Türkiye farklı bölge kömürleri için radyoaktivitenin nükleer tekniklerle incelenmesi

Bu yüksek lisans tez çalışmasının amacı Türkiye de bulunan taşkömürü ve linyit kömürlerinde doğal radyoaktivite ve safsızlıkların analiz edilip, literatüre katkıda bulunması ve linyit ve taşkömürü kömürleri arasında doğal radyoaktif elementler ve safsızlıklar arasındaki farkın irdelenmesidir. Bu çalışmada Türkiye'nin çeşitli bölgelerinden toplanan taşkömürü ve linyit kömürü örnekleri kullanılmıştır. Çalışma kapsamında; Soma İnbat, Tunçbilek, Dursunbey, Afşin Elbistan ve Zonguldak Kozlu kömür madeni ocaklarından çıkarılan ham kömür örnekleri toplanılmıştır. Toplanan bu örnekler iki farklı nükleer analiz tekniği ile incelenmiştir. Örneğin içindeki elementlerin tayini için X-ışını floresansı (XRF) spektrometresi kullanılırken, doğal radyoaktivite ölçümleri için gama spektroskopisi sistemi kullanılmıştır. Düşük kalorili linyit ve yüksek kalorili Zonguldak taşkömürünün doğal radyoaktiviteleri ölçülmüş ve nükleer tekniklerle karakter analizleri yapılmıştır. Minör ve eser elementler Al, As, Ba, Br, Cd, Cr, Ce, Cu, Fe, K, Mn, Hg, Ni, S, Sb, Se, Si, Pb, Ti, U, Th, V, Zn örnek içinde olduğu düşünülen elementlerdir. Çeşitli malzemelerdeki doğal radyoaktiviteye neden olan radyonüklitlerin belirlenmesini sağlayan gamma spektroskopisi yönteminin kömürde uygulanmasıyla, kömür örneklerinin uranyum, toryum ve potasyumdan kaynaklı doğal radyoaktivitesinin karakterizasyonu ve XRF spektroskopisi ile de örneklerin içinde bulunan eser elementlerin karakterizasyonu yapılmıştır. Kömür temel olarak organik maddeler, mineraller ve sudan oluşan çökelmiş bir kayaç tipidir. Bitki ve diğer organik maddelerin bataklık alanlarda birikmesi sonucu oluşan tabakaların değişime uğraması sonucu oluşmaktadır. Kömürler organik olgunluklarına göre linyit, altbitümlü kömür, bitümlü kömür ve antrasit tiplerine ayrılırlar. Bitümlü kömür tipleri taşkömürü olarak adlandırılmaktadır. Kömürün kullanımı ısı üretimi için basitçe yakılmasından, gaz/sıvı yakıtlar ve kimyasal hammadde için kopleks oksidasyona kadar pek çok alanda gerçekleşmektedir. Kömür yakımından elde edilen ısı önceleri evsel ihtiyaçlar için kullanılırken, endüstriyel devrimin başından 1950 lere kadar kömür endüstiryel uygulamalar ve ulaşım araçları için ana yakıt olarak kullanılmıştır. Yakıt olarak kullanılımın dışında, kömür yapım işlerinde ve endüstriyel ürünlerde gerekli olan maddelerin üretiminde de kullanılmaktadır. Kömürün kullanımı sonucunda çevreye ve insan sağlığına zararlı bazı elementler ortaya çıkar. Kullanılan kömürün içindeki elementlerin bilinmesi, insan sağlığı ve çevre açısından önemlidir. Ayrıca kömür içinde bulunan U-238, Th-232 ve K-40 elementleri sebebiyle belli bir miktar doğal radyoaktiviteye sahiptir. Doğada bulunan uranyum, toryum ve be elementlerin bozunum ürünleri ve potasyum doğal radyasyona sebep olurlar. Teknolinin gelişimi ile çeşitli tıbbi ve endüstriyel uygulamalar nedeniyle yapay radyasyona maruz kalınmasına rağmen doğal kaynaklardan gelen radyasyon, insanoğlunun en çok maruz kaldığı radyasyon kaynağıdır. Çeşitli teknolojik uygulamaların kullanımı ile içerisinde doğal radyasyon kaynakları bulunan malzemelerin insanların yaşam alanlarının içinde veya yakınlarında yoğunlaşması ile, doğal radyasyon kaynaklarından alınan doz insan sağlığına etki edecek seviyelere gelebilir. Bu nedenle endüstriyel uygulamalarda kullanılan malzemelerin doğal radyoaktivitelerinin bilinmesi önemlidir. U-238, Th-232 ve K-40 izotoplarının karakteristik gama pikleri düşük seviyeli radyoaktivite ölçüm sisteminde ölçülmüştür. Ölçülen bu piklerden, U-238, Th-232 ve K-40 izotoplarının ayrı ayrı oluşturduğu aktiviteler hesaplanıp, kömür örneklerinin doğal radyoaktivileri bulunmuştur. Doğal radyoaktivite ölçümleri için; toplanan kömür örnekleri öğütülüp silindirik kaplara ve marinelli kaplarına konularak 40 gün kadar bekletildikten sonra düşük seviyeli radyasyon ölçme laboratuvarında ölçülerek gama spektroskopik analizleri gerçekleştirilmiştir. Gamma spektroskopisi ölçümlerinde, geometri ve doğal ortam radyasyonundan kaynaklı hataların ölçüm sonuçlarına etkisi belirlenip, gerekli düzeltmeler yapılmıştır. Standard kaynaklar ile sistemin enerji kalibrasyonu yapıldıktan sonra sistemin verim eğrisi çıkarılarak uranyum, toryum ve potasyum radyonüklidlerinin ölçümlerindeki verim değerleri bulunmuştur. Örnekler aynı zamanda enerji ayrımlı XRF sistemi ile analiz edilmiş, örnek içinde bulunan elementlerin konsantrasyonu belli bir hatayla tespit edilmiştir. Kömür içindeki doğaya ve insan yaşamına zararlı elementler tehlike değerlerine göre sınıflandırarak, örnek içindeki miktarları tablolar halinde verilmiştir. Bu analizler Türkiye'de bulunan iki ana kömür çeşidi olan linyit ve taşkömürü kömürleri için yapılmıştır. Buna göree çevreye zararı yüksek As ve Pb elementleri tüm kömür örneklerinde eser olarak bulunurken, bir örnekte eser olarak Hg elementine rastlanılmıştır. Genel olarak, linyit örneklerinin doğal radyoaktivitelerinin taşkömürü örneklerine göre daha fazla olduğu gözlemlenmiştir. Th-232 kaynaklı aktivite örnekler arasında çok fazla farklılık göstermezken, K-40 aktivitesinin örnekler arasında büyük farka sahip olduğu görülmüştür. XRF sonuçları ve gama spektroskopisi sonuçları birlikte değerlendirildiğinde Uranyum, Toryum ve Potasyumun XRF tekniği ile elde edilen konsantrasyonları gama spektrumu analizlerinden elde edilen sonuçlar ile her zaman örtüşmediği dolayısıyla, doğal radyoaktivitenin yorumlanmasında XRF analizlerinden alınan verilerin yeterli olamayacağı sonucuna varılmıştır.