Elementler - Uranyum

Uranyum U

Periyodik tablonun Illb grubundaki aktinitler dizisinde yer alan radyoaktif kimyasal element

Yoğun, sert ve gümüş beyazı renginde bir metal olan uranyum, doğal elementler arasında atom ağırlığı en yüksek olanıdır (atom numarası 92). Sünek ve dövülgen olan uranyum metali çok iyi parlatılabilir. Havada kararır ve çok ince dilimlendiğinde parlar. Elektriği çok az iletir. Uranyumu ilk olarak 1789’da Martin Heinrich Klaproth buldu ve o günlerde keşfedilen Uranüs gezegeni nedeniyle uranyum adını verdi. Eugene Melchior Peligot 1841’de uranyum tetraklorürü (UCU) potasyumla indirgeyerek metal halinde ayırmayı başardı. Uranyumdaki radyoaktiflik olgusunu ise ilk olarak 1896’da Henri Becquerel keşfetti.

Yerkabuğunda yaklaşık bir milyon bölüm için dört bölüm kadar bulunan uranyum, bolluk bakımından altın, gümüş, kadmiyum, bizmut, cıva ve iyottan daha zengindir. Oldukça az yükseltgenmiş halde bulunan birincil uranyum cevherleri uraninit, pekblend, kofinit, branerit ve davidittir. Karnotit, uranit (otunit) ve torbernit ise yükseltgenmiş durumdaki ikincil cevherlerdir. Nükleer yakıt kaynağı olan bu cevherler, bilinen bütün fosil yakıt çökellerinden daha çok enerji içerirler. 0,5 kg uranyum yaklaşık 1.360.000 kg kömüre eşdeğer enerji verir.

Derinde ya da yüzeyde bulunan uranyum cevherleri öbür mineraller gibi çıkarılır. Kimyasal bakımdan oldukça eylemsiz olduklarından bu cevherlerin zenginleştirilmesi zordur; ama yoğunlukları ve sertlikleri çok yüksek olduğundan mekanik yollarla bir miktar zenginleştirilebilirler. Daha sonra öğütülen cevher bileşimine bağlı olarak ya seyreltik sülfürik asitle özütlenerek uranil sülfata ya da sodyum karbonatla özütlenerek sodyum uranil karbonata dönüştürülür. Süzme yoluyla ayrılan ve deriştirilen bu çözeltilere denetimli olarak kostik alkali eklenir ve böylece önce demir, daha sonra da sarı pastanın başlıca bileşeni olan sodyum diuranat çöktürülür.

Nükleer yakıt olarak kullanılacak uranyumun çok katışkısız olması gerektiğinden ham derişki nitrik asit içinde çözülerek litresinde 200 gr uranyum içeren uranil nitrat çözeltisi elde edilir. Uranil nitrat çözeltisi de, çözücü olarak gazyağı içeren derişik tribütil fosfat çözeltisi yardımıyla özütlenir. Daha sonra çözücünün yeniden arıtılmasıyla nükleer yakıt olabilecek derecede katışkısız uranil nitrat elde edilir.

Bütün izotopları radyoaktif olan doğal uranyum, yarı ömrü 4.510.000.000 olan uranyum 238 (yüzde 99,27), yarı ömrü 713.0. 000 yıl olan uranyum 235 (yüzde, 0,72) ve yarı ömrü 247.000 yıl olan uranyum 234’ün (yüzde 0,006) bir karışımıdır. Uranyum izotoplarının yarı ömürleri çok uzun olduğundan bazı uranyum içeren kayaçlarda uranyumun son bozunma ürünü olan kurşunun ölçülmesiyle Yer’in yaklaşık yaşı belirlenir. Uranyum 238 ana izotop, uranyum 234 ise radyoaktif uranyum ailesindeki yavru izotoplardan biridir. Uranyum 235 ise aktinyum ailesinin ana izotopudur.

Otto Hahn ve Fritz Strassmann 1938’lerin sonunda yavaş nötronlarla bombardıman edilen uranyumda çekirdek bölünmesi (fisyon) olduğunu buldu. Enrico Fermi de 1939’larm başında çekirdek bölünmesi sonucunda oluşan ürünler arasında nötronların bulunabileceğini ve böylece çekirdek bölünmesinin zincirleme tepkime yoluyla sürebileceğini öngördü. Bundan sonra uranyum elementine ilişkin araştırmalar yoğunlaştı.

