Distribution of radionuclides in Arıklı region (Çanakkale/Ayvacık) and possible causes
Arıklı bölgesinde (Çanakkale/Ayvacık) radyonüklitlerin dağılımı ve olası nedenleri
- Tez No: 755296
- Danışmanlar: PROF. DR. YÜKSEL ÖRGÜN TUTAY, DOÇ. DR. GÜRSEL KARAHAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Çevre Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yer Sistem Bilimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Bu tezin amacı, Arıklı (Çanakkale/Ayvacık/Türkiye) uranyum cevherleşme bölgesinde iç ve dış ortam gama doz hızlarını belirlemek, seçilen örneklerde (yapı malzemeleri, kayalar, yüzey toprakları, sahil kumları ve araştırma çukurlarından alınan toprak örnekleri) 226Ra, 232Th, 40K ve 137Cs radyonüklitlerinin aktivite konsantrasyonlarını belirlemek, coğrafi bilgi sistemlerini kullanarak dış ortam gama doz hızlarının ve yüzey topraklarında belirtilen radyonüklitlerin aktivite konsantrasyonlarının dağılımı haritalamak, yüksek dozlara neden olan jeolojik kaynakları belirlemek ve tüm bu ölçüm sonuçlarına dayanarak bölge için olası sağlık risklerini değerlendirmektir. Çalışmada bazı seçilmiş numuneler üzerinde U, Th için kütle konsantrasyonları ölçümüne de yer verilmiştir. Bu çalışma bölge için yapılan ilk kapsamlı çalışmadır. Bu tez için Arıklı bölgesi, uranyum cevherleşme zonunun varlığı ve ortalamanın üzerinde uranyum, toryum ve potasyum konsantrasyonları içeren felsik volkanik kayaçların yaygınlığı nedeniyle araştırma alanı olarak düşünülmüştür. Arıklı uranyum cevherleşme bölgesindeki radyoaktivite düzeyinin belirlenmesi amacıyla 2015 yılında jeolojik birimler dikkate alınarak dış ortam gama dozunun ölçülmesine yönelik ön saha çalışmaları başlatılmıştır. Anomalilerin özellikle Maden Tetkikleri Genel Müdürlüğü (MTA) tarafından uranyum aramak için belirlenen sondaj noktaları ve çevresinde yoğunlaştığı belirlendi. 1961-1982 yılları arasında MTA, 56 sondaj yapmış ve sayısı belirlenemeyen sayıda hendek ve kuyu açmıştır. Sahada derinliği 5 m'ye kadar olan kazı hendekleri tespit edilmiş ve dış ortam gama doz hızı ölçümleri sırasında bu hendeklerden birinde 16425 nGy/sa gibi dikkat çekici bir değer ölçülmüştür. Saha gözlemlerinde sondaj atıklarının çevredeki sahalara döküldüğü ve bu noktalarda yapılan gama doz hızı ölçümlerinde ortalama 6991 nGy/sa elde edildiği tespit edilmiştir. Ayrıca bölgede uranyum cevherleşmesine ev sahipliği yapan Arıklı ve Nusratlı tüflerinin hem köylerde hem de çevre il ve ilçelerde yaygın yapı malzemesi olarak kullanıldığı tespit edilmiştir. Bunun üzerine Arıklı köyü ve çevresinin çalışma alanı olarak belirlenmesine karar verilmiştir. Araştırma alanının sınırları, Arıklı uranyum cevherleşme sahasının bulunduğu Yol derenin drene ettiği yaklaşık 11 km2 yüzölçümüne sahip bir havza olarak seçilmiştir. Ayrıca yerinde ev içi gama doz hızı ölçümleri için Arıklı köyü ve çevresindeki Nusratlı ve Ahmetçe köyleri belirlenmiştir. Tez kapsamında; birçok noktada yerinde dış ortam gama doz hızı ölçümleri (ön saha çalışmaları sırasında), havza sınırları dikkate alınarak geliştirilen ızgara yöntemiyle belirlenen 156 noktada yerinde dış ortam gama doz hızı ölçümü, 124 konutta yerinde ev içi ortamı gama doz hızı ölçümü, 41 toprak, 10 sahil kumu ve ayrıca araştırma kuyularından alınan 2 toprak numunesinde ve 5 yapı malzemesinde (2 iç sıva toprağı, 3 kaya) spektrometrik gama ölçümleri yapılmıştır. U ve Th için kazı hendeklerinden alınan 5 adet kaya numunesi ve 2 adet toprak numunesinde jeokimyasal analiz yapılmıştır. Spektrometrik gama analizi için yüksek saflıkta germanyum dedektörü (Canberra 2020) ile donatılmış çok kanallı analizör, dış ve ev içi ortamı gama doz hızı ölçümleri için NaI(Tl) sintilasyon problu ESP-2 marka gama el dedektörü, kimyasal analizler için ICP-MS analiz yöntemi, istatistiksel veri analizi için STATGRAPHICS Centurion XVI veri analiz yazılımı ve radyonüklidlerin dış ortam gama doz hızı ve aktivite konsantrasyonlarının dağılımını haritalamak için ArcGIS coğrafi bilgi sistemi yazılımı kullanılmıştır. Arıklı uranyum cevherleşme alanında dış gama doz hızı değerlerinin ve radyonüklidlerin belirlenen havza sınırları içindeki dağılımının incelenmesi amacıyla kaya, yüzey toprağı, MTA tarafından açılan araştırma kuyularından toprak ve sahil kumu örnekleri toplanmıştır. Toprak, sahil kumu ve araştırma kuyularından alınan numunelerde radyoaktivite analizleri, kayalarda ve araştırma kuyularından alınan numunelerde ise jeokimyasal analizler yapılmıştır. Ayrıca belirlenen havzada 156 noktada yapılan dış ortam gama dozu ölçümlerinde maksimum değer 687 nGy/h olarak tespit edilmiştir. Yüzey topraklarının aktivite konsantrasyonları 226Ra: 14-629 (ort.: 96), 232Th: 12-240 (ort.: 115), 40K: 208-3669 (ort.: 1396), 137Cs:4-134 (ort.:31) Bq/kg'dır. Sahil kumlarının ortalama değerleri toprak örneklerinden daha düşük bulunmuştur 226Ra: 22-44 (ort.: 31), 232Th:30-46 (ort.: 32), 40K: 330-861 (ort.: 542) Bq/kg. Ayrıca, araştırma kuyularından alınan toprakların aktivite konsantrasyonları 226Ra: 9628-13988, 232Th: 885-2789 ve 40K: 1146-1849 Bq/kg, ICP-MS yöntemi ile yapılan jeokimyasal analizlerde kütle konsantrasyonları U: 697-887 ppm ve Th: 226-697 ppm olarak ölçülmüştür. Arıklı tüf örneklerinde ise maksimum U ve Th sırasıyla 165 ppm ve 54.5 ppm olarak ölçülmüştür. Yukarıda bahsedilen çalışmaların dışında, yapı malzemesi olarak daha çok Arıklı tüflerinin kullanıldığı Arıklı köyü konutlarında iç mekan gama doz hızı ölçümleri yapılmış, bu dozların yapı malzemeleri ile ilişkisi tartışılmış, iç mekan gama dozları, hesaplanan sağlık tehlike indeksleri (AEDEin, ELCRin) literatür ve dünya ortalamaları ile karşılaştırıldı. Elde edilen sonuçlara göre, sadece ana yapı malzemesi olarak kullanılan kayaların değil, kullanılan iç duvar sıva malzemelerinin de ev içi ortamı gama dozları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Uygulanan istatistiksel testler, yapı malzemelerine bağlı olarak iki farklı ev içi ortamı gama doz grubu olduğunu ortaya çıkarmıştır. Birinci grup (tuğlalardan veya dere kenarlarından toplanan kayaların Arıklı tüf ile karıştırıldığı ve bu malzemelerin içten çimento ile sıvandığı konutlarda yapılan ev içi ortamı gama doz hızı ölçümleri) ortalama 189.50 nGy/sa değerine, ikinci grup (Arıklı tüfünün ana yapı malzemesi olarak ve iç duvar sıvası olarak Arıklı tüfünün alterasyon ürünü olan toprağın kullanıldığı konutlarda alınan ev içi ortamı gama dozları) ortalama 265.78 nGy/sa değerine sahipdir. Dünya ortalaması 84 nGy/h'dir (UNSCEAR, 2000). Sağlık riskleri açısından, birinci ve ikinci gruplar için ortalama yıllık etkin doz eşdeğeri (AEDEin) sırasıyla 0.93 ve 1.30 mSv/yıl; ev içi ortamı yaşam boyu aşırı kanser risk indeksi (ELCRin) ortalaması 3.70 x10-3 ve 5.20 x10-3 olarak bulunmuştur. Bulunan değerler dünya ortalamalarının üzerindedir (Dünya ortalamaları: 0.41 mSv/yıl ve 1.16 x10-3) (UNSCEAR, 2000). Arıklı tüfünün yapı malzemesi olarak kullanıldığı bir diğer köy ise Nusratlı köyüdür. Nusratlı kaya ocağında yapılan arazi çalışmasında, ocağın köye yakın bir fay zonunda yer aldığı ve tüflerde hidrotermal alterasyonlara ve safsızlıklara (nodüllere) rastlandığı görülmüştür. Hidrotermal alterasyon zonunda maksimum noktasal gama ölçümü 1087 nGy/sa, ocakta ortalama dış ortam gama dozu 522 nGy/sa olarak ölçülmüştür. Nusratlı köyünde 15 konutta ev içi ortamı gama doz hızı ölçümünün ortalama değeri 286 nGy/h olarak belirlenmiştir. Ahmetçe köyünde de benzer şekilde yapı malzemesi olarak Arıklı tüfü ve ignimbiritlerin kullanıldığı tespit edilmiştir. Ahmetçe köyünde 65 konutta yerinde ev içi ortamı gama doz hızı ölçümleri yapılmış ve ortalama değeri 251 nGy/h olarak bulunmuştur. Arıklı, Nusratlı ve Ahmetçe köylerinden toplanan ortalama yapı malzemelerinin gama indekslerine (Iγ) göre; en yüksek değer nodüllere (2.5), en düşük değerler ise Ahmetçe köyünde kullanılan iç duvar-sıva malzemesi ve ignimbrite (1.82) aittir. Ahmetçe ve Nusratlı köyleri için hesaplanan radyolojik sağlık risk değerleri: AEDEin değerlerinin ortalaması sırasıyla 1.23 mSv/yıl ve 1.4 mSv/yıl, ELCRin değerleri sırasıyla 4.91 ve 5.59'dur. Çalışma alanında, dış ortam gama doz değerleri 33-712 nGy/sa aralığında değişmektedir, dünya ortalaması 59nGy/sa'dir (UNSCEAR, 2000). Cevherleşme zonundan uzaklaşıldığında özellikle Arıklı tüflerinde, volkanik birimleri etkileyen fay zonlarında ve alterasyon zonlarında bölgedeki radyoaktivite seviyesinin tekrar yüksek değerlere ulaştığı tespit edilmiştir. Bölgenin volkanik kayalarla inşa edilmiş konutlarında elde edilen ev içi ortamı gama doz değerleri, dışarıdan temin edilen yapı malzemeleri ile inşa edilen konutlarda elde edilen ev içi ortamı gama doz değerlerinden daha yüksektir. Bölgedeki volkanik kayaçların mineralojik bileşimi ağırlıklı olarak feldspat grubu minerallerden oluşmakta ve kayaçlar (özellikle tüfler) yüksek K2O içeriğine (0.80-12.19 wt%, Özen and Goncuoğlu, 2011) sahiptir, bu nedenle bölgede gama dozuna en büyük katkıyı 40K sağlamaktadır. Yapılan sağlık indekslerinin (AEDE, ELCR) hesaplamalarında elde edilen ortalama değerleri sahil kumları hariç dünya ortalamalarının üzerindedir. Bölge genelinde yapı malzemesi olarak yaygın şekilde kullanılan Arıklı tüflerinin bölgesel risk bağlamında dikkat çekici olduğu, ilgili değerlerin dünya ortalamalarının üzerinde olduğu ancak dünyadaki benzer bölgelere göre homotetik bir duruma sahip olduğu anlaşılmaktadır
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is to determine the indoor and outdoor gamma dose rates in Arıklı (Çanakkale/Ayvacık/Turkey) uranium mineralization region, to determine the activity concentrations of 226Ra, 232Th, 40K in selected samples (building materials, rocks, surface soils, beach sands and soil samples collected from excavation ditches), to map the outdoor gamma dose rates and the activity concentrations of the radionuclides specified in the surface soils using geographic information systems, to identify the geological sources that cause high doses and to evaluate the possible health risks for the region based on all these measurement results. The measurement of mass concentrations for U, Th on some selected samples is also included into the study. This study is the first comprehensive study for the region. For this thesis, the Arıklı region was considered as a research area due to the presence of a uranium mineralization zone and the prevalence of felsic volcanic rocks containing above-average uranium, thorium and potassium concentrations. In order to determine the level of radioactivity in the Arıklı uranium mineralization region, preliminary field studies were started in 2015 measuring the outdoor gamma dose taking into account the geological formations. It has been determined that anomalies are especially concentrated in and around the drilling points determined by the General Directorate of Mineral Researches (MTA) to search for uranium. Between 1961and 1982, MTA performed 56 drillings and opened an undetermined number of ditches and wells. In the field, excavation ditches with a depth of up to 5 m were detected and during the outdoor gamma dose rate measurements, a remerkable value of 16425 nGy/h was measured in one of these ditches. In the field observations, it was determined that the drilling tailings were poured on the surrounding fields and an average of 6991 nGy/h was obtained during the gamma dose rate measurements performed at these points. In addition, it has been determined that Arıklı and Nusratlı tuffs, which host uranium mineralization in the region, are used as a common building material both in the villages and in the districts of the surrounding province. Thereupon, it was finalized that Arıklı village and its surroundings were determined as the study area. The boundaries of the research area have been selected as a basin with a surface area of approximately 11 km2 drained by Yol creek, where the Arıklı uranium mineralization field is located. Besides, for in situ indoor gamma dose rate measurements, the Arıklı village and its surrounding Nusratlı and Ahmetçe villages were determined. Within the scope of the thesis; in situ outdoor gamma dose rate measurements at many points (during preliminary field studies), in situ outdoor gamma dose rate measurement at 156 points determined by the grid method developed considering the basin boundaries, in situ indoor gamma dose rate measurement in 124 dwellings, in 41 soils, 10 beach sands and also in 2 soil samples collected from the excavation ditches and in 5 building materials (2 interior wall plaster soils, 3 rocks) spectrometric gamma measurements were performed. Geochemical analyzes were carried out in 5 rock samples and in 2 soil samples collected from excavation ditches for U and Th. Multichannel analyzer equipped with a high purity germanium detector (Canberra 2020) for spectrometric gamma analysis, ESP-2 brand gamma hand detector with NaI(Tl) scintillation probe for in situ outdoor and indoor gamma dose rate measurements, for chemical analyses ICP-MS analyses method, for statistical data analysis STATGRAPHICS Centurion XVI data analysis software, and to map the distribution of outdoor gamma dose rates and activity concentrations of radionuclides ArcGIS geographic information system software was used. In order to examine the outdoor gamma dose rate values and the distribution of radionuclides within the determined basin boundaries in the Arıklı uranium mineralization area, rock, surface soil, and soil from excavation ditches dug by MTA and beach sand samples were collected. Radioactivity analyzes were performed on soil, beach sand and samples collected from excavation ditches, geochemical analyzes were performed on rocks and samples collected from excavation ditches. In addition, the maximum value was determined as 712 nGy/h during the outdoor gamma dose rate measurements performed at 156 points in the determined basin. Activity concentrations of the surface soils are 226Ra: 14-629 (avg.: 96), 232Th: 12-240 (avg.:115), 40K: 208-3669 (avg.: 1396), 137Cs:4-134 (avg.:31) Bq/kg. The values of the beach sands were found to be lower than the soil samples ; 226Ra: 22-44 (avg.: 31), 232Th:30-46 (avg.: 32), 40K: 330-861 (avg.: 542) Bq/kg. Additionally, the activity concentrations of the soils from excavation ditches were 226Ra: 9628-13 988, 232Th: 885-2789 and 40K: 1146-1849 Bq/kg, in geochemical analyzes made with the ICP-MS method, mass concentrations were U: 697-887 ppm and Th: 226-697 ppm. The maximum U and Th in the Arıklı tuff samples were measured as 165 ppm and 54.5 ppm, respectively. Apart from the studies mentioned above, indoor gamma dose rate measurements were performed in the dwellings of Arıklı village, where mostly Arıklı tuffs were used as building materials, the relationship of these doses with the building materials was discussed, the indoor gamma doses, the calculated health hazard indices (AEDEin, ELCRin) were compared with the literature and world averages. According to the results, it has been determined that not only the rocks used as the main building materials but also the used interior wall plaster materials have a significant effect on the indoor gamma doses. The applied statistical tests revealed that there are two different indoor gamma dose groups depending on the building materials. The first group (indoor gamma dose rate measurements performed in dwellings where the rocks collected from the bricks or creek sides are mixed with Arıklı tuff and these materials are plastered internally with cement) to an average value of 189.5 nGy/h, the second group (indoor gamma dose rate measurements performed in the dwellings where Arıklı tuff is used as the main building material and, the soil which is an alteration product of the Arıklı tuff used as an interior wall plaster) has an average value of 265.78 nGy/h. The world average is 84 nGy/h (UNSCEAR, 2000). In terms of health risks, the mean annual effective dose equivalents (AEDEin) for the first and second groups were 0.93 and 1.30 mSv/h, respectively. The average for the indoor lifetime excess cancer risk index (ELCRin) was found to be 3.70 x10-3 and 5.20 x10-3. The values found are higher than the world averages (World averages: 0.41 mSv/year and 1.16x10-3) (UNSCEAR, 2000). Another village where Arıklı tuff is used as a building material is Nusratlı village. During the fieldwork carried out at the Nusratlı rock quarry, it was observed that the quarry was located in a fault zone near the village and hydrothermal alterations and impurities (nodules) were encountered in the tuffs. Maximum point gamma measurement in the hydrothermal alteration zone was 1087 nGy/h and the average outdoor gamma dose in the quarry was measured as 522 nGy/h. The mean value of in situ indoor gamma dose rate measurement in 15 dwellings in Nusratlı village was determined as 286 nGy/h. In Ahmetçe village, similarly, it was determined that Arıklı tuff and ignimbrites were used as building materials. In 65 dwellings in situ indoor gamma dose rate measurements were performed and its average value was found to be 251 nGy/h. According to the gamma indices (Iγ) of the average building materials collected from Arıklı, Nusratlı and Ahmetçe villages; the highest values belong to the nodules (2.5) and the lowest values belong to the interior wall plaster material and ignimbrite used in Ahmetçe village (1.82). Calculated radiological health risk values are for Ahmetçe and Nusratlı villages: average of AEDEin values are 1.23 mSv/h and 1.4 mSv/h, ELCRin values are 4.91 x10-3 and 5.59 x10-3, respectively. In the study area, outdoor gamma dose values range from 33-712 nGy/h, with the world average being 59 nGy/h (UNSCEAR, 2000). When moving away from the mineralization zone, it has been determined that the radioactivity level in the region reaches again high values especially at the Arıklı tuffs, in fault zones affecting the volcanic units, and alteration zones. The indoor gamma dose values obtained in the dwellings built with volcanic rocks of the region are higher than the indoor gamma dose values obtained in the dwellings built with outsourced building materials. The mineralogical composition of the volcanic rocks in the region is mainly composed of feldspar group minerals and the rocks (especially tuffs) have high K2O content (0.80 to 12.19 wt%, Özen and Goncuoğlu, 2011), thus 40K providing the greatest contribution to the gamma dose in the region. The average values obtained in the calculations of the health indices (AEDE, ELCR) are higher than the world averages, except for the beach sands. It was concluded that the Arıklı tuffs, which are widely used as construction materials throughout the region, may it is understood that it is remarkable in the context of regional risk, the relevant values are above the world averages but have a homothetic situation compared to similar regions around the World. According to these findings, which were obtained on a limited number of samples and in a limited area within the scope of the study, it was concluded that the radioactivity levels of the Behram volcanic units with a widespread surface area in Çanakkale should be investigated comprehensively.
Benzer Tezler
- Deniz organizmalarında çeşitli radyonüklidlerin biyokinetiği ve transportu
Biokinetics and transport of some radionuclides in marine organisms
AYŞE MİNE BULUT
- Kars ili, Digor ilçesi topraklarında ve mera bitkilerinde doğal radyoaktivite seviyelerinin belirlenmesi
Determination of natural radioactivity levels in soil and pasture grass plants samples of Digor district, Kars
EBRU ÖZTANRIÖVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiKafkas ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLÇİN BİLGİCİ CENGİZ
- İstanbul Haliç Havzası toprağında ve biyoindikatör organizasyonlarında radyonükleid tayini
Radionuclide determination in the soil and bioindicator organizms in the Golden Horn catchement area
MAHMUT COŞKUN
- İnceburun (Sinop) ve Akkuyu (Mersin) çevresinde uydu verilerine bağlı olarak olası radyolojik kirliliğin dikey dağılışının tespiti
Detection of vertical distribution of possible radiological pollution in Inceburun (Sinop) and Akkuyu (Mersin) regions based on satellite data
ONUR CANBULAT
- Nükleer serpinti kaynaklı radyoizotopların pilot bölge çevresel dağılımları, etkileri ve pilot bölgede yaşayanların aldıkları doza katkılarının belirlenmesi
Environmental distribution and effects of nuclear originated radioisotopes and determination of their contributions to total dose of population
İBRAHİM GÜLBAHÇE
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Nükleer MühendislikMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL ASİYE AYÇIK