Uranyum Nedir? Özellikleri Nelerdir? Nerelerde Kullanılır?
Gelişmelerden haberdar olmak için bizi Google Haberler'den takip edin!
Bu içeriğimizde elektrik üretiminde, tıp alanında ve nükleer silah yapımında da kullanılan uranyum elementini, özelliklerini ve kullanım alanlarını derledik.
Uranyum Nedir?
Uranyum, atom numarası 92 olan, periyodik tabloda aktinit serisinde yer alan ve U sembolü ile gösterilen bir kimyasal elementtir. Uranyum doğada % 99,3 oranında Uranyum-238 (U-238), yaklaşık % 0,7 oranında da Uranyum-235 (U-235) ve çok küçük bir miktarda da Uranyum-234 izotopu olarak bulunmaktadır. Uranyum-238’in yarılanma ömrü 4,5 milyar yıl iken, Uranyum-235’in yarılanma ömrü 704 milyon yıldır.
U-235, parçalanabilir bir izoptur ve parçalandığı zaman da oluşan zincir reaksiyon sonucu çok büyük bir enerji açığa çıkarır. Oluşan bu enerji de nükleer santrallerde elektrik üretimi için ve nükleer bomba yapımında kullanılır.
Öte yandan U-238 de parçalanabilir bir izotoptur fakat U-235’in aksine parçalanması için hızlı nötronlar gereklidir bu da düşük verim anlamına gelmektedir.
Tüm, radyoaktif izotoplar bozunurlar. U-238 ise o kadar yavaş bozunur ki yarı ömür süresi neredeyse dünyanın yaşı kadardır (4,5 milyar yıl). Bu da çok az miktarda radyoaktif olduğu anlamına gelir. Ama yine de bozunurken ton başına yaydığı 0,1 J enerji ile de Dünya’nın kabuğunun ısınmasına katkıda bulunur.
Bu sebeplerden U-235, elektrik üretimi ve nükleer silah yapımında gerekli zenginleştirme işlemleri yapılarak kullanılmaktadır. Nükleer silah yapımında yaklaşık %90 oranında U-235 gerekliyken, nükleer santrallerde kullanılacak uranyumda ise %3-5 arası bir U-235 oranı yeterlidir.
Uranyumun Özellikleri
- Uranyum, U sembolü ile gösterilir ve atom numarası 92 olan bir kimyasal elementtir.
- Periyodik tabloda aktinit serisinde yer alan gümüş grisi bir metaldir. Bir uranyumun atomu 92 protona ve 92 elektrona sahiptir.
- Uranyum saf halde zayıf bir radyoaktiftir çünkü tüm izotopları kararlı değildir.
- Doğal uranyumun en çok bilinen izotopları 146 nötrona sahip uranyum-238 ve 143 nötrona sahip uranyum-235’tir.
- Doğada uranyum, U-238 (%99), U-235 (%0.72) ve çok küçük miktarda da U-234 olarak bulunur.
- Uranyum, alfa parçacıkları yayarak bozunur. U-238’in yarılanma ömrü yaklaşık 4.47 milyar yıl ve U-235’in ise 704 milyon yıldır.
- Uranyumun yoğunluğu kurşununkinden %70 daha fazla, altın ve tungstenden ise biraz daha düşüktür.
- Doğal olarak toprakta, kayaçlarda ve suda çok düşük konsantrasyonda oluşur.
- Ticari olarak ise uraninite gibi uranyum taşıyıcı minerallerden çıkartılır.
- Sudan 18.7 kat daha yoğun bir elementtir.
- Uranyumun erime sıcaklığı 1132°C’dir.
Uranyum Nerelerde Kullanılır?
Uranyum nükleer reaktörlerde birincil yakıt olarak kullanılır ve mükemmel bir nükleer yakıt oluşturur. Uranyumun çıkarıldıktan sonra kullanımı için bir takım işlemlerden geçmesi gerekir.
Uranyumun Çıkarılması ve İşlenmesi
Uranyum, uranyum madenciliği ile yeryüzünden çıkartılır. Ancak bu çıkarma işlemi pratik olarak birçok faktöre bağlıdır. Bir uranyumun çıkarılmasına başlamadan önce mevcut teknoloji ve toplam maliyet gibi etkenler iyi bir şekilde değerlendirilmelidir. Cevherin derecesi ayrıca projeyi uygun maliyetli hale getirir. Cevher bir kere çıkarıldığı zaman uranyum talep edilen forma getirilmesi için birtakım işlemden geçirilir. CANDU gibi bazı nükleer reaktörler, uranyumu doğal yapısı ile kullanabilir. Ancak birçok reaktör için uranyumun zenginleştirilmesi gerekmektedir. Yani U-235 konsantrasyonu % 0,7’den %5 civarına yükseltilmelidir.
Uranyum zenginleştirmesi güç santrallerinin soğutucu ve yavaşlatıcı olarak hafif su kullanmalarına olanak sağlar. Çünkü zenginleştirme işlemi reaktör içerisindeki nükleer reaksiyon sayısını arttırır. Zenginleştirme işleminden sonra uranyum küçük peletler haline getirilir ve yakıt çubuğu içerisine yüklenir. Bunlar da yakıt yığınlarına monte edilir ve bu yığınlar da fisyon için hazır bir halde doğrudan reaktörün çekirdeğine yerleştirilir.
Uranyumun Elektrik Üretiminde Kullanılması
Uranyumun bir kez birleştirilmesiyle reaktör içerisinde ısı üretmek için kullanılabilir. Nükleer enerji santralleriyle ilgili yaygın bir yanlış anlaşılma ise santralin nükleer yakıttan doğrudan elektrik ürettiğidir. Bu tamamen hatalı bir düşüncedir. Uranyumun fisyon reaksiyonu sonucu açığa çıkardığı muazzam ısı kullanılarak aynı kömür santrallerinde olduğu gibi sistem suyu ısıtılıp, kızgın buhar haline getirilerek türbin jeneratör sistemiyle elektrik üretimi sağlanmış olur.
İzotop U-235 fissile yani parçalanabilirdir. Nötron bombardımanı ile U-235 parçalanır ve ısı formunda büyük bir enerji açığa çıkarır. Ama U-235 reaktöre ısı açığa çıkarabilen tek izotop değildir. Transkmutasyon işlemi ile U-238, beta çürümesi vasıtasıyla Plutonyum-239’a dönüştürülür. Plutonyum-239 da U-235 gibi parçalanabilirdir.
Uranyumun Diğer Kullanım Alanları
Uranyum, elektrik üretiminden, tıp alanında kullanımına kadar birçok alanda insanlığa katkı sağlıyor. Fakat insanlığa yine büyük zarar verem bir yönü daha var o da uranyumla nükleer silah üretimidir.
Nükleer Tıp Alanında Radyoizotoplar
Uranyum izotoplarının bozunmasından elde edilen radyoizotoplar tüm dünyada kullanılmaktadır. Tıp alanında araştırma ve teşhis alanında kullanılır. Batı dünyasında her iki kişiden biri nükleer tıpın faydalarını yaşamlarında tecrübe ederler.
Radyoizotoplar ayrıca yiyecek endüstrisinde de kullanılır. Yiyeceklerin korunmasında, parazitlerin öldürülmesinde, sebze ve meyvelerin olgunlaştırılmasında radyoizotopları kullanılır.
Endüstriyel olarak ise radyoizotopları yakıtlar ve minerallerin analizinde ve sızıntıların tespiti gibi güvenlik amacıyla da kullanılır. Ayrıca uranyum bir radyasyon kalkanı olarak da kullanılabilir. Radyoaktif element Americium ayrıca duman dedektörlerinde kullanılır.
Nükleer Silahlar
Uranyumun ve yan ürünü plutonyumun enerjisi tarihte yıkıcı bazı sonuçlar meydana getirmiştir. İlk nükleer bombalar İkinci Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi kapsamında ABD tarafından büyük bir gizlilikle geliştirilmiştir.
Nükleer silahlarda ve elektrik üretiminde kullanılan yakıtlar arasındaki en temel fark ise yakıtın derecesidir. Daha önce de bahsettiğimiz gibi U-235’in elektrik üretiminde kullanılabilmesi için zenginleştirilmesi birçok reaktör için %5 civarı olmalıdır. Fakat nükleer bombalar için zenginleştirme %90 civarındadır. Bu durum herhangi bir grup insanın bu kadar yüksek derecede uranyumun geliştirmesini zorlaştırdığından, nükleer silahların yayılımının kontrol edilmesine yardımcı oldu.
Bir savaşta patlatılan ilk nükleer bomba Manhatten Projesi sırasında geliştirilen ve Hiroşima’da patlatılan “Little Boy” isimli bomba oldu. Kontrol edilemeyen bir nükleer reaksiyon oluşturmak için iki altkritik U-235 kullanıldı. Bu bomba 13.000 kısa ton TNT kadar enerji açığa çıkarmıştır. Kullanılan ikinci bomba ise yine İkinci Dünya Savaşı sırasında ABD tarafından Nagasaki’ye atılan “Fat Man” isimli atom bombasıdır. Bu bomba da 20.000 ton TNT kadar enerji açığa çıkardı.
Nükleer enerjinin yıkıcı etkisi sadece bombalar ile sınırlı değil. Çernobil, Fukuşima ve Three Mile Island gibi nükleer enerji santrallerinde meydana gelen kazalar da yüzbinlerce kişinin hayatını olumsuz yönde etkilemiştir. Sonuç olarak bunlar toplumun hafızasında nükleer enerjinin olumsuz yönleri olarak kazındı.
Kaynaklar
