Transcript Radyometrik İncelemeler

RADYOMETRİK
İNCELEMELER
Son yıllarda nükleer yakıtlara olan talepten
dolayı, radyoaktif minerallerin aranması önemli
olmaya başlamıştır. Radyoaktif arama yöntemi,
radyoaktif olan maden yataklarının ve ayrıca
radyoaktif olmayan ama titanyum ve zirkonyum
gibi radyoaktif elementler ile çevrelenmiş
yatakların aranmasında uygulanır. İçerdikleri
radyoaktif minerallerin türüne göre farklılık
gösteren kayaç tiplerinin belirlenip , bunların
jeolojik haritalanmasında kullanılır.
Doğada elliden fazla radyoaktif izotop
vardır. Fakat bunların çoğunluğu , doğada çok
nadir görülmekte veya çok zayıf radyoaktivite
göstermektedir. Başlıca elementler Uranyum
(238U), Toryum (232Th) ve Potasyum’dur
(40𝐾 ).Son izotop, U ve T konsantrasyonları ile
çevrelenmeyen potasyumca zengin kayaçlarda
çok yaygındır. Potasyum ekonomik açıdan
önemli olan minerallerin varlığını gizleyebilir
ve bu nedenle bu tip araştırmalarda jeolojik
gürültü olarak karşımıza çıkar. Şekil 1 ‘ de
farklı kayaç tiplerindeki U, Th ve K oranlarını
gösteren üçlü diyagram görülmektedir.
Şekil 1.farklı kayaçlar içindeki radyoaktif elementlerin bağıl
radyoaktiviteleri de gösterilmektedir.(Wollenberg 1977)
Radyoaktif araştırmalar , çok özel
hedeflere yöneldiğinden , diğer jeofizik
yöntemlerinden daha az yaygın
kullanılmaktadır. Radyometrik tekniğin en
yaygın uygulaması muhtemelen kuyu
loglarındadır.
Doğal Radyasyon
Spontan radyoaktif bozunma alfa, beta ve gama
radyasyonu üretir . Alfa ve beta 'ışın' parçacıkları aslında ;
gama ışınları quantum teorisinin bize söylediği gibi yüksek
enerjili elektromanyetik dalgalardır ve taneciklerden
oluşuyor gibi davranır.
Alfa parçacığı
Bir alfa parçacığı 2 proton ve 2 nötron tarafından tutulur
ve kararlı bir helyum özü oluşturur.Alfa parçacığının
emisyonu radyoaktif bozunmanın ana sürecidir, atom
numarasında 2 ve atom içinde toplam 4 azalma
gerçekleşir.Parçacıkların büyük kinetik enerjileri vardır fakat
diğer çarpışmalardan dolayı enerjisi hızla aşağı düşer.Termal
enerjilerde 2 orbital elektron ve ayrımı imkansız helyum
atomlarında artış gösterir..Katı bir kaya içinde ortalama
mesafede yolculuk etmeden önce ölçülebilir bir milimetrenin
fraksiyonundan oluşur.
Beta parçacığı
Beta parçacıkları atom çekirdeklerinden
elektron çıkarılmasıyla oluşur. Diğer
elektronlardan farklı olarak yüksek enerjilere
sahiptirler ve birçok çarpışma tarafından
yavaşlatıldıktan sonra enerjileri hızla azalıp
sona erer. Beta parçacıklarının katı veya
sıvılarda ortalama sıralaması santimetreyle
ölçülür.
 Gama
ışınları
Gama ışınları parçacıklardan oluşan yüksek
enerjili elektromanyetik dalgalardır, foton olarak
bilinir, enerjileriyle doğru orantılıdır. Gama
ışınlarının enerji dizilimi genelde yaklaşık 0.1 MeV
ile başlar.(frekansı yaklaşık 0.25x10^20Hz).Çünkü
onlar nötr elektriklidir, fotonlar hem alfa hem beta
parçacıklarından çok kaya kalınlıklarına nüfuz eder
dolayısıyla radyasyonun formunda jeofiziksel açıdan
oldukça kullanışlıdır. Yinede yüzeyin 20-30 cm
altından yukarı doğru %90'ı gama fotonu olan
kayalar çıkacak ve sadece %10'ı toprak olan kısım
yerin 50 cm altından yukarı gelecek. Yaklaşık yerin
1 metre altında yukarı doğru çıkan radyasyonun
%97 sinin emilmesinde su eşit tesirlidir.
Diğer yandan havanın 100 metresinde gama
ışını akışının yaklaşık yarısı absorbe edilecek.
Zayıflatma frekans bağlılığıdır ve (bir
kereliğine) daha yüksek frekans , daha çok
nüfuz etme gücüne sahip radyasyon enerjisidir.1
MeV akışını yarısı havanın 90 metresi
tarafından absorbe edilir fakat 3 MeV akışın
yarısını absorbe etmek yaklaşık 160 metre
havada ancak mümkün olur. Her iki durumda
da rakamlar gösteriyor ki atmosferik emilim yer
incelemelerinde ihmal edilebiliyor.
 Radyoaktif
Mineraller
Çok fazla sayıda radyoaktif mineral vardır.
Şekil 2’ de en yaygın olanları ve bulundukları
kayaç tipleri verilmiştir. Radyoizotop halinde
bulunan doğal mineral, radyometrik arama
yöntemi ile radyoaktif elementin aranmasında
önemsizdir. Çünkü bunlar arama yöntemleri ile
bulunurlar.
Şekil 2. Radyoaktif mineraller (Telford vd. 1990’dan)

Radyoaktif bozunma serileri
Ana radyoaktif bozunma serileri tablo 3’ de
gösterilmiştir. 40𝐾 doğal potasyum oluşumunun
%0.0118 i, tek adımda bozunma, beta emisyonu
tarafından Kalsiyuma yada elektron zaptı
tarafından(k-capture) Ar formuna
dönüşür.Argon çekirdeği hareketli bir
durumdan çıkar ama 1.46 Mev fotonun
emisyonuyla durgunlaşır. 40𝐾 nın yarılanma
ömrü beta bozunması için 1470 m.y'dır ve ktutulması içinse 11000 m.y dır.Diğer önemli
primeval radyostop bozunmalar ise doğal
kararsız çekirdeklerdir. 40𝐾 nın birden fazla
bozunma modu olabilir ve bu modlar çok
karmaşık bir yapıya sahip olabilir.Hepsi ancak
kararlı izotopla sona erer. 238U ve 232Th bozunma
serileri Şekil 3’ de gösterilmiştir.
Şekil 3. 238U,232TH VE 40K NIN DOĞAL RADYOAKTİF
BOZUNMASI
 NoTLAR:
 1-Her
100 bozunmada özgül enerjinin foton
numaraları % olarak gösterilmiştir(parantez
içinde).bir bozunmada birden fazla ürün elde
edilebilir.
 2-ana elementlerin %10 undan daha azını
içeren bozunma evreleri gösterilmemiştir.
 3-diğer birçok olayda yayılan foton enerjileri
belirlenmiştir
Doğal oluşum elementlerinin % 0.7114 ünü
235U meydana getirir ve tüm uranyum
aktivitesinin %5 ine katkıda bulunmasına sebep
olmasına rağmen daha pratik amaçlar için
ihmal edilebilir.
Doğal gama ışını spektrumu
Doğal gama ışınları 3MeV un üstündeki Xraylarla kozmik radyasyonlarla sıralanırlar.
Tipik bir ışın ölçer Şekil 3 de gösterilmiştir. Tek
zirveler belirli bozunma olaylarına eşlik eder ve
nükleer kinetik enerjinin bozunma süresi ve
bazı ölçüm hataları tarafından içeriye doğru
küçük bir sıralanmayla her bir fotondaki
enerjide düşme meydana gelir. Zirveye
uygulanan zemindeki kıvrımlar dağınıklığından
dolayı karasal ve kozmik(genel olarak güneşle
ilgili) radyasyonlardır.

Gama fotonları 3 şekilde dağılabilir. Çok
enerjili fotonlar atom çekirdeğine elektronpozitron şeklinde geçiş yapabilir ve pozitron
daha fazla gama ışını üretmek için diğer
elektronlarla etkileşime girer. Düşük
enerjide gama ışınları atomdan elektron
çıkartabilir(compton saçılımı).Bazı enerjiler
elektrona transfer edilir geri kalan enerjiyse
düşük enerjili fotonlar olarak devam eder.
Düşük enerjide ,bir foton bir atomun
elektronuna etki edebilir ve kendi kendini
absorbe edebilir.(fotoelektrik saçılımı)
Şekil 4. Doğal gama ışını spektrumu. Bu dikey
ölçeğin logaritmik olduğunu not ediniz.
Radyoaktivite ölçümünde kullanılan
aletler
En erken dedektörler düşük basınçlı gaz
iyonizasyonunda ve yüksek potansiyel farkı
bulunan elektrotlar arasındaki elektrik
boşaltımında kullanıldı. Bu Geiger-muller
sayacının artık modası geçti. Onlar genel olarak
alfa parçacıklarına cevap verirlerdi ve uzun ölü
periyotlardan sonra hiçbir yeni olay
keşfedilmediği sürece eski seviyesinden
aşağılara düştü.
1 .)Scintillometers:
Scintillometreler gama yayınımının ölçülmesinde
kullanılır. Talyum ve lityum gibi maddelerde gama
ışınlarını ışığa dönüştürürler ki , bunlara sintile edenler
denir. Bir ışık çoğaltıcı yarı geçirgen katot üzerinde yer
alan foton ışığının elektron yayınımına neden olur. Foton
şiddetlendirici, elektron palsları anoda varmadan önce
güçlendirir. Anotta daha sonraki güçlendirme ve
integrasyondan sonra dakikadaki elektron palsları
sayılarak kaydedilir.
Scintillometre, Geiger ‘a göre çok pahalı ve taşıması
daha zordur. Fakat, gama ışınlarının saptanmasında %
100 etkilidir. Geliştirilmiş modelleri , yer veya havadan
ulaşım araçlarına monte edilebilir.
2.) Gama ışını spektrometreleri
Gama foton enerjisin eğer PMT dairesi
içinde atım yükseklik analizörü anonimse
scintilasyon olayını üretttiği tahmin edilebilir.
Enerjik olaylar içeriği önceden belirlenmiş enerji
pencereleri veya önceden seçilmiş enerji eşiğinin
yukarısı ayrı ayrı ölçülebilinir ve Şekil 3 de
gösterilen benzer kıvrımların elde edilebilmesi
bütün gama ışını akışının bitişik pencerede
gözlemlenmesiyle mümkün olabilir.
Kurallar içinde, spektometre terimi 256
veya daha fazla kanalla tam spektrum kaydı
yapabilmeli ve bu araçlara göre düzenlenmeli
fakat pratikte bazı enerji derecelerinin
farklılıklarıyla çok kanallı araçlara
uygulanabilir. Genelde 4 kanal vardır.

Havadan yapılan gama ışını
spektrometre kullanımlarında aletin
genellikle radyoizotop
konsantrasyonlarının olduğu alanların
üzerinden geçerken veya uçağın
radyoizotop oranları belli olan bir duvar
üzerinden geçmesi ile kalibrasyonu
yapılır. Bir alanın gerçek uranyum ,
toryum ve potasyum konsantrasyonları
yerden yapılan ölçümler ile
hesaplanabilir.

Şekil 5. ϒ- ışını aktivitesi (uranyum kanalı)(sayım /dak)
UYGULAMA ALANLARI VE TÜRKİYE’DEN
ÖRNEKLER
Gama – ışını spektrometre etütleri sonunda potasyum
konsantrasyou % olarak, uranyum ve toryum
konsantrasyonlarını ise ppm cinsinden gösteren haritalar
hazırlanır. Ayrıca mikroröntgen/saat cinsinden yerin
radyasyon dozunu gösteren haritalar hazırlanır. Etütlerde 0.2
– 3.0 MeV enerji aralıklı ve 256 kanallı spektrometre
kullanılması halinde, yerin yapay radyoizotop dağılım
haritaları da hazırlanabilir. K, U, TH konsantrasyon
haritaları ve yer radyoaktivite haritaları kullanılarak doğal
radyoaktif elementler, bileşiminde bu element bulunan
mineraller, bu mineralle köken ve litoloji bağımlılığı olan
diğer mineral ve jeolojik oluşumlar aranabilir ve
araştırılabilir. Gama – ışını spektrometre ölçümlerinin
uygulama alanları, radyoaktif mineral aramaları, jeolojik
haritalama çalışmaları, kömür, petrol ve doğalgaz aramaları,
altın, ağır mineral ve stratejik mineral aramaları, endüstriyel
hammadde aramaları, doğal ve yapay radyoizotopların neden
olduğu çevre kirliliğinin araştırılması ve diğer bazı
uygulamalar olarak sıralanabilir.
RADYOAKTİF MİNERAL ARAMALARI
Gama – ışını spektrometri, yerkürede doğal
olarak bulunan uranyum, toryum ve potasyum gibi
radyoaktif elementlerin minerallerinin aramasında
başarıyla uygulanmaktadır. Özellikle nükleer
enerjinin hammadesi olan uranyum minerallerini
aranmasında doğrudan ve tek yöntemdir. Dünyada
bu yöntemle bulunmuş yüzlerce uranyum yatağı
bulunmaktadır. Türkiye’de ki uygulama örnekleri,
Yozgat – Şefaatali ve Nevşehir – Bekdik yöreleri
uranyum alanlarıdır.
KÖMÜR, PETROL VE DOĞALGAZ
ARAMALARI
Yapılan bazı çalışmalar kömür ve petrolün
iz elementler ile uranyum, toryum ve radyum
gibi radyoaktif elementleri soğurarak
bünyesinde tutup zenginleştiğini ortaya
koymuştur. Yine yapılan bazı araştırmalar,
petrolün kendi çevresinde uranyum
zenginleşmesine neden olabilecek fiziksel ve
kimyasal şartlar oluşturduğu ortaya koymakta
ve bunu petrollü sahalardaki radyoaktivite
anomalileri ile kanıtlamaya çalışmaktadırlar.
METALİK MİNERAL ARAMALARI
Bakır, kurşun ve çinko minerallerinin
içinde veya beraber bulunduğu jeolojik
birimlerin K, U, Th içeriğine bakılarak yakın
sahalardaki aynı oranda K, U, Th içeren jeolojik
birimlerin dolaylı yoldan belirlenmesine
çalışılabilir. Moxham et. Al. (1961), civarında
bakır kurşun ve çinko mineralizasyonu bulunan
alterasyon zonlarındaki potasyum miktarının
iki katına kadar çıktığı ve spektrometrik
etkilerden elde edilen potasyum konsantrasyon
haritalarına bakılarak söz konusu mineralleri
dolaylı aranabileceğini göstermiştir.

Kanada, ABD, ve Şili’de ki bakır
yatakları ile Zaire’deki kobaltlı bakır
yatakları uranyumca zengin
yataklarıdır.Balıkesir yöresindeki bakır,
molibden ve volfram içeren bazı zonlarda
radyoaktivite yüksektir. Ayrıca, NevşehirGenezin civarındaki uranyumlu zonlarda
bakır mineralizasyonunun varlığı
bilinmektedir.Bu bilgiler ışığında gama-ışını
spektrometri etütleri sonunda hazırlanacak
potasyum ve uranyum konsantrasyon
haritalarından yararlanılarak,, dolaylı olarak
metalik mineral aranabileceği söylenebilir.
ALTIN, AĞIR MİNERAL VE
STRATEJİK MİNERAL ARAMALARI
Bilinen pek çok altın yatağında uranyum
zenginleşmesine rastlanmakta ve bunların
köken birliğinin olduğu düşünülmektedir. Diğer
tarafta zirkon ve monazit gibi ağır minerallerin
birleşiminde toryum elementi bulunmaktadır.
Ayrıca toryum konsantrasyonunun arttığı
yerlerde önemli oranlarda nadir toprak
elementlerine de rastlanmaktadır.

Bunun Türkiye’deki en tipik örneği,
Sivrihisar Kızılcaören yöresindeki toryum
yatağıdır. Bu toryum yatağı barit ve florit
ile birlikte Nd, Ce, ve La gibi değerli nadir
toprak elementleri de içermektedir.
Bilinen bazı sedimenter uranyum
yataklarında selenyum, vanadyum ve
molibden minerallerine sık sık
rastlanmaktadır. Gama-ışını
spektrometrik etütlerle yukarıda
değinilen element veya mineraller dolaylı
olarak aranabilmektedir.
ENDÜSTRİYEL HAMMADDE
ARAMALARI
Bileşiminde potasyum bulunan feldspatlar
cam ve seramik sanayinin en önemli
hammaddeleridir. Spektrometrik etütlerle
hazırlanan K konsantrasyon haritaları
yardımıyla doğrudan potasyum araabilmektedir.
Fosfatlı bileşiklerin uranyumu soğurma özelliği
vardır. Kanada , Fas , Suriye ve Ürdün’deki
fosfat yataklarının önemli miktarlarda uranyum
içerdiği bilinmektedir. Gübre sanayinin
hammaddesi olan fosfatların dolaylı olarak
spektrometre ile aranması olanaklıdır.
3.) Geiger Müller
Geiger sayacı öncelikle beta parçacıklarına
duyarlıdır. Elementin saptanması bir cam tüp
ile yapılır. Tüpün içi argon gibi bir iç gaz ve
buna ilave olarak çok az miktarda söndürme
ajanı halinde düşük basınçta su buharı, alkol
veya metan ile doludur. Tüpün içinde silindir
şeklindeki katot, tüpün ekseni boyunca uzanan
ince anodu kuşatır ve güç kaynağı bunların
arasındaki birkaç yüz voltluk potansiyel farkı
oluşturur.
İçeri gelen beta parçacıkları tüp içindeki gazı
iyonize eder ve oluşan pozitif iyonlar ve elektronlar
elektroda doğru hızlanarak, yolları üzerindeki daha
fazla gazı iyonize ederler. Bunlar bir anot rezistansı
boyunca elektrik palslarının oluşmasına neden olur ve
amplikasyondan sonra ‘klik’ sesleri olarak verilirken ,
bir entegre devre her dakikadaki sayıyı görüntüler.
Söndürme ajanı elektronların pozitif iyon bombardımanı
ile katottan ikinci kez geçişini bastırır.
Geiger sayacı ucuz ve kullanımı kolaydır. Fakat
sadece beta parçacıklarına duyarlı olduğu için kullanım
alanı sınırlı olup, yeryüzünden yapılan ölçümlerde
toprak örtünün az olduğu yerlerde kullanılır.
4.)Alfa Parçacık Monitörleri
Kirli gazdaki radon saha olmaksızın açık gama
ışını anomalilerinin alfa aktivitesi tarafından
görüntülenebilir. Dağınık radon kolaylık kaya ,
toprak içinden geçebilir. Bu metotla uranyum
mineralizasyonu yerini bulmak zor olsa bile
gösterilebilir. Radon gazı , özellikle kil içindeyken,
sağlığa potansiyel zarar verir bu yüzden
görüntülenmesi gerekir.
ŞEKİL 6. Delikteki alfakart radyasyon
Radyometrik İncelemeler
Yer radyometrik İncelemeleri çalışmayı bozucu etki
yaratma eğilimindedir. Kaya veya toprağın ince
tabakalarının koruyucu etkisinden dolayı yamalanmış
zemindeki kayaların radyoaktif minerallerini gözden
kaçırmak çok kolaydır. Aynı uzaklık boyunca baz
noktasına güvenme akılsızca olabilir ve alan gözlemcisi
değişikliklere daha fazla dikkat etmesi gerekir. Dikkat
edilmesi gerekenler ;
1.
Okuma zamanları
2. Radyometrik deneyleri
3.
Geometrik faktörler
4.
Zemin varyasyonları için düzeltmeler
5.
Radyometrik verilerin kaydı
Şekil 7. Geometrik ve düzelme faktörleri için radyometrik
çalışmalar
HAZIRLAYANLAR
 090213061 GAMZE AYHAN
 100213063 DOĞUKAN DURDAĞ

SEFA ALTINTOP
