Uzun Uçak Yolculuklarında Kozmik Işınların Radyasyon Dozu ve Sağlığa etkisi

Özellikle tatil ve iş gezileri nedeniyle gitgide çok kişinin uçak yolculukları yapmakta olduğunu biliyoruz. ‘Kozmik Işınların' etkileriyle uçaklardaki insanların vücutlarında oluşan radyasyon dozları ne büyüklükte ve bu dozların sağlığa etkileri ne ölçüde olabilir?
Kozmik Işınlar
‘Kozmik ışınları' ilk kez fizikçiler laboratuvar çalışmaları sırasında, elektrik yüklü cisimlerin, elektrik yüklerini azar azar yitirmelerinin nedenini araştırırlarken buldular. Havayı iyonlayan1 ve böylelikle havanın elektriksel iletkenliğini sağlayarak, elektrik yüklü cisimlerden elektriksel yük kaçaklarına yol açan birşey, bir etken olmalıydı? Birçok bilim adamı önceleri, yerde, toprak ve kayalarda az miktarda bulunan doğal radyoaktif maddelerden yayılan ışınların havayı iyonladığını düşündü. En sonunda Avusturyalı fizikçi Victor Hess 1912 yılında bir balona binip, elektroskopunun göstergesini gözledi ve balonla yükseldiçe, elektriksel yükün gitgide azaldığını izledi. Öyleyse göklerden, uzaydan gizli bir şey gelip havayı iyonluyor ve elektroskoptaki yükler bu yolla gitgide azalıyor sonucuna varıldı ki bu gizli etkene ‘kozmik ışınlar' denildi.
1950'lerde fizikçiler ‘kozmik ışınlar'ın, aslında adlarının tersine fotonlardan oluşan bir 'ışık' olmadığını, bunların ışık hızına varan çoğunlukla protonlardan ve az miktarda da daha ağır parçacıklardan oluşan sürekli bir ‘iyon akımı' olduğunu belirlediler. Güneş sistemimizin çok ötesinde uzayın derinliklerinden sürekli olarak dünyamıza gelmekte olan bu girici iyonların çok yüksek enerjilerini nereden aldıkları ise bugün bile bir sır. Bu yüksek enerjili kozmik ışınların, güneş sistemimize girdiğinde, güneşin yaydığı Güneş Rüzgarı denilen ve çoğunlukla elektronlardan oluşan dev akımın ürettiği manyetik alanın direncini yenmeleri gerekiyor. Ancak Güneş Rüzgarının şiddeti sabit olmayıp her 11 yılda bir değişim gösteriyor. Güneş rüzgarını yenip Dünyaya yaklaşmakta olan ‘daha girici iyonları' bu kez Dünyanın manyetik alanının saptırmasının yanısıra, geçmeleri gereken yoğun hava tabakaları molekülleri frenliyor (Dünyanın her cm² yüzeyi üstünde 1 kg hava var!).
Bu ‘çok hızlı' ve dolayısıyla ‘çok yüksek enerjili' iyonlar, havada yolları boyunca çarptıkları atomlardan, sayıları çığ gibi artan nötron, mezon ve daha birçok girici ikincil parçacıkları üretip atmosferde ve yeryüzünde bizleri etkiliyorlar.
Uçaklarda yolculuk
Birçok iş adamı yılda 240 saatten daha çok zamanını uçaklarda geçiriyor. Pilot ve uçak personeli ise ayda 80 saat kadar uçaklarda görev yapıyor ki bu da yılda 40 gün etmekte.
Yüksek enerjili Kozmik Işınların insan vücudunda oluşturduğu radyasyon dozunun büyüklüğü yukarda açıklanan nedenlerle :
- Uçuş yüksekliğine
- Uçuş süresine
- Güneşteki tepkimelere (aktiviteye)
- İzlenen uçuş yolunun coğrafi (geomanyetik) enlemine bağlı olarak değişiyor.
Deniz düzeyindeki bir yerleşim yerinde ortalama 0,3 mSv olan kozmik ışınlardan kaynaklanan radyasyon dozu,2 10.000 m yüksekliğinde yılda ortalama 44 mSv "e yükseliyor ki bu da saatte 0,005 mSv (= 5 mikro Sievert)'lik bir dozhızı demektir. Bu ise deniz düzeyindeki değerin 150 katına yakın. 12.000 m yükseklikte bu daha da büyüyor: 52 mSv/yıl ya da saatte 6 mikro Sievert. Radyasyon dozhızı, ekvatora doğru azalıyor, kuzeye doğru artan coğrafi enlemle birlikte artış gösteriyor ve 60° kuzey enleminde ekvatordakinin 2-3 katı olan en yüksek değerine ulaşıyor. Bunun nedeni kutuplardan ekvatora doğru Dünyanın manyetik alanının artması ve hızlı iyonlardan oluşan kozmik ışınların daha kuvvetli manyetik alanın etkisiyle daha çok saptırılarak iyonların ekvatora çok daha az ulaşmaları. Dozhızı, Güney yarımkürede ise kuzeye oranla 2-3 kat daha az. Çok seyrek olmasına rağmen güneşteki tepkimelerin aşırı değerlere ulaştığı zamanlarda radyasyon dozu iyice arttığı için radyasyon fizikçileri hatta böyle zamanlarda uçuş yasağı getirilmesi gerektiğini ileri sürüyorlar. Örneğin güneşteki aktivitelerin çok aşırı olduğu 1957 de 12.000 m yükseklikte çok aşırı bir değer olan saatte 10 mSv ve 1989'da da saatte 0,1 mSv ölçüldüğünü burada belirtmeliyiz. İlginç olan her 11 yılda bir yinelenen güneş lekeleri aktiviteleri sırasında dozhızlarının, güneş rüzgarının oluşturduğu artan manyetik alanın zırhlama işlevi nedeniyle, normalin altında olduğunun gözlenmesi.
Uçak Personelinin alabileceği doz ve risk?
Yılda ayrı ayrı uçuşlarla toplanan ortalama 40 gün ve en çok 12.000 m yükseklikte uçan personel için yıllık ortalama doz (Bu yükseklikte 1 yıl boyunca etkili olabilecek 52 mSv'den gidilerek):
olabilir. Sadece kozmik ışınların etkisiyle alınan bu doz, deniz düzeyindeki yerel kaynaklar ile kozmik ışınların katkılarından oluşan toplam 2,4 mSv'lik doğal dozla karşılaştırıldığında uçak personelinin, doğal radyasyonla alınan dozun iki katından daha çoğunu almakta olduğu görülüyor. Aradaki fark büyük olmasına rağmen, bu pratikte birkaç röntgen filmiyle alınan doza eşdeğer ve vücutta bir hasara yol açma olasılığı, riski son derece az.. Risk anne karnında büyümekte olan embriyo, ceninler için sözkonusu olabilir ve bunların özürlü doğma olasılığı var. Bu nedenle, uçak personelinden hamile olanların uçaklarda görevlendirilmesi ilgili yönetmeliklerle getirilen önlemlerle önleniyor.
Çok uçanların alabileceği doz ve risk?
Yılda toplam 240 saatlik (=10 gün) ve yukarıdaki yükseklikteki uçuşlar için yıllık ortalama doz:
kadar.
Bu değer, deniz düzeyindeki bir yerleşim yerindeki doğal radyasyon dozunun yarısından biraz çok ve bu nedenle çok uçanlarda, hamileler dışında, bir etki ve risk beklenmez. Anne karnındaki ceninlerde organ yapımı sürdüğünden ve bunların radyasyondan etkilenmeleri olasılığı büyük olduğundan hamile iş kadınlarının çok uçmamaları, özürlü doğumlara karşı bir önlem olarak, öneriliyor.
Gezi amaçlı uçanların alabileceği doz ve risk?
Yıllık toplam 50 saatlik (2 gün kadar) ve yukardaki koşullardaki uçuşlar için ortalama doz:
kadar. Bu değer, deniz düzeyindeki bir yerleşim yerindeki doğal radyasyon dozunun onda birinden biraz çok ve bu nedenle yılda birkaç saatlik uçak yolculukları için, hamilelerde bile, herhangibir bir etki ve ek bir risk beklenmez. Tek bir röntgen filmi çektirilmesinde alınan doz bundan çok.
Avrupa Birliği Yönetmeliklerine göre yılda 1 mSv'lik dozun aşılabileceği uçak personeli için, vücut dozunun ‘doz ölçerleriyle' belirlenmesi ve değerlendirilip gereğinde önlemler alınması zorunlu. Uçak personeli de artık aynı nükleer reaktör personeli ya da röntgen aygıtlarıyla çalışan tıp doktorları gibi ‘radyasyonlarla çalışanlar' grubuna giriyor ve denetleniyorlar. Radyasyonun vücuda etkileri konusunda eğitiliyorlar ve bu nedenle onlar için de yılda 20 mSv'lik sınır değer geçerli oluyor. AB Ülkelerinde uçak personelinin aldığı dozun ilgili yönetmelikler uygulanarak ölçülmesi ve uygun bilgisayar programlarıyla hesaplanıp değerlendirilerek yetkili Kurumlara bildirilmesi zorunlu. Örneğin Almanyada 2004 yılında 30.000 uçak personelinin aldığı doz değerlendirilerek toplam topluluk (uçak personeli) dozu3 olarak: 58 kişi • Sievert değeri bulunmuş.
Buradan uçak personeli için kişi başına yıllık ortalama doz:
58 kişi • Sievert / 30.000 kişi = 1,94 mSv
Almanyada uçak personeli, nükleer santrallarda çalışanlar dahil tüm iyonlayıcı ışınlarla uğraşan personel içinde, ençok doz alan grup. 2004'deki en yüksek doz değeri 5,7 mSv olmasına karşılık, bu değer yine de 20 mSv'lik üst sınır değerin çok altında kalıyor.
Diğer yandan Almanyada Münih GSF-Ensitüsünde yapılan ve bu amaçla özel olarak geliştirilmiş EPCARD bilgisayar programıyla yapılan hesaplamalara göre 11 km yükseklikteki Avrupa içi uçuşlarda, uçuş başına bir kişinin aldığı radyasyon dozunun 0,010 mSv'in altında kaldığı4, Güney Afrika ve Güney Amerika için 0,040 mSv'den daha az ve Avrupa-ABD arası uçuşlar için ise 0,050 ile 0,080 mSv arasında olduğu belirlenmiş.
Sonuç olarak denilebilir ki, uçak yolculuklarında kozmik ışınlardan alınan doz ve bundan doğabilecek risk de, sürekli olarak almakta olduğumuz ‘Doğal Radyasyon dozu' ve teknolojik yaşamın getirdiği bir dizi diğer radyasyon dozlarıyla (röntgen filmi çekimi sırasında alınan doz gibi) aynı çerçevede görülüp değerlendirilmeli, ilgili yönetmelikler uygulanmalı, makul olmayan aşırı önlemler alınmamalı.
Kaynaklar: www.gsf.de/epcard; The address you requested is obsolete
Fizik Y.Müh.Dr. Yüksel Atakan - Almanya ybatakan@gmail.com
Not: Tübitak Bilim Teknik dergisi Mayıs 2006 sayısında yayımlanan bu yazıyı, yazarın izniyle sitemizde yayımlıyoruz.

• 1. Atomlarla etkileşme sonucunda, ışınların atomların dış yörüngesinden elektron söküp, normal olarak elektriksel olarak yüksüz bir atomu‚ elektriksel yüklü duruma’ getirmesi ve böylelikle bir iyon çifti oluşması. Örneğin bir gama fotonunun havadaki bir azot atomunun dış yörüngesinden bir elektron sökmesi sonucu, serbest bir elektronla, geriye bir elektronu eksik bir azot atomu (iyonu) kalmasıyla oluşan iyon çifti
• 2. Sievert (Sv) Eşdeğer Doz Birimi olup Beta ve Gama ışınları için: 1 Sievert = 1 Gray (Enerji Dozu Birimi) = 1 Joule/kg (Vücudun kg’ı başına, girici ışınların vücuttaki molekül ve atomlara 1 Joule’luk enerji aktarımı). Yüksek enerjili Nötron ve Alfalar için bu değer daha da yükselebilir.Daha ayrıntılı bilgi için Tübitak Bilim Teknik Nisan 2006 Ekine bakılması.
• 3. Topluluktaki kişi sayısıyla, her kişinin aldığı ortalama radyasyon dozunun çarpımı. Daha ayrıntılı bilgi için Tübitak Bilim Teknik Nisan 2006 Ekine bkz.
• 4. Bu değer, Türkiye içi ve Avrupaya olan uçuşlar için de kabaca geçerlidir.