Uranyum, nükleer enerjinin hammaddesidir, nükleer santrallerin yakıtı olan radyoaktif bir kimyasal elementtir. Bu sebeple diğer madenler gibi kolayca elde edilemez, satılamaz. Nakliyesi çok sıkı kurallara tabidir. Kullanımı bazı uluslararası anlaşmaları gerektirir. Uluslararası denetim kuruluşlarının denetim ve gözetimine tabidir. Enerji kaynaklarının azalması sebebiyle nükleer enerjiye yönelim artıyor. Bu sebeple uranyuma talep de giderek artıyor. Uranyum nükleer silah ve savaş tehdidi olarak kullanılmadığı sürece insanlara faydalı olan bir elementtir. Ancak uranyumdan üretilen nükleer silahlar dünyayı düşündüren önemli bir sorun haline gelmiştir.
Ulaşılması zor, pahalı ve tehlikeli bir maden olan uranyumun kimyasal özellikleri de hayli fazla… Uranyumun özelliklerine göz atalım:
- Simgesi “U” olan uranyumun atom numarası 92, atom ağırlığı 238’dir ve bu ağırlık elementler arasındaki en yüksek atom ağırlığıdır
- Periyodik tablonun “III-B” grubunda yer alır, aktinitler serisindedir
- Uranyum atomlarının çekirdeklerinde 92 proton bulunur
- Uranyum mineralleri; uraninit, autinit, tobernit, koffinittir. Bu mineraller işlenebilir miktarda uranyum içerir
- Saf uranyum, halojenlerin termal bozunması ile elde edilir
- Uranyum ve nötronla daha hafif elementler elde edilebilir
- 180 derecede ergir, 1132 derecede erir, 3818 derecede kaynar
- Atomsal parçalanma halinde radyumu verir
- Demir görünüşündedir, gümüş beyazı, sert bir metaldir
- Oda sıcaklığında metalik gri renginde ve katıdır, cama katıldığında yeşil-sarı bir renk verir
- Kurşundan yüzde 65 daha yoğun, çelikten yumuşaktır
- Doğadaki izotopları radyoaktiftir, Alfa ışıması yaparlar ve U-238, U-235, U234 şeklindedir
- Suni izotoplarından 227-240 arasındakilerden U-237, U-239 ve U-240 numaralı izotoplar Beta ışıması yapar, diğerleri Alfa ışıması yapar
- U-238 izotopu doğal uranyum bozunma sırasının ana elementidir
- U-235 izotopundan aktinyum bozunma sırası doğar
- Uranyum doğada serbest olarak bulunmaz, çeşitli elementler uranyum minerallerini meydana getirir
Uranyum izotopları arasında en önemli izotop “U-235” numaralı izotoptur. Bunun nedeni şudur; nükleer enerji, U-235 izotopları ayrıştırılarak üretilebilir. U-235 izotopu normal sıcaklıktaki nötronlar tarafından bombardıman edildiğinde kolaylıkla bölünebilir. Bu özelliği sebebiyle U-235 izotopu nükleer santrallerde nükleer enerji üretiminde kullanılır. Doğadaki uranyumlardan yüzde 99’unu U-238 oluşturur. U-235’in doğadaki oranı yüzde 0,72 civarında iken, U-234 doğada yaklaşık yüzde 0,006 oranında bulunur.
Uranyumun Tarihi
Uranyum, aynı zamanda zirkonyumun da kâşifi olan ve titanyuma adını veren Alman kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından 1789 yılında keşfedilmiştir. Fransalı kimyager Eugene-Melchior Peligot tarafından da 1841 yılında izole edilen uranyumun radyoaktif özelliği 1896 yılında Henri Becquerel tarafından keşfedildi. Fermi, Hahn ve Strassman tarafından 1934-1940 yılları arasında çeşitli reaksiyonlara tabi tutularak bazı varyasyonları keşfedildi. 1942 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde yapılan uranyum zenginleştirme çalışmalarında uranyuma nükleer zincir reaksiyonu uygulandı. Uranyum zenginleştirme tesislerinde atom bombası, nükleer reaktörlerde de plüntonyum bombası üretildi.
Uranyum ve plüntonyumdan üretilen bombalar kitle imha silahı olarak ilk ve son kez Japonya’da İkinci Dünya Savaşı’nda kullanılmıştır. Japonya’nın direncini kırmak için Amerika tarafından 6 Ağustos 1945 tarihinde Hiroşima’ya uranyum bombası, 9 Ağustos 1945 tarihinde de plüntonyum bombası atılmıştır. Bu saldırılarda 250 binin üzerinde insan hayatını kaybetmiştir. Birçok insan hastalanmış, sakatlanmış ve radyasyon zehirlenmelerine maruz kalmıştır. Ayrıca tam anlamıyla bir çevre faciası yaşanmıştır.
Zenginleştirilmiş Uranyum ve Atom Bombası
En tehlikeli ve ölümcül kitle imha silahı olan atom bombası veya uranyum bombası, insanları ve çevreyi katleden, etkileri yıllarca süren bir bombadır. Dünyada saldırı amacıyla kullanılan ilk atom bombasının adı olan Little Boy, zenginleştirilmiş uranyum tekniği ile üretilmiş ve Hiroşima’yı yerle bir etmiştir.
Atom bombası üretmek için 2 farklı yöntem kullanılır. Uranyum zenginleştirilmesi ve plütonyumun ayrıştırılması yöntemleri ile atom bombası üretilebilir.
Uranyum elementi ve izotopu olan U-235’i yüksek oranda barındıran atomlara “zenginleştirilmiş uranyum” adı verilir. Zenginleştirilmiş uranyumun yüzde 72’si doğadaki uranyumdan oluşur. Başka bir ifadeyle; doğal uranyumda yüzde 0,7 oranında U-235 izotopu bulunur. Doğal uranyumun çoğunluğunu tepkimeye girmeyen U-238 izotopu oluşturur. U-235 izotopu zenginleştirildiğinde yüzde 3-5 oranında zenginleştirilmiş uranyum olarak nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilir. Yüzde 20 oranında ise atom bombası yapımında kullanılabilir. Ancak atom bombası için yüksek oranda uranyum ve patlayıcılara da ihtiyaç vardır. Zenginleştirilmiş uranyumun yüzde 90’ı nükleer bomba yapımında, araştırmalarda ve deniz reaktörlerinde kullanılabilir.
Uranyum zenginleştirmede farklı yöntemler uygulanabiliyor. Uranyum zenginleştirmenin amacı U-235 atomlarının miktarını artırmaktır. Zenginleştirme aşaması genel hatları ile şöyledir; uranyumu silah olarak kullanabilmek için 1 kilogram uranyum gereklidir. Bu miktar da 1000 ton maden filizinden çıkabiliyor. Bu filizler özel bir makinede öğütülerek önce toz haline sonra ‘sarı kek’ veya ‘sarı pasta’ adı verilen konsantre bir maddeye dönüştürülüyor. Sarı pasta, gazlı santrifüj veya difüzyon yöntemleri ile zenginleştiriliyor. Daha sonra zenginleştirilmiş uranyum dökme tanklarla metale dönüştürülüyor. Nükleer reaktörler için yakıt plakaları halinde yüzde 20 oranında zenginleştirilmiş uranyum gerekiyor.
Günümüzde zenginleştirme tekniği olarak genellikle ‘santrifüjleme’ adı verilen yöntem kullanılır. Bu yöntemde ağır U-238 atomlarının elde edilmesi için hafif U-235 atomları santrifüj (merkezkaç) sisteminin dış duvarlarına doğru itilir. Bu işlem birçok kez tekrarlanır. Kademeli santrifüjleme denilen işlemle bütün santrifüj sistemi aynı anda birçok kez aynı işlem kullanılır. İzotopları ayırmak için standart santrifüj yani merkezkaç sisteminden farklı olarak hem ısı hem de merkezkaç yöntemlerini kullanan tekniğe ise Zippe Tekniği adı verilir. Bu teknik, gelişmiş bir santrifüj tekniğidir.
Atom bombası yapmak için plütonyumun ayrıştırılması tekniği de ikinci bir yoldur. Nükleer santrallerde kullanılan ve uranyum içeren yakıt çubukları “Pu239” yani plütonyum elementi de içerir. Oranı yüzde 0,6 civarındadır. Zenginleştirme tesislerinde ayrıştırma işlemi uygulanarak 8 kilogram plütonyum elde edilirse farklı bir atom bombası veya plütonyum bombası elde edilebilir. Plütonyumun ayrıştırılması işleminden sonra da atom bombası üretilmesi için farklı mekanizmalar da üretmek gerekiyor.
Nükleer Savaş Tehdidi
Uranyum zenginleştirme, atom bombası üretme ve nükleer yakıt elde etme işlemleri çok büyük maliyetler, teknolojiler ve araştırmalar gerektiren işlemlerdir. Bu sebeple her ülke atom bombası üretecek güce sahip değildir. Dünyada; Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Fransa, Çin, İngiltere, Hindistan, Pakistan, Kuzey Kore, Güney Afrika ve İsrail’in toplam 7000-7500 civarında nükleer silahı olduğu tahmin edilmektedir. Bu ülkeler arasında nükleer bir savaş çıkması halinde ne kadar çok insanın katledileceğini tahmin etmek gerçekten zor. Bugüne kadar sadece Amerika tarafından Japonlara karşı kullanılan nükleer silahlar, günümüzde devletler arasında tehdit unsuru olarak kullanılmaktadır.
Doğada bulunan uranyum miktarı çok az olduğu için insan sağlığını tehdit edecek boyutta değildir. Ancak uranyum madenlerindeki tonlarca filizden üretilen ve zenginleştirilen uranyum günümüzde sadece nükleer enerji üretmek için kullanılmaktadır. Nükleer enerji her ne kadar diğer doğal enerji kaynaklarına alternatif olsa da çevreye verdiği zarar da yadsınamayacak kadar fazladır.
Uranyum Rezervleri
Günümüzde genellikle kilogramı 80 dolara mal olan görünür rezervlerden uranyum üretilmektedir. Dünya üzerinde görünür kaynaklarda 2,60 milyon ton uranyum olduğu tahmin edilmektedir. Türkiye’deki 5 yatakta yaklaşık 10 bin ton görünür uranyum rezervi tespit edilmiştir. Ancak bu rezervlerdeki uranyum değerleri son yıllardaki nükleer santral standartlarının altında kalmıştır.
Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (UAEA), 1957 yılından bu yana atom enerjisinin dünya barışına, sağlığa ve refaha katkı sağlamak ve artırmak için çeşitli faaliyetler yürütüyor. Türkiye de UAEA’nın kurucu üyeleri arasında yer alıyor.