya çapında 32 ülkede faaliyette olan 410 nükleer santral ve inşa halinde olan 57 nükleer santral olduğunu bildirdi.

<span class="mw-page-title-main">İyon</span> toplam elektron sayısının toplam proton sayısına eşit olmadığı, atoma net pozitif veya negatif elektrik yükü veren atom veya molekül

İyon ya da yerdeş, bir veya daha çok elektron kazanmış ya da yitirmiş bir atomdan oluşmuş elektrik yüklü parçacıktır. Atomlar kararsız yapılarından kurtulmak ve kararlı hale gelebilmek için elektron alırlar ya da kaybederler. Bunun için de başka bir atomla ya da kökle bağ kurarlar.

<span class="mw-page-title-main">Ağır su</span> nükleer reaktörlerde kullanılan, hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum) izotopuna sahip yoğunluğu yüksek su

Ağır su (D2O), nükleer reaktörlerde kullanılan, hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum) izotopuna sahip, yoğunluğu yüksek sudur.

<span class="mw-page-title-main">Alfa parçacığı</span>

Alfa parçacığı (alfa, Yunan alfabesindeki ilk harf ile gösterilir, α) parçacık ışınları arasında yüksek derecede iyonlaştırıcı bir ışın formudur. İki proton ve iki nötronun helyum çekirdeğindekine benzer bağları sebebiyle He2+ olarak da gösterilir. Alfa parçacığının kütlesi 6.644656×10−27 kg olup, 3.72738 GeV enerjiye denktir.

Plütonyum-239, plütonyumun bir izotopudur. Plütonyum-239, nükleer silah üretiminde kullanılan birincil fisil izotoptur ancak uranyum-235 de bu amaç için kullanılır. Plütonyum-239 aynı zamanda uranyum-235 ve uranyum-233 ile birlikte termal spektrumlu nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilen üç ana izotoptan biridir. Plütonyum-239'un yarı ömrü 24.110 yıldır.

<span class="mw-page-title-main">Madde</span> uzayda yer kaplayan, hacmi ve kütlesi olan tanecikli yapılara denirduyularla algılanabilen, bölünebilen, ağırlığı olan, yer kaplayan nesne

Madde ya da özdek, uzayda yer kaplayan hacmi ve kütlesi olan tanecikli yapılara denir. Beş duyu organımızla algılayabildiğimiz (hissedebildiğimiz)ve eylemsizliği olan canlı ve cansız varlıklara denir.

Çok düşük basınçlarda gaz içeren vakum çemberinde, iki elektrot arasına dc voltajı uygulanırsa, aralarında küçük voltajda bir akım geçer ve çember üzerinde düzgün bir potansiyel oluşur. Voltaj arttıkça ışıldama deşarjı oluşur. Katot akım yoğunluğu, katot üzerinde sabit kalır ve katot bölgesi, saçılan malzemenin uyarılma spektrumundan dolayı katot malzemesinin karakteristiğini gösteren renkte hafif bir ışıldamaya sahip olur. Bu renk yüzeyin saçılarak temizlenmesiyle ortaya çıkan değişim ile gözlenebilir. Daha yüksek basınçlarda, katot bölgesinin tüm katodu kapattığı görülür. Bu normal bir ışıldama bölgesidir ve iyon kaplama, saçtırmanın yapıldığı bölgedir. 1000 dc voltajda kendi kendine devam eden dc diyot gaz deşarjını elde etmek için 10 µm Argon basıncı gerekir.

<span class="mw-page-title-main">Çerenkov radyasyonu</span>

Çerenkov ışıması ya da Çerenkov radyasyonu elektrik yüklü bir parçacığın bir yalıtkan içerisinden bulunduğu ortamdaki ışık hızından daha büyük bir sabit hızda geçerken ortaya çıkan bir elektromanyetik ışımadır.

<span class="mw-page-title-main">Fukuşima I Nükleer Santrali kazaları</span> nükleer bir felaket

Fukuşima I Nükleer Santrali kazaları; 2011 Tōhoku Depremi ve Tsunamisi sonrasında, 11 Mart 2011 tarihinde Fukuşima I Nükleer Santrali'nde atmosfere radyoaktif maddelerin denize karışmasına sebep olan olaylar dizisidir. Uzmanlar kazayı Çernobil Felaketinden sonra dünyanın en büyük ikinci nükleer kazası olarak tanımlamakla birlikte, tüm reaktörlerde sorun yaşanması kazaları bugüne kadarki en karmaşık Nükleer kazalardan biri yapmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Radyonüklit</span>

En basit çekirdek olan hidrojen çekirdeği hariç bütün çekirdeklerde nötron ve proton bulunur. Nötronların protonlara oranı hafif izotoplarda birebir oranındayken periyodik tablonun sonundaki ağır elementlere doğru bu oran gittikçe artmaktadır. Bu oran daha da artarak nüklitin artık kararlı olmadığı bir noktaya gelir. Daha ağır nüklitler, dışarıya verecekleri fazla enerjileri olduğundan kararsızlardır. Bunlara radyonüklit denir. Bu süreçte radyonüklid radyoaktif bozunmaya uğrar ve bu esnada gama ışını ve/veya atom altı parçacıklar yayabilir. Bu parçacıklar iyonlaştırıcı radyasyonu oluştur. Radyonüklidler doğada bulunabildikleri gibi yapay yollarla da üretilebilirler.

<span class="mw-page-title-main">Dislokasyon</span>

Dislokasyon ve diğer adıyla çizgisel kusur; malzeme biliminde, kristal yapıların atomsal dizilişlerinde bir çizgi boyunca görülen kusurlardır. Denge konumundan ayrılan atomlar sonucunda çizgi çevresinde artık gerilimler meydana gelir ve şekil değiştirme enerjisi depo edilir. Dislokasyonlar genellikle malzemelerin katılaşma sürecinde oluşmakla birlikte, plastik şekil değiştirme sırasında sayıları artar. Öte yandan boş köşelerin yığılması ve katı eriyiklerde görülen atomsal uyumsuzluk da bu kusurların oluşmasına sebep olabilir. Kenar dislokasyonu ve vida dislokasyonu olmak üzere iki ana dislokasyon türü vardır. Gerçekte ise bu iki dislokasyonun özellikleri bir arada görülür. Bu tür dislokasyonlara ise karışık dislokasyonlar adı verilmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Kristal yapı kusurları</span>

Kristal yapıların atom veya molekül dizilimlerinde görülen çeşitli kusurlar vardır. Bu kusurlar noktasal, çizgisel, düzlemsel ve hacimsel olmak üzere dört ana başlığa ayrılmaktadır. Bu kusurların biçimi, boyutu, miktarı ve yeri maddenin özelliklerini direkt olarak etkilemektedir.

Nükleer bağlanma enerjisi, atomun çekirdeğini bileşenlerine ayırmak için gereken enerjidir. Bu bileşenler nötron, proton ve nükleondur. Bağ enerjisi genelde pozitif işaretlidir çünkü çoğu çekirdek parçalara ayrılmak için net bir enerjiye ihtiyacı vardır. Bu yüzden, genelde bir atomun çekirdeğinin kütlesi ayrı ayrı ölçüldüğünde daha azdır. Bu fark nükleer bağlanma enerjisidir ki bu enerji birbirini tutan bileşenlerin uyguladığı kuvvet tarafından sağlanır. Çekirdeği bileşenlerine ayırırken, kütlenin bir kısmı büyük bir enerjiye dönüştürülür bu yüzden bir kısım kütle eksilir, eksik kütlede bir fark yaratır çekirdekte. Bu eksik kütle, kütle eksiği diye bilinir ve çekirdek oluşurken çıkan enerjiye takabül eder.

Radyasyon koruması, bazen radyolojik korunma olarak da ifade edilir, Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu (UAEK) tarafından "Bireyleri iyonlaştırıcı radyasyonun olumsuz etkilerinden koruma ve bu amaca ulaşma yolları" olarak tanımlanmıştır. UAEK ayrıca "Radyasyon korunması sadece bireyler için geçerlidir. Bu korumanın insan olmayan türler ve çevre için geçerli olup olmadığı tartışmalıdır." bildirisini yapmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Atom teorisi</span> maddenin doğası üzerine bir bilimsel teori

Kimya ve fizik biliminde atom teorisi; maddenin atom adı verilen süreksiz ve ayrık yapılardan oluştuğunu belirten, maddenin doğası üzerine bir bilimsel teoridir. Antik yunanda felsefi bir kavram olarak başlayan bu düşünce, 19. yy başlarında kimya alanındaki keşiflerin de maddenin gerçekten atomlardan oluştuğunu destekleyen bulgularıyla kendisine ana akım bilimde yer edinmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Süneklik</span> mühendislik

Süneklik, genellikle bir malzemenin çekme yatkınlığı olarak tanımlanan mekanik bir özelliktir. Malzeme biliminde süneklik, bir malzemenin kopmadan önce çekme gerilimi altında plastik deformasyonu sürdürebilme derecesi ile tanımlanmaktadır. Süneklik, bir malzemenin belirli üretim işlemlerine uygunluğunu ve mekanik aşırı yükü emme kapasitesini tanımlayan mühendislik ve imalatta önemli bir husustur. Genellikle sünek olarak tanımlanan malzemeler arasında altın ve bakır bulunmaktadır. Benzer bir mekanik özellik olan dövülebilirlik, bir malzemenin basınç stresi altında bozulmadan plastik olarak deforme olma yeteneği ile karakterize edilmektedir. Tarihsel olarak, çekiçleme veya haddeleme yoluyla şekillendirmeye uygun olan malzemeler dövülebilir olarak kabul edilmiştir. Kurşun, nispeten dövülebilir ancak sünek olmayan bir malzeme örneğidir.

Bilge Yıldız, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde nükleer bilim, malzeme bilimi ve mühendisliği profesörüdür. Dirençli ortamlarda enerji dönüşümü için yeni materyaller geliştirmektedir. Bunlar, nükleer enerjinin geri dönüşümü için katı oksit yakıt hücrelerini ve korozyona dayanıklı malzemeleri içerir.