X ışınları ve GAMA ile test nasıl yapılır?
X ışınları ve GAMA ile test nasıl yapılır | X ve gama ışınları ısı, radyo dalgaları ve görünen ışık gibi elektromanyetik dalgalar grubuna aittir. Elektromanyetik dalgalar hem tanecik hem de dalga özelliklerini gösterirler. Bütün elektromanyetik dalgalar aynı karakterde olmakla birlikte her birinin kendine özgü özellikleri vardır. Radyografi testleri tecrübeli ve çok dikkatli ekipler tarafından yapılmalıdır. Aksi takir de yüksek doz radyasyona maruz kalma ihtimali vardır. Ama bazı teknik avantajları sebebiyle kullanmak zorunda olduğumuz bir ndt yöntemidir!
Elektromanyetik dalgaların özellikleri arasındaki farklılıklar bu dalgaların enerjilerinden kaynaklanırlar. Örneğin belli dalga boyundaki ışınlar gözle görülebilir ışığı oluştururken diğer dalga boylarındakiler görülmez ama neden oldukları başka etkiler ile saptanabilirler; örneğin ısı dalgaları, radyo dalgaları, mikrodalgalar, X ve Gama ışınları.
TEMEL BİLGİLER: X ışınları ve Gama Işınlarının Özellikleri
X ve Gama ışınları yüksek enerjileri nedeniyle malzemelere nüfuz edebilirler. Yine yüksek enerjileri nedeniyle iyonlaştırma etkileri vardır. Ayrıca doğrusal ilerlerler. X ve Gama ışınlarının bu özellikleri onları radyografik muayenede (ndt) kullanılmalarını sağlar.
Elektromanyetik ışınımların enerjilerini incelenebilir. Bu enerjiler çeşitli ortak birimlerle ifade edilebilirse de, en çok kullanılan birim elektron volttur (eV, keV, MeV). Ayrıca ışınımı, enerjisi yerine dalga boyuyla da tanımlamak mümkündür. Işınımın enerjisi, dalga boyuyla ters orantılıdır; ışınım enerjisi arttıkça dalga boyu azalır. X ya da Gama ışınları göreceli olarak yüksek enerjiye sahip ışınlardır. Bu ışınlar katı maddelere bile nüfuz etme yeteneğine sahiptir. Böylece katı bir maddenin, örneğin bir kaynak dikişinin içinin görülebilmesi ve görüntülenebilmesi sağlanır.
X veya Gama ışınları enerji seviyelerine göre yumuşak, sert gibi tanımlamalar kullanılır. Yumuşak ışınım (soft radiation) düşük, sert ışınım (hard radiation) yüksek nüfuziyet gücüne (enerjiye) sahiptir. Yani nüfuz edebilme kapasitesi enerji arttıkça artar. Gama ışınlarının hangi enerji seviyelerinde yumuşak, hangi enerji seviyelerinde ise sert olarak tanımlanabileceğini şematik olarak gösterilmektedir.
X ve Gama ışınlarının özellikleri Işınımım Şiddeti ile de tanımlanır. Bu kavram, radyografik muayenede doz hızı olarak tanımlanır ve Sv/saat (Sievert/h) birimi ile ifade edilir. Diğer birimlere örnek olarak, mSv/saat, Sv/dak olarak verilebilir.
Işınım şiddeti:
Işınım şiddeti (doz hızı) ve ışınım miktarı (doz) ışınım enerjisiyle karıştırılmamalıdır. Bu konuda basit bir örnek verilirse; bir fotoğraf filmi, görünen ışıkta kararırken radyo dalgalarından etkilenmez çünkü radyo dalgalarının enerjisi film üzerinde reaksiyon oluşturacak kadar yüksek değildir. Kapalı (karanlık) bir havada çekilen film ile aydınlık havada çekilen bir filmin negatifleri karşılaştırıldığında ilk filmin daha az 1 Eşdeğer (Personel) Dozu (H): Işınımın bir maddede oluşturacağı etkiler soğurulan enerjiye (D) bağlıdır.
Ancak biyolojik bir maddede görülen etkiler başka faktörlere de bağlı olduğundan, soğurulan doz biyolojik etkiyi hesaba katacak bir faktör ile çarpılarak bulunabilir.
H = D x q q: biyolojik faktör katsayısı (X ve Gama ışınları için =1)
Eşdeğer (Personel) Doz birimi Sievert (Sv) = J/Kg dır. Sievert biyolojik bir maddenin 1 kilogramına 1 Joule lik enerji veren ışınım miktarıdır.
Eski birim ise Rem dir (Röntgen Equivalent Man) biyolojik bir maddenin 1 kilogramına 0.01 J lük enerji veren ışınım miktarı olduğuna göre: 1 Rem (rem) = 0.01 J/Kg kararmış (düşük pozlama), buna karşı açık havada çekilen filmin negatifinin daha çok kararmış (fazla pozlama) olduğu görülür. Bu ise ışınım şiddeti yani doz hızı ile ilgilidir.
Bir malzemenin veya filmin bir noktasına düşen ışınımın etkisi, ışınım miktarınca belirlenir. Radyografide ışınım miktarı ışınım dozu (doz) olarak tanımlanır. Diğer bir deyişle Doz = Belirli bir doz hızına sahip bir ışınımın, belirli bir sürede, malzemenin bir noktasına düşen miktarıdır.
X ışınları: Doz,
Doz = doz hızı x zaman
Eşitlikten açıkça görüleceği gibi doz ile doz hızı arasındaki ilişki, hız ile mesafe arasındaki ilişki gibidir (mesafe = hız x zaman).
Farklı doz tanımları:
1. İyonlaşma dozu (J): X veya Gama ışınlarının, normal hava koşullarında (0 0C, 760 mmHg), 1 kg lık havada oluşturduğu iyon miktarıdır. Birimi Amper-saniye/kg=Coulomb/kg dır. Eski birimi Röntgen (R) dir. Röntgen, normal hava koşullarında (0 oc, 760 mmHg), 1 kg lık havada 2.58 x 10-4 coulomb luk iyon oluşturan X veya Gama ışını miktarı olduğuna göre; 1 R = 2.58 x 10-4 Coulomb/kg dır.
2. Enerji (Absorblama, Soğurma) Dozu, (D): İyonlaşma dozu sadece x ve Gama ışınları havadan geçerken soğurulan dozu ölçmek için tanımlanmıştır. Yüksek enerjili X-ışınları, alfa, beta v.b. ışınımları herhangi bir maddeden geçerken soğurulan enerjilerinin ölçümünde Röntgen ve Coulomb yetersiz kalmıştır. Bu nedenle radyasyonun cinsinden, enerjisinden ve soğurucu ortamdan bağımsız yeni bir birime (Gray) gerek duyulmuştur.
1 Gray (Gy), ışınlanan maddenin 1 kilogramına 1 joule lik enerji veren ışınım miktarıdır. Eski birim Rad (rd) ise, ışınlanan maddenin 1 kilogramına 10-2 joule lik enerji veren ışınım miktarı olduğuna göre:
1 Gy = 1 J/Kg = 100 Rad veya 100 Rad = 1 Gy dir.
İyonlaşma, Enerji ve Personel Dozlarının birbirlerine dönüşümlerini özetlersek:
Eski Birimler: 1 R=1 rd=1 Rem
Yeni Birimler: 0.258×10-3 As/kg=0.01 Gy=0.01 Sv
X ışınları: Işınımın Zayıflaması:
Malzeme yüzeyine gelen ışınım, enerjisine (nüfuz edebilme yeteneğine) bağlı olarak malzemeye girer ve ışınımın bir kısmı diğer yüzeyden çıkar. Sonuç olarak ışınımın şiddeti, malzemeye giren ışınımla, çıkan ışınımın şiddetleri arasındaki fark kadar azalır, yani zayıflar. Işınımın maddee içinden geçişi sırasında zayıflaması, radyogratif muayenede yaralanılan önemli bir diğer özelliktir.
Işınımın şiddetinin azalması (zayıflaması) kısmen soğurulma olayına (absorblanma), kısmen de saçılma olayına bağlıdır. Soğurulan ışınlar bir daha ortaya çıkmaz. Saçılma, ışıkla yapılan basit bir deneyle açıklanabilir. Malzemeye çarpan ışık demeti, ona nüfuz edemediği için yön değiştirir, yani saçılır. Benzer şekilde X ya da Gama ışınları bir malzemeye çarptığında bunların da bir kısmı saçılır, ışıktan farklı olarak bir kısmı da malzemeye nüfuz eder. Bu ışınların malzemeye nüfuz etmesi sonucunda malzemenin içinde de saçılma meydana gelir.
Saçılan ışınımın enerjisi kayıplar nedeniyle birincil ışınımın enerjisinden daha düşüktür ve rastgele yönlerde olduğu için radyografik muayene açısından olumsuz etkileri vardır. Bu nedenle saçılmaya karşı bazı önlemler alınması gereklidir.
Yüksek enerjili X veya Gama ışınları bir atomun dış yörüngesine çarptığında atomun bir elektronunu koparır. Atomun elektron alanından, bir ya da daha çok elektronun (eksi yük) bu şekilde ayrılması, normalde elektriksel olarak yüksüz olan atomun pozitif elektrik yüklü bir iyon haline gelmesine neden olur. Bu olaya iyonlaşma denir. İletken olmayan maddeler, örneğin gazlar, böyle bir iyonlaştırma işlemiyle elektriksel olarak iletken hale getirilebilir. İletkenlik atomdan koparılan elektronların sayısıyla artar.
X ışınları: İyonlaştırma;
İyonlaşma miktarı ışınımın şiddetine bağlı olduğundan bu durum sadece ışınımın varlığını kanıtlamamıza değil, ayrıca onun şiddetini ölçmemize olanak sağlar. Bu iyonlaştırma özelliğinden dolayı X ve Gama ışınları aynı zamanda iyonlaştırıcı ışınlar olarak da bilinirler.
İyonlaşma sonucunda fotoğrafik ve biyolojik etkiler ile florışıma gibi yan etkiler de ortaya çıkar. Adından da anlaşılacağı gibi florışıma olayı, X ya da Gama ışınlarının etkisiyle ortaya çıkan görünür bir ışımadır. Örneğin, çinko-sülfür (ZnS) ya da kalsiyumtungstenat (CaW4) gibi bazı malzemeler bu etkiyi gösterir. İyonlaştırıcı ışınımın, görünür ışığa dönüşümü hem radyoskopi hem de ölçüm amacı ile kullanılabilir.
X ve Gama ışınları aynı zamanda iyonlaştırma özellikleri ile kimyasal etkiler de yaratabilirler. Bu kimyasal değişimlere, organik maddelerin değişimini veya bozunumunu ve eskimiş X-ışını tüplerinde olduğu gibi camın renklenmesi örnek verilebilir. X ve gama ışınlarının radyografik muayene açısından en önemli etkilerinden biri fotoğrafik emülsiyonlar üzerinde yarattıkları iyonlaştırma etkisidir (fotokimyasal etki). Fotoğrafik emülsiyonlar ışıkla olduğu gibi X ya da Gama ışınları ile de kararırlar. Bu fotoğrafik etki, X-ışını fotoğrafları (radyograflar) elde edilmesinin temelini oluştururlar.
Bu aşamada ışınımın canlı hücreler, özellikle insanlar üzerindeki etkilerine de değinilmelidir. Işınımın biyolojik etkisi sonucunda bir dizi sağlık açısından olumsuz etkiler ortaya çıkar ve ışınımdan korunma zorunluluğunu doğurur. Radyasyondan korunmak için yapılması gerekenler ve gerekli bilgiler Bölüm 8 de ayrıntılı olarak verilmiştir.
X veya Gama ışınlarının tanımlanması:
Özel olarak X veya Gama ışınları şu özellikleri ile tanımlanabilirler:
1. Enerjileriyle,
2. Doz hızlarıyla
Etkinlikleri nicel olarak dozlarıyla ifade edilir.
Radyografik muayene açısından en önemli özellikleri:
1. Doğrusal ilerlemeleri
2. Nüfuz edebilmeleri
Enerji Işınımın nüfuz gücüne bağlı olarak niteliği Çok Yumuşak lOkeV – Yumuşak 100 IkeV – Orta Sert Sert İMeV – Çok Sert lOMeV –
3. Zayıflamaları (saçılma-soğurulma)
4. İyonlaştırma (florışıma, fotokimyasal etki, biyolojik etki)
X ve Gama ışınlarının nüfuz edebilme yeteneği, soğurulma ya da saçılma sonucu meydana gelen zayıflama ile çok yakından ilgilidir.
X ve Gama ışınları bir malzeme üzerine düştüklerinde, gelen ışınımın bir kısmı parçayı kat edip geçer. Geçen ışınımın miktarı parçanın kalınlık, yoğunluk ve kimyasal bileşimine ve özellikle ışınımın enerjisine bağlıdır. Yüksek enerjili sert ışınım, düşük enerjili yumuşak ışınıma göre daha fazla nüfuz etme yeteneğine sahiptir. Aynı zamanda X ve Gama ışınları atom numarası ve yoğunluğu yüksek malzemelerde, atom numarası ve yoğunluğu düşük malzemelere oranla daha zor nüfuz eder.
Örneğin X ve Gama ışınları kurşuna, tahtaya oranla daha zor nüfuz eder. Sonuç olarak ışınımın enerjisi düşerse veya malzemenin kalınlığı, yoğunluğu ve atom ağırlığı artarsa ışınımın zayıflaması artar, dolayısıyla nüfuz eden miktar azalır. Gerçekte X ve Gama ışınları nüfuz etme oranı değişse bile tüm malzemelere bir miktar nüfuz ederler.
Pratikte zayıflama, Yarı Değer Kalınlığı (YDK – Half Value Layer – HVL) kavramıyla ölçülmektedir. Yarı değer kalınlığı, geçen ışınım şiddetini (IYDK) gelen ışınım şiddetinin (I0) yarısına düşürebilmek için gereken malzeme kalınlığıdır.
Işınım Enerjisi:
IYDK/I0 oranına N dersek, bu durumda N=1/2 (=%50) olur. Işınımın zayıflaması enerjiye bağlı olduğundan, belirli bir malzeme için gereken yarı değer kalınlığı da enerjiye bağlıdır ve bu enerji arttıkça bu kalınlık değeri de artacaktır. Bu nedenle yarı değer kalınlığı daima belirli bir ışınım enerjisi değeri içindir.
Her biri üzerine gelen ışınımın yarısını geçiren yarı değer kalınlıklarının yan yana getirilmesinden oluşmuş bir malzeme bloğu düşünelim. Bloğa gelen ışınım şiddetinin I0=%100 olduğunu varsayalım; bu durumda ilk yarı değer kalınlığından (N=1/2) sonra ışınım şiddeti %50, ikincisinden sonra %50 nin %50 si=%25 (N=1/2×1/2=1/4), üçüncüden sonra %25 in %50 si= %12.5 (N=1/2×1/2×1/2=1/8) olur. Böylece kalınlığın artmasıyla ışınımın zayıflamasının basit bir açıklaması yapılabilir.
Ancak durum tek bir enerji seviyesine sahip ışınımlar için (örneğin Gama kaynakları) tanımlamaktadır (monokromatik). Genellikle, gelen ışınım (örneğin, bir X-ışını tüpünden) değişik enerji seviyelerindeki birçok ışınımın karışımını içerir. Böyle farklı enerji seviyelerine sahip karışık (heterokromatik) bir ışınım için de yarı değer kalınlığı belirlenebilir. Ancak bu durumda yarı değer kalınlığından geçen ışınımın enerji dağılımı, gelen ışınımın enerji dağılımına eşit olmayacaktır. Belirli bir kalınlık için ışınımın düşük enerjili kısmı (yumuşak), yüksek enerjili (sert) ışınım kısmına göre daha çok zayıflamaya uğrayacaktır.
Bundan dolayı yarı değer kalınlığı ortalama bir değeri ifade etmektedir. Böyle karışık bir ışınım geldiğinde, parçanın arkasına geçen ışınım gerçekte, gelen oranla daha serttir. Bu durumda ışınımın filtrelenme nedeniyle sertleşmesinden söz edilir. Işınımın sertleşmesi sonucu olarak ikinci yarı değer kalınlığı, birinciye oranla daha sert bir ışınımı zayıflatacak kadar olmalıdır ve ikinci yarı değer kalınlığı birinciden biraz daha kalın olacaktır. Ama birkaç YDK den sonra YDK değeri sabit kalır
Enerji ve Nufusiyet:
Kalın bir parçanın neden olduğu zayıflamayı belirlemek için sadece yarı değer kalınlıkları ile çalışmak genelde zordur. Bu zorluk, geçirme oranı N=1/10 olan Onda bir Değer Kalınlık (ODK) (Tenth Value
Layer – TVL) kavramının (malzeme üzerine gelen ışınım şiddetinin 1/10 a düşmesi için gerekli kalınlık) kullanılmasını gerektirmiştir. Bir ODK, YDK nın yaklaşık 3.3 katıdır.
Daha önce de anlatıldığı gibi ışınım şiddeti, ışınların saçılması ve soğurulmasıyla zayıflar. Soğrulma sırasında ışınım enerjisi başka bir enerji biçimine örneğin ışı ya da ışığa dönüşür. Soğrulma, ışınlanan malzemenin kalınlığı, yoğunluğu ve atom ağırlığı arttıkça artar, ışınım enerjisi arttıkça da azalır (enerji artıkça nüfuziyet artar). Işınımın bir kısmı saçılır, saçılan ışınımın ilerleme yönü değişir ve enerjisi düşer.
Birincil ışınım, malzemenin önünde, içinde ve arkasında kaynaktan çıkış ve malzemeye giriş yönünü koruyarak ilerleyen ve malzemeden bu yönde çıkan ışınımdır. Diğer ışınlar saçılmış ışınlardır. Malzemeden saçılan ışınlar her yöne yayılır.
Parçadan saçılarak tekrar ortaya çıkan ışınım miktarı, parça kalınlığı arttıkça artar. Kalın parçalarla ya da orta enerjili ıuşınım kullanılarak çalışıldığında, saçılan ışık radyografik muayenelerde önemli sorunlar yaratabilir (radyografik kontrast düşer).
Işınımın Saptanması ve Ölçüm Cihazları
X ya da gama (y) ışınları insanların algılama sınırları dışındadır. Bu nedenle insan vücudunda neden olabilecekleri Zaralı etkileri önlemek için uygun cihazlarla varlıklarının saptanması gerekir.
Işınımların daha önce açıklanan iyonlaştırma, florışıma ve foto kimyasal etkilerini kullanarak çalışan cihazlar yapılmıştır. Sadece ışınımın varlığını saptayan cihazlar olduğu gibi, ışınım şiddetini (doz hızı) ve belli sürede alınan ışınım miktarını (doz) nitel veya nicel olarak ölçebilen cihazlar da vardır. İlk olarak iyonlaştırma ve kimyasal etkileri kullanarak yapılabilecek doz ölçümlerinden bahsedilecektir(*).
(*) Genel olarak ölçüm cihazlarından, özellikle küçük olanlardan çok yüksek bir hassasiyet beklenemez. Çünkü bu cihazlar değişik birçok faktörden etkilenirler (örneğin, ışınım enerjisi). Ölçüm doğru yapıldığında bile ölçüm hassasiyetinin ± %10-30 civarında olabileceği hesaba katılmalıdır.
Doz ve doz hızı ölçüm yöntemlerinin radyasyondan korunma önlemleri ve radyografik kontrol çalışmalarında özel bir önemi vardır. Örneğin film çekimi sürecinse alınan dozu sürekli ölçüp, belirli bir doz değerine ulaşıldığında, X-ışını cihazını otomatik olarak devre dışı bırakmak amacıyla bu tür cihazlar otomatik pozlama makinelerinde kullanılmaktadır.
Doz ölçüm cihazları:
Doz ölçümünün en basit yöntemi, ışınım dozuyla film yoğunluğu (kararma) arasında belirli ve sabit bir ilişki olduğu gerçeğinden hareketle, fotokimyasal etkinin kullanımıdır. Bunun için standart özelliklere sahip bir X-ışını filmi özel taşıyıcısı içinde çalışanların yakalarına takılır (Film veya yaka dozimetresi).
Periyodik olarak bu desimetrelerin içindeki filmin yoğunluğu (kararma miktarı) ölçülür. Bunlar kişilerin aldığı doz miktarlarını ölçmede kullanılır ve kullanım süresi genelde bir aydır. Bu süre sonunda değerlendirilmek üzere ilgili kurumlara gönderilir. Ölçüm sınırları 0.0004 – 0.5 Sv arasındadır.
Işınımın şiddetine değil aynı zamanda enerjisine de bağlı olması gibi etkenler film dozimetrelerinin değerlendirilmesini güçleştirmektedir. Bu nedenle ölçümler için merkezi bir laboratuvarın kullanımı zorunlu hale gelmiştir. Türkiye’ de bu ölçümler TAEK tarafından yapılmaktadır.
Radyasyonun iyonlaştırma etkisini kullanan ve daha değişik yapıda olan başka tipte dozimetreler de vardır, örneğin Thermoluminesans, Fotoluminesans dozimetreleri. Bu cihazlarda bulunan özel bir madde ışınıma maruz kaldığında yapısal bir değişime uğrar. Özel değerlendirme yöntemleri ile alınan toplam dozun ölçümü yapılır. Bu tip dozimetreler halen çok yaygın kullanılmamaktadır.
Kişisel doz ölçüm:
Kişisel doz ölçümünde film (yaka) dozimetreleriyle birlikte kullanılan ve radyasyonun iyonlaştırma etkisi ile çalışan bir dozimetre de kalem ya da kaza dozimetreleridir. Bu dozimetrelerde yük durumu ölçülebilen bir kondansatör odacık vardır. Işınım kondansatöre nüfuz ettiğinde plakalar arasındaki hava iyonlaşır ve iletken duruma geçer, böylece dozun büyüklüğüne göre kondansatör boşalır ve bu boşalma mSv ya da ^Sv cinsinden kalibre edilmiş bir cihazla okunabilir.
Bu tip dozimetre ile herhangi bir zamanda alınan doz saptanabilir. Bu cihazlar zaman zaman tekrar şarj edilmelidir (bir tam dolum aletin göstergesinin sıfır konumunda olduğu durumdur). Çok iyi yalıtılmış bir kondansatör bile hiç ışınıma maruz kalmasa da zamanla kendi kendine boşalır ve bu da uzun dönemde ölçümlerde çok yüksek doz değerleri okumasına yol açabilir.
Değişik ölçüm aralıklarına sahip genelde 0-2 mSv dozimetreler de vardır. Eski birim Röntgen cinsinden ölçüm yapan cihazlar da mevcuttur.
Kişisel doz ölçümünde film (yaka) dozimetreleriyle birlikte kullanılan ve radyasyonun iyonlaştırma etkisi ile çalışan bir dozimetre de kalem ya da kaza dozimetreleridir. Bu dozimetrelerde yük durumu ölçülebilen bir kondansatör odacık vardır. Işınım kondansatöre nüfuz ettiğinde plakalar arasındaki hava iyonlaşır ve iletken duruma geçer, böylece dozun büyüklüğüne göre kondansatör boşalır ve bu boşalma mSv ya da ^Sv cinsinden kalibre edilmiş bir cihazla okunabilir.
Bu tip dozimetre ile herhangi bir zamanda alınan doz saptanabilir. Bu cihazlar zaman zaman tekrar şarj edilmelidir (bir tam dolum aletin göstergesinin sıfır konumunda olduğu durumdur). Çok iyi yalıtılmış bir kondansatör bile hiç ışınıma maruz kalmasa da zamanla kendi kendine boşalır ve bu da uzun dönemde ölçümlerde çok yüksek doz değerleri okumasına yol açabilir.
Değişik ölçüm aralıklarına sahip genelde 0-2 mSv dozimetreler de vardır. Eski birim Röntgen cinsinden ölçüm yapan cihazlar da mevcuttur.
Doz Hızı Ölçüm Cihazları
Doz hızlarının ölçümü ise genellikle daha karmaşık cihazları gerektirir ve bir güç kaynağı ile birlikte kullanılır (akü, pil ya da şebeke cereyanı). Işınımdan korunmak açısından çok önemli olmalarına ek olarak bunlar aynı zamanda yarı değer kalınlıklarının belirlenmesinde, X-ışını cihazının kapasitesinin ölçülmesinde ya da Gama ışını kaynaklarının aktivitelerinin kontrol edilmesinde de kullanılırlar. Bazı durumlarda doz ölçümünden yola çıkılarak da doz hızı belirlenebilir. Bu ölçüm belli bir mesafede belli bir sürede toplanan dozun ölçüm süresine bölünmesiyle yapılır (Doz Hızı=Doz/Zaman).
İyonlaşma odacıklı dedektörlerin çalışma prensibi yukarıdaki cihazlarla aynıdır. Fakat kondansatör plakalar bir defalık doldurmayla değil, aralarında sürekli bir gerilim farkı uygulanarak kullanılırlar. Genellikle kondansatör doğru akım devresini keser. İyonlaşma ile oluşacak yük değişiminden dolayı meydana gelecek olan akım, ışınımın şiddetiyle orantılı olacaktır. Bu şekilde ışınımın şiddeti kolaylıkla ölçülebilecektir (^Sv/saat, mSv/saat ya da R/saat, mR/saat olarak). Bu prensibe dayalı basit ve sadece uyarı görevi gören cihazlar (detektörler) vardır ve belli bir doz hızı değeri aşıldığında sesli ve/veya ışıklı uyarı sinyali verirler.
İyonlaşma etkisi:
Kondansatör üzerindeki gerilim büyük ölçüde arttırılarak (1000 V civarında) iyonlaşma etkisi yükseltilebilir. Bu prensibin daha geliştirilmiş şekli olan Geiger ya da Geiger-Müller sayaçlarında iyonlaştırma odacığı tüp şeklindedir ve sayaç tüpü olarak adlandırılırlar. Yukarıda açıklanan prensibe göre çalışan küçük boyutlu bu cihazlar, yüksek kapasite ile birlikte yüksek bir duyarlılığa sahip oldukları içinyaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Ancak bu cihazların özellikle düşük doz hızı (düşük ışınlama enerjileri) ölçümlerinde çok değişken sonuçlar vermeleri gibi sakıncaları vardır.
Çok duyarlı diğer bir cihaz da florışıma etkini kullanan Sintilasyon sayacıdır. Ortaya çıkan ışıma gelen ışınımın doz hızına bağlıdır. Dedektör bir sintilasyon (ya da Florışıma) kristalidir. Oluşan parıldamalar kolayca ölçülebilecek elektrik akımına çevrilirler, ışık sayacı ile aynı prensibi kullanır fakat daha duyarlıdırlar. Sintilasyon sayaçları özellikle bilimsel araştırmalarda kullanılırlar. Ayrıca parlaklığı yine doz hızına bağlı olan normal florışıl ekranlar vardır. Bu tür ekranlar kullanılarak, ışınım kaynaklarının yeri (koruyucu duvarlardan ışınım sızıntısı, karanlık odada gözlem) diğer standart dedektörlere göre daha kolay bir şekilde tespit edilebilir.
X Işınları üretimi:
X-Işını (Röntgen Işını) Üretimi:
Belli bir gerilim farkıyla hızlandırılmış elektrik yüklü parçacıklar, örneğin elektronlar, yollarında bulunan bir engele (hedef metal)çarptıklarında kinetik enerjilerinin küçük bir kısmı X-ışınlarına dönüşür. Elektronların çarpma anında kaybettikleri enerjinin geri kalan büyük kısmı ise ısı enerjisine dönüşür. X- ışını üreteçlerinin verimi çok düşüktür, öyle ki toplam enerjinin yaklaşık %1 i X-ışınına, kalan %99 u ise ısı enerjisine dönüşür.
Bu olayın oluşabilmesi için üç aşamanın gerçekleşmesi gereklidir:
1. Elektronlar üretilmeli,
2. Harekete geçirilmeli,
3. Durdurmak (frenlemek) için önlerine uygun bir engel konmalıdır.
Elektronları üretmek için bir trafodan beslenen düşük gerilimli akımla ısıtılan küçük bir flaman kullanılır.
Flaman, üzerinden geçen akımla ısınır ve elektronlar çıkar. Isınan flamandan belli bir mesafede, metalik malzemeden bir hedef plakası yerleştirilir. Flaman ile hedef arasına çok yüksek gerilim farkı (>10 kV) uygulanarak katotta (flaman) eksi kutup, anotta (hedef plaka) da artı kutup oluşturulur. Eksi yüklü elektronlar katot tarafından itilir ve anot tarafından çekilir.
Böylece katottan anoda bir elektron akışı başlar, elektronlar hedef metale yüksek gerilim farkı nedeniyle hızla çarparlar ve çarpışma nedeniyle hızları azalır, X-ışınları ve ısı açığa çıkar. Isı oluşumu nedeniyle hedef metal yüksek ergime derecesine ve yüksek yoğunluğa sahip bir metalden, genellikle de Tungstenden imal edilir.
Hedef metalin malzemesinin yüksek yoğunluklu olarak seçilmesinin nedeni ise X-ışını verimini arttırmaktır. Ayrıca anot aşırı ısınma nedeniyle hedef metalin ergimesini önlemek için soğutulmalıdır. Üretilen X-ışınlarının anotta henüz oluşma halinde iken gereksiz yere zayıflamaya uğramamaları amacıyla hedef metal elektronların gelme yönüne belli bir açıyla yerleştirilir. Elektronların hava molekülleriyle çarpışıp hedefe ulaşamamaları veya enerjilerini kaybetmelerini önleme için ise tüm sistem havası alınmış (vakum) bir cam tüp içine yerleştirilir.
Odak büyüklüğü:
Elektronların, hedefin gerçek odak (odak noktası) denen çok küçük bir alanına (birkaç mm) çarpması sağlanır. Odağın büyüklüğü elde edilen X-ışını fotoğraflarının (radyografların) netliğini etkilediğinden, boyutu mümkün olduğunca küçük istenir. Elektron demetine genellikle dik olan X-ışını çıkış yönü ile hedef metali arasındaki açı nedeniyle, elektronların hedef ile çarpışması sonucu oluşan gerçek odak noktası olduğundan daha küçük görünür. Gerçek odağın bu izdüşümüne optik etkin odak adı verilir. Bu notlarda ya da radyografik muayenede odak noktası ya da odak sözcüğü geçtiğinde genelde “optik etkin odak” kastedilir. Optik etkin odak noktasının şekli, katodun (flamanın) tasarımına bağlı olarak eliptik, dikdörtgen ya da çizgisel olabilir, odağın boyutları ise 0.5 – 5 mm arasında değişir.
Bazen odak noktasının büyüklüğü ile hedef metalin kapasitesi arasında bir seçim yapmak gerekebilir. Bu tür durumlar için çift odaklı tüpler vardır. Bazı özel çalışmalar için çok küçük odaklı (0.5 mm den küçük) tüpler üretilmiştir ama bu tüplerde elde edilen ışınım daha düşük doz hızına sahiptir. Daha büyük odağın avantajı hedefte daha geniş bir elektron demetinin yavaşlatılmasıyla daha büyük doz hızının üretilebilmesine olanak sağlamasıdır. Odak büyüklüğü seçilirken ayrıca poz süresi de göz önüne alınmalıdır. Operatör, X-ışını tüpü özelliklerini mevut problemlere uygun bir şekilde seçerek, radyografik muayeneyi daha ekonomik bir şekilde yerine getirilebilir.
Elektronların, hedefe çarpış hızları, dolayısıyla enerjilerinde belirleyici faktör, katot ile anot arasındaki yüksek gerilim farkı olduğundan, üretilen x-ışınlarının enerjileri ayarlanabilir. Kutuplar arasındaki gerilim arttırılınca enerji ve dolayısıyla nüfuziyet kabiliyeti artar. Enerjisi artan ışınımın, ışınım şiddeti de artar. Üretilen ışınımın şiddeti (doz hızı), sadece yüksek gerilime değil aynı zamanda elektron akışına yani flamandan geçen akıma da bağlıdır. Flamana uygulanan akım arttıkça oluşan elektron sayısı da artar. Bu da üretilen ışınım miktarını yani ışınım şiddetini (doz hızını) arttırır.
Optik odak:
X-ışını tüpleri genellikle 50 – 420 kV luk bir gerilim altında çalışır. Sabit tüp akımlı (örneğin 5 mA) cihazlar olduğu gibi tüp akımı 2 – 30 mA arasında ayarlanabilen cihazlar da vardır. Tüp akımının ertışı da doz hızını arttırır. Burada bahsedilen tüp akımı flamana uygulanan akım değil, flamandan (katot) hedef metale (anot) doğru olan elektron akışının oluşturduğu akımdır.
Bir tüpün kapasitesini tanımlayabilmek için, odaktan 1 m uzaklıkta, 1 mA akımda, maksimum gerilimdeki doz hızı ölçülür. Bu değere doz hızı sabiti (r) denir. Birimi Sv-m2/saat-mA dir.
riw~Saxt saat m A
Optik etkin odak
Bir X-ışını tüpünün doz hızı sabiti bilindiğinde, herhangi bir akım değeri için o tüpün 1 m uzaklığındaki doz hızı, cihazın çalıştığı akım değeri ile doz hızı sabiti çarpılarak bulunabilir. Bundan başka, odaktan belli bir uzaklıktaki doz hız da, ilgili uzaklığın karesine bölünerek hesaplanır. Elektromanyetik yayınım için yayınımın şiddeti mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Bu ilişki ters kare kanunu olarak adlandırılır. Dozimetre ile yapılan ölçümlerde ışınım kaynağı için doz hızının uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azaldığı deneysel olarak gözlenebilir. Örneğin: 1 mA tüp akımı ile çalışan bir X-ışını tüpünün doz hızı kaynaktan 1 m uzakta 72 mSv/saat ise, 2 m uzakta doz hızı 72/(22) = 18 mSv/saat, 3 m uzakta ise 72/(32) = 8 mSv/saat ve 10 m uzakta 72/(102) = 0.75 mSv/saat olacaktır. Bu tüpün tüp akımı 10 mA e yükseltilirse, 1 m de 720 mSv/saat, 2 m de 180 mSv/saat olacaktır.
Uygulanan gerilime bağlı olarak oluşan ışınımın enerjisi en fazla elektronların kinetik enerjisi kadar olabilir. Örneğin 100 kV luk bir gerilim uygulandığında, bir elektronun enerjisi 100 keV olacaktır. Bu da üretilen X-ışınları için mümkün olan maksimum enerjidir. Ancak pratikte bu, üretilen X-ışınlarının çok küçük bir kısmı için geçerlidir. Gerçekte ise X-ışınlarının büyük bir kısmı daha düşük enerjiye sahiptir. Sonuçta belli bir sınır enerjisi değerine (EG) sahip bir enerji dağılımı elde edilir (frenleme spektrumu).
Tüpler:
Tüp akımındaki değişikliğin enerji dağılımını etkileyemeyeceğini, fakat ışınımın şiddetini etkileyeceğini göstermektedir. Tüp gerilimi azaltılıp arttırıldığında aynı anda sınır enerjisinin ve maksimum genliğe sahip Ortalama Enerjinin (Emaks) konumlarının ve ışınım şiddetinin değiştiğini göstermektedir.
Bir X-ışını tüpünün özelliklerini tanımlayacak verileri aşağıdaki şekilde toparlanabilir:
• Tüp gerilimi ve akımı için maksimum işletme verileri
• Maksimum çalışma geriliminde doz hızı sabiti
• Odak boyutları
GAMA IŞINLARININ OLUŞUMU:
Gama ışınımı yayınımı “radyoaktivite” kavramı ile açıklanabilir. Radyoaktif bir maddede, atomik karasızlığa neden olan fazla enerjinin ışınım enerjisi olarak açığa çıktığı sürekli bir bozunma olayı meydana gelir. Bozumun türüne göre, Alfa (a), Beta (P) ya da Gama (y) ışınları veya bazen de bunların karışımları gözlenir. Radyografik muayene için genellikle Gama ışınları kullanılır. Alfa ya da Beta parçacıkları ile görüntüleme veya nötron radyografisi ise endüstriyel radyografi açısından çok önemli değildir.
Gama ışınımı, uranyumda olduğu gibi bazen doğal izotop halinde bulunan maddelerden yayınır. Ama atom çekirdeğinde yapay olarak oluşturulmuş fazla yük de doğal olarak ışınım yaymayan bir maddeyi ışınım yayar hale getirebilir. Bu işlem bir nükleer reaktörde (nötron aktivasyonu) olduğu gibi, karalı haldeki bir atom çekirdeğinin nötron (elektriksel olarak nötr parçacıklar) bombardımanına tutularak kararsız (dengesiz) hale getirilmesiyle yapılabilir. Bu tip aşırı yüklü ve kararsız çekirdek Radyoizotop olarak adlandırılır. Radyoizotop haline gelmiş atomun çekirdeği, üzerindeki yükten kaynaklanan fazla enerjiyi parçacık ve/veya ışınım yayarak atmaya ve başlangıçtaki denge durumuna dönmeye çalışır.
Bozunma:
İşte bu kararsız durumdan kararlı duruma geçiş sürecine Bozunma denir. Bir radyoizotop, kimyasal sembolüyle birlikte atom kütle numarasının verilmesiyle ifade edilir, örneğin Co-60 ya da Ir-192 gibi. Çekirdekler değişik kütlelere ve böylece çok değişik ışınım özelliklerine sahip olabilirler. Radyografide bazı radyoizotoplardan “gama kaynağı” ya da sadece “ışınım kaynağı” olarak söz edilir.
Bozunum sürecinde bozunmuş bulunan kısım artık daha fazla ışınım yayamayacağından ve böylece bozunan miktar gittikçe azalacağından ışınımın şiddeti de azalacaktır. Fakat ışınım enerjisi, bozunumun karakteri değişmediğinden aynı kalacaktır. Belli bir zaman diliminde (örneğin saniye) bozunuma uğrayan atomlar sayılarak halen aktif olan madde miktarı nicel olarak belirlenebilir. Buna Aktivite (A) denir ve birimi Bequerel (Bq) dir. Bequerel, 1 saniyedeki bozunmayı ifade eder. Aktivitenin eski birimi Curie (Gi) idi, 1 Curie, 1 gr Radyumun aktivitesidir ve 1 saniyede bozunuma uğrayan atom sayısıdır. 1 gr radyum saniyede 37 milyar bozunuma uğradığına göre:
1 Curie = 37 x 109 Bequerel = 37 GBq dur.
Aktivitenin dolayısı ile ışınım şiddetinin bozunum nedeniyle zamanla nasıl azaldığını göstermektedir. Bozunumun hız bir radyoizotoptan diğerine değişiklik gösterir. Bozumun hızının basit bir ölçüsü Yarı-Ömür Süresidir (YÖS – Half Life, HL). Yarı ömür, kaynağın başlangıç aktivitesinin yarısına düşmesine kadar geçen süredir, yani başlangıç aktivitesi A ise, A/2 ye düşmesi için geçen süredir.
Yarı ömür:
İkinci bir yarı ömür süresinden sonra aktivite değeri A/2 x A/2 = A/4 e yani başlangıç değerinin %25 ine düşer. Bölüm 2.1 deki ışınım şiddetindeki zayıflama ve aktivitedeki düşüş, aktivite için aynı matematiksel yolla ifade edilebilir (Bkz, Bölüm 2.1 yarı değer kalınlığı). Benzer şekilde Onda Bir Ömür Süresi (OBÖS) diye bir tanım kullanılabilir (TVP: Tenth Value Period)
ve burada OBÖS = 3.3 YÖ dür. Bu tanım geniş zaman periyodlarının kolayca ifade edilebilmesini sağlar.
Radyoaktif kaynakları kullanırken, o andaki aktivitelerini bilmek son derece önemlidir (örneğin poz sürelerini saptayabilmek için). Bu yüzden, her radyoaktif kaynak bir bozumun eğrisi ile birlikte (ömür eğrisi) alınır ve satılır. Bu grafiğin aktivite ekseni logaritmiktir, böylece Şekil 2.3 a daki eğri, Şekil 2.3 b de bir doğru haline getirilir.
Her radyoaktif kaynak, belirli enerji seviyesinde ışınım yayar ve bu enerji değeri, sadece bozunum türüne bağlı olduğundan değişmez.
Sadece bir bozunum tipine sahip kaynaklar, bir enerji bileşenli (monokromatik ışınım, örneğin: Cs-137) ışınım yayarken, buna karşılık aynı anda değişik birkaç bozunum tipini içeren bazı kaynaklar birden çok enerji bileşeni içerirler (örneğin Ir-192, Co-60 gibi). Bu nedenle X-ışınımının sürekli bir spektrumu varken Gama ışınımı çizgisel bir spektruma sahiptir.
X ışınları tüpleri:
Bir X-ışını tüpünün odak noktası büyüklüğü, görüntü netliği için ne kadar önemliyse, radyoaktif kaynağın boyutları da o kadar önemlidir. Her iki durumda da görüntü kalitesi açısından olabildiğince küçük boyutlarda olması tercih edilir. Belirli bir radyoaktif kaynağı küçük tutabilmek için spesifik ektivitesinin mümkün olduğunca büyük olması gereklidir. Spesifik aktivite bir izotopun 1 gramına yüklenebilen aktivitedir.
X-ışınımının enerji dağılımının (frenleme spektrumu) ve X-ışını tüpü gerilimi ve akımıyla
değişimi
a) Belirli bir tüp gerilimi için enerji dağılımı
b) Işınım şiddetinin tüp akımıyla değişimi (enerji dağılımı aynı kalır)
c) Enerji dağılımının ve ışınım şiddetinin tüp gerilimim ile değişimi
Bir Gama kaynağının ışınım şiddeti de, X-ışınlarında olduğu gibi, 1 GBq lik bir aktivite için 1 m uzaklıktaki doz hızıyla belirlenir, bu Gama kaynağı için doz hızı sabiti olarak bilinir ve birimi Sv-m2/saat- GBq (R-m2/saat-Ci) dir. Doz hızı sabiti kullanılarak kaynağın başka bir aktivite değeri için herhangi bir uzaklıktaki doz hızı hesaplanabilir. Ters kare kuralı Gama kaynakları için de geçerlidir. Bir Gama kaynağının doz hızı, kaynağa olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.
X ışınları: Endüstriyel Radyografi:
Endüstriyel radyografi için uygun bir gama kaynağı aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
• Uygun yarı ömür süresi
• Kullanılabilir enerji
• Mümkün olan en yüksek aktiviteye sahip küçük boyutlar
• Fazla pahalı olmaması
Bir kaynak aşağıda belirtilen özelliklerle karakterize edilir:
• Gösterim (Ir-192, Co-60 gibi)
• Yarı ömür
• Belli bir tarihteki aktivite
• Boyutlar
• Doz hızı sabiti
Bu faktörler göz önüne alındığında çok sayıda izotoptan dördü ön plana çıkmaktadır. Iridium-192 (Ir- 192), Cobalt-60 (Co-60), Yterbium-169 Yb-169) ve Thulium-170 (Tm-170). Bu dört kaynak için en önemli veriler Tablo 2.1 de özetlenmiştir. Tablo 2.1 in ikinci sütununda, çeliğin izotopla muayenesinde Gama ışını kullanılarak elde edilen sonuçlara eşit sonuç verebilecek X-ışınları için sınır enerjileri EG verilmiştir. Bu tip bir karşılaştırma için radyografik muayenede kullanıldığı şekliyle ışınım kaynağının enerji dağılımının etkin ortalama (efektif) enerjisi göz önüne alınmıştır. Co-60 ın gama ışınları 1.17 MeV ve 1.33 MeV olmak üzere (ortalamaları 1.25 MeV) sadece iki enerji seviyesine sahiptirler.
Eşdeğer bir X- ışını kaynağı bulabilmek için radyografik muayenede kullanıldığı şekliyle X-ışınının enerji dağılımının, etkin ortalama enerjisinin 1.25 MeV olduğu bir sınır enerjisi bulmak gereklidir. Bu şekilde bulunan sınır enerjisi şüphesin ortalama enerjiden oldukça yüksek olacaktır. Tablo 2.1 in ikinci sütununda verilen sınır enerjileri bu şekilde türetilmiştir. Ir-192 yarı ömrü sadece 74 gün olmasına rağmen uygun enerji değerinden dolayı çok kullanılan izotoptur, sınır enerjisi yaklaşık 500-600 keV olan X-ışınımının sınır enerjisi 2.0-2.5 MeV dir ve bu yüzden Co-60 ışınımı kalın parçaların radyografisine uygundur. Ayrıca bir Co-60 kaynağı oldukça uzun bir süre kullanılabilir çünkü yarı ömrü yaklaşık 5.3 yıldır.
X ışınları cihazlarının tasarımı ve çalışma ilkesi:
Bir X-ışını cihazı birkaç parçadan oluşmaktadır. X-ışını tüpü (T), bir koruyucu kılıf (K) ile çevrilmiştir ve bir soğutma ünitesi (S) vardır. Enerji kaynağı (E) hem tüp gerilimi hem de flamanı ısıtmak için gerekli akımı sağlar ve bir kontrol paneli (KP) ile kontrol edilir. Kontrol paneli ışınım almayacak bir yere konmalıdır.
Esas olarak iki tip cihaz vardır:
I. tip cihazlar: Ağırlığı, kapladığı yer ve çalışma özellikleri göz önünde bulundurularak sahada kullanılmak üzere basit şekilde tasarlanmış taşınabilir cihazlardır. Bu tip cihazlarda kontrol paneli dışında diğer tüm birimler tek bir tank içerisinde toplanmış olduğundan Tek Tanklı Cihazlar olarak adlandırılmışlardır. Bu cihazların elektriksel devreleri basit ve kolay hareket edebilecek, taşınabilecek şekilde hafif olarak tasarlanmışlardır. Bu tasarım, yarı çevrimli devrelerin (half cycle circuit) ortaya çıkmasına yol açmıştır.
Bu cihazlarda tüp alternatif akım (AC) ile beslenir ve ışınım her yarı çevrimde üretilir. Soğutma, trafonun yalıtma yağı ile sağlanır. Bu tip soğutma, sadece kısa çalışma süreleri için uygundur. Uzun süreli çalışmalarda, yardımcı bir su soğutma sistemi ve su/yağ ısı değiştiricisi olması gereklidir. Son zamanlarda, gaz yalıtım sistemleri (kükürt heksa florür SF6) kullanan ve böylece yağlı sistemlere göre daha hafif olan yeni cihazlar geliştirilmiştir.
Yaklaşık 180 Yaklaşık 250 500-600 arası 1000-1500 arası 80-400 arası
Bu nedenle tek tanklı sistemlere göre daha çok yer kaplar ve doğrultma devresinin daha kompleks olmasından dolayı daha da ağırdır. Örneğin 300 kV luk bir sabit voltaj jeneratörü, 300 kV uk tek tank sistemli bir cihazdan yaklaşık 10 kat daha ağırdır. Bu cihazlarda yüksek gerilim tüpe, yağ banyosu içinde yer alan bir yüksek gerilim kablosuyla aktarılır. Cihazın türüne bağlı olarak tüp ya tek kutuplu (anot topraklanmış, katotta yüksek gerilim), ya da çift kutupludur.
X ışınları cihazlarının tasarımı ve çalışma ilkesi:
Bir X-ışını cihazı birkaç parçadan oluşmaktadır. X-ışını tüpü (T), bir koruyucu kılıf (K) ile çevrilmiştir ve bir soğutma ünitesi (S) vardır. Enerji kaynağı (E) hem tüp gerilimi hem de flamanı ısıtmak için gerekli akımı sağlar ve bir kontrol paneli (KP) ile kontrol edilir. Kontrol paneli ışınım almayacak bir yere konmalıdır.
Esas olarak iki tip cihaz vardır:
I. tip cihazlar: Ağırlığı, kapladığı yer ve çalışma özellikleri göz önünde bulundurularak sahada kullanılmak üzere basit şekilde tasarlanmış taşınabilir cihazlardır. Bu tip cihazlarda kontrol paneli dışında diğer tüm birimler tek bir tank içerisinde toplanmış olduğundan Tek Tanklı Cihazlar olarak adlandırılmışlardır. Bu cihazların elektriksel devreleri basit ve kolay hareket edebilecek, taşınabilecek şekilde hafif olarak tasarlanmışlardır. Bu tasarım, yarı çevrimli devrelerin (half cycle circuit) ortaya çıkmasına yol açmıştır.
Bu cihazlarda tüp alternatif akım (AC) ile beslenir ve ışınım her yarı çevrimde üretilir. Soğutma, trafonun yalıtma yağı ile sağlanır. Bu tip soğutma, sadece kısa çalışma süreleri için uygundur. Uzun süreli çalışmalarda, yardımcı bir su soğutma sistemi ve su/yağ ısı değiştiricisi olması gereklidir. Son zamanlarda, gaz yalıtım sistemleri (kükürt heksa florür SF6) kullanan ve böylece yağlı sistemlere göre daha hafif olan yeni cihazlar geliştirilmiştir.
Yaklaşık 180 Yaklaşık 250 500-600 arası 1000-1500 arası 80-400 arası
Bu nedenle tek tanklı sistemlere göre daha çok yer kaplar ve doğrultma devresinin daha kompleks olmasından dolayı daha da ağırdır. Örneğin 300 kV luk bir sabit voltaj jeneratörü, 300 kV uk tek tank sistemli bir cihazdan yaklaşık 10 kat daha ağırdır. Bu cihazlarda yüksek gerilim tüpe, yağ banyosu içinde yer alan bir yüksek gerilim kablosuyla aktarılır. Cihazın türüne bağlı olarak tüp ya tek kutuplu (anot topraklanmış, katotta yüksek gerilim), ya da çift kutupludur.
X IŞINLARI ve RADYOGRAFİK MUAYENEDE KULLANILAN IŞINIM KANAKLARI
X ışınları cihazlarının tasarımı ve çalışma ilkesi:
Bir X-ışını cihazı birkaç parçadan oluşmaktadır. X-ışını tüpü (T), bir koruyucu kılıf (K) ile çevrilmiştir ve bir soğutma ünitesi (S) vardır. Enerji kaynağı (E) hem tüp gerilimi hem de flamanı ısıtmak için gerekli akımı sağlar ve bir kontrol paneli (KP) ile kontrol edilir. Kontrol paneli ışınım almayacak bir yere konmalıdır.
Cihaz Tipleri:
I. tip cihazlar: Ağırlığı, kapladığı yer ve çalışma özellikleri göz önünde bulundurularak sahada kullanılmak üzere basit şekilde tasarlanmış taşınabilir cihazlardır. Bu tip cihazlarda kontrol paneli dışında diğer tüm birimler tek bir tank içerisinde toplanmış olduğundan Tek Tanklı Cihazlar olarak adlandırılmışlardır. Bu cihazların elektriksel devreleri basit ve kolay hareket edebilecek, taşınabilecek şekilde hafif olarak tasarlanmışlardır. Bu tasarım, yarı çevrimli devrelerin (half cycle circuit) ortaya çıkmasına yol açmıştır.
Bu cihazlarda tüp alternatif akım (AC) ile beslenir ve ışınım her yarı çevrimde üretilir. Soğutma, trafonun yalıtma yağı ile sağlanır. Bu tip soğutma, sadece kısa çalışma süreleri için uygundur. Uzun süreli çalışmalarda, yardımcı bir su soğutma sistemi ve su/yağ ısı değiştiricisi olması gereklidir. Son zamanlarda, gaz yalıtım sistemleri (kükürt heksa florür SF6) kullanan ve böylece yağlı sistemlere göre daha hafif olan yeni cihazlar geliştirilmiştir.
Yaklaşık 180 Yaklaşık 250 500-600 arası 1000-1500 arası 80-400 arası
Bu nedenle tek tanklı sistemlere göre daha çok yer kaplar ve doğrultma devresinin daha kompleks olmasından dolayı daha da ağırdır. Örneğin 300 kV luk bir sabit voltaj jeneratörü, 300 kV uk tek tank sistemli bir cihazdan yaklaşık 10 kat daha ağırdır. Bu cihazlarda yüksek gerilim tüpe, yağ banyosu içinde yer alan bir yüksek gerilim kablosuyla aktarılır. Cihazın türüne bağlı olarak tüp ya tek kutuplu (anot topraklanmış, katotta yüksek gerilim), ya da çift kutupludur.
X ışınları cihazlarının tasarımı ve çalışma ilkesi:
Bir X-ışını cihazı birkaç parçadan oluşmaktadır. X-ışını tüpü (T), bir koruyucu kılıf (K) ile çevrilmiştir ve bir soğutma ünitesi (S) vardır. Enerji kaynağı (E) hem tüp gerilimi hem de flamanı ısıtmak için gerekli akımı sağlar ve bir kontrol paneli (KP) ile kontrol edilir. Kontrol paneli ışınım almayacak bir yere konmalıdır.
Esas olarak iki tip cihaz vardır:
I. tip cihazlar: Ağırlığı, kapladığı yer ve çalışma özellikleri göz önünde bulundurularak sahada kullanılmak üzere basit şekilde tasarlanmış taşınabilir cihazlardır. Bu tip cihazlarda kontrol paneli dışında diğer tüm birimler tek bir tank içerisinde toplanmış olduğundan Tek Tanklı Cihazlar olarak adlandırılmışlardır. Bu cihazların elektriksel devreleri basit ve kolay hareket edebilecek, taşınabilecek şekilde hafif olarak tasarlanmışlardır. Bu tasarım, yarı çevrimli devrelerin (half cycle circuit) ortaya çıkmasına yol açmıştır.
Bu cihazlarda tüp alternatif akım (AC) ile beslenir ve ışınım her yarı çevrimde üretilir. Soğutma, trafonun yalıtma yağı ile sağlanır. Bu tip soğutma, sadece kısa çalışma süreleri için uygundur. Uzun süreli çalışmalarda, yardımcı bir su soğutma sistemi ve su/yağ ısı değiştiricisi olması gereklidir. Son zamanlarda, gaz yalıtım sistemleri (kükürt heksa florür SF6) kullanan ve böylece yağlı sistemlere göre daha hafif olan yeni cihazlar geliştirilmiştir.
Yaklaşık 180 Yaklaşık 250 500-600 arası 1000-1500 arası 80-400 arası
Bu nedenle tek tanklı sistemlere göre daha çok yer kaplar ve doğrultma devresinin daha kompleks olmasından dolayı daha da ağırdır. Örneğin 300 kV luk bir sabit voltaj jeneratörü, 300 kV uk tek tank sistemli bir cihazdan yaklaşık 10 kat daha ağırdır. Bu cihazlarda yüksek gerilim tüpe, yağ banyosu içinde yer alan bir yüksek gerilim kablosuyla aktarılır. Cihazın türüne bağlı olarak tüp ya tek kutuplu (anot topraklanmış, katotta yüksek gerilim), ya da çift kutupludur.
Tüpler:
Tek kutuplu sistemler doğrudan su kullanılarak soğutulabilir (ya doğrudan ana şebekeden ya da bir sirkülasyon pompası kullanılarak), çift kutuplu sistemde ise anot da yüksek gerilim altında olduğu için özel yağ soğutması gereklidir (ısı değiştirici ve
sirkülasyon pompası). Gelişmiş soğutma yöntemleri kullanılarak sabit X-ışını cihazlarının ara vermeden çalıştırılmaları mümkün olmaktadır.
X-ışını cihazlarının türüne ve amaçlarına bağlı olarak çeşitli türde X-ışını tüpleri vardır.
a) Çift Kutuplu Tüpler: Çift kutuplu tüplerde yüksek gerilim her iki elektroda da uygulanır (katıt -, anot +). Bu tüpleri soğutmak içinmyalıtımla ilgili sorunlardan dolayı özel bir yağ kullanılır. 400 kV a kadar tüp gerilimleri ve 10 mA e kadar tüp akımlarına ulaşabilir.
b) Kısa Anot Tüpleri: Bunlar tek kutuplu tüplerdir. Gerilim kaynağının eksi ucu katota bağlanmıştır, anot topraklanmıştır. Bu yöntem, elektriksel yalıtımla ilgili bazı sorunları ortadan kaldırdığı gibi, daha yüksek tüp akımlarının (20 – 30 mA) elde edilmesini ve daha etkin bir su soğutma sistemi kullanılmasını sağlar. Yalıtımla ilgili nedenlerden dolayı maksimum tüp voltajı yaklaşık 200 kV tur.
Tüp çeşitleri:
c) Çubuk Anot Tüpleri: Boru ya da çubuk şeklinde anot tüplerinde, anodun delinerek, katotdan gelen elektron demetinin 50 cm boyunda, içinde tungsten hedefi metalinin bulunduğu bir botudan geçmesi sağlanır. Bu tüpler tek kutupludur ve dar gövdelidir. Işınım genellikle radyal yöndedir. Çalışma verileri kısa anot tüplerine çok benzerdir. Çoğunlukla boru hatlarındaki kaynak dikişlerinin radyal yönde muayenesinde kullanılırlar (Crawler).
d) Metal Seramik Tüpler: Yeni ve özel bir tasarım olup, cam tüplere oranla daha küçük boyutlara ve ağırlığa sahiptir. Maksimum çalışma verileri bu tüplerde 420 kV ve 10 mA dir. Cam tüplerde üretilen X-ışınları odaktan çıkış penceresine gelinceye kadar bir miktar zayıflamaya uğrarlar. Işınların zayıflaması, anot tasarımı, cam kılıf, soğutma akışkanı ve pencere malzemesi ile yakından ilgilidir. Bu durum, ışınımın doğal bir filtreleme/sertleşme işlemine uğramasına yol açar. Çekim için ışınımın çok yumuşak kısımları kullanılmak isteniyorsa Berilyum (Be) pencereye sahip bir tüp kullanılmalıdır.
Bu malzeme çok inceltiğinde bile basınç farkına dayanıklıdır (tüpün içi vakum, dışarda atmosferik basınç) ve çok düşük atom ağırlığına sahiptir. Bu nedenle X-ışınının iç filtrelenmesi çok düşük olur.
X ışınları cihazları:
X-ışını tüpleri çıkan ışınımın şekline bağlı olarak, konik veya radyal tüpler olarak da sınıflandırılabilir. Konik ışın yayan tüpler genellikle çift kutuplu veya kısa anotlu tüpler olup ışınımın çıkış penceresi kroyucu kabın orta kısmındadır. Işınım demeti yaklaşık 40° lik bir açılma açısına sahip bir konidir.
Kontrol panelinde açma kapama düğmesi, regülatörler, tüp voltajı (kV), tüp akımı (mA) ve poz süresi (dak) için göstergeler vardır. Genellikle pozlama süresi cihazın üzerindeki saate bağlı özel bir devre ile otomatik ayarlanır. Çubuk anot tüplü sistemlerde ayrıca bir de odaklama sistemi (odak noktası boyutu ayarı) bulunur.
X-ışını cihazlarının doğru kullanımı cihazın çalışma süresini büyük ölçüde arttırır. Cihazda sınırlama röleleri olsa bile, çalışmada izin verilen maksimum ayar değerlerine (tüp voltajı, akım, ısıtma) bağlı kalınması ile önemli kuraldır. Ayrıca tüpün iyi bir şekilde soğutulduğundan emin olunmalıdır. Tüpün ömrüne ilişkin diğer önemli nokta da uzun sürelerde (1 gün ve daha fazla) çalıştırılmadığında imalatçı tarafından belirtilen kurallara uygun olarak ısıtılması gerektiğidir.
X ışınları cihaz parametreleri;
X-ışını tüpleri maksimum voltajlarının %50 si değerine kadar ısıtılmadan çalıştırılabilir. Daha yüksek voltaj değerlerinde çalıştırmak gerektiğinde mutlaka ısıtılması gerekir. Isıtma maksimum voltajın yarısından başlanarak, 10 ar kV luk artışlarla aşağıdaki tabloda belirtilen sürelerle yapılmalıdır.
Cihaz 8 haftadan daha fazla bir süre çalıştırılmadıysa ve X-ışını tüplerinin ilk kullanımlarında, ısıtma aşağıdaki gibi yapılmalıdır.
• Cihaz maksimum voltajının %50 sine kadar ısıtılmadan çalıştırılmalıdır.
• Maksimum voltajın %75 ine kadar voltaj artışları 10 kV her arttırılışta ısıtma süresi 15 dakikadır.
• Maksimum voltajın %75 inin üzerinde voltaj artışları 10 kV her arttırılışta ısıtma süresi 20 dakikadır.
• Cihazın kendiliğinden durduğu durumlarda tüp voltajı en az 20 kV azaltılmalı ve tekrar ısıtma yapılmalıdır.
