Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Muş Alparslan

Transkript

Muş Alparslan Üniversitesi
Fen Bilimleri Dergisi
Muş Alparslan University
Journal of Science
ULUSAL HAKEMLİ DERGİ
ISSN:2147-7930
CİLT/VOL: 1 SAYI/NO:2
YIL/YEAR: ARALIK/DECEMBER 2013
Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi
Muş Alparslan University Journal of Science
Sahibi
Muş Alparslan Üniversitesi Adına
Prof. Dr. Nihat İNANÇ (Rektör)
Editör/Editor
Doç. Dr. Ercan BURSAL
Editör Yardımcıları/Associate Editors
Yrd. Doç. Dr. Bayram GÜNDÜZ
Yrd. Doç. Dr. Nevin TURAN
Yayın Kurulu/Editorial Board
Prof. Dr. Cevad SELAM
Prof. Dr. Ekrem ATALAN
Prof. Dr. Osman ÖZCAN
Prof. Dr. Erdal Necip YARDIM
Doç. Dr. Ercan BURSAL
Doç. Dr. Esin KAYA
Doç. Dr. Harun POLAT
Doç. Dr. İbrahim ERDOĞAN
Doç. Dr. Murat KAYRİ
Yrd. Doç. Dr. Bayram GÜNDÜZ
Yrd. Doç. Dr. Ekrem ALMAZ
Yrd. Doç. Dr. Hasan Ali AYGÖR
Yrd. Doç. Dr. Hüseyin ALLAHVERDİ
Yrd. Doç. Dr. Muhsin İNCESU
Yrd. Doç. Dr. Nevin TURAN
Yrd. Doç. Dr. Ömer ARSLAN
Yrd. Doç. Dr. Zeydin PALA
Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi yılda en az iki sayı olarak yayınlanan ulusal
hakemli bir dergidir. Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi’nde yayınlanan yazıların
bilimsel ve hukukî sorumluluğu yazarlarına aittir. Yayınlanan yazıların bütün yayın hakları Muş
Alparslan Üniversitesi’ne ait olup, yayıncının izni olmadan kısmen veya tamamen basılamaz,
çoğaltılamaz veya elektronik ortama taşınamaz.
İletişim:
Tel:0 436 249 49 49 - 1201 - Fax:0 436 213 00 28
Web:www.alparslan.edu.tr / e-mail:[email protected]
Adres: Muş Alparslan Üniversitesi / Rektörlük
Grafik Tasarım
Erdal YILDIZ
İÇİNDEKİLER / CONTENTS
BAZI PESTİSİTLERİN GÖKKUŞAĞI ALABALIĞI KARACİĞERİNDEN
SAFLAŞTIRILAN MİTOKONDRİAL TİYOREDOKSİN REDÜKTAZ ENZİMİNİN
AKTİVİTESİ ÜZERİNE İN VİTRO ETKİLERİNİN İNCELENMESİ
INVESTIGATION IN VITRO EFFECTS OF SOME PESTICIDES ON
THE ACTIVITY OF MITOCHONDRIAL THIOREDOXIN REDUCTASE
ENZYME THAT PURIFIED FROM RAINBOW TROUT LIVER
İlknur ÖZGENÇLİ, Yusuf TEMEL, Ö. İrfan KÜFREVİOĞLU, Mehmet ÇİFTCİ
109-117
KATI FAZ FERMENTASYONU (KSF) TEKNİĞİ ile Bacillus
subtilis ATCC 6051’den α-AMİLAZ ÜRETİMİ
α-AMYLASE PRODUCTION FROM Bacillus subtilis ATCC 6051 WITH SOLID STATE
FERMENTATION (SSF)
Sedat KAYA, Yusuf ÖNEN, Fikret UYAR, Nurullah AKCAN
119-126
STAFİLOKOKSİK HAŞLANMIŞ DERİ SENDROMU
STAPHYLOCOCCAL SCALDED SKIN SYNDROME
Emine GÖKÇEOĞLU, Hanifi KÖRKOCA
127-136
YATAN HASTA KATLARINDAKİ KAT SEKRETERLERİNİN İŞ YÜKÜ ANALİZİ
WORKLOAD ANALYSIS OF FLOOR SECRETARIES IN INPATIENT FLOORS
Şerife BALAT, Hanife OK
137-144
IŞIK ÜNİTESİNİN ÖĞRETİMİNDE BİLGİSAYAR
ANİMASYONLARININ ETKİSİ
THE EFFECT OF COMPUTER ANIMATIONS ON
THE TEACHING OF THE LIGHT UNIT
Yasemin KOÇ, Ümit ŞİMŞEK, Cemil HAS
145-156
THE COLLECTIVE EXCITATIONS AND RESONANCES IN ATOMIC NUCLEI
Ali KULIEV
157-173
Hf İZOTOPLARINDA FOTON SAÇILMA
TESİR KESİTLERİNİN HESAPLANMASI
Hüseynqulu QULİYEV, Ekber GULIYEV
175-184
176,178,180
HAFİF 103,105,107Te İZOTOPLARININ KABUK MODELİ HESAPLAMALARI
SHELL MODEL CALCULATIONS OF LIGHT 103,105,107Te ISOTOPES
Öznur DEMİRÖRS, Erdal DİKMEN
185-190
SİVRİCE (ELAZIĞ) FAY ZONUNDA RADON GAZI
YAYILIMININ MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ
SEASONAL CHANGES OF RADON GAS EMISSIONS
ON SİVRİCE (ELAZIĞ) FAULT ZONE
Sultan ŞAHİN BAL, Mahmut DOĞRU
191-194
Muş Alparslan Üni̇ versi̇ tesi̇ Fen Bilimleri Dergisi
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
Sayı/ Issue:2 Aralık/December: 2013
BAZI PESTİSİTLERİN GÖKKUŞAĞI ALABALIĞI KARACİĞERİNDEN
SAFLAŞTIRILAN MİTOKONDRİAL TİYOREDOKSİN REDÜKTAZ ENZİMİNİN
AKTİVİTESİ ÜZERİNE İN VİTRO ETKİLERİNİN İNCELENMESİ
INVESTIGATION IN VITRO EFFECTS OF SOME PESTICIDES ON
THE ACTIVITY OF MITOCHONDRIAL THIOREDOXIN REDUCTASE
ENZYME THAT PURIFIED FROM RAINBOW TROUT LIVER
İlknur ÖZGENÇLİ 1, Yusuf TEMEL 1, Ö. İrfan KÜFREVİOĞLU 1, Mehmet ÇİFTÇİ 2*
Atatürk Üniversitesi, Fen Fakültesi, Kimya Bölümü, 25100-ERZURUM
1
2
Bingöl Üniversitesi, Rektörlük, 12000-BİNGÖL
ÖZET
Bu çalışmada, gökkuşağı alabalığı karaciğerinden saflaştırılan mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi
aktivitesi üzerine bazı herbisit ve insektisitlerin in vitro etkileri incelendi. Enzimin saflaştırılmasında 2’, 5’ADP Sepharose 4B afinite kromatografisi yöntemi kullanıldı. Enzim 11,8 EÜ/mg protein spesifik aktiviteyle,
% 2,38 verimle ve 648,4 kat saflaştırıldı. Enzimin saflık kontrolü Sodyum Dodesil Sülfat-Poliakrilamid Jel
Elektroforezi (SDS-PAGE) ile yapıldı ve tüm kinetik çalışmalarda saf enzim kullanıldı. Yapılan kinetik çalışmalarda 4’ü herbisit 4’ü insektisit olmak üzere kullanılan tüm pestisitlerin enzim üzerinde inhibisyon etkisi
tespit edildi.
Anahtar Kelimeler: Gökkuşağı Alabalığı, Tiyoredoksin Redüktaz, Herbisit, İnsektisit, İnhibisyon
ABSTRACT
In this study, we determined the in vitro effects of some herbicides and insecticides on the activity of mitochondrial Thioredoxin Reductase that purified from liver of rainbow trout. For purification of enzyme, 2’,
5’-ADP Sepharose 4B affinity chromatography technique was used. The enzyme was purified 648,4-fold from
rainbow trout liver mitochondria in a yield of 2.38 % with 11,8 U/mg. SDS-PAGE was done to control the
purify of enzyme and also showed a single band for the enzyme. According to the kinetic studies, inhibition
effects of all pesticides including four of herbicides and four of insecticides were identified.
Key Words: Rainbow Trout, Thioredoxin Reductase, Herbicide, Insecticide, Inhibition
*
Sorumlu Yazar/Corresponding Author: Mehmet ÇİFTCİ, Bingöl Üniversitesi, Bingöl Üniversitesi Rektör Yardımcısı, 12000, Bingöl,
[email protected]
109
Özgençli ve ark.
Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 1 (2), 109-117, 2013.
1. GİRİŞ
Tiyoredoksin redüktazlar (EC 1.6.4.5) lipoamid dehidrogenaz, glutatyon redüktaz gibi
piridin nükleotit disülfit oksidoredüktazlar arasında flavoprotein ailesine bağlı enzimlerdir. Bu
ailenin üyelerinin her biri disülfit içeren aktif bir
bölge, bir NADPH bağlanma yeri ve bir FAD
prostetik grubun oluşturduğu homodimerik proteinlerdir [1]. Tiyoredoksin redüktazlar (TrxR),
Cys-Val-Asn-Val-Gly-Cys amino asitlerinden
oluşan katalitik bölümü ve nikotinamid adenin
dinükleotid fosfat (NADPH) bağlanma bölümü
ile aktivite gösterirler. Ayrıca, katalitik bölüm ile
etkileşime giren ve redoks aktivitesi için gerekli
olan C-terminal bölgesinde selenosistein içerirler [2,3]. Selenyum TrxR aktivitesi için gereklidir. Yapılan çalışmalarda kültür ortamına 1 µM
Se eklenmesi halinde hücresel TrxR aktivitesinin 40 kat arttığı görülmüştür [4]. TrxR aktivitesi, oksidatif hekzos monofosfat (HMPS) siklusunun kontrol noktası enzimi olan glukoz-6-fosfat dehidrogenez (G6PD) ile üretilen NADPH
tarafından düzenlenir [5]. Enzimin sitozolik ve
mitokondrial olmak üzere iki formu vardır [2].
Ancak memelilerde TrxR ler sitozolik, mitokondrial ve testis-spesifik tiyol regülatörü olmak üzere 3 değişik izoformda bulunur [6].
Enzimin en önemli fonksiyonu tiyoredoksin
proteininin NADPH’a bağımlı olarak indirgenmesini katalizlemektir. Bu reaksiyonda elektronlar NADPH’dan enzimin prostetik grubu olan
FAD aracılığıyla enzimin substratı olan tiyoredoksine akar ve substratı indirger [1]. TrxR’ler
okside tiyoredoksinleri indirgeme kabiliyetleri
sebebiyle bu isimle adlandırılmışlardır [3]. Tiyoredoksinler (Trx) ise Trp-Cys-Gly-Pro-CysLys amino asitlerinden oluşan bir katalitik bölüm içeren 10-12 kDa’luk bir protein ailesidir.
Bu proteinlerin iki sistein grubu geri dönüşümlü
oksidasyon / redüksiyona uğrar. Trx’in redükte
olmuş ditiyol formu [Trx-(SH)2] disülfit grubu
içeren okside protein substratlarını redükte eder.
Okside disülfid formu [Trx-(S-S)] ise TrxR tarafından düzenlenen NADPH-bağımlı bir yolla
110
siklusa geri katılır [7].
Tiyoredoksin dışında lipoik asit [8], lipid
hidroperoksit [9], selenit, vitamin C [10], Vitamin K3 [11], 5,5’dithiobis-(2 nitrobenzoik asit),
alloksan [12], dehidroaskorbat [13] ve tümör
supresor protein P53 [14] enzimin bilinen diğer
substratlarındandır. Ancak bu substratların çoğunun indirgenmesinde TrxR’nin fizyolojik rolü
tam olarak bilinmemektedir.
TrxR/Trx sistemi, DNA sentezi ve hücre çoğalması için gerekli olan deoksiribonükleotidlerin yapımında kritik bir rol oynar. Trx, nükleotid
difosfatların deoksiribonükleotidlere dönüşümünü katalizleyen bir enzim olan ribonükleotid redüktazın, ribozu indirgemesi için gerekli
olan elektronları sağlar [15]. Ribonükleotitlerin
D-Riboz kısmının 2’ Deoksiriboza indirgenmesi
bir ara hidrojen taşıyıcı proteini olan tiyoredoksin aracılığıyla NADPH tarafından verilen bir
çift hidrojen atomuna gereksinim duyar. Tiyoredoksin NADPH’dan ribonükleotit difosfata H
atomları taşıyan –SH grubu çiftlerine sahiptir.
Oksitlenmiş ya da disülfit formu tiyoredoksin
redüktazla katalizlenen bir tepkimeyle NADPH
tarafından indirgenir. İndirgenmiş tiyoredoksin, ribonükleotit redüktaz tarafından nükleozit
difosfatları (NDP) deoksinükleozitdifosfatlara
(dNDP) indirgemede kullanılır [16].
Bu çalışmada öncelikle tiyoredoksin redüktaz enziminin gökkuşağı alabalığı karaciğer
mitokondrisinden ilk kez saflaştırılması ve bazı
pestisitlerin bu enzim aktivitesi üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlandı.
2. MATERYAL VE METOD
2.1.Materyal
Çalışmada kullanılan kimyasal maddelerden EDTA, DTNB, Potasyum Fosfat, NADPH,
Etanol, Poliakrilamid, Coomassie brillant blue,
Sodyum dodesil sülfat, DTT, Tris, HCl, 2’ ,5’
ADP Sepharose 4B ve diğer tüm kimyasal maddeler Sigma Chem Com.’dan temin edilmiştir.
Özgençli et al.
Muş Alparslan University Journal of Science, 1 (2), 109-117, 2013.
2.2. Metod
2.2.1 Homojenatın Hazırlanması
Homojenat hazırlamak için gökkuşağı alabalığı karaciğeri (40 g) bıçak yardımıyla küçük
parçalara ayrıldı. Karaciğer parçaları 120 ml
0,05 M Tris HCl (pH 7,5) tamponu içersine alınarak ultraturraks vasıtasıyla homojenize edildi.
Hazırlanan homojenattan mitokondri organeli
elde edebilmek için gradientli santrifüj yapıldı. Öncelikle 6000xg’de 30 dk santrifüj yapılıp
elde edilen süpernatant 22000xg’de 30 dk tekrar
santrifüj edildi. Çökelek homojenat tamponuna alınarak 22000xg’de 30 dk santrifüj yapıldı.
Daha sonra çökelek 3 defa 20’şer saniyelik periyotlarla sonikatöre konuldu. Sonikatörle parçalanan çökelek 24000xg’de 30 dk santrifüj edildi.
Santrifüj sonrası elde edilen süpernatant 2’ ,5’
ADP Sepharose 4B afinite kolonuna yüklenmek
üzere +4 °C’de muhafaza edildi.
2.2.2 2’, 5’-Adp Sepharose 4B Afinite Kromatografisiyle Enziminin Saflaştırılması
10 ml’lik yatak hacmi için 2 g kuru 2’,5’ADP sepharose 4B jeli tartılarak, 400 ml destile
su ile katı maddelerin uzaklaştırılması için birkaç defa yıkandı. Yıkama esnasında jel şişirilmiş oldu. Şişirilmiş jelin havası su trompu kullanılarak vakum ile alındıktan sonra dengeleme
tamponu (10 mM Tris/HCl, 1 mM EDTA, pH
7,4) ilave edilerek jel süspanse edildi. Süspanse
edilmiş jel, 1x10 cm’lik kapalı sistemden oluşan
soğutmalı kolona paketlendi. Jel çöktükten sonra
peristaltik pompa yardımıyla dengeleme tamponu ile dengelendi. Kolonun dengelenmiş olduğu
elüat ile tamponun 280 nm’de absorbanslarının
ve pH’larının eşitlenmesinden anlaşıldı. Böylece afinite kolonu hazırlanmış oldu. Mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz enzimini saflaştırmak
amacıyla hazırladığımız süpernatant kolona yavaş yavaş tatbik edildi. Kolon örnek numune geçişi tamamlandıktan sonra dengeleme tamponu
ile 280 nm’de absorbans görmeyinceye kadar
yıkandı. Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra
2-10 mM NADP+ çözeltisiyle gradientli elüsyon
işlemi gerçekleştirildi. Elüatlar 0,5 ml olarak
toplandı. Toplanan elüatlarda enzim aktivitesi
bakıldı.
2.2.3 Bradford Yöntemiyle Protein Tayini
2’, 5’ ADP-Sepharose 4B afinite kromatografisi yöntemiyle saflaştırılan enzim için kantitatif
protein miktarı Bradford metoduna göre belirlendi [17].
2.2.4 Sodyum Dodesil Sülfat-Poliakrilamid Jel Elektroforezi (SDS-PAGE) ile Enzim Saflığının Kontrolü
Enzim saflaştırıldıktan sonra %3-10 kesikli
sodyum dodesilsülfat poliakrilamid jel elektroforezi (SDS-PAGE) Laemmli metoduna göre
yapılarak enzimin saflık derecesi kontrol edildi
[18].
2.2.5 In Vitro İnhibisyon Çalışmaları
Etken maddesi glifosat izopropilamin, fenoksaprop-p-etil, 2,4-diklorofenoksiasetik asit
dimetil amin tuzu ve haloksifop-p-metil ester
olan 4 çeşit herbisit ve etken maddesi diklorvos, lambda siyalotrin, sipermetrin, klorpirifos
olan 4 çeşit insektisitin enzim aktivitesi üzerine
in vitro etkisi incelendi. Çalışılan her madde ilk
olarak saf suyla 1000 kat veya daha fazla seyreltildi. Her pestisitin 5 farklı konsantrasyonunda
enzimin aktivitesi ölçüldü. İnhibitörsüz enzimin
aktivitesi olan kontrol aktivitesi %100 olarak
kabul edilip diğer inhibitör konsantrasyonlarında % Aktiviteler hesaplandı. İnhibitör konsantrasyonlarına karşı % Aktivite grafiği çizildi.
Çizilen bu grafiklerden inhibibtörler için IC50
değerleri hesaplandı.
3.BULGULAR
3.1 Kantitatif Protein Tayini İçin Kullanılan Standart Grafik
Elde ettiğimiz enzim çözeltilerindeki kantitatif protein tayini Bradford yöntemiyle belirlendi. Homojenat, gradientli santrifüj ve afinite
kromatografisi sonucu elde edilen enzim çözeltilerindeki kantitatif protein tayini bu standart
grafikten faydalanılarak bulundu. Standart çö111
Özgençli ve ark.
zeltilerin μg proteine karşılık gelen absorbans
değerleri Şekil 1’de gösterildi.
Absorbans (595 nm)
0,9
y = 0,0091x
R² = 0,9459
0,6
0,3
0
0
20
40
60
µg protein
80
100
3.3 Gökkuşağı Alabalığı Karaciğeri Mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz Enziminin
SDS-PAGE ile Saflık Kontrolü
2’, 5’-ADP Sepharose 4B afinite kromatografisinden elde edilen elüatlardaki enzimlerin
saflığını kontrol etmek için kesikli SDS-PAGE
yöntemi kullanıldı. Bu amaçla elektroforez sistemi kurularak enzim numuneleri sırayla kuyulara uygulandı ve yürütüldü. Elde edilen bantları
gösteren fotoğraf Şekil 2’de gösterildi.
Şekil 1. Bradford yöntemiyle proteinlerin kantitatif tayininde kullanılan standart grafik
1
2
3
4
125 k Da
3.2 Mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz
Enziminin 2’, 5’-ADP Sepharose 4B Afinite
Kromatografisiyle Saflaştırması İle İlgili Sonuçlar
85 k Da
50 k Da
Hazırlanan homojenat 2’, 5’-ADP Sepharose
4B afinite kolonuna yüklendi. Daha sonra gradientli elüsyon gerçekleştirildi. Elde edilen sonuçlar çizelge 1’de gösterildi.
35 k Da
25 k Da
Şekil 2. 2’, 5’-ADP Sepharose 4B afinite koŞekil 2. 2',mito5'-ADP Sepharose 4B afinite kolonundan elüe edilen Gökkuşağı alabalığı karaciğer mitokondrial
Çizelge 1. Gökkuşağı alabalığı karaciğer
lonundan
elüe edilen
Gökkuşağı
Tiyoredoksin Redüktaz enziminin SDS-PAGE
ile saflık
kontrolü. alabalığı karacikondrial Tiyoredoksin Redüktaz enziminin
5’*1., 2. ve 4.2’,
kuyu:
Afinite kolonundan alınan Tiyoredoksin redüktaz enzimi, 3. kuyu: standart proteinler (β-galaktosidoz: 120
ğer mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz enziminin
kDa, BSA: 85 kDa, ovalbumin: 50 kDa, CA: 35 kDa, β-laktoglobulin: 25 kDa, lizozim: 20 kDa)
ADP Sepharose 4B afinite kromatografisi
ile saflaşSDS-PAGE ile saflık kontrolü.
tırma sonuçları
3.4 Gökkuşağı Alabalığı Karaciğeri Mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz Enzimi Üzerine
Numune Türü
Toplam Protein
(mg)
Toplam Aktivite
(EÜ)
Spesifik Aktivite
(EÜ/mg)
% Verim
Saflaştırma
Katsayısı
alınan
Tiyoredoksin
redüktaz
enzimi,
3.
kuyu:
standart
Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial Tiyoredoksin redüktaz enzimi aktivitesi üzerine
proteinler
(β-galaktosidoz:
kDa, BSA:
85
bazı pestisitlerin etkilerini
belirleyebilmek
için bu 120
pestisitlerin
stok çözeltileri
hazırlandı. Bu
çözeltilerden değişik konsantrasyonlarda alınarak gökkuşağı alabalığı karaciğer tiyoredoksin redüktaz
kDa,
ovalbumin:
50
kDa,
CA:
35
kDa,
β-laktogenzimi aktivitesi üzerine etkileri araştırıldı. Çalışmalar sonucu kullanılan pestisit konsantrasyonuna
lobulin:
kDa,verildi.
lizozim: 20 kDa)
karşı % Aktivite grafikleri
Şekil 25
3- 11’de
Toplam
Hacim (ml)
Bazı İlaçların Etkilerinin*1.,
Belirlenmesine
Ait Çalışma
2. ve 4. kuyu:
AfiniteSonuçları
kolonundan
Homojenat
60
744,8
13,2
0,0182
100
1
112
8
0,0264
0,314
11,8
2,38
648,4
% Aktivite
2’,5’-ADP
Sepharose
4B afinite
kromotografisi
120
y = 100e-0,01x
R² = 0,9133
3.4 Gökkuşağı Alabalığı Karaciğeri Mito100
kondrial Tiyoredoksin Redüktaz Enzimi Üze80rine Bazı İlaçların Etkilerinin Belirlenmesine
Ait Çalışma Sonuçları
60
Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial
40Tiyoredoksin redüktaz enzimi aktivitesi üzerine
bazı pestisitlerin etkilerini belirleyebilmek için
20
bu pestisitlerin stok çözeltileri hazırlandı. Bu
çözeltilerden değişik konsantrasyonlarda alına0
rak
alabalığı
karaciğer
tiyoredoksin
0 gökkuşağı
20
40
60
80
100
redüktaz enzimi
aktivitesi
üzerine
etkileri
araştı[Glikofosat İzopropilamin] µM
rıldı. Çalışmalar sonucu kullanılan pestisit kon-
120
Şekil 3. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi
glifosat izopropilamin olan herbisitin etkisi
50 k Da
35 k Da
25 k Da
Şekil 2. 2', 5'-ADP Sepharose 4B afinite kolonundan elüe edilen Gökkuşağı alabalığı karaciğer mitokondrial
Tiyoredoksin Redüktaz enziminin SDS-PAGE ile saflık kontrolü.
*1., 2. ve 4. kuyu: Afinite kolonundan alınan Tiyoredoksin redüktaz enzimi, 3. kuyu: standart proteinler (β-galaktosidoz: 120
kDa, BSA: 85 kDa, ovalbumin: 50 kDa, CA: 35 kDa, β-laktoglobulin: 25 kDa, lizozim: 20 kDa)
Özgençli etTiyoredoksin
al.
Muş
Alparslan
Journal of Science, 1 (2), 109-117, 2013.
3.4 Gökkuşağı Alabalığı Karaciğeri Mitokondrial
Redüktaz
EnzimiUniversity
Üzerine
Bazı İlaçların Etkilerinin Belirlenmesine Ait Çalışma Sonuçları
Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial Tiyoredoksin redüktaz enzimi aktivitesi üzerine
bazı pestisitlerin etkilerini belirleyebilmek için bu pestisitlerin stok çözeltileri hazırlandı. Bu
çözeltilerden değişik konsantrasyonlarda alınarak gökkuşağı alabalığı karaciğer tiyoredoksin redüktaz
enzimi aktivitesi üzerine etkileri araştırıldı. Çalışmalar sonucu kullanılan pestisit konsantrasyonuna
karşı % Aktivite grafikleri Şekil 3- 11’de verildi.
santrasyonuna karşı % Aktivite grafikleri Şekil
3- 11’de verildi.
120
y = 100e-25,03x
R² = 0,9245
100
y = 100e-0,01x
R² = 0,9133
80
% Aktivite
100
80
% Aktivite
120
60
120
y = 100e-25,03x
R² = 0,9245
40
100
60
20
80
% Aktivite
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
0
60
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
[Haloksifop-p-metil ester] µM
40
Şekil 6. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial
tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
maddesi haloksifop-p-metil
ester olan herbisitin
et[Haloksifop-p-metil ester] µM
y = 100e
R² = 0,9864
kisi 120
Şekil 6. Gökkuşağı 20
alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi
haloksifop-p-metil ester olan herbisitin etkisi
[Glikofosat İzopropilamin] µM
Şekil 3. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken
maddesi glifosat izopropilamin olan herbisitin etkisi
glifosat izopropilamin olan herbisitin etkisi
-0,013x
100
haloksifop-p-metil ester olan herbisitin etkisi
120
y = 100e-0,801x
R² = 0,9672
100
% Aktivite
40
100
% Aktivite
y = 100e-0,801x
R² = 0,9672
100
60
0
600
60
20
0
0,5
20
1
1,5
2
20
40
40
80
40
400
y = 100e-0,013x
R² = 0,9864
60
120
20
80
120
80
% Aktivite
% Aktivite
80
60
[Diklorvos] µM
80
100
120
Şekil 7. Gökkuşağı 20
alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi
diklorvos olan insektisitin etkisi
0
0
20
40
60
80
100
120
[Diklorvos] µM
[Fenoksaprop-p-etil] µM
Şekil 7. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitoŞekil 4. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken
kondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken
maddesi diklorvos olan insektisitin etkisi
maddesi fenoksaprop-p-etil olan herbisitin etkisi
0
diklorvos olan insektisitin etkisi
0 herbisitin etkisi 0,5
1
1,5
2
fenoksaprop-p-etil olan
[Fenoksaprop-p-etil] µM
120 herbisitin etkisi
fenoksaprop-p-etil olan
y = 100e-0,193x
R² = 0,9115
100
120
y = 100e-0,193x
R² = 0,9115
60
100
80
40
80
20
60
0
40 0
20
y = 100e-0,381x
R² = 0,9724
100
% Aktivite
% Aktivite
% Aktivite
80
120
1
2
3
4
5
6
60
40
7
20
[2,4- Diklorofenoksiasetik asit dimetil amin tuzu] µM
0
Şekil 5. Gökkuşağı 0alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi 2,40 dimetil amin
1 tuzu olan
2 herbisitin
3 etkisi 4
5
6
7
diklorofenoksiasetik asit
[2,4- Diklorofenoksiasetik asit dimetil amin tuzu] µM
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
[Lambda siyalotrin] µM
maddesi lambda siyalotrin olan insektisitin etkisi
Şekil 8. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi lambda
siyalotrin olan insektisitin etkisi
Şekil 5. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial tiyoredoksin redüktaz enzimi üzerine etken maddesi 2,4diklorofenoksiasetik asit dimetil amin tuzu olan herbisitin etkisi
y = 100e-0,5x
R² = 0,9092
120
100
80
% Aktivite
maddesi 2,4-diklorofenoksiasetik asit dimetil amin
tuzu olan herbisitin etkisi
60
40
113
20
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
[Sipermetrin]µM
sipermetrin olan insektisitin etkisi
% Aktivite
60
40
20
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
[Lambda siyalotrin] µM
Özgençli
ve ark.redüktazMuş
Şekil 8. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri mitokondrial
tiyoredoksin
enzimiAlparslan
üzerine etken Üniversitesi
maddesi lambda
siyalotrin olan insektisitin etkisi
Fen Bilimleri Dergisi, 1 (2), 109-117, 2013.
mutasyonu önler [21]. Tiyoredoksin redüktaz
enziminin fizyolojik substratı olan Tiyoredok100
sin proteini de hidrofilik fazda okside substratı
redükte etmesi açısından antioksidan etki gös80
terir ve bu yönüyle oksidatif stresi engeller. İn60
san, hücrelerin oksidatif stresten korunması için
40
önemli bir antioksidan olan askorbik asit sentez20
leme kabiliyetine gereksinim duyar. Bu nedenle
0
diyetle alımı ve oksidize formlarından (dehidro0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
[Sipermetrin]µM
askorbik asit, askorbil serbest radikali) askorbaŞekil 9. Gökkuşağı
mitokondrialalabalığı
tiyoredoksin redüktaz
enzimi üzerinemitoetken maddesi ta dönüşümü hücre içi askorbat seviyesinin muŞekilalabalığı
9. karaciğeri
Gökkuşağı
karaciğeri
sipermetrin olan insektisitin etkisi
hafazası için önemlidir. TrxR’ler oksidatif stres
maddesi sipermetrin olan insektisitin etkisi
altındaki hücrelerde askorbil serbest radikalleri
askorbata indirgeme bakımından önemlidir [3].
y = 100e-0,5x
R² = 0,9092
% Aktivite
120
İnsan tümörlerinin çoğunda p53 mutasyonunun görülmesi bu proteinin kanser önlemede
100
önemli bir rol oynadığını gösterir [22]. Tümör
80
baskılayıcı protein olan p53, insan genomunun
60
bütünlüğünü sağlamak, apoptoz kontrolünü sağ40
lamak, hücre döngüsünü durdurmak ve DNA tamirini aktive etmek gibi hayati rolleri olan mul20
tifonksiyonel bir proteindir [23]. P53 aktivitesi0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
ni kontrol eden birçok mekanizmanın yanı sıra
[Klorpirifos] µM
redoks kontrol mekanizması da oldukça önem
Şekil 10. Gökkuşağı
alabalığı
karaciğeri
mitokondrialalabalığı
tiyoredoksin redüktaz
enzimi üzerine
etken maddesi
Şekil
10.
Gökkuşağı
karaciğeri
mitoarz etmektedir. Yapılan çalışmalar neticesinde
klorpirifos olan insektisitin etkisi
TrxR I geninin bozulması halinde p53 proteinin
4. TARTIŞMA VE SONUÇ
maddesi
klorpirifos olan insektisitin etkisi
gen ekspresyonunu uyarma kabiliyetinin engelTiyoredoksin Redüktazın en önemli biyolojik fonksiyonu tiyoredoksini indirgemesine bağlı
olarak hücre büyümesine katkı sağlamak ve oksidatif strese karşı korumaktır [3].TrxR’lerin fizyolojik lendiği görülmüştür [24,25].
y = 100e-1,813x
R² = 0,9531
% Aktivite
120
substratları olan tiyoredoksinler, hücre büyümesi ve inhibe apoptoz düzenlemesinde önemli rol
oynarlar [19,20].
Bazı hastalıklarla ilgili yapılan çalışmalarda,
TrxR enziminin dolaylı olarak rol aldığı saptanTiyoredoksin Redüktazın en önemli biyolomıştır. Özellikle kanser, AIDS ve immun sistem
jik fonksiyonu tiyoredoksini indirgemesine bağhastalıklarında TrxR nin fonksiyonunun anlalı olarak hücre büyümesine katkı sağlamak ve
şılması bu enzimin insan hastalıklarında da rol
oksidatif strese karşı korumaktır [3].TrxR’lerin
alan bir enzim olduğunun en iyi kanıtı olmuştur.
fizyolojik substratları olan tiyoredoksinler, hücKanser hücreleri ve birçok kanser çeşidi üzerinİnsan tümörlerinin çoğunda p53 mutasyonunun görülmesi bu proteinin kanser önlemede önemli
büyümesi
veTümör
inhibe
apoptoz
bir rolre
oynadığını
gösterir [22].
baskılayıcı
protein olan düzenlemesinde
p53, insan genomunun bütünlüğünü de yapılan çalışmaların çoğu TrxR sistemle ilişsağlamak, apoptoz kontrolünü sağlamak, hücre döngüsünü durdurmak ve DNA tamirini aktive etmek
önemli
rolmultifonksiyonel
oynarlar bir[19,20].
gibi hayati
rolleri olan
proteindir [23]. P53 aktivitesini kontrol eden birçok
kilendirilmiştir [3]. Trx/TrxR sisteminin biyolomekanizmanın yanı sıra redoks kontrol mekanizması da oldukça önem arz etmektedir. Yapılan
çalışmalar neticesinde TrxR I geninin bozulması halinde p53 proteinin gen ekspresyonunu uyarma
jik aktiviteleri ve saldırgan tümör büyümesi ile
Vücutta
fizyolojik
aktivitenin
doğal
ürünü
kabiliyetinin engellendiği görülmüştür [24,25].
olan
serbest
doğuştan
Bazı hastalıklarla
ilgili radikalleri,
yapılan çalışmalarda, organizma
TrxR enziminin dolaylı
olarak rol aldığı olan bağlantısı, bu sistemin kanser tedavisi için
saptanmıştır. Özellikle kanser, AIDS ve immun sistem hastalıklarında TrxR nin fonksiyonunun
kazandığı
çok
hassas
bir
donanımla
oksidan-ananlaşılması bu enzimin insan hastalıklarında da rol alan bir enzim olduğunun en iyi kanıtı olmuştur. önemli bir hedef olduğunu düşündürür [26].
tioksidan denge olarak tanımlanabilecek bir çizBu çalışmada yukarıda bahsettiğimiz sebepgide tutmaya çalışır. Bu dengenin bozulması oklerden ötürü ilk olarak; fazlaca önem taşıyan
sidatif strese yol açar. Antioksidan sistem hasar
tiyoredoksin redüktaz enziminin saflaştırılması
öncesi radikal oluşumunu önler, oksidatif hasarı
hedeflendi. Daha sonra bu enzimle ilişkilendirionarır, hasara uğramış molekülleri temizler ve
len hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçların
Vücutta fizyolojik aktivitenin doğal ürünü olan serbest radikalleri, organizma doğuştan
kazandığı çok hassas bir donanımla oksidan-antioksidan denge olarak tanımlanabilecek bir çizgide
tutmaya çalışır. Bu dengenin bozulması oksidatif strese yol açar. Antioksidan sistem hasar öncesi
radikal oluşumunu önler, oksidatif hasarı onarır, hasara uğramış molekülleri temizler ve mutasyonu
önler [21]. Tiyoredoksin redüktaz enziminin fizyolojik substratı olan Tiyoredoksin proteini de
hidrofilik fazda okside substratı redükte etmesi açısından antioksidan etki gösterir ve bu yönüyle
oksidatif stresi engeller. İnsan, hücrelerin oksidatif stresten korunması için önemli bir antioksidan olan
askorbik asit sentezleme kabiliyetine gereksinim duyar. Bu nedenle diyetle alımı ve oksidize
formlarından (dehidroaskorbik asit, askorbil serbest radikali) askorbata dönüşümü hücre içi askorbat
seviyesinin muhafazası için önemlidir. TrxR’ler oksidatif stres altındaki hücrelerde askorbil serbest
radikalleri askorbata indirgeme bakımından önemlidir [3].
114
Özgençli et al.
hazırlanmasında fikir verebilecek maddelerin
tayini için bazı pestisitlerin enzim aktivitesi üzerine etkisi araştırıldı.
Yapılan literatür taramasında TrxR enziminin
sıçan karaciğeri [27], sığır karaciğeri ve timusu
[28], E.coli [29], maya [30] gibi kaynaklardan
çalışıldığı görülmüştür. Saflaştırma basamakları genel olarak incelendiğinde amonyum sülfat
çöktürmesi, sephadex G-50, DEAE selüloz, CM
selüloz ve 2’, 5’-ADP Sepharose 4B afinite kromatografisinin birbirini izlediği çok aşamalı bir
prosedür izlendiği belirlenmiştir. Bunun yanı
sıra saflaştırılan enzimlerin sitozolik mi mitokondrial mi olduğu konusunda tereddütlerimiz
oluşmuştu. Yaptığımız bu çalışmada ilk olarak
bu çok basamaklı ve zaman kaybına sebep olan
saflaştırma prosedürlerinin yerine tek basamakta
2’, 5’-ADP Sepharose 4B afinite kromatografisiyle ve yüksek saflıkta enzim elde edilmiştir.
Böylece diğer çalışmalara nazaran hem yüksek
aktivitede ve stabil enzim elde edilmiş hem de
zamandan tasarruf sağlanmıştır. Ayrıca enzim
mitokondrial peletten elde edildiğinden tereddüt
etmeden mitokondrial olduğunu söyleyebileceğimiz TrxR saflaştırılmıştır.
Çalışmamızın sonraki aşamasını Trx/TrxR
sistemiyle ilişkilendirilen hastalıkların tedavisinde fikir belirtebilecek bileşiklerin tayin edilmesi oluşturmaktaydı. Çalışmaya başlamadan
önce literatür taraması yapılarak hangi madde ve
bileşiklerin enzim aktivitesi üzerinde inhibisyon
etkisi oluşturduğu konusunda fikir edinilmiştir.
Buna göre; şuanda mevcut kanser tedavisinde
kullanılan ajanlardan sisplatin, PX-12 ve plörotin geri dönüşümsüz birer TrxR inhibitörleridir.
Yine Gd+3 içeren bir porfirin olan moteksafin
gadolinyum kanser hücresindeki metabolizmayı
bozarak DNA tamirini engeller ve hücre ölümünü kolaylaştırır [24]. 1-chloro-2,4-dinitrobenzene,13-cis-retinoic acid [12], nitrojen mustardlar
(Chlorambucil,melphalan), alkil sülfanatlar (busulfan), daunorubicin, doxorubicin, karmustin
ve platin içeren antikanser bileşiklerin enzim
üzerinde inhibisyon etkisi saptanmıştır [31].
Aurothioglucose, arsenik trioksit, flavonoid-
ler,platin ve altın bileşiklerinin yanı sıra Cu+2,
Ni+2, Zn+2 , Cd+2, Mn+2,Co+2[32], Hg+2[33] gibi
ağır metallerde enzim üzerinde inhibisyon etkisi
saptanan metallerdir.
Yaptığımız çalışmada etken maddesi glifosat
izopropilamin, fenoksaprop-p-etil, 2,4-diklorofenoksiasetik asit dimetil amin tuzu ve haloksifop-p-metil ester olan 4 çeşit herbisit ve etken
maddesi diklorvos, lambda siyalotrin, sipermetrin, klorpirifos olan 4 çeşit insektisitin enzim aktivitesi üzerine in vitro etkisi incelenmiştir. Tüm
pesitisitlerin enzim aktivitesi üzerinde µM düzeyinde inhibisyon etkisi tespit edilmiştir. Gökkuşağı alabalığı karaciğerinden saflaştırılan mitikondrial TrxR enzimi üzerinde her bir pestisitin
IC50 değerleri aşağıdaki çizelgede belirtilmiştir.
Çizelge 2. Gökkuşağı alabalığı karaciğeri Mitokondrial Tiyoredoksin Redüktaz enzimi için bulunan
IC50 değerleri
İLAÇLAR
Glifosat izopropilamin
IC50
DEĞERLERİ(µM)
69
Fenoksaprop-p-etil
0,86
2,4-diklorofenoksiasetik
asit dimetil amin tuzu
Haloksifop-p-metil ester
3,57
0,027
Diklorvos
Lambda siyalotrin
53,07
1,82
Sipermetrin
1,38
Klorpirifos
0,38
IC50 değerleri glifosat izopropilamin için
69, fenoksaprop-p-etil için 0,86, 2,4-diklorofenoksiasetik asit dimetil amin tuzu için 3,57 ve
haloksifop-p-metil ester bileşiği için 0,027, diklorvos için 53,07, lambda siyalotrin için 1,82,
sipermetrin için 1,38 ve klorpirifos için 0,38
µM olarak belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan
pestisitlerin tamamının çok eser miktarda dahi
enzimi tamamen inhibe etmesinden dolayı bu
bileşikler, Trx/TrxR sistemiyle ilişkilendirilen
tümör, kanser, AİDS ve değişik immün sistem
rahatsızlıklarında Trx/TrxR salınımını azaltma
115
Özgençli ve ark.
maksatlı ilaçların hazırlanmasında fikir verici
olabilir. Aynı zamanda bu pestisitlerin, sulama
kanallarıyla nehirlere ulaşması ve buradan balıklara nüfus etmesi durumunda, yine sulama
kanalları ya da elle temas yoluyla insan sindirim
sistemine erişmesi durumunda Trx/TrxR sistemini geri dönüşümsüz inhibe edeceğinden onarılmaz zararlara yol açabilir.
KAYNAKÇA
[1] Williams, C.H. Jr, Lipoamide dehydrogenase, glutathione reductase, thioredoxin
reductase, and mercuric ion reductase, a
family of flavoenzyme transhydrogenases,
In Chemistry and Biochemistry of Flavoenzymes (Müller, F., ed.), 3; 121-211. CRC
Press, Boca Raton, FL., 1992.
[2] Powis, G., Montfort, W.R., Properties and
biological activities of thioredoxin, Pharmacol Toxicol, 41, 261-295, 2001.
[3] Mustacich, D., Powis, G. Thioredoxin reductase, Biochem J, 346, 1-8, 2000.
[4] Gallegos, A., Berggren, M.I., Gasdaska, J.R. and Powis, G., Mechanisms of
theregulationofthioredoxinreductaseactivity
in cancer cells by the chemopreventive agent
selenium, Cancer Res., 57, 4965-4970, 1997.
[5] Ayene, IS., Stamato, T.D., Mauldin SK, Biaglow JE, Tuttle SW, Jenkins SF et al., Mutation in the glucose-6-phosphate dehydrogenase gene leads to ınactivation of ku
dna binding during oxidative stress, J Biol
Chem 277, 9929-35, 2002.
[6] Turanov, A., Hatfield, D.L.,Gladyshev,
V.N., Characterization of Protein Targets of
Mammalian Thioredoxin Reductase, Methods enzymol, 474, 245-254, 2010.
[7] Nishinaka, Y., Nakamura, H., Masutani,
H., Redox control of cellular function by
thioredoxin: a new therapeutic direction in
host defence, Arch Immunol Ther Exp
116
49, 285-92, 2001.
[8] Arner, E.S.J., Nordberg, J. and Holmgren,
A., A. Efficient reduction of lipoamide and
lipoic acid by mammalian thioredoxin reductase, Biochem. Biophys. Res. Commun., 225, 268-274, 1996.
[9] Björnstedt, M., Hamberg, M., Kumar, S.,
Xue, J. and Holmgren, A., Human thioredoxin reduces lipid hydroperoxides by
NADPH and selenocysteine strongly stimulates the reaction via catalytically generated selenols, J. Biol. Chem., 270, 11761
11764, 1995.
[10] Arner, E.S.J.and Holmgren, A., Physiological functions of thioredoxin and thioredoxin reductase, Eur. J. Biochem., 267,
6102-6109, 2000.
[11] Holmgren, A., Reduction of dislufides by thioredoxin.Exceptionalreactivityofinsulinand
suggested functions of thioredoxin in mechanism of hormone action, Eur. J. Biochem.,
254, 9113-9119, 1979.
[12] Rigobello, M.P., Callegaro, M.T., Barzon,
E., Benetti, M.and Bindoli, A., Purification of mitochondrial thioredoxin reductase
and ıts ınvolvement ın the regulation of
membran permeability, Free Radical Biology-Medicine, 24, 370-376, 1998.
[13] May, J.M., Mendiratta, S., Hill, K.E.and
Burk, R.F., Reduction of dehydroascorbate
to ascorbate by the selenoenzyme thioredoxin reductase, J Biol Chem, 272, 2260722610, 1997.
[14] May, J.M., Cobb, C.E., Mendiratta, S.,
Hill, K.E.and Burk, R.F., Reduction of the
ascorbyl free radical to ascorbate by thioredoxin reductase, J. Biol. Chem., 273,
23039-23045, 1998.
[15] Jordan, A., Reichard, P., Ribonucleotide reductases, Annu Rev Biochem, 67, 71- 98,
1998.
[16] Lehninger, A.L., Principles of biochemistry.
Newyork: Worth , Publishers Inc, 2000.
Özgençli et al.
[17] Bradford, M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation(quantifi cation**)
of microgram quantities of protein utilizing
the principle of protein-dye binding, Anal
Biochem, 72, 248-251, 1976.
[18] Laemmli, UK., Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685, 1970.
[19] Baker, A., Payne, C.M., Briehi, M.M. and
Powis, G.,Thioredoxin, a gene found overexpressed in human cancer, inhibits apoptosis in vitro and in vivo, Cancer Res., 57,
5162-5167, 1997.
[20] Gasdaska, J.R., Berggren, M.I., and Powis,
G., Cell growth stimulation by the redox
protein thioredoxin occurs by a novel helper
mechanism, Cell Growth Differ, 6, 16431650, 1995.
[21] Dündar, Y., Aslan, R., Antioksidan denge ve
korunmasında vitaminlerin rolü, Hayvancılık Araştırma Dergisi, 306, 1-17, 1999.
[22] Hollstein, M., Sidransky, D., Vogelstein,
B., Harris, C.C., P53 mutations in human
cancers, Science (Washington DC), 253,
49-53, 1991.
[23] Jeorger, A.C., Fersht, A.R., Structure-function-rescue: the diverse nature of common
p53 cancer mutants, Oncogene, 26, 22262242, 2007.
[24] Hainaut, P., Miller, J., Redox modulation
of p53 conformation and sequence-specific
DNA binding, Cancer Res., 53, 4469-4473,
1993.
redoxin and thioredoxin reductase: purification and characterization, Biochemistry,
21, 6628-6633, 1982.
[28] Holmgren, A., Bovine thioredoxin system.
Purification of thioredoxin reductase from
calf liver and thymus and studies of its function in disulfide reduction, J Biol., Chem.
252, 4600-4606, 1977.
[29] Gonzales, P.P., Baldesten, A., Reichard, P.,
Purification of a thioredoxin system from
yeast, Journal of Biochem., 245, 23632370, 1970.
[30] Bar-Noy, S., Gorlatov, N., Stadtman, T.
C.,Overexpression of wild type and secys/
cys mutant of human trxr in E.coli: the role
of selenocysteine in the catalytic activity,
Free Radical Biology&Medicine, 30, 5161, 2001.
[31] Wittle, A.B., Anestal, K., Jerremalm, E.,
Ehrsson, H., Arner, E.S.J., Inhibition of trxr
but not of gr by the major classes of alkylating and platinium-containing anticancer
compounds, Free Radical Biology&Medicine, 39, 696-703, 2005.
[32] Tandogan, B. and Ulusu,N.N., Thioredoxin
reductase, Hacettepe J. Biol, Chem., 39,
87-92, 2011.
[33] Carvalho, C. Et. Al, Biomarkers of adverse response to mercury : histopathology
versus thioredoxin reductase activity, Journal of Biomedicine and Biotechnology,
359879-359888, 2012.
[25] Polyak, K., Xia, Y., Zweler, J.L., Kinzler, K.W. and Vogelstein, B., A model for
p53-induced apoptosis, Nature (London),
389, 300-303, 1997
[26] Kemerdere, R.,Glial tümörlerde tiyoredoksin redüktaz dengeleri (Uzmanlık Tezi),İstanbul Üniversitesi Cerrah Paşa Tıp Fakültesi Nöroşirürji ABD, İstanbul,2008
[27] Luthman, M., Holmgren, A., Rat liver thio117
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
KATI FAZ FERMENTASYONU (KSF) TEKNİĞİ ile Bacillus subtilis ATCC 6051’den
α-AMİLAZ ÜRETİMİ
α-AMYLASE PRODUCTION FROM Bacillus subtilis
ATCC 6051 WITH SOLID STATE
FERMENTATION (SSF)
*Sedat KAYA1, Yusuf ÖNEN2, Fikret UYAR2, Nurullah AKCAN3
1
Muş Alparslan Üniversitesi, Merkezi Laboratuvarları Koordinatörlüğü, 49100 Muş
2
Dicle Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, 21280 Diyarbakır,
3
Siirt Üniversitesi, Eruh Meslek Yüksekokulu, Hemşirelik Bölümü, 56100 Siirt
ÖZET
Enzimler genelde biyoteknolojide, endüstride, yiyecek, tekstil, kağıt, tıp ve eczacılık gibi alanlarda kullanılmaktadır. Enzimler; bitkisel, hayvansal kaynaklardan ve mikroorganizmalardan elde edilmektedir. Mikroorganizma kaynaklı enzimlerin bitkisel veya hayvansal kaynaklı enzimlere göre katalitik aktivitelerinin çok
yüksek olmaları, istenmeyen yan ürün oluşturmamaları, daha stabil ve ucuz olmaları, kültür ortamında kolay
çoğalmaları, fazla miktarda elde edilebilmeleri gibi avantajları vardır. Bu çalışmadaki amacımız Katı Faz Fermentasyon yöntemi ile Bacillus subtilis ATCC 6051’den α-amilaz üretimi ile ilgili parametrelerin optimizasyonu ile ilgili çalışmalar yapmaktır. Enzim üretimi için en iyi inkübasyon sıcaklığı, inkübasyon süresi ve pH’sı
belirlendi. Enzimin optimum aktivite gösterdiği sıcaklık ve pH sırasıyla 50 oC ve 6.5 olarak tespit edilmiştir.
Enzim için uygun inokülüm (ekim) miktarı % 30, başlangıç nem miktarı % 20 olarak tespit edilmiştir. Enzim
için en iyi ekstraksiyon medyumu çeşme suyu olarak tespit edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Katı faz fermentasyonu (SSF), Bacillus subtilis, α-Amilaz, Pirinç kabuğu
ABSTRACT
The usages of enzymes are used in biotechnology, industry, food, textil, paper, medicine and pharmaceutical. Enzymes obtained from microorganisms are produced by microorganisms have some advantages when
compared with enzymes produced by plants or animals, they have considerably higher catalytic activity, they
don’t from undesirable by-products, they are more stable and relatively cheap, and they can be obtained much
quantity. The main goal of the present study is to realize the optimization parameters of the α-amylase obtained
from Bacillus subtilis ATCC 6051 by solid phase fermentation method. The best incubation temperature, inkübation time and pH were determined for optimum enzyme activitiy. Enzyme showed optimum activity at 50 °C
and ph 6.5. Amount of innoculum and initial moisture content suitable for enzyme production were found to be
30 % and 20 % respectively. The tap water was the best exraction medium.
Key Words: Solid State Fermentation (SSF), Bacillus subtilis, α-Amylase, Rice husk
*
Sorumlu Yazar/Corresponding author: Sedat KAYA, Muş Alparslan Üniversitesi, Merkezi Labaratuarları Koordinatörlüğü, 49100, Muş, Tel: 05077643851,
[email protected]
119
Kaya ve ark.
1. gİrİş
Enzimler, biyolojik sistemlerin reaksiyon
katalizörleridirler. Hücrelerde çok önemli metabolik görevleri olan enzimler çeşitli amaçlarla
kullanılmak üzere günlük ve ekonomik hayata
girmiştir (Kıran ve ark. 2006). Nişastanın hidrolizinde merkezi bir rol üstlenen amilazlar;
nişastanın glikoz, maltoz, maltotrioz, oligosakkarit (alfa-limit dekstrin) ve alfa 1-6 glikozidik
bağları gibi ürünlere parçalanmasını sağlayan
büyük öneme sahip hidrolitik enzimlerdir (Gubta ve ark. 2003, Taniguchi ve Honnda 2009).
α-Amilazlar düz amiloz molekülü ve dallanmış
amilopektin molekülündeki α-1,4 glikozidik
bağlarını parçalayan ekstraselüler enzimlerdir
(Kandra 2003, Vıshnu ve ark. 2006).
Katı faz fermantasyonu (SSF) genel olarak
suyun olmadığı veya az olduğu ortamda katı
(nemli) metaryal üzerinde mikroorganizmaların
gelişimi olarak tanımlanır (Pandey ve ark. 2000,
Singhania ve ark. 2009, Hashemi ve ark. 2010).
Enzim üretimi geleneksel olarak SmF (Submerged Fermentation) ile yapılmaktadır. Ancak
daha sonra Solid State Fermentation (SSF)’in
bulunması ile birçok araştırmacı enzim üretimi
için SSF’i kullanmaya başlamıştır. Pandey ve
ark. (2001) enzim üretim işlemlerinde, SSF’in
SmF’ye göre oluşan ürünün daha fazla olması
ve daha ekonomik olması yönünden SSF’i kullanmışlardır. Ayrıca SSF’in SmF’e göre daha
fazla kullanılması sadece bu avantajlara bağlı
olmayıp aynı zamanda SmF’ye uygun olmayan endüstriyel atıkların SSF’te kullanılması
ve SmF’de ciddi problem oluşturan katabolik
represyon ve proteazlar tarafından proteinlerin
yıkımı çoğunlukla SSF‘te az oranda veya hiç
meydana gelmediğinden kullanım alanı SmF‘ye
göre gittikçe artmaktadır (Kar ve ark. 2010).
Bugün çevremiz büyük bir değişim içerisindedir ve teknolojik gelişmelerdeki süreklilik bu
yarışta katalizör rol oynamaktadır. SSF‘te substrat kaynağı olarak ekonomik değeri olmayan
tarımsal sanayi artıkları kullanılır. Bu çalışmadaki amacımız Katı Faz Fermentasyon yöntemi
120
ile Bacillus subtilis ATCC 6051’den α-amilaz
üretimi ile ilgili parametrelerin optimizasyon
çalışmalarını yapmaktır.
2.
MATERYAL VE YÖNTEM
2.1. Biyolojik Materyal
Yaptığımız çalışmada ticari olarak Microbiologist inc.‘ten temin edilen Bacillus subtilis
ATCC 6051 biyolojik materyal olarak kullanıldı.
2.2. Katı Besiyeri
8 g Nutrient Broth (Oxoid) ve 16 g agar
(Merck), 1000 ml saf suya tamamlanarak çözündükten sonra otoklava bırakıldı.
2.3. Nutrient Broth (NB) Besiyeri
8 g NB, 1000ml saf suya tamamlanıp çözünme işlemi tamamlandıktan sonra otoklava
bırakıldı.
2.4. Luria Broth (LB) Besiyeri
10 g maya özütü, 5 g NaCl (Merck), 5 g tripton, 1000 ml saf suya tamamlanıp çözünmesi
sağlandıktan sonra otoklava bırakıldı.
2.5. SSF Besiyeri
Pamuk küspesi, mısır küspesi, mercimek kabuğu, pirinç kabuğu, buğday kepeği ve arpa sapı
kurutularak blendırden geçirildi. Farklı gözenek
büyüklüğündeki eleklerden geçirilerek 500,
1000 ve 1500 μm, olmak üzere üç farklı parça
büyüklüğünde substratlar elde edildi. 1500 μm
büyüklüğünde olanlar alındı. 100 ml‘lik erlenmayer içerisinde hacim % 30 olacak şekilde
3 g tartılıp üzerine 10 ml çeşme suyu eklendi.
121°C‘de 15 dk otoklavda bekletilerek steril
edildi. Soğuduktan sonra 600 nm‘de 0.6 OD‘ye
gelen bakterilerden % 30 inokulum besi yerine
katılarak 37°C‘de inkübasyona bırakıldı.
2.6. Tampon Çözeltiler
30 ml 0.1 M Na2HPO4 ve 19 ml 0.1M
NaH2PO4 hazırlanır. Hazırlanan bu çözeltiler bir
beher içerisinde karıştırıldıktan sonra hacimleri
Kaya et al.
saf su ile 100 ml‘ye tamamlanır.
2.7. Nişastanın Hazırlanması
% 0.5’lik nişasta 0.1M pH 7.0 sodyum fosfat
tamponu içinde çözünmesi sağlanarak hazırlandı.
2.8. Alkalin Çözeltisi
% 4 Na2CO3, % 4 Na-K tartarat, % 2 CuSO4.5H2O Bir beherde 100 ml için %4 oranında Na2CO3 hazırlandı. Ayrı tüplerde hazırlanan
Na-K tartarat ve CuSO4‘ten 1‘er ml ilave edilerek karıştırıcıda karışmaları sağlandı. Alkalin
çözeltisi protein miktar tayininde kullanıldı.
2.9. Bernfeld Reaktifinin Hazırlanması
Bir beherde 20 g 3,5 dinitrosalisilik asit
(DNS veya DCA), 400 ml saf suya tamamlanarak çözünmesi sağlandı. Başka bir beherde 32 g
NaOH çözeltisi 300 ml saf suya tamamlanarak
çözünmesi sağlandı. DNS karıştırıcıda karışmaya devam ederken üzerine yavaş yavaş NaOH
çözeltisi ilave edildi. Karışım bir süre sıcak su
banyosunda bekletildi. Üzerine 600 g Na-K tartarat azar azar eklendi. Son olarak çözeltinin
hacmi saf su ile 2000 ml‘ye tamamlandı. Bernfeld reaktifi α-amilaz enzim aktivite tayininde
reaksiyon durdurucu olarak kullanıldı.
2.10. Bakteri Üretimi
NB ve LB sıvı besiyerlerine katı besi yerinden platin öze yardımıyla ekim yapıldı. Çalkalayıcıda 37ºC sıcaklıkta 150 rpm çalkalama hızında 24 saat inkübasyona bırakıldı. 600 nm‘de
0.6 OD‘ye gelen bakteri kolonilerinden SSF besiyerine ekim yapıldı.
2.11. SSF Besiyerinden Enzim Üretimi
SSF besiyeri 120. saate kadar inkübasyona
bırakıldı. 24 saatte bir SSF besi yeri üzerine 10
ml çeşme suyu eklenip 30 dk çalkalandıktan
sonra karışım steril gazlı bezle süzüldü. Süzüntü
santrifüj tüpüne aktarılarak soğutmalı santrifüjde 10.000 rpm‘de 5dk santrifüj edildi. Üst sıvı
enzim aktivite tayinlerinde kullanıldı.
2.12. α-Amilaz Enzim Aktivite Tayini
α-Amilaz enzim aktivite tayini Bernfeld
yöntemine göre yapıldı (Bernfeld 1955). Bu
yönteme göre 150 μl enzim çözeltisi ve 200 μl
% 0.5‘lik nişasta çözeltisi (0.1 M, pH 7.0 sodyum fosfat tamponunda çözünmüş) 37ºC‘de 30
dk inkübe edildi. Bu süre sonunda reaksiyonu
durdurmak için 400 μl DNS (3,5-dinitrosalisilik asit) çözeltisi ilave edilerek 5 dk kaynar su
banyosunda bekletildi. DNS, sıcakta indirgen
şeker uçlarıyla tepkimeye girerek reaksiyonun
durmasını ve renk oluşumunu sağlar. Örnekler
soğuduktan sonra üzerine 8 ml saf su ilave edilerek seyreltme yapıldı. Daha sonra vorteksten
geçirildi ve 489 nm‘de spektrofotometrik ölçüm
yapıldı. Bir enzim ünitesi deney şartları altında
1 μmol nişastayı 30 dk‘da maltoza parçalayan
enzim miktarı olarak tanımlandı.
2.13. Protein Miktar Tayini
Protein miktar tayini Lowry yöntemine göre
yapıldı (Lowry 1951). Tüplere 2.5 ml alkalin
çözeltisi konulduktan sonra üzerine 25 μl enzim
ve 225 μl saf su ilave edildi. Örnekler 15 dk 40
ºC‘de su banyosunda bekletildikten sonra üzerine 1:1 oranında saf suyla seyreltilmiş 250 μl
Folin Reaktifi (FCR) ilave edilerek 30 dk karanlıkta bekletildi. Bu sürenin sonunda 660 nm‘de
spektrofotometrik ölçüm yapıldı. Standart eğriyi çizmek için derişimi bilinen Bovin Serum Albumin‘den (BSA) bir seri standart çözelti hazırlandı. Örneklerin protein içerikleri BSA eğrisi
standart olarak kullanılarak hesaplandı.
3. BULGULAR
3.1. Enzim Üretimi Üzerine Substratın Etkisi
Çalışmada SSF‘te Bacillus subtilis ATCC
6051‘in üremesi için pamuk küspesi, mısır
küspesi, pirinç kabuğu, buğday kepeği, mercimek kabuğu ve arpa sapı gibi çeşitli endüstriyel
atıklar kullanılarak bakteri için uygun substrat
kaynağı belirlenmeye çalışıldı. Bakterimiz için
en iyi substrat kaynağı olarak 48. saatte pirinç
121
Kaya ve ark.
kabuğunda elde edildiğinden çalışmalara pirinç
kabuğu kullanılarak devam edildi. Şekil 3.1.‘de
görüldüğü gibi en iyi aktivite 1349.5 U/mg değerinde pirinç kabuğunda elde edilmiştir. Kullandığımız katı substratlardan en iyi aktiviteyi
pirinç kabuğu vermesinin nedeni besin içeriğinin daha fazla olması ya da kullandığımız Bacillus subtilis ATCC 6051‘in bu substrata karşı
özel bir spesifitesinin olabileceği düşünüldü.
bolitlerin oluşturduğu kontaminasyonun aktiviteyi düşürdüğünü ve enzim üretiminin azalttığını bildirmişlerdir.
Şekil 3.2. İnkübasyon Saatinin Belirlenmesi
Mikrobiyal büyüme ve ürün oluşumu için
fermantasyon sistemine uygun katı substratın
belirlenmesi oldukça önemlidir. SSF’te yaygın
olarak kullanılan ve birçok araştırmacı tarafından uygun olarak belirlenen substratların başında pirinç ve buğday kabuğu darı, mısır, muz kabuğu, manyok, kahve samanı ve patates artıkları
gibi tarımsal ürünler başta gelmektedir (Krishna
ve ark. 1996).
3.2. Enzim Üretimi Üzerine İnkübasyon
Süresinin Etkisi
SSF katı substrat kaynağı olarak pirinç kabuğu seçildikten sonra uygun inkübasyon süresinin belirlenmesi için 120. saate kadar her
24 saatte bir enzim aktivite tayinine bakıldı.
α-Amilaz için en uygun inkübasyon süresi 48.
saatte 1349.5 U/mg değerinde maksimum aktivite tespit edildi. Şekil 3.2.‘de görüldüğü gibi
en yüksek enzim aktivitesi 48. saat olarak tespit
edilmiş bu saatten sonra ise enzim aktivitesinde düşüş meydana gelmiştir. Gangadharan ve
ark. (2006) mikrobiyal büyümenin düşmesinin
nedeni ortamda substratın bitmesinden dolayı
mikroorganizmanın durgunluk evresine girmesi
ve dolayısıyla ortamda oluşan sekonder meta122
3.3. Enzim Üretimi Üzerine İnkübasyon
Sıcaklığının Etkisi
Enzim üretiminde optimum sıcaklığı belirlemek için SSF besiyerleri hazırlandı. Besiyerlerin her birisi 25, 30, 37, 40, 45, 50 ve 55 ºC
olmak üzere farklı inkübasyon sıcaklıklarına
bırakıldı. 48. saatte örneklerin üst sıvısından
gerçekleştirilen enzim aktivite tayininde en
iyi enzim aktivitesi için optimum inkübasyon
sıcaklığının 37ºC‘de 1436.0 U/mg değerinde
maksimum aktivite tespit edildi (Şekil 3.3). Ancak sıcaklığın yükselmesiyle enzim üretiminde
düşüş gözlemlendi. 55ºC‘de herhangi bir aktiviteye rastlanamadı.
1600,00
1400,00
Spesifik Aktivite (U/mg)
Şekil 3.1. Uygun Substratın Tespiti
Baysal ve ark. (2008) fermantasyon ortamında meydana gelen diğer bileşiklerin etkileşim
sonucu oluşan denatürasyonun, aktiviteyi ve
dolayısıyla enzim üretimini düşürdüğünü ifade
etmişlerdir. SSF‘te inkübasyon süresinin kısalığı hem zamandan tasarruf açısından hem de
bakterinin daha az kontamine olması açısında
önemlidir.
1200,00
1000,00
800,00
600,00
400,00
200,00
0,00
25
30
37
40
45
Optimum sıcaklık(°C)
Şekil 3.3. Optimum Sıcaklık Tespiti
50
55
Yapılan çalışmalarda kullanılan Bacillus
tiplerinin optimum büyüme sıcaklıkları 25-37
°C arasında değişmektedir. Kunamneni ve ark.
(2005) SSF tekniğiyle termofilik fungus Termomyces lanuginosus‘ten 50 ºC‘de, Baysal ve
ark. (2008) SSF tekniğiyle Bacillus sp.‘den α-amilazı 37ºC‘de maksimum elde ettiklerini bildirmişlerdir.
3.4. Enzimin Optimum Başlangıç pH’sının Belirlenmesi
Enzimin optimum pH‘sını belirlemek için
pirinç kabuğu içeren SSF besi yerine çeşme suyunun pH‘sı 0.1 M HCl ve 0.1 M NaOH ile 4,
5, 6, 7, 8, 9 ve 10 olmak üzere çeşitli pH‘larda
ayarlanarak 10 ml ilave edildi. Çalkalayıcıda
48 saat sonra enzim aktivite tayinine bakıldı.
Şekil 3.4.‘te görüldüğü gibi enzim için maksimum aktivite pH 7‘de 1372.7 U/mg olarak elde
edildi. Bu yüzden çalışmalarda pH‘sı 7.0 çeşme
suyu kullanıldı.
Şekil 3.4. Optimum pH’ın Belirlenmesi
Genellikle mantarlar hafif asidik pH‘larda
iyi ürerken bakteriler ise daha çok nötr pH‘larda iyi üreme göstermektedirler (Gupta ve ark.
2003). Rıaz ve ark. (2003) Bacillus subtilis
GCBUCM-25‘ten elde ettikleri α-amilaz‘ın
optimum başlangıç pH‘sını 7.5, Asgher ve ark.
(2005) Bacillus subtilis’ten elde ettikleri α-amilaz‘ın optimum başlangıç pH‘sını 8 ve Michelin
ve ark. (2010) Paecilomyces variotii‘den elde
ettikleri α-amilazın optimum başlangıç pH‘sını
4.0 olarak bulmuşlardır.
3.5. Enzim Üretimi Üzerine Substrat
(Nem) Miktarının Belirlenmesi
SSF besiyerine, besi yeri hacminin %10, 20,
30, 40, 50 ve 60‘ı olacak şekilde sırasıyla 1, 2,
3, 4, 5 ve 6 g pirinç kabuğu ilave edildi. Üzerine
10 ml çeşme suyu eklendikten sonra yapılan aktivite tayini sonucunda enzim için en iyi aktivite
1488.7 U/mg değerinde % 20 nem miktarındaki
pirinç kabuğunda elde edildi (Şekil 3.5).
1800,00
1600,00
Kaya et al.
1400,00
1200,00
1000,00
800,00
600,00
400,00
200,00
0,00
10
20
30
40
50
60
Nem oranı (%)
Şekil 3.5. Uygun Substrat Miktarının Belirlenmesi
Baysal ve ark. (2008) SSF‘te nem miktarının artması katı substratların porositlerini
azalttığından dolayı oksijen transfer işlemini
engeller. Nem miktarının az olması ise substratın çözünürlüğünü düşürmesinde ve dolayısıyla
substratın istenilen düzeyde kabarmamasında
etkili olduğunu bildirmişlerdir. Baysal ve ark.
(2008) SSF tekniğiyle Bacillus sp.‘den alkalin
α-amilaz üretiminde % 30 ve Kar ve ark. (2010)
SSF tekniğiyle Streptomyces erumpens MTCC
7317‘den termostabil α-amilaz üretiminde % 60
nem miktarını kullanmışlardır.
3.6. Enzim Üretimi Üzerine İnokülüm
(Ekim) Miktarının Belirlenmesi
SSF besi yerlerine besi yeri hacminin %10,
20, 30, 40, 50, 60 ve 80 olacak şekilde 600 nm‘de
0.6 OD‘ye gelen baktarilerden 1000 μl‘den
8000 μl‘ye kadar değişen miktarlarda ekim yapıldıktan sonra örnekler inkübasyona bırakıldı.
Enzim aktivitesi sonucunda maksimum aktivite
1333.7 miktarında % 30 tespit edildi (Şekil 3.6).
123
Kaya ve ark.
üretiminde, farmakoloji gibi uygulama alanlarındaki üretimleri açısından önemli olan birçok
parametrenin SSF kullanılarak optimizasyonları sağlanması amaçlanmıştır. Bu alanlarda kullanılan α- amilazlar dünya enzim piyasasının
%30‘unu oluşturur.
1600,00
1400,00
1200,00
1000,00
800,00
600,00
400,00
200,00
0,00
10
20
30
40
50
60
80
İnokulum (%)
Şekil 3.6. İnokülüm (Ekim) Miktarının Belirlenmesi
Rıaz ve ark. (2003) Bacillus subtilis‘ten elde
ettikleri α-amilaz enzimi için inokülüm miktarı
% 4 olarak belirtmişlerdir. İnokülüm hacmi katı
ortamdaki biyomas üretim miktarını belirler.
Bakteri büyümesi ve α-amilaz aktivitesi açısından inokülüm miktarı oldukça önemli olduğunu
belirtmişlerdir.
Rıaz ve ark. (2003) Pandey ve ark. (2004)
inokülüm miktarının fazla olması bakteriyel
büyümeyi artırabilir, ancak ortamdaki substrat
miktarının çok çabuk tükenmesinden ötürü bakterinin ölüm fazına girebileceğini ve ortamda
oluşan kontaminasyondan dolayı enzim aktivite
değerinin de düşmesine neden olacağını belirtmişlerdir. Gangadharan ve ark. (2006) Bacillus
amyloliquefaciens ATCC 23842‘den α- amilaz
üretiminde 1 ml ekim ile 52.587 U/gr değerinde
maksimum enzim üretmişlerdir. Ekim miktarının artması, fermentasyon ortamındaki sınırlayıcı besinlerden dolayı enzim üretimini negatif
yönde etkilediğini bildirmişlerdir.
Enzim teknolojisinin giderek gelişmesi,
ürünlerin kullanım alanlarının çeşitliliği ve ekonomik değerinin çok yüksek olması nedeniyle,
biyoteknolojinin endüstriyel enzimlerle ilgili
alanında yapılan çeşitli araştırmalar, daha da
önem kazanmaktadır. Modern biyoteknolojinin
ışığında şu anda α-amilazlar biyofarmakolojik
uygulamalardaki önemi artmaktadır. Bu çalışmada α- amilazların gıda, tekstil, kağıt, deterjan, şeker şuruplarının üretiminde, siklodekstrin
124
Amilazlarla ilgili son çalışmalara bakıldığında, enzimin daha düşük sıcaklık değerlerinde aktif olma ve yüksek sıcaklıkta ve stabil
pH‘larda Ca2+ iyonlarından bağımsız aktif olabilen enzimlere yönelik çalışmalar hız kazanmaktadır. Enzimin düşük sıcaklıklarda aktif
olması özellikle deterjan sanayisinde etkili olup
lekelerin uzaklaştırılmasında yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyulmadan daha düşük sıcaklıklarda
işlevin gerçekleşmesine olanak sağlar. Burada önemli olan daha az elektrik kullanımı ile
yüksek oranda tasarrufa gidilmesidir. Bacillus
subtilis ATCC 6051‘den elde edilen α-amilazın 15-20°C sıcaklıklarında aktivite gösterdiği
tespit edilmiştir. Endüstriyel alanlarda kullanılan α-amilazlar daha çok mikroorganizmalardan
sağlanmaktadır. Çalışmada kullanılan Bacillus
subtilis ATCC 6051‘in bu özelliğe sahiptir. Endüstriyel üretimde mikrobiyal kaynaklı enzimlerin ekonomik oluşları, mevsimsel ve potansiyel kısıtlamalara bağlı kalmayışları açısından
avantajları uzun zamandır savunulmaktadır.
SSF‘te katı substrat kaynağı olarak kullanılan endüstriyel atıkların hem maliyet açısından
hem de bunların geri dönüşümü yoluyla çevresel zirai kirliliğin önlenmesi açısından oldukça
önemli yararlar sağlamaktadır. Bu yüzden SSF
çevresel ve gıda mikrobiyolojisi alanında oldukça önem kazanmıştır. Ayrıca bu substratların
doğada çok fazla olması ve her zaman kolay bir
şekilde karşılanabilmesi çalışmalara engel oluşturabilecek zaman ve para gibi önemli sorunlara
çözüm oluşturabilmektedir.
Sonuç olarak yapılan bu çalışmada özellikle
çevrede çok fazla kirliliğe neden olan tarımsal
atıklarının kullanılması biyolojik açıdan çevre
kirliliğine önemli oranlarda katkı sağlanabilmekte ayrıca biyoteknolojide bilimsel çalışma-
Kaya et al.
larda önemli bir sorun olan maliyete de çözüm
sunabilmektedir. Bu çalışmada SSF tekniği ile
ticari olarak Bacillus subtilis ATCC 6051‘den
amilaz üretmek için özellikle Karacadağ yöresine ait pirinç kabuğu substrat kaynağı olarak kullanılması, bu atıkların yüksek oranda geri dönüşümü açısından ekolojik olarak çevre kirliliğinin önüne geçilebilecektir. Elde edilen enzimin
sıcaklık ve pH özelliklerinden dolayı kağıt, deterjan, gıda ve tekstil gibi alanlarda kullanılabileceği düşünülmektedir. Dünya genelinde artan
tarımsal atıkların tekrar kullanılmaları ekolojik
ve ekonomik olarak oldukça önemlidir. Birçok
tarımsal atığın hayvan yemi vb. alanlarda kullanılabildiği bilinen bir gerçektir. Fakat SSF tekniği kullanılarak bu atıklardan, ticari önemi olan
enzimler üretmede kullanılması daha ekonomik
ve daha ekolojik yarar sağlanabileceği düşünülmektedir.
[6] Hashemi, M., Mousavi, S.M., Razavi, S.H.,
Shojaosadati, S.A. Mathematical modeling of
biomass and amylase production kinetics by
Bacillus sp. İn solid-state fermentation based
on solid dry weight variation Biochemical Engineering Journal, 53, 159–164, 2011.
[7] Kandra, L. α-Amylases of medical and industrial importance; Journal of Moleculer Structure
(Teochem) 666-667 p. 487-498, 2003.
[8] Kar, S., Data,T.K., Ray, R.C. Optimization of
Thermostable α- Amylase Production by Streptomyces erumpens MTCC 7317 in Solid-state
Fermentation Using Cassava Fibrous Residue,
Brazılıan Archıeves of Bıolıgy and Technology
an İnternational journal 53, 301-309, 2010.
[9] Kıran, Ö.E., Çömlekçioğlu,U., Dostbil, N., Bazı
mikrobiyal enzimler ve endüstrideki kullanım
alanları, KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi, 9, 1,
2006.
KAYNAKÇA
[10]Krisha, C., Chandrasekaran M., Banana Waste As Substrate For α-Amylase Production By
Bacillus Subtilis Cbtk 106 Under Solid-State
Fermentation ; Microbial Biotechnology, 46:
106-111, 1996.
[1] Baysal, Z., Uyar, F., Doğru M., Alkan, H.. Production of Extracellular Alkaline a-Amylase by
Solid State Fermentation with a Newly Isolated
Bacillus sp. Biochemistry&Biotechnology, 38,
184–190, 2008.
[11] Kunamneni, A., Permaul, K., Singh, S. Amylase production in solid state fermentation by the
thermophilic fungus Thermomyces lanuginosus, Journal of Bioscience and Bioengineering,
100, 168-171, 2005.
[2] Bernfeld, P.. Enzymes carbohydrate metabolism, In Metods In Enzymology Academic Press,
17, 149-158, 1955.
[12] Lowry, O.H., Rosebrough, N.J., Farr, A.L., Protein measurement with the folin phenol reagent,
J. Biol. Chem. 193, 265-275, 1951.
[3] Gangadharan, D. K., Sivaramakrishnan, S.,
Nampoothiri, K. M., Soccol,C. R. Pandey A: αAmylases from microbial sources an Overview
on recent developments. Food Technol Biotechnol, 44, 173-184, 2006.
[13]Michelin, M., Silva, T. M., Benassi, V. M., Peixoto-Nogueira, S. M., Moraes, L.A., Leão, J.
M., Jorge, J. A., Terenzi, H. F., Polizeli, M. L.
Purification and characterization of a thermostable a-amylase produced by the fungus Paecilomyces variotii, Carbohydrate Research ,345,
2348–2353, 2010.
[4] Gupta, R., Gigras. P., Mohapatra, H., Goswami
V.K., Chauhan, B. 2003. Microbial α-amylases:
a biotechnological perspective. Process Biochem. 38, 1599-1616, 2006.
[5] Hashemi, M., Razavi, S.H., Shojaosadati, S.A.,
Mousavi, S.M., Khajeh, K., Safari.M. Development of a solid-state fermentation process for
production of an alphaamylase with potentially interesting properties Journal of Bioscience
and Bioengineering. 3, 333–337, 2010.
[14]Pandey, A., Selvakumar, P., Soccol, C.R., Nigam, P. Solid state fermentation for the production of industrial enzymes, Current Science,77,149-162 The application of enzymes in
industry, 274-373, 1999.
[15]Pandey, A., Soccol, C.R., Mitchell, D. New developments in solid state fermentation:I –Bioprocesses and products. Process Biochem 35,
1153–1169, 2000.
125
Kaya ve ark.
[16] Pandey A, C.R., Soccol, J.A.R., Leon, Nigam, P.
Solid-state fermentation in biotechnology. New
Delhi: Asiatech Publishers Inc. 2004.
[17]Pandey, A. Ricardo, C. Larroche, C. Current
Developments in Solid-state Fermentation
Springer Science Business Media, 144, 1–22,
2008.
[18]Rıaz, N., Haq , H.K., Qadder, M.A. Characterization of α-Amylase by Bacillus subtilis International Journal of Agriculture & Biology,
3–249–252, 2003.
[19]Serin, B. Katı faz tekniğiyle (solid state fermentation; SSF) tekniğiyle Bacillus circulans‘tan
α-amilaz ve β-galaktosidaz üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 47s, 2009.
[20]Shukla, J., Kar, R. Potato peel as a solid state
substrate for thermostable aamylase production
by thermophilic Bacillus isolates World Journal
of Microbiology & Biotechnology, 22, 417–422,
2006.
[21] Singhaniaa, R. R., Patel, A. K., Soccol, C. R.,
Pandey, A. Recent advances in solid-state fermentation Biochemical Engineering Journal,
44, 13–18, 2009.
[22]Sodhi, H. K., Sharma, K., Gupta, J. K., Soni,
S. K. Production of a thermostable α-amylase
from Bacillus PS-7 by solid state fermentation
and its synergitic use in the hydrolysis of malt
starch for alcohol production, Process Biochemistry, 40, 525-534, 2005.
[23]Taniguchi, H., Honda, Y. Ishikawa Prefectural
University, Nonoichi, Elsevier Inc. All rights reserved. Defining Statement,159-179, 2009.
[24]Vishnu, C., Navenna, B. J., Altaf, MD., Venkateshwear, M., Reddy, G., Amylopullulanase A
novel enzyme of L. amylophilus GV6 in direct
fermentation of starch to L(+) lactic acid, Enzyme Microb Technol, 38, 545–550, 2006.
[25]Xu, H., Sun, L., Zhao, D., Zhang, B., Shi, Y.,
Wu, Y., Production of α- amylase by Aspergillus oryzae AS-3951 in solid state fermentation
using spent brewing grains as Substrate, Journal of the Science of Food and Agriculture, 88,
529–535, 2008.
126
[26]Xu, Y. A., Liu, X.D. novel raw starch digesting
α-amylase from a newly isolated Bacillus sp.
YX-1: purification and characterization, Bioresource Technology, 99, 4315-4320, 2008.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
STAFİLOKOKSİK HAŞLANMIŞ DERİ SENDROMU
STAPHYLOCOCCAL SCALDED SKIN SYNDROME
Emine GÖKÇEOĞLU*, Hanifi KÖRKOCA1
1
Muş Alparslan Üniversitesi Sağlık Yüksekokulu, Hemşirelik Bölümü, 49100-MUŞ.
ÖZET
Stafilokoksik haşlanmış deri sendromu (SHDS), eksfoliyatif toksin üreten Staphylococcus aureus suşları
tarafından oluşturulup, genellikle yenidoğan ve çocuklarda görülmektedir. Bu sendromun özellikle yeni doğanlarda hemşirelik bakımıyla ilişkili olması, bu personellerde nazal S. aureus taşıyıcılığının yanı sıra kronik dermatitli hemşirelerin de etken taşıyıcılığı yönünden sürveyansını gerekli kılmaktadır. Bununla birlikte
özellikle yeni doğan bakımında hemşirelerin bilinçlendirilmesi, SHDS’nin önlenmesi açısından önemlidir. Bu
derlemede SHDS, güncel literatürler ile birlikte ele alınmıştır.
Anahtar Kelimeler: Stafilokoksik Haşlanmış Deri Sendromu, Bakım, Enfeksiyon Kontrolü, Hastane Personeli
ABSTRACT
Staphylococcal scalded skin syndrome (SSSS) is formed by S. aureus producing exfoliative toxin strains
and generally affects neonates and children. This syndrome is related to nursing for especially neonates. This
necessitates a survelliance of nurses with chronic dermatitis in addition to nasal S. aureus carriage. Also, from
the aspect of preventing SSSS, it is important to raise the nurses conscious of the neonates care. In this review,
SSSS is discussed considering current literature.
Key Words: Staphylococcal scalded skin syndrome, Care, Infection Control, Hospital staff.
*
Sorumlu Yazar/Corresponding author: Emine GÖKÇEOĞLU, Muş Alparslan Üniversitesi, Sağlık Yüksekokulu, Hemşirelik Bölümü, 49250,
Muş, Tel: 00904362130013, [email protected]
127
Gökçeoğlu ve ark.
1. GİRİŞ
Stafilokoksik haşlanmış deri sendromu
(SHDS); sıklıkla Staphylococcus aureus suşlarının neden olduğu çocukluk döneminde görülen en yaygın bakteriyel deri hastalıklarındandır
[1]. Bu sendrom; Pemfigus neonatorum [1,2]
veya Ritter von Ritterschein hastalığı olarak da
bilinmektedir [3].
Bu hastalık S. aureus tarafından salgılanan
eksfoliyatif toksinler aracığıyla oluşan eritem
ve sonrasında ise intraepidermal ayrışma ile
karakterize epidermolitik bir hastalıktır [4].
Yenidoğanlarda stratum granülozum; S. aureus
epidermolitik toksinlerin geçişine en duyarlı tabakadır [3]. SHDS’de patolojik süreç; stratum
granulosum ve stratum lucidum tabakaları arasında meydana gelmektedir [5]. SHDS; tedavi
edildiğinde sıklıkla skar bırakmadan iyileşen,
çoğunlukla S. aureus bakterisinin yol açtığı büllöz impetigonun genelleştirilmiş formudur [6].
2. ETKEN HAKKINDA BİLGİ
Yenidoğanlarda S. aureus; neonatal septisemiye neden olan mikroorganizmalar içinde en
sık rastlanan etkenlerden biri olup, taburculuk
sonrası enfeksiyonlar da dâhil olmak üzere, yenidoğanlarda göz ve dermatolojik enfeksiyonların yaklaşık üçte ikisinde etkendir [7]. S. aureus
ET-A ve ET-B olmak üzere iki temel ekzotoksin
üretebilmektedir. ET-A; S. aureus izolatlarının
%89’unun ürettiği, ısıya dirençli ve bakteri kromozomlarında kodlanmış en yaygın toksindir.
ET-B; ısıya duyarlı ve plazmid orijinli olup, izolatların %4’ünün ürettiği toksindir. Geriye kalan
%7’lik oran içerisinde yer alan suşlar ise kombine ET-A ve ET-B toksinleri üretebilmektedir
[3]. SHDS temel öncülü; S. aureus suşlarının
ürettiği ve çoğunluğunu ET-A ve ET-B toksinler (eksfoliyatinler) olup, bu toksinler hastalığı
meydana getirmektedir [1,8]. En sık SHDS ile
ilişkili toksin eksfoliyatif toksin (eksfoliatin,
eksfoliatoksin, epidermolitik toksin, epidermolizin) çoğunlukla faj grup II’ ye ait olan S.
aureus suşları tarafından üretilir. Nadir olarak
da I ve III gruplarınca üretilir [8,9]. SHDS’li
çocuklardan alınan S. aureus izolatların yakla128
şık %51’i epidermolitik toksin üretmektedir, bu
izolatların sadece %30’u ET-A toksinlerini tek
başına, %19’u ise ET-B toksinlerini tek başına
üretmektedir [10].
3. KLİNİK BELİRTİ VE BULGULAR
SHDS, bir stafilokok enfeksiyonunu takiben derideki yaygın büller ve akut epidermal
tabakanın soyulması vardır [4,11]. Bül hafifçe
çekildiğinde bunun sonucunda üst epidermiste
ayrılmalar ve kırışıklıklar meydana gelir, buna
nikolsky belirtisi denir [3]. Pozitif Nikolsky belirtisi eşliğinde SHDS’de intraepidermal bölünmeler, stratum granulosumun altındaki granüler
tabakada epidermal nekroz bırakmadan gelişir
[12,13]. Bölünme yüzeyel geliştiğinden SHDS
lezyonlarında skar yoktur [8,9]. Deri belirtileri
başlangıçta kızıl hastalığını andırır [14].
5 yaş altı çocuklarda başlangıçta görülen
klinik özellikler; üst solunum yolu enfeksiyonu
bulguları, ototis media, ateş, pürülan konjonktivit ile karakterize sıklıkla ağız çevresinden başlayan yüz, boyun, aksilla, perine gibi kıvrımlı
bölgelerde haşlanmış görünümlü farklı eritematözlü alanlar ve cilt hassasiyetidir [3,9,10]. Deri
gergin ve ağrılıdır. 24 saat içinde deri kıvrımları
toplanmış hale gelir ardından yüzeysel, büyük,
içi berrak sıvı ile dolu frajil büller oluşur ve tüm
deriyi tutabilen yaygın eritem gelişip rüptüre
olarak yüzeyel epidermisin soyulmasıyla yerini
alttan nemli, parıldayan hassas eritematöz tabana bırakır [14]. Kısa bir süre içinde, epidermis
kâğıt benzeri kırışıklık görünümü alır ve epidermis büyük parçalar halinde soyularak haşlanmış
deri görünümü almasına neden olur (Şekil 1,2)
[3,9,10,15].
Şekil 1. Stafilokoksik haşlanmış deri sendromu
Gökçeoğlu et al.
tanısından birkaç saat sonra hastanın görünümü. Resimde hastanın tüm vücudunun %90’ınını su kabarcıklarının kapladığı görülmektedir (http://www.ncbi.
nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2672643/pdf/F25.
pdf’den alıntıdır) [15].
SHDS’nin generalize formunda çoğunlukla
nazofarenks, göbek ve üriner yolda lokalize infeksiyonlardan kaynaklanan eksfolyatif toksinler deri bulgularına neden olmaktadır. Kardiyak
kateterizasyon, apse, septik artrit ve arteryovenöz şantlar da enfeksiyon kaynağı olabilirler.
Hastalığın şiddeti lokalize yüzeyel büller ile
tüm vücut yüzeyini tutabilen eksfoliyasyona kadar değişebilmektedir [16].
SHDS gelişmiş yetişkin hastalarda; özellikle osteomyelit, nozokomial pnömoni gibi ciddi
Gram pozitif kok enfeksiyonu tabloları gelişmektedir [10]. Çocuklarda; minör üst solunum
yolu enfeksiyon hastalıkları zemininde SHDS
gelişmektedir. S. aureus’un neden olduğu meme
apseli annelerin çocuklarında SHDS geliştiği
bildirilmektedir [1].
4. EPİDEMİYOLOJİ
SHDS’ den özellikle yenidoğanlar ve çocuklar etkilenmektedir [3]. Özellikle düşük doğum
ağırlıklı ve süt çocukluğu dönemi bebekleri
kapsamakla beraber; çoğunlukla 5 yaş altı çocuklar duyarlı grubu oluşturur. 2 yaş altı çocuklar; tüm hastaların % 62’sini, 6 yaş altı çocukların ise; % 98’ini oluşturmaktadır. Hastalığın
bu dönemde sık görülme nedenler; çocuklardaki immün sistemin immatür ve yetersiz olması,
vücutta biriken ve böbreklerden atılacak olan
eksfoliyatinlerin yetersiz atılımı ve stafilokok
toksinlerine karşı özel antikor oluşum eksikliğidir [1,3,17]. Yetişkinlerde; böbreğin toksin ifraz
yeteneğinin üst düzeyde olması ve eksfoliyatif
toksinine karşı oluşan dolaşımdaki yüksek düzey antikor konsantrasyonları, SHDS görülme
sıklığını azaltmaktadır. Ayrıca çok nadir olarak
da SHDS doğumda görülmektedir [5,9]. SHDS
sıklıkla erken çocukluk döneminde görülmesine
rağmen çoğunlukla; kronik böbrek yetmezliği
ve epileptik rahatsızlık yaşayan bağışıklık siste-
mi baskılanmış yetişkinlerde görülebilmektedir.
SHDS’in görüldüğü hassas gruplar incelendiğinde; bu grubu özellikle renal fonksiyonları
gelişmemiş hastalar ile renal yetmezliği olan
hastalar oluşturmaktadır [1,8].
Eksfoliyatif toksin üreten S. aureus’un bulaşı; asemptomatik taşıyıcılar aracılığıyla olabildiği gibi doğum, yenidoğan ve pediatri ünitelerinde çalışan personel yoluyla da meydana
gelebilmektedir. Yenidoğanların % 80’i yaşamlarının ilk haftalarında sıklıkla deri, göbek, burun delikleri S. aureus ile kolonize olmaktadır.
İnfantlarda kolonizasyon yüksek olmasına rağmen; enfeksiyon insidansı genellikle düşüktür.
Bununla birlikte bu organizmalar; yenidoğan
ünitelerinde periyodik salgınlara yol açabilmektedir [3].
Stafilokokal salgınlarda risk faktörleri; taşıyıcıların infantlar ile yakın teması, hijyenik olmayan kord bakımı, ünitelerin aşırı yoğunluğu,
personel yetersizliği, yetersiz enfeksiyon kontrol önlemleridir. Bebek banyoları, oftalmoskoplar, stetoskoplar, otoskoplar, çamaşır arabaları,
hava kanalları, dergiler gibi cansız objeler S.
aureus’un yaşamasına ve çapraz bulaş yolu için
kaynak oluşumuna olanak vermektedir [2].
Çapraz bulaşma; yeni doğanlar arasında salgın suşlarının yayılmasında önemli role sahip
olup, özellikle kreş ve kundaklama masalarının
yaygın olduğu çift kişilik odalarda sıkça görülmektedir [7]. Kalıcı S. aureus taşıyıcısı hemşirelerde taşıyıcılığın; kontamine mefruşat (yatak
takımı, halı, elbise), mobilya (sandalye, kapı
kolu ve bilgisayarlar), evcil hayvanlar ile ilişkisi olduğu saptanmıştır. Dokunmatik yerlerin ve
yumuşak mefruşatların temizliği, kirli kıyafetlerin günlük temizliği, aile içi bulaşın engellenmesinde başarılı olabilir [2].
5. TANI
Yanık benzeri sendromlar arasında bilinen
SHDS’ın tanısı prodromal dönemde güvenilir
şekilde konulamaz [10]. Hatta SHDS’ de prod129
romal dönemdeki klinik semptomlar; Steven
Johnson Sendromu, Kawasaki hastalığı, kızıl
hastalığı, toksik şok sendromu, epidermolizis
bullöz, graft versus host hastalığı, impetigo
semptomlarına benzerlik gösterir [3,6,10]. Daha
büyük çocuklarda bu tanı bullöz impetigo ile
ilişkilendirilebilir. SHDS; Lyell ve Stevens-Johnson sendromunun yanı sıra Nikolsky belirtisinin pozitif olması ile karakterizedir [1].
Toksik şok sendromu, çoklu organ tutulumları ve sıklıkla çoklu organ yetmezliği ile sonuçlanan, toksinlerin neden olduğu bir hastalıktır [16,18]. Toksik şok sendromlu olgularda
destekleyici bakım en önemli noktadır ve büyük
miktarlarda IV sıvı desteği ve vazopressörlerin
kullanımı gerekli olabilir. Organ yetmezliklerine
yönelik gerekli düzenlemeler yapılması şarttır
[16]. Toksik epidermal nekrolizis (TEN; Lyell
sendromu), yenidoğanlarda nadir görülüp haşlanmış deriye benzer yaygın eritem ve nekrozla
karakterize, derinin tabakalar halinde soyulduğu
bir tablodur. Bu hastalık eritema multiformenin
tablonun en ağır şekli olduğu düşünülmektedir.
TEN de genellikle bir ilaç alımı öyküsü ve sadece eritemli alanlarda nikolsky pozitifliği söz
konusudur [18,19]. Ayrıca, TEN’in küratif bir
tedavisi bulunmazken; SHDS, uygun antibiyotikler ile tedavi edilebilmektedir (Tablo 1) [16].
Tablo 1. SHDS ve TEN arasında ayırıcı tanı
özellikleri [1,16].
Yaş grubu
SHDS
TEN (Lyell Sendromu)
Çocukluk dönemi
Yetişkin hastalar
Lokalizasyon
Kıvrım bölgeleri
Akral bölgeler
Oral mukoza
Tutulum yok
Tutulum var
Nikolsky
belirtisi
Pozitif
Pozitif
Histopatoloji
İntraepidermal
akantolizis
Epidermisin tüm
katlarında nekroz
Lenfopeni
Yok
Var
CD4+
Normal
Azalmış
CD8+
Normal
Normal, artmış
CD4+/CD8+
Normal
Azalmış
Tanıyı koyarken; histolojik, mikrobiyolojik,
immünolojik testlere ve hastalığın klinik seyri
130
hakkında bilgiye gereksinim vardır (Tablo 2)
[1,6]. Bunlar; hassasiyetle karakterize eritem,
deskuamasyon veya bül oluşumu, stratum granülozum boyunca intraepidermal ayrışma, direkt ve indirekt immünofloresan incelemede
Pemphigus Foliaceus’un gösterilememesidir
[16,19].
Tablo 2. İlk yapılması gereken tetkikler [10].
-Kan kültürleri
-Tam kan
sayımı
-Koagülasyon
testleri
-Üre ve
elektrolitler
-C-reaktif -Karaciğer
protein
fonksiyon testleri
-Kalsiyum,
magnezyum,
fosfat
-Yara
sürüntüsü
alınması
-MRSA
taşıyıcılığı tespit
etmede nazal
sürüntü alınması
S. aureus suşları yaygın olarak göbek, konjonktiva, meme, cerrahi yara, kan ve nazofarenksten izole edilebilir. Suşlar; özellikle yetişkin olguların çoğunda kan kültürlerinden izole
edilebilirken çocukluk dönemi vakaların sadece
% 3’ünde kandan izole edilmektedir. Maternal
antikor durumunu yansıtan ETA antikoru, kord
örneklerinin % 88’inde tespit edilebilir [9]. Ayrıca Farengeal sürüntü ve mide aspiratı; ETA
ve ETB salgılayan stafilokokları izole etmede
faydalıdır [11]. Ama hastalığın kesin tanısı deri
biyopsisi ile konulmaktadır [4, 6,11].
6. OLASI HEMŞİRELİK TANILARI
1. Deri ile ilgili değişimler, invazif damar
yollarının bulunması, uzun süren immobilite,
hastanede kalma süresinin uzaması, bulaşıcı
ajanlarla (nozokomiyal ya da toplumsal kaynaklı) temas, bağışıklık sisteminin immatür olmasına sekonder olarak yatkınlığın artması nedeniyle Enfeksiyon Riski
2. Hipovolemi ve sepsis nedeniyle gelişmesi muhtemel Şok Riski
3. Sıvı dengesizlikleri ve düzenleyici mekanizmaların bozulması nedeniyle Elektrolit
Dengesizliği Riski
Gökçeoğlu et al.
4. Dehidratasyon nedeniyle gelişebilecek
Hipotermi Riski
5. Yaralardan buharlaşma yoluyla kayıp
ve kapiller permeabilite yüksekliği ve ateşteki
artma nedeniyle Sıvı Volüm Eksikliği
6. Sıvı alımını etkileyen/ engelleyen değişimler/ bozukluklar nedeniyle Sıvı Volüm Fazlalığı Riski: Ödem
7. Kaşıntı ve lezyonlar nedeniyle Deri Bütünlüğünde Bozulma
8. Bakteriyel ajanların enflamasyonu nedeniyle Doku Bütünlüğünde Bozulma
9. Yanıklar ve yanık benzeri enfeksiyonlar, travma nedeniyle fiziksel Beslenmede Dengesizlik: Gereksinimden Az Beslenme
10. Basınç noktalarının olması ve immobilite nedeniyle Akut Ağrı
11. Yanık ve yanık benzeri sendromlar ve
doku travması nedeniyle Acı Çekme
12. Vücutta acı ve ağrı, yabancı/ alışılmadık ortam ya da kişiler olması nedeniyle Anksiyete
13. Hospitalizasyon nedeniyle; görünümde
değişimler olması nedeniyle Beden İmgesinde
Rahatsızlık
14. Eksternal araçlar (alçı, tespit, ateller,
intravenöz yollar) nedeniyle Fiziksel Mobilitede Bozulma
15. Bakım verme süresi, fiziksel sağlıktan
ödün verme ve izolasyon nedeniyle Bakım Verici Rolünde Zorlanma
16. Deri döküntüleri ve kaşıntı nedeniyle
Rahatta Bozulma [20].
7. TEDAVİ VE BAKIM
Hafif pediatrik SHDS vakalarının bakımı
başlangıçta genel hastanede yapılır. Ancak;
şiddetli vakalar olması halinde vakaların acil
yoğun bakım ortamında yanık ünitesine sevk
edilmesi önerilmektedir. SHDS’li bir çocuğa
acil müdahale; öncelikli olarak hava yolunun
açıklığının ve solunumunun sağlanması, dolaşımının değerlendirilmesi, temel resüsitasyon
kurallarına uyulmasını içermektedir. Toksemi
ve hasar görmüş deri yoluyla sıvı kaybı gerçekleşeceğinden sıvı kayıplarının yerine konulması gerekir. Öykü ve muayene; öncelikli olarak
enfeksiyonun primer yerleşimini tespit etmeyi
içermelidir. En son ilaca maruz kalma öyküsü
büyük olasılıkla TEN tanısının koyulmasına
yardımcı olacaktır [10].
Basit terapötik yaklaşım; IV antibiyotik terapisi olup, tedavi anti-stafilokok antibiyotikler/
beta laktamlar ile sürdürülmektedir. Ama stafilokokların Anti-ETA ve Anti-ETB antikor dirençli suşları büyüyen bir endişe kaynağı olarak
görülmektedir [1,11]. Lokalize vakalarda; stafilokok ve streptokoklara etkili oral antibiyotik
ve topikal bir ajan kullanımı ile tedaviye olumlu
cevap alınabilmektedir. Generalize formdaki infantların yoğun bakım ünitelerinde, yetişkinlerin ise izole birimlerde ya da yanık ünitelerinde
izlenmesi tavsiye edilmektedir. Büllerin sağlam
bırakılması, göze topikal antibiyotik kullanılması, zarar gören alanların vazelinli gazlı bezle
sarılması önerilmektedir [16].
Metisilin duyarlı S. aureus (MSSA) ajanları
için oksasilin tedavisi önerilmesine karşın Metisilin dirençli S. aureus (MRSA) insidansının
yüksek olduğu ülkelerde ilk olarak vankomisin
önerilmektedir. Toplum kökenli-MRSA’nın;
SHDS’ye neden olduğu ve vaka sayısının artış
görüldüğü yerlerde yaşayan bu hastalarda vankomisin önemli bir seçenektir. Daha büyük defektlerde sıvı resüsitasyonunun hassas yönlendirilmesi önemlidir [1].
MRSA’ nın neden olduğu SHDS’li hastalarda mortalite; MSSA ile karşılaştırıldığında daha
yüksektir. Kortikosteroidler SHDS’li hastalarda
kullanımı kesinlikle kontrendikedir; NSAİİ’lerin alımı ise renal fonksiyonları daha yavaşlatacağından tavsiye edilmemektedir [1]. Deskua131
masyon, genellikle 24 saatlik antibiyotik tedavisi sürecinde sonlanır. Deri lezyonları skarlaşma
olmadan birkaç gün içinde yavaş yavaş düzelir
(Şekil 2) [11].
Şekil 2. Tedavi başlangıcından yedi gün sonra
hastanın derisinde skar bırakmadan iyileşme gözlenmektedir (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2672643/pdf/F25.pdf’ den alıntıdır) [15].
Çok düşük doğum ağırlıklı bebeklerde,
SHDS çocuğun hayatını tehdit edilebilir ve
hastane odaları ciddi salgınlara neden olabilir
[11]. Tedavide antibiyotik tedavisinin yanı sıra
sıvı-elektrolit dengesinin korunması ve sekonder enfeksiyonlardan korunması amacıyla lokal bakım kurallarına özen gösterilmesi büyük
önem taşımaktadır [4,8,17]. Ayrıca; vücut ısısının normalizasyonu, ağrı yönetimi ve beslenme
desteği sağlanmalıdır. Gram negatif patojenleri
de kapsayan kombine terapiler ağır olgularda
kaçınılmazdır [6]. Bu hastalığın alevlenmesi
durumunda kortikosteroidler kontrendikedir
[9]. Bildirilen olgulardan izole edilen S. aureus
suşlarının hepsi penisiline dirençli, ancak Beta
laktamaza dirençli semi sentetik penisilinlere
duyarlıdırlar. Parenteral uygulanacak oksasilin,
kloksasilin veya flukloksasilin toksin üreten S.
aureus suşlarının eradikasyonu için gereklidir.
Uygun antibiyotik tedavisiyle birkaç gün içinde
skar bırakmaksızın iyileşme görülebilmektedir
[5,16].
SHDS’li hastalarda prognoz ciddidir [13].
Bu hastalarda ölümün temel nedeni enfeksiyondur. Çünkü; eksfoliasyonlu alan savunma fonksiyonlarını kaybeder ve enfeksiyon ajanlarının
132
deriye girişi kolaylaşır [1]. Çocuklarda mortalite oranı; % 1-5 civarı olup, yetişkinlerde bu
oran % 40-50’lerin üzerindedir. Bunun nedeni;
yetişkinlerde bu sendroma eşlik edip sendromun gelişmesine neden olan hastalıkların varlığıdır. Yara iyileşmesi hızlı olup spontan reepitelizasyon; semptomlar başladıktan sonraki bir
hafta sonraki sürede gerçekleşir. Yara iyileşmesi
sürecinde fazın uzaması; negatif prognostik
işaretidir. Bu sendromla ilişkili yaygın komplikasyonlar; süperinfeksiyonlar, sepsis, hipotermi (kapsamlı defektlerde), dehidratasyon, iyon
dengesizliği, hipoproteinemi ve sekonder olarak
gelişen sıklıkla Pseudomonas’ lara bağlı Gram
negatif enfeksiyonlar ile fatal seyredebilmektedir [1,6].
Hipovolemi daha belirgin risk olmasına rağmen, hipervolemi de sık görülen komplikasyondur. İlginç olan bu çocukların tümü hastalıklarının bir döneminde hiponatremik olmalarıdır.
SHDS ‘de görülmesi muhtemel bir durum olan,
yanıklı hastalarda uygunsuz vazopressin salınımıdır (uygunsuz vazopressin salınımı; idrar atılımının azalmasına yol açar, sıvının aşırı miktarda verilmesi ile de bu durum hipervolemiye
neden olur) [9]. Sendromun tedavisinde rol alan
sağlık çalışanları Tablo 3’te sunulmuştur.
Tablo 3. Multi-disiplinden sorumlu takım üyeleri
[10].
-Yanık cerrahları
-Pediatristler
-Pediatri
hemşireleri
-Yanık ve yoğun bakım ünitelerindeki deneyimli
pediatri hemşireleri
-Mikrobiyologlar
-Ağrı takımı
-Pediatrik
diyetisyenler
-Pediatrik dermatologlar
-Pediatrik
fizyoterapistler
-Pediatrik
eczacılar
-Oyun
terapistleri
-Öğretmenler
-Klinik
psikologlar
-Pediatrik
narkozitörler
Gökçeoğlu et al.
7.1. Tokseminin Tedavisi
Benzilpenisilin (penisilin G) ve intravenöz
penisilinaza dirençli penisilin; kan kültürleri
alındıktan sonra en kısa zamanda yüksek dozlarda başlanmalıdır (Hastanın penisilinlere alerjisi
varsa, klaritromisin veya sefuroksim kullanımı
daha uygun olacaktır) [10]. Metisilin, nafsilin,
dikloksasilin, fluksasilin, eritromisin önerilen
ilaçlardandır. Antibiyotikler hastalığın gidişatını engellemeden toksin yapımını durdurarak
bulaşıcılığı önlerler [8]. Topikal antibiyotikler,
konjonktivit için reçete edilebilir, ama primer
enfeksiyon yerinde bulunmayan deri lezyonlar
için topikal antibiyotiklerin bir rolü yoktur [10].
7.2. Analjezi
Hastaların analjezi ihtiyaçları şiddetli olabilir. Düzenli parasetamol kullanımı önerilebilir,
ama bazı çocuklarda fentanil (1-4 µg/kg/sa) gibi
opioid infüzyon gereksinimi olabilir. Deri hasarlı olduğu için kanamaya eğilimli olduğundan
Nonsteroidal Antiinflamatuar İlaçlar (NSAİİ)
akut fazda kontrendike olabilir. Bazı çalışmalar NSAİİ’lerin SHDS’nin gelişmesine neden
olduğunu belirtmektedir. Çocukların huzursuz
ve stresli olduğu durumlarda sedasyonun onları
rahatlatacağı düşünülüyorsa düşük doz midazolam infüzyonu (50-100 µg/kg/sa)yapılabilir
[10].
7.3. Beslenme ve Sıvı Dengesi
Gerektiği durumlarda IV sıvı rejimi; vücut
gereksinimlerinin % 80 ‘e kadar kısıtlanması
ve %0.45’lik tuz ile % 5 dex plus sıvı bolüsü
şeklinde uygulanmaktadır. Pediatrik bakım gereksinimlerine uygun başka standart sıvı da kullanılabilir. Ancak izotonik solüsyonlar sadece
hiponatremi riskini azaltmada kullanılabilir.
Kalp atım hızı, kan basıncı, kapiller dolum
zamanı, santral vücut sıcaklığı (kafa, göğüs,
karın) ve periferal vücut sıcaklığı (deri, deri altı
dokular ve ekstremiteler) farklılığı, idrar çıkışı,
baz açığı ve laktat sıvı durumu hakkında fikir
sahibi olmak; hastaya sıvı bolüsü gereksinimi olup olmadığını belirler. Bu durum hastada
olası hipervolemi ve hiponatremi riskini azaltır.
Akut periyotta; minimum olarak her 8-12 saatte üre ve elektrolitlerin izlenmesi, arteryel veya
venöz kan gazları analizi gereklidir. Kan örnekleri alınması için ya santral venöz ya da arteryel
giriş tercih edilir. Üriner kateter, idrar çıkışının
yeterli bir şekilde izlenmesinde gerekli olup,
steril şartlar altında hastaya uygulanmalıdır.
Özellikle çoğu vakalarda epidermal doku zarar
gördüğü için santral venözden giriş zaruridir.
Enteral beslenme, en kısa zamanda başlatılmalıdır. Nazo-gastrik tüp ile beslenme sağlanabilir, ama en çok tercih edilen nazojejunal tüptür.
Nazojejunal tüp; anesteziden önce beslenmenin
kesilmesi gerekliliğini ortadan kaldırır. Hasta oral beslenmeye mümkün olduğunca teşvik
edilmelidir [10].
7.4. Deri Bakımı
Steril pansumanlar gerekli olup, ameliyathanede ilk olarak ağrıyı minimalize etme ve
enfeksiyon riskini azaltmada kullanılır. Pansumanın günlük değişimine, iyileşme başlayana kadar devam etmelidir. Gümüş sulfadiazin
kremleri bakterisidal ve bakteriostatik özellikli
olup, parafin emdirilmiş gazlı bezle pansumanda kullanılabilir. Gazlı bez ve pamuk dokuyla
gövde pansumanında veya krep bandajla bacak
pansumanında kullanılır. Nekrotik doku/büyük
alanların potansiyel enfeksiyon riskine karşı biobranla pansumandan uzak durulmalıdır.
Nötropeni varlığında, gümüş sulfadiazinin olası yan etkilerine karşı acticoat gibi gümüş bazlı
pansumanlar kullanılabilir. Parafin gibi hidrokolloid pansumanlar; uzun süreli pansumanın
gerekmediği, küçük alanlarda hafif yumuşatıcı,
iyileştirici özelliğiyle kullanım açısından avantajlıdır. Diğer pansuman türlerinden zorunlu
olmadıkça uzak durulmalıdır. Minimal el ile
dokunma, temel hijyen önlemleri, prosedürlere uygun aseptik teknikler sekonder enfeksiyon
riskini azalmaktadır [10].
7.5. Diğer Hususlar
SHDS’li çocukların birkaç gün veya hafta
boyunca hareketsiz kalmaları olası olduğun133
dan, bu hastalara uygun yatak ve yatak takımı
sağlanmalıdır. Cebri hava ısıtmalı battaniyeler,
çocukların üzerine ağır battaniye olmaksızın,
merkezi vücut ısısını 37-38 ˚C’ de sabit tutmak
için kullanılmaktadır. Yanık ünitelerinde ayrıca uygun ortam sıcaklığını sağlamak için ısı
kabinleri bulunmalıdır. Fizyoterapi; özellikle
bacakları etkilenen hastalarda genel mobilizasyonu sağlamada önemlidir. SHDS’li çocuklar,
bacaklarındaki fleksiyon sınırlamasından dolayı
rahatsızlık çekmektedirler, fizyoterapistler; hastaların bu rahatsızlıklarını gidermesi konusunda
önemli yere sahiptir. Çocuk yoğun bakım ünitesinden çıkıp servise geçebilecek duruma geldiğinde hastane okulunun, çocuklar için faydalı
olacağı bildirilmektedir [10].
8.
HASTANE ENFEKSİYONU OLARAK SHDS
Hastane personelindeki yüksek oranda nazal taşıyıcılık, toksijenik S. aureus suşlarının
% 6’lık kısmının kombine halde bulunması, S.
aureus deri taşıyıcılığındaki yüksek oran; bu tür
salgınların ortaya çıkmasına neden olabilmektedir [7]. Sağlık personellerindeki S. aureus taşıma
prevalansı; % 30 dolaylarında olan genel popülasyondaki S. aureus taşıyıcılığı prevalansından
daha yüksektir. Enfekte veya kolonize hemşirelik personeli ile S. aureus’un eksfolyatif-toksin
üreten suşları yeni doğan birimlerindeki SHDS
salgınların kaynağı olmaktadır (Şekil 3) [9].
yonu için farklı bulaşma yolları (Kooistra-Smid ve
ark., 2009 alıntıdır) [21].
Occelli ve ark. [2] yaptığı retrospektif çalışmada; doğum ünitesindeki ET üreten S. aureus
suşlarından kaynaklanan salgınlara sağlık bakım çalışanlarının neden olduğu bildirilmektedir. Doğum ünitesinde ortaya çıkan stafilokokal
büllöz impetigo salgınında kaynak olarak epidemik suşları asemptomatik olarak nazal taşıyan
hemşire olduğu tespit edilmiştir. Salgın süresince uygulanan enfeksiyon kontrol önlemlerine
rağmen hemşiredeki nazal S. aureus taşıyıcılığı elimine edilememiştir. Hemşirenin bu suşu;
daha önce çalıştığı çocuk bakım merkezindeki
yenidoğanlardan ya da acil serviste çalışmakta
olan eşinden kazanmış olabileceği belirtilmiştir. Dekolonizasyon çalışmaları başarısızlıkla
sonuçlanmıştır. Önceki çalışmalar; tedavi alan
sağlık bakım çalışanlarının % 60’nın tedaviden
bir yıl sonra aynı suş veya başka yeni bir suşla
tekrar kolonize olduklarını göstermiştir. Aynı
araştırmalar taşıyıcılığın; yardımcı hemşire ve
eşi arasındaki aile içi bulaştan veya ev ortamındaki kontaminasyondan kaynaklanabileceğini ileri sürmüşlerdir. Salgın ancak enfeksiyon
önlemlerinin artırılmasıyla durdurulabilmiştir.
Daha önce yapılan bir retrospektif çalışmada;
doğum ünitesinde meydana gelen Pemphigus
neonatorum salgınında kaynağın üç asemptomatik hemşire olduğu ortaya konulmuştur [2].
Özellikle yenidoğanlardan sorumlu sağlık bakım çalışanları veya immün sistemi baskılanmış hastalarda; kronik dermatitis taramasına
gereksinim olduğu vurgulanmaktadır. El- Helali
ve ark.’nın [7] nazal S. aureus taşıyıcılığının
yanı sıra kronik dermatitli sağlık çalışanlarının
SHDS hastane salgınının kaynağı olabileceğini,
dolayısıyla sağlık çalışanlarının kronik dermatit
yönünden de sıkı bir şekilde sürveyansına ihtiyaç olduğunu bildirmişlerdir.
9. SHDS’NİN ÖNLENMESİ ÇERÇEVESİNDE GENEL ENFEKSİYON KONTROL ÖNLEMLERİ
Şekil 3: Hastane ortamında S. aureus kolonizas134
Salgını eradike etme amacıyla ilk uygulan-
Gökçeoğlu et al.
ması gereken enfeksiyon kontrol önlemleri;
1. Enfeksiyon kontrol grubu personeline
standart ve tamamlayıcı önlemler (el yıkama,
koruyucu önlemleri, izolasyon önlemleri, çevresel temizlik) hatırlatılmalıdır.
2. Serviste afişler gösterilip, personel toplantılarda organize edilmelidir.
mi
3. El hijyeni ve ekipman temizliği denetigerçekleştirilmelidir.
4. Deri lezyonlarına, günde iki kez antibiyotik krem (fusidik asit) ve topikal antiseptik
(klorheksidin), lezyonlar ortadan kaybolana kadar uygulanmalıdır (7-10 gün). Gerekirse yeni
doğanlar yedi gün boyunca sistemik antibiyotik
tedavisi almalıdır (kloksasilin veya oksasilin ve
aminoglikozid kombinasyonu)
5. Her bir personel gerektiğinde S. aureus
nazal taşıyıcılık açısından ve dermatolojik lezyonlarından örnek alınarak taranmalıdır.
6. Her yenidoğan, doğumdan sonraki üç
günde S. aureus açısından taranmalıdır.
7. Enfekte yenidoğanların oda ve yataklarının temizliği daha sıkı hale getirilmelidir.
8. Postpartum alana giriş-çıkışların azaltılması, böylece personel ve ziyaretçi hareketliliğinin sınırlandırılmasıyla yenidoğanlara bulaşın azaltılması sağlanmalıdır.
9. Taşıyıcıların nazal mupirosin ile beraber klorheksidin ile günlük duş almaları sağlanarak dekolonize olmaları sağlanmalıdır.
10. Özellikle herhangi bir dermatolojik
problemi olan personeller iş yeri hekimi tarafından muayene edilmelidir.
11. Yenidoğan yoğun bakım ünitesindeki
(YYBÜ) ortak ekipmanlar, yüzeyler, doğum
odalarındaki operasyon takım ekipmanları ve
yüzeyler, postpartum ünitesindeki bebek banyo
küveti, ebelerin tekerlekli servis masaları, tartı aletleri, musluklar, hasta odalarındaki bebek
karyolaları, lavabo, anne yatağı etkenin varlığını araştırmak amacıyla taranmalıdır.
12. Her bir yenidoğan; taburcu oldukları
gün umblikal sürüntü örnekleri alınarak etkenin
varlığını araştırmak amacıyla taranmalıdır.
13. Tüm şüpheli olgular izole edilmelidir.
14. Temizlik protokolü incelenmeli, her bir
yardımcı personel bir alan temizliğinden sorumlu tutulmalıdır.
15. Ameliyathaneler ve obstetrik ünitedeki
personeller iş birliği yapmalı, jinekolojik girişimler suşların kaynağı bulunana kadar geçici
olarak durdurulmalıdır.
16. Salgın ilgili birimlere bildirilmelidir
[2,7].
Sonuç olarak; literatür taramalarından da
anlaşılacağı üzere SHDS’nin özellikle yeni doğanlarda hemşirelik bakımıyla ilişkili olması,
bu personellerde nazal S. aureus taşıyıcılığının
yanı sıra kronik dermatitli hemşirelerin de etken taşıyıcılığı yönünden sürveyansını gerekli
kılmaktadır. Bununla birlikte özellikle yeni doğan bakımında hemşirelerin bilinçlendirilmesi,
hastane enfeksiyonu şeklinde gelişebilecek SHDS’nin önlenmesi açısından önemlidir.
KAYNAKÇA
[1].
[2].
Lipovy, B., Brychta, P., Chaloupkova,
Z., Suchánek, I., Staphylococcal Scalded
Skin Syndrome in The Czech Republic:
An Epidemiological Study, BURNS, 38,
296-300, 2012.
Occelli, P., Blanie, M., Sanchez, R., Vigier, D., Dauwalder, O., Darwiche, A.,
Provenzano, B., Dumartin, C., Parneix,
P.,Venier, A.G., Outbreak of Staphylococcal Bullous İmpetigo in a Maternity Ward
Linked to an Asymptomatic Healthcare
Workers, Journal of Hospital Infection,
67, 264-270, 2007.
135
[3].
Smith, J.,Sandall, M., Staphylococcus
Scalded Skin Syndrome in the Newborn:
A Case Review, Journal of Neonatal
Nursing, 18, 201-205, 2012.
[13]. Neyzi, O., Ertuğrul, T., Pediyatri, Cilt
(2), 4. Baskı, Neyzi, O., Ertuğrul, T., Nobel Tıp Kitabevleri, İstanbul, 1861-1862,
2010.
[4]. Tanyıldız, M., Özdemir, H., Tapısız, A.,
Galip, N., Çiftçi, E., Kendirli, T., İnce, E.,
Doğru, Ü., Stafilokoksik Haşlanmış Deri
Sendromu: Üç Olgunun Sunumu, 6. Ulusal Çocuk Enfeksiyon Hastalıkları Kongresi, Ankara, 147, 2009.
[14]. Neyzi, O., Ertuğrul, T., Pediyatri, Cilt (1),
4. Baskı, Neyzi, O., Ertuğrul, T., Nobel
Tıp Kitabevleri, İstanbul, 587, 2010.
[5]. Ugburo, O.A., Temiye, O.E., Ilombu,
A.C., A 12-Year Retrospective Study of
Non-Burn Skin Loss ( Burn-like Syndromes) at a Tertiary Burns Unit in a Developing Country, BURNS, 34, 637-643, 2007.
[16]. Şikar Aktürk A., Bilen N: İnfeksiyöz
Ajanlara Bağlı Ölümcül Olabilen Deri
Hastalıkları, Türkiye Klinikleri Journal of
Dermatology Special Topics, 3(3), 65-72,
2010.
[6]. Yaylı S., Sık Görülen Bakteriyel Deri İnfeksiyonları, Türkderm, 45 (özel sayı 2),
104-108, 2011.
[7]. El Helali, N., Carbonne, A., Naas, T., Kerneis, S., Fresco, O., Giovangrandi , Y.,
Fortineau, N., Nordmann, P., Astagneau,
P., Nosocomial Outbreak of Staphylococcal Scalded Skin Syndrome in Neonates:
Epidemiological Investigation and Control, Journal of Hospital Infection, 61,
130-138, 2005.
[8]. Ünal, G., Dermatolojik Aciller, Cerrahpaşa Tıp Dergisi, 33(2), 135-140, 2002.
[9]. Farrell, A.M., Staphylococcal Scalded-Skin Syndrome, The Lancet, 354,
880-881, 1999.
[10]. Blyth, M., Estela, C., Young, Amber E.R.,
Severe Staphylococcal Scalded Skin Syndrome in Children, BURNS, 34 , 98-103,
2008.
[11]. Kadam, S., Tagare, A., Deoadhar, J.,
Tawade Y., Pandit, A., Staphylococcal
Scalded Skin
Syndrome in a Neonate, Indian Journal of Pediatrics, 76, 1074,
2009.
[12]. (http://adc.bmj.com/content/79/3/290.1.
full?sid=26ef3ddf-e027-48a5-bbce-b6b7cbc3de33), Erişim Tarihi
(2013/10/13).
136
[15]. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2672643/pdf/F25.pdf), Erişim
Tarihi (2013/08/31).
[17]. Paltacı, Ü., Durdu, M., Yazıcı, N., Şekerci
Özyandı, S., Kiper Mısırlıoğlu P., Yalman,
I., Stafilokoksik Haşlanmış Deri Sendromu: Olgu sunumu, Türk Pediatri Arşivi,
Özel Sayı, 16-172, 2013.
[18]. Aydemir, G., Meral, C., Ülçay, A.,Otitis
Eksterna Sonrasında Gelişen Stafilokoksik Haşlanmış Deri Sendromu, Çocuk Enfeksiyon Dergisi, 4, 38-41, 2010.
[19]. Coleman, JC., Dobson, NR., Diagnostic
Dilemma: Extremely Low Birth Weight
Baby With Staphylococcal Scalded-Skin
Syndrome or Toxic Epidermal Necrolysis,
Journal of Perinatology, 26, 714–716,
2006.
[20]. Carpenito-Moyet, Juall Lynda., Hemşirelik Tanıları El Kitabı, 13. Baskı (Çeviri),
Nobel Tıp Kitabevleri, İstanbul, 2012.
[21]. Kooistra-Smid, M., Nieuwenhuis, M., van
Belkum, A., Verbrugh, H., The Role of
Nasal Carriage in Staphylococcus aureus
Burn Wound Colonization, FEMS Immunology & Medical Microbiology, 57, 1-13,
2009.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
YATAN HASTA KATLARINDAKİ KAT SEKRETERLERİNİN İŞ YÜKÜ ANALİZİ
WORKLOAD ANALYSIS OF FLOOR SECRETARIES IN INPATIENT FLOORS
Şerife BALAT1*, Hanife OK2
Muş Alparslan Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü
2
Özel Hastane İş Geliştirme Uzmanı
1
ÖZET
Hastane işletmelerinde çalışanların görev tanımlamalarındaki belirsizliklerden ve çalışanların iş yüklerinin
eşit şekilde düzenlenememesinden kaynaklanan sorunlar nedeni ile hasta bakımı olumsuz etkilenebilmektedir.
Bu nedenle görev tanımlarının netleşmesi ve iş yükü analizi çok önemli ve gerekli bir çalışmadır. Uygulamanın
yapıldığı özel hastanedeki yatan hasta katlarında görev alan kat sekreterlerinin iş yoğunluklarının fazla olması, görev tanımlarının kapsamının tam olarak belli olmaması ve yatan hasta bakımında oluşan aksaklıklardan
dolayı bu çalışma yapılmıştır. Genel Cerrahi-1, Genel Cerrahi-2, KVC (Kalp ve Damar Cerrahisi), Çocuk
Sağlığı ve Hastalıkları, Dâhiliye, Kadın Hastalıkları - Doğum ve Bebek Servisi yatan hasta katlarındaki kat
sekreterlerinin görev tanımları ve iş süreçleri tanımlanmıştır. Kat sekreterlerine tanımlanan her iş için gözlem
tekniğinden yararlanılarak, ortalama süre ve işlem sayıları belirlenmiş, kat sekreterlerinin doluluk ve yorgunluk oranları hesaplanmıştır. Sonuç olarak, kat sekreterlerinin en çok vaktini alan işler tespit edilmiş ve süreç
iyileştirme çalışmaları yapılarak öneriler sunulmuştur.
Anahtar Sözcükler: İş yükü analizi, Görev tanımı, Yatan hasta.
ABSTRACT
Patient’s care adversely can be affected because of the problems caused by unorganized equally workloads
for employess, and uncertaines of job defination for employess in hospital managements. Therefore, clarification of the job descriptions and workload analysis are the very important and necessary studies. This study was
conducted because workload of floor secretaries served in the inpatient floors of the application to the custom
of the hospital is too much, the job descriptions of them is not entirely clear and defects in patient care are
occured. Job descriptions and business processes are defined for floor secretaries of inpatient floors in General
Surgery-1, General Surgery-2, CVS (Cardiovascular Surgery), Pediatrics, Internal Medicine, Obstetrics and
Gynecology and Child Service. Helping of the techniques of observation for each job identified floor secretaries, the average time and process number were determined, and rates of occupancy and tiredness for floor
secretaries were calculated. As a result, the works taked up too much time time, are identified and suggestions
are presented by mading the process improvement.
Key Words Workload Analysis, Job Descriptions, Inpatient Floors.
*
Sorumlu yazar/Corresponding author: Muş Alparslan Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü, Yöneylem
Araştırması A.B. Dalı, Muş. [email protected]
137
Balat, Ş. ve Ok, H.
1. GİRİŞ
Yatan hasta katlarında görev alan kat sekreterlerinin; iş yoğunluklarının fazla olmasından
dolayı geri dönüşte bulunmaları, görev tanımlarının kapsamının tam anlamıyla ne olduğunu
bilmemeleri, farklı birimlere destek vermelerinin
gerekmesinden dolayı diğer birimlerden gelen
talepleri de karşılamaları; bu çalışmanın yapılmasına neden olmuştur. Çalışma boyunca kat
sekreterleri gözlemlenerek yaptıkları her iş not
edilmiş ve işlerini aksatan aksaklıklar belirlenmiştir. Ayrıca kat sekreterlerinin iç müşterilerine
de onların gözlemleri hakkında bilgi edinmek
için anketler doldurulmuş ve önerileri dikkate
alınmıştır. Yatan hasta katlarında görev alan “Kat
Sekreterleri” baz alınarak bu çalışma yapılmış
olup, çalışma içerisine şu servisler dahil edilmiştir: Genel Cerrahi 1, Genel Cerrahi 2, KVC,
Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları, Dâhiliye, Kadın
Hastalıkları ve Doğum ile Bebek Servisi’ dir. İlgili sorunların çözümü için hangi amaçla hangi
kişilerle görüşüldüğü ise Çizelge.1’ de gösterilmiştir.
2. LİTERATÜR TARAMASI
Bir işletmedeki herhangi bir çalışanın iş yükü
seviyesinin ölçülmesi için yapılan çalışmalara
genellikle Ergonomi literatüründe rastlanılmaktadır [1]. Hart ve Wickens’a göre iş yükü insan
ve makinelerin etkileşimi olan sistemlerde insana düşen görevlerin maliyetlerinin genel bir tanımıdır. Bu maliyetler şöyle tanımlanabilir: Dikkatin azalması, tepki süresinin uzaması, görevleri
tam olarak yerine getirememe, stres, yorgunluk
ve performans azalmasıdır [2]. Sağlık sektöründe yapılmış olan çalışmalara bakıldığında hemşirelerin iş yükü ölçümlerine 1950’ li yılların sonu
1960’ lı yılların başında odaklanmaya başlanılmıştır [3].
Dağdeviren ve ark.’ a göre literatüre ilk geçen iş yükü ölçeği Cooper ve Harper [4] tarafından geliştirilmiştir. Bu ölçek ilk olarak uçakların
kullanım karakteristiklerini değerlendirmek için
kullanılmış, daha sonra yapılan bir çalışmada
138
Wierwille ve Casali [5] bu ölçeği bir karar ağacı
ve eş boyutlu 10 noktalı bir puanlama ölçeği ile
geliştirmişlerdir. Geliştirilen bu yöntem Bielski
ve ark. [6] tarafından fiziksel ve psikolojik iş
yüklerini incelemek amacıyla, Gomer ve ark.[7]
tarafından klavye kullanan bir operatöre etkiyen
iş yüklerini incelemek amacıyla ve Hancock [8]
tarafından iş yükünün ilgi yoğunluğuna etkisini
incelemek amacıyla kullanılmıştır.
Son yıllarda ülkemizde iş yükü analizi ile ilgili
yapılan çalışmalara bakıldığında ise çalışanların
toplam iş yükü seviyelerinin belirlenmesi amacıyla model geliştirilmiştir ve geliştirilen model
Analitik Ağ Prosesi (AAP) yöntemi ile analiz
edilmiştir [9]. İş yükü analizinin tüm iş dallarında uygulanması gereken bir analiz olduğunu
belirterek, öğretim üyelerinin iş yükü seviyeleri
AAP yöntemi ile değerlendirilmiştir. Uygulamada mühendislik fakültesinde tam zamanlı olarak
görev yapan öğretim elemanları incelenmiştir
[10]. Özel bir hastanenin hemşirelik departmanı tarafından genel, koroner ve kardiyovasküler
cerrahi (KVC) yoğun bakım hemşirelerinin iş
yükü belirlenmiştir [11].
3.MATERYAL VE METOD
Bu çalışmada belirtilen sorunlara çözüm
bulmak amacıyla iş yükü analizi yöntemi kullanılmıştır. İş yükü analizi uygulanırken, var
olan sorunun çözümünün belirlenmeden önce
sorunun ne olduğunun net bir şekilde tespit edilmesi gereklidir. Bu doğrultuda, öncelikli olarak
mevcut durum analizi yapılarak görev tanımları
netleştirilmiştir. Daha sonra görev tanımlarında
ölçülebilir olan değerler belirlenmiş ve zaman
etüdü çalışması yapılarak, doluluk ve yorgunluk
oranları belirlenmiştir. Yapılan analiz sonucunda
elde edilen verilere göre, en çok vakit alan işler
belirlenerek, performans indikatörleri ve iyileştirme listeleri belirlendikten sonra takibi yapılarak çözüm arayışı çalışmaları sürdürülmüştür.
Balat, Ş. and Ok, H.
Çizelge 1. Görüşülen kişiler ve amaçları
Kişi
Amaç
Hemşirelik Hizmetleri
Müdürü
* Kat sekreterlerinin görev
tanımının netleştirmek
Genel Cerrahi Uzmanı
* Hangi görevlerin
hekimler, hangi görevlerin
kat sekreterleri tarafından
yapıldığını belirlemek
Yatan Hasta Hizmetleri
Sorumlusu
Dahiliye Kat Sekreteri
Genel Cerrahi 1 Kat
Sekreteri
Genel Cerrahi 2 Kat
Sekreteri
* Kat sekreterlerinin
yaptıkları işleri belirlemek
* Görev tanımlarını
oluşturmak
KVC Kat Sekreteri
* İş ve yük analizleri için
ölçümlemeler yapmak
Kadın Hastalıkları ve
Doğum Kat Sekreterleri
*İş ve yük analizlerini
hesaplamak
* Kat hemşirelerinin
beklentilerinin belirlemek
Kat Hemşireleri
* Kat sekreterlerinden
memnuniyetlerini ölçmek
* Kat hemşireleri ile kat
sekreterleri arasında çakışan
işleri tespit etmek
Tıbbi Kayıt & Arşiv
Sorumlusu
Bilgi Sistemleri
Hasta Yatış-Çıkış
ler dışında kat sekreterlerine de kendi yaptıkları işleri tanımlamalarını istenmiştir. Bu amaçla
veri toplamak için dokümanlar hazırlanarak kat
sekreterlerinin doldurmalarını talep edilmiştir.
Ayrıca kat sekreterlerinin ilişki içerisinde olduğu hemşirelere de kat sekreterleri ile ilgili anket
yaparak önerileri de ele alınmış olup, yapılan anketler sonucu elde edilen sonuçlar Çizelge.2 ve
Çizelge.3’ te gösterilmektedir.
Anketlerden elde edilen çıkarımlar şu şekildedir: Kat hemşireleri genelde kat sekreterlerinin
davranışlarından ve kişisel özelliklerinden memnun olsalar da işleyişten, özellikle kat sekreterlerinin yerinde olmamasından ve kat sekreterlerinin işlerini yapmaktan hoşnut olmadıkları belirlenmiştir. Kat hemşirelerine yapılan ankette
hemşirelerin önerileri şu şekildedir: “Kat sekreterlerimiz ve hemşirelerimiz arasında iyi diyaloğu sağlamak ve geliştirmek adına toplantılar
yapılmalı, ortak çay saatleri düzenlenmelidir.”
Çünkü bazen “sen şunları iste” diye hitapların
yada aynı şekilde kat sekreterlerimizin “şu an isteyemem” diye karşılık vermesi tatsız durumlara
neden olmaktadır. Anketlerle, formlar ve gözlemler sonucu şu sonuçlar ortaya çıkmıştır:
Çizelge 2. Kat hemşireleri anket sonuçları
* Kat sekreterleri ile tıbbi
arşiv arasındaki ilişki
hakkında bilgi sahibi olmak
* Kat sekreterlerinin
yetkileri hakkında bilgi
sahibi olmak
* Hasta yatış-çıkış ve kat
sekreterleri arasındaki ilişki
hakkında bilgi edinmek
4.BULGULAR
4.1. Kat Sekreterleri Görev Tanımları
Kat sekreterlerinin iş ve yük analizlerini yapabilmek için öncelikli olarak görev tanımlarının
kapsamının oluşturulması gerekmektedir. Bu nedenle bütün kat sekreterleri 2 hafta boyunca gözlemlenmiştir. Yaptıkları tüm işlemler kayıt altına
alınmıştır. Bu çalışma sırasında yapılan gözlem-
Çizelge 3. Kat hemşirelerinin memnuniyet sonuçları
139
• Kat sekreterlerinin hemşirelerin ve doktorların yaptıkları işlerde bazı farklılıklar yer almaktadır.
• Her yatan hasta katında bazı işler farklı şekilde yapılmaktadır.
• Tıbbı kayıtların oluşturulma şekli uygun şekilde değildir.
Bütün bu verilerle kat sekreterlerinin görev
tanımları oluşturulmuştur. İş ve yük analizinin
yapılabilmesi için görev tanımlarının netleşmesi
gerektiği için analizler sonucu çıkan görev tanımını Genel Cerrahi Uzmanı’nın, Hemşirelik
Hizmetleri Müdürü’nün ve Yatan Hasta Hizmetleri Sorumlusu’nun olduğu bir ekiple tartışılarak,
kat sekreterleri görev tanımları aşağıdaki gibi
netleştirilmiştir;
1. Görev Tanımı
1.1. Hastanede yatan veya ameliyat olan
hastalara sürekli ve yüksek kalitede hizmet
verilmesini desteklemek üzere;
Yatışı yapılan hastanın sistemden kata kabulünü yapar.
1.2. Yatış süresi boyunca hastaya sunulan
hizmetlerin kaydını sisteme girer.
Hasta için istenilen tetkik isteklerini (laboratuvar, radyoloji vb.), ilaç isteklerini ve diyet
isteklerini ve kan şekeri bakılmış hastaların
kayıtlarını servis hemşiresinin yazılı direktifinde sisteme girer ve tetkikin gerçekleştirilmesinden sonra onaylayarak hastanın hesabına geçmesini takip eder.
Hastaya girilen narkotik ilaçların depodan
düşülmesi için sisteme giriş yapar.
çilerek imzalatılır.
İlgili hemşirelere bölüm deposu ile ilgili stok
kontrolünde destek olur. Kattaki arıza bildirimlerini Tacosoft üzerinden yapar.
Laboratuarda kullanılacak tüplere barkot çıkarır.
Girişteki kapıyı telefonla yapılan istekler dahilinde bir buton yardımı ile açar.
Hasta odasındaki telefonun aktif olup olmaması ile ilgili bilgiyi hasta ve hasta yakınlarından alarak hastanın isteğine göre İPERA’dan yetkilendirmeleri yapar.
Hastanın yatışı yapıldığında refakatçi kartını
ilgili kişilere verir ve taburcu olduklarında
teslim alır.
1.3. Hastanın taburcu olmasına karar
verildiğinde çıkış işlemlerinin başlaması için
gerekli hazırlıkları tamamlayarak hastanın
çıkışını gerçekleştirir.
Taburcu olacak hastanın sistem üzerinde tamamlanmamış tetkiklerinin, eczaneden istenmiş olan ilaçların olup olmadığını kontrol
eder. Tamamlanmamış tetkiklerin sistemden
çıkışını sağlar. Eczaneden istenmiş olan ilaçların iadesini yapar.
Hastanın tüm raporlarının imzasının tamamlanmasını sağlar. (epikriz, ameliyat raporu,
istirahat raporu v.b.)

Hastanın kontrol randevularını randevu sisteminden verir.
Taburcu olacak hasta yakınlarından ilgili kişiye Hasta Çıkış’a kadar bizzat eşlik ederek
yönlendirme yapar.
Hastaya kullanılan tüm sarf malzemelerin
bilgisini edinerek hastanın kaydına ekler ve
hastanın hesabına geçmesini takip eder.
Hastaya çıkışı sırasında tetkik sonuçlarını ve
raporlarını iletir.
Hastanın epikrizlerini ve raporlarını hekime
imzalatır. Eğer hasta ilgili bölümün hastası
değilse ilgili bölümün doktoruyla irtibata ge-
Servise yatışı gerçekleştirilen hastanın hemşire tarafından oluşturulmuş olan ilk tıbbi
dosyasını kontrol ederek tıbbi arşivin istediği
sıralamaya getirir. Kontrolleri ve sıralaması
140
tamamlanmış olan hasta dosyasını 24 saat
içerisinde tıbbi arşive iletir.
Taburcu olmuş hasta bilgilerini paylaşmaz,
arşive yönelendirir.
1.4. Kişisel gelişimini izler ve değerlendirir,
eğitim ve gelişim ihtiyaçlarının karşılanması
için planlanan eğitimlere katılarak kendisini
sürekli geliştirmek için çalışır.
Kişisel gelişimini takip eder, eğitim ve gelişim ihtiyaçlarını, Yatan Hasta Hizmetleri Sorumlusu ile birlikte saptar.
Kişisel gelişimi için planlanan eğitimlere katılarak kendisini sürekli geliştirir.
2. Kat Sekreteri Profili
2.1. Eğitim
Asgari lise, tercihen Yüksek okul mezunu,
tercihen tıbbi dokümantasyon.
2.2. Bilgi
Yatarak tedavi hizmet süreçlerine hakim,
Tıbbi terminoloji bilgisine sahip,
Temel bilgisayar bilgisine haiz,
2.3. Tecrübe
Kurumsal düşünebilen.
4.2. Kat Sekreterleri İş Süreci
Farklı uygulamaları standartlaştırmak için
kat sekreterlerinin görev tanımlarıyla bütün olan
iş süreci Şekil.1’ deki gibi oluşturulmuştur. Süreçte de görüldüğü gibi hatalı girişleri/istekleri
en aza indirmek için tüm isteklerin yazılı olarak
kat sekreterine bildirilmesi gerekmektedir.
4.3. İş ve Yük Analizleri
Yatan hasta katlarındaki kat sekreterlerinin
görev tanımlarına göre iş ve yük analizleri yapılmıştır. Kadın Hastalıkları ve Doğum, Bebek,
İç Hastalıkları, Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları,
Genel Cerrahi 1, Genel Cerrahi 2 ve KVC’ nin
kapsama alındığı çalışmada toplam 5 kat olmak
üzere her bir kat için yaptıkları işlerin zaman
etüdü yapılmıştır. Zaman etüdünden çıkan sonuçlara göre görev tanımında adı geçen her bir
iş için ortalama süreler belirlenmiştir. Her bir birim için son 4 ay içerisinde en çok taburcu olan
hasta sayısı ele alınarak maksimum yoğunluklar
hesaplanmıştır. Son 4 ay için taburcu olan hasta
sayıları Çizelge.4’ de gösterilmiştir.
Çizelge 4. Son 4 ay için taburcu olan hasta sayıları
Sağlık sektöründe en az 1 yıl; tercihen tıbbi
sekreterlik bölümünde çalışmış,
2.4. Beceri/Davranışsal Yetkinlik
Sözlü ve yazılı iletişim becerilerine sahip,
İnsan ilişkilerinde başarılı, pozitif düşünebilen,
Hasta psikolojisine hitap edebilen,
Problem çözme, alternatif çözüm yolları
üretme becerilerine sahip,
İç motivasyonu yüksek ve başkalarını motive
edebilen,
,
İş birliği ve ekip çalışmasına yatkın,
Öneri geliştirebilen, gelişime açık,
Kişisel kontrolü olan,
141
Çizelge.5 Genel Cerrahi 1 Kat sekreteri yük analizi
142
Çizelge 6. İş yükü analizleri sonucu
Servis
%92
%60
Yorgunluk
%10
%101
%66
%93
%102
%90
%99
%54
%59
Doluluk
Genel Cerrahi 1
Genel Cerrahi 2
Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları
Dahiliye
Kadın Hastalıkları ve
Doğum Bebek
KVC
Çalışanların görev tanımları netleştirilmiş
olup, süreçler standart hale getirilmiştir. Yapılan ölçümler sonucunda tüm kat sekreterlerinin
iş ve yük analizlerinin hesaplan değerleri Çizelge.6’ da belirtilmiştir. İş ve yük analizlerinde
görülmüştür ki kat sekreterlerinin en çok vaktini
“Hasta dosyasına yerleştirilecek dokümanların
ilgili doktora imzalatılması” maddesinin aldığı
görülmüştür. Özellikle tıbbi kayıtların doktorlara imzalatılması nedeniyle harcanan zamanda
kat sekreterlerinin yerlerinde olmadıklarını varsayarsak bu durum sıkıntı yaratmaktadır. İlgili
süreç analizinde meydana gelen sorunlarla ilgili
öneri sistemi geliştirilmiş olup, birkaç sorun ve
soruna ait yapılan öneri ile alınan kararlardan örnekler aşağıda verilmiştir.
Sorun
Laboratuvar ve Radyoloji istekleri kat
sekreterleri tarafından yapılıyor.
Öneri
İsteklerin hekimler tarafından yapılması
sağlanabilinir.
KARAR
Hekimlerin isteklerini mutlaka istek formu
ile yapmaları sağlanacak ve kat sekreterlerine
form ile iletecekler. İsteğin form ile yapılması
sağlanacak.
Sorun
Raporlar, epikrizler
hazırlanıyor.
Öneri
Raporlar, epikrizler hekimler tarafından
hazırlanılmalı
ve
imzalanarak
kat
sekreterlerine
iletilmeli.
hekimlerle
birlikte
KARAR
Epikrizler ve raporlar hekimler tarafından
forma yazılacak kat sekreterleri sadece
sisteme girişini yapacak. Bu konuda hekimler
ve kat sekreterleri bilgilendirilecek.
Sorun
Tetkik sonuçlarının, epikrizlerin, ameliyat
raporlarının hekimler tarafından imzalatılması
için zaman kaybı oluyor.
Öneri
Kayıtların eksiksiz olması için doktorlara
daha
fazla
bilgilendirme
yapılabilir.
Kayıtlarında eksiklik görülen doktora mektup
gönderilebilinir.
KARAR
Hekimlerin katta daha fazla zaman harcaması
ve kayıtlarını tamamlaması için hekimlerle
görüşülecek.
Sorun
Kadın Hastalıkları ve Doğum, Çocuk ve
Dahiliye bölümlerinin hasta çıkışa iletecekleri
dosyada olması gereken belgelerin fotokopisi
için idari kata inmeleri zaman kaybına neden
oluyor.
Öneri
Fotokopi çekebilmeleri için alanlarına daha
yakın bir fotokopi makinası tedarik edilebilir.
KARAR
4 ay sonra bu konu tekrar gündeme gelecek.
Sorun
Tek bilgisayarın olduğu katlarda kat
sekreterleri ve hemşireler aynı bilgisayarları
kullanıyorlar buda zaman kaybına neden
oluyor. Hemşireler bilgisayarlarla ilgili
işlerini ya kat sekreterlerine soruyorlar yada
müsaade isteyerek kendileri bilgisayarları
kullanıyorlar ki bu da kat sekreterlerini
meşgul ediyor.
Öneri
Bilgisayar sayısı artırılabilinir.
Cerrahi 1, 2, KVC)
KARAR
Hemşirelerin bulunduğu hemşire odasına
bilgisayar temin edilecek.
(Genel
Ek olarak, kat sekreterlerinin performanslarının değerlendirilmesi için performans indikatörleri oluşturulmuştur. Böylelikle çalışanların
performansları bu kriterlerle daha kolay izlenebilecektir. Performans indikatörleri; “Tıbbi arşive eksik teslim edilen hasta dosyası oranı”, “Zamanında teslim edilmeyen hasta dosyası oranı”,
“Kişi başına düşen yıllık eğitim saati”, “HBYS’
de iptal edilen işlem sayısı” ve “İç müşteri memnuniyet oranı” olmak üzere beş adet olarak belirlenmiş olup, kat sekreterlerinin performanslarının değerlendirilebilmesi için kolaylık sağlamıştır.
143
Çizelge 7. Performans indikatörü örneği
ting, 129-133, 1983.
[6] Bielski, J., Wolowicki, J., Zeyland, A., The
ergonomic evaluation of work stres in the
furniture industry, Applied Ergonomics,
7(2), 89-91, 1976.
[7] Gomer, F.E., Siverstein, L.D., Berg, W.K.,
Lassiter, D.L., Changes in electromyographic activity associated with occupational
stress and poor performance in the workplace, Human Factors, 29(2), 131-143, 1987.
Bu çalışmada süreçler incelenerek bu süreçler üzerinde eksik görülen veya çalışanlara fazladan iş yükü oluşturan noktalar ve yapılması
gerekenler belirlenmiştir. Süreçler anlaşılabilir
hale getirilerek, iş yükü analizinden elde edilen
sorunlara çözümler sunulmuştur. Sistemin içerisinde bulanık ve karmaşık olan noktalara netlik
getirilmiştir.
KAYNAKÇA
[1] Wilson, J.R. and Corlett E.N. Evaluation of
human work. Third Edition. CRC Press,
2005.
[2] Hart, S.G., Wickens, C.D., In: Harold R. Booher (Ed.), Manprint, an approach to systems integration, Van Nostrand Reinhold,
NY, 1990.
[3] Barbara, L. Mildon. The Concept of Home
Care Nursing Workload: Analysis and Significance, Doctora Thesis, University of Toronto, 2011.
[4] Cooper, G., Harper, R., The use of pilot ratings in the evaluation of aircraft handling
qualities, NASA Ames Technical Report,
NASA Tn-D- 5153, NASA Ames Research
Center, USA, 1969.
[5] Wierwille, W.W., Casali, J.G., A validated
rating scale for global mental workload measurement applications, Proceedings of the
Human Factors Society, 27 th Annual Mee144
[8] Hancock, P.A., A dynamic model of stress
and sustained attention, Human Factors,
31(5), 519-537, 1989.
[9] Dağdeviren, M. ve ark., Çalışanların Toplam
İş Yükü Seviyelerinin Belirlenmesine Yönelik Bir Model ve Uygulaması. Gazi Üniv.
Müh. Mim. Fak. Der., 20(4), 517-525, 2005.
[10] Bulut, K., Soylu, B., Öğretim Üyelerinin İş
Yükü Seviyelerinin Bir Analitik Ağ Modeli
İle Değerlendirilmesi: Mühendislik Fakültesinde Bir Uygulama. Erciyes Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 25 (1-2),
150-167, 2009.
[11] Göçmen ve ark., Yoğun Bakım Hemşirelerinin İş Yükünün Belirlenmesi. Acıbadem
Hemşirelik Dergisi, 2012.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
IŞIK ÜNİTESİNİN ÖĞRETİMİNDE BİLGİSAYAR ANİMASYONLARININ ETKİSİ
THE EFFECT OF COMPUTER ANIMATIONS ON
THE TEACHING OF THE LIGHT UNIT
Yasemin KOÇ¹*, Ümit ŞİMŞEK¹, Cemil HAS²
Atatürk Üniversitesi, Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü, Fen Bilgisi Eğitimi, Erzurum/ TÜRKİYE
²Erzurum İl Milli Eğitim Müdürlüğü, Erzurum/ TÜRKİYE
1
ÖZET
Bu araştırma, ışık ünitesinin öğretiminde bilgisayar animasyonlarının öğrencilerin Fen ve Teknoloji dersine karşı tutumlarına, akademik başarısına, bilgilerin kalıcılığına ve epistemolojik tutumlarına etkisini tespit
etmek amacıyla yapılmıştır. Araştırmanın örneklemini, 2012–2013 öğretim yılında Bayburt ilinde bulunan iki
farklı ortaokulun yedinci sınıfında eğitim görmekte olan toplam 42 öğrenci oluşturmaktadır. Bu okullardan
biri öğretim süreçlerinde bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı deney grubu (n=21) diğeri ise geleneksel
öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubu (n=21) olarak belirlenmiştir. Araştırmada veri toplama araçları
olarak Akademik Başarı Testi (ABT), Fen ve Teknoloji Dersi Tutum Ölçeği (FTTÖ), Epistemolojik Tutum
Ölçeği (ETÖ) ve Kalıcılık Testi (KT) kullanılmıştır. Araştırmadan elde edilen veriler tanımlayıcı istatistikler
ve bağımsız gruplar t-testi kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmelerin sonucunda deney ve
kontrol grupları arasında akademik başarı ve bilgilerin kalıcılığı yönünden deney grubu lehine istatistiksel olarak anlamlı farklılıkların olduğu tespit edilmiştir. Uygulama sonunda deney ve kontrol grubu arasında Fen ve
Teknoloji dersi tutumları ve epistemolojik tutum bakımından istatistiksel olarak anlamlı farklılıkların olmadığı
görülmüştür.
Anahtar Sözcükler: Animasyon Tekniği, Işık Ünitesi, Epistemolojik Tutum
ABSTRACT
This study was carried out to determine the effect of computer animation on students’ attitudes towards
science and technology, academic achievement, epistemological attitudes and retention of knowledge in the
teaching of the light unit. The sample of this study consists of 42 seventh-grade students who were training
in two different secondary schools located in Bayburt in the academic year 2012-2013. One of these schools
was used as experimental group (n=21) and used computer animations used in the educational process and the
other one was control group (n=21) studied with traditional method. As data collection instruments Academic
Achievement Test (AAT), Science and Technology Attitude Scale (STAS) and Epistemological Attitude Scale
(EAS), and Retention Test (RT) were used. The data were evaluated by using descriptive statistics, independent
samples t-test. According to the analyses, there was a significant difference in favor of experiment group in
view of academic success and retention of knowledge. But at the end of study, a statistically significant difference was not observed between the experimental and control groups in terms of attitudes towards science and
technology lesson and epistemological attitude.
Key Words: Tecnic of Animation, Light Unit, Epistemological Attitude.
*
Sorumlu yazar/Corresponding author: Yasemin Koç, Atatürk Üniversitesi, Kazım Karabekir Eğitim Fakültesi, İlköğretim Bölümü, Fen Bilgisi
Eğitimi, Erzurum/ TÜRKİYE, [email protected]
145
Koç ve ark.
1.
gİrİş
Bilim ve teknolojinin hızlı gelişiminden kaçınılmaz olarak en çok etkilenen alanlardan biri,
bilgi toplumunun beraberinde getirdiği özelliklere sahip bireylerin yetişmesini sağlayacak
olan eğitimdir. Eğitim; toplumların hayatına yön
veren, bireyi doğduğu andan itibaren etkileyen,
onların sorgulamasına, araştırmasına, üreten olmasına ve sorumluluk sahibi olarak yetişmesine
olanak sağlayan bir olgudur [1]. Eğitim içerisinde fen bilimleri eğitimi de, toplumların gelişimi
açısından çok önemli bir yere sahiptir. Fen bilimleri, insanın kendisi ve doğal çevresiyle ilgili düzenli bilgiler edinmesini, bu bilgileri durmadan
geliştirmesini, yeni bilgi edinme yolları içerisinde olmasını gerektirmektedir. Fen bilimleri sadece, bilim insanlarının çeşitli araştırmalar sonucu
elde ettiği kesinliği kanıtlanmış bilgiler kümesi
değil, aynı zamanda hayal gücü ve yaratıcılık
gerektiren, içinde yaşadığı toplumun yapısından
etkilenen, doğal dünyayı daha iyi anlamak için
gerekli bir olgudur [2]. Bu nedenlerden dolayı
fen bilimlerine gerekli önemin verilmesi gerekmektedir. Bu da fen eğitiminin önemini ortaya
koymaktadır.
Fen ve teknoloji dersinin amacı, öğrencilerin
fen kavramlarını ezberlemesini sağlamak değil,
onlara öğrenmeyi öğreterek, düşünme becerilerinin gelişmesini sağlamak, araştırmacı ve sorgulayıcı bireyler olarak yetiştirmektir [3]. Eğitim
ortamlarındaki öğrenciler fen ve teknoloji derslerinin öğrenilmesinde, öğretmenler ise bu dersin
öğretilmesinde zorlandıklarını belirtmektedirler.
Bunun sebepleri olarak, fen ve teknoloji kavramlarının çoğunun soyut yapıda olması ve günlük
yaşamda kullanılan kelimelerin fen öğretiminde
farklı anlamlarda kullanılması gösterilmektedir
[4]. Fen eğitiminin teknolojik gelişmelerden faydalanılarak yapılması, bu dersin daha kolay ve
somut bir yapı almasını sağlamaktadır [5].
Günümüzde eğitim kurumlarında geleneksel
yöntemlerle ve araç gereçlerle yapılan eğitimin
ve öğretimin yerini bilgi teknolojilerinden faydalanılarak oluşturulan çoklu öğrenme ortamına
bırakmaktadır. Bu durum eğitim faaliyetlerinde
146
etkili olmakta ve eğitim teknolojileri kullanımının bu alana girmesine neden olmaktadır [6].
ABD’deki Texas Üniversitesinde Philips tarafından yapılan araştırma sonuçlarına göre insanlar; okuduklarının %10’nunu, işittiklerinin %20
’sini, gördüklerinin %30’unu, görüp işittiklerinin
%50’sini, söylediklerinin %70’ini, yapıp söylediklerinin %90’ını hatırlamaktadırlar. Zaman
faktörü sabit tutularak elde edilen bu oranlar,
sınıf içinde çok ortamlı öğretme durumunun düzenlenmesi gerektiğini göstermektedir. Çoklu
öğrenme ortamının oluşması ise eğitim teknolojisinin kullanımı ile mümkün olabilmektedir [7].
Ayrıca derslerde geleneksel öğretim yöntemini
seçilmesi, öğrencilerin çok çabuk sıkılmalarına,
dikkatlerinin başka noktalara kaymasına neden
olduğu için eğitimde teknolojinin kullanımı, dikkatlerin konu üzerinde yoğunlaşmasına ve sıkıcılığın ortadan kalkmasına yardım etmektedir [8].
Eğitim teknolojisi, teknoloji sayesinde ortaya çıkan araç gereçlerin, eğitim kurumlarına
sokulması, bunların alanında uzman eğitimciler
tarafından bilgiyi aktarmada ve öğrenme–öğretme ortamlarının kalitesini arttırmada kullanılmasıdır [9, 10]. Eğitim teknolojilerinin tamamı
birer öğrenme aracıdır. Öğrenmede aktiflik ve
kalıcılık ön planda olduğu için eğitim teknolojisi
anlamlı öğrenmeler oluşturmak için iyi bir araç
olarak kullanılır [11]. Bilişim teknolojisindeki
gelişmelere paralel olarak bilgisayar ortamında canlandırma, benzeşim vb. görsel ve işitsel
materyal geliştirilmiş ve eğitimde kullanılmaya
başlanmıştır. Yani bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler öğrencilere yalnızca yazılı metin değil,
grafik, video ve animasyon gibi çeşitlilikler de
sunmaktadır. Bu yeniliklerden biri olan animasyon, bilgisayarla özdeşleşmiş olanlardan bir tanesidir. Bu teknolojik araçlar, öğrencilerin bilgi
düzeylerine ve öğrencilerin öğrenim süreci boyunca bilgilerinin gelişimine uyarlanmak zorundadır [12]. Animasyonların dinamik görünümleri
ve soyut olayları canlandırabilme özelliğine sahip olmalarından dolayı, öğrenme üzerine pozitif
bir etki oluşturmaktadır [13, 14, 15].
Koç et al.
Animasyon canlandırmak anlamına gelen
Latince bir kelimedir [16]. Genel anlamı ile bir
nesneye hayat ve canlılık verme sanatı olarak tanımlanabilir. Elliot ve Miller [17] ise animasyonu, “bir nesneyi hareket halinde gösteren birçok
durağan görüntü oluşturmak ve bu görüntüleri
hızla arka arkaya oynatarak nesnenin gerçekten
hareket ettiğini düşünmemizi sağlamak” şeklinde tanımlamışlardır [18]. Diğer bir tanımda
animasyon, ekranda bir dizi görüntü ve resmin
hızlı bir şekilde gösterilmesi, el veya bilgisayar
yardımıyla çizilen ve birbirlerinden farklı olan
hareketsiz resimlerin, hazırlanmış bir mekanik
düzenek yardımıyla belli bir sırada gösterilmesi,
hareketli tarzda gerçeğin veya hayalin canlandırılmasıdır [11, 19]. Bilgisayar animasyonu ise,
bilgisayarlarda grafik araçlar kullanılarak görsel
etkilerin oluşturulması, ekranda bir dizi görüntü
ve resmin hızlı bir şekilde gösterilmesi, çeşitli
bilgisayar yazılımları kullanılarak ekranda hareketli grafik, resim veya görüntülerin oluşturulmasıdır [18, 9, 20].
Yapılan araştırmalarda eğitimde animasyon
kullanımının birçok faydasından bahsedilmektedir. Animasyonların kullanıldığı eğitim yazılımları sayesinde öğrencilere öğretilmek istenen soyut olayları somutlaştırma ve zihinde canlandırma güçlükleri ortadan kaldırabilmektedir. Animasyonlar renk ve hareket özellikleriyle birleşerek akılda kalıcılığı arttırmakta, göz ve kulağa hitap ederek etkin bir öğrenme sağlayabilmektedir
[18]. Böylece öğrenen, sunulan içeriği hem sözlü
hem de görsel olarak kodlayıp zihninde bunları
tekrar yapılandırdığı için anlamlı öğrenme gerçekleşmektedir [21]. Ayrıca konularla ilgili sahip
oldukları kavram yanılgılarının üstesinden gelinmesinde bilgisayar desteği ile animasyon kullanımı etkili bir yöntemdir [22]. Bilgisayar ortamında hazırlanan çalışma yaprakları, maliyetleri
düşürmesi, zamandan tasarruf sağlaması dışında,
güvenli bir deney ortamı sunarak olası kazaları
önlemesi açısından önem taşımaktadır [23]. Yani
öğrenciler sahip oldukları bilgileri şekillendirmek için bilgisayara uyarlanmış animasyon ve
modeller üzerinde çalışarak pahalı olmayan, ris-
ksiz ve gerçek pratik yapma imkânı elde eder.
Animasyonlar öğrencilerin yaratıcı düşünceler
geliştirmelerine, olasılıklar üzerine durmalarına,
çeşitli denemelere girişmelerine yardım etmektedir. Böylece hem etkileşimli öğrenme ortamı sunabilmekte hem de bireysel öğretim sağlanabilmektedir [18, 24, 25, 26]. Animasyonu içine alan
bir öğrenme ortamı öğrencilerde iyi bir anlayış
oluşumuna destek vermektedir [19]. Bu nedenle
öğretmenlerin çağdaş öğretim yöntemleri ve teknolojiyi kullanmaları, eğitim kalitesinin artması
açısından önem arz etmektedir [15]. Ancak ülkemizde ilköğretim fen ve teknoloji derslerinde
animasyon kullanımının yetersiz olduğu dikkat
çekmektedir [27]. Animasyon destekli eğitim yazılımlarının yetersizliği, animasyonların Türkçe
olmaması ve fen ve teknoloji dersinde kullanımı
ile ilgili yeteri kadar çalışma yapılmamasından
dolayı bu alanda önemli bir boşluk oluşmuştur.
Yapılan bu çalışma ile fen ve teknoloji dersinin
öğretiminde bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı bir uygulama yaparak mevcut olan bu durumun giderilmesine yönelik bir katkı sağlamak
amaçlanmaktadır.
Bu araştırmanın amacı; ilköğretimin yedinci
sınıf fen ve teknoloji dersi ışık ünitesinin öğretiminde bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı
öğretim ile geleneksel öğretim yönteminin, öğrencilerin akademik başarılarına, bu başarıların
kalıcılığına, fen ve teknoloji dersine karşı tutumlarına ve epistemolojik tutumlarına etkisini tespit etmektir. Bu amaç doğrultusunda araştırmada
aşağıdaki alt problemlere cevap aranmıştır.
1. Işık ünitesinin öğretiminde bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı deney grubundaki
öğrencilerin akademik başarıları ile geleneksel
öğretim yönteminin kullanıldığı kontrol grubundaki öğrencilerin akademik başarıları arasında
anlamlı düzeyde farklılıklar var mıdır?
2. Bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı
öğrencilerin epistemolojik tutumları ile geleneksel öğretim yönteminin kullanıldığı öğrencilerin
epistemolojik tutumları arasında anlamlı farklılıklar var mıdır?
147
Koç ve ark.
3. Bilgisayar animasyonları ve geleneksel öğretim yönteminin kullanıldığı öğrencilerin Fen
ve Teknoloji dersine karşı tutumları arasında anlamlı farklılıklar var mıdır?
4. Işık ünitesinde, bilgisayar animasyonları
ve geleneksel öğretim yönteminin kullanıldığı
öğrencilerin, öğrendikleri bilgilerin kalıcılığı bakımından anlamlı farklılıklar var mıdır
2. YÖNTEM
Bu bölümde araştırmanın modeline, örneklemine, araştırmada kullanılan veri toplama araçlarına ve öğretim sürecinin uygulamasına yer
verilmiştir.
Araştırma Modeli
Bu araştırma, iki farklı öğretim yönteminin
etkisini karşılaştırmak için ön test, son test kontrol gruplu desene göre yürütülmüştür. Farklı öğretim ortamlarında, öğretim materyallerinin ya
da öğretim yöntemlerinin etkisi araştırıldığında
yarı deneysel araştırma deseninin kullanımı uygun olmaktadır [28]. Bu desende, eğitimsel bir
amaç için sınıflar olduğu gibi araştırma kapsamına alınır [29]. Biri deney diğeri kontrol grubu olan yansız atama ile oluşturulmuş iki grup
bulunur. Her iki grupta da uygulama öncesi ve
uygulama sonrası ölçümler yapılır. Araştırmanın
tasarımı Tablo 1’de verilmiştir.
Tablo 1. Araştırmanın tasarımı
Gruplar
Testler
Ön test
Animasyon
Grubu
Son test
Kalıcılık testi
Ön test
Kontrol
Son test
Kalıcılık testi
148
Uygulanan
test ve
ölçekler
ABT, FTTÖ,
ETÖ
ABT, FTTÖ,
ETÖ
KT,
ABT, FTTÖ,
ETÖ
ABT, FTTÖ,
ETÖ
KT
Örneklem
Araştırmanın örneklemini, 2012–2013 öğretim yılında Bayburt ilinde bulunan iki farklı ortaokulun yedinci sınıfında eğitim görmekte olan
toplam 42 öğrenci oluşturmaktadır. Bu okullardan biri öğretim süreçlerinde bilgisayar animasyonlarının kullanıldığı deney grubu (n=21) diğeri ise geleneksel öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubu (n=21) olarak belirlenmiştir.
Veri Toplama Araçları
Veri Toplama Araçları
Veri toplama araçları aşağıda verilmiştir.
1. Akademik Başarı Testi (ABT)
2. Fen ve Teknoloji Dersi Tutum Ölçeği
(FTTÖ)
3. Epistemolojik Tutum Ölçeği (ETÖ)
4. Kalıcılık Testi (KT)
Akademik Başarı Testi (ABT)
Araştırmada kullanılmak üzere hazırlanan
ABT uzman görüşleri alınarak araştırmacı tarafından hazırlanmıştır. Bu test, yedinci sınıf
Işık Ünitesi kazanımlarını kapsayan 40 çoktan
seçmeli sorudan oluşmuştur. Testin güvenirlik
hesaplamaları için hazırlanan ABT daha önce
ışık ünitesini görmüş olan 152 sekizinci sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Elde edilen verilerden,
SPSS paket programı kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda testin güvenirlik katsayısı
(Cronbach Alpha) α=0,78 olarak bulunmuştur.
Testin geçerlilik çalışması için ise ABT ilköğretim bölümünde Fen Bilgisi Eğitimi Anabilim
dalında görevli öğretim elemanlarının görüşüne
sunulmuştur. Uzman görüşleri dikkate alınarak
ABT sorularında gerekli düzeltmeler yapılmıştır.
Test puanlandırılmasında her doğru cevaba 2.5
, yanlış ve boş bırakılan cevaplara 0 puan verilmiştir.
Fen ve Teknoloji Dersi Tutum Ölçeği (FTTÖ)
Araştırmada Geban ve arkadaşları (1994)
[30] tarafından geliştirilmiş 5’li likert tipinde
Koç et al.
ve Cronbach Alpha güvenilirlik katsayısı 0,83
olan bir tutum ölçeği kullanılmıştır. Kullanılan
bu ölçek, öğrencilerin Fen ve Teknoloji dersine yönelik tutumlarını belirleyen 15 maddeden
oluşmaktadır. Bu mevcut 15 maddenin 10 tanesi
olumlu, 5 tanesi olumsuz yönde tutum ifadelerini
içermektedir. Öğrenciler bu maddelere tamamen
katılıyorum, katılıyorum, kararsızım, katılmıyorum ve hiç katılmıyorum şeklindeki bölümleri
işaretleyerek görüşlerini bildirmişlerdir. Fen ve
Teknoloji dersine yönelik tutum ölçeği verilerinin analizinde SPSS istatistik programından
faydalanılmıştır. Olumlu ifadeler çözümlenirken
“tamamen katılıyorum” ifadesine 5 puan, “katılıyorum” ifadesine 4 puan, şeklinde azalan puanlar verilmiştir. Olumsuz ifadeler çözümlenirken
“tamamen katılıyorum” ifadesine 1 puan, “katılıyorum” ifadesine 2 puan şeklinde artan puanlar
verilmiştir. “Kararsızım” ifadesi ise hem olumlu
hem de olumsuz ifadeler için 3 puan olarak değerlendirilmiştir [31, 32].
Epistemolojik Tutum Ölçeği (ETÖ)
ETÖ, bir kendi kendine rapor etme anketi
olup, Conley [33] tarafından geliştirilmiştir. Öğrencilerin cevapları beş puanlık Likert ölçeğinde
alınır. Ölçeğin orijinali 26 maddeden oluşmaktadır. Ölçek, Özkan [34] tarafından Türkçeye çevrilmiş ve bir grup ilkokul öğrencisinde maddelerin açıklığı ve anlamı hususlarında denenmiştir.
Deneme sonrasında ankette negatif korelasyonu
olan 2 madde çıkarılmış ve Türkiye’de uygulanabilir hale getirilmiştir. Sonuç olarak bu araştırmada da kullanılan Epistemolojik Tutum Ölçeği
9 olumsuz 15 olumlu ifade içeren 24 maddeden
oluşmuş ve Cronbach alfa güvenirlik katsayısı
0,76 bulunmuştur. Olumlu ifadeler çözümlenirken kesinlikle katılmıyorum ifadesine 1 puan,
katılmıyorum ifadesine 2 puan, şeklinde artan
puanlar verilmiştir. Olumsuz ifadeler çözümlenirken kesinlikle katılmıyorum ifadesine 5 puan,
katılmıyorum ifadesine 4 puan şeklinde azalan
puanlar verilmiştir. “Kararsızım” ifadesi ise hem
olumlu hem de olumsuz ifadeler için 3 puan olarak değerlendirilmiştir.
Kalıcılık Testi (KT)
Araştırmada bilgilerin kalıcılığını ölçmek
üzere hazırlanan Kalıcılık Testi (KT) uzman
görüşleri alınarak araştırmacı tarafından hazırlanmıştır. Bu test, öğrencilere son test olarak
uygulanan Akademik Başarı Testi sorularının
öğrenciler tarafından hatırlanabileceği düşüncesiyle Akademik Başarı Testinin ölçmeyi amaçladığı kazanımları ölçecek nitelikte yine 25 çoktan
seçmeli sorudan oluşan farklı bir test olarak hazırlanmıştır. Testin güvenirlik hesaplamaları için
hazırlanan KT daha önce ilgili üniteyi görmüş
olan 138 sekizinci sınıf öğrencisine uygulanmıştır. Elde edilen verilerden, SPSS paket programı
kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda
testin güvenirlik katsayısı (Cronbach Alpha)
α=0,76 olarak bulunmuştur. Testin geçerlilik çalışması için ise KT ilköğretim bölümünde Fen
Bilgisi Eğitimi Anabilim dalı öğretim elemanlarının görüşüne sunulmuştur. Uzman görüşleri
dikkate alınarak KT sorularında gerekli düzeltmeler yapılmıştır. Test puanlandırılmasında her
doğru cevaba 4, yanlış ve boş bırakılan cevaplara 0 puan olarak belirlenmiştir.
Uygulama
Bu araştırma biri bilgisayar animasyonlarının
kullanıldığı deney grubu, diğeri geleneksel öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubu olmak
üzere iki grup ile yürütülmüştür. Bu grupların her
ikisine de Akademik Başarı Testi (ABT), Fen ve
Teknoloji Dersi Tutum Ölçeği (FTTÖ) ve Epistemolojik Tutum Ölçeği (ETÖ) ön test olarak
uygulanmış ve yöntemlerin uygulama sürecine
geçilmiştir. Uygulama süreci her iki grupta da
araştırmacı tarafından planlanıp haftada 4 saat
olmak üzere 5 haftada tamamlanmıştır. Uygulama tamamlandıktan sonra yine her iki gruba da
aynı testler son test olarak uygulamıştır. Bunların
dışında uygulama bittikten bir ay sonra her iki
gruba da Kalıcılık Testi (KT) uygulanmıştır.
Bilgisayar Animasyonlarının Kullanımı ile
Öğretim
149
Koç ve ark.
Deney grubunda öncelikle öğretmen öğrencilerin ünitede bulunan kazanımlarla ilgili kitap
ve kaynaklardan incelemeler yapmalarını sağlamıştır. Öğretmen bu kazanımlarla ilgili derse
hazırlıklı gelen öğrencilere sorular yöneltmiş ve
tartışma ortamı oluşturmuştur. Daha sonra öğretmen ünitenin işlenişinde bulunan yapılması
gereken etkinliklerde http://www.vitaminegitim.
com internet sitesinden temin ettiği toplam 40
tane animasyon kullanmıştır. İlk olarak konu ile
ilgili animasyonlar, öğrenci ve öğretmen yorumu alınmadan en az 5 dakika izletilmiştir. Animasyonlar öğrencilere ikinci defa izletilmiş ve
bu animasyonlarla ilgili öğrencilerin görüşleri
sorulmuştur. Öğrencilerin görüşleri alındıktan
sonra animasyonlar üçüncü defa izletilirken gerekli açıklamalar yapılmıştır. Yapılan açıklamalar sırasında öğrencilerde eksiklikler görüldüğü
takdirde animasyonlar tekrar izletilmiş ve gerekli açıklamalar tekrar yapılmıştır. Uygulamanın
sonunda öğrenci çalışma kitabındaki etkinlikler
ve ek etkinlikler yaptırılmıştır. Bazı animasyon
örnekleri aşağıda verilmiştir.
Geleneksel Öğrenme Yöntemi ile Öğretim
150
Koç et al.
Geleneksel öğretim yöntemini uygulandığı kontrol grubunda Işık ünitesinin işlenişi için
araştırmacı üniteyle ilgili gerekli araştırmayı yapıp bir çalışma planı hazırlamıştır. İyi bir sunu ile
geleneksel öğretim yönteminin de başarılı olacağı düşüncesinden hareket ederek dersin işlenişi
yürütülmüştür. Dersin işlenişinde ders kitabı,
çalışma kitabı, öğretmen kılavuz kitabı ve bazı
diğer kaynaklar kullanılmıştır. Öğrencilerden
derse gelmeden önce ders için hazırlık yapmaları
istenmiştir. Araştırmacı düz anlatımla dersi işlemiş, gerekli gördüğü yerlerde öğrencilere sorular
sormuş ve anlaşılmayan yerler bu şekilde giderilmiştir Her hafta öğrencilere ev ödevleri verilerek
öğrendikleri pekiştirilmeye çalışmıştır. Ünite ile
ilgili deneyler gösteri şeklinde araştırmacı tarafından yapılmıştır. Ünitenin sonunda araştırmacı
öğrencilerden yapılan konu özetinin defterlerine
yazmalarını istemiştir.
Verilerin Analizi
Bu bölümde, elde edilen veriler SPSS paket
programı kullanılarak değerlendirilmiş ve belirtilen alt problemlere cevaplar aranmıştır. Araştırmada kullanılan ölçeklerden elde edilen verilerin
değerlendirilmesi ve analizi aşağıda açıklanmıştır:
1-Grupların akademik başarılarındaki farklılaşma belirlenirken tanımlayıcı istatistikleri hesaplanmış ve bağımsız t-testi yapılmıştır.
2-Epistemolojik tutumlarındaki farklılaşma
için tanımlayıcı istatistikleri hesaplanmış ve bağımsız gruplar t-testi yapılmıştır.
3-Fen ve Teknoloji dersine karşı tutum değişimlerinin analizinde, tanımlayıcı istatistikler hesaplanmış ve bağımsız gruplar t-testi yapılmıştır.
4- Gruplar arasındaki bilgilerin kalıcılığı bakımından farklılıkları belirlemek için tanımlayıcı istatistikler hesaplanmış ve bağımsız gruplar
t-testi yapılmıştır.
3. BULGULAR VE YORUM
Araştırmada kullanılan veri toplama araçlarından elde edilen verilerin değerlendirilmesi ile
elde edilen sonuçlar aşağıda sırası ile verilmiştir.
Bilgisayar animasyonlarının kullanımı ile
öğretimin uygulandığı deney grubundaki öğrenciler ile geleneksel öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubundaki öğrencilerin ışık
ünitesindeki önbilgilerini belirlemek için ABT
ön test olarak uygulanmıştır. ABT ön testinden
elde edilen puanların tanımlayıcı istatistikleri
hesaplanmış ve gruplar arasında ışık ünitesi ile
ilgili ön bilgi düzeyleri bakımından anlamlı bir
fark olup olmadığını belirlemek için bağımsız
gruplar t-testi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar
Tablo 2’de verilmiştir.
Tablo 2. ABT’nin öntest puanlarına ait bağımsız
gruplar t-testi analizi sonucu
Gruplar
Deney
Kontrol
N
21
21
X
35,238
31,429
SS
11,856
10,3553
SD
40
t
1,109
p
0,274
ABT için maksimum puan 100’dür
Tablo 2’deki verilere bakıldığında ABT ’nin
ön testinde deney ve kontrol grubunun ön testleri arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farkın
olmadığı görülmektedir (t= 1,109; p>0,05). Bu
sonuçlara göre, deney ve kontrol grubundaki öğrencilerin çalışmaya başlamadan önce ışık ünitesinde temel bilgilerinin aynı seviyede olduğu
söylenebilir.
Çalışma tamamlandıktan sonra akademik
başarı bakımından hangi yöntemin daha etkili
olduğunu belirlemek için ABT’nin son testinde
elde edilen puanlara tanımlayıcı istatistikler ve
bağımsız gruplar t-testi yapılarak gruplar arasında akademik başarı yönünden bir farklılaşmanın
olup olmadığına bakılmış ve ABT’nin son test151
Koç ve ark.
lerine ilişkin analiz sonuçları Tablo 3’ de verilmiştir.
Tablo 3. ABT’nin sontest puanlarına ait bağımsız
Gruplar
N
X
SS
SD
t
p
Deney
Kontrol
21
59,143
13,155
40
2,395
0,021
21
47,738
17,4088
ABT için maksimum puan 100’dür
Tablo 3’deki ABT son-test analiz sonuçlarına
bakıldığında elde edilen son test puanları ortalamaları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir
farkın olduğu görülmüştür (t=2,395; p<0,05). Bu
sonuçlara göre bilgisayar animasyonlarının kullanımı ile öğretimin uygulandığı deney grubundaki öğrencilerin geleneksel öğretim yönteminin
uygulandığı kontrol grubundaki öğrencilere göre
akademik anlamda daha başarılı olduğu söylenebilir (XDeney=59,143; XKontrol=47,738).
Bilgisayar animasyonlarının kullanımı ile öğretimin uygulandığı deney grubundaki öğrenciler ile geleneksel öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubundaki öğrencilerin uygulamadan
önceki epistemolojik tutumlarını belirlemek için
ETÖ ön test ve son test olarak uygulanmıştır.
Elde edilen puanların tanımlayıcı istatistikleri hesaplanmış ve aralarında anlamlı bir farkın
olup olmadığını belirlemek için bağımsız gruplar t-testi yapılmıştır. ETÖ ön testinden elde
edilen sonuçlar Tablo 4’ te ve ilgili yöntemlerin
uygulanması sonunda öğrencilerin epistemolojik
tutumlarında hangi grubun lehinde bir farklılaşmanın oluştuğunu belirlemek için epistemolojik
tutum ölçeğinin son test puanlarına ilişkin analiz
sonuçları Tablo 5’ de verilmiştir.
152
Tablo 4. ETÖ’nün öntest puanlarına ait bağımsız
Gruplar
N
X
SS
SD
t
p
Deney
Kontrol
21
74,71
11,542
40
0,045
0,964
21
74,57
8,778
ETÖ için maksimum puan 100’dür
Tablo 4’ deki sonuçlara bakıldığında, deney
ve kontrol grubunun ETÖ’ nün ön testleri arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farkın olmadığı
görülmektedir (t=0,045; p>0,05). Bu sonuçlara
göre, deney ve kontrol grubundaki öğrencilerin
çalışmaya başlamadan önce epistemolojik tutum
açısından benzer özellikte olduğu söylenebilir.
Tablo 5. ETÖ’nün sontest puanlarına ait bağımsız
Gruplar
N
X
SS
SD
t
p
Deney
Kontrol
21
89,71
10,955
40
0,377
0,708
21
88,52
9,453
ETÖ için maksimum puan 120’dir.
Tablo 5’deki ETÖ son-test analiz sonuçlarına bakıldığında elde edilen son test puanları
ortalamaları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılığın olmadığı görülmüştür (t=0,377;
p>0,05). Bu sonuçlara göre uygulanan iki farklı
öğretim etkinliğinin öğrencilerin epistemolojik
tutumlarında benzer etki yaptıkları söylenebilir.
Yine; deney grubundaki öğrenciler ile kontrol grubundaki öğrencilerin uygulama öncesindeki Fen ve Teknoloji dersine karşı tutumlarını
belirlemek için FTTÖ ön test olarak ve ilgili
yöntemlerle uygulama yapıldıktan sonra fen ve
teknoloji dersine karşı tutumlarında nasıl bir
farklılaşmanın olduğunu belirlemek için FTTÖ
Koç et al.
son test olarak uygulanmıştır. FTTÖ’ nün ön ve
son testlerinden elde edilen puanların tanımlayıcı istatistikleri hesaplanmış, aralarında anlamlı
bir fark olup olmadığını belirlemek için bağımsız
gruplar t-testi yapılmış ve analiz sonuçları Tablo
6’da verilmiştir.
Tablo 6. FTTÖ’ nün ön ve son test puanlarına ait
bağımsız gruplar t-testi analizi sonucu
Testler
Ön test
Son test
Gruplar Deney Kontrol Deney
N
21
21
21
X
53,48
55,38
63,57
SS
10,52
7,27
9,857
SD
35,55
40
t
-0,683
-0,228
p
0,499
0,821
FTTÖ için maksimum puan 120’dir.
Kontrol
21
64,14
5,918
Tablo 7. KT’ nin puanlarına ait bağımsız
Tablo 7’ye bakıldığında bilgisayar animasyonlarının kullanımı ile öğretimin uygulandığı deney grubundaki öğrenciler ile geleneksel
öğretim yönteminin uygulandığı kontrol grubundaki öğrencilerin ışık ünitesi ile ilgili bilgilerinin kalıcılığı bakımından gruplar arasında
istatistiksel olarak anlamlı bir farklılığın olduğu
ve bu farklılığın deney grubundaki öğrencilerin
lehine olduğu görülmektedir (t=2,221;p<0,05;
Xdeney=59,881; XKontrol=53,095). Bu sonuçlara
göre deney grubunda uygulanan bilgisayar animasyonlarının kullanımı ile öğretimin yapıldığı gruptaki öğrencilerin bilgilerinin geleneksel
yöntem grubunda yer alan öğrencilere göre daha
kalıcı olduğu söylenebilir.
4. SONUÇ ÖNERİLER
Işık ünitesinin öğretiminde bilgisayar animasyonları ve öğretmen merkezli geleneksel öğretim yönteminin, öğrencilerin Fen ve Teknoloji
dersine karşı tutumlarına, akademik başarısına,
bilgilerin kalıcılığına ve epistemolojik tutumlarına etkisini tespit etmeye yönelik yapılan bu
çalışmanın sonucunda elde edilen bulgulardan;
bilgisayar animasyonlarının kullanımının ışık
ünitesinin öğretilmesinde akademik başarı ve
öğrenilen bilgilerin kalıcılığı açısından öğretmen
merkezli geleneksel öğretim yöntemine göre
daha etkili olduğu daha söylenebilir. Bu durumun sebebi olarak, animasyonların aynı anda
hem görsel hem de işitsel duyu organlarına hitap
edip, güdülemeyi etkin kıldığından, derse ilgiyi
artırdığından ve konu ile ilgili etkinliklerin daha
fazla tekrarlanabilme şansı olduğundan dolayı uygulama sonunda gruplar arasında anlamlı
farklılığın oluşmasını ve yine aynı sebepten bilgilerin daha kalıcı olmasını sağladığı gösterilebilir. Animasyonların ışık ünitesinde kullanımı
ile ders süresince öğrenme ortamı için daha fazla
zaman sağlanmış, tahtada çizimler yaparak fazla zaman harcanmamış ve onun yerine animasyonlar tekrar tekrar gösterilerek öğrenme ortamı
daha etkin kılınmıştır. Bu durum animasyonların
işitsel, görsel ve hareketli doğasından kaynaklanmaktadır. Araştırmada ki bu sonuçlar dikkate
alınarak; öğrencilerin animasyonlara olan bakış
acısı düşünüldüğünde, animasyonlarla işlenen
konuların öğrencileri derse kaşı daha fazla motive ettiği, daha canlı hale getirdiği, öğrencilerin
konuyu zevkle izlemelerini sağladığı, dersi daha
kolay anlamalarını sağladığı, öğrenmelerini hızlandırdığı, düşünme gücünü artırdığı, konuyu soyut halden somut hale getirdiği ve işlenen dersleri daha zevkli bir hale getirdiği söylenebilir. Bu
sonuçlar, bilgisayar animasyonlarının kullanımının öğrencilerin konu alanına ilişkin akademik
başarıları ve bilgilerin kalıcılığı üzerine etkisini
araştırmaya yönelik yapılan diğer çalışmaların
sonuçları ile uyum içerisindedir [24, 35, 36, 37,
38, 25, 26, 39, 40, 41, 42, 43, 44].
Araştırmada kullanılan öğretim etkinliklerinin, her iki grup için de öğrencilerin epistemolojik tutum ve fen ve teknoloji dersine karşı
tutumları bakımından herhangi bir etkisinin olmadığı tespit edilmiştir. Bunun nedeni olarak uygulamanın sadece ışık ünitesiyle sınırlı olması ve
çalışmanın kısa süreli uygulanması gösterilebilir.
Bu sonuç derse karşı tutumların kısa süreli uy153
Koç ve ark.
gulamalarla değişmediğini gösteren çalışmaların
sonuçları ile uyumludur [41, 45, 46, 47].
Yapılan bu çalışmanın sonucunda; fen ve teknoloji dersinde bilgisayar animasyonlarının konu
alanına ilişkin etkinlikleri kısa zamanda ve tekrarı çok olacak şekilde uygulama imkânı sağladığından, geleneksel yönteme göre daha verimli,
daha az maliyetli, daha güvenli ve daha interaktif
bir ders ortamı sağlaması animasyonların birçok
fen ve teknoloji konularında kullanılmasını sağlayabilir. Ayrıca gelecek çalışmalarda bilgisayar
animasyonları ile fen ve teknoloji dersinin öğretiminin önemini ortaya çıkarmak için diğer aktif
öğrenme yöntemleri ile karşılaştırılarak üstün
olup olmadığı ortaya konulabilir. Bunlara ek olarak animasyonlarla öğretimin farklı ünitelerde
de etkili olabileceği, her seviyedeki öğrencinin
öğrenmesine olumlu yönde etki yapabileceği ve
öğrencilerin fen derslerindeki öğrenme zorluklarını azaltabileceği kanaatindeyiz.
KAYNAKÇA
[1]. Gürdal, A., Aksoy, M., ve Macaroğlu, E.
İlköğretimde kavram kargaşası, Bilim
ve teknik. Tübitak Yayınları, 334, 96-97,
1995.
[2]. Çepni, S. ve Çil, E. Fen ve teknoloji programı ilköğretim 1. ve 2. Kademe öğretmen
kitabı. Pegem A yayıncılık, Ankara, 2009.
[3]. Lind, K. K. Exploring science in early childhood. A Development Approach. Thomson Delmar Learning, USA., 2005.
[4]. Taber, K. S. Alternative conceptions in chemistry-prevention, diagnosis and cure. The
Royal Society of Chemistry, Theoretical
background, London, 2002.
[5]. Atılboz, N. G. Lise 1. Sınıf öğrencilerinin
mitoz ve mayoz bölünme konuları ile ilgili anlama düzeyleri ve kavram yanılgıları.
Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi,
24, 3, 147-157, 2004.
[6]. Yılmaz, A. Eğitim Yönetiminde Bilgisayar154
lardan Faydalanmanın Avantajları ve Dezavantajları, Milli Eğitim ve Sosyal Bilimler Dergisi, Sayı:166, 1-7, 2005.
[7]. Kaçar, A. Ö., Doğan, N. Okulöncesi Eğitimde Bilgisayar Destekli Eğitimin Rolü. Akademik Bilişim 2007. Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, 2007.
[8]. Çalışkan, S. (2002). Uzaktan Eğitim Web Sitelerinde Animasyon Kullanımı. Anadolu
Üniversitesi, Açık ve Uzaktan Eğitim Sempozyumu Web Sitesi: http://aof20.anadolu.
edu.tr/bildiriler/Sabahattin_Caliskan.doc,
2002.
[9]. Emrahoğlu, N., Bülbül, O. 9. sınıf fizik dersi
optik ünitesinin bilgisayar destekli öğretiminde kullanılan animasyonların ve simülasyonların akademik başarıya ve akılda
kalıcılığına etkisinin incelenmesi. Çukurova Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü
Dergisi, 19(3), 409–422, 2010.
[10]. Özüsağlam, E. Web tabanlı matematik öğretimi ve ders sunum örneği. Pamukkale
Üniversitesi, Eğitim Fakültesi Dergisi,
21(1), 33–43, 2007.
[11]. Kurt, A. İ. Bilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi ABD Anlamlı Öğrenme Yaklaşıma Dayalı Bilgisayar Destekli 7. Sınıf
Fen Bilgisi Dersi İçin Hazırlanan Bir Ders
Yazılımının Öğrencilerin Akademik Başarılarına ve Kalıcılığa Etkisi. Yüksek Lisans
Tezi. Adana: Ç.Ü. Sosyal Bilimler Enstitüsü, 2006.
[12]. Schnotz, W. Educational promises of multimedia learning from a cognitive perspective, Multimedia Learning: Cognitive and
Instructional Issues, Amsterdam. Elsevier,
p: 9-29, 2001.
[13]. Lewalter, D. Cognitive strategies for learning from static and dynamic visuals.
Learning and Instruction, 13, 2, 177-189,
2003.
[14]. Lowe, R. K. Animation and learning: Selective processing of information in dynamic
graphics. Learning and Instruction, 13, 2,
Koç et al.
157-176, 2003.
[15]. Saka, A. ve Akdeniz, A. R. Genetik konusunda bilgisayar destekli materyal geliştirilmesi ve 5E modeline göre uygulanması.
The Turkısh Online Journal of Education
Technology, 5(1), 14-22, 2006.
[16]. Akçay, H., Tüysüz, C., Feyzioğlu, B. Bilgisayar Destekli Fen Bilgisi Öğretiminin Öğrenci Başarısına Etkisine Bir Örnek: Mol
Kavramı ve Avogadro Sayısı. The Turkish
Online Journal of Educational Technology,
2(2), 57–66, 2003.
[17]. Elliot, S., ve Miller, P. 3D Studio Max 2. İstanbul:Sistem Yayıncılık Mat.San. ve Tic.
A.Ş., 1999.
[18]. Arıcı, D., Dalkılıç, E. Animasyonların bilgisayar destekli öğretime katkısı: bir uygulama örneği. Kastamonu Eğitim Dergisi,
14(2), 421–430, 2006.
[19]. Pekdağ, B. Fen eğitiminde bilgi ve iletişim
teknolojileri. BAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü
Dergisi, 7(2), 86–94, 2005.
[20]. Tezcan, H., Yılmaz, Ü. Kimya öğretiminde kavramsal bilgisayar animasyonları ile
geleneksel anlatım yöntemin başarıya etkileri. Pamukkale Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 14(2), 18–32, 2003.
[21]. Kıyıcı, G., Yumuşak, A. Fen bilgisi laboratuvarı dersinde bilgisayar destekli etkinliklerin öğrenci kazanımları üzerine etkisi;
asit-baz kavramları ve titrasyon konusu örneği. The Turkish Online Journal of Educational Technology 4(4), 1303–6521, 2005.
[22]. Yakışan, M., Yel, M., Mutlu, M. Biyoloji
öğretiminde bilgisayar animasyonlarının
kullanılmasının öğrenci başarısı üzerine etkisi. Ahi Evran Üniversitesi Kırşehir
Eğitim Fakültesi Dergisi, 10(2), 129–139,
2009.
[23]. Saka, A., Yılmaz, M. Bilgisayar destekli
fizik öğretiminde çalışma yapraklarına dayalı materyal geliştirme ve uygulama. The
Turkish Online Journal of Educational Technology, 4(3), 120–131, 2005.
[24]. Çepni, S., Taş, E. ve Köse, S. The Effect
of computer-assisted material on students’
cognitive levels, misconceptions and attitudes towards science. Computers Education, 46, 192-205, 2006.
[25]. Katırcıoğlu, H., ve Kazancı, M. Genel biyoloji derslerinde bilgisayar kullanımının
öğrenci başarısı üzerine etkisi. Hacettepe
Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 25,
127-134, 2003.
[26]. Powell, J. V., Aeby, V. G. and Carpenter-Aeby, T. A comparison of student out comes
with and with out teacher facilitated computer-based instruction. Computers Education, 40, 183-191, 2003.
[27]. Güvercin, Z. Fizik dersinde simülasyon
destekli yazılımın öğrencilerin akademik
başarısına, tutumlarına ve kalıcılığa olan
etkisi. Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi,
Çukurova Üniversitesi Sosyal Bilimler
Enstitüsü, Adana, 2010.
[28]. McMillan, J. H. & Schumacher, S. Research in education: Evidence-Based inquiry.
Sixth Edition. Boston, MA: Allyn and Bacon., 2006.
[29]. Karasar, N. Bilimsel araştırma yöntemi.
Ankara: Nobel Yayın Dağıtım, 2005.
[30]. Geban, Ö., Ertepınar, H., Yılmaz G., Altan,
A., Sahbaz, F., Bilgisayar Destekli Eğitimin Öğrencilerin Fen Bilgisi Başarılarına
ve Fen Bilgisi ilgilerine Etkisi, I. Ulusal
Fen Bilimleri Eğitimi Sempozyumu, 7–11,
1994.
[31]. Şengül, N. Yapılandırmacılık kuramına dayalı olarak hazırlanan aktif öğretim yöntemlerinin akan elektrik konusunda öğrencilerin fen başarı ve tutumlarına etkisi,
2006.
[32]. Balcı, A. Sosyal Bilimlerde Araştırma. Ankara: Pegem A Yayınevi, 2009.
[33]. Conley, A. M, Pintrich, P. R., Vekirı, I.,
& Harrison, D. Changes in epistemological beliefs in elementary science students.
Contemporary Educational Psychology,
155
Koç ve ark.
29, 186-204, 2004.
[34]. Özkan, Ş. Modeling elementary students’
science achievement: the interrelationships
among epistemological beliefs, learning
approaches, and self-regulated learning s
rategies. Unpublished Doctoral Dissertation. Middle East Technical University, Ankara, 2008.
[35]. Daşdemir, İ. Animasyon Yönteminin İlköğretim Fen Bilgisi Dersinde Akademik
Başarıya ve Kalıcılığa Olan Etkisi. Atatürk
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi. Erzurum, 2006.
[36]. Daşdemir, İ. ve Doymuş, K. Fen ve Teknoloji Dersinde Animasyon Kullanımının
Öğrencilerin Akademik Başarılarına, Öğrenilen Bilgilerin Kalıcılığına ve Bilimsel
Süreç Becerilerine Etkisi. Pegem Eğitim
ve Öğretim Dergisi, 2 (3), 33-42, 2012a.
[37]. Daşdemir, İ. ve Doymuş, K. 8. sınıf kuvvet
ve hareket ünitesinde animasyon kullanımının öğrencilerin akademik başarılarına,
öğrenilen bilgilerin kalıcılığına ve bilimsel
süreç becerilerine etkisi. Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi, 1(1), 77-87,
2012b.
[38]. Karaçöp, A. Öğrencilerin elektrokimya ve
kimyasal bağlar ünitelerindeki konuları anlamalarına animasyon ve jigsaw tekniklerinin etkileri. Yayınlanmamış Doktora Tezi,
Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, 2010.
[39]. Rowe, G. W. and Gregor, P. A. Computer
based learning system for teaching computing, implementation and evaluation. Computers Education, 33, 65-76, 1999.
[40]. Ekici, E. ve Ekici, F. Fen Eğitiminde Bilişim Teknolojilerinden Faydalanmanın
Yeni ve Etkili Bir Yolu: “Yavaş Geçişli
Animasyonlar”. İlköğretim Online, 10(2)
1-9, 2011.
[41]. Daşdemir, İ., Uzoğlu, M. ve Cengiz, E.7.
Sınıf Vücudumuzdaki Sistemler Ünitesinde Animasyon Kullanımının Öğrencilerin
156
Akademik Başarılarına, Öğrenilen Bilgilerin Kalıcılığına ve Bilimsel Süreç Becerilerine Etkisi. Trakya Üniversitesi Eğitim
Fakültesi Dergisi, 2(2), 54-62, 2012.
[42]. Bülbül Y. Effects of Learning Cycle Model
Accompanied with Computer Animations
on Understanding of Diffusion and Osmosis Concepts, Yayınlanmamış Yüksek lisans Tesi, ODTÜ, Ankara, 2010.
[43]. İnaç A. Animasyon Kullanımının İlköğretim Öğrencilerinin Fen ve Teknoloji Dersindeki Akademik Başarılarına ve Akılda
Tutuma Düzeylerine Etkisi: 6. 7. ve 8.
Sınıflar Örneği, Yayınlanmamış Yüksek
Lisans Tezi, 18 Mart Üniversitesi, Çanakkale, 2010.
[44]. Ayvacı, H.Ş., Abdüsselam, Z. ve Abdüsselam, M.S. Animasyon Destekli Çizgi Filmlerin Fen Öğretimine Etkisi: 6. Sınıf Kuvveti Keşfedelim Konusu Örneği. Journal of
Research in Education and Teaching, 1(4),
182-190, 2012.
[45]. Azizoğlu, N. ve Çetin, G. 6 ve 7. sınıf öğrencilerinin öğrenme stilleri, fen dersine
yönelik tutumları ve motivasyonları arasındaki ilişki. Kastamonu Eğitim Dergisi,
17(1), 171-182, 2009.
[46]. Şimşek, Ü., Doymuş, K. & Bayrakçeken,
S. İşbirlikçi Öğrenme Yönteminin Kırsal
Alanda Eğitim Gören Öğrencilerin Fen
Bilgisi Dersi Başarısına ve Tutumuna Etkisi, Eğitim ve Bilim Dergisi, 31(14), 3-10,
2006.
[47]. Uygur, E. İlköğretim 7. Sınıf fen ve teknoloji dersi kuvvet ve hareket ünitesinin
öğretiminde işbirlikli öğrenme yönteminin
öğrenci başarısına, tutuma ve bilgi kalıcılığına etkisi. Yüksek lisans tezi, Gazi
Üniversitesi, Eğitim Bilimleri Enstitüsü.
Ankara, 2009.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
THE COLLECTIVE EXCITATIONS AND RESONANCES IN ATOMIC NUCLEI
Ali KULIEV*
*The National Aviation Academy of Azerbaijan, Baku, Azerbaijan
ABSTRACT
In the present paper using the random phase approximation (QRPA) method we carried out more complete
and accurate calculations for the collective excitations in nuclei. The self-consistent determination of the effective interactions for all collective modes is performed more precisely on the basis translational, rotational
and Galilean invariance requirements. The calculations of Ml transitions to excitations with IπK = 1+1;1+0 and
their contribution to the sum rules indicate the existence of a spin-flip Ml resonance in the region of energies
8-10 MeV in rare-earth and 6-9 MeV in actinide nuclei. In well deformed nuclei the calculations predict electric dipole and quadrupole giant resonances between 11 and 16 MeV energy. The region of localization of the
isoscalar E2 (K=1) resonance corresponds to the energy ∼70 A-1/3 MeV, which agrees with experimental data
(Ex∼65 A-1/3 MeV). The theory predicts 1- giant dipole resonance splitting into two components with K=0 and
K=1 at energy around 12 MeV and 16 MeV, respectively. Rather collective states arise in PDR region below
nucleon threshold energy. The charge-exchange Fermi and GT resonances in odd-odd nuclei are analyzed and
their calculated β-decay quantities compared with other predictions.
Key Words Microscopic model, QRPA, Collective excitations, Deformed nuclei
ÖZET
Bu çalışmada çekirdekteki kolektif uyarılmaların tam ve daha doğru hesaplamaları Kuaziparçacık Serbest
Faz Yaklaşımı kullanılarak yapılmıştır. Öteleme, dönme ve Galilean değişmezlik gereksinimleri temel alınarak
efektif etkileşmeler tüm kolektif modlar için öz uyumlu olarak belirlenmiştir. IπK = 1+1;1+0 uyarılmaları için
hesaplanan M1 geçişleri ve bunların toplam kurallarına katkıları nadir toprak bölgesinde 8-10MeV ve aktinid
bölgesinde 6-9MeV enerjilerinde spin-flip M1 rezonansın varlığını ortaya koymaktadır. Hesaplamalar iyi deforme çekirdekler için 11 ve 16 MeV enerji aralığında dev elektrik dipol ve kuadrupol rezonanasları öngörmektedir. İzoskaler E2 (K=1) rezonansının yerleştiği bölge deneysel veri (Ex∼65 A-1/3 MeV) ile uyumlu olarak ∼70
A-1/3 MeV enerjisine karşılık gelmektedir. Teori sırası ile 12 MeV ve 16 MeV enerjilerinde K=0 VE K=1 olarak
iki yarılmış 1- dev rezonansını öngörmektedir. Daha kolektif seviyeler nükleon eşik enerjisinin altındaki PDR
bölgesinde ortaya çıkmaktadır. Tek-tek çekirdeklerde yük değişimli Fermi ve GT analiz edilerek hesaplanan
β-bozunum nicelikleri diğer çalışmaların öngörüleri ile kıyaslanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Mikroskobik model, QRPA, Kolektif uyarılmalar, Deforme çekirdekler
*
Sorumlu yazar/Corresponding author: Ali Kuliev, The National Aviation Academy of Azerbaijan, Baku, Azerbaijan
157
Kuliev, A.
1. INTRODUCTION
In the study of the structure of the nucleus,
the collective excitations in which the forces between nucleons are responsible holds an
important place. In these excitations the electric and the magnetic dipole vibrations have a
special place because of model independence
of the equations of the electro-magnetic theory. These vibrations provide key information to
test the theoretical models used to investigate
the characteristic of the strong interactions between nucleons and to determine their strength
parameters. Considering the parity there are two
different types of dipole excitations. While the
levels with spin and parity Iπ =1+ has the magnetic dipole character, the levels with spin and
parity Iπ =1- has the electric dipole character.
1--states corresponding to the electric dipole vibrations in which the effective isovector interactions are responsible constitute the isovector
electric dipole giant resonance (GDR) in medium and heavy nuclei in the energy range of 13
to 16 MeV. In nuclear physics, this excitation
mode is well-known and it is the first collective
mode investigated extensively. GDR was first
observed in a photo-nuclear reaction by Baldwin and Klaiber [1]. Then, by Goldhaber and
Teller it was theoretically interpreted [2] as the
isovector vibrations of the mass centers of the
neutron and the proton systems against each
other when the center-of mass (c.m.) of the nucleus being at rest.
In spherical nuclei, the appearance of collective 1+-states is connected with transitions between levels of spin-orbit doublet. The presence
of the 1+ levels corresponding to the collective
vibrations in the spherical nuclei was suggested by B. Mottelsson for the first time [3]. The
existence of this mode was proved after the observation of 1+ level at the energy of 15 MeV
in the inelastic electron scattering reactions in
12
C [4]. When the mean field is deformed, the
j-shells split with respect to the magnetic quantum number K. As a results the dipole resonance
is split into two components with K=0 and 1.
Y
158
This in turn leads to the mixing of the states of
the multiplets.
In the even-even deformed nuclei the collective spin vibrations, in which spin-spin interactions are responsible, was predicted by [5] within
the framework of the nuclear microscopic model in the early 70s. In this model, 1+ excitations
occurs as a result of the particle-hole transition
between the levels conforming the transition
rules (∆K= 0, ±1). In well deformed rare-earth
elements, in the energy range of 6-12 MeV, a
large spin-flip M1 resonance corresponding to
K = 0 and K = 1 branches with a maximum lying energy 9 MeV between 8 MeV and 10 MeV
is predicted by the theory [6]. Kπ=1+ branch of
the magnetic dipole vibrations has two different low energy and high energy modes. One of
them has spin-orbital character and the other
has spin-vibration character. The appearance
of orbital scissors mode 1+-states is connected
with ∆K=±1 transitions between components of
(2j+1)/2 doublet in which the quasiparticles filling the levels of the same j-shell near the Fermi
surface. The low-energy 1+ states corresponding
to the orbital vibrations form scissors mode with
a maximum around 3 MeV [7,8]. The high-energy collective excitations form the spin-flip magnetic dipole resonances in the energy range of
7-9 MeV. In recent years the experiments have
showed that there are wide M1 resonance with
two humps in the energy range of 7 MeV and 11
MeV, and having a maximum of 44xA-1/3 MeV
[9]. The main feature of the M1 resonance which
exhibits a strong fragmentation is the deformation independence of the high-energy part of the
M1 strength function and the collective character of it. A feature of these resonances which
have not fully disclosed up till now (quenching
event) is that the experimental values of the total M1 transition strength constitute only 60%
of the prediction of the theory [9].
In odd-odd nuclei microscopic theory predicts charge-exchange type 0+-states which
form the isobaric analog of the ground state of
the nucleus with MT equal to the Tgr.=(N-Z)/2
achieved in the qualitative description of these vibrations in even-even deform
unified nuclear model (UNM) supposed by Bohr [10].
In the harmonic approximation, according to Bohr and Mottelson the U
the form [11]
1
1
𝐵𝐵 ̇ 2+ 𝐶𝐶2013.
2
Muş Alparslan University Journal of H=
Science,
2 1 (2), 157-173,
2
Kuliev, A.
Asproseen inthethe
harmonic
the Hamiltonian
is a quadr
nucleus
there approximation,
are only two different
vibraand Gamow-Teller 1+ states with a moment
+
vibrational
amplitudes

and
the
canonically
conjugate
momenta

̇

 . Because
tion modes
with the variables
portional to the spin operator s. Both 0 -states
the nucleus there are only two different vibration modes with the variables
and 1+-states forms Fermi and Gamow-Teller
(GT) resonances with high collectivity at the
1
20=2cos; 22=2-2= 2sin (2)
energy around ∆ECoulomb.
√2
The variables 1=0, 21=2-1=0 and 0=0 represent a center-of-mass dis
The
variables
α1µ=0, respectively,
α21=α2-1=0 and
α0= contribute
0
motion
energy
of a nucleus,
do not
to intri
2. COLLECTIVE EXCITATIONSand
INzero point
represent
a
center-of-mass
displacement,
a
rotaIn UNM model the low-lying excitations involve two types of terms corre
DEFORMED NUCLEI
tion motion
point energy
of a number.
nucleus, In the case =
0, for the change
of the and
totalzero
oscillator
quantum
The collective excitations with low
multi-povibrations
preserve
axial symmetry
are referred
to as -vibrations
with K=
respectively,
do notand
contribute
to intrinsic
excilarity are one of the most important
subjects
in change in shape (see left-hand side of the top of the Figure 1). The
occur
without
tations.
nuclear structure physics. The investigation
of
break the axial symmetry and lead to nuclear shapes of ellipsoidal type are re
In UNM model the low-lying excitations
these excitations, particularly electro-magnetic
with K=2+ (see the lower part of the Figure 1). This feature suggests an
involve
two types of terms corresponding to
dipole (I=1) and quadrupole (I=2)excitation
excitations
mode in terms of a collective quadrupole vibration away from axial sym
γ=0 and γ≠0, for the change of the total oscilin the even-even and charge-exchange type of
=β2 about an axis
quantum number.
the case γ=0,
excitations as Fermi resonance (FR) with
spin
20
The
states lator
with variables
21=2-1 In
is equivalent
to aαrotation
and these
vibrations
preserve
axialhand
symmetry
(GTR)
and parity IπK=0+0 and GT resonances
symmetry
axis, without
change
in shape
(see right
side of the top of the
π

+
+
+
=0+. that it does not
and
are
referred
to
as
β-vibrations
with
with I nuclei
K=2 K with K=1, therefore, is “spurious” in theKsense
with 1 0 and 1 1 in odd-odd deformed

These vibrations
occur without
shapeis analogous to
(non-rotational)
excitation.
The absence
of the Ichange
K=2+1inmode
provides valuable information about
nuclear
(see
left-hand
side
of
the
top
of
the
Figure
1). to center-of-m
oscillations
with
I=1,
the
degrees
of
freedom
of
which
correspond
structure and nucleon-nucleon forces at low
+
removal
2 K modewith
withγ≠0
K=1
in the
nuclei is consider
The oscillations
break
thedeformed
axial symenergy. A good examples are low-lying
β- of
andthe spurious
π
+
π
+the lecture.
metry
and
lead
to
nuclear
shapes
of
ellipsoidal
γ- vibrations with K =0 and K =2 , respectivetype are referred as γ-vibrations with Kπ=2+ (see
ly and magnetic dipole excitations, known as
the lower part of the Figure 1). This feature sugscissors mode [2] and high-lying giant dipole
gests an interpretation of this excitation mode in
resonance (GDR), spin-flip (SF), quadrupole,
terms of a collective quadrupole vibration away
isobar analog states (IAS) and GT resonances
from axial symmetry (γ0.)
in deformed nuclei.
In the spectra of many deformed nuclei, one
has observed low-lying isoscalar excitations
The states with variables α21=α2-1 is equivwith Kπ=0+ and 2+ that may be approximately
alent to a rotation about an axis perpendicular
described as β- and γ-vibrations. Great success
to the symmetry axis, without change in shape
has been achieved in the qualitative description
(see right hand side of the top of the Figure 1).
of these vibrations in even-even deformed nuThis mode with IπK=2+K with K=±1, therefore,
clei in terms of unified nuclear model (UNM)
is “spurious”
in
the sense
thatofit does
not ocachieved in the qualitative description of these vibrations
deformed
nuclei
ininterms
Figure in1. even-even
Quadrupole
shape oscillations
a spheroidal
nucleus
[11]. The Figure sh
supposed
by
Bohr
[10].
cur as perpendicular
an intrinsic (non-rotational)
nuclear shape in directions
and parallel to the excitation.
symmetry axis. The upper pa
unified nuclear model (UNM) supposed by Bohr [10].
1
+
1 mode-vibration
is analogous
absence
of the
IπK=2
cos),
while the
lower
part shows
(22= 2sin). It has
-vibration
(20=2The
In the harmonic approximation,
according
√2
In the harmonic
approximation,
Bohr and motion
Mottelson
the
UNM
Hamiltonian
has between
tois the
absence
of
shape
oscillations
with the
I=1, and  vibration
to Bohr
and Mottelsonaccording
the UNMtovibrational
Hamiltonian
harmonic
with
no
interactions
the form [11]
the
degrees
of
freedom
of
which
correspond
to
respectively
.
has the form [11]
center-of-mass motion [11]. The removal of the
1
1
(1)
H= 𝐵𝐵 ̇ 2+ 𝐶𝐶 2
(1) in the deformed
spurious 2+K mode with K=±1
2
2
nuclei is considered on the next part of the lecAs seen in the harmonic approximation, the Hamiltonian ture.
is a quadratic function of the
As seen in the harmonic approximation, the
vibrational amplitudes  and the canonically conjugate momenta ̇  . Because of axial symmetry of
Hamiltonian
is a quadratic
function
of the
vibrathe nucleus there are
only two different
vibration
modes
with
the variables
tional amplitudes αλµ and the canonically conju1 axial symmetry of
. Because of
gate momenta
λµ  = =
= cos;
 sin
(2)
2
22
2-2
√2
2
The variables 1=0, 21=2-1=0 and 0=0 represent a center-of-mass displacement, a rotation
motion and zero point energy of a nucleus, respectively, do not contribute to intrinsic excitations.
In UNM model the low-lying excitations involve two types of terms corresponding to =0 and
0, for the change of the total oscillator quantum number. In the case =0, 20= 2 and these

+
Y
20
159
Kuliev, A.
small (β0<0.3), profoundly affect the motion
of the nucleons in the partially filled shells. For
the low-frequency modes in deformed nuclei,
it may be possible to assign a multipole quantum number λ describing the main component
in the oscillating density. However, modes with
the same λ and different ν will, in general, have
rather different properties and may not be related in a simple manner to the modes observed in
spherical nuclei [11].
Figure 1. Quadrupole shape oscillations in a
spheroidal nucleus [11]. The Figure shows projections of the nuclear shape in directions perpendicular
and parallel to the symmetry axis. The upper part of
the Figure shows
β-vibration (α20=β2cosγ), while the lower
part shows γ-vibration (α22=β2sinγ). It has been
assumed that the vibrational motion is harmonic
with no interactions between the β and γ vibrational quanta α20 and α22, respectively.
The occurrence of a rather low-lying states
with Kπ=0+ and Kπ=2+, is a systematic feature
in the spectra of the even-even deformed nuclei.
The relative magnitude of ωβ and ωγ depends on
the internal structure. The evidence on the excitation energy of mass number A this mode is
collected in Figure 2.
As stressed in [11] a shape oscillation hν is
characterized by a large E2-transition probability for low-lying exciting states. The observed
E2-transition probabilities for the excitation
of β- and γ- vibrations are typically five to
ten times the appropriate single-particle units.
Though enhanced, these transition probabilities
are considerably smaller than for the quadrupole
vibrations in spherical nuclei. For the low-frequency modes, which are sensitive to the coupling scheme of the particles in partially filled
shells, the effect of the deformation cannot be
viewed as a small perturbation. In fact, the nuclear deformations, though numerically rather
Y
160
Figure 2. Systematics of β- and γ- vibrational
frequencies for 150 < A < 192. The Figure shows the
energies of the lowest 0 +, I= 0, and 2 +, I=2, intrinsic
excitations. For the β- and γ-vibrations with two quanta, it has been assumed that the vibrational motion
is harmonic with no interactions between the β and
γ-vibrational quanta, the data are taken from the [11].
Numerical calculations have shown that
UNM describes the β- and γ- vibrations as the
oscillation of the surface of the nucleus and
defines the main component of the multipole
quantum number of the surface oscillating density. This model predicts well the rotational
energy and the shape oscillation energy of the
deformed nuclei. But the decay properties of the
β- and γ-vibrations, predicted by the theory, are
in poor agreement with experimental data [12].
The model failed to explain the appearance of
the second 0+ excited state below the energy gap
in deformed nuclei. Such states were found in a
number of deformed nuclei.
3. MICROSCOPIC MODEL FOR β-AND
γ-VIBRATIONS
The microscopic model considers the β- and
γ- vibrational states as low-energy part of the 0+and 2+- quadrupole type states in the deformed
nuclei. Great success has been achieved in the
qualitative description of the 0+ and 2+ excited
states in even deformed nuclei in terms of Random Phase Approximation (RPA) of the microscopic model using a simple interaction composed of a pairing force and a quadrupole force.
The QRPA has been found successful in explaining low-lying multipole vibrations and giant resonances as well as the scissors mode excitations
observed in deformed nuclei [13] and references
therein). The QRPA is able to calculate the beta
decay and double beta decay probabilities. Numerical calculations have shown that this model
predicts well the energy and the B(E2) values
for γ-vibrational 2+-states. But the properties
of the β-vibrational 0+-states, predicted by the
theory, are in poor agreement with experimental data[13,14] The model failed to explain the
appearance of the second 0+ excited state below the energy gap. Such states were found in a
number of deformed nuclei [15-17].
An important tool in the study of the nature of the 0+ states is the allowed β-decay. An
appreciable slowing down of the decay to the
first 0 + excitation as compared with that to the
ground state was observed in both cases, while
the theory predicts approximately the same rate
of the decay to both the ground and β-vibrational states [13].
In the microscopic theory the 0+ states are
described as superposition of two-quasi-particle
states. As a rule the quasi-particle pairs occupying the levels near the Fermi surface have the
largest amplitudes in the 0+-state wave function.
One or two of such pairs give the main contribution to an allowed β-decay matrix elements.
The experimental data point out that the amplitudes of the quasi-particle pairs participating in
the decay of the 0+ states are smaller than those
predicted by theory with the quadrupole-quad-
rupole interactions.
It was pointed out that a significant decrease of the diagonal amplitude may be due to
the residual spin-quadrupole interactions. The
spin-quadrupole force may generate a new 0+
excitation below the energy gap. Some results
of our studies were given earlier in paper [7], in
which 0+- and 2+-states have been generated by
quadrupole and spin-quadrupole interactions.
It is found from our calculations that within the framework of the model with pairing-plus-quadrupole interactions it is impossible
to achieve a good fitting of calculations to both
the experimental energy and the log ft value for
the first 0+- state. This may be obtained provided the spin-quadrupole force affects significant
the energy of 0+ states, the B(E2) and the log ft
values. The second 0+ excitation appears below
the energy gap due to the spin-quadrupole force.
The spin-quadrupole force affects slightly the
energy and the B(E2) value for gamma-vibrational state, while the properties of the high-lying 2+ states are affected much more strongly.
The same hold for the effect of the spin-quadrupole force on the rate of β -decay to the gamma-vibrational and high-lying 2+ states.
4. THE PROPERTIES OF COLLECTIVE IπK=1+1 STATES
At present the idea of residual spin-spin correlations in atomic nuclei is well recognized
in nuclear physics. In deformed nuclei the effective gK factors obtained from experimental
magnetic moments were successfully described
theoretically taking into account the spin-spin
correlations [5,6,18]. Spin-dependent np correlations are responsible for the strong hindrance of Gamow-Teller β-transitions among
low-energy states of nuclei [19]. So far we have
only mentioned the effects which are manifested in low-energy nuclear states. The explanation
of these effects requires the repulsive nature of
the spin-spin correlations. Hence, the collective
modes of excitations associated with these reY
Kuliev, A.
161
energy spurious admixtures from the rotational and the center-of-mass motion [20]. For e
quadrupole deformation with I=2+ with =1 is equivalent to a rotation about an axis perpen
the symmetry axis, without change in the shape. This mode, therefore, is “spurious” in the se
does not occur as an intrinsic (non-rotational) excitation.Thus, the low-lying branch
excitations which does not have a vibrational nature should be separated from the internal
spectrum of deformed nuclei as a state with an energy 0=0 [21]. Separating the spurious
ofAlparslan
0=0 Üniversitesi
from theFenvibrational
ones
one 2013.
of the fundamental requirements for mi
Kuliev,energy
A.
Muş
Bilimleri Dergisi,
1 (2),is
157-173,
models. Various methods were elaborated for the separation of the spurious state from the v
ones.
The detailed description of the use of the QRPA for the separation of the spurious states
+
sidual interactions (e.g., 1in
states
in has
even-mass
formed
nuclei.the
A detailed
of the usenuclei, but with rest
[8] and
been applied
to calculate
1+-statesdescription
in heavy deformed
nuclei) are expected to appear
at
high
energy.
of
the
QRPA
for
the
separation
of
the
the isoscalar part of the restoring forces. The generalization of spurious
the method for the separati
stateszero
was energy
given into[22].
Omitting
the in
details
of two different isos
spurious
rotational
state
with
a
realistic
case
which
The Hartree-Fock potential violates many
the
solution
we
only
present
the
most
relevant
restoring
interactions in the Hamiltonian has been presented in QRPA [22] an
symmetries of the nuclearisovector
single-particle
Hamversion of the QRPA [23].An
extension
to thethe
calculation
of E1 for
transitions after resto
equations.
In particular,
secular equation
iltonian. For instance, in the quasiparticle modtranslational invariance isthediscussed
[24]. ofThus
the microscopic
which can becalculations using
excitationinenergy
1 +-state,
el, the deformed mean field potential is not rotainvariant QRPA, have shown
writtenthat
as: these models reproduce the excitation energy as we
tional, translation and Galilean
invariant.quadratic
There- dependence of the summed M1 strength of the mode in heavy e
experimental

ω 
J ⋅ X − 2 J X ⋅ X 
X
fromnuclei.
rotational
fore, 1+-states have admixture
use
 = for
J − 8 χof the QRPA
ω J description
(ω ) = ω  J − 8 χ
0 (3)
deformed
A detailed
of+ γthe
the separation of the
− F 
D
D


-dipole
motion of deformed nuclei,
while
1
states was given in [22]. Omitting the details of the solution we only present the mos
vibrations according to Goldstoun
theorem
con- the secular equation for the excitation energy of 1 +-state, which can b
equations.
In particular,
As can be seen from Eq. (3), the spurious
tain zero energy spuriousas:
admixtures from the
ω
=
0 solution (Goldstone branch) is separated
rotational and the center-of-mass motion [20].
and2 the zero-energy solution
beFor example a quadrupole deformation
with2  automatically
i  2
J  X 12  2 J1 X  X 1 
X2
2

  0
longs
to
the
rotational
excitation
state.
The
re



J
J
J
(
)
8
8







eff
i abouti 
 1
Iπ=2+ with ν=±1 is equivalent to a irotation

D
F
D

1
1




 maining solutions of Eq. (3) with
ωi > 0
an axis perpendicular to the symmetry axis,
describe the harmonic vibrations of the system,
without change in the shape. This mode, therelying
two-quasiparticle
energy.
As can
be seen
Eq.above
(3), the first
spurious
ω = 0 solution
(Goldstone branch) is
fore, is “spurious” in the sense that
it does
not from
The
low-lying
orbital
mode
of
the
vibrations
automatically
and
the
zero-energy
solution
belongs
to
the
rotational
excitation state. The r
occur as an intrinsic (non-rotational) excitation.
solutions of Eq. (3) with belongsωito> scissors
0 describe
the harmonic vibrations of the system, lying
mode.
Thus, the low-lying branch of dipole excitations
first two-quasiparticle energy. The low-lying orbital mode of the vibrations belongs to scissor
which does not have a vibrational nature should
The most characteristic quantity of M1 dibe separated from the internal excitation
specthe ground-state
transition
pole
1+-excitations
The most characteristic quantity
of M1isdipole
1+-excitations
is the ground-state transiti
trum of deformed nuclei aswhich
a statecan
with
ener- with
width,
which can be calculated with formulas:
be an
calculated
formulas:
gy w0=0 [21]. Separating the spurious state with
energy of w0=0 from the vibrational ones is one
Γ 0 (M1)[meV] = 3.86 ωi3 B(M1) (4)
of the fundamental requirements for microscopic models. Various methods were elaborated
where the
excitation
and the M1
transition
B(M1) in units 
for the separation of the spurious
state
from theenergy ωwhere
i is in MeV
the excitation
energy
ωi is inprobability
MeV
vibrational ones. The detailed description of the
and the M1 transition probability B(M1) in
4.1ofDeformed
use of the QRPA for the separation
the spuri- Rare-Earth
units µ N2 .Nuclei
ous states was given in [8] and has been applied
existence
deformed
nu- of the low-lying orbital magnetic dipole scissors mode+ states is n
to calculate the 1+-states in heavyThe
established
as
fundamental
excitations in deformed nuclei [1]. The presence of 1 -states with
clei, but with restriction to the isoscalar part of
4.1 Deformed Rare-Earth Nuclei
character has been firstly predicted theoretically within the microscopic model [5,6,8]. The
the restoring forces. The generalization of the
states with orbital character generally
known
mode
has been
The existence
ofasthescissors
low-lying
orbital
mag-predicted theoretica
method for the separationthe
of semi-classical
the spurious rotatwo-rotor
model
[25].
Scissors
mode
is low-energy
part of the 1+-states r
netic
dipole
scissors
mode
states
is now well
tional state with zero energy
to
a
realistic
case
in
the coherent isovector rotation
motion as
of proton
and neutron
systems
established
fundamental
excitations
in as
de-rigid deformed bodie
which two different isoscalar
and isovector
re- against each other, while the common deformed
scissors-like
oscillations
+
formed nuclei [1]. The presence of 1 -states axis of the nucleus
storing interactions in the Hamiltonian has been
with magnetic character has been firstly predictpresented in QRPA [22] and in high version of
ed theoretically within the microscopic model
the QRPA [23]. An extension to the calculation
[5,6,8]. Then, the 1+-states with orbital characof E1 transitions after restoration of translationter generally known as scissors mode has been
al invariance is discussed in [24]. Thus the mipredicted theoretically within the semi-classical
croscopic calculations using rotational invariant
two-rotor model [25]. Scissors mode is low-enQRPA, have shown that these models reproduce
ergy part of the 1+-states represents the coherent
the excitation energy as well as the experimenisovector rotation motion of proton and neutron
tal quadratic dependence of the summed M1
systems as rigid deformed bodies making scisstrength of the mode in heavy even-even de2
i
Y
162
eff
i
2
i
2
i
2
στ
σ
1
2
1
1
σ
τ
2
1
1
σ
1
Kuliev, A.
In the QRPA results, M1 transitions with ΔK=1 and
sors-like oscillations against each other, while
ΔK=0 are shown as solid lines and E1 transitions
the common deformed axis of the nucleus bewith ΔK=1 and ΔK=0 are shown as dashed lines, resing at rest. After theoretical predictions, this sopectively. Full and open circles with error bars denocalled “scissors mode” has been experimentally
156
te the experimental data for ΔK=1 and ΔK=0 excitafound in the deformed Gd nuclei by the Darmtions with tentative parity assignment, respectively.
stadt group [26]. The existence of the low-lying
rest.
After
theoretical
predictions,
this
so-called
“scissors
mode”
been with
experimentally
in the
Full and
openhas
circles
error barsfound
in parentheses
orbital magnetic dipole
scissors mode states is
deformed 156Gd nuclei by the Darmstadt group [26]. The existence of the low-lying orbital magnetic
denote the experimental data for tentative ΔK=1 and
now welldipole
established
fundamental
excitations
scissorsasmode
states is now
well established as fundamental excitations in deformed nuclei
46
withrefs.
unknown
assignment,
in deformed
nucleifrom
beginning
the(such
lightasnu-Ti) upΔK=0
beginning
the lightfrom
nuclei
to theexcitations
actinides (see
[27-29] parity
and references
thistocollective
mode, (see
the ground-state
transition strength
in deformed
nuclei isvalues
generally
respectively.
Because
the absolute
of the
the actinides
refs.
clei (suchtherein).
as 46Ti)Inup
fragmented and concentrated in the energy region below 4 MeV with considerable dependence on
ΔK=1 transitions are several times stronger than tho[27-29] and
references therein). In this collecdeformation.
se of the ΔK=0 ones, we use different scales of the
tive mode, the ground-state transition strength
+
The
analysis
shows
that,
in
the
rotational
invariant
model,
the spectroscopic1
-statesand
were
more resreduced
transition
widths for ΔK=0
ΔK=1,
in deformed nuclei is generally fragmented and
strongly collective than in the rotational non invariant
model.
In
the
following,
we
will
discuss
pectively, shown on the right and left side of Figure.
concentrated in the energy region below 4 MeV
magnetic and electric dipole excitations separately and compare the calculated results of 176-180Hf [30]
with considerable
dependence
deformation.
seen 3.from Figure 3. the experimental
with the experimental
dataon
of [31,32],
which are shownAs
in Figure
distribution patterns look quite similar, with
The analysis shows that, in the rotational in+
one isolated dipole excitation at an energy of
variant model, the spectroscopic1 -states were
ωi ≈2.722 MeV and two bumps around ωi ≈3.2
more strongly collective than in the rotational
MeV
and ωi ≈3.8 MeV for all three nuclei unnon invariant model. In the following, we will
der investigation. The calculations also predict
discuss magnetic and electric dipole excitations
one more scissors mode excitation at an energy
separately and compare the calculated results
of around ωi ≈2.38 MeV with a high value of
of 176-180Hf [30] with the experimental data of
=1.71 meV/MeV3 in 176Hf, which decreasΓ
[31,32], which are shown in Figure 3.
red.
es in 178Hf to Γred.=0.93 meV/MeV3 and disappears in 180Hf. The M1 strength calculated in
176
Hf, which is observed in the experiment, is
somewhat more fragmented than that in 178,180Hf.
Overall, the agreement of the calculated magnetic dipole excitations with the experimental
findings is generally relatively high. Several
similarities are observed on predicted and observed excitations.
The present calculation predicts strongly
fragmented scissors mode Kπ=1+-states in the
excitation energy range 2–4MeV for 176,178,180Hf.
The calculations show that, for the states, the
orbit-to-spin ratio are mainly changed |Ml/
Ms|>1–9 and the main contribution to B(Ml)
comes mainly from the single-particle orbital
matrix elements.
4.2 Deformed
3. Energy
diagramofof Γ red.  ω-3Γ0 values calculated
by QRPA Actinide
method [30]Nuclei
and experimentally
FigureFigure
3. Energy
diagram
i
0
+
+
176-180
values calculated
by QRPA
method
and
expeobserved strengths
[31,32]
for [30]Hf.
In the
QRPA results,
transitions
and ΔK=0
are shown
as
dipole
mode
excitations
InM1
this
study, with
I =1ΔK=1
lines and
E1 transitions
with for
ΔK=1
andHf.
ΔK=0 are shown as dashed lines, respectively. Full and open
176-180
rimentallysolid
observed
strengths
[31,32]
are systematically investigated within the roY
circles with error bars denote the experimental data for ΔK=1 and ΔK=0 excitations with tentative parity
assignment, respectively. Full and open circles with error bars in parentheses denote the experimental data for
163
Kuliev, A.
tational and translational + Galilean invariant
quasiparticle random-phase approximation
for 232Th, 236U, and 238U actinide nuclei [29].
It is shown that the investigated nuclei reach a
B(M1) strength structure, which corresponds to
the scissors mode. The calculated mean excitation energies as well as the summed B(M1)
value of the scissors mode excitations are consistent with the available experimental data.
Table 1 shows the results for the mean energy ϖ of the scissors mode excitations and the
summed B(M1) strengths calculated with the
rotational invariant Hamiltonian including the
isoscalar plus isovector restoring forces and
with the experimentally observed M1 dipole excitations in the energy region 2.0–2.5MeV. As
seen from the table our calculated total B(M1)
strengths for ΔK = 1 excitations are in very good
agreement with the experimental ones.
Table 1. Comparison the mean energy ϖ and
summed B(M1) values of the scissors mod excitations calculated with the rotational invariant Hamiltonian with experimentally observed M1 dipole
excitations in (γ, γ′) [33] and (e, e′) [34] reaction in
energy range 2.0-2.5 MeV.
4.3 Transitional Nuclei with Moderate Deformation
In most cases, particularly for strongly deformed rare-earth nuclei near mid-shell, the
variations of the mean excitation energy and
the total M1 excitation strength of the mode
are small [35,36]. However, while the global
properties of the scissors mode are reasonably
understood in regions of moderate to large deformations, the nature of the scissors mode is
an open question in nuclei near shell closures
where the simple geometrical picture of a scis-
Y
164
sors-like motion of deformed proton and neutron bodies breaks down. It would be desirable
to confirm the features of the scissors mode in
other γ-soft and transitional deformed nuclei.
The theory predicts several dipole K = 1+
excitations at the 2-4MeV energy interval for
the all investigated Ba isotopes. The comparative characteristics of the low-lying dipole Kπ=
1+ excitations of 124-134Ba calculated with the invariant Hamiltonian are shown in Figure 4 [37].
Figure 4. Energy dependence [37] of the calculated and observed B(M1) for 124-134Ba isotopes. Here
only states with B(M1)>0.01 µ N2 is given. Predicted
M1 transitions with ΔK = 1 are shown as a solid line
and M1 transitions with ΔK = 0 are shown as open
bars. Whereas symbol
denotes the experimental
data if J=1 is certain, symbol denotes the experimental data if I=1 is uncertain. (+) assign a tentative
parity assignment.
The theory predicts several dipole Kπ=0+
and Kπ =1+ excitations at 2-4MeV energy region. As seen from the Figure 4, contributions
of the dipole states with K = 0 (open bars) are
small in the energy range 2–4MeV and are not
take considered interest for the nuclei investigated. So here main discuses focused only on
the K=1 transitions. Since 138Ba nearly spherical nucleus [38] therefore calculated small M1
scissors mode strength should be negligible
(B(M1)≤0.05 µ N2 ), therefore as can be seen
from Figure 4, no M1 excitations could be observed in the semi-magic isotope 138Ba below
4 MeV. Therefore a magnetic dipole excitation
emerges firstly in vibrational 136Ba isotopes and
Kuliev, A.
numbers of them increase toward deformed isotopes. As seen from the Figure 4, the calculation
accounts one well pronounced ΔK=1 transitions
at low energies and small groups at higher energies around 3.25MeV in nuclei considered. The
calculations showed magnetic dipole excitations
in Barium nuclei much smaller distributed than
well deformed nuclei.
In order to study the role of the deformation on scissor mode excitation of the 124-136Ba
isotopes, we investigated dependence of the
summed B(M1) values for 1+ states on δ 22 [37].
In the following, the calculation and experimental observations aiming systematic description
of the scissors mode features are discussed with
respect to the data in Figure 5. As can be seen the
deformation dependence of summed strengths
for the well Barium isotopes is nearly linear on
δ 22 . However, for 124Ba isotope linearity of the
strengths broke. The difference between two experimental summed strengths and the calculated
ones is well suited with each other.
3,2
ΣB(M1) (µ2Ν)
2,4
1,6
0,8
0,0
Figure 6. Summed scissors mode strength in 122130
Te as a function of the square of the deformation
parameter δ.
In Figure 7, a direct comparison of the theoretical results from rotational invariant QRPA
calculations (lower part) with the experimental
(upper part) dipole strength distributions for the
ΔK = 1 transition is given for γ-soft deformed
194
Pt and 196Pt nuclei.
QRPA
Exp.
0,02
0,04
δ22
0,06
0,08
0,10
Figure 5. Summed scissors mode strength in
Ba as a function of the square of the deformation parameter δ.
124−136
Figure 7. Comparison of the measured dipole
excitation strength distribution in 194Pt to the data in
196
Pt (upper part) and to M1strength resulting from
QRPA calculations (lower part) for both nuclei as it
is described in the text.
Y
The extracted scissors mode strengths are
shown in Figure 6 as a function of the square
of the deformation parameter δ [38]. The QRPA
calculations (dashed-dotted line) described
above are capable to account for the B(M1)
strengths in the more collective 122−126Te nuclei
and slightly overestimate the experimental result for 130Te. Despite the deformed single-particle basis the calculations describe the dipole
strength distributions in the near closed shell
nuclei 122,124,126,130Te surprisingly well.
165
Kuliev, A.
Observed 1+ excitations in 194Pt and 196Pt are
tentatively interpreted as the main fragments of
the scissors mode based on the measured excitation strengths and our microscopic calculations [39].
In Figure 8, we compare the δ2 dependence
of the calculated B(M1) value for 1+-states
summed up to 4 MeV for the Ce, Nd and Sm
isotopes.
Figure 8. Dependence of the summed B(M1) values of the Ce, Nd and Sm isotopes on δ2
As seen from Figure 8 consideration of the
restoring forces reveals that summed ΣB(M1)
depends on δ2 linearly for all the isotopes under
study. To obtain the nearest passed line of the
theoretical points, the data is fitted and the dependence between the square of the deformation
parameter and transition probability is found to
be ΣB(M1) = 50⋅δ2 µ N2 while for the transitional
nuclei this dependence is found to be ΣB(M1)
= 27.8⋅δ2 µ N2 . The spectra of 1+-states for all the
isotopes are similar and the states that have a
high transition probability B(M1) are approximately 3 MeV.
4.4 Spin-Flip M1 Resonance
Spin-flip M1 resonance is high-energy part
the Magnetic Dipole excitations, which first
predicted in deformed nuclei by [5,6] and has
two branches with IπK =1+1 and IπK =1+0. Although predicted 1+-states in deformed nuclei
more than four decades ago it still receives a
strong interest in nuclear-structure physics.
At present magnetic dipole resonances (Jπ =
1 ) have been found experimentally in a wide
+
Y
166
region spanning from light nuclei up to actinides
[40]. These experiments show that in heavy
spherical and deformed nuclei there exists a
very broad Ml resonance at energies between 7
and 11 MeV centered an energy on the order of
about 44 x A-1/3 MeV. The collective spin-flip
resonance (1+-states) was observed in spherical
12
C at energy 15.1 MeV. Seven 1+ states were
found in the (γ, n) reaction in the energy interval
7.4-8.25 MeV in 208Pb, which exhaust presumably the main oscillatory strength of Ml transitions (≈90 %). Similar states were observed
in number of deformed nuclei 154Sm, 168Er, 238U
(see. [9]). The remarkable features of this mode
obtained from experimental results are its independence on deformation, the quenching and a
strong fragmentation in deformed and spherical
nuclei. Experimental evidence for unusual fragmentation of the Ml strength in the spherical and
deformed nuclei has been obtained by inelastic
electron, tagged photon and threshold (γ,n) reactions. A broad bump was found in small angle
inelastic (p,p’) data extending from 7 to 11 MeV
which was interpreted as Ml resonance [41].
The comparison of the calculated average
elastic photon scattering cross section [42] with
tagged photon measurements [41] is displayed
below in Figure 9. Points connected by lines
denote the RPA calculation and open circles
are the experimental data. The experimental
cross sections exhibit strong fragmentation in a
wide region energy between 7 and 11 MeV. The
present calculation predicts also strongly fragmented scissors mode 1+-states up to 12 MeV
in accordance with the experimental data. The
theory predicts a giant spin-flip Ml resonance at
energy of about 9 MeV. The group of strongly
collective 1+-states is found in the energy interval 8-10 MeV. Here, the B(M1) value may be as
large as a few single-particle units. The states
of this region give the main contribution to the
sum rule. The calculation predicts substantially
more dipole strength than is indicated by experiment for excitation energies above 8.5 MeV.
However, this is largely due to the strongly decreasing g.s. branching ratio which is not taken
Kuliev, A.
in to account in the calculations. If one tries to
correct the data for this (see [8]) a total value
B(M1)=7.5±3.2 µ N2 is obtained in satisfactory
agreement with the calculation.
found in nuclear resonance fluorescence experiments. For these 1+ states the summed B(M1)
strength is of the order of 0.6 µN2 and contains
about 5% of the total EWSR and NEWSR.
4.5 High Energy Part of Isoscalar Quadrupole Resonance
Figure 9. Tagged photon elastic scattering cross
sections (in mb). Open circles are experimental data.
Points connected by the lines denote the RPA calculations with E=0.25 MeV.
The properties of collective IπK=2+1 states
in doubly even well deformed rare-earth nuclei
has been investigated in the framework of the
rotational invariant RPA by [8]. The calculation
predicts strongly fragmented isoscalar quadrupole mode Kπ=1+-states in the excitation energy range 2-16 MeV for 154Sm and168Er nuclei.
The calculations show that a considerable consequence of the use of the rotational invariant
model is strong fragmentation B(E2) strength in
energy interval between 13 MeV and 16 MeV
with summed width Γ(E2,0→2)≅300 eV. The
result of the calculations show for deformed
154
Sm wide E2 resonance with two humps with
maximums around 13 MeV and 15 MeV corresponding to K=1.
5. PROPERTIES OF ELECTRIC DIPOLE 1- EXCITATIONS
The distribution of the calculated photon elastic scattering cross-section and B(M1) strength
with respect to K=1 excitations is presented in
Figure 9 and Figure 10. It may be observed that
the B(M1) strength is fairly strongly fragmented
among the energy interval although most of the
strength is concentrated around of the neutron
threshold energy. A group of strongly collective 1+ states with summed width Γ = 20.97 eV
corresponding to B(Ml) = 7.97 µ N2 is found in
the energy interval 8-9 MeV. These states give
the main contribution to the resonance and they
can be found in (γ,γ’) and (γ,n) scattering reactions. There is a strong fragmentation of the K
= 1 excitations at low energy and part of them
at energies up to 4 MeV may be interpreted as
main fragments of the scissors mode they can be
Electric dipole vibrations in which the effective isovector interactions are responsible constitute the isovector electric dipole vibrations in
medium and heavy nuclei in the energy range
of 2 to 20 MeV. The electric dipole excitations
have two different high energy modes. One of
them Pygmy Dipole resonance (PDR) arise
around below nucleon threshold energy. While
second one Giant Dipole Resonance represents
the coherent isovector vibration motion of proton and neutron systems as rigid bodies against
each other, the common c.m. of the nucleus being at rest.
A detailed description of the use of the
QRPA for the separation of the c.m. spurious1--state in deformed nuclei was given in ref.
[37]. Using effective interaction restoring translational invariant of the Hamiltonian with the
dipole-dipole interaction representing the coherent isovector dipole vibrations of the proton
Y
Figure 10. Fine structure of the calculated B(M1)
strength distribution for IπK=1+1 states in 140Ce
167
sovector electric dipole vibrations in medium and heavy nuclei in the energy range of 2 to 20
V. The electric dipole excitations have two different high energy modes. One of them Pygmy
ole resonance (PDR) arise around below nucleon threshold energy. While second one Giant Dipole
onance represents the coherent isovector vibration motion of proton and neutron systems as rigid
es against each other, the common c.m. of the nucleus being at rest.
A detailed description of the use of the QRPA for the separation of the c.m. spurious1--state in
Kuliev, A.
Muş Alparslan
Üniversitesi
Fen Bilimleri
Dergisi, 1 (2),invariant
157-173, 2013.
rmed nuclei was given in ref. [37]. Using
effective
interaction
restoring
translational
of
Hamiltonian with the dipole-dipole interaction representing the coherent isovector dipole
ations of the proton
neutron
systems
against
each
other,
while thetations
center-of-mass
of the
andand
neutron
systems
against
each
other,
while
are single(c.m.)
two-quasiparticle
states coneus being at rest.the center-of-mass (c.m.) of the nucleus being
tributing more than 99% to the wave function
at rest.
norm. Such a picture is peculiar for all the three
The secular equation for the dipole1- excitations is determined as following:
investigated actinide nuclei. Thus, the effects of
The secular equation for the dipole1- excithe translational invariance and isolation c.m.
tations
is
4
Z 2determined
N 2 as following:
4
N spurious
2
2 Z
 n )  i [M (1  1 ( 2 F4 n Z 2N Fp ))4 Z1Ni ( Fn  Fp ) 2 ]  0 motion in
(5)the low-lying E1 dipole ex3
3
A
A
A
A
D(ω ) = ω [ M (1 + χ (
F +
F ) − χ ω ( F − F ) ]=0
citations are relatively small (admixture of the
(5)
3
3
A
A
A
A
spurious state is about 1 to 2%) in nuclei and
The effective charge for the E1
p transitions
n
weakly
of for
the mass number A. One
p
n = N / A for protons
eeff
= Z / A
and independent
The effective charge
transitions
is eeff
= Nthe/ AE1for
eeff
= −Z / A
protons and
is eeff for
should note that the effects of the translational
forthe
neutrons
[11].
Besides the
transition
proba-quantity of E1 dipole excitations is
rons [11]. Besides
transition
probability,
another
important
invariance and isolation c.m. spurious motion in
bility, another important quantity of E1 dipole
ground-state transition
width,iswhich
can be calculated
with
formulas: the low-lying E1 dipole excitations are relativeexcitations
the ground-state
transition
width,
ly small (admixture of the spurious state is less
which can be calculated with formulas:
than 2%) in nuclei.
(6)
(6) calculated B(E1) transiDistributions of the
Γ0(E1)[meV]= 0.349 ωi3B(E1)
tion strengths in the 238U with respect to 1--excitations are represented below in Figure 11.
ω the
re the excitation energy
is inexcitation
MeV, B(E1)
in 10
where
energy
ω-3i eis2fm
in2.MeV,
n
2
2
i
1
2
2
n
2
p
1
2
i
n
p
2
i
B(E1) in 10-3 e2fm2.
5.1 Low Energy Part of the Electric Dipole Excitations
Calculation shows that, all calculated E1
excitations up to energy 4.0 MeV are single
two-quasiparticle states contributing more than
99% to the wave function norm (Table 2). Such
a picture is peculiar for all the three investigated
actinide nuclei.
Table 2. The characteristics of several Kπ=1−-states with largest B(E1) calculated with the translational invariant Hamiltonian in 236U less than 4MeV.
Figure 11. Comparison of the calculated B(E1)
dipole strengths with experimentally observed ones.
Calculated E1 transitions strengths with K=1 are
shown as a solid line and _K=0 is a dashed line.
Symbol • denotes the experimental data for E1 excitations with K=1. Whereas
denotes the experimental data with K=0 and symbol + denotes the
experimental data tentative to parity and K quantum
number.
5.2 Pygmy Dipole Resonance
In table 2, the excitation energies, the reduced B(E1) probabilities, the single-particle
asymptotic Nilsson quantum numbers (NnzΛΣ),
and the quasiparticle amplitudes ψss′ are given
for the ΔK = 1 branches of the E1 excitations.
As seen from the table, all calculated E1 exci-
Y
168
Much has been written on the deformation
splitting, energy and B(E1) strength distributions of the PDR and GDR. Up to now, the important influence of spurious states on the PDR
and GDR has not been examined in deformed
nuclei. In connection with this, it is interesting
to establish the role of the spurious RPA solu-
tions for the PDR and GDR and investigate their
effects on individual l- states and in E1 strength
distribution. In order to determine the energy region where the admixtures of spurious state are
of importance, we calculated the overlapping
integrals between one-phonon states (with broken translational invariance) and the spurious
state. A typical distribution of the mean squares
of the overlapping integrals with respect to the
energy spectrum is shown in Figure 12 for 238U.
As seen from Figure 12, the effects of the
translational invariance and isolation c.m. spurious motion in the low-lying E1 dipole excitations are relatively small (admixture of the
spurious state is about 1 to 2% in nuclei and
weakly independent of the mass number A.
Figure 12. Distribution of the admixture of the
spurious state in 1−1 excitations calculated within the
translational non invariant model in the 236U nucleus.
While, the calculation shows that the effect
of the spurious state rather strong for high energy part of the spectrum and does not exceed
10% in any individual 1--state. It is found that
that the main part (more than 60%) of the spurious state is spread over many levels and the
larger admixtures being situated in interval between 6 MeV and 8 MeV below neutron threshold energy (PDR energy region) and GDR energy region around 14 MeV. Therefore, the effect
of spurious state for the 1--states in the energy
region of the PDR and GDR should be large.
It may be note that in this energy region calculation predicts spin-flip M1 resonances with
K=0 and K=1. Their summed width is two order weak than the summed width of the 1--states
forming PDR at this energy region.
5.3 High Energy Part of the Electric Dipole Excitations
The effective isovector interactions are responsible constitute the GDR in medium and
heavy nuclei in the energy region above nucleon threshold energy. The GDR was theoretically interpreted [2] as the isovector vibrations of
the mass centers of the neutron and the proton
systems against each other when the c.m. of the
nucleus being at rest.
In nuclear physics, this excitation mode is
well-known and it is the first collective mode investigated extensively. These states is especially
interesting in the sense that it is the isovector
counterpart to the spurious isoscalar c.m motion, just as the spin-flip resonance state is the
isovector counterpart to the spurious rotational
motion. The excitation energy of the GDR is observed to be in medium nuclei 64/A1/3 MeV and
heavy nuclei 79/A1/3 MeV. Excitation energies
of the GDR are well reproduced using isovector
dipole-dipole forces.
In a deformed nucleus with axial symmetry,
the dipole resonance is split into two components with K=0 and 1. The experimental data
confirms this result and show in the deformed
150
Nd nuclei wide E1 resonance with two humps
with maximums in 12 MeV and 16 MeV corresponding to K=0 and K=1, respectively (see
Figure 6.21 in ref [11]). The splitting between
the two modes is, to leading order, proportional
to the deformation:
E ( K = l ) – E(K~=0 )≈Ē⋅δ (7)
where is the mean resonance energy.
6. CHARGE-EXCHANGE TYPE COLLECTIVE EXCITATIONS WITH 0+ AND 1+
It is well known that β-decay processes are
very important to understand and the nuclear
structure and nature of the weak interaction processes searching Fermi and GT transition. Beta
transition process provides useful information
Y
Kuliev, A.
169
Kuliev, A.
in checking the validity of theories related to the
0νββ and 2νββ, the r-processes, stellar collaps
and supernova formation [43,44].
It has been established by now that nuclear
forces are charge independent to high accuracy. The isobaric invariance is violated by the
electromagnetic forces. The isospin mixing of
nuclear states is basically caused by that part
of the Coulomb potential which changes over
the nuclear volume. Thus, isospin remains a
good quantum number for the low-lying states
of practically all nuclei. Quantitative estimates
of the isospin admixture using single-particle
and quasiparticle models are approximately an
order of magnitude larger than the estimate of
Bohr-Mottelson and experimental data. The residual charge-exchange interaction may cause
such a difference in the mentioned estimates.
Usually, in the absence of the effective interactions the strength of the β--transitions is
concentrated in an energy region ω≤8 MeV.
When effective restoring interaction is switched
on, collective 0+ and 1+ states at high energy are
generated and they exhaust the main part(95%)
of the total β- -transition strength. The collective
Fermi type 0+ states appear at energy ω≈∆ECoul.
and, therefore, should be coincide with the isobar analog state, as is shown in ref.[45].
The violated super-symmetry property of
the pairing interaction between nucleons was
restored using the Pyatov method by [43]. It is
shown that the restoration of super-symmetry
property of the pairing interaction is physically
important in charge-exchange nuclear structure
calculations. Especially the attractiveness of
the restoring forces naturally affects the fixed
values of the particle-hole and particle-particle constants which are very important in the
two-neutrino and neutrinoless double-beta decay calculations for neutrino mass. They have
shown that the isospin mixing of nuclear states
is basically caused by that part of the Coulomb
potential which changes over the nuclear volume. Thus, isospin remains a good quantum
number for the low-lying states of all medium
Y
170
and heavy nuclei.
The calculated energy differences between
GTR and IAR using PM have been compared
with other theoretical calculations and the corresponding experimental data. It was shown that
the calculated energy differences in PM were
closer to the corresponding experimental data in
comparison with the other calculations.
The first-forbidden transitions are a crucal
test for the nuclear theory and in understanding weak interaction processes. The 0+ → 0first-forbidden beta decay have been investigated for some spherical nuclei by [44] and showed
that the relativistic matrix elements calculated
in the first approximation are 2.5 times larger
than those calculated in the nonrelativistic case.
The pp effective interaction has no significant
effect on the velocity of 0+→ 0- transitions.
7. CONCLUSIONS
To summarize, we have reported on results
of the investigation of the low spin (I≤2) collective excitations strength distribution in the
in heavy deformed and transitionally nuclei. It
is stressed that UNM describes the β- and γ-vibrations as the oscillation of the surface of the
nucleus and allows define the main component
of the multipole quantum number of the surface
oscillating density.
On the basis of the microscopic nuclear model it is concluded that spin-quadrupole forces
may be responsible for the appearance of a new
branch of collective 0+ excitations below the
energy gap. The energy of 0+-vibrational states,
the E2 transition probability and the rate of the
allowed β-decay to these states significantly affected due to the spin-quadrupole force.
The properties of γ-vibrational 2+-states are
practically insensitive to the addition of this
force. The spin-quadrupole force affects slightly the energy and the B(E2) value for gamma-vibrational state, while the properties of
the high-lying 2+ states are affected much more
Kuliev, A.
strongly. The same holds for the effects of the
spin-quadrupole forces on the rate of the β-decay to the gamma-vibrational and high-lying
2+-states. The rotational invariant QRPA causes
a strong fragmentation of the K = 1 excitations
and part of them at energies up to 4 MeV interpreted as main fragments of the scissors mode.
For these 1+ states the summed B(M1) strength
is of the order of 3.0 µN2 and contains about 8%
of the total EWSR and NEWSR. In models
with non-invariant Hamiltonian summed M1
strength exceeds the experimental values of
theB(M1) more than two times. Indeed, the introduction of the restoring rotational invariance
forces, essentially, reduces the B(M1) strength
and increase substantially the fragmentation of
the M1 strength.
The fully rotational invariant QRPA satisfactory describes of the experimental fragmentation and δ 2-dependence of the summed B(M1)
value of the scissors mode in well deformed rare-earth, actinide and transitionally nuclei with
moderate deformation. The agreement between
the calculated excitation energies as well as the
summed B(M1) values of the scissors mode and
the available experimental data is quite good.
For all investigated deformed nuclei the theory
predicts a giant spin-flip Ml resonance at an energy interval between 8 MeV and 10 MeV.
We have investigated the dipole excitation
strength distribution in less-deformed transitional nuclei, e.g., in the γ-soft nuclei 122-136Ba,140150
Ce, 150-160Nd and 194,196Pt. In all of these cases
the scissors mode was observed, however, with
decay properties differing considerably to the
findings in well-deformed rotors because of the
loss of axial symmetry and the establishment of
the d-parity quantum number.
ory predicts 1- giant dipole resonance splitting
into two components with K=0 and K=1 at energy around 12 MeV and 16 MeV, respectively.
In odd-odd nuclei Fermi transitions and isospin mixing are affected not only by the Coulomb
potential but also by the correllation caused by
restoring isobaric invariance forces which gives
a good agreement with the corresponding experimental data. The isotopic invariance of nuclear
forces and self-consistently conditions make the
theory free of any adjustable parameters. The
restoration of super-symmetry property of the
pairing interaction is physically important for
GT-transition processes. The attractiveness of
the restoring forces naturally affects the fixed
values of the particle-hole and particle-particle
constants. The relativistic matrix elements calculated in the first approximation for 0+ → 0are 2.5 times larger than those calculated in the
nonrelativistic case. The pp effective interaction
has no significant effect on the velocity of 0+→
0- transitions.
Acknowledgment
Discussion with Drs. E. Guliyev, F. Ertuğral,
H. Yakut and Z. Zenginerler are gratefully acknowledged. I like to thank Dr. N.Çakmak for
very interesting discussions and for making
available their theoretical results. I am indebted to E.Tabar and H. Guliyev for their help in
carrying out the numerical calculations and the
preparation of the present article.
Y
In translational invariant QRPA all calculated
E1 excitations up to energy 4.0 MeV are single
two-quasiparticle states contributing more than
99% to the wave function norm. Such a picture
is peculiar for all the deformed nuclei. Rather
collective states arise in PDR region below nucleon threshold energy. In deformed nuclei the171
Kuliev, A.
REFERENCES
[1] Baldwin, G.C. and Klaiber G.S., Phys.
Rev., 71, 3, 1947.
[2] Goldhaber, M. Teller, E., Phys. Rev., 74,
1046, 1948.
[3] Mottelsson, B., Int. Conf. Nucl. Struct.,
Canada, 525, 1960.
[4] Goldenberg t et al., Phys. Rev B, 134,
1022, 1964.
[5] Gabrakov, S., kulliev, A.A. and Pyatov
N.I., “States Iπ=1+ in even-even deformed
nuclei.” Sov. Journal of Nucl. Phys., 12,
82, 1970.
[6] Gabrakov, S.I., Kuliev A.A., Pyatov N.I.,
Salamov D.I. and Schulz H., “Collective
1+-states in double even deformed nuclei”,
Nucl. Phys. A, 182, 625, 1972.
[7] Dietrich, K., Humbert, F., Richter A.,
Brown A., Kuliev A. and Scholten O.,
“Magnetic dipole strength distribution at
high excitation energies in deformed nuclei”, Phys. Lett. B, 220, 351, 1989.
[8] Kuliev, A. and Pyatov, N., “K π =1+ States
and their contribution to the isoscalar
E2-resonance “ , Sov. J. Nucl. Phys., 20,
297, 1974.
[9] Richter, A., Prog. Part. Nucl. Phys., 34,
261, 1995.
[10] Bohr, A., Mat. Fyz. Modd.
Selsk., 26, 14, 1952.
Dan. Vid.
[11] Bohr, A. and Mottelson B. “Nuclear
Structure”, Vol.2, Benjamin W.A. INC,
New York, Amsterdam, 1974.
[12] Soloviev, V. G., “Theory of the complex
nuclei”, Pergamon, 1976.
[13] Kuliev, A. and Pyatov N.I. “Effect of
spin-quadrupole forces on the rate of
β-decay to collective states of even deformed nuclei”, Nucl. Phys. A, 106, 689696, 1968.
[14] Bes, D. R., Federman P., Maqueda E. and
Zuker A., Nucl. Phys., 65, 1, 1965.
Y
172
[15] Lonsjo, O. and Hagemann G. B., Nucl.
Phys., 88, 624, 1966.
[16] Vrzal, J. et al., Izv. AN SSSR (Ser. Fiz.),
31, 604, 1967.
[17] Nielsen H. L., Wilsky K., Jylicz J. and
Serensen G., Nucl. Phys. A, 93, 385, 1967.
[18] Yakut, H., Guliyev E., Guner M., Tabar
E., Zenginerler Z., “QPNM calculation
for the ground state magnetic moments of
odd-mass deformed nuclei: 157–167Er isotopes’’, Nucl. Phys. A, 888, 23-33, 2012.
[19] Gabrakov, S.I., Kuliev A.A., “The effect
of the spin force on the rate of allowed GT
β-decay in deformed nuclei”, Communication of the JINR, P4-5003, 1-10, Dubna,
1970.
[20] Pyatov, N. and Salamov D. , “Conservation laws and collective excitations in nuclei’’, Nucleonica, 22, 127, 1977.
[21] Thouless, D. “ Vibrational states of nuclei
in random phase approximation’’, Nucl.
Phys., 22, 78-95, 1961.
[22] Kuliev, A. A., Akkaya R., Ilhan M., Guliyev E., Selam C.I. and Selvi S., “Rotational-invariant model of the states with
K=1+ and their contribution to the scissors
mode”, Int. Journal of Modern Physics E,
9, 249, 2000.
[23] Kuliev, A. A., Faessler A., Güner M. and
Rodin V , “Fully renormalized quasi-particle random phase approximation, spurious states and ground state’’, J. Phys. G:
Nucl. Part. Phys., 30, 1253-1267, 2004.
[24] Guliyev, E., Kuliev A.A. and Ertuğral F.,
“Low lying magnetic and electric dipole
strength distribution in 176Hf nucleus’’,
Eur. Phys. J. A, 39, 323–333, 2009.
[25] Lo Iudice, N. and Palumbo F., “New
isovector collective modes in deformed
nuclei’’, Phys. Rev. Lett., 41, 1532, 1978.
[26] Bohle, D. et al., “New magnetic dipole
excitation mode studied in the heavy deformed nucleus 156Gd by inelastic elec-
Kuliev, A.
tron scattering’’, Phys. Lett. B,137, 27,
1984.
[27] Kneissl U., Pitz H.H., Zilges A., “ Investigation of nuclear structure by resonance
fluorescence scattering”, Prog. Part. Nucl.
Phys., 37, 349, 1996.
[28] Guliyev E., Ertugral F., KulievA.A.,
“Low lying magnetic dipole strength distribution in the γ-soft even-even 130-136Ba”,
Eur. Phys. J. A, 27, 313–320, 2006.
[29] Kuliev A.A., Guliyev E., Ertugral F., Özkan S., “The low energy dipole structure
of 232Th, 236U and 238U actinide nuclei”,
Eur. Phys. J. A, 43, 313-321, 2010.
[30] Guliyev E. Kuliev A., Ertugral F., “Systematic investigation of the low-energy
dipole excitations in 176,178,180Hf within
rotational, translational and Galilean invariant quasiparticle RPA’’ Nucl. Phys. A,
915, 78–89, 2013.
[31] Pietralla N.,et al., “The scissors mode and
other magnetic and electric dipole excitations in the transitional nuclei 178,180Hf”,
Nucl. Phys. A, 618, 141, 1997.
[32] Scheck M.,et al., “Photon scattering experiments of 176Hf the systematics of
low-lying dipole modes in the stable
even-even 176-180 Hf isotopes’’ Phys. Rev.
C, 67, 064313, 2003.
[33] Heil R.D.et al., “Systematics of low-lying
dipole excitations in the deformed eveneven nuclei 232Th and 236,238U”, Nucl. Phys.
A, 476, 39, 1988.
[34] Margraf J. et al., “Deformation dependence of low lying M1 strengths in even
232
Th and 238U nuclei”, Phys. Rev. C, 42, 771,
1990.
[35] Von Neumann-Cosel P. et al., “Relation
between the scissors mode and the interacting boson model deformation”, Phys.
Rev. Lett., 75, 4178, 1995.
nuclei’’ Phys. Rev. C, 59,R1851, 1999.
[37] Zenginerler Z., Guliyev E., Kuliev A.,
Yakut, H.and G. Soluk., “Systematic
investigation of the low-lying dipole excitations in even-even 124−136Ba isotopes”,
Eur. Phys. J. A, 49, 107-109, 2013.
[38] Guliyev E., Kuliev A.A., Von NeumannCosel, P., Richter, A., “Nature of the scissors mode in nuclei near shell closure: the
tellurium isotope chain”, Phys. Lett. B,
532,173-178, 2002.
[39] Linnemann, A. et al., “Change of the dipole strength distributions between the
neighbouring γ-soft nuclei 194Pt and 196Pt”,
Phys. Lett. B, 554, 15-20, 2003.
[40] Speth J. and Zawischa D., “Magnetic dipole resonances in nuclei’’ Phys.Lett. B,
211, 247, 1988.
[41] Laszewski R.M., et al., “ M1 excitations in
140
Ce”, Phys. Rev. C, 34, 2013, 1986.
[42] Guliyev E., Kuliev A. A., Von Neumann-Cosel P., Yavas O., “Magnetic
Dipole Strength Distribution and Photon
Interaction Cross Section in 140Ce”, Nucl.,Phys. A, 690, 255-258, 2001.
[43] Cakmak N. , Unlü S. and Selam C., “Gamow-Teller 1+ states in 112-124Sb isotopes’’,
Pramana Journal of Physics, 75, 649-663,
2010.
[44] Cakmak N., Manisa K., Ünlü S. and Selam C., “The investigation of 0+→0- β-decay in some spherical nuclei”, Pramana
Journal of Physic, 74, 541-553, 2010.
[45] Gabrakov S.I., Kuliev A.A. and Pyatov N.I., “0+ and1+ unlike particle-hole
states in deformed odd-odd nuclei and
β-strength functions”, Phys. Lett. B, 36,
275-277, 1971.
Y
[36] J. Enders et al., “Comprehensive analysis
of the scissors mode in heavy even-even
173
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
Hf İZOTOPLARINDA FOTON SAÇILMA TESİR
KESİTLERİNİN HESAPLANMASI
176,178,180
Hüseynqulu QULİYEV*1, Ekber GULIYEV2
Sakarya Üniversitesi, Sakarya 54100, Türkiye.
1
Azerbaycan Fövqalade Hallar Nazirliği, Nüve Tehlükesizliği Agentliği, Azerbaycan.
2
ÖZET
Spini ve paritesi Iπ =1+ olan çekirdek seviyelerinin gözlenmesinde foton saçılma tesir kesitlerinin önemli
yeri vardır. Bu seviyeleri karakterize eden Γγ radyasyon kalınlıkları ve B(M1) değerleri deneylerde gözlenen
tesir kesitlerinden hesaplanmaktadır. Bu çalışmada makas mod uyarılmalarının esnek olamayan γ-çekirdek
saçılma tesir kesitleri 176,178,180Hf izotopları için, teorik olarak dönme değişmez Kuazi-parçacık Rastgele Faz
Yaklaşımı (QRPA) kullanılarak araştırılmıştır. Bu seviyelerin (K=1) foton saçılma reaksiyonlarında gözlenen
σγγ›, B(M1) ve Γγ radyasyon kalınlıkları teorik sonuçlarla karşılaştırılarak incelenmiştir. Genel olarak teorik
ve deney sonuçlarının, ölçüm hataları çerçevesinde, uyum içinde olduğu görülmüştür. Hesaplamalar Hf izotoplarında manyetik dipol 1+1 seviyelerin, iyi deforme çekirdeklere nazaran daha az ayrışmakta olduğunu
göstermiştir. Teori düşük enerjilerde birkaç tane E1-elektrik dipol uyarılmalarının varlığını da öngörmektedir.
Teorik ve deney sonuçlarının karşılaştırılması gözlenen seviyelerin paritelerinin belirlenmesinde deneycilere
ipucu sağlayacaktır.
Anahtar Kelimeler: 176,178,180Hf, Saçılma Tesir Kesiti, QRPA, Manyetik Dipol
ABSTRACT
photon scattering cross sections have an important place.
In the observation of Iπ = 1+ levels ın nuclei
Γγ radiation thickness and B (M1) values which characterize this level are calculated from the cross sections
observed in the experiments. In this study non flexible γ-nuclei scattering cross sections of the scissors mode
excitations for 176,178,180Hf isotopes were theoretically investigated u sing the rotation invariant Quasiparticle
Random Phase Approximation (QRPA). σγγ’, B(M1) ve Γγ radiation thickness observed in the photon scattering
reaction of these levels (K=1) is compared with the theoretical results. In general, the theoretical and experimental results in accordance with the measurement error, is seen to be ingood agrement. The calculations of
the magnetic dipole 1+1 levels in Hf isotopes showed that the decompsitation in this isotope chain is less that
observed in well deformed nuclei decomposed. Theory predicted the presence of a few E1-electric dipole excitations at low energies. The comparison of the theoretical and the experimental results will provide clues to
the experimenters in the determination of the parity of the observed levels.
Key Words 176,178,180Hf, scattering cross section, QRPA, magnetic dipol
*
Sorumlu yazar/Corresponding author: Hüseynqulu QULİYEV, Sakarya Ünive rsitesi, Sakarya 54100, Türkiye, [email protected],
[email protected]
175
Quliyev, H. ve Guliyev, E.
1.GİRİŞ
Elektromanyetik ışıma γ fotonların atom,
molekül ve çekirdek sistemleriyle etkileşmesi
yoluyla çok iyi öğrenilmiştir. Çekirdek sisteminin elektromanyetik ışıma ile incelenmesinde,
atom fiziğinde elde edilmiş metotlar kullanılmaktadır. Elektromanyetik ışıma (γ ışınımın)
bütün çekirdek reaksiyonlarında salınmaktadır.
Çekirdek reaksiyonlarında çekirdekler esasen
uyarılmış duruma geldiklerinde taban hale geçtikleri zaman γ ışınları salarlar. Eğer çekirdeğin bu uyarılmış seviyeleri nötron ve protonların bağ enerjisinden küçük olduğu durumlarda
çekirdeklerin taban hale geçişleri enerjilerinin
gamma salınım, atom elektronlarının yutulması
sonucu ya da elektron pozitron parçacıklarının
açığa çıkmasıyla oluşur. Çekirdek yapısının incelenmesinde saçılma reaksiyonlarının önemi
çok büyüktür. Çekirdek yapısı fotonların, nötronların, protonların, ağır iyonların çekirdeklerden saçılmasıyla incelenmektedir. Bu saçılma
reaksiyonlarından en önemlisi gamma saçılma
reaksiyonlarıdır. Çekirdekler, içerdiği protonlardan dolayı bir yüklü parçacık sistemidir. Buna
göre çekirdeklerin gamma saçılma reaksiyonlarında incelenmesi çok kolaydır.
Fotonların çekirdekle etkileşmesi sonucu
bir ya da daha fazla γ-kuantların, nötronların,
protonların ve diğer parçacıkların üretildiği
proseslere foto-çekirdek (foto-nükleer) reaksiyonları denir. Bu tür deneylerin hassaslığı proton-çekirdek, nötron-çekirdek reaksiyonlarının
hassaslığından kat kat büyüktür. Foton saçılma
reaksiyonları çekirdek reaksiyonlarının içerisinde en hassas mekanizmlerden biridir. Bu
reaksiyonlarda çekirdeklerin uyarılması yalnız
elektromanyetik etkileşme yoluyla meydana
geldiğinden bu deneylerde ölçülen tesir kesitlerinin modelden bağımsız olması bu deneylerin
değerini artırmaktadır. Fotonlarla yapılan reaksiyonlarda, çekirdeklerde elektrik dipol (E1),
kuadrupol (E2), oktupol (E3) ve manyetik dipol
(M1) uyarılmaları meydana gelmektedir. Bu reaksiyonlarda yüksek kutuplu elektrik (λ>3) ve
manyetik geçişler (λ>2) önemsizdir.
176
Enerjisi nükleon bağ enerjisinden küçük olan
durumlarda γ ışınlarının çekirdekle etkileşmesi
bu ışınların esnek ve esnek olmayan saçılmasıyla ölüşür. Deneysel olarak esnek ve esnek olmayan saçılma reaksiyonlarını birbirinden ayırmak
çok zordur. Bu bakımdan monokromatik γ ışınlarıyla yapılan deneyler çok önemlidir. Saçılma
zamanı atomda elektron örtüğünden de saçılmaların da meydana gelmesinden dolayı, çekirdeklerden γ-kuantlarının esnek saçılma proseslerini
incelemek çok zordur. Buna göre esnek olmayan
foton çekirdek reaksiyonları çekirdek yapısının
incelenmesinde yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Çekirdek uyarılmasıyla meydana gelen esnek
olmayan saçılma reaksiyonları deneylerine rezonans saçılma veya Nükleer Rezonans Flüoresans (NRF) deneyleri denir [1].
Enerjisi 1MeV olan çekirdek seviyelerinin
uyarılma tesir kesiti (σγγ)res∼10-21 cm2 ‘dir. Çekirdek seviyelerinin çok küçük kalınlığından
(Γγ ∼10-4-10-8 eV) dolayı uyarılma tesir kesiti
rezonans enerjisi civarında çok büyük değerlere ulaşabilir. Çekirdeklerde yüksek seviye yoğunluklarından ve çoğu zaman bu seviyelerin
örtüşmesinden dolayı rezonans saçılma tesir
kesitlerinin ölçüle bilmesi için monokromatik
fotonlara ihtiyaç duyulur. Bu tür fotonların elde
edilmesi teknik olarak çok zordur [1]. Bu yüzden çekirdek yapısının düşük enerjilerde (E<5
MeV) incelenmesinde yüksek kaliteli yeni modern foton kaynaklarına ve yüksek hassaslığa
sahip deney setlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu
bakımdan çekirdek seviyelerinin incelenmesinde NRF deneyleri ön plana çıkmaktadır. NRF
düzeneklerinde çeşitli yollarla elde edilmiş foton kaynakları kullanılmaktadır. Bu düzeneklerde en yaygın kullanılan foton kaynaklarının
başında Bremsstrahlung (frenleme) fotonları
gelmektedir. Düşük enerjili foton saçılma deneyleri için foton üretiminin birkaç yolu mevcuttur [2-7]. Son zamanlarda, deforme çekirdek
spektrumunun 2-5 MeV enerji bölgesinde yerleşen dipol uyarılmaları küçük seviyye yoğunluğundan dolayı (ρ∼10 MeV-1 ) NRF spektroskopi
yöntemleriyle çok detaylı bir şekilde incelen-
Quliyev, H. and Guliyev, E.
miştir [8,9]. Deneysel açıdan dipol uyarılmaların kayda değer özellikleri onların foton saçılma
reaksiyonlarında kolaylıkla uyarılmaları ve elde
edilen verilerin çekirdek modellerinden bağımsız olmalarıdır.
Bu çalışmada deforme çekirdeklerin manyetik ve elektrik dipol karakterli kolektif uyarılma
seviyelerinin dönme ve öteleme değişmezlik
modeli irdelenmiş ve bu seviyelerin foton saçılma reaksiyonlarında 176,178,180Hf çekirdeğinde
gözlenen tesir kesitleri B(M1), B(E1) ihtimalleri ve Γγ radyasyon kalınlıkları deney sonuçları
ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Yapılan tartışmalarda NRF deneylerinin 2-5 MeV enerjilerde
sağlayacağı üstünlükler ele alınmıştır. Çalışmada öncelikle geleneksel, NRF deneylerinin
üstünlükleri, (e,e′), (p,p′) ve diğer saçılma yöntemleri ile analiz edilemeyen enerji bölgelerinde
elektrik ve manyetik dipol çekirdek uyarılmaları
ele alınarak yapılmıştır.
2.TEORİ
Foton kütlesi sıfır, spini bir olan elmenter
parçacıktır. Fotonun λ açısal momentumuna
göre çeşitli durumları olabilir. Gamma kuanta(fotona) momentumu lamda, paritesi π olan
bir parçacık gibi bakılabilir. Elektromanyetik
ışınımda salınan fotonun veya elektromanyetik
dalganın elektrik (Eλ) ve manyetik (Mλ) olarak
iki bileşeni vardır. Başka bir deyişle gamma ışınım elektrik ve manyetik bileşenlerden oluşan
bir elektromanyetik dalgadır. Bu dalgada elektrik ve manyetik alan vektörleri birbirine ve dalganın yayılma yönüne diktir. Elektromanyetik
dalgaya bir foton gibi bakıldığından onun elektrik ve manyetik alan vektörleri bileşeninin paritesi aşağıdaki gibidir:
π=(-1 ) λ Eλ elektrik alanı için (1)
π=(-1)λ+1 Mλ manyetik alanı için
(2)
Çekirdek yapısının incelenmesinde nükleonlar arasındaki etkin kuvvetlerin sorumlu olduğu
kolektif uyarılmalar önemli bir yer tutmaktadırlar. Bu uyarılmalar içerisinde elektrik ve man-
yetik dipol titreşimlerin özel bir yeri vardır. Bu
titreşimler çekirdek ortamında nükleonlar arasındaki kuvvetli etkileşmelerin karakterinin ve
güç parametrelerinin teorik olarak belirlenmesinde kullanılan modellerin test edilmesinde çok
bilgi vericidir. Dipol uyarılmalarının paritelerine göre iki farklı türü vardır. Bunlardan spini ve
paritesi Iπ =1+ olanlar manyetik dipol karakterli
ve Iπ=1- olanlar ise elektrik dipol karakterlidir.
Etkin izovektör dipol etkileşmelerinin sorumlu
olduğu elektrik dipol titreşimine karşı gelen 1seviyeleri orta ve ağır çekirdeklerde 13-16 MeV
enerji aralığında izovektör elektrik dipol dev
rezonansları meydana getirirler. Çekirdek fiziğinde bu uyarılma modu iyi bilinen ve kapsamlı
incelenen ilk kolektif mod olarak foto-nükleer
reaksiyonlarda Baldwin ve Klaiber tarafından
gözlenmiştir [10]. Goldhaber ve Teller tarafından ise teorik olarak nötron ve proton sistemlerinin kütle merkezlerinin birbirine karşı izovektör
titreşimleri olarak yorumlanmıştır [11].Küresel
çekirdeklerde spin titreşimlerine karşı gelen kolektif 1+ seviyelerinin varlığı ilk defa Mottelson
tarafından ileri sürülmüştür [12].
Son zamanlar deforme çift-çift çekirdeklerin
spektrumlarında çeşitli deneysel yöntemlerle
gözlenen yörüngesel ve spin karakterli manyetik dipol uyarılmaların mekanizmalarının belirlenmesi çekirdek fiziğinde ayrı yeri olan önemli
problemlerden biri haline gelmiştir. Bu yüzden
makas mod ve spin titreşimleri gibi spini küçük
olan kolektif uyarılmalar çekirdek yapısının incelenmesinde nükleon-nükleon etkileşmelerin
yörünge ve spin momentlerine bağlı bileşenlerinin belirlenmesinde önemli bilgiler sağladığından teorik ve deneysel araştırmalar açısından
dikkate alınan güncel konulardan biridir [13].
Bu çalışmada makas mod çekrideg uyarılmalarının yerleşdiği enerji aralığı ele alınaraq bu heyecanlanma seviyyeleri incelenmişdir. Makas mod
çekirdekte nötron ve proton sistemlerinin çekirdeğin simetri ekseninin etrafında makas bıçakları gibi bir-birine karşı titreşmesi olduğundan
izovektör karakterlidirler. İzovektör karakterli
rezonanslar arasında makas mod düşük enerjili
177
yegane kolektif moddur.
Deneysel açıdan dipol uyarılmalarının kayda değer özellikleri, bunların foton saçılma reaksiyonlarında kolaylıkla uyarılmaları ve elde
edilen verilerin çekirdek modellerinden bağımsız olmalarıdır. Fakat bu uyarılmaların, yüksek
enerjili kısımlarının bulundukları bölgelerin
aşırı spektrum yoğunluğundan dolayı tespiti geleneksel deney yöntemleriyle imkansızdır. Son
yıllarda, deneysel olarak çekirdek yapısını daha
hassas incelemek amacıyla hafif ve ağır tam
iyonize çekirdek demetleri kullanılarak elektron-çekirdek, çekirdek-çekirdek ve SEL-çekirdek çarpıştırıcılarının kurulması projeleri gündemdedir [14-16]. Bu çalışmamızda amacımız
NRF deneylerinde 176,178,180Hf gözlenen makas
mod 1+ seviyelerinin γ-saçılma tesir kesitlerinin
incelenmesidir.
2.1. Deforme Çekirdeklerde Manyetik Dipol 1+ Seviyeleri
Deforme çekirdeklerin incelenmesinde RPA
en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Çekirdek gibi çok parçacıklı bir sistemin serbestlik derecesinin çok fazla olması, Schrödinger
denkleminin çözülmesini olanaksız kılmaktadır.
Bu yüzden mikroskobik modelde nötron ve protonların çekirdek içerisinde kendilerinin oluşturduğu ortalama alanda hareket ederek bir biriyle
etkileşdikleri varsayılmaktadır. Çekirdek kabuk
(süperakışkan) modelini baz olarak kullanan bu
modelde her bir kolektif uyarılma modu için etkin kuvvetlerin bu uyarılmalardan sorumlu bileşeni bulunur ve sadece bu bileşen mikroskobik
hesaplamalarda modele bağlı olarak ele alınır.
Spin-spin kuvvetlerinin 1+ seviyelerinin meydana gelmesinden sorumlu olduğu bilinmektedir
[17,18].
Çok parçacıklı sistemlerin incelenmesinde
çoğu zaman yaklaşımlı modeller kullanılır. Bunun sonucu olarak kullanılan Hamiltoniyenlerin
bu veya diğer dönüşümlere göre değişmezliği
bozulur. Örneğin, kabuk model Hamiltoniyeni
birbirinden bağımsız nükleonların hareketini
178
ifade etmektedir ve bu Hamiltoniyen kullanılan
ortalama alan potansiyelinden dolayı öteleme
simetrisini bozmaktadır. Deforme çekirdeklerde
de eksenel simetriden dolayı kabuk model Hamiltoniyeninin dönme değişmezliğini bozmaktadır. Kabukları tam olarak dolmamış çekirdeklerde ciftlenim etkileşmesinden dolayı Galileo
değişmezliği de bozulmaktadır. Görüldüğü gibi
çekirdek hamiltoniyenlerinde meydana gelen
simetri kırınımları ortalama alan potansiyelinden kaynaklanmaktadır. Bu simetri kırınımları
enerjisi sıfır olan sahte halin (Goldstoun teoremi) gerçek titreşim hallerine karışmasına ve söz
konusu seviyelerin kirlenmesine neden olur.
Öteleme değişmezliğin kırılmasından meydana gelen ω=0 hali çekirdeğin ağırlık merkezinin uzayda ötelemesine karşı gelmektedir ve
bu durumun spini ve paritesi Iπ=1- olduğundan
elektrik dipol titreşimlerine karışmaktadır. Öte
yandan deforme çekirdeklerde dönme değişmezliğin kırılmasına neden olduğu ω=0 Goldstone dalı çekirdeğin bir bütün olarak dönmesini yansıtır ve simetriden dolayı manyetik dipol
titreşimlerine (Iπ=1+) karışmaktadır. Goldstone
dalları çekirdek iç hareketiyle hiçbir ilişkisi
olmayan ayrı bir moddur ve bundan dolayı bu
haller çekirdek fiziğinde sahte haller olarak adlandırılmışlardır.
2.2. Manyetik Dipol Uyarılmalarının
(Iπ=1+ ) Dönme Değişmez Modeli
Deforme çekirdek ortalama alan potansiyelinin dönme değişmezliğinin kırınımına neden
olan aynı uzay simetrili iki farklı terimin bulunduğu gerçek bir hali inceleyelim. Örneğin N>Z
ağır çekirdeklerde ortalama alan potansiyelinde
nükleonlar arasındaki simetri enerjisinden dolayı izoskaler ve izovektör gibi aynı simetrili ve
dönme değişmezliğinin kırınımına sebep olan
iki terim yer almaktadır [19]. Bilindiği gibi deforme çekirdeklerde dönme değişmezliğinin
kırılmasının neden olduğu ω=0 Goldstone dalı
simetrisinden dolayı manyetik dipol 1+ titreşimlerine karışmaktadır. Bu dalın titreşim hallerinden ayrılması mikroskobik modellerin ana
şeklindeki gibidir. Burada  ve  sırasıyla spini ve izotop spini temsil eden Pauli
QRPA ’da 1+ seviyelerinin dalga fonksiyonlarına bir fonon fonksiyonu olarak ba
1 izoskaler
çekirdeklerde ortalama alan potansiyelinde nükleonlar arasındaki simetri
dolayı
i


i
i enerjisinden
ofQScience,
Muş Alparslan University Journal
(2), 175-184,
2013.
[
  C       C  ] 0
i 0 1 
2 enerjisinden
,terim

alan değişmezliğinin
potansiyelinde nükleonlar
simetri
ve izovektör gibi çekirdeklerde
aynı simetriliortalama
ve dönme
kırınımınaarasındaki
sebep olan
iki
yer dolayı izoskaler
ve izovektör
gibi
aynı
simetrili
vearasındaki
dönme
kırınımına
sebep

problemlerinden
biridir.
Bu çekirdeklerde
kısımda
etkin
kuv- değişmezliğinin
çekirdeklerde
ortalama
alangibi
potansiyelinde
nükleonlar
simetri
enerjisinden
almaktadır
[19].
Bilindiği
deforme
dönme
değişmezliğinin
nedenolan iki terim
dolayı izoskaler
(8) yer
[Qi , Q
i ' ]   ii ' kırılmasının
vetlerin
seçilmesi
için
Kuliev
ve
d.
tarafından
[19]. ve
Bilindiği
gibi
deforme dipol
çekirdeklerde
dönme
değişmezliğinin
kırılmasının neden
ve izovektör
gibialmaktadır
aynıdalı
simetrili
dönme
değişmezliğinin
kırınımına
sebep
iki terim Bu
yer
+ olan
olduğu
=0 Goldstone
simetrisinden
dolayı
manyetik
1+ Burada
titreşimlerine
karışmaktadır.

Ψ0
fonon
yaratma
operatörü,
Q
[20] geliştirilen
yöntemi uygulayarak
Goldstone
i

Burada Qi fonon yaratma operatörü,
taban durum
0 ise çift-çift çekirdeğin
olduğu
=0
dalı
simetrisinden
dolayı
manyetik
dipol
1+ titreşimlerine
almaktadır
Bilindiği
gibiGoldstone
deforme
çekirdeklerde
dönme
değişmezliğinin
kırılmasının
nedenkarışmaktadır.
 problemlerinden
ise
çift-çift
çekirdeğin
taban
durumuna
karşı
ge- Butaban duru
sahte
dalının
yalıtması
analitik
olarak
gösteriledalın
titreşim[19].
hallerinden
ayrılması
mikroskobik
modellerin
ana
biridir.
Bu
kısımda

Burada
fonon
yaratma
operatörü,
ise
çift-çift
çekirdeğin
Q
0
i enerjisinden dolayı izoskaler
çekirdeklerde ortalama
alan
potansiyelinde
nükleonlar1+arasındaki
simetri
+
+
Q
=iki-kuasiparçacık
0 . Iπ=1Bu
len
yani
+ fonon
seviyelerine
cek dalın
ve
restore
edici
kuvvetlerin
titreşim
ayrılması
mikroskobik
modellerin
ana
biridir.
kısımda
i Ψ0 Bu
Qi vakumudur,
0izoskaler
C  C
vakumudur,
yani
. problemlerinden
I=1
olan
çekirdeklerde
ortalama
alan
potansiyelinde
nükleonlar
simetri
enerjisinden
dolayı
olduğu
=0 Goldstone
dalı
simetrisinden
dolayı
manyetik
dipol
1geliştirilen
titreşimlerine
karışmaktadır.
0 
etkin
kuvvetlerin
seçilmesi
içinhallerinden
Kuliev
ve
d. arasındaki
tarafından
[20]
yöntemi
uygulayarak
ve izovektör gibi
aynıincelenecektir.
simetrili ve dönme değişmezliğinin kırınımına sebep olan iki terim yer +
etkisi
Qi iki
terim
0 . geliştirilen
C 
vakumudur,
yani
I =1
CBu
Colan
=1∑
α s′ ρ αuygulayarak
ve izovektör
gibi
aynı simetrili
ve dönme
değişmezliğinin
kırınımına
sebep
olan
yer
0 edici
+ iki-kuasiparçacık
etkin
kuvvetlerin
seçilmesi
için
Kuliev
ve d.
tarafından
[20]
s−ρ
µ ≡ kısımda
ss ′yöntemi
dalın
titreşim
hallerinden
ayrılması
mikroskobik
modellerin
ana
problemlerinden
biridir.
olan
iki-kuasiparçacık
Goldstone
sahte
dalının
yalıtması
analitik
olarak
gösterilecek
ve
restore
kuvvetlerin
almaktadır [19]. Bilindiği gibi deforme çekirdeklerde dönme değişmezliğinin kırılmasının neden
ρ

değişmezliğinin

almaktadır [19]. Bilindiği
gibi sahte
deforme
çekirdeklerde
dönme
kırılmasının
neden
ku- [20]
Süperakışkan
deforme
çekirdeklerin
Hanalitik
operatörlerine
fo
C
olarak
+sgösterilecek
Goldstone
dalının
yalıtması
ve karşı
restoregelen
edici kuvvetlerin
1+
 
s
 ve   genlikleri
sqpss + 
etkin
seçilmesi
için
Kuliev
d. Ctarafından
geliştirilen
yöntemi
seviyelerine
incelenecektir.
+
+ Bu+uygulayarak
olduğukuvvetlerin
=0 etkisi
Goldstone
dalı simetrisinden
dolayıve
manyetik
dipol
1
titreşimlerine
karışmaktadır.
operatörlerine
karşı
ve
C
≡
C
=
α
α
+





∑
′
−
s
s
s
s
µ
ρ
ρ

asiparçacık
eksenel
simetrik
olduğu =0 Goldstone
dalı Hamiltoniyeni
simetrisinden dolayı
manyetik
1orBu karşı
  ve
operatörlerine
gelen
genlikleri f
CBurada
 Css
 0 ise çift-çift
fonon
çekirdeğin
taban durumuna
karşı 
gelen
Q
yaratma
dipol
 karışmaktadır.
s    soperatörü,
i titreşimlerine
 fonon
seviyelerine
etkisi
incelenecektir.
ρedici
Goldstone
sahte
dalının
yalıtması
analitik
olarak
gösterilecek
ve restore
kuvvetlerin 1+
dalın titreşim
hallerinden
ayrılması
mikroskobik
modellerin
ana
problemlerinden
biridir. Bu
kısımda

çekirdeklerde
ortalama
alan
potansiyelinde
nükleonlar
arasındaki
simetri
enerjisinden
dolayı
izoskaler
talama
alanda
izoskaler
ve
izovektör
terimlerin
dalınSüperakışkan
titreşim hallerinden
ayrılması
mikroskobik
modellerin
ana problemlerinden
+ ϕkısımda
bağıntısına
uygun
normlanmıştır:
ψbiridir.
genlikleri
fonon Coperatörükuasiparçacık
Hamiltoniyeni
eksenel
ortalama
deforme
çekirdeklerin
Hsqp
Qolarak
vakumudur,
yanigelen
.bire
Ive
=1Bu
olan
iki-kuasiparçacık
ve
i 0  0 µ
µsimetrik
  C ss   s   s  
kuvvetlerin
için
Kuliev
ve dönüşümlerine
d. tarafından
geliştirilen
uygulayarak
olmasından
dönme
göre
seviyelerine
etkisi
incelenecektir.
veetkin
izovektör
gibi
aynı seçilmesi
simetrili vedolayı
dönme
değişmezliğinin
kırınımına [20]
sebep
olan iki terimyöntemi
yer

etkin kuvvetlerin seçilmesi
için
Kuliev
ve
d.
tarafından
[20]
geliştirilen
yöntemi
uygulayarak
nün
(8)
bağıntısına
uygun
olarak
bire
normlanbağıntısına
uygun
olarak
bire
normlanmıştır:
kuasiparçacık
Hamiltoniyeni
eksenel simetrik ortalama
Süperakışkan
deforme
çekirdeklerin
Hsqp
alanda
izoskaler
ve gibi
izovektör
terimlerin
olmasından
dolayı
dönme
dönüşümlerine
göre
değişmez
+
değişmez
değildir.
Bu
nedenle
toplam
açısal
 ve

almaktadır
[19].
Bilindiği
deforme
dönme
değişmezliğinin
kırılmasının
neden
Goldstone
sahte
dalının
yalıtmasıçekirdeklerde
analitik
olarak
gösterilecek
restore
edici 2 kuvvetlerin
karşı 2gelen1+  ve   genlikleri fonon operatörünün (8)
C  Cmo s operatörlerine
ss   s  mıştır:
i
i
Goldstone sahte dalının
yalıtması
analitik
olarak
gösterilecek
ve
restore
edici
kuvvetlerin
1

] dönüşümlerine

  =1
dönme
 bileşenleri
1 ortalama göre değişmez
+terimlerin
alanda
izoskaler
izovektör
mentum
korunmamaktadır
veHdipol
bunun
ν=±1 bile-olmasından
[bunun
 eksenel
 simetrik
Hamiltoniyeni
Süperakışkan
çekirdeklerin
olduğu
=0
Goldstone
dalıdeforme
simetrisinden
dolayıve
manyetik
1korunmamaktadır
titreşimlerine
karışmaktadır.
Budolayı
sqp kuasiparçacık
değildir.
Bu
nedenle
toplam
açısal
momentum
ve
Hsqp
seviyelerine
etkisi
incelenecektir.
i2
i2

seviyelerine etkisi
incelenecektir.
bağıntısına
uygun
olarak
bire
normlanmıştır:
[        ]  1 Hamiltoniyeni
ileanakomut
değildir,
şenleri
Hsqp mikroskobik

(9) Hsqp
dalın
titreşim
hallerinden
ayrılması
modellerin
problemlerinden
biridir.
Bu
kısımda
değildir.
Bu
nedenle
toplam
açısal
momentum
korunmamaktadır
ve
bunun
=1 bileşenleri
alanda izoskaler
izovektör
terimlerin
olmasından dolayı dönme çekirdeklerde
dönüşümlerine1+göre
değişmez
Hamiltoniyeni
ile ve
komut
değildir,
[Hsqp,
, Jkuasiparçacık
seviyelerinin
1]0. Buna göre deforme 
,
J
]≠0.
Buna
göre
deforme
çekirdeklerde
[H
Hamiltoniyeni
eksenel
simetrik
ortalama
Süperakışkan
deforme
çekirdeklerin
H
2
2
sqp
etkin kuvvetlerin
seçilmesi
için
Kuliev
ve
d.
tarafından
[20]
geliştirilen
yöntemi
uygulayarak
i
sqp,
±1
(9)
[ i    simetrik
Hamiltoniyeni
eksenel
ortalama
Süperakışkan
deforme
çekirdeklerin
Hsqp kuasiparçacık
bilinen
  ]  1deforme
Hamiltoniyeni
ileelde
komut
değildir,
[H
J1]0.
Buna
göre
çekirdeklerde
1+ seviyelerinin
sqp,,etkin
iyi
bilinen
yöntemleri
değildir.
Bu nedenle
toplam
açısal
momentum
korunmamaktadır
veQRPA’nın
bunun
=1
bileşenleri
Hhamiltoniyenin
QRPA’nın
iyi
yöntemleri
kullanılarak
özdeğer ve özf
sqp kullanıla
seviyelerinin
incelenmesinde
doğru
sonuçlar
1+ ve
incelenmesinde
doğru
sonuçlar
etmek
için
ve
kuvvetlerin
dönme
alanda izoskaler
izovektör
terimlerin
dolayı
dönme
değişmez
Goldstone
sahte dalının
yalıtması
analitik
olarakolmasından
gösterilecek
ve restore
edici dönüşümlerine
kuvvetlerin
1+ göreseçilmesinde
alanda izoskaler
ve etmek
izovektör
olmasından dolayı
dönme dönüşümlerine
göre değişmez
rakçözülerek
hamiltoniyenin
özdeğer
ve özfonksiyonları
QRPA’nın
iyi
bilinen
kullanılarak
hamiltoniyenin
özdeğer ve öz
elde
içinterimlerin
ve etkin
seçilme+
incelenmesinde
doğru
elde
etmek
için
veyöntemleri
etkin
kuvvetlerin
seçilmesinde
dönme
denklemi
bulunur.
seviyelerine
incelenecektir.
Hamiltoniyeni
ile
komut
[Hsqp,,kuvvetlerin
Jsonuçlar
]0. hareket
Buna
göre
deforme
çekirdeklerde
1sqp
seviyelerinin
1
değildir. etkisi
Bu nedenle
toplamdeğildir,
açısal
momentum
korunmamaktadır
veiyi
bunun
=1
bileşenleri
H
değişmezliğinin
restorasyonu
çok önemlidir.
QRPA’nın
bilinen
yöntemleri
kullanılarak
hamiltoniyenin
özdeğer ve özfonksiyonları aşağıdaki
aşağıdaki
çözülerek
bulunur.
değildir. Bu nedenle
toplam değişmezliğinin
açısal momentum restorasyonu
korunmamaktadır
ve bunun
=1 hareket
bileşenleridenklemi
Hsqp
sinde dönme
çok
hareket
denklemi
çözülerek
bulunur.
hareket denklemi
çözülerek
bulunur.
+
değişmezliğinin
restorasyonu
çokiçin
önemlidir.
Hamiltoniyeni
ile
komut
değildir,
, J1]0.
Buna
göre
deforme
çekirdeklerde
incelenmesinde
doğru
sonuçlar
elde
etmek
ve
etkin
kuvvetlerin
seçilmesinde dönme
kuasiparçacık
Hamiltoniyeni
eksenel
simetrik
ortalama 1 + seviyelerinin
Süperakışkanönemlidir.
deforme
çekirdeklerin
H[H
sqpsqp,
Hamiltoniyeni
ile
komut
değildir,
+ [Hsqp,, J1]0. Buna göre deforme çekirdeklerde 1 seviyelerinin 
durumlarını
üreten
spin-spin
kuvvetleri
ve
izoskaler
Deforme
çekirdeklerin
1
[
H

h

(hV0) ve
, Qi izovektör
]  i Qi (10)
sqp
0
alanda
izoskaler ve izovektör
terimlerin
olmasından
dolayı
dönme
göre[ Hdeğişmez
incelenmesinde
doğru sonuçlar
elde
etmek
için
ve dönüşümlerine
etkin kuvvetlerin
seçilmesinde h1dönme
(10)
değişmezliğinin
çok
önemlidir.
sqp  h0  h1  V , Qi ]  i Qi
+

 (h ) ve izovektör
incelenmesinde restorasyonu
doğru sonuçlar
elde
etmek
için
ve
etkin
kuvvetlerin
seçilmesinde
dönme
+
durumlarını
üreten
spin-spin
kuvvetleri
ve
izoskaler
Deforme
çekirdeklerin
1
0
[
H

h

h

V
,
Q
]


Q
durumlarını
üreten
Deforme
çekirdeklerin
1
(hdeğildir.
)
restorasyon
etkileşmelerini
içeren
model
Hamiltoniyen
şu
şekilde
yazılır
[21-23]:
sqp
0
1

i
i
i
1
Bu
nedenle
toplam
açısal
momentum
korunmamaktadır
ve
bunun
=1
bileşenleri
H
sqp
değişmezliğinin restorasyonu çok önemlidir.
ωi enerjileri
Buradaki
değişmezliğininspin-spin
restorasyonu
çok önemlidir.
i enerjileri
Buradaki
) ve
izovekkuvvetleri
veBuna
izoskaler
(h0içeren
+
+J1]0.
(h
)
restorasyon
etkileşmelerini
model
Hamiltoniyen
şu şekilde
[21-23]:
Hamiltoniyeni
ile
komut
değildir,
[H
,
göre
deforme
çekirdeklerde
1
seviyelerinin
1
sqp,
spin-spinkuvvetleri
ve
izoskaler
(h0yazılır
) ve izovektör
Deforme çekirdeklerin 1 durumlarını üretenBuradaki
enerjileri
i
+
)
restorasyon
etkileşmelerini
içeren
model
tör
(h
durumlarını
üreten
spin-spin
kuvvetleri
ve
izoskaler
(h
)
ve
izovektör
Deforme
çekirdeklerin
1
0
H

H

h

h

V
(3)2
1
incelenmesinde
doğru
sonuçlar
elde
ve etkin
kuvvetlerin
seçilmesinde
dönme (h ) ve izovektör
sqp
0etmek1 içinüreten
spin-spin
kuvvetleri
izoskaler
Deforme
çekirdeklerin
1+ durumlarını
Buradaki
0
i2  2
JX 1  2 J1 XX 1 
X2
(h1) restorasyon
etkileşmelerini
içeren model
Hamiltoniyen
şu 
şekilde
yazılır
2
2 [21-23]:
iveenerjileri

0
Hamiltoniyen
şu
şekilde
yazılır
[21-23]:




J
J
J

(

)

8

8



eff
i
i
(h1) restorasyon
etkileşmelerini
içeren model
yazılır i[21-23]:

H Hamiltoniyen
H  h  şu
h şekilde
V
(3)(11)
değişmezliğinin
restorasyonu
çok önemlidir.
D
D
 F  1
sqp
0 şu
1 şekilde
 yazılır [21-23]: 



(h1) restorasyon etkileşmelerini içeren model Hamiltoniyen
 1 1 X 2
i2  2
JX 12  2 J1 X
2
2





J
J
J

(

)

8

8

edici
etkin
kuvvetleri
aşağıdaki
gibi
seçebiliriz:
Bu ifadedeki
h
0 ve hH
1 restore


i
eff
i
i
1
+
(3)
1 sqp
Hdurumlarını
h
V
2  olarak
2 (3)
üreten
kuvvetleri ve
izoskaler
(h0)çözülerek
ve
izovektör
Deforme çekirdeklerin
(11)

seküler
denklemi
elde edilir. Bu bölümdeki
verilmiştir.JX 2 D
sqp
1 spin-spin
H H
 h0hh01 
V
F
DX
 1 ayrıntılı
 (3)fonksiyonlar
 [20]’de
i 1   J 2  8
1 2 J1
H ifadedeki
H sqp  h0  h
h ve
Vh1 restore edici etkin kuvvetleri aşağıdaki

J  8
i2 J eff (gibi
i2 (3)
Bu

i )  seçebiliriz:
1
(h1) restorasyon etkileşmelerini
içeren model10Hamiltoniyen
şu şekilde yazılır [21-23]:


D
F
D



1
1
Bu ifadedeki
1 h0 ve h1 restore edici etkin kuvseküler
denklemi
çözülerek
elde
edilir.
Bu
etkin
kuvvetleri
Buifadedeki
ifadedeki hh0 0veveh1hrestore
  edici
[ H etkin
 Vkuvvetleri
] [ H sqp
gibi
V1 ,seçebiliriz:
J  ]gibi seçebiliriz:
(4) fonksiyonlar [20]’de ayrınt
restore
edici
aşağıdaki
Bu
01 aşağıdaki
1 , J  aşağıdaki
vetleri
seçebiliriz:
seküler
denklemi
çözülerek
elde
edilir. Bu bölümdeki
 Hhsqp
h0 2
h1edici
 V gibi
(3) fonksiyonlar
etkinsqp
kuvvetleri
gibi
seçebiliriz:
Bu ifadedeki hH
0 ve
1 restore
bölümdeki
1aşağıdaki
2.3.
FotonÇekirdek
Uyarılma
Tesir Kesitleri [20]’de ayrıntılı olarak
0



h0  
[ H sqp  V1 , J  ] [ H sqp  V1 , J  ]
(4)
sekülerTesir
denklemi
edilir.
Bu bölümdeki
fonksiyonlar
ayrı
kesiti verilmiştir.
hedefçözülerek
üzerine gelenelde
parçacık
demetinin
hedefle etkileşme
girme ihtimalini[20]’de
ifade
1
 2 0 
(4)
h0 edici
 1etkin
[
H

V
,
J
]
[
H

V
,
J
]
(4)
1
kuvvetleri
aşağıdaki
gibi
seçebiliriz:
Bu ifadedeki h0 ve h1 restore

sqp
1   sqp 1 eder. Tesir kesiti için kullanılan standart birim barn’dır.1 barn = 10-24 cm2’dir. Tesir kesiti ve
1
] [HV1sqp
hh0h0
2  [ H[sqp
V1],
J V] , [JH sqp
, J ] V1 , J  ]
(4)
(4)
(5)
V[1H, Jsqp
1 202
 [V11, J 
]
2010  
dolasıyla
da etkileşim olasılığı, hedefin türüne, reaksiyonun türüne, gelen parçacıkların enerjisine ve
1

1

(3)

(5)
h1 V1, J  ]
[V1, J  ] [V1, J  ]
(4)
[1H sqp  V1, J  ] [H sqp
türüne
bağlıdır.
2.3.
Foton Çekirdek Uyarılma
(5)Tesir Kesitleri
h120  1  [V1, J  ][V1, J  ] 2 1 
2.3. Foton Çekirdek
(5) Uyarılma Tesir Kesith1   21 1
[V , J ] [V , J ]
(5) bir ve birkaç tane fotonun,
h1  21  1 [V1, J 1] [V1, J  ]
(5) Foton
2.3.
Çekirdek
Uyarılma
Tesir
Kesitleri
Büyük
enerjili
fotonların
çekirdekler
tarafından
soğrulması
veya
Tesir
kesiti
hedef
üzerine
gelen
parçacık
demetinin hedefle etkileşme
1
ifadesindekih V  , [V ,2J1][V , J ]
leri (5)
 1  1 
1
h0  

nötron, proton v. s. yayınlanmasıyla giden elektromanyetik süreçlere foto-nükleer reaksiyonlar denir.
Tesirkesiti
kesitiiçin
hedef
üzerine gelen
parçacık
demetinin hedefle
eder.
Tesir
kullanılan
standart
birim
barn’dır.1
barn =etkileşme
10-24 cm
Foton enerjisinin nötron
bağ kesiti
enerjisinden
küçük
değerlerinde
ayrı-ayrı
çekirdekdeseviyelerinden
Tesir
hedef
üzerine
gelen
parçacık
-24
   
1
eder.
Tesir
kesiti
içinolasılığı,
kullanılan
standart
birim
= 10parç
c
rezonans
saçılmalar
da olabilir.
Bu
tür saçılmalar
atomlardaki
flüoresans
rezonanslar türüne,
gibibarn
 fotonun
dolasıyla
da etkileşim
hedefin
türüne,
reaksiyonun
gelen
(3)
ifadesindeki
(3) ifadesindeki
V  ,V 
V,   




(6) barn’dır.1
metinin
hedefle
etkileşme
girme
ihtimalini
ifade
i
j
(6)
i
j
   




12
1
çekirdek
tarafından
virtüyel
olarak
soğrulması
ve
yayınlanması
yoluyla
meydana
gelir.
i i
j ji V
V  1  
(6)kullanılan
j   
dolasıyla
da etkileşim
olasılığı,
hedefin
türüne, standart
reaksiyonun
eder. Tesir
kesiti için
birimtürüne,
 i jbağlıdır.
(6) gelen par
türüne
ij
V1  2  i 
(6)
 i j i  
j
 j 
2
-24
2
σ ve τi sırasıyla
spi- rezonans
21i jgibidir.
j
V şeklindeki
  
i i j j  Burada
(6)
cm
’dir.
Tesir
kesiti
ve
barn’dır.1
=
10
Fotonların
saçılmabarn
tesir kesiti
Breit-Wigner
formülü
ile
aşağıdaki
gibi ifade



türüne bağlıdır.
2V i j 
 i eden
(6)
j i spini

 
jPauli
ni veBurada
izotop
spini
temsil
matrisleridir.
edilmektedir.
dolasıyla
da etkileşim
olasılığı,
hedefin
türüne,
şeklindeki gibidir.
ve
sırasıyla
ve
izotop
spini temsil
edenfotonların
Pauli
matrisleridir.
2
Büyük
enerjili
çekirdekler
tarafından
soğrulması
veya bir v
i
j

şeklindeki gibidir. Burada  ve  sırasıyla spini ve izotop spini temsil eden Pauli matrisleridir.
reaksiyonun
türüne,
gelen
parçacıkların
enerjisişeklindeki
gibidir.
Burada

ve

sırasıyla
spini
ve
izotop
spini
temsil
eden
Pauli
matrisleridir.
şeklindeki
gibidir.
 temsil
ve  eden
sırasıyla
spini
ve
izotop
spini
temsil
eden
Pauli
matrisleridir.
şeklindeki gibidir. Burada

ve

sırasıyla
izotop
spini
Pauli
matrisleridir.
+ spini veBurada
Büyük
enerjili
fotonların çekirdekler
tarafından soğrulması veya bir
fonksiyonQRPA ’da 1 seviyelerinin dalganötron,
proton v.
yayınlanmasıyla
+
nes.
veolarak
türünebakılacaktır:
bağlıdır. giden elektromanyetik süreçlere foto-nükl
seviyelerinin
dalga
fonksiyonlarına
bir fonon
fonksiyonu
QRPA
dalga
fonksiyonlarına
bir
fonon
fonksiyonu
olarak
bakılacaktır:
QRPA’da
’da+ 11++ seviyelerinin
larınaBurada
bir fonon
fonksiyonu
olarak
şeklindeki
gibidir.
 vefonksiyonlarına
 sırasıyla
vebakılacaktır:
izotop
spini
temsil
eden
Pauli
nötron,
proton
v. bakılacaktır:
s.
yayınlanmasıyla
giden elektromanyetik
süreçlere
foto-nük
dalga
bir fonon
fonksiyonu
olarak
QRPA
1 seviyelerinin
dalga fonksiyonlarına
bir fononspini
fonksiyonu
olarak
bakılacaktır:
QRPA
’da’da
1 seviyelerinin
enerjisinin
bağmatrisleridir.
enerjisinden
küçük değerlerinde
ayrı-ayrı
çe
dalgaFoton
fonksiyonlarına
birnötron
fonon fonksiyonu
olarak bakılacaktır:
QRPA
’da 1+ seviyelerinin
Büyük
enerjili
fotonların
çekirdekler
tarafınFoton enerjisinin
nötron
bağ Bu
enerjisinden
küçük
değerlerinde
ayrı-ayrı
1 i  iCi   rezonans
 
 i  C 
i saçılmalar
da(7)olabilir.
tür
saçılmalar
atomlardaki
flüoresans
rezoç
1  1
(7)
] 
Q

i
(7)tane
1 [
i i

C
 (7)




 iQ
[
C
C0 dan
]




soğrulması
veya
bir
ve
birkaç
fotonun,
i

i0   





i 
Q
]
fonon



bir
fonksiyonu
olarak
bakılacaktır:
QRPA ’da 1+ seviyelerinin


i0
0[fonksiyonlarına
0

  C


i 0Q dalga
(7)









[
C

C
]







2 
, 
i

 1 
i 20 ,
0
i
rezonans
olabilir.
atomlardaki
flüoresans
rez
2 ,2i , Qi 0çekirdek
giden
elekt-yoluyla
(7) meydana
Cvirtüyel
da
proton
 v.Cs. Bu
] tür

[saçılmalar

0 saçılmalar
 i nötron,
yayınlanmasıyla
tarafından
soğrulması
ve yayınlanması

 olarak


2

,

[Qi , Q[iQ
 iii '' ]  ii '
(8)
(8)
romanyetik
süreçlere
foto-nükleer
reaksiyonlar yoluyla meydan
' ]i, Q
1
çekirdek tarafından
virtüyel
olarak soğrulması
ve
yayınlanması
i
[[QQ
ii' ii
,iQ
(8)
(8)
(7)
i ,iQ
i ' i]
' ]Q
'0 
[   C     i  C  ] 0
i
Fotonların rezonans saçılma tesir kesiti Breit-Wigner formülü
ile
2i ,Q,i' ]   ii '
[Q
(8)
Fotonların rezonans saçılma tesir kesiti Breit-Wigner
formülü ile
179
edilmektedir.
[Qi , Qi' ]   ii '
(8)
edilmektedir.
2

(3), 1ifadesindeki
ifadesindeki
V  ,
(3) ifadesindeki V (3)
(3) ifadesindeki V  ,



 rez 
 rez  EE
 = 
2
E02  Erez

(14a)
1 2
 ,
4
 0   E 0  =
,
6

(14b)
  


 2
 k  rez
(14c)
şeklindedir.
denir. Foton enerjisinin nötron bağ enerjisinden
ne göre simetrik yapıya sahip olmasından dolakesitinin Lorentz eğrisi şeklinde olması (13) tesir kesiti ifadesinin E0 rezonans merkezine göre
küçük değerlerinde ayrı-ayrı çekirdekTesir
seviyeleyıdır.
simetrik yapıya sahip olmasından dolayıdır.
rinden rezonans saçılmalar da olabilir. Bu tür saÇekirdek taban durumundan dipol seviyeleçılmalar atomlardaki flüoresans rezonanslar
Çekirdek gibi
taban durumundan dipol seviyelerinin tam katı açı üzerinden elektro-manyetik dipol
rinin
tam katı açı üzerinden elektro-manyetik
γ fotonun çekirdek tarafından virtüyel
olarak
uyarılma
integral tesir kesiti aşağıdaki formülle ifade olunur [7,8,13]
dipol uyarılma integral tesir kesiti aşağıdaki forsoğrulması ve yayınlanması yoluyla meydana
mülle ifade olunur [7,8,13]
gelir.
Fotonların rezonans saçılma tesir kesiti Breit-Wigner formülü ile aşağıdaki gibi ifade edilmektedir.
σ rez (γ , γ ' ) =
2
(2 J exc + 1) π (c) Γ f
(2 J 0 + 1) E 2 Γ ( E
Γ02
− ER )2
 rez ( ,  ' )   

02
1 (2 J exc  1)  (c) 2  f
dE

2
2
2

2 (2 J 0  1)
E
  ( E  E R )  0 / 4
(15)
(15)
(12)
Bilindiği gibi foton enine dalga olduğundan
gibi foton enine dalga olduğundan z-bileşeni sıfırdır. Buna göre de  de
z-bileşeni sıfırdır. Buna göre de σ değerinin
ve ta-alındığında
Burada Jexc ve J0 çekirdeğin uyarılmış
ortalaması
(12) ortalaması
eşitliğinin sağ
tarafı ½(12)
katsayısı
ile çarpılır. (15) ifade
spin’e göre
alındığında
eşitliğiban durumunun spinleridir. E uyarılan seviyeler,
nin
sağ
tarafı
½
katsayısı
ile
çarpılır.
(15)
ifa
[24] göz önünde bulundurarak ortalama tesir kesiti için
değerinin
rezonans / 2 olduğunu
ER seviyenin rezonans enerjisi, Γ ise
desindeki integralinin değerinin π olduğunu
Γ/2
genişliğidir. Foto nükleer reaksiyonlar çoğun[24] göz önünde bulundurarak ortalama tesir
lukla dipol γ fotonlarının soğrulmasıyla oluşur.
kesiti için
(2 J exc  1) (c) 22 0  f
Breit-Wigner formülünde soğurulmanın etkin
 rez ( ,  '' )  (2 J exc
+ 1) (πc ) Γ0 Γ f

σ rez (γ , γ ) = (2 J 0  1) E 22
(16)
tesir kesiti barn mertebesinde olur (1b = 10-24
(2 J 0 + 1) E
Γ
2
cm ). Çekirdek radyasyon kalınlıklarının çok
ifadesi elde edilir.
ifadesi rezoelde edilir.
dar olmasından dolayı bu tür seviyelerden
nans saçılma integral tesir kesitlerinin değerleri
Bu çalışmamızdaki amacımız çekirdek taban
rezonans enerjisinin etrafında dar Bu
bir bölgede
durumundan i ene
çalışmamızdaki
çekirdek
taban
durumundan
ωi enerjili
dipol(J(J
=1) se(J0=0) amacımız
0=0)
exc
maksimuma ulaşır.
viyelerininuyarılma
fotonlarla
uyarılma
tesir hesaplamaktır.
kesitlerini
seviyelerinin fotonlarla
tesir
kesitlerini
Sonuç olarak
hesaplamaktır. Sonuç olarak (16) formülünden
yapan dipol uyarılma tesir kesiti için aşağıdaki sade formül elde edilir:
Gamma ışınlarının Erez enerjili titreşim
yararlanarak
yararlanarak dipol uyarılma tesir kesiti için aşadipol ’dan tam saçılma tesir kesitinin analitik
ğıdaki sade formül elde edilir:
ifadesi aşağıdaki gibidir [1].
3(c) 2 0  f
σ
(

)

eVb
2 2
i
 
E Γ
3(
π2c) 2 Γ0 Γ f
σ = σ0 2
i
ó (ω ) =
eVb
(13)
( E0 − E 2 ) 2 + E 2 Γ 2
Γ
γγ ′ i
(17)
ω i2
Burada
( )rez  EE
Γγ = Γγ

rez
3

 ,


+Bilindiği
Γ02 / 4
Sayısal olarak (17) Sayısal
formülünü
aşağıdaki
şekilde yazabiliriz:
olarak
(17) formülünü
aşağıdaki şekilde yazabiliriz:
(14a)
σ  (i ) 
11,54 0 f
i 2 
eVb
(18)
Burada ωi MeV birimlerinde, Γ kalınlıkları
ise
meV birimlerindedir.
Eğer
ömür
bilini≡
Burada(14b)
i MeV birimlerinde,
 kalınlıkları
iseyarı
meV
birimlerindedir.
Eğer yarı öm
yorsa dipol kalınlığı(Γ) da buluna bilir. Manyekalınlığı() da tik
buluna
Manyetik
dipol uyarılmaları
durumunda M1 geçiş
dipol bilir.
uyarılmaları
durumunda
M1 geçiş rad6π  Γγ 
yasyon ışınım genişliği,
genişliği,


σ 0 ≡ σ (E 0 ) =
(14c)
Γ  k 2  rez
Γ(M1) = 3,86ωi 3 B( M 1) meV
(19)
şeklindedir.
(M1)  3,86i 3 B(M1) meV
formülüyle ifade edilir. Burada ω i uyarılma
Tesir kesitinin Lorentz eğrisi şeklinde olması
enerjisi MeV biriminde ve B(M1) ise
(13) tesir kesiti ifadesinin E0 rezonans merkeziformülüyle ifade edilir. Burada  i uyarılma enerjisi MeV biriminde ve B(M1
E02
180
2
Erez
1
+ Γ 2 ,
4
cinsinden verilmiştir.
3. SONUÇLAR VE YORUMLAR
. Eğer yarı ömür biliniyorsa dipol
unda M1 geçiş radyasyon ışınım
(19)
 N2  (
inde ve B(M1) ise
e 2
)
2mc cinsinden
verilmiştir.
3. SONUÇLAR VE YORUMLAR
Sayısal hesaplamalar 176,178,180Hf çekirdeği
izotopları için Dudek ve Werner tarafından geliştirilmiş küresel Woods-Saxon tek parçacık
bazında yapılmıştır [25]. Çekirdek ortalama alan
deformasyon
n Dudek ve Werner
tarafındanparametresi δ2 [26] deneysel kuadrapol momentten bulunan β2 deformasyon paratır [25]. Çekirdek metresi
ortalamakullanılarak
alan
hesaplanmıştır [27]. Korelasyon
teorisinin ∆ ve λ nicelikleri hesaplanarak
lunan 2 deformasyon
parametresi
Tablo 1’de gösterilmiştir.
celikleri hesaplanarak Tablo 1’de
Tablo 1. 176-180Hf izotopları için ∆ ve λ nicelikleri
(MeV birimlerinde)
∆n
λn
GNA
∆p
λp
GZA
δ2
176
Hf
0.98
-7.342
27
0.98
-6.374
21
0.205
178
Hf
1.00
-6.975
20
1.00
-6.984
20
0.195
180
Hf
1.14
-6.608
20
1.00
-7.523
22
0.192
Çekirdek
Çekirdeklerin mikroskobik modeli çerçevesinde Guliyev ve d. [15,21] tarafından geliştirilen dönme ve öteleme değişmez RPA metodunu
kullanarak restore edici etkin izoskaler ve izovektör etkileşmelerinin deforme aktinit elementlerinde doğurduğu manyetik ve elektrik dipol
tipli kolektif uyarılmaların indirgenmiş B(M1)
özellikleri geniş enerji aralığında teorik olarak
incelendi. Bu titreşimlerin radyasyon kalınlıkları ve fotonlarla uyarılma tesir kesitleri çalışma
[23] sonuçlarından yararlanarak hesaplanmıştır.
Aşağıdaki resimde 1+1 seviyelerin M1 indirgenmiş ihtimallerinin teorik değerleri ( µ N2 birimlerinde) uygun deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.
Şekil 1. Çift-Çift 176-180Hf çekirdeklerinin 1+1 seviyelerinin M1 indirgenmiş ihtimallerinin teorik de2
ğerlerinin( µ N birimlerinde) uygun deney [28,29]
sonuçlarıyla karşılaştırılması.
Şekilden görüldüğü gibi teorik ve deney
sonuçları ölçüm hataları çerçevesinde, uyum
içindedir. İncelemeler, 176Hf izotopu için deney
sonuçlarının teorik sonuçlardan bir az küçük
olmasını deneyde fona gömülmüş seviyelerden
dolayı olduğunu göstermiştir.
İncelenen çekirdeklerin 1+ seviyelerinin
enerji ve seviye kalınlıkları gibi kolektif karakteristiklerinin teorik değerlerini kullanarak NRF
deneylerinde elde edilmiş ortalama saçılma tesir
kesitleri teorik sonuçlarla (Tablo 2-4) karşılaştırılmıştır.
Hf çekirdekleri 1+ seviyelerinin σγ esnek olmayan saçılma tesir kesitleri, Γ radyasyon
bozunum genişlikleri (18) ve (19) formüllerinin
yardımıyla hesaplanmış, B(M1) ve E enerjilerinin uygun değerleri sırasıyla Tablo 2,Tablo 3 ve
Tablo 4’de gösterilmiştir. İlk 4 kolonda teorik
sonuçlar sonraki 4 kolonda ise bunlara uygun
deneysel [28] veriler belirtilmiştir.
176,178,180
Tablo 2. 176Hf çekirdeğinde 1+ seviyelerinin hesaplanmış integral karakteristiklerinin deney sonuçlarıyla karşılaştırılması. Hesaplamalar tesir kesitinin
(18) formülündeki ifadesinde Γf=Γ0 olarak ele alınmıştır.
DENEYSEL SONUÇLAR[28]
TEORİK SONUÇLAR
σ
Enerji
(meV)
(eVb)
(MeV)
7,4706
15,505 2,044
0,131
4,3
7,6
29,197
54,915 2,514
0,150
9,3
12,6
0,441
30,014
51,040 2,722
0,504
39,2
43,3
2,945
0,179
17,602
23,421 2,885
0,104
9,8
7,9
3,117
0,360
41,973
49,855 2,940
0,143
14,0
13,7
3,150
0,155
18,652
21,692 2.994
0,082
8,6
6,9
3,204
0,211
26,719
30,036 3,107
0,134
15,5
12,4
3,235
0,253
32,976
36,363 3,159
0,127
15,4
11,8
3,321
0,065
9,166
9,5907 3,222
0,046
6,1
4,2
3,753
0,309
62,886
51,523 3,232
0,053
7,1
4,9
4,009
0,219
54,327
39,007 3,261
0,390
52,2
33,1
Enerji B(M1)
(MeV) ()
2,358
0,148
2,477
0,499
2,605
Γ0
Γ0
σ
B(M1)
()
(meV) (eVb)
181
4,043
0,095
24,171
17,065 3,550
0,174
30,1
19
4,054
0,078
20,008
14,049 3,627
0,068
12,6
7
3,662
0,135
45,3
30
3,671
0,135
25,8
15,6
3,767
0,170
35,0
18,3
3,805
0,090
19,2
10,3
3,816
0,224
47,9
27,9
Tablo 3. Hf çekirdeğinde 1 seviyelerinin hesaplanmış integral karakteristiklerinin deney sonuçlarıyla karşılaştırılması. Hesaplamalar tesir kesitinin
178
+
TEORİK SONUÇLAR
DENEYSEL SONUÇLAR[29]
Γ0
B(M1)
(meV)
()
σ
Enerji
(MeV)
(eVb)
Enerji
(MeV)
2,33
0,242
11,785
25,052
2,617
0,608
41,954
2,914
0,263
3,022
B(M1) Γ0
σ
Tablo 4. 180Hf çekirdeğinde 1+ seviyelerinin hesaplanmış integral karakteristiklerinin deney sonuçlarıyla karşılaştırılması. Hesaplamalar tesir kesitinin
TEORİK SONUÇLAR
Enerji B(M1)
(MeV) ()
Γ0
σ
(meV)
DENEYSEL SONUÇLAR [29]
(eVb)
Enerji
(MeV)
Γ0
σ
B(M1)
()
(meV) (eVb)
2,632
0,607
42,61
70,981
2,377
0,031
1,6
3,3
2,705
0,106
8,0773
12,739
2,493
0,091
5,5
7,5
2,996
0,289
29,922
38,469
2,582
0,252
16,7
10,9
3,044
0,359
38,984
48,552
2,617
0,466
32,2
36,2
3,097
0,162
18,527
22,291
2,712
0,171
13,2
7,4
3,121
0,132
15,45
18,304
2,812
0,033
2,87
4,2
3,343
0,157
22,582
23,319
2,88
0,02
1,84
2,6
3,722
0,266
52,805
43,987
2,892
0,166
15,5
14,5
3,876
0,123
27,575
21,181
2,948
0,254
25,1
23,9
2,993
0,095
9,8
12,7
()
(meV) (eVb)
2,248
0,084
3,7
3,6
3,011
0,08
8,4
6
70,693
2,334
0,281
13,7
13,6
3,068
0,164
18,3
12,7
25,054
34,05
2,439
0,112
6,3
5,7
3,081
0,024
2,71
3,3
0,173
18,382
23,228
2,613
0,459
31,6
36,2
3,086
0,028
3,22
3,9
3,089
0,083
9,4187
11,391
2,827
0,09
7,8
4,1
3,125
0,099
11,7
10,4
3,109
0,319
36,907
44,063
2,839
0,297
26,2
25,3
3,15
0,095
11,5
3,4
3,197
0,407
51,202
57,81
2,894
0,123
11,5
9,7
3,254
0,056
7,4
4,3
3,586
0,11
19,529
17,525
2,916
0,144
13,8
11,1
3,33
0,034
4,8
5
3,84
0,063
13,734
10,748
3,019
0,17
18,1
12,4
3,507
0,035
5,9
5,5
3,984
0,136
33,11
24,073
3,144
0,275
33
13,2
3,559
0,105
18,3
8,6
4,034
0,297
75,063
53,23
3,293
0,048
6,6
4,9
3,569
0,064
11,1
7,3
3,41
0,068
10,4
6,5
3,584
0,139
24,7
8,8
3,453
0,095
15,1
6,1
3,592
0,077
13,9
6,2
3,546
0,171
29,4
18,4
3,615
0,167
30,4
23,1
3,572
0,094
16,5
5,7
3,627
0,048
8,9
7,8
3,577
0,119
21
11,9
3,766
0,155
31,9
18,1
3,589
0,209
37,3
22,5
3,774
0,12
25
5,2
3,61
0,165
30,1
17,3
3,786
0,127
26,7
10,8
3,711
0,076
14,9
12,4
3,804
0,094
20
11,3
3,773
0,095
19,6
9,4
3,818
0,053
11,4
9
3,824
0,096
20,8
10,7
3,829
0,84
18,3
14,4
3,925
0,116
27,2
20,1
3,836
0,112
24,5
15,1
3,932
0,143
33,5
17
3,851
0,159
35,1
14,8
3,862
0,03
6,6
5,1
3,889
0,16
36,3
27,7
3,928
0,089
20,7
15,5
3,948
0,077
18,4
13,6
3,968
0,103
24,9
18,2
3,978
0,23
55
8,8
182
Sonuç olarak bu çalışmada deformeden küresele geçiş çekirdeklerinin manyetik dipol karakterli yörünge ve spin titreşimlerine karşı gelen Kπ=1+ uyarılmaları dönme değişmez QRPA
çerçevesinde 176,178,180Hf çekirdekleri örneğinde
irdelenmiştir. Bu seviyelerin enerjileri, foton
saçılma reaksiyonlarında uyarılma tesir kesitleri
σγγ, B(M1) ve Γγ radyasyon kalınlıkları hesaplamnarak uyğun deney sonuçları ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Hesaplamalar teorik sonucların, deney sonuclarıyla uyum içinde olduğunu
göstermiştir. 1+ uyarılmaların küçük deformasyonlu geçiş çekirdeklerinde gözlenmesi ve teorik sonuçların da bunu teyit etmesi Makas mod’
un deforme biçime sahip bütün çekirdeklere has
evrensel bir mod olduğunu göstermiştir.
Katkı ve yakın ilgilerinden dolayı Prof. Dr.
A. Kuliev’e teşekkürlerimizi bir borç biliriz.
KAYNAKLAR
[1] Davıdov A.S. “Theory of atomic nuclei’’
Atomizdat, Moscow, 1961.
[2] Metzger, F.R. Resonance fluorescence
in nuclei. Prog. Part. Nucl.Phys.7;54-88;
Metzger, F.R., 1978. Nuclear rezonance
fluorescence in 144Sm. Phys. Rev. C17,
939-943, 1959.
[3] Beil, H and Berdere, R. Monochromatic
and identifiable photons used in photonuclear research. Note CEA-N2144, 1-130,
1980.
[4] Skorka, S.J. Nuclear resonance fluorescence . In Nuclear Spectroscopy North
Holland Publ.Company, Amsterdam; 283310, 1975.
[5] Moreh, R. Review of intense gamma sources using neutron capture. Nucl.Instr. and
Meth.166;29-38 ; Studies in nuclear spectroscopy using the (γ,γ’) and the (γ,n) reactions. Nucl.Instr. and Meth. 166;69-84,
1979.
[6] Moreh, R. Low energy photon scattering. Intermediate Energy Nuclear Physics. World Scientific Pub.Co., Singapore;
1-63, 1982.
[7] Kneissl, U., Pitz, H.H., Zilges, A. Investigation of nuclear structure by resonance
fluorescence scattering. Prog. Part. Nucl.
Phys. 37, 349-433, 1996.
[8] Pitz, H.H., Berg, U.E.P., Heil, R.D., Kneissl,
U., Stock, R., Wesselborg, C. , Brentano, P.
von, Systematic study of low-lying dipole
excitations in 156,158,160Gd by photon scattering. Nucl.Phys. A492, 411-425, 1989.
[9] Berg, U.E.P., Blasing, C., Drexler, J.,
Heil, R.D., Kneissel,U., Naatz,W., Ratzek,
R.,Schennach, S., Stock, R., Weber, T.,
Wickert, H., Fıscher, B., Hollick, H., and
Kollewe, D. Photoexcitation of low-lying
collective states in 156,158,160Gd. Phys.Lett.
B149, 59-63, 1984.
[10] Baldwin, G.C. and Klaiber, G.C. Photo-Fission in Heavy Elements. Phys. Rev.
71(1), 3-10, 1947.
[11] Goldhaber, M. and Teller, E. On nuclear
dipole vibrations. Phys. Rev. 74(9), 10461049, 1948.
[12] Bohr, A., Mottelson, B. Nuclear Structure,
W.A. Benjamin, v.1, NewYork, 1969; v.2,NewYork, 1975.
[13] Guliyev E. Doktora Tezi “SEL γ-çekirdek
çarpıştırıcıları ile Nükleer spectroskopi ve
kolektıf çekirdek uyarılmaları’’ Ankara
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü 2002.
[14] Richter, A. Trends in nuclear physcics.
Nucl. Phys. A553, 417c-462c, 1993.
[15] Maidment, J.R. Ion acceleration at HERA.
Ion99 Workshop, Desy, Germany, 1999.
[16] Aktaş, H., Büget, N., Çiftçi, A.K., Meriç,
N., Sultansoy, S., Yavaş, Ö. New tool for
“old” nuclear physics: FELγ-nucleus colliders. Nucl. Instr. and Meth. A 428, 271275, 1999.
183
[17] Gabrakov, S.I., Kuliev, A.A., Pyatov, N.I.
States I π =1+ in even-even deformed nuclei. Sov. Journ. of Nucl. Phys. 12, 82-90,
1970.
[18] Gabrakov, S.I., Kuliev, A.A. , Pyatov N.I.
Salamov, D.I.,Schuiz, H.Collective 1+-states in double even deformed nuclei. 1972.
Nucl. Phys. A 182, 625-633, 1972.
[19] Soloviev, V.G. Theory of Complex Nuclei.
Pergamon Press New York, 1976.
[20] Kuliev, A.A., Akkaya,R., Ilhan,M., Guliyev, E.,Salamov, C., Selvi S. Rotational
invariant model of the states with Kπ=1+
and their contribution to the scissors mode.
Int.J. of Mod. Phys. E9, 249-261, 2000.
[21] E. Guliyev, F. Ertuğral, A.A. Kuliev
“Low-lying magnetic dipole strength distribution in the γ -soft even-even 130-136Ba’’
Eur. Phys. J. A 27, 313, 2006.
[22] Gouliev, A. and Yavaş, Ö. A search for
the collective Iπ=1+ excitations in 140Ce
nucleus at FELγ-nucleus collider. Bulg. J.
Phys. 27, 21-24, 2000.
[23] E.Guliyev, A.A.Kuliev, F.Ertugral. Systematic investigation of the low-energy
dipole excitations in176,178,180Hf within rotational, translational and Galilean invariant
quasiparticle RPA, Nucl. Phys.s A 915,78–
89, 2013.
[24] Dwight H.B. “Table of Integrals and other
mathematical data” Edition, 4. Publisher,
Macmillan, 1961.
[25] Dudek, J., Nazarewıcz, W., Faessler, A.,
Theoretical analysis of the single-particle
states in the secondary minima of fissioning nuclei, Nucl. Phys. A, 412, 61-91,
1984.
[26] Bohr, O. and Mottelson, B. Nuclear Structure Vol 2 ed. Benjamin, New York Amsterdam, 1975.
[27] Raman, S., Nestor, C.W. and Tikkanen, P.
At. Data Nucl. Data Tables 78, 1, 2001.
184
[28] Sheck, M., Belic, D., von Brentano, P.,
Carrol, J.J., Fransen, C., Gade, A., von
Garrel, H., Kneissl, U., Kohstall, C., Linnemann, A., Pitz, H.H., Stedile, F., Toman,
R. and Werner, V. Photon scattering experiments off 176Hf and systematics of low-lying dipole modes in stable even-even Hf
isotopes 176,178,180Hf, Physical Review C 67,
064313, 2003.
[29] Pietrella, N., Beck, O., Besserer, J., Von
Brentano, P., Eckert, T., Fischer R. et. al.
The scissors mode other magnetic and electric dipole excitations in the transitinonal
nuclei 178,180Hf, Nuclear Physics A 618,
1997.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
HAFİF 103,105,107 Te İZOTOPLARININ KABUK MODELİ HESAPLAMALARI
SHELL MODEL CALCULATIONS OF LİGHT 103,105,107Te ISOTOPES
Öznur DEMİRÖRS1*, Erdal DİKMEN1
Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, 32260, Isparta
1
ÖZET
Bu çalışmada, N= Z= 50 çift kapalı kabuğu etrafında bulunan iki proton artı artan nötron sayılarına uyan
Te izotopları için standart nükleer kabuk modeli hesaplamaları yapılmıştır. Yapılan kabuk modeli hesaplamalarında 100Sn çekirdeği kor olarak kabul edilmiş ve bu kor üzerinde bulunan 2s1/2, 1d3/2, 1d5/2, 0g9/2 ve 0h11/2
tek parçacık yörüngeleri model uzayı olarak seçilmiştir. İki- cisim etkin etkileşmeleri olarak CD-Bonn nükleon-nükleon (NN) etkin etkileşmeleri kullanılmış ve çok-kabuklu kabuk modeli hesaplamaları Drexel Üniversitesi Kabuk Modeli (DUSM) kodu kullanılarak yapılmıştır. Hesaplamalar neticesinde 103,105,107Te izotoplarının
taban ve düşük uyarılma durumları, pariteleri ve bu durumlara karşılık gelen uyarılma enerjileri elde edilmiştir.
Elde edilen teorik enerji spektrumları mevcut kaynaklarda yer alan deneysel değerlerle karşılaştırılmış ve kabul
edilebilir bir uyum içerisinde olduğu bulunmuştur.
103,105,107
Anahtar Kelimeler: Kabuk Modeli, 103,105,107Te, Enerji Spektrumu, CD- Bonn, NN Etkileşmeleri
ABSTRACT
In this study, the standard shell model calculations for the 103,105,107Te isotopes which are the nuclei consisting of two protons plus increasing neutron number around the doubly magic N= Z= 50 core. It is choosen
100
Sn as a doubly -magic core and the single particle orbits 2s1/2, 1d5/2, 1d3/2, 0g7/2 ve 0h11/2 around this core as a
model space. It has been carried out the shell model calculations by using the Drexel University Shell Model
(DUSM) code and CD-Bonn two-body effective interactions. As a result of the calculations, the low-lying
states, parities, and corresponding energies are calculated for the 103,105, 107Te isotopes. The obtained theoretical
energy spectra are compared with available experimental data and found to be reasonable agreement with the
experimental data.
Key Words: Shell Model, 103,105,107Te, Energy Spectra, CD- Bonn, NN interactions
*
Sorumlu Yazar/Corresponding author: Öznur DEMİRÖRS, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü,
32260, Isparta, Tel: 00902462114228, [email protected]
Bu çalışma SDUBAP 3310-YL1-12 no’lu proje ile desteklenmiştir.
185
N =derecelerini
Z = 50 çift içerdiğinden
kapalı kabuğu
çekirdeklerin
nükl
serbestlik
iyietrafındaki
bir seçimdir
ve Sn çekirde
ağırlıklı
çekirdeklere
geçiş
bölgesindeki
nükleer
özelliklerin
deneysel çalışmalar yapılmıştır[3,4,5,6,7]. Bu kütle bölgesindeki an
ha
sahiptir[2]. Periyodik
tablonunnükleer
bu bölgesinde
yer nasıl
alan değiştiğinin
çekirdekler
çekirdeklere
geçiş durumunda
özelliklerin
özelliklerinin
nükleervekabuk
modeli
içinçe
artan
nötron sayıları
iki proton
artıçerçevesinde
artan nötron anlaşılması
sayıları içeren
serbestlik
dereceleriniyapılması
içerdiğinden
iyi bir seçimdir ve Sn çekirde
modeli
çalışmalarının
gerekmektedir.
deneysel çalışmalar yapılmıştır[3,4,5,6,7]. Bu kütle bölgesindeki h
çekirdeklere geçiş durumunda nükleer özelliklerin nasıl değiştiğinin
İşte bu çalışmada amacımız, A=100 kapalı koru etrafında b
artan nötron
sayıları
ve103,105,107
Demirörs, Ö. ve Dikmen, E.
Muş Alparslan Üniversitesi
Fen Bilimleri
Dergisi,
1iki
(2),proton
185-190, artı
2013.artan nötron sayıları içeren çe
nötron sayılarına
uyan
Te izotopları
için standart nükleer kabu
modeli çalışmalarının yapılması gerekmektedir.
periyodik tablonun bu bölgesinde yer alan çekirdeklerin nükleer y
109
105
1.GİRİŞ
Xe → Bu
Tebölgedeki
→ 101Sn αçekirdekler
bozunması üzerine yapılan te
kullanarak
katkıda
bulunmaktır.
İşte
bu
çalışmada
amacımız,
A=100
kapalı B.Hadinia
koru etrafında
105
deneysel
çalışmalar
da birinci
devam
etmektedir.
Örneğin;
vd. (2
Te için
uyarılmış
seviyeden
esnasında
103,105,107
nötron
sayılarına
uyan
Te
izotopları
için
standart
nükleer
kab
Nükleer fizik araştırmacılarının yıllardan ilk temel
kez keşfedilmiş
ve
birinci
uyarılma
durumu
90
keV
olarak
önerilm
seviyeye olan gamma ışıması gözlemlenperiyodik
tablonun
bu
bölgesinde
yer
alan
çekirdeklerin
nükleer
beri üzerinde çalıştıkları konulardan biri nük- Recoil
kütle
spektroskopisi
kullanarak
yaklaşık
220- 225 MeV'lik eney
miştir.
Deney
sonucunda
52 protonçekirdekler
ve 53 nötkatkıda
bulunmaktır.
Bu
bölgedeki
üzerine yapılan
109
reaksiyonunu
kullanarak
Xe →te
leer yapı olarak bilinen atom çekirdeğinin ya- fisyon(bölünme)-buharlaştırma
105
Te
için
durumu
temel
durum
ronu
bulunan
deneysel çalışmalar
devam
etmektedir.
Örneğin;
105
Te için da
birinci
uyarılmış
seviyeden
temelB.Hadinia
seviyeye vd.
olan(2
pısını ortaya koymaktır. Nükleer yapının anla- esnasında
edilmiştir[3].
ilkkabul
kez keşfedilmiş
ve birinci uyarılma durumu 90 keV olarak önerilm
5
105
şılmasında ve çekirdeğin değişik özelliklerinin Deney
sonucunda
52 proton
ve 53 nötronu
Te için ene
Recoil kütle
spektroskopisi
kullanarak
yaklaşıkbulunan
220- 225 MeV'lik
2
tanımlanmasında nükleer kabuk modeli oldukça edilmiştir[3].
fisyon(bölünme)-buharlaştırma reaksiyonunu kullanarak 109Xe →
başarılı olmuş bir modeldir ve çekirdeklerin ya- esnasında
2. 105
TEORİK
HESAPLAMA
Te için birinci
uyarılmışMETODU
seviyeden temel seviyeye olan
5
pısını açıklamak için düşük enerji seviyelerinde
DeneyNükleer
sonucunda
proton veçekirdek
53 nötronu
bulunan 105Te için
kabuk52modelinde
nükleo2
standart model haline gelmiştir[1].
2. TEORİK
HESAPLAMA
METODU
nlardan
oluşan kuantum
mekaniksel
bir sistem
edilmiştir[3].
N = Z = 50 çift kapalı kabuğu etrafındaki
olarak ele alınır ve problem bu sistemi tanımNükleer
kabuk eşitiliğinin
modelinde çözümünü
çekirdek nükleonlardan
oluşan kuant
çekirdeklerin nükleer yapılarının araştırılması
layan
Schrödinger
gerekele
alınır
ve
problem
bu
sistemi
tanımlayan
Schrödinger
eşitiliğinin
çö
orta ağırlıklı çekirdeklere geçiş bölgesindeki
2. TEORİK HESAPLAMA METODU
tirir:
nükleer özelliklerin anlaşılması için önemli bir
(1)
𝐻𝐻 𝜓𝜓 = 𝐸𝐸 𝜓𝜓 yere sahiptir[2]. Periyodik tablonun bu bölgeNükleer kabuk modelinde çekirdek nükleonlardan oluşan kuan
Bu ifadede
H Hamiltoniyen
operatörünü
,ψ
sinde yer alan çekirdeklerin nükleer yapısının ele alınır
problem
bu sistemi tanımlayan
Schrödinger
çö
Bu ve
ifadede
H Hamiltoniyen
operatörünü
, ψ dalgaeşitiliğinin
fonksiyonun
dalga
fonksiyonunu
ve
E
enerji
özdeğerlerini
ve nükleer özelliklerinin nükleer kabuk modeli eder. Burada nükleer sistemi tanımlayan Hamiltoniyen ikinci kuan
𝜓𝜓ve
= yok
𝐸𝐸Burada
𝜓𝜓 etme nükleer
ifade𝐻𝐻 eder.
sistemioperatörleri
tanımlayancinsinden ifade edile
çerçevesinde anlaşılması için Sn çekirdekleri (creation)
(annihilation)
Hamiltoniyen
ikinci
kuantalanma
çerçevesinde
tamamen nötron serbestlik derecelerini içerdiBu ifadede
H Hamiltoniyen
, ψ dalga fonksiyonun
oluşturma
(creation)
ve yok
etmeoperatörünü
(annihilation)
ğinden iyi bir seçimdir ve Sn çekirdekleri üze1
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 + +
∑ 𝑉𝑉𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼
= ∑ 𝜀𝜀𝛼𝛼nükleer
𝑎𝑎𝛼𝛼+ 𝑎𝑎𝛼𝛼 + sistemi
𝑎𝑎𝛼𝛼 𝑎𝑎𝛽𝛽 𝑎𝑎𝛿𝛿 𝑎𝑎
eder. 𝐻𝐻Burada
tanımlayan
Hamiltoniyen
ikinci kuan
𝛾𝛾
operatörleri cinsinden2 ifade edilebilir:
rine bir çok teorik ve deneysel çalışmalar ya(creation) ve yok etme (annihilation) operatörleri cinsinden ifade edile
pılmıştır[3,4,5,6,7]. Bu kütle bölgesindeki hafif
Bu ifadede ilk terim valans nükleonlarının kapalı kor (d
çekirdeklerden orta ağırlıklı çekirdeklere geçiş
1
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 + +
∑ 𝑉𝑉𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼𝛼
𝐻𝐻
= ∑tek-cisim
𝜀𝜀𝛼𝛼 𝑎𝑎𝛼𝛼+ 𝑎𝑎𝛼𝛼 +
𝑎𝑎𝛼𝛼ikinci
𝑎𝑎𝛽𝛽 𝑎𝑎𝛿𝛿terim
𝑎𝑎𝛾𝛾 (2)ise etkin iki-cisim e
tanımlayan
bileşenlerini,
durumunda nükleer özelliklerin nasıl değiştiği2
+
nin anlaşılması için bir proton artı artan nötron cisim bileşenlerini temsil eder. İlk ve ikinci terimde yer alan 𝑎𝑎𝛼𝛼 , 𝑎𝑎𝛽𝛽
oluşturma operatörünü, tek parçacık enerjisini ve etki
sayıları ve iki proton artı artan nötron sayıları operatörünü,
Bu ifadede
ifadedeilkilkterim
terim
valans nükleonlarının kapalı kor (d
Bu
etmektedir.
Denklem
ile valans
verilen nükleonlarının
özdeğer denkleminin belirli bir çe
içeren çekirdekler üzerine nükleer kabuk mode- tanımlayan tek-cisim (2)
bileşenlerini, ikinci terim ise etkin iki-cisim e
kuantum
durumları,
pariteleri,
bunlara
karşılık tagelen enerji değerleri
kapalı kor (dolu kabuklar) ile etkileşmesini
li çalışmalarının yapılması gerekmektedir.
cisim bileşenlerini temsil eder. İlk ve ikinci terimde yer alan 𝑎𝑎𝛼𝛼 , 𝑎𝑎𝛽𝛽
nımlayan tek-cisim bileşenlerini, ikinci terim
operatörünü, oluşturma operatörünü, tek parçacık enerjisini ve etk
İşte bu çalışmada amacımız, A=100 kapalı
ise etkin Denklem
iki-cisim (2)
etkileşmelerini
tanımlamaetmektedir.
ile verilen özdeğer
denkleminin belirli bir ç
koru etrafında bulunan ve iki proton artı artan
yan
ikicisim
bileşenlerini
temsil
eder.
İlk ve
kuantum
durumları,
pariteleri,
bunlara
karşılık
gelen enerji değerleri
nötron sayılarına uyan 103,105,107Te izotopları için
ikinci terimde yer alan , , ve sırasıyla yok etme
standart nükleer kabuk modeli hesaplamaları
operatörünü, oluşturma operatörünü, tek parçayaparak periyodik tablonun bu bölgesinde yer
cık enerjisini ve etkin iki-cisim etkileşmesini
alan çekirdeklerin nükleer yapısının daha iyi antemsil etmektedir. Denklem (2) ile verilen özdelaşılmasına katkıda bulunmaktır. Bu bölgedeki
ğer denkleminin belirli bir çekirdek için çözüçekirdekler üzerine yapılan teorik çalışmalara
mü ile mümkün kuantum durumları, pariteleri,
paralel olarak deneysel çalışmalar da devam
bunlara karşılık gelen enerji değerleri ve dalga
etmektedir. Örneğin; B.Hadinia vd. (2004),
fonksiyonu elde edilir. Elde edilen dalga fonk107
Te gama ışıma geçişleri ilk kez keşfedilmiş ve
siyonunun kullanımı ile ele alınan çekirdeğin
birinci uyarılma durumu 90 keV olarak önerildiğer bazı nükleer özellikleri hesaplanabilir.
miştir[8]. S.N.Liddick vd. (2006), Recoil kütle
Denklem (1) ve (2) ile verilen problemin
spektroskopisi kullanarak yaklaşık 220- 225
çözümü
için M. Vallieres vd.(1993) yaptıklaMeV’lik enerji aralığında, 54Fe(58Ni; 3n)109Xe
rı çalışmada “Drexel University Shell Model
fisyon(bölünme)-buharlaştırma reaksiyonunu
(DUSM)” adı verilen farklı bir yöntem gelişti186
Demirörs, Ö. and Dikmen, E.
rilmiştir. DUSM algoritması, permütasyon grup
mantalitesinin yoğun bir şekilde kullanımına
dayanır. Bu metodta Hilbert uzayı iki parçaya
ayrılır: yörünge açısal momentumu (J) ve izospin (T). İzospin kuantum sayısı nötronları protonlardan ayırır. Çok-kabuklu kabuk modeli hesaplamalarında izospin fiziksel anlamının yanı
sıra etiketleme ve ayırt etme olarak da çok kullanışlıdır. İyi izospinli bir durum simetrik grubun herhangi bir indirgenemeyen gösterimine
ve buna uygun yörünge açısal momentum durumları konjüge gösterimlere aittir. İzospin gösterimlerinin iki satırla sınırlandırılması (t=1/2)
yörünge açısal momentum gösterimlerinin iki
sütuna sınırlandırılmasını ifade eder. İç çarpım
izoskalar faktörlerinin kullanımı ile iki konjüge gösterime ait durumlardan global olarak anti
simetrik durumlar oluşturulur. Bu yöntem bize
uygun bir şekilde tam bir J-T temel seti oluşturmayı sağlar[9,10].
Coefficients of Fractional Parentage(CFP)’
ler spin (J) ve izospin (T) uzaylarında N tane
parçacık için herbiri ayrı olarak hesaplanırlar.
Bu metot uygun birim ve ortogonal gruplar için
kuadratik Casimir operatörlerini temsil eden
matrislerin inşasını ve köşegenleştirilmesini
içerir. Antisimetrik çiftlenmiş J – T durumlarının CFP’ leri simetrik grupların konjuge gösterimlerine uygun J ve T’ ler için CFP’lerin çarpım terimlerinden sağlanır. Böylelikle bu yaklaşımda kuadratik Casimir operatörlerinin ortak
özvektörleri CFP’lerdir. Özdeğerleri ise permütasyon simetrisini ve senyoritiyi belirler (Novoselsky vd.,1988)[11]. Bu nedenle bu metot bize
az sayıda çiftlenmiş açısal momentum değerleri
ve öngörüleceği üzere büyük bir hesaplama zamanı kazandırır.
DUSM kodunun son aşamasında nükleer
sistemi tanımlayan Hamiltoniyen matrisinin hesaplaması yapılır. Bunun için daha önce hesaplanmış olan temel matris elemanları, CFP’ler,
iç (Inner product Isoscalar Factor - IISF) ve dış
(Outer product Isoscalar Factor - OISF) çarpımlar için çiftlenme katsayıları, tek parçacık enerjileri ve iki-cisim etkin etkileşme matris ele-
manları sistemin Hamitoniyen hesaplamasına
girdi olarak kullanılır. İnşa edilen Hamiltoniyen
matrisinin boyutuna bağlı olarak tam köşegenleştirme veya Lanczos iterasyon metoduyla köşegenleştirme yapılarak özdeğerler ve özvektörler elde edilir[12].
DUSM kodunun skalar ve paralel olmak
üzere iki versiyonu vardır. Hamiltoniyen boyutları 105’e kadar olan kabuk modeli hesaplamaları için DUSM kodunun skalar versiyonunu, 106
ve yukarı boyutlar için ise paralel versiyonunu
kullanılır. 103,105Te izotopları için nükleer sistemi
tanımlayan Hamiltoniyenin boyutları skalar versiyona, 107Te izotopunun Hamitoniyen boyutları
paralel versiyona uygun olduğu için her iki versiyon da kullanılmıştır. DUSM kodu ile yapılan
hesaplamalar Süleyman Demirel Üniversitesi,
Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümünde TÜBİTAK ve SDÜBAP projeleri desteğiyle kurulan Yüksek Başarımlı Paralel Bilgisayar Sisteminde (YUBBİS) yapılmıştır.
3. BULGULAR ve TARTIŞMA
Bu çalışmada, standart nükleer kabuk modeli kullanılarak 103Te, 105Te ve 107Te izotopları
için düşük enerji durumları hesaplanmıştır ve
hesaplamalar için 100Sn çekirdeği kor olarak
kullanılmıştır. Valans proton ve nötronları için
model uzayı olarak sdgh ana kabuğu olarak bilinen 2s1/2, 1d5/2, 1d3/2, 0g7/2 ve 0h11/2 tek parçacık
yörüngelerinden oluşan model uzayı seçilmiştir. Tek parçacık enerjileri olarak ise εs1/2=2,45
MeV, εd5/2=0,00 MeV, εd3/2=2,55 MeV, εg7/2=0,17
MeV ve εh11/2=3,20 MeV kullanılmıştır. Hesaplamalarda iki-cisim nükleon- nükleon etkileşimi
olarak CD-Bonn[13] iki-cisim etkin etkileşmelerini kullanılmıştır. CD-Bonn etkileşmesi bu
bölgede en iyi kabuk modeli sonuçlarını veren
etkileşmelerden olması nedeniyle seçilmiştir.
187
Şekil 2. 105Te çekirdeğinin deneysel ve teorik
düşük enerji spektrumları (~2,5 MeV’e kadar )
Şekil 1. 103Te çekirdeğinin teorik düşük enerji
spektrumu (~2,7 MeV’e kadar )
Şekil 1’de CD-Bonn etkin etkileşmesinin
kullanılmasıyla hesaplanan 103Te çekirdeği için
~2,7 MeV’e kadar olan tüm pozitif pariteli durumları içeren enerji spektrumu gösterilmiştir.
Hesaplamalar neticesinde durumu temel enerji seviyesi ve 2 MeV’nin altında ve durumları
sırasıyla 1., 2., 3., 4. ve 5. uyarılma enerji seviyeleri olarak tespit edilmiştir. Bu uyarılma seviyeleri arasında belirgin bir enerji aralıklarının
olduğu görülmektedir. Özellikle ile seviyeleri
arasında yaklaşık olarak 0,6 MeV’lik bir enerji
aralığı dikkat çekmektedir. seviyesinin üzerinde
ise birbirine yakın bir çok durum elde edilmiştir.
188
Şekil 2’de CD-Bonn etkin etkileşmeleri
kullanılmasıyla hesaplanan 105Te çekirdeği için
~2,5 MeV’e kadar olan tüm pozitif pariteli enerji spektrumu görülmektedir. S.N.Liddick vd.
(2006) tarafından yapılan deneysel çalışmada
durumunu temel durum olarak ve bu seviyenin
150 keV üzerinde durumu birinci uyarılmış durumu olarak gözlenmiştir. Bu verilen iki deneysel veri haricinde 105Te izotopu için literatürde
başka deneysel veri bulunmamaktadır (bizim
en iyi bilgimize göre). Bizim yapmış olduğumuz kabuk modeli hesaplamaları neticesinde
seviyesi temel durum olarak hesaplanmıştır ve
deneysel veri ile 150 keV farklıdır. Deneysel
temel durum olarak gözlenen durumu ise 254
keV yukarıda hesaplanmıştır. Şekil 2’de verilen
spektrumda da görüleceği üzere ~2,5 MeV’nin
altında deneysel veri haricinde birçok durum
hesaplanmıştır.
Demirörs, Ö. and Dikmen, E.
başka durumların olması gerekmektedir. Yapmış olduğumuz kabuk modeli hesaplamalarında
bu fikre uygun olarak ~2 MeV altında birçok
nükleer durum hesaplanmıştır.
Son olarak, her üç çekirdek için elde edilen
teorik enerji spektrumlarının karşılaştırılması
Şekil 4’de gösterilmiştir.
Şekil 3. 107Te çekirdeğinin deneysel ve teorik düşük enerji spektrumları (~2 MeV’e kadar)
Şekil 3’de CD-Bonn etkin etkileşmeleri kullanılmasıyla hesaplanan 107Te çekirdeği için ~2
MeV’e kadar olan tüm pozitif pariteli teorik ve
deneysel enerji spektrumları görülmektedir. B.
Hadinia vd. (2004) tarafından yapılan deneysel
çalışmada seviyesi temel durum olarak gözlenmiş ve bunun 90 keV üzerinde seviyesi 1.
uyarılma durumu, 721 keV üzerinde seviyesi 2.
uyarılma durumu olarak gözlemlenmiştir. Bizim
yapmış olduğumuz hesaplamalarda bu seviyelerin sıralaması aynı şekilde bulunmuştur. Ancak
bizim hesaplamalarımız durumunu temel durum olarak netice vermiştir. Şunu ifade etmek
gerekir ki, 1. uyarılma seviyesi olarak hesaplanan durumu ile temel seviye olarak hesaplanan
durumu arasında 77 keV’lik küçük bir enerji
farkı vardır. Yani hesaplamalarda kullanılan tek
parçacık enerjilerindeki küçük değişiklikler ile
bu sıralama değişebilir ve deneyle uyumlu sonuçlar elde edilebilir. Hesaplamalarda kullandığımız tek parçacık enerjilerinin direk olarak
deneysel verilerden elde edilemediği, çıkarım
yoluyla elde edildiğine dikkat edilmesi gerekir.
107
Te çekirdeğinin çok kararsız olması nedeniyle deneysel olarak fazla veriye sahip değiliz ve
tespit edilmiş olan , , durumlarının haricinde de
Şekil 4: 103,105107Te izotoplarının teorik düşük
enerji spektrumları (~2 MeV’e kadar )
4. SONUÇ
A= 100 koru etrafında bulunan ve iki proton artı artan nötron sayılarına uyan 103,105,107Te
izotopları için standart nükleer kabuk modeli
hesaplamaları yapılmıştır. Hesaplamalar sonucu
elde edilen teorik enerji spektrumları deneysel
verilerle karşılaştırılmış ve kabul edilebilir bir
uyumun olduğu gözlenmiştir. Deneysel verilerde 105,107Te için temel durum olarak tespit
edilmiş, bizim hesaplamalarımızda ise sırasıyla
ve olarak hesaplanmıştır. Bu farklılığa büyük
oranda tek parçacık enerjilerindeki belirsizliğin neden olduğunu düşünmekteyiz. Farklı tek
parçacık enerjilerinin kullanımıyla çalışmaların
tekrar edilmesi ve uygun tek parçacık enerjilerinin bulunması ise bir başka araştırma konusu
olarak ele alınabilir. Benzer şekilde diğer hafif
Te izotopları için de kabuk modeli hesaplamalarının yapılması gerektiği ve bunun sonucunda
da A= 100 koru etrafında bulunan ve iki proton
artı artan nötron sayılarına uyan hafif Te izo189
toplarının sistematik bir nükleer yapı analizinin
yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu
bağlamda periyodik tablonun bu bölgesindeki
çekirdekler üzerine nükleer yapı çalışmalarının
devam etmesi gerektiği düşünülmektedir.
KAYNAKÇA
[1] Mayer, M. G., On Closed Shells in Nuclei
II., Physical Review, 75, 1969, 1949.
[2] Talmi, I., Simple Models of Complex
Nuclei. Harwood Academic Publishers,1074p., New York, 1993.
[3] Liddick, S. N., Grzywacz, R.,Mazzocchi, C.,Page, R.D., Rykaczewski, K.P.,
Batchelder, J.C.,Bingham, C.R., Darby,
I.G., Drafta, G., Goodin, C., Gross, C.J.,
Hamilton, J.H.,Heeht, A.A., Hwang, J.K.,
Hyushkin, S., Joss, D.T.,Korgul, A., Królas, W.,Lagergren, K., Li, K., Tantawy,
M.N., Thomson, J. and Winger, J.A., Discovery of 109Xe and 105Te: Superallowed
α Decay near Double Magic 100Sn, Phys.
Rev. Letters PRL 97, 082501,4p, 2006.
[4] Dikmen, E., Shell Model Description of
Neutron-Deficient Sn Isotopes, Communications in Theoretical Physics, 515,
899-903, 2009.
[5] Fahlander, C., Palacz, M., Rudolph, D.,
Sohler, D., Blomqvist, J., Kownacki, J.,
Lagergren, K., Norlin, L.O., Nyberg J.,
Algora, A., Andreoiu, C., Angelis de G.,
Ataç, A., Bazzacco, D., Berglund, L.,
Bӓck, T., Cederkӓll, J., Cederwall, B.,
Dombradi, Zs., Fant, B., Farnea, E., Gadea, A., Górska, M., Grawe, H., Hashimoto-Saitoh, N., Johnson, A., Kerek, A.,
Klamra, W., Lenzi, S.M., Likar, A., Lipoglavšek, M., Moszyński, Napoli, D.R.,
Rossi-Alvarez, C., Roth, H.A., Saitoh, T.,
Seweryniak, D., Skeppstedt, Ö., Weiszflog M. and Wolińska, M., Excited states
in 103Sn: Neutron single- particle energies
with respect to 100Sn, Physical Review C
63,021307(R),2001.
[6] Dikmen E. Öztürk, O., and Vallieres,
M., Shell model structure of mid-heavy
even-even Sn isotopes , J. Phys. G: Nuclear Particle Physics 36 045102 ,12pp ,
2009.
190
[7] Ekström A. Cederkall, J., Fahlander, C.,
Hjorth-Jensen, M., Ames, F., Butler, P.A.,
Davinson, T., Eberth, J., Fincke, F., Görgen, A., Gorska, M., Habs, D., Hurst,
A.M., Huyse, M., Ivanov, O., Iwanicki,
J., Kester, O., Köster, U., Marsh, B.A.,
Mierzejewski, J., Reiter, P., Scheit, H.,
Schwalm, D., Siem, S., Sletten, G., Stefanescu, I., Tveten, G.M., Van de Walle,
J., Van Duppen, P., Voulot, D., Warr, N.,
Weisshaar, D., Wenander, F., and Zielinska, M., 0gs+→ 21+ Transition Strengths in
106
Sn and 108Sn, Physical Review Letters,
101, 012502, 4p, 2008.
[8] Handinia B. Cederwall, B., Lagergren,
K., Blomqvist, J., Bӓck, T., Eeckhaudt,
S., Grahn, T., Greenlees, P., Johnson, A.,
Joss, D.T., Julin, R., Juutinen, S., Kettunen, H., Leino, M., Leppӓnen, A.-P., Liotta, R.J., Nieminen, P., Nyman, M., Pakarinen, J., Paul, E.S., Rahkila, P., Scholey,
C., Uusitalo, J., Wadsworth, R., and Wiseman, D.R., First indentification of γ-ray
transitions in 107Te, Physical Review C 70,
064314, 4p, 2004.
[9] Vallieres M., Novoselsky A., Drexel University Shell Model (DUSM) algorithm.
Nuclear Physics A 570, 345c, 1993.
[10] Dikmen E., Shell Model Studies in the
sdgh shell for the proton drip line Z=51
isotopes Drexel University, Ph.D. Thesis,
115p, USA, 2002.
[11] Novoselskv A., Katriel, J., Gilmore, R.,
Coefficients of fractional parentage in the
L-S coupling scheme, Journal of Mathematical Physics, 29, 6, 1988.
[12] C.Lanczos, An Iteration Method fort he
Solution of the Eigenvalue Problem of Linear Differential and Integral Operators,
Journal of Research of. National Bureau
of Standards, 45, 4, 1950.
[13] Hjorth-Jensen, M., Kuo, T.T.S., and Osnes, E., Realistic effective interactions for
nuclear systems. Physics Reports, 261,
3-4, 125-270, 1995.
ISSN:2147-7930
Cilt/Volume:1
SİVRİCE (ELAZIĞ) FAY ZONUNDA RADON GAZI
YAYILIMININ MEVSİMSEL DEĞİŞİMİ
SEASONAL CHANGES OF RADON GAS EMISSIONS
ON SIVRICE (ELAZIĞ) FAULT ZONE
*Sultan ŞAHİN BAL1, Mahmut DOĞRU1,2
*1Bitlis Eren Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Nükleer Fizik A.B.Dalı, Bitlis
2
Fırat Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Nükleer Fizik A.B.Dalı, Elazığ
ÖZET
Sivrice Fay Zonu, tarihsel ve âletsel dönemlerde bazıları yıkıcı olan değişik büyüklükte depremlere kaynaklık etmiş aktif faylardır. Sivrice Fay Zonu üzerine kurulan radon izleme istasyonlarından alınan toprak ve su
örneklerinde pasif olarak radon yayılımları incelenmiştir. Su ve toprak örneklerinde radon gazının yayılımının
belirlenmesi CR-39 plastik detektörleri kullanılarak yapılmıştır.
Anahtar Sözcükler: Radon, CR-39, Sivrice fay hattı
ABSTRACT
Sivrice Fault Zone, the source of some of the devastating earthquakes of different sizes in historical and
instrumental periods have the active faults. Passive radon emissions in soil and water samples from radon monitoring stations set up on the Sivrice Fault Zone analyzed. To determine the emissions of radon gas in water and
soil samples were made using CR-39 plastic detectors.
Key Words: Radon, CR-39, Sivrice fault zone.
*
Sorumlu Yazar/Corresponding author: Sultan ŞAHİN BAL, Bitlis Eren Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Nükleer
Fizik A.B.Dalı, [email protected]
191
Şahin Bal, S. ve Doğru, M.
1. gİrİş
Yeryüzü en üst katmanı toprak ve onun altında kaya tabakası olacak şekilde bir jeolojik
yapıya sahiptir. Bu kaya tabakası evrenin başlangıcından beri var olan 238U, 232Th ve 40K çekirdeklerini içerir. Kaya tabakasında bulunan
bu ilk radyonüklitlerin karasal aktiviteye sebep
olduğu bilinmektedir. Dünyanın jeolojik yapısı
incelendiğinde, gama radyasyonunun toprağın
ilk 30 cm yüzey aralığındaki derinlikte bulunan
radyonüklitlerden kaynaklandığı bilinmektedir
[1]. İnsanların maruz kaldığı doza en büyük katkıya doğal radyasyonun sebep olması ve doğal
radyasyonun da temelinde doğal radyonüklitlerin bulunması, doğal radyasyonun ilgi çekici
özel bir konuma sahip olmasını sağlar.
Toprakta bulunan 238U, 232Th ve 40K gibi doğal radyo-çekirdekler toprağın radyoaktif olmasına sebep olmaktadır. Doğal radyo-çekirdekler
daha çok volkanik kayalarda (özellikle granitlerde), pegmatitlerde ve hidrotermal birikimlerde yüksek konsantrasyonlarda bulunurlar. Sular,
etrafında bulunan toprak ve kayalar ile sürekli
olarak etkileşirler. Bu nedenle toprak ve kayalarda bulunan doğal radyo-çekirdeklerin etkileşimde bulundukları sulara geçme ihtimalleri çok
yüksektir [2].
esnek kayalar içerisindeki uranyum ve radyum
mineralojisi gibi faktörler ile kontrol edilir [3].
Eriyebilen diğer maddeler gibi radon konsantrasyonu, genelde yeraltı sularında düzenli olarak
bulunur [4]. Deprem olaylarını tahmin etmede
de kullanılan radon konsantrasyonları; atmosferik basınç, ağır yağmur yağışı ve kar erimesi
gibi meteorolojik faktörler ile değişebilir [5].
Radonun materyal boyunca dağınık geçişi
difüzyon uzunluğu ile karakterize edilir. Difüzyon katsayısından belirlenen bu nicelik, bir
radon atomunun bozunmadan önce madde içerisinde hareket edebileceği tipik mesafeyi gösterir. Tipik nemli topraklar için difüzyon uzunluğu
20-50 cm kadar olup bu değer kuru kumlarda
1,5 m kadar yüksek olabilir. Yoğun maddelerde (örneğin yoğun granitte) difüzyon uzunluğu
sadece 10-15 cm kadardır. Havada ise difüzyon
uzunluğu 2,18 m’dir [6].
Radon istasyonlarının üzerinde kurulmuş olduğu Sivrice Fay Zonu yaklaşık 5 km genişlikte,
32 km uzunlukta, kenarları normal bileşene sahip doğrultu atımlı faylarla sınırlanmış mercek
biçimli bir çöküntü alanı oluşturur ( Şekil 1).
2. Materyal ve Metot
Sivrice Fay Zonu üzerine kurulan radon izleme istasyonlarından alınan su ve toprak örneklerinde radon gazının yayılımının belirlenmesi ve
izlenmesi çalışması da CR-39 detektörleri kullanılarak yapılmıştır.
Şekil 1. Sivrice Fay Zonu’nu oluşturan başlıca
faylar [2,7,8].
Radon kimyasal olarak inert fakat çözünürlüğü yüksek olan bir gazdır. Yeraltı sularındaki
radonun konsantrasyonu; hidrodinamik faktörler, kuyu civarlarındaki yeraltı suyu ve kayaların içerdiği uranyum ve radyum elementleri,
192
Şekil 2. Difüzyon kabı (içine iz detektörü yerleştirilmiş) [8].
Şahin Bal, S. and Doğru, M.
Boyutları 2cmx2cm olarak kesilen iz detektörleri bardak benzeri boyutları 4,5cm ve 9cm
olan plastik radon difüzyon kabı içine yerleştirildi. Difüzyon kabı da numunenin bulunduğu
kabın içerisine yerleştirildi. İçerisine iz detektörü yerleştirilmiş olarak bir difüzyon kabı Şekil
2’de gösterilmiştir.
3. BULGULAR
Çizelge 1. Kış ve yaz mevsimlerinde alınan toprak ve su örneklerinde radon yayılımı
Yaz
I-1
Topraktaki
Sudaki
Topraktaki
Sudaki
Radon
Radon
Radon
Radon
yayılımı
yayılımı
yayılımı
yayılımı
(Bq/m3)
(Bq/m3)
(Bq/m3)
(Bq/m3)
54461302± 62362358± 10161±3160 144065268±
I-2
40452865±
61631257± 11249±2421
79941426±
I-3
36962658±
-
6633±1720
122492132±
II-1
29201472±
79912920±
7006±1057
149662726±
II-2
28211668±
46701644±
8449±2300
128093568±
II-3
50872303±
62592430± 12601±2770
88672603±
III-1
39211268±
65921392± 10275±2324
85411382±
III-2
41991312±
-
10440±2281
-
12378±3404 147833234±
IV-2
71652242±
-
13133±1746
-
IV-3
47852843±
-
8004±2472
-
95362411±
Kış-Toprak
Kış-Su
Yaz-Toprak
Yaz-Su
16000
15000
14000
13000
12000
3
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
1
Çizelge 1 incelendiğinde, Kış ve Yaz mevsimlerinde alınan toprak örneklerinin radon
gazı yayılım değerlerinin sırasıyla; 2821±1668
Bq/m3 ile 7165±2242 Bq/m3 ve 6633±1720 Bq/
m3 ile 13133±1746 Bq/m3 değerleri arasında,
Kış ve Yaz mevsimlerinde alınan su örneklerinin radon gazı yayılım değerlerinin de sırasıyla; 4670±1644 Bq/m3 ile 7991±2920 Bq/m3 ve
7496±2731 Bq/m3 ile 14966±2726 Bq/m3 değerleri arasında değiştiği görülür.
Kış
-
70903234±
0
Fay Zonunda, tespit edilen dört istasyondan
Kış ve Yaz mevsimlerinde alınmış olan toprak
ve su örneklerinin radon gazı yayılım değerleri
Çizelge 1 ve Şekil 3’de verilmiştir.
Örnek
Adı
41181645±
IV-1
Radon Yayılımı (Bq/m )
Bozunmalar sonucu açığa çıkan alfa parçacıkları detektör üzerine çarparak iz bırakır. Difüzyon kabı içine giren radon gazının, radyoaktif bozunması sonucu çıkan alfa parçacıklarının
detektör ile etkileşmesi sonucu oluşacak izlerin
sayısı, bu kap içine giren radon konsantrasyonu
ile orantılıdır [8, 9].
III-3
10523±2347
74962731±
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Örnek No
Şekil
3. Kış ve Yaz mevsimlerinde alınan toprak
Şekil 3. Kış ve Yaz mevsimlerinde alınan toprak ve su örneklerinin radon yayılımı. 1: I-1, 2: I-2,
3:
I-3, 4: II-1, 5:radon
II-2, 6: II-3,
7: III-1, 8: III-2,
III-3, 2:
10: IV-1,
ve su örneklerinin
yayılımı.
1:9:I-1,
I-2,11:3:IV-2,
I-3,12: IV-3
4: II-1, 5: II-2, 6: II-3, 7: III-1, 8: III-2, 9: III-3, 10:
IV-1, 11: IV-2, 12: IV-3
Çizelge 1 ve Şekil 3 incelendiğinde; yaz
mevsiminde alınan toprak ve su örneklerinde
tespit edilen radon gazı yayılımının kış mevsiminde alınan toprak ve su örneklerinde tespit
edilen radon gazı yayılımından fazla olduğu
görülmektedir. Bu durum, örneklerin alındığı
istasyonların fay hattı üzerinde bulunması, bu
noktalarda radon gazı çıkışının fazla olması ve
kış mevsimine göre yağışların yaz mevsiminde
az olması nedenlerinden kaynaklanmış olabilir.
Kış mevsiminde, kar yağışının yoğun olması ve toprak üzerinde kar tabakasının bulunması
toprak radon gazı çıkışını engellemektedir. Bu
nedenle de kış mevsiminde toprak radon gazı çıkışı en düşük değerde ölçülmüştür.
En yüksek değer ise yaz mevsiminde ölçülmüştür. Toprakta depo edilen suyun miktarındaki azalma ile radon aktivite konsantrasyonunda
artış meydana gelmesi nedeni ile en yüksek değerin yaz mevsiminde ölçülmesi beklenen bir
193
Şahin Bal, S. ve Doğru, M.
durumdur [10].
Çalışma alanı jeolojik yapısı açısından (Hazar Karmaşığı ve Maden Karmaşığı) volkano-tortul kayaçlar, kireçtaşları, andezit, bazalt,
volkanik breş ve bunları kesen diyabaz dayklarından oluşmaktadır. Bu kayaç türleri genellikle
alfa parçacıklarını absorbe etme özelliğine sahiptir [11, 12]. Ayrıca, kırık zonlar üzerindeki
yer altı sularında çözünmüş uranyum iyonları
veya ürün çekirdekler vardır ve bunlar, yeryüzüne yakın yerlerde çökelirler, böylece bunların
bozunmasından oluşan radyumdan da radon yayılır [13]. İstasyonların fay hattı üzerinde bulunması, bölgenin jeolojik oluşumunun radon birikimine müsait olması nedeniyle radon gazı çıkışının yüksek çıkması beklenen bir durumdur.
KAYNAKÇA
[1] Değerlier, M., Adana ili ve çevresinin çevresel doğal radyoaktivitesinin saptanması
ve doğal radyasyonların yıllık etkin doz
eşdeğerinin bulunması, Doktora Tezi,
Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 2007.
[2] Şahin Bal, S., Doğru, M., Sivrice (Elazığ)
fay zonunda radyoaktivite konsantrasyonlarının belirlenmesi, IZYEF, 71, İzmir, 1923 Haziran 2012.
[3] Ball, T. K., Cameron, D. G., Colman, T.B.,
Roberts, P. D., Behaviour of Radon in the
Geological Environment, Q.J. Eng. Geol.,
24, 169-182, 1991.
[4] Zıkovsky, L., Chah, B., The Lognormal
Distribution of Radon in Groundwater,
Ground Water, 28, 5, 673-676, 1990.
[5] Nelson, P.H., Rachiele, R., Smith, A.,
Transport of Radon in Flowing Boreholes at Stripa, J. Geophys Res 88, Sweden,
2395-2405, 1983.
[6] Valkovic, V., Radioactivity in the Environment. Elsevier Science B.V., Netherlands,
2000.
194
[7] Doğru, M., vd., Doğu anadolu fay sistemi
(DAFS) üzerinde radon gazı hareketlerinin izlenmesi, TÜBİTAK Projesi, Fırat
Üniversitesi, Proje No: 104Y158, 2008.
[8] Şahin, S., Sivrice fay zonundaki radon değişimi ve doğal radyoaktivite, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora
Tezi, Elazığ, 2009.
[9] Türkiye 14 Kömür Kongresi Bildirileri
Kitabı 02-04 Haziran 2004 Zonguldak,
Türkiye.
[10] Turk, M., Volarıć, B., Antolkovıć, B., Radon Activity Concentration in the Ground
and Its Correlation with the Water Content
of the Soil, Appl. Radiat. Isot., 47, No 3,
377-381, 1996.
[11] Gürocak, Z., Sivrice (Elazığ) çevresinin
jeolojisi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Elazığ,
1993.
[12] Güzel, S., Kürkköy (Sivrice)- karakaya
baraj gölü arasında doğu anadolu fay zonu’nun jeolojik özellikleri, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Elazığ, 1997.
[13] Baykara, O., Kuzey anadolu ve doğu anadolu fay hatlarının kesişim bölgesindeki
doğal radyoaktivite tayini, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi,
Elazığ, 2005.

Muş Alparslan Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Muş Alparslan

Transkript

Benzer belgeler

Prof.Dr. Sabire KARAÇALI`nın yazısı

Fen Bilimler Dergisi-1 - Muş Alparslan Üniversitesi

Okul Gazetesi

calendar of actıvıtıes

sınıf öğretmeni adaylarının fen ve teknoloji dersine

Bu PDF dosyasını indir

Parçacık Fiziğine giriş - Indico

İşbirlikli Öğrenme

radyoterapi cihazları - Türk Radyasyon Onkolojisi Derneği

Gazelde Kırılma Beyitleri