Leo Szilard, Herbert L. Anderson, Jean Frederic Joliot Curie ve çalışma arkadaşları bu olguyu doğruladılar. Daha sonra yapılan araştırmalarda her atomun çekirdek bölünmesi sonunda ortalama 2,5 nötron açığa çıktığı bulundu. Bu buluşlar 2 Aralık 1942’de ilk olarak kendi kendine yürüyen zincirleme çekirdek bölünmesi tepkimelerinin gerçekleştirilmesine, 16 Temmuz 1945’te ilk atom bombasının denenmesine, 6 Ağustos 1945’te savaşta ilk atom bombasının atılmasına, 1955’te nükleer güçle çalışan ilk denizaltının yapılmasına ve 1957’de nükleer güçle çalışan ilk elektrik üretecinin geliştirilmesine yol açtı.

Yavaş nötronlarla çekirdeği bölünebilen ve oldukça az bulunan uranyum 235 izotopunun (çekirdeği bölünebilen tek doğal madde), çeşitli amaçlarla kullanılabilmesi için çok bol bulunan uranyum 238 izotopundan ayrılması gerekir. Uranyum 238 izotocu da nötronları soğurup negatif beta ozunmasma uğradıktan sonra yavaş nötronlarla çekirdeği bölünebilen yapay plütonyum elementine dönüşür. Bu nedenle doğal uranyum, uranyum 235’le sürdürülen çekirdek bölünmesi tepkimesinin gerçekleştirildiği ve aynı zamanda uranyum 238’in dönüştürülmesiyle (transmütasyon) plütonyumun üretildiği dönüşüm reaktörleri ile üretken reaktörlerde kullanılabilir.

Çekirdeği bölünebilen uranyum 233 izotopu, nükleer yakıt olarak kullanılmak amacıyla, doğada bol bulunan ve çekirdeği bölünmeyen toryum-232 izotopundan yapay yolla bireşimlenebilir. Ayrıca uranyum dönüşüm (transmütasyon) tepkimeleri yoluyla yapay uranyumötesi elementlerin hazırlanmasında birincil madde olması nedeniyle de çok önemlidir.

Elektropozitifliği çok güçlü olan uranyum suyla tepkimeye girer, asitlerde çözünmekle birlikte alkalilerde çözünmez. En çok +4 (UO2 oksidinde ve yeşil renkli U+4 iyonunda olduğu gibi) ve 16 (UO3 oksidinde ve sarı renkli UO2 uranil iyonunda olduğu gibi) yükseltgenme durumunda bulunur. +3 ve +5 değerlikli olduğu durumlar da vardır, ama bu değerlikteki iyonları kararsızdır. Örneğin kırmızı renkli U+3 ve UO 2 iyonları, U+4 ve UOİ iyon larına dönüşür.Uranyum bileşikleri seramikleri renklendirmede kullanılır. Uranyum 235’in urayum 238’den ayrıldığı gaz yayınım yönteminde ise, buhar halindeki uranyum heksaflüorürden (UFÖ) yararlanılır.

Uranyum ve Çekirdeksel Isı Enerjisi!

Bilim adamlarının yaptıkları araştırmalar uranyumun, yakın bir gelecekte kömür ve petrol gibi yakıtların yerini alabileceğini göstermektedir. Doğada gerçekten de çok az bulunan uranyumun kısa bir süre sonra tükenmesi ise kaçınılmazdır. Bu bağlamda harcanan uranyumun yerine yeni maddeler bulmak gerekiyordur.

Fizikçiler uranyumun parçalanıp enerji vermeye başlaması ile birlikte enerjinin ancak çok azını serbest bıraktığını gözlemişlerdi. Eğer parçalanma sırasında serbest kalan gama ışınları, nötronlar ve diğer tanecikler toplanabilseydi atomun bütününün vereceği enerjinin yanında elde edilen enerjinin çok az olduğu görülürdü. Bu nedenle araştırmacılar atomun sağlayabileceği enerjinin bütününden yararlanma bağlamında yeni araştırmalara başlamışlardır.