Amerikyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)

Amerikyum, Amerika kıtasını temsil eden bir aktinittir. Radyoaktifliği oldukça yüksektir. Uranyum cevherlerinde nadir bulunur, yapay olarak elde edilir.

Amerikyum, doğada çok nadir bulunan, genellikle yapay olarak elde edilen bir elementtir. Uranyum ötesi (transuranyum) elementlerin dördüncüsüdür. Radyoaktif bir aktinit; yani nadir, ağır, radyoaktif ve ışıma yapan bir elementtir. Transuranyum elementlerin birçoğunun keşfinde rol oynayan Amerikalı kimyager Gleen T. Seaborg ve çalışma arkadaşları tarafından keşfedilmiştir. Seaborg, keşfini ilk olarak çocuk radyosunda duyurmuştur. Parlak, gümüş renkli bir metaldir. Önemli bir alfa ve gama ışını kaynağı olan amerikyum, duman dedektörlerinin ana bileşenidir. Adından da anlaşılacağı gibi Amerika kıtasını temsil eden element olan amerikyum, periyodik tabloda Avrupa kıtasını temsil eden evropiyumun hemen altında bulunur. Fiziksel ve kimyasal anlamda homologu evropiyum ve üretildiği plütonyumla benzerdir. Gelecekte önemli uygulamaların bileşeni olabilecek kapasitedeki amerikyumu daha yakından tanıyalım.

(Amerikyum üretiminde kullanılan "siklotron" adlı hızlandırıcı... - 1944)

Tarihçesi 

Amerikyum, 1944 yılında Gleen T. Seaborg, Ralph A. James, Leon O. Morgan ve Albert Ghirso tarafından Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nde izole edildi. Chicago Üniversitesi bünyesindeki metalürji laboratuarında da (yeni adı Argonne Ulusal Laboratuvarı) kimyasal olarak tanımlandı. 

Amerikyum, ilk olarak nükleer silah üretim programı olan Manhattan Projesi kapsamında Seaborg ve çalışma arkadaşları tarafından sentezlenerek, tanımlandı. Sentez çalışmalarında Kaliforniya Üniversitesi’nde bulunan 60 inç boyutunda “siklotron” adı verilen hızlandırıcı kullanıldı. Seaborg ve ekibinin plütonyum üretme çalışmaları sırasında Plütonyum-239’un nötron bombardımanına tutulmasıyla önce Plütonyum-240, daha sonra da Plütonyum-241 elde edildi. Plütonyum-241 ise, beta çürümesi ile Amerikyum-241’e dönüştü.

Seaborg, amerikyum keşfini 6 Kasım 1945 tarihinde NBC’nin çocuk radyosundaki ‘Quiz Kids’ adlı bir programında duyurdu. 11 Kasım 1945 tarihinde de Amerikan Kimya Derneği’nin toplantısında resmi sunumla ilan etti. Gözle görülebilir miktarda 1951 yılında elde edildi. “Amerikyum” kelimesi, Amerika kıtasına atfen türetilen bir sözcüktür.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 

Kimyasal sembolü “Am” olan amerikyumun atom numarası 95, atom ağırlığı 243, yoğunluğu 12 gr/cm3’tür. Erime noktası 1173 derece, kaynama noktası 2067 derecedir. Enerji seviyesi başına elektronları “2, 8, 18, 32, 25, 8, 2” şeklindedir. En yaygın oksidasyon durumu +3’tür; ancak +2’den +8’e kadar değişebilir. Oksidasyon durumu aralığı bütün aktinitler arasındaki en geniş değerlerdedir. Her bir oksidasyon durumunun ayırt edici bir absopsiyon spektrumu vardır.

Gümüşî beyaz görünümünde katı bir metaldir. Saf amerikyum, parlak, beyaz gümüş renginde bir metaldir. Kristal yapısı oda sıcaklığında hekzagonaldır. Oda sıcaklığında ve kuru havada yavaşça kararır. Metal formu yumuşaktır. Halojenler, oksijen ve hidrojen ile tepkimeye girer. Ayrıca, klorür asidinde +3 iyonu vererek çözünür ve oksijenle reaksiyona girer. Aşırı soğuk ve oda sıcaklığı arasında geniş bir sıcaklık aralığında paramanyetiktir. Manyetik olmayan zemin durumundan dolayı süper iletkendir. Metal amerikyum, triflorürün baryum ile bir vakumda 1200 derecede indirgenmesi ile elde edilir.

Periyodik tabloda 3-B Grup, 7. Periyot, F-Blok elementlerinden biridir. Aktinitler element serisinde yer alan, kolay elde edilebilen, yapay, radyoaktif bir elementtir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri bakımından periyodik tabloda solunda bulunan aktinit plütonyum ve üzerinde bulunan lantanit evropiyum elementleri ile benzerlik gösterir. Erime noktası plütonyum ve evropiyumdan yüksek, küriyumdan düşüktür. Plütonyumdan daha az, evropiyumdan daha fazla yoğundur.

İzotopları 

Amerikyum, doğada önemli bir miktarda henüz tespit edilemedi. Uranyum cevherlerinde eser miktarda bulunabilmektedir. Uranyum ötesi (transuranyum) elementlerin dördüncüsüdür. Atom kütle numaraları 232 ila 247 arasında değişen 19 izotopu ve 8 nükleer izomeri karakterize edilmiştir. Bütün izotopları kararsızdır, radyoaktiftir ve çeşitli şekillerde alfa, gama ve beta çürümesine uğrarlar.

Amerikyumun en önemli izotopu Amerikyum-241’dir. Plütonyumdan elde edilebilen Am-241’in yarılanma ömrü 432,2 yıldır. En kararlı izotopu Am-243’ün yarılanma ömrü ise 7370 yıldır. Am-243, Am-241’in nötronlarla bombardımanı sonucu elde edilir. Diğer önemli izotopu Am-242’nin yarılanma ömrü ise, 141 yıldır. Diğer izotoplarının yarılanma ömrü 51 saatten azdır.

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır? 

Amerikyumun önemli bir ticari uygulaması bulunmuyor. Temel kullanımı ölçüm cihazları ve bilimsel araştırmalardır. En önemli izotopu olan Amerikyum-241’in gama ışıması özelliği sebebiyle bazı radyografik ölçümlerde kullanılır. Genellikle endüstriyel ölçüm ve ölçme cihazlarında, radyoloji uygulamalarında, kimyasal araştırmalarda ve tıbbi uygulamalarda faydalanılır. İyonlaşma tipi duman dedektörlerinde çok küçük miktarlarda günlük hayatta karşılaşılan tek sentetik elementtir. Am-241, berilyum ile preslenerek önemli bir nötron kaynağı haline gelir. Diğer daha ağır radyoaktif elementlerin üretiminde de kullanılabilmektedir. Amerikyum ve bileşikleri; tıp, bilim ve endüstride kullanılan taşınabilir alfa ve gama ışını kaynağıdır. Kemik mineral analizinde ve radyoterapi uygulamalarında radyasyon kaynağı olarak kullanılır.

Güncel araştırmalara göre, amerikyumun, uzay araçları güç kaynağı pillerinde kullanılabileceği değerlendiriliyor. İngiltere’deki Ulusal Nükleer Laboratuvarı (NNL) ve Hollanda’da bulunan Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından yapılan araştırmalar, Am-241 izotopunun “uzay pilleri” üretmek için gereken malzemelerde kullanılması için umut verici sonuçlara ulaşıldı. Ancak bu piller için daha büyük miktarda amerikyum üretilmesi gerekiyor. İsrail’de bir grup bilim adamının araştırmasına göre de, Am-242 izotopunun, uzay pilleri için 80 gün boyunca güç kaynağı sağlayabileceği öngörülüyor. Am-242’nin üretilmesi Am-241’e oranla daha zor; ancak Am-242, hareketli parçalar için sağlam, güvenilir ve 1 mikron kalınlığında çok ince güç kaynağı veya pil üretimine izin verebiliyor.

Amerikyumun kullanıldığı bazı uygulamalar şunlardır; akışkan yoğunluklarının ölçümü, kalınlık ölçme cihazları, uçak yakıtı göstergeleri, duman ve radyasyon dedektörleri, uzaklık algılayıcı aygıtlar, cam, plastik ve kauçuk kalınlıkları ölçümleri, tahribatsız muayene element analiz uygulamalarında radyasyon uyarıcı olarak…

(Duman dedektöründe kullanılan amerikyum)

Bunları Biliyor Musunuz? 

• Amerikyumun doğal nükleer reaksiyonlar sonucu yaklaşık 1 milyar yıl önce yerkabuğunda oluştuğu tahmin ediliyor. Ancak bu amerikyum izotoplarının tamamı farklı elementlerin izotoplarına dönüşmüş durumda…
• Amerikyum izotopları, uranyum cevherlerinin yanı sıra nükleer silah denemelerinin yapıldığı ve nükleer felaketlerin yaşandığı bölgelerdeki nükleer atıkların içinde de az miktarda bulunur.
• Amerikyum, doğal kaynaklardan önemli miktarda elde edilemez. Nükleer reaktörlerde çoklu nötron yakalama yöntemiyle sentezlenebilir. Radyoaktif dönüşüm uygulamalarında plütonyumdan Am-241 ve Am-243 izotopları elde edilebilir. Bu izotoplar, alfa ışınımı vererek diğer elementlerin radyonüklidlerine dönüşür.
• Amerikyum, canlı yaşamı için gerekli bir element değildir. Radyoaktivitesi ve kararsızlığı sebebiyle oldukça tehlikelidir. Yalnızca nükleer tesislerde ve araştırma laboratuvarlarında sıkı güvenlik tedbirleri altında değerlendirilebilir.
• Nükleer atıklar, nükleer felaketler veya benzeri bir şekilde amerikyuma maruz kalındığında vücuda alınan amerikyum, kemiklerde toplanır ve radyoaktif parçacıkları ve ışınları kemik kanserine yol açar. Vücuda alınan Amerikyum-241 izotopu, uzun yarılanma ömrü sebebiyle yıllarca vücutta kalabilir.
• Amerikyum, oldukça tehlikeli olduğu halde evlerde kullanılan duman dedektörlerinin aktif bileşenidir. Ve bu dedektörler, birçok insanın hayatını kurtarmıştır.
• Duman dedektörlerinde çevredekilere zarar vermeyecek miktarda bulunan Amerikyum-241’in hava moleküllerini iyonize eden alfa parçacıkları, dedektörde küçük bir bölmede serbestçe dolaşır. Bu iyonlar, bölmede bulunan iki elektrot arasında küçük bir elektrik akımı taşır. Odaya dolan duman iyonları emer ve bu bölmedeki elektrik akımı düşer. Elektrik akımındaki bu değişiklik alarmı aktifleştirir.
• Amerika kıtasının adından esinlenilerek isimlendirilen aktinit elementlerden amerikyum, periyodik tabloda, Avrupa kıtasından esinlenilerek ismi türetilen lantanit elementlerden evropiyum elementinin hemen altında yer alır.
• Nükleer enerji santrallerinde plütonyumun nötron bombardımanından kaynaklanan çürüme zincirinin bir parçası olarak amerikyum üretilir. Bu yöntemle her yıl gram miktarlarda amerikyum üretilmektedir.
• Amerikyumun radyoaktif bozunması fosfora enerji verir ve ışımasına yol açar.
• Amerikalı kimyager Glenn Seaborg ve ekibi, periyodik element tablosunun yapısını değiştiren 10 farklı elementi keşfetmiştir.
• 8. Cumhurbaşkanı Turgut Özal’ın bir suikast sonucu zehirlenerek öldürüldüğü iddiası üzerine 2 Ekim 2012 tarihinde yapılan feth-i kabir işleminin ardından naaşı üzerinde yapılan incelemelerde aralarında Amerikyum-241’un da bulunduğu 4 farklı zehirli madde tespit edildiği ileri sürüldü. Bu iddialar üzerine “cumhurbaşkanına suikast” suçundan emekli bir tuğgeneral hakkında açılan davada, Ankara 4. Ağır Ceza Mahkemesi, Aralık 2012 tarihinde beraat kararı verdi. Yargıtay 16. Ceza Dairesi, Mart 2016 tarihinde beraat kararını onadı; ancak yerel mahkemenin beraata ilişkin gerekçeli kararındaki “Özal’ın zehirlenmek suretiyle öldürüldüğünün ispatlanamadığı” şeklindeki bölümü çıkardı.