Topraktaki radyonüklitler için etkin doz dönüşüm katsayılarının Monte Carlo Yöntemi ile hesaplanması / Calculation of effective dose conversion coefficicents for the radionuclides in soil using the Monte Carlo Method

Abstract

Bir bölgenin radyasyon fonunun oluşturulmasında, toprak, su ve havada yapılan çevresel radyoaktivite ölçümleri ve bu kaynaklardan her birinin havadaki doz hızına katkılarının bilinmesi önemli yer tutar. Bu çalışmada, toprakta yapılan radyonüklit konsantrasyonu ölçümlerinin (Bq/kg) yıllık etkin doza (µSv/y) dönüştürülmesine yarayan etkin doz dönüşüm katsayılarının (µSv/y)/(Bq/kg) Monte Carlo yöntemi ile hesaplanması amaçlanmıştır. Toprak hacmine düzgün dağıtılmış varsayılan izotropik bir kaynaktan yayımlanan 30 farklı foton enerjisi ve 62 farklı gama pikinin matematiksel bir vücut modeli içerisinde oluşturduğu organ dozları (kaynak parçacık başına) MCNP Monte Carlo programı yardımıyla hesaplanmıştır. Bu değerler daha sonra radyasyon ağırlık faktörleri ve organ ağırlık faktörleri ile birlikte kullanılarak etkin doz dönüşüm katsayılarına dönüştürülmüştür. EDDK ile foton enerjisi (E; keV) arasında EDDK = 0.0017E ? 0.2595 biçiminde bir bağıntı elde edilmiştir. Ayrıca topraktaki radyoaktif serilerin gama pikleri kullanılarak EDDK değerleri 238U serisinin 226Ra, 214Pb ve 214Bi üyeleri için sırasıyla 0.00530, 0.22506 ve 1.82013 (µSv/y)/(Bq/kg) ve 232Th serisinin 228Ac, 224Ra, 212Pb, 212Bi ve 208Tl üyeleri için sırasıyla 1.03555, 0.00927, 0.10940, 0.10721 ve 1.84369 (µSv/y)/(Bq/kg) olarak elde edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda topraktaki 238U, 232Th serileri ile 40K ve 137Cs çekirdeklerinin EDDK değerleri 2.05049, 1.84369, 0.23724 ve 0.69126 (µSv/y)/(Bq/kg) şeklinde belirlenmiş ve bu değerlerin literatür verileri ile uyumlu olduğu gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Radyoaktivite, Etkin doz, Doz hızı, Etkin doz dönüşüm katsayıları In determining the radiation background of a region, it is important to carry out environmental radioactivity measurements in soil, water and air, to determine their contribution to the dose rate in air. This study aims to determine the dose conversion coefficients (in {nGy/h}/{Bq/kg}) that are used to convert radionuclide activity concentration in soil (in Bq/kg) to dose rate in air (in nGy/h) using the Monte Carlo method. An isotropic source which emits 30 different photon energies and 62 different gamma peaks was assumed to be uniformly distributed in soil. The doses released by photons in organs and tissues of a mathematical phantom were determined by the Monte Carlo package MCNP. The organ doses were then used, together with radiation weghting factors and organ weighting factors, to obtain effective doses for the energy range of 100 keV-3 MeV, which in turn are used to determine the effective dose rates in air per unit of specific activity. A relationship between effective dose conversion coefficient ({nGy/h}/{Bq/kg}) and photon energy (E; keV): EDDK = 0.0017E ? 0.2595. In addition, the gamma peaks from the radioactive series in soil were used to obtain the effective dose conversion coefficients for 226Ra, 214Pb and 214Bi members of 238U series as 0.00530, 0.22506 ve 1.82013 (µSv/y)/(Bq/kg) respectively. Also, the effective dose conversion coefficients for 228Ac, 224Ra, 212Pb, 212Bi and 208Tl members of 232Th were determined as 1.03555, 0.00927, 0.10940, 0.10721 ve 1.84369 (µSv/y)/(Bq/kg), respectively. As a result of this study, the effective dose conversion coefficients for 238U, 232Th, 40K and 137Cs in soil were computed as 2.05049, 1.84369, 0.23724 and 0.69126 (µSv/y)/(Bq/kg), respectively. These values were found to be consistent with literature values. Keywords: Radioactivity, Effective Dose, Dose Rate, Effective dose Conversion Coefficients