Glukoz, fraktoz ve galaktozun radyasyon doz ölçümünde kullanılabilirliklerinin elektron spin rezonans (ESR) ile incelenmesi
Investigation of the usability of glucose, fructose and galactose in radiation dose measurements by electron spin resonance (ESR)
Yazar: FULYA ÖZSAYIN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA POLAT
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında glukoz (GL), fraktoz (FR) ve galaktozun (GA) dozimetrik özellikleri, Elektron Spin Rezonans (ESR) tekniği kullanılarak ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Işınlama işleminden önce her üç örneğin de ESR spektrumunda herhangi bir sinyal gözlenmez iken, ışınlanmış örneklerin ESR spektrumlarının çok sayıda rezonans sinyalinden oluştuğu görülmüştür. Işınlanmış örnek spektrumlarındaki belirgin bazı rezonans sinyalleri isimlendirilmiş ve mikrodalga gücünün, modülasyon genliğinin, ışınlama dozunun, sıcaklığın ve depolama süresinin bu sinyallerin şiddetlerinde ne gibi değişimlere sebep oldukları araştırılmıştır.Örnekler düşük doz (5-100 Gy) ve orta doz (0.1-5 kGy) bölgeleri olmak üzere iki farklı doz değerinde ışınlanmıştır. Değişik modülasyon genliklerinde oluşturulan mikrodalga-doyum eğrilerinden, her üç örnek için de, mikrodalga gücünün ve modülasyon genliğinin sırasıyla 4 mW ve 10 G seçilmesi durumunda, sinyal şiddetlerinin yapay olarak arttırılabileceği ve böylece algılanabilir minimum doz değerinin 5 Gy' in de aşağılarına çekilebileceği görülmüştür.Düşük ve orta doz bölgelerinde farklı modülasyon genliklerinde oluşturulan doz-cevap eğrilerinin benzetişimleri yapılmış ve en iyi ikinci dereceden polinom şeklindeki bir fonksiyonla betimlenebileceği sonucuna varılmıştır. Rezonans sinyallerinin yeterince şiddetli olmaması nedeniyle, GA örneğinin düşük doz bölgesinde dozimetrik amaçlı kullanıma uygun olmadığına karar verilmiştir.Sıcaklığın sinyal şiddeti üzerine etkisi 130-380 K gibi geniş bir aralıkta incelenmiş ve GL örneğinde gözlenen rezonans sinyalleri I1 ve I2 ile FR örneğinde gözlenen I3 rezonans sinyalinin sıcaklığa karşı oldukça dirençli oldukları görülmüştür. GA örneğinde gözlenen tüm rezonans sinyallerinin yüksek sıcaklıklarda önemli ölçüde zayıfladığı görülmüş ve dozimetrik amaçlı kullanım durumunda yüksek sıcaklıklardan korunması gerektiği sonucuna varılmıştır.Oda sıcaklığında yaklaşık 90 gün boyunca belirli zaman aralıklarında kaydedilmiş ESR spektrumlarından rezonans sinyallerinin şiddetleri ölçülmüş ve zamanla nasıl değiştiklerine bakılmıştır. Işınlanmış GL örneğinde gözlenen rezonans sinyallerinin, GA ve FR örneklerinde gözlenen rezonans sinyallerine kıyasla oldukça kararlı oldukları görülmüştür. Yüksek sıcaklıklarda yapılan tavlama deneylerinde ise, beklendiği gibi sıcaklığın arttırılması ile rezonans sinyal şiddetlerindeki azalmaların da hızlandığı görülmüştür. Yapılan spektrum benzetişim çalışmaları sonucunda, ışınlanmış GL, FR ve GA örneklerinin ESR spektrumlarına dört farklı kökçenin kaynaklık ettiği görülmüş ve bu kökçelerin bağıl miktarları ve spektroskopik parametre değerleri belirlenmiştir.Bu tez çalışması kapsamında elde edilen deneysel sonuçlardan, GL örneğinin hem düşük hem de orta doz bölgesinde dozimetrik amaçlı kullanıma uygun olduğu sonucuna varılmıştır. FR örneğinin de aynı bölgelerde doz ölçümünde kullanılabileceği ancak, ölçümün ışınlamayı takip eden ilk birkaç gün içerisinde tamamlanması gerektiği düşünülmektedir. GA örneğinin ise, yalnızca orta bölgede dozimetrik malzeme olarak kullanılabileceği ancak, ışınlama işleminden sonra oda sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklardan korunması gerektiği sonucuna varılmıştır.Anahtar Kelimeler: ESR, Glukoz, Fraktoz, Galaktoz, Dozimetri.

Abstract:
In this thesis, the dosimetric properties of glucose (GL), fructose (FR) and galactose (GA) have been investigated in detail by using Electron Spin Resonance (ESR) technique. While any resonance signal is not observed in three samples before irradiation process, it is observed that there are many resonance signals in ESR spectra of the irradiated samples. Some of the significant resonance signals have been marked and the effects of microwave power, modulation amplitude, irradiation dose, temperature and storage time on the intensity variations of these signals have been investigated.The samples were irradiated at low (5-100 Gy) and intermediate dose (0.1-5 kGy) regions as two groups. It was observed from the microwave-saturation curves constructed at different modulation amplitudes that the signal intensities can be increased artificially by adjusting the microwave power and modulation amplitude as 4 mW and 10 G, respectively, for all three samples and thus, the minimum detectable dose can be lowered below 5 Gy. It was found from simulation calculation that the dose-response curves constructed at different modulation amplitudes at low and intermediate dose regions have described well by a second order polinomial function. It was decided that the GA sample is not suitable for dosimetric purposes at low dose range due to the insufficient resonance signal intensities. The effects of temperature on signal intensity have been investigated in a range of 130-380 K and the resonance signals I1 and I2 observed in GL and I2 in FR have found to be highly resistant to the temperature. It was observed that all the resonance signals in GA sample were decayed significantly at high temperatures and concluded that it should be protected from high temperatures as in the case of dosimetric uses.The signal intensities of the resonance signals have been measured from the ESR spectra recorded at different times during the storage of 90 days and the signal intensity variations with time are examined. It was observed that the resonance signals in GL sample are more stable than the resonance signals observed in FR and GA samples. It was observed from the annealing studies at high temperatures that, as it is expected, the decreases in signal intensities are accelerated as the temperature raised. From the spectrum simulation calculations it was observed that four different radical species are responsible from the ESR spectra of irradiated GL, FR and GA and the relative amounts and spectroscopic parameters of these radicals were also determined.From the experimental results obtained from this thesis, it was concluded that GL sample is suitable for dosimetric purposes both for low and intermediate dose regions. It has been considered that FR sample can also be used for dosimetric purposes at the same dose regions, but the measurements should be done in a few days after the irradiation. In the case of GA sample, it was concluded that it can be used as a dosimeter material at intermediate dose region, but the sample should be protected from the temperatures higher than the room temperature.Keywords: ESR, Glucose, Fructose, Galactose, Dosimetry.