Neptünyum: Uranyum Ötesi İlk Element

Neptünyum, ileri teknoloji nükleer tesislerde üretilebilen, atom bombası üretiminde kullanılan elementlerin bir parçası olan radyoaktif elementtir.

Neptünyum, uzun süre doğadaki varlığına inanılmayan; ancak son zamanlarda bazı uranyum cevherlerinde doğal olarak rastlanan radyoaktif bir elementtir. Cevherlerde nadir bulunduğu için madenciliği yapılmamaktadır. Uranyumdan yapay olarak elde edilir. Uranyum ötesi (transuranyum) elementlerden biridir. Transuranyum elementleri, atom kütle numaraları 92’den büyük, aktinitler grubundan 11 elementtir. Neptünyum, bu elementler arasında yer alır. Kimyasal bakımdan şaşırtıcı özellikler gösterir. Türkiye’de 9 trilyon dolarlık doğal neptünyum bulunduğu ifadesi tam bir şehir efsanesi... Bazı elementlerle ilgili benzer birçok iddia halk arasında konuşulur; ancak bu iddiayla ilgili mantıklı bir açıklama yapılamıyor. Sadece yüksek teknolojili nükleer tesislerde üretilen ve kullanılan neptünyumla ilgili detayları makalemizde bulabilirsiniz.

Tarihçesi 

Neptünyum ilk olarak, 1940 yılında Amerikalı fizikçiler Edwin M. McMillan ve Phillip H. Abelson tarafından Kaliforniya Üniversitesi bünyesindeki Berkeley Radyasyon Laboratuvarı’nda sentezlenmiştir. Uranyumun siklotron adlı hızlandırıcı cihazda nötronlarla bombardımana tutulması sonucu Neptünyum-239 adlı izotop elde edilmiştir. Berkeley tarafından yeni keşifle ilgili yapılan açıklama, atom bombası üretiminin önündeki en büyük engellerden birinin aşıldığını gösterdi. 1944 yılında neptünyumun ilk toplu örneği izole edildi.

“Neptünyum” kelimesi, Neptün gezegeninden esinlenerek türetilen bir sözcüktür. Periyodik element tablosunda, Uranüs’ün adını taşıyan uranyumdan hemen sonra bulunan konumundan dolayı, Uranüs’ten hemen sonraki gezegen Neptün’ün adını almıştır.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 

Neptünyumun kimyasal sembolü “Np”dir. Atom numarası 93, atom ağırlığı 239, yoğunluğu 20,45 gcm3’tür. Periyodik element tablosunun 3-B grubunda, aktinitler element serisinde yer alır. Erime noktası 644 derece, kaynama noktası 3902 derecedir. Metal gümüşî renkli, sünek ve katı bir aktinit metalidir. Manganezle karıştırılabilir. Fiziksel işlenebilirliği bakımından uranyuma benzer. Tüm aktinit grubu elementler arasında en yoğun, bütün elementler arasında ise beşinci en yoğun elementtir. Erime ve kaynama noktası arasındaki farktan dolayı elementler arasında en geniş sıvı aralığına sahiptir.

Kimyasal bakımdan oldukça reaktiftir. Sayısız kimyasal bileşik oluşturabilir. Oksijen, su ve asitlerde çözünür, alkalilerde çözünmez. Neptünyum iyonları, hidroliz ve koordinasyon bileşiklerinin oluşumuna yatkındır. Hava ile temasında yüzeyinde oksit tabakası oluşur. Sıcaklık arttıkça bu reaksiyon daha hızlı gerçekleşir. Periyodik tabloda komşusu olan plütonyumun metal paylarından dolayı düşük bir erime noktasına sahiptir. Güçlü kovalent bağlanma, yüksek elektrik direnci gibi yarı metalik özellikler gösterir. Metalik fiziksel özellikleri metaloidlere (yarı metal), diğer metallerden daha yakındır. Süper iletkenliği yok eden güçlü manyetizma içerdiği halde paladyum ve alüminyum ile süper iletken alaşım oluşturabilir. Bu özelliği oldukça şaşırtıcı bulunur. Bu alaşım, -268,3 derecede süper iletkenlik geçiş sıcaklığına sahip dörtgen bir yapıya sahiptir.

Neptünyum, doğada çok nadir olarak uranyum cevherlerinde Uranyum-238 izotopunun doğal bozunması sonucu eser miktarlarda bulunur. Transuranyum ailesinin bir parçasıdır. Uranyumun nötronlarla bombardımanı sonucu yapay olarak elde edilen radyoaktif bir elementtir. Sadece nükleer reaktörlerde ve hızlandırıcılarda ileri düzey nükleer teknoloji ile üretilebilir. Reaktörlerde yakıt olarak kullanılan, bombardımana tutulmuş uranyumun yeniden işlenmesi ile elde edilir.

Neptünyumun yarılanma ömürleri bilinen ve atom kütle numaraları 225 ila 244 arasında değişen 25 izotopu vardır. 20 izotopunun çoğu 4,5 gün ve 50 dakikadan az yarılanma ömürlerine sahiptir. Kalan 5 izotop, metastabil izotoplar olarak bilinir ve yarılanma ömürleri uzundur. En bilinen ve kararlı izotopu Np-237’dir. Yarılanma ömrü 2,14 milyon yıldır. Plütonyum üretiminin bir yan ürünüdür. Alfa çürümesi ile Protaktinyum-233’e dönüşür. Np-236 izotopunun yarılanma ömrü 154 bin yıldır. Np-235, 396 gün yarılanma ömrüne sahiptir. Diğer izotopları kararlı değildir. İzotoplarının standart bir atom ağırlığı yoktur. Birkaç günlük yarılanma ömrüne sahip Np-239 da kısa süre Plütonyum-239’a dönüşür. NP-236, Np-235 ve Np-237 izotoplarının bölünebileceği tahmin ediliyor. Neptünyum-240m (metastabil) izotopu, beta emisyonuna ek olarak izometrik geçişle nadir bir çürüme sergiler.

Neptünyum, “neptünyum serisi” denilen bir bozunma zincirine sahiptir. Seride, protaktinyumdan uranyuma ve sonunda Bizmut-209 ve Talyum-205’e kadar bozunan Np-237 bulunur. Çoğu izotop, alfa emisyonuyla elektron yakalaması ile Np-237’den daha hafif çürür. Bu ürünler çoğunlukla uranyum izotoplarıdır. Neptünyum atomunun 93 protonu ve 93 elektronu bulunur. Bunlardan 7’si değerlik elektronlarıdır. Üç allotropik formda oluşur. Genellikle +3 ve +5 değerlikli 5 oksidasyon durumu sergiler.

Hangi Alanlarda Kullanılır? 

Neptünyum, doğada çok nadir bulunan bir element olduğu için madenciliği yapılamıyor. Bu sebeple yapay olarak elde edilir. Ticari kullanımı da bulunmuyor. Nükleer teknolojisi gelişmiş ülkelerde araştırma ve deneyler için üretilir. Nötron dedektörleri gibi bazı araştırma materyallerinde bileşen olarak kullanımı yaygındır. Uranyum pillerinin üretiminde de kullanılabilmektedir. Uzay araçlarına enerji sağlayan radyoizotop termal jeneratörlerde kullanılan Plütonyum-238 izotopunun üretiminde rol oynar. Np-237 izotopu, yüksek enerjili nötronları tespit etmek için kullanılan cihazlarda kullanılabilmektedir. Nükleer silahlarda yakıt olarak da neptünyumdan faydalanılabilir. Diğer izotoplarının bilinen bir kullanımı bulunmuyor.

Bunları Biliyor Musunuz?

• Neptünyum, suni olarak elde edilen ilk transuranyum ürünü elementtir.
• Neptünyum, ağır bir elementtir. Bazı izotopları fisyon (nötronlarla bölünme) reaksiyonu yapabilir; ancak bu işlemin enerji üretiminde kullanılabilecek şekilde devamlı ve kontrollü bölünme reaksiyonları çok özel konfigürasyonlarda gerçekleşebilir. Yani neptünyum henüz bir nükleer enerji kaynağı olarak kullanılamıyor.
• Dünyadaki toplam doğal neptünyum miktarı gramlarla ifade edilebilecek kadardır.
• Dünya neptünyumdan ibaret olsaydı, en uzun yarılanma ömürlü izotopu dünyanın yaşının yarısı kadar olduğu için bütün neptünyum içeriği günümüzden binlerce yıl önce çürümüş olurdu. Bu sebeple dünyanın oluşumunda yer alan neptünyumun tamamı yok oldu.
• Her yıl nükleer reaktörlerde yaklaşık 50 ton neptünyum üretilmektedir.
• Sadece neptünyum kullanılarak bir nükleer silah elde edilmek istense 60 kilogram neptünyum gerekir.
• 1945 yılında ilk atom bombasının patlatılması ve 1963 yılında imzalanan nükleer test yasağı anlaşmasına kadar geçen sürede yapılan nükleer testlerde çevreye yayılan atıklardaki doğal bozunmalardan dolayı yaklaşık 2500 kilogram neptünyumun atmosfere veya yerkabuğuna yayılmış durumda bulunduğu tahmin ediliyor. Çevreye yayılan miktar, uzun yarılanma ömürlü Np-236 ve Np-237 izotoplarından oluşmaktadır.
• Np-239, dengesiz bir izotoptur. Yakınında başka bir elektron üretir ve çekirdeğe ikinci bir proton ekleyerek plütonyum haline gelir. Bu, atom bombası üretmek için kullanılan bir materyaldir.
• Türkiye’de 9 trilyon dolar değerinde 127 bin ton neptünyum rezervi olduğuna dair iddialar bir dönem uzun süre tartışıldı. Maden Teknik Arama (MTA) Genel Müdürlüğü bu iddiaları yalanladı.
• MTA verilerine göre Türkiye’de uranyum cevherlerinde 9 bin ton uranyum bulunuyor. Bu miktarda uranyum işlense bile gram miktarlarda neptünyum elde edilebilir. Bunun ekonomik değerinin de en fazla 1000 dolar civarında olabileceği belirtiliyor.
• Mevcut uranyum rezervinin tamamı yapay olarak neptünyuma dönüştürülse bile kayda değer ekonomik bir değeri bulunmaz.
• İstanbul’da iki adet nükleer araştırma reaktörü bulunuyor. Bu reaktörlerin kullanılmış yakıtlarında çok az neptünyum bulunur; ancak yakıtlardaki neptünyumu elde etmek için yakıtları tekrar işleyecek teknoloji Türkiye’de bulunmamaktadır.
• Neptünyum, insan sağlığı için tehlikeli, radyoaktif, toksiktir. Ayrıca piroforiktir, yani havada kendiliğinden tutuşabilir. Vücuda enjekte edildiğinde kemiklerde birikebilir. Bu sebeple kemik kanserine yol açabileceği değerlendiriliyor. Solunum yoluyla veya ciltten insan vücuduna alınmaz.
• Biyolojik bir role sahip değildir. Bazı hayvanlar üzerinde yapılan testlerde neptünyumun sindirim sistemi tarafından absorbe edilemediği tespit edilmiştir.