Gavur Gölü havzasında doğal radyonüklid ve ağır metal analizi
Natural radionuclide and heavy metal analysis in Gavur Lake basin
Yazar: MUSTAFA EYİCİL
Danışman: PROF. DR. ÖMER SÖĞÜT
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Radyasyon = Radiation ; Radyasyon dedektörü = Radiation detector ; Radyasyon dozajı = Radiation dosage ; Radyasyon fiziği = Radiation physics ; Radyasyon sayacı = Radiation counter ; Radyasyon ölçüm tekniği = Radiation measurement technique ; Radyonüklid = Radionuclide

Özet:
Bu çalışmada, Kahramanmaraş ili Türkoğlu ilçesi Gavur gölü havzasından yaz ve kış aylarında alınan toprak örneklerinde 238U, 232Th, 137Cs ve 40K radyonüklid aktivite konsantrasyonu ölçümleri ile ağır metal ölçümü yapıldı. Toprak numuneleri çalışma alanını radyolojik olarak karakterize edecek şekilde ve numune toplama standartları dikkate alınarak yaz ve kış aylarının her bir dönemi için 40 adet numune toplandı. 238U, 232Th, 137Cs ve 40K  radyonüklid aktivite konsantrasyonu ölçümleri Giresun Üniversitesi Nükleer Araştırma Laboratuvarında bulunan yüksek saflıkta Ortec marka germanyum (HPGe) dedektörü gama spektrometre sisteminde yapıldı. 238U, 232Th, 137Cs ve 40K  radyonüklid aktivite konsantrasyon ölçüm değerleri kullanılarak soğurulan gama doz hızı değerleri, yıllık etkin doz eşdeğeri, radyum aktivitesi değerleri, Hdış, Hiç, 𝐼𝛾 ve Iα indeks değerleri, yaşam boyu kanser riski değerleri hesaplandı ve mevsimsel olarak yapılan ölçüm ve hesaplanan değerlerin karşılaştırması yapıldı. Kış mevsiminde alınan toprak örneklerinde ölçülen 238U, 232Th, 40K ve 137Cs radyonüklid aktivite konsantrasyonları, sırasıyla, 10.33±0.23-24.00±0.44, 10.00±0.22-29.33±0.63, 68.00±0.54-474.00±3.41 ve 1.00±0.20-7.00±0.69 arasında değişirken yaz mevsiminde alınan toprak örneklerinde ölçülen 238U, 232Th, 40K ve 137Cs radyonüklid aktivite konsantrasyonları, sırasıyla, 8.00±0.22-15.33±0.36, 7.33±0.16-17.33±0.38, 54.00±0.43-232.00±1.69 ve 1.00±0.17-6.00±0.47 arasında değişmektedir. Hem kış hem de yaz mevsimlerinde alınan numunelerde ölçülen 238U, 232Th ve 40K doğal radyonüklid aktivite konsantrasyonları, K4-K6 ve K25 numunelerinde ölçülen 40K değerleri hariç, UNSCEAR 2000'de 238U için 35 Bq/kg, 232Th için 30 Bq/kg ve 40K için 400 Bq/kg olarak verilen sınır değerlerden düşüktür. 40 adet kış numuneleri için hesaplanan ev dışı (Ddış) ve ev içi (Diç) soğurulan gama doz hızı değerleri, sırasıyla 14.64-48.42 nGyh-1 ve 28.07-91.96 nGyh-1 olduğu tespit edildi. 39 adet yaz numuneleri için ev dışı (Ddış) ve ev içi (Diç) soğurulan gama doz hızı değerlerinin, sırasıyla 11.03-25.57 nGyh-1 ve 20.35-48.60 nGyh-1 aralıklarında olduğu tespit edildi. UNSCEAR 2000'de  toplam soğrulan gama doz oranının Dünya geneli ortalama değeri 57 nGyh-1 olarak verilmiştir. Bu araştırmada hem kış hem de yaz numuneleri için hesaplanan toplam soğrulan gama doz oranı UNSCEAR 2000'de verilen Dünya geneli ortalama değerinden büyüktür. Kış numuneleri için ev dışı (AEDE)dış ve ev içi (AEDE)iç yıllık etkin doz eşdeğerlerinin sırasıyla, 18-59 µSvy-1 ve 138-451       µSvy-1 aralıklarında değerler altığı tespit edildi. Yaz numuneleri için ise 13-31 µSvy-1 ve 100-238 µSvy-1 değerleri arasında değiştiği bulundu. UNSCEAR 2000'de toplam Dünya geneli ortalama AEDE değeri 70 µSvy-1 olarak verilmiştir. Bu araştırmada hem kış hem yaz numuneleri için hesaplanan toplam AEDE değeri UNSCEAR 2000'de verilen toplam Dünya geneli ortalama AEDE değerinden büyüktür.  Kış numuneleri için radyum eşdeğer aktivitesi (Raeq) değerleri 31-102 Bqkg-1 aralığında değişirken yaz numunelerinde 24-55 Bqkg-1 aralığında değiştiği tespit edildi. Hem kış hem de yaz numuneleri için hesaplan Raeq değerleri UNSCEAR 2000'de verilen toplam Dünya geneli ortalama Raeq (370 Bqkg-1) değerinden küçüktür. Hem kış hem de yaz numuneleri için hesaplanan Hdış, Hiç, I𝛾 ve Iα indeks değerleri 1'den küçüktür. Kış numunelerinde yaşam boyu kanser riskinin  (ELCR)dış ve (ELCR)iç ortalama değerleri sırasıyla 0.129 ve 0.984 olarak hesaplandı. Yaz numunelerinde ise sırasıyla 0.082 ve 0.627 olarak tespit edildi. Hem kış ve hem de yaz numuneleri için hesaplanan toplam ortalama ELCR değerleri UNSCEAR 2000'de verilen 2.54x10-4 limit değerinden büyüktür.
Toplanan numunelerde ağır metal konsantrasyonları KSÜ ÜSKİM laboratuvarında Bruker S8 Tiger marka Dalga Boyu Dağılımlı X-ışını Flüoresans (WDXRF) sisteminde ölçüldü. Toprak numunelerinde mg/kg olarak Al (802-23758), Ti(738-7193), V(48-112), Cr(170-7753), Mn(361-2010), Fe (23612-111917), Co(8-26), Ni(341-4422), Cu(51-113), Zn(57-226), As(15-18), Zr(7-1096), Nb(35-109) ve Ba(171-2203) ağır metalleri ölçüldü.

Abstract:
In this study, 238U, 232Th, 137Cs ve 40K radionuclide activity and heavy meatal concentration measurements were made in soil samples taken from the Gavur Lake basin of the Türkoğlu district of Kahramanmaraş province during summer and winter months of 2019. Soil samples (n=40) were collected, in a way that would radiologically characterize area and taking into consideration of the sample collection standards, for the period of  summer and winter months. 238U, 232Th, 137Cs and 40K radionuclide activity concentration measurements were performed with the gamma spectrometer system with a high purity Ortec brand germanium (HPGe) detector located in the Giresun University Nuclear Research Laboratory. Using the 238U, 232Th, 40K and 137Cs radionuclide activity concentration measurement values, the absorbed gamma dose rate values, annual effective dose equivalent, radium activity values, Hout, Hin, 𝐼𝛾 and Iα index values, lifetime cancer risk values were calculated and a comparison between the seasonal measurements and calculated values was made.  The activity concentrations of 238U, 232Th, 137Cs ve 40K radionuclides measured in soil samples taken during the winter season were found to vary as 10.33±0.23-24.00±0.44, 10.00±0.22-29.33±0.63, 68.00±0.54-474.00±3.41 and 1.00±0.20-7.00±0.69, respectively. The activity concentrations of 238U, 232Th, 137Cs ve 40K radionuclides measured in soil samples taken in summer were also found to vary as 8.00±0.22-15.33±0.36, 7.33±0.16-17.33±0.38, 54.00±0.43-232.00±1.69 and 1.00±0.17-6.00±0.47, respectively. The natural radionuclide activity concentrations of 238U, 232Th, 40K measured in samples taken in both winter and summer are smaller than that of the limit values given in UNSCEAR 2000 as 35 Bq/kg for 238U, 30 Bq/kg for 232Th and 400 Bq/kg for 40K, except for the 40K values measured in samples K4-K6 and K25. The outdoor (Outdoor) and indoor (Outdoor) absorbed gamma dose rate values calculated for 40 winter samples were found to be in the ranges of 14.64-48.42 nGyh-1 and 28.07-91.96 nGyh-1, respectively. The outdoor (Outdoor) and indoor (Outdoor) absorbed gamma dose rate values for 39 summer samples were found to be in the ranges of 11.03-25.57 nGyh-1 and 20.35-48.60 nGyh-1, respectively. The total absorbed gamma dose rate in UNSCEAR 2000 has a global average value of 57 nGyh-1. The total absorbed gamma dose rate calculated for both winter and summer samples in this study are greater than that of  the global average value given in UNSCEAR 2000. For winter samples, it was determined that the outdoor (AEDE)out  and indoor (AEDE)in annual effective dose equivalents ranged between 18-59 µSvy-1 and 138-451 µSvy-1, respectively. For summer samples, it was found that they ranged between 13-31 µSvy-1 and 100-238 µSvy-1. The total world average AEDE value in UNSCEAR 2000 is 70 µSvy-1. The total AEDE value calculated for both winter and summer samples in this study is greater than that of the total world average AEDE value given in UNSCEAR 2000. Radium equivalent activity (Raeq) values for winter samples ranged from 31 to 102 Bqkg-1, while for summer samples they ranged from 24 to 55   Bqkg-1. The Raeq values calculated for both winter and summer samples are smaller than taht of the total world average Raeq (370 Bqkg-1) value given in UNSCEAR 2000. The Hout, Hin, 𝐼𝛾 and Iα index values calculated for both winter and summer samples are less than 1. The mean values of lifetime cancer risk (ELCR)out and (ELCR)in were calculated as 0.129 and 0.984 in winter samples, respectively. They were determined as 0.082 and 0.627 in summer samples, respectively. The total mean ELCR values calculated for both winter and summer samples are greater than that of the limit value of 2.54x10-4 given in UNSCEAR 2000.
Heavy metal concentrations in collected samples were measured at KSÜ ÜSKİM laboratory using Bruker S8 Tiger brand Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence (EDXRF) system. Al (802-23758), Ti (738-7193), V (48-112), Cr (170-7753), Mn (361-2010), Fe (23612-111917), Co (8-26), Ni (341-4422), Cu (51-113), Zn (57-226), As (15-18), Zr (7-1096), Nb (35-109) and Ba (171-2203) heavy metals were determined in soil samples as mg/kg.