Nükleer Kâbus Plütonyum Nedir? (Özellikleri, Zararları)

Plütonyum, dünyadaki en radyoaktif ve zehirli maddelerden biridir. Atom bombalarında ve nükleer enerji üretiminde kullanılır.

Plütonyum, nükleer silahların hammaddesi olarak kullanılan ve bilinen en toksik, en radyoaktif elementlerden biridir. Doğada çok nadir bulunduğu için nükleer reaktörlerde suni olarak elde edilir. Devasa enerji potansiyeli sebebiyle kitle imha silahı olarak kullanılmıştır. Japonya’nın İkinci Dünya Savaşı’ndan çekilmesini sağlayan atom bombalarının ikincisinde plütonyumun izi vardır. Bu bombaların yaydığı radyoaktivite milyonlarca insanın hayatına mal olmuş, milyonlarcasını yaralamış ve onarılmaz çevre felaketlerine yol açmıştır. Plütonyum, uranyumdan üretilen ve uranyuma alternatif olarak kullanılabilen bir radyoaktif elementtir. Adını Plüton gezegeninden almıştır. Plüton’u fotoğraflayan uzay aracının yakıt pillerinde plütonyum kullanılmıştır. Kötü amaçlar için kullanıldığında insanlığın felaketi olabilecek kapasitesi olan plütonyum, yıllarca yetecek enerji kaynağı da olabilir. Ayrıntılar makalemizde…

Tarihçesi 

Plütonyum, 1940 yılında bir grup bilim adamı tarafından atom hızlandırıcıda elde edildi. “Siklotron” adı verilen atom hızlandırıcıda Uranyum-235 izotopunun nötron bombardımanı ile üretilmiştir. Berkley Üniversitesi bilim adamlarından Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan, Josephe W. Kennedy ve Aerthur C. Wohl tarafından 152 santimetrelik siklotronda uranyumun döteryum (alfa çekirdeği) ile bombardımanı sonucu plütonyum elde edildi. Ekip, Uranyum-238 izotopu ve Neptünyum-238 izotopunu iki serbest nötron üreten cihazda hızlandırdı ve döteryumla bombardımana tutarak plütonyumu keşfetti. Neptünyum-238, daha sonra beta çürümesiyle Plütonyum-238’e dönüştü. Bu deney, 1946 yılına kadar bilim dünyası ile paylaşılmadı. “Plütonyum” kelimesi, Plüton gezegeninden esinlenerek türetilmiştir. İngilizcesi “plutonium”dur.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 

Plütonyumun kimyasal simgesi “Pu”dur. Atom numarası 94, atom ağırlığı 244, yoğunluğu 19,81 gcm3’tür. Erime noktası 640 derece, kaynama noktası 3228 derecedir. Periyodik tablonun 3-B grubunda aktinitler element serisinde yer alır. Kristal yapısı monoklinik yani tek eğriliklidir. Gümüşi renkte katı bir metaldir. Fiziksel özellikleri bakımından birçok metalle, en çok da nikelle benzerlik gösterir. Oda sıcaklığındaki plütonyuma “alfa formu” adı verilir.

Plütonyum kırılgandır, ısı ve elektriği iletmez. Plütonyumun dış kabuğundaki elektronların sayısı sürekli değişir ve diğer elektronlarla eşleşmediği için elektronları asla bir manyetik alanda hizalanmaz.  Bu sebeple plütonyum magnetik değildir ve herhangi bir mıknatısa tutunmaz. Plütonyum ısıtıldığında veya elektrik akımı verildiğinde diğer elementlere göre daha fazla genişler ve büzülmeye uğrar.

Plütonyumun bütün izotopları radyoaktif ve toksiktir. Diğer aktinitler gibi plütonyum da toprakta nadir bulunur. Uranyum cevherleri eser miktarda plütonyum içerir. Transuranyum serisi elemenler arasında ikinci sıradadır. Doğal Uranyum-238 çekirdeğinin nötron yakalaması sonucu Uranyum-239 elde edilir. Uranyum-239’un iki defa beta ışıması sonucu nükleer reaktör içinde Neptünyum-239 izotopu ile birlikte Plütonyum-239 elde edilir. Plütonyum-239 da, alfa ışıması sonucu Uranyum-235 izotopuna dönüşür. Atom kütle numaraları 232-246 arasında değişen en az 15 izotopu elde edilebilmektedir. Bunların arasında en önemli izotop Pu-239’dur. Bu izotopun yarılanma ömrü, 24 bin 360 yıldır. Diğer önemli izotopları Pu-238’in yarılanma ömrü 86,4 yıl, Pu-224’ün ise 76 milyon yıldır. Bu iki izotop alfa ışıması yaparak yarılanırlar.

Plütonyum birçok bileşik ve alaşım oluşturabilir. Halojenlerle, karbonla, azotla ve silisyumlar bileşikler meydana getirebilir. Oksihalojenür bileşikleri verebilir. Alüminyum, gümüş, kobalt, berilyum, demir, mangan ve nikelle alaşım meydana getirebilir. Hızla okside olabilir. Oksijenle tepkimesi sonucu rengi önce kahverengiye, sonra maviye dönüşür. Havada oksitlendiğinde donuk gri, sarı ve zeytin yeşili renklerinde lekelenir. Konsantre mineral asitlerle çabuk erir.

Plütonyum Üretim Süreci 

Plütonyum, doğada çok nadir bulunduğu için yapay olarak elde edilebilen elementlerdendir. Plütonyumu reaktördeki diğer radyasyon yayan maddelerden ayırarak saflaştırmak için çeşitli kimyasal işlemler uygulanır. Reaktördeki uranyum ve plütonyum karışımından plütonyumu ayırmak için karışım nitrik aside katılır. Çözünen karışımdaki plütonyum +6 oksidasyon basamağına kadar yükseltgenir. Daha sonra bir amino asit türü olan hekzon ile karışımdan çekilip alınır. Daha sonra alüminyum nitrat çözeltisi ile bir kimyasal işlem uygulanır. Alüminyum nitrat çözeltisi plütonyumu 3+ oksidasyon kademesine indirger. Saf plütonyum elde edilinceye kadar bu işlem birkaç defa tekrar edilir. Plütonyum, nötronlarla bölünme tepkimesine girebildiği için fazla miktarda elde edilebilir. 

Hangi Alanlarda Kullanılır? 

Plütonyum, laboratuarlarda ve nükleer reaktörlerde kullanılmak üzere suni olarak üretilir. Suni olarak elde edilen Pu-239, fisyon (çekirdek bölünmesi) özelliğine sahiptir. Nükleer reaktörlerde yan ürün olarak elde edilir. Bu sebeple Pu-239, atom ve hidrojen bombalarında kullanılan önemli bir nükleer patlayıcıdır. Pu-239, hafif su soğutmalı nükleer reaktörlerde yılda 200-250 kilogram arasında yan ürün olarak üretilir. Bu ürün tekrar işleme sokularak plütonyum oksit ve uranyum oksit içeren yakıt çubukları olarak nükleer reaktörlerde kullanılır. Aynı zamanda sıvı metal soğutmalı nükleer reaktörlerde de kullanımı planlanmaktadır. Plütonyumun diğer transuranyum elementlerinden ayıran en önemli özellik; hem nükleer silah olarak kullanılabilmesi hem de nükleer reaktörlerde uranyumun yerini alabilmesidir. 

Pu-238 izotopu ise, yