KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI SAMSUN-ARTVİN ARASI FARKLI NOKTALARDAN ALINAN SEDİMENT ÖRNEKLERİNDE ELEMENT VE RADYOAKTİVİTE ANALİZLERİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Aylin APAYDIN OCAK 2015 TRABZON KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI SAMSUN-ARTVİN ARASI FARKLI NOKTALARDAN ALINAN SEDİMENT ÖRNEKLERİNDE ELEMENT VE RADYOAKTİVİTE ANALİZLERİ Aylin APAYDIN Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünce “YÜKSEK LİSANS (FİZİK)” Unvanı Verilmesi İçin Kabul Edilen Tezdir. Tezin Enstitüye Verildiği Tarih :26.12.2014 Tezin Savunma Tarih :27.01.2015 Tez Danışmanı: Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU Trabzon 2015 Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Ana Bilim Dalında Aylin APAYDIN Tarafından Hazırlanan SAMSUN-ARTVİN ARASI FARKLI NOKTALARDAN ALINAN SEDİMENT ÖRNEKLERİNDE ELEMENT VE RADYOAKTİVİTE ANALİZLERİ başlıklı bu çalışma, Enstitü Yönetim Kurulunun 06/01/2015 ve 1584 sayılı kararıyla oluşturulan jüri tarafından yapılan sınavda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir Jüri Üyeleri Başkan : Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU …………………….. Üye : Doç. Dr. Erhan CENGİZ …………………….. Üye : Doç. Dr. Hasan BALTAŞ …………………….. Prof. Dr. Sadettin KORKMAZ Enstitü Müdürü ÖNSÖZ Yüksek lisans tezi olarak sunduğum bu akademik çalışmanın ortaya çıkmasında değerli görüş ve yardımlarını esirgemeyen kıymetli hocam ve danışmanım sayın Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU’na en içten saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Çalışmanın örnekleme aşamasında her türlü yardımı sağlayan Trabzon Su Ürünleri Merkez Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü’ne ve Biyolog Bayram ZENGİN’e teşekkür ederim. Çalışmalarım esnasında gerekli yardımı ve ilgiyi esirgemeyen hocalarım Sayın Doç. Dr. Hasan BALTAŞ’a, Doç. Dr. Erhan CENGİZ’e, Arş. Gör. Oğuz Kağan KÖKSAL’a Arş. Gör. Erkan KIRIŞ’a, Arş. Gör. Muhammet DOĞAN’a, Uzm. Murat ŞİRİN’e ve Fizikçi Mustafa YAYLI’ya teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca desteğini hiç esirgemeyen eşim Doç. Dr. Gökhan APAYDIN’a en içten teşekkür ve minnetlerimi sunarım. Aylin APAYDIN Trabzon 2015 III TEZ BEYANNAMESİ Yüksek Lisans Tezi olarak sunduğum “Samsun-Artvin Arası Farklı Noktalardan Alınan Sediment Örneklerinde Element ve Radyoaktivite Analizleri” başlıklı bu çalışmayı baştan sona kadar danışmanım Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU’nun sorumluluğunda tamamladığımı verileri/örnekleri kendim topladığımı, deneyleri/analizleri ilgili laboratuvarlarda yaptığımı/yaptırdığımı, başka kaynaklardan aldığım bilgileri metinde ve kaynakçada eksiksiz olarak gösterdiğimi, çalışma süresince bilimsel araştırma ve etik kurallara uygun olarak davrandığımı ve aksinin ortaya çıkması durumunda her türlü yasal sonucu kabul ettiğimi beyan ederim. 26/12/2014 Aylin APAYDIN IV İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ ............................................................................................................................... III TEZ BEYANNAMESİ ....................................................................................................... IV İÇİNDEKİLER ..................................................................................................................... V ÖZET ................................................................................................................................ VIII SUMMARY ........................................................................................................................ IX ŞEKİLLER DİZİNİ .............................................................................................................. X TABLOLAR DİZİNİ ......................................................................................................... XII SEMBOLLER DİZİNİ ..................................................................................................... XIII 1. GENEL BİLGİLER ........................................................................................... 1 1.1. Giriş ................................................................................................................... 1 1.2. X-Işınları ............................................................................................................ 6 1.2.1. X-Işınlarının Oluşumu ....................................................................................... 7 1.2.1.1. Doğal X-Işınları ................................................................................................. 8 1.2.1.2. Yapay X-Işınları ................................................................................................ 8 1.2.1.3. Karakteristik X-Işınları ...................................................................................... 8 1.2.1.4. Sürekli X-Işınları ............................................................................................... 9 1.3. X-Işınlarının Madde ile Etkileşmesi .................................................................. 9 1.3.1. Elektromanyetik Radyasyonun Soğrulması ..................................................... 10 1.3.1.1. Fotoelektrik Olay ............................................................................................. 11 1.3.1.2. Çift Oluşumu ................................................................................................... 12 1.3.2. Elektromanyetik Radyasyonun Saçılması ....................................................... 13 1.3.2.1. Koherent Saçılma ............................................................................................ 13 1.3.2.1.1. Rayleigh Saçılması .......................................................................................... 13 1.3.2.1.2. Delbrück Saçılması .......................................................................................... 14 1.3.2.1.3. Nükleer Rezonans Saçılması ........................................................................... 14 1.3.2.1.4. Nükleer Thomson Saçılması ............................................................................ 15 1.3.2.2. İnkoherent Saçılma .......................................................................................... 15 1.3.2.2.1. Compton Saçılması .......................................................................................... 15 1.3.2.2.2. Raman Saçılması ............................................................................................. 16 1.3.2.2.3. Nükleer Saçılma .............................................................................................. 17 V 1.4. Radyoaktivite .................................................................................................... 17 1.4.1. Doğal Radyoaktivite ......................................................................................... 18 1.4.2. Yapay Radyoaktivite ........................................................................................ 19 1.5. Radyasyon ........................................................................................................ 20 1.6. Radyoaktif Bozunma Çeşitleri .......................................................................... 22 1.6.1. Alfa Işıması........................................................................................................ 22 1.6.2. Beta Işıması ...................................................................................................... 22 1.6.3. Gama Işıması .................................................................................................... 23 1.6.4. Elektron Yakalaması ......................................................................................... 24 1.6.5. Pozitron Bozunması .......................................................................................... 24 1.6.6. Nötron Fırlatılması ............................................................................................ 25 1.7. Doğal Radyoaktif Seriler .................................................................................. 25 1.8. İyonlaştırıcı ve İyonlaştırıcı Olmayan Radyasyonlar ....................................... 26 1.9. Aktivite ve Radyasyon Birimleri ...................................................................... 27 1.9.1. Aktivite Birimleri ............................................................................................. 27 1.9.2. Işınlama Birimi ................................................................................................. 27 1.9.3. Soğrulmuş Doz ................................................................................................. 27 1.9.4. Eşdeğer Doz ...................................................................................................... 28 1.10. Yarıiletken Dedektörler .................................................................................... 28 1.11. XRF Sistemi ..................................................................................................... 29 1.12. XRF Uygulama Alanları ................................................................................... 31 1.12.1. Biyolojik Bilimlerde ........................................................................................ 31 1.12.2. Kriminoloji ...................................................................................................... 31 1.12.3. Malzeme Bilimlerinde ..................................................................................... 31 1.12.4. Kirlilik Analizlerinde ....................................................................................... 32 1.12.5. Arkeolojik Numunelerde ................................................................................. 32 1.12.6. Numunelerin Kimyasal Analizinde ................................................................. 33 2. YAPILAN ÇALIŞMALAR ............................................................................. 34 2.1. ED-XRF Spektrometresi Ölçümleri ................................................................. 34 2.2. Gama Spektrometresi Ölçümleri ...................................................................... 36 2.3. Numunelerin Toplanması ................................................................................. 38 2.4. Numunelerin Hazırlanması ............................................................................... 41 2.5. Element ve Radyoaktivite Analizleri ................................................................ 41 2.6. Aktivite Hesabı ................................................................................................. 45 VI 2.7. Sediment Örneklerinin Jeo Birikim İndeksinin Belirlenmesi .......................... 45 2.8. Sediment Örneklerinin Zenginleştirme Faktörünün Belirlenmesi .................... 46 2.9. İstatistiksel Analiz ............................................................................................ 47 3. BULGULAR ................................................................................................... 48 3.1. Element Analizleri ............................................................................................ 48 3.2. Radyoaktivite Analizleri ................................................................................... 55 3.3. Jeo-birikim ve Zenginleştirme Faktörü ............................................................ 57 4. SONUÇLAR .................................................................................................... 59 5. ÖNERİLER ..................................................................................................... 60 6. KAYNAKLAR ................................................................................................ 61 ÖZGEÇMİŞ VII Yüksek Lisans Tezi ÖZET Samsun-Artvin Arası Farklı Noktalardan Alınan Sediment Örneklerinde Element ve Radyoaktivite Analizleri Aylin APAYDIN Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU 2015, 66 Sayfa Yapılan bu çalışmada Doğu Karadeniz Bölgesi’nde denizden 16 farklı noktadan alınan sediment örnekleri için ağır metal ve radyoaktivite analizleri yapılmıştır. Analizler Epsilon5, PANalytical EDXRF cihazı ve Ortec, HPGe yarıiletken Gama dedektörü ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan analiz çalışmaları sonucunda sediment numunelerinden % miktarda Mg, Al, Si, S, Cl, K, Ca, Ti ve Fe ile ppm miktarda V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Zr, Ba, Pb elementleri tespit edilmiştir. Element konsantrasyon değerleri yardımıyla zenginleştirme faktörü ve jeobirikim indeksi hesaplanmıştır.Yinebu değerler arasındaki Pearson Correlation ilişkileri SPSS programı ile yapılmıştır.Ayrıca radyoaktivite analizleri sonucunda numunelerden yayınlanan 232Th, 226Ra, 137Csve 40Kradyoaktif izotoplarına rastlanmıştır. Anahtar Kelimeler:Sediment, EDXRF, Gama Sektroskopisi, korelasyon. VIII Master Thesis SUMMARY Element and Radioactivity Analysis of the sediment sample taken from different region in Samsun -Artvin area Aylin APAYDIN Karadeniz Technical University The Graduate School of Natural and Applied Sciences Physics Graduate Program Supervisor: Prof. Dr. Engin TIRAŞOĞLU 2015, 66 Pages In this study, sea sediment samples taken from 16 different locations in the Eastern Black Sea Regionwere investigated for heavy metals andradioactivity analysis. This analysis has been performed using EDXRF (Epsilon5, PANalytical)system and a HPGe semiconductor detector (Ortec). As a result of the analysis, Mg, Al, Si, S, Cl, K, Ca, Ti ve Fe (% by weight) and V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Zr, Ba, Pb (ppm by weight) elements were founded. The Enrichment Factors (EF) and Jeo-Accumulated index (I ) values were calculated geo from the element concentration results. Besides, the Pearson Correlation relations with SPSS have been calculated from the concentration values. The results of radioactivity analysis, 232Th, 226Ra, 137Cs and 40K radioactive isotopes released from the samples were also found. Key Words:Sediment, EDXRF, Gamma Spectroscopy, correlation IX