FİZİK

Radyasyon Nasıl Kanser Yapar?

Her dönem tartışmalara konu olan oldukça önemli bir soruyu yazımıza taşıdık. Radyasyonun canlı vücudunda bir kanser hücresine dönüşme süreci nasıldır? Elektromanyetik radyasyon, radyoaktivite, frekans gibi fizikte önemli olan kavramları bir araya getirerek bu soruya cevap aramaya çalıştık.

Yazımıza Paris Doğa Müzesi’nden başlayalım. 1895 yılında X ışınının keşfedilmesi bilimi yeni bir yolculuğa çıkarmasına rağmen bu keşfin tam olarak ne ifade ettiği anlaşılamamıştı. O dönemde Paris Doğa Müzesi’nde müdürlük görevinde bulunan Antoine- Henri Becquerel, X ışınının gizemini çözmek istiyordu. Babası ve dedesi de bilim insanı olan Becquerel onların izinden giderek bir kısım minerallerin ve taşların X-ışını yayıp yaymadığını araştırmaya başladı.

Üzerinde duracağı ilk konular ailesinin bilim dünyasına hali hazırda kazandırdığı floresans ve fosforesans kavramları olacaktı. Floresans ve fosforesans kavramlarını açıklamak gerekirse: Güneş ışığında beklettilen bir kısım taşlar aldıkları ışığı farklı bir dalga boyunda hemen geri verirse floresans‘tır. Bir kısım taşlar ise güneş ışığına maruz kaldıktan sonra karanlığa götürülseler bile bir süre, bazen saatlerce ışık yaymaya devam ederse fosforesans‘tır.

Bacquerel’in X ışını bulma ısrarı yüksek fosforesans özelliği bulunan uranyum tuzlarının kapısını çaldırdı. Uranyum tuzlarını güneş ışığında bekletti ve bu tuzları siyah kâğıtlara sarıp fotoğraf filmlerinin yanına koydu. Birkaç gün sonra uranyumdan çıkan ışınlar fotoğraf filmini renklendiriyordu. Dahası 1 yıl boyunca sakladığı uranyum tuzlarının hâlâ fotoğraf filmini renklendirebiliyordu. Bu keşif radyoaktivite idi fakat Becquerel henüz farkında değildi.

Zararlı Işınlar Hakkında Yeterince Bilginiz Var mı?

Radyasyon ve Radyoaktivite ilişkisi

Atomun çekirdeği için atomun kimlik numarası olan pozitif yüklü protonların ve yüksüz nötronların sayıları son derece önemlidir. Nötronlarının sayısı atomun proton sayısından çok fazla olması atomun, ne kadar istemese de, doğada kararsız halde bulunmasına neden oluyor. Atomların kararsız halden kararlı hale geçme istekleri bilim insanlarının bazı sorularına cavap olabilirdi. İşte tam da burada karşımıza radyoaktivite çıkmıştır.

Becquerel çekmecesinden 1 yıl boyunca hiç çıkarmadığı uranyum tuzlarının hâlâ fotoğraf filmini renklendirdiğini görmüştü. Hiçbir mineralin, fosforesans özelliğini bu kadar uzun süre koruması beklenemezdi. Becquerel diğer minerallerde uyguladığı karanlıkta değişik kimyasal süreçlerden geçirerek asitlerle eritmesi yöntemini kullanarak fosforesans özelliğini yok etmeyi denedi. Ancak uranyum tuzları bu süreç sonunda da etkinliğini kaybetmedi. Becquerel’in X-ışınlarını ararken keşfettiği farketmese de radyoaktiviteydi.

Becquerel’in bulduğu ışınlar, o sıralarda doktora tezine konu arayan Marie Curie’yi heyacanlandırmıştı. Bu ışınların özelliklerini, Becquerel’in kullandığı fotoğraf tekniğin yerine elektromanyetik özelliklere sahip piezoelektrik kristal tekniğiyle inceleyecekti ve bu konuda eşi Pierre Curie uzmandı. Curie ailesi yoğun, uzun süren ve bir o kadar da tehlikeli çalışma sonunda radyoaktiviteyi keşfettiler.

Dahası bu süreçte radyoaktif iki element daha bularak bu elementleri polonyum ve radyum olarak isimlendirdiler. Radyoaktivite, uranyum gibi atom numarası büyük ve kararsız olan elementlerin radyasyon yayarak enerji saçmasıdır.

Bu bozunma sonucunda atom kütle kaybedilerek radyasyon enerjisi açığa çıkarır. Madam Curie henüz doktorasını almadan, 1903 yılında Becquerel ve Pierre Curie ile birlikte Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.

Elektromanyetik Spektrum ve Radyasyon

Eloktromanyetik dalgaları ilk keşfeden kişi, büyük bilim insanı Heinrich Hertz’dir. Tasarladığı deneyde iki metal tel ve bu tellerin uçları aralarında boşluk/aralık vardı. Deneyin amacı iki uç arasında bir kıvılcım açığa çıkarmaktı. Bu kıvılcımı elde etmek için deney düzeneğine yüksek voltajlı bir akım uyguladı.

Bu kıvılcım, elektromanyetik dalgaların yayılmasına neden oldu ve havada dolaştı. Hertz, elektromanyetik dalgayı görebilmek için deney düzeneğine bir metreden fazla uzaklıkta bulunan metal bobin eklemişti. İlk kıvılcımı elde ettikten sonra havada dolaşan elektromanyetik dalgalar uzaklıkta bulunan metal bobinde bir kıvılcım yarattı. İşte bu, açıkça bir elektromanyetik dalga yayılımı ve tespitiydi. Eğer bu boşluğa bir LED yerleştirilseydi, ampul parlardı.

Heinrich Hertz’in deney düzeneği

Hertz, elektromanyetik dalgaları keşfetmesine rağmen bilim dünyasından yeni soruları geliyordu: Bu dalgaların oluşumunu tetikleyen neydi?

Doğada bulunan her maddenin pozitif ve negatif olmak üzere elektriksel yükleri vardır. Bir madde çok fazla elektrona sahipse, negatif yüklüdür; aksi durumda pozitif yüklüdür. Fen derslerinde öğrendiğimiz; ‘aynı elektrik yüküne sahip parçacıklar birbirini iterken, farklı yüke sahip parçacıklar birbirini çeker’ kısmı adeta konunun temelidir.

Parçacıklar birbirine itme-çekme kuvveti uygularken aslında ‘yüklü parçacıklar’ harekete geçer ve yüklü parçacıkların hareket etmesi elektrik alanın oluşmasını sağlar. Bu noktada önemli bir husus şöyledir; proton elektrondan kat ve kat ağır olduğu için hareketi gerçekleştiren elektron olacaktır.

Elektron bir noktadan diğer noktaya hareket ederken gittiği yöne doğru elektrik alan artarken, arkasında bıraktığı yöne dik olacak şekilde manyetik alan meydana getirir. Hareket eden yüklü parçacıklar bir vektörel olarak elektrik alanı ve bir manyetik alanı işte bu şekilde meydana getirmektedir.

emwave
Elektromanyetik Dalga ve Bileşenleri Kaynak:https://rasyonalist.org/yazi/isik-bir-elektromanyetik-radyasyon/

Doğru koşullarda elektrik alan ve manyetik alan sürekli üretilebilir ve birbirlerini ayakta tutarlar. Böylece elektromanyetik dalgaları ileten elektromanyetik radyasyon oluşturulur. Bu radyasyon oldukça geniş bir dalga boyu, frekans ve enerji aralığına sahiptir.

Frekans ve Radyasyon

Atomun içerisindeki elektron dansına biraz daha derinden bakalım. Renkleri birbirinden ayırmamızı sağlayan olguyla, sesi duymamızı sağlayan olgu farklı değildir. Nasıl sesin dalga boyu duyacağımız perdeyi belirliyorsa ışığın dalga boyuda hangi rengi göreceğimizi yada göremeyeceğimizi belirliyor.

Müzik notalarının üzerine yerleştirdiğimiz şekil olan porte gibi, elektromanyetik radyasyonları frekans, enerji ve dalga boyuna göre sıralayarak elektromanyetik spektrum oluşturulmuştur. Ve işin kritik noktası şudur ki: Elektromanyetik radyasyonun yoğunluğu yada canlıya zarar verme miktarı frekansla belirlenir.

Frekans arttıkça radyasyonun enerjisi de artar ve frekans, dalga boyu ile ters orantılıdır. Spektruma baktığımızda dalga boyu en küçük ve enerjisi/frekansı en yüksek olan gama ışınlarıdır. Bu yüzden en zararlısı da odur.

Radyasyon ve Kanser

Radyasyonun bir ışımadır ve bu ışımanın iki çeşidi vardır: İyonlaştırıcı radyasyon ve iyonlaştırmayan radyasyondur. Bu iki çeşide hem kelime anlamından hem de fiziksel tanımından yola çıkarak inceleyelim. Eğer radyasyon çarptığı alanı iyonlaştırıyorsa atomlardan ve moleküllerden elektron koparabilir demektir. İyonlaştıramayan radyasyon ise atomik bağları kıracak yeterli enerjiye sahip değildir ve sadece ısınma, kimyasal reaksiyon değişimleri, hücreler ve dokularda elektrik akımının indüklenmesi gibi biyolojik etkilere yol açar.

İyonlaştırıcı radyasyonlar geçtikleri ortamda bulunan bir atom ya da atom grubunda elektron kaybı ya da kazanımına neden olabilir. Bu durum artı veya eksi elektrik yüklü iyonlar oluşturabilir. Oluşan bu iyonlar kendi aralarında dalga özelliği ve parçacık özelliği olmak üzere iki grupta sıralanıyor. Bu ayrım hem radyasyonun enerjisi hem de radyasyonun canlı hücereye girişkenliği ile bilgi vermektedir.

İyonlaştırıcı radyasyonların doku içinden geçerken bıraktığı etki radyasyon ve kanser bağıntısının temelini oluşturmaktadır. Dokuyu oluşturan veya dokuda bulunan atomların uyarılması, iyonlaşması veya moleküler yapıların bozulması sonucu insan vücudu iki şekilde biyolojik etkiye neden olur: Somatik ve genetik etkiler. Somatik etkiler, radyasyon ile etkileşen kişinin kendisinde oluşan etkilerdir. Genetik etkiler ise radyasyonla etkileşen kişinin nesillerinde ortaya çıkan etkilerdir ki bu durum DNA’nın yapısını bozmaktadır.

Radyasyon ve kanser bağıntısında bakmamız gereken bir diğer konu ise
radyasyonlarla etkileşim süresidir. İnsan vücuduna radyasyon alındıktan sonra iki durum ortaya çıkar: Radyasyonun aniden gelişen (akut) etkisi ve kronik etkisidir. Tüm vücudun veya büyük bir bölümünün yüksek dozlarda radyasyona maruz kalması sonucu ortaya çıkan etkiler radyasyonun akut veya ani etkisi olarak adlandırılır. Örneğin Chernobil Reaktör kazasından sonra ortaya çıkan enerji, yakın alanda bulunan kişileri akut olarak etkilemiştir. Ölümler veya yaralanmalar kısa süre içinde gerçekleşmiştir. Bu tür radyasyon etkileşmesini izleyen dönemlerde de, maruz kalınan radyasyon dozunun büyüklüğüne bağlı olarak farklı etkiler meydana gelebilir.

Radyasyonun Kanserli Hücreye Dönüşme Süreci

Akut etkinin haricinde, canlı sistemlerde meydana gelen diğer etki ise kronik etkidir: genellikle daha geç, birkaç yıllık bir kuluçka döneminden sonra ortaya çıkan etkilerdi. Radyasyonun kronik etkisi, kişinin düşük dozlarda sürekli olarak radyasyonla etkileşmesidir. Örneğin bir radyoloji veya nükleer tıp kliniğinde çalışanlar veya endüstride meslekleri gereği iyonize radyasyonlarla etkileşen kişiler düzenli ve sürekli bir şekilde ışınlamaların etkisiyle karşılaşırlar ve radyasyonun kronik etkileri risk oluşturabilmektedir.

Son olarak toparlarsak, radyasyon frekansının büyüklüğü canlı üzerindeki etkisiyle doğrudan orantılıdır. Radyasyonun dokudan geçerek hücre çekirdeğindeki DNA molekülü ile doğrudan ya da dolaylı etkileşir.

Bu durumda şu ihtimaller gerçekleşebilir:

a) Zarar gören hücre canlılığını kaybedip vücuttan atılabilir.
b) Hücre zarar görür ama vücut tarafından tamir edilerek yaşamını normal olarak sürdürebilir.
c) Zarar görmüş hücre tamir edilemez, mutasyona uğramış olarak devam eder.

Radyasyonun insana zararlı etkilerinden mutasyona uğrayan işte bu DNA molekülleri sorumludurlar. Radyasyonun etkisi ile mutasyona uğrayan DNA eğer vücut tarafından tamir edilmezse hücre bölünmeleri ile kanser oluşumu başlar.

Radyasyonun dozuna göre insan vücuduna etkisini aşağıdaki tabloda bulabilirsiniz.

Doz (Rem) (1rem=0.01Sv) Gözlenen Klinik Etkiler
0 – 25
Gözlenen klinik etki yok
25 -100
Kan tablosunda meydana gelebilecek değişiklikler dışında gözlenebilen etki yok
100-200
Yorgunluk ve iştahsızlık, Mide bulantıları ve 3 saat içinde kusmalar, Kan tablosunda orta derecede değişiklikler, Kan yapıcı organlar dışında birkaç hafta içinde iyileşme
2000 – 600
2 saat veya daha kısa sürede kusmalar (300 Rem ve üzerinde doz alanlarda),İç kanamalar ve enfeksiyon,Kan tablosunda büyük değişiklikler, 2 hafta içinde saç dökülmesi (300 Rem ve üzerinde doz alanlarda), Alınan radyasyon dozuna bağlı olarak bir ay ile bir yıl arasında % 20 – %100 oranında iyileşme
2 ay içinde % 80 – % 100 oranında ölüm gerçekleşecek. Sağ kalanların ise iyileşmesi oldukça uzun sürecektir
Radyasyonun dozuna göre insan vücuduna etkisini

Kaynak:

https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/54114http://bilheal.bilkent.edu.tr/aykonu/ay2011/radyasyonturk.htm

https://dergipark.org.tr/en/download/article-file/54114

ÇOK DÜŞÜK FREKANSLI ELEKTROMANYETİK RADYASYON VE SAĞLIK ETKİLERİ Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 14, Sayı 2, 2009

Matematiksel

Şefika Çokcoşkun

İstanbul Üniversitesi 'Nükleer Fizik' anabilim dalında yüksek lisans mezuniyetim sonrası yazarlık serüvenim başladı. Bilimin hayatın parçalarından biri olduğunu aktarmak her bilim insanı gibi benim de görevim... Okumak, dinlemek, merak etmek, araştırmak hep bir adım daha atmamı sağlıyor. Paylaştıkça çoğalacağımız günler yakındır...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu