... konulu sunumlar: "GİRİŞ Elektromanyetik dalgalar farklı dalga boylarına sahiptir. Bir radyo dinlediğimiz, TV izlediğimiz ya da bir mikrodalga fırınında akşam yemeği yaptığımız."— Sunum transkripti:
1
GİRİŞ Elektromanyetik dalgalar farklı dalga boylarına sahiptir. Bir radyo dinlediğimiz, TV izlediğimiz ya da bir mikrodalga fırınında akşam yemeği yaptığımız zaman elektromanyetik dalgayı kullanmışız demektir. Radyo dalgaları, TV dalgaları ve mikrodalgalar elektromanyetik dalgaların tipleridir. Onlar birbirlerinden sadece dalga boyları ile farklıdırlar. Elektromanyetik spektrum, en uzun dalga boyundan en kısa dalga boyuna şu grupları kapsar; Radyo dalgaları Mikro dalgalar İnfrared dalgalar Optik dalgalar Ultraviole dalgaları X-ışını dalgaları Gama dalgaları
2
Elektromanyetik dalgalar seyahat etmek için moleküllere ihtiyaçları yoktur. Bu elektromanyetik dalgaların hava içinde, katı ortam içinde ve uzay boşluğu içinde seyahat edebileceği anlamına gelir. Bu durumu, uzay yürüyüşü yapan astronotların haberleşmek için niçin radyo kullandıkları açıklar. Radyo dalgaları elektromanyetik dalgaların bir tipidir. Elektromanyetik dalga bir elektrik alanı ile bir manyetik alanın eşleştiği zaman oluşur. Bir elektromanyetik dalganın elektrik ve manyetik alanları birbirine ve dalganın hareket yönüne diktir. Şekildeki mavi renk bir elektrik alanını ve yönünü, yeşil renkte bir manyetik alanını ve yönünü göstermektedir. Elektromanyetik dalga eksen çizgisi üstünde tek bir yönde ışık hızıyla hareket eder.
3
GAMA IŞINLARI Gama ışınları elektromanyetik spektrumdaki en kısa dalga boylu ve en fazla enerjili elektromanyetik radyasyonlardır. X-ışınları ile γ-ışınları arasındaki sınır kesin olarak belirlenmemiştir. Bazı astronomlar 100 keV üzerinde, bazıları 500 keV’a yakın enerjiye sahip fotonları γ-ışınları olarak niteler.
4
Gama ışınları bir tek elementer olayda enerjisinin büyük bir kısmını, çoğu zaman tamamını kaybeder. İçinden geçtiği maddenin hangi atomun civarında bu kaybın olacağı tamamen tesadüfe bağlıdır.
5
Gama ışınları(fotonlar) başlangıç enerjilerine bağlı olarak maddeyle 4 şekilde etkileşirler. Bunlar; Foto Elektrik Olayı Compton Olayı Pozitif ve Negatif Elektron Çiftlerinin Doğuşu Nötronların Meydana Gelişi
6
Foto Elektrik Olayı Gama fotonu, enerjisinin tamamını maddenin atomuna bağlı elektronlardan birine vererek kaybolur. Enerji alan elektron, kinetik güç kazandığından atomdan ayrılır ve adı geçen atomlardan bir “iyon çifti” meydana gelmiş olur. Atomlardan ayrılan elektrona da “Foto Elektron” adı verilir.
7
Compton Olayı Gamma fotonu, herhangi bir madde atomunun elektronuna çarptığı zaman gücünün bir kısmını o elektrona potansiyel enerji olarak verir ve foton kalan enerjisi ile başka bir istikamette yoluna devam eder. Bu suretle meydana gelen potansiyel enerjiye sahip elektrona da “Compton Elektronu” denmektedir.
8
Pozitif ve Negatif Elektron Çiftlerinin Doğuşu Buna Çift Oluşumu olayı da denir. Nadiren meydana gelen bir hadisedir. Bu olayda gamma fotonu, maddenin atom çekirdeği yakınında bir negatif ve bir pozitif elektrona dönüşmek suretiyle kaybolmaktadır. Böylece bir elektron çifti meydana gelmiş bulunur. Şayet Foton, bir elektron çifti meydana getirmek için gerekli olan enerjiden daha fazla bir güce sahip ise, o fazla enerji dahi çift elektronlarca paylaşır ve her iki elektron enerjilerinin büyüklüğü kadar bir hızla uzaklaşırlar.
9
Nötronların Meydana Gelişi Çok yüksek enerjili Gamma ışınlarında nadiren meydana gelen bu hadise, fotonların direkt olarak atomun çekirdeğine kadar ulaşması sonucu fotonlardan daha fazla nüfuz kabiliyetine sahip olan serbest nötron açığa çıkarılması anlamını taşır. Nötronu eksilen atom ise, radyoaktif hale gelmektedir. Bunların her ikisi de radyasyon tehlikesine sahiptirler.
10
Gama ışınlarının kullanım alanları Gama ışınları canlı hücreleri öldürebilir, bu özelliğinden dolayı tıpta, kanserli hücreleri öldürmek için kullanılmaktadır. Sağlık sektöründe gama ışınlarının bir diğer kullanım yeri ise Dansitometri cihazlarıdır. Dansitometri cihazı, X veya gama ışınlarının kemik ve yumuşak dokuda farklı soğurulması ile standart kalibrasyonun kıyaslanarak kemik mineral içeriğini (BMC=bone mineral component)) ve kemik mineral yoğunluğunu (BMD= Bone mineral dansity) ölçen cihazlardır. Gama ışınlaması ile sterilizasyon işlemide yapılmaktadır. Günümüzde gama ışınlaması yöntemi ile sterilize edilen ürünlerin başında tek kullanımlık tıbbi malzeme ve cihazlar ile sağlık bakım ürünleri gelmektedir. Sanayide gama ışınlarının kullanımınıda görürüz.Amerikan NDS SYSTEMS firmasının üretimi bir cihaz sayesinde gama ışınları yardımı ile kalınlık ölçülebilinen bir sistem yapılmıştır. Bu sistemle plastik,kauçuk,tekstil,kağıt,her türlü gıda,süt,ağaç ve ilaç sektöründe kalınlık,nem,protein,yağ vs. ölçülmesi yapılabilmektedir.
11
Sanayideki bir diğer kullanımı ise polietilen gaz ve su boruları kablo izolasyonları, plastik makine dişlileri ışınlanmak suretiyle çapraz bağlama işlemi yapılmaktadır. Çapraz bağlama sonucu bu gibi ürünler sertleşmekte ve erime noktaları yükselmektedir. Ayrıca Gama ışınları gıda ışınlama işleminde de kullanılır. Gıda ışınlama işlemi; gıdalarda bozulmaya sebep olan mikroorganizmalar ve biyokimyasal olayların miktar ve faaliyetlerinin engellenmesi, azaltılması, yok edilmesi, gıdaların raf ömürlerinin uzatılması, olgunlaşma süresinin kontrolü için yapılmaktadır. Gama ışınlarının diğer bir kullanım alanı ise nükleer tıp alanında gama kameralarında kullanılır. Bu kameralar bilgisayarlarla birlikte çalışarak vücüdun görüntülenen bölümüyle ilgili veri sağlayacak görüntü oluşturmak için kullanılırlar.
12
1. İşlem kontrolü (Kontrol Odası) 2. Ürün Taşıyıcı Sistem (Konveyör) 3. Kaynak ve Kaynak Paneli 3.a. Gama Işınları 3.b. Iyonlayıcı Işınlar 4. Işınlama Odası (Biyolojik Zırh) 5. Kaynak Depolama Havuzu 6. Ürün Depolama Alanı Gama ışınlama tesisi Aşağıda Işınlama Tesisinin genel görünümü ve içerdiği kısımlar gösterilmektedir. Türkiye’ de radyasyon ışınlaması iki adet gama ışınlama tesisi ile 9 yıldan beri tıp, gıda ve plastik endüstrisinde uygulanmaktadır.
13
Gama kameraları Gama kamera ile görüntülemede, radyoaktif materyallerin vücuttaki dağılımlarından yayılan gama ışınlarının kolimasyonu gereklidir. Bunun için kolimatörler kullanılır. Kolimatörler genelde kurşun veya tungstenden yapılır ve 4-5 cm kalınlığında 20cm’e 40cm büyüklüğündedir. Kolimatör gama ışınlarının içinden geçebileceği binlerce kare, yuvarlak veya hekzagonal paralel kanallara sahiptir. Kolimatörler direk olarak çok hassas olan NaI(Tl) kristalinin üstüne yerleştirilir. Kolimatörü geçen gama ışınları NaI(Tl) kristaline ulaşır ve ışığa dönüşür. Kristalin arkasında bulunun foto çoğullayıcı tüpler proses için bu ışığı toplarlar. Daha sonra bu ışık sinyallerinin analiziyle görüntü oluşturulur. Gama kameranın boyutuna göre, kalp, karaciğer gibi organların tümü görüntülenebilir.
14
GAMA-IŞIN ASTRONOMİSİ Deneyler, kozmik kaynaklarca üretilmiş gama ışını tespit etmeden çok önce bilim adamları evrende böyle fotonları üretebilecek kaynaklar olabileceğini biliyorlardı. Evrende gama ışınının üretilmesini sağlayan çeşitli işlemler vardır. Bu işlemler kısaca aşağıdaki gibi sıralanabilir: Yüksek enerjili bir parçacığın bir başka parçacık ile çarpışması Bir parçacık ve onun karşı parçacığın birbirlerini yok etmesi Radyoaktif bozunma İvmelendirilmiş yüklü parçacıklar
15
Yüksek enerjili bir parçacığın bir başka parçacık ile çarpışması
16
Bir parçacık ve onun karşı parçacığın birbirlerini yok etmesi
17
Radyoaktif bozunma
18
İvmelendirilmiş yüklü parçacıklar
19
Gama ışınları ayrıca süpernova patlamaları ya da atomların parçalanmasıyla ve daha az dramatik olarak uzaydaki radyoaktif maddelerin bozunmalarından üretilirler. Süpernova patlamaları, nötron yıldızları, pulsallar ve kara delikler tüm gökler âleminin gama ışın kaynaklarıdır. Gama-ışın astronomisinin deneysel ayağının geç kalmasının en önemli nedenlerinden biri de gama ışınlarının Dünyanın atmosferi tarafından soğurulmasıdır. Bu yüzden balonlarla atmosferin üst tabakalarına ya da uydu teleskoplarla yörüngeye çıkılmadan gama ışın astronomisi gelişememiştir. Bu güçlükten sonra araştırmacıların çektiği en büyük zorluk, iyi bir resim yapmak için gereken çok sayıda fotonu bulmak olmuştur. Gama ışın astronomisini zor kılan en önemli ikinci sebep evrende diğer dalga boyları ile karşılaşınca çok az sayıda gama ışın fotonu bulunmasıdır. Yörüngeye çıkan ilk gama ışın teleskopu 1961 yılında fırlatılan Explorer-XI dır. Bu uydu ise sadece 100 kozmik gama ışın fotonu algılayabilmiştir. Dikkate değer sayıda gama ışını ilk olarak, 1967’de fırlatılan OSO-3 uydusundaki gama-ışın teleskopunca tespit edilmiştir. Gama-ışın astronomisinin gözlemsel kısmı en büyük aşamayı, SAS-2 (1972) ve COS-B ( ) uydusu ile kaydetmiştir. Bu iki uydu yüksek enerjili evrenin o zamana kadar hiç görülmemiş görüntülerini sağlamışlardır.
20
Gama-ışın astronomisinin en büyük keşiflerinden biri, 1960’ların sonu 1970’lerin başında, soğuk savaş döneminde ABD ve Sovyetler Birliğinin birbirlerinin nükleer testlerini tespit etmek üzere uzaya gönderdikleri uydular ile yapılmıştır. 1977’de Nasa, Great Observatories programına bir gama-ışın uydu teleskopu da eklendiğini duyurmuştur. Compton Gama-Işın Teleskopu (Compton Gamma-Ray Oservatory, CGRO) 1970 ve 1980’lerin teknolojileri kullanılarak hazırlanmış ve 1991 yılında fırlatılmıştır. Uydu 2000 yılının Haziran ayında jiroskoplarından birinin arızalanması sebebiyle düşürülene kadar yüksek enerjili evren hakkında hala üzerinde çalışılan pek çok bilgi sunmuştur. Bu arada ise gama-ışınlarını algılamak için yeni pek çok materyal geliştirilmiştir. Bu yeni teknolojinin kullanıldığı ilk uydu ESA tarafından geliştirilen INTEGRAL uydusudur (2002). Geliştirilmekte olan bir diğer teleskopta (2006 yılında fırlatılması planlanıyor) Gama-Işın Geniş Alan Teleskopu GLAST’tır (Gamma-ray Large Area Space Telescope). GLAST şu andaki teleskoplardan çok daha yüksek çözünürlükte tüm gökyüzü haritaları hazırlanacaktır.
21
GAMA IŞINI YAYAN BAZI ÖNEMLİ GÖK CİSİMLERİ ATARCALAR:Gama-ışın bölgesinde ışınım yaptığı bilinen 7 atarca vardır ancak burada bunlardan en önemli 4 tanesinin özellikleri açıklanacaktır. 1.VELA ATARCASI(PRS B ): Bu atarca SAS-2 (The second small Astronomy satellite) verilerinde, sadece gözlenen gama-ışın bölgesindeki en parlak atarca değil aynı zamanda bütün gama-ışın gök yüzündeki en parlak kaynaktır. 2.YENGEÇ ATARCASI (PRS B ): Bu atarca bilinen ilk gama-ışın atarcasıdır. Ancak en güçlüsü değildir. SAS-2 ve COS-B bu atarcadan gelen gama ışımasının detaylarını ortaya çıkarmıştır. 3.GEMINGA: Bu kaynağın tarihi bile ilginçtir. Doğası hakkında elle tutulur açıklamalar keşfinden 20 yıl sonra gelmiştir. Geminga (2CG195+04) ilk olarak SAS-2 uydusu tarafından 1972 ve 1973 yıllarında gözlenmiştir. Geminga, halen Vela ve Yengeç atarcaları ile birlikte gökyüzündeki yüksek enerjili gama-ışın bölgesinin en güçlü üç kaynağından biridir. 4.PRSR B : EGRET bu atarcadan da gelen yüksek enerjili gama-ışınlarını tespit etmiştir. Tespit edilen bu ışınların periyodu yaklaşık 197 ms’dir. PRS B ’nin, çok sert foton tayfsal indeksi ve rotasyonel enerjisini gama ışınına dönüştürme konusunda büyük bir yeteneği vardır.
22
BLAZARLAR: Blazar terimi BL Lac cisimleri ve yüksek değişkenlikli güçlü polarize olmuş kuazar terimlerinin harflerinin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur ve benzer özelliklere sahip yeni bir sınıf kaynak için kullanılır. Bir cisme blazar diyebilmemiz için aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir. —Gökyüzünde bir nokta kaynak olarak gözlenmelidir. Örneğin normal bir galaksi ya da bulutsu gibi olmamalıdır. Bazı blazarların etrafında bulutsular vardır ama ışığın çoğu nokta kaynaktan gelir. —Tayfları pürüzsüz olmalıdır. Örneğin normal bir yıldızın sahip olabileceği gibi derin soğurma çizgileri olmamalıdır. —Görülebilir ışığı kutuplanmış olmalıdır. —Tüm dalga boyu aralıklarında bir kuazardan daha fazla ve daha hızlı değişimler göstermelidir.
23
Blazarların gama-ışımasını açıklayan genel olarak kabul görmüş iki model vardır. Bu modeller birbirlerinden, ivmelendirilen asıl parçacıkların leptonlar mı? ya da hadronlar mı? olduğu noktasında ayrılırlar. 1.Leptonik Modeller : Leptonik modellerde blazarların yayınladığı gama ışınımının, ısısal olmayan sinkrotron-yayan elektronların, etraftaki düşük enerjili fotonlar ile Compton saçılmasına uğradığında oluştuğu kabul edilir. 2.Hadronik Modeller :Blazarların yayınladığı gama-ışınlarının sebebini anlamak üzere kurulmuş, blazarın enerjisinin büyük bir kısmının ivmelendirilmiş hadronlarca taşındığını varsayan modellere hadronik modeller denir.
24
MAGNETARLAR : ROSAT (Roentgen Satellite), ASKA ve diğer x-ışın uyduları ile yapılan gözlemler yeni bir tür nötron yıldızının bulunmasını da beraberinde getirdi. Bunların özellikleri radyo atarcaları gibi bilinen nötron yıldızlarından da x-ışın atarcalarından da farklı olduğu için Olağan dışı Atarcalar (Anormal X-ray Pulsar, AXP) olarak adlandırılırlar. GÜNEŞ PARLAMALARI: Güneş parlamalarından gelen gama-ışınları ilk olarak OSO-7 uydusundaki NaI sintilatörü ile gözlenmiştir.
25
SÜPERNOVA PATLAMALARI Bir gökadadaki yıldızlararası bulutların çekimsel çökmesiyle yeni yıldızlar oluşur.Onların evrim hızlarını başlangıçtaki kütleleri belirler..Bir yıldızın merkezinde bulunan hidrojenlerin helyuma dönüşmesi sonucunda büyük bir kütle E=mc 2 bağıntısına göre enerjiye dönüşmektedir.Yıldızın ilerleyen evresinde merkezde ki parçacık sayısı hızla azalmaktadır.Dolayısıyla çekirdekteki hidrostatik denge bozulur ve çekirdek büzülmeye başlar; sıcaklık ve yoğunluk artar.Nükleer tepkimeler artar merkez bölge içe doğru çökerken dış katmanlar genişlemeye başlar.Bu evre yıldızın süperdev aşamasıdır.Buraya kadar anlatılanlar tüm yıldızların evrimleri boyunca hemen hemen aynıdır ancak bundan sonraki süreç yıldızların başlangıç kütlelerine göre farklılık göstermektedir.
26
I.TÜR SÜPERNOVA PATLAMALARI: Yakın bir eş yıldıza sahip olan beyaz cüceler bazen eş yıldızlarından kütle alarak kararsız duruma geçerler.Daha sonra da çökerek önce merkezlerinde demir çekirdek oluştururlar.Merkezlerindeki korkunç basınç altında demir çekirdekler parçalanırlar ansızın çok büyük bir enerji salınır.Tüm yıldız süpernova olarak patlar.Genellikle küçük kütleli yıldızların ölümü sırasında ortaya çıkan bu tür süpernovalara I.TÜR süpernovalar adı verilir. II. TÜR SÜPERNOVA PATLAMALARI: Kütleleri 8 Güneş kütlesinden daha büyük olan yıldızlara büyük kütleli yıldızlar denir.Bu yıldızların evrimleri çok hızlıdır.Yıldızın çekirdeğindeki madde sonunda tamamen demire dönüşür.Bu yıldızlarda merkezden yüzeye doğru farklı kabuklar oluşur.Demir doğada bulunan en kararlı elementtir neredeyse yıldızın çekirdeğindeki 5 milyar sıcaklık bile demirin yanmasını sağlayamaz ve sonunda demir parçalanarak helyum atomlarına dönüşür Dolayısıyla, basınç kuvveti üzerindeki maddenin ağırlığını taşıyamaz.Yıldızın tüm maddesi çekirdeğe düşerek bir süpernova patlaması meydana getirir.Süpernova patlamasıyla bir anda uzaya muazzam enerji salınır.Büyük kütleli yıldızların oluşturduğu bu patlamalara II.TÜR süpernova patlaması denir.
27
PULSARLAR Pulsar ya da atarca adı verilen yıldızların hızlı dönmekte olan nötron yıldızları olduğu düşünülmektedir.Pekçok yıldızın manyetik alanı vardır.Yıldız bir nötron yıldızına dönüşmek üzere çöktükçe yüzeydeki alan çok büyük değerlere ulaşır.Manyetik alan yıldızın içinde kalan elektronların hareketiyle oluşur. Periyotları ile 4 s arasında olan birkaç yüz atarca keşfedilmiştir ancak bunların hepsi gama ışınları yaymaz. Pulsarlar dönmekte olan mıknatıslara benzerler.Zamanla elektromanyaetik ışınımla enerji kaybettiklerinden dolayı radyo frekanslarında bile görünmez olurlar.Galaksimiz uzun zaman önce ölmüş olan pulsarlardan başka bir şey olmayan nötron yıldızlarıyla doludur.
28
Gama Işın Bölgesinde Görülen Pulsarlar:
29
KARADELİKLER: Karadeliklerin Boyutları: Cisim Kütle (M güneş )RsRs Yıldız10 30 km Yıldız 39 km Güneş13 km Dünya3 x mm
30
NÖTRON YILDIZLARI: BEYAZ CÜCELER : Kütlesinin büyük bir kısmını uzaya savurmuş merkezde bulunan bir beyaz cüce Beyaz Cüce Bileşeni Üzerine Madde Akması