Nükleer EnerjiEnerji

Uranyum Nedir? Özellikleri Nelerdir? Nerelerde Kullanılır?

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 fizyon tepkimesi
Fizyon tepkimesi

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.

Basınçlı Su Reaktörü Şeması
Basınçlı Su Reaktörü Şeması

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.

Hiroşima ve Nagasaki'ye Atılan Atom Bombaları
Hiroşima ve Nagasaki’ye Atılan Atom Bombaları

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.

Hiroşima'ya Atılan Atom Bombasının Etkisi
Hiroşima’ya Atılan Atom Bombasının Etkisi

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

Emre LEBLEBİCİOĞLU

Emre LEBLEBİCİOĞLU, 1993 yılının Ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadal programına başladı. 2014 yılının ilk döneminde Erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun oldu. Mezuniyetten sonra ise yaklaşık 2 yıl solar enerji sektöründe faaliyet gösterdi. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamladı. Şuan da ise Marmara Üniversitesi İngilizce Makine Mühendisliği bölümünde tezli yüksek lisans yapmaktadır. Ayrıca GENSED'de proje uzmanı olarak çalışmaktadır. İleri seviyede İngilizce ve başlangıç düzeyinde Almanca bilmektedir.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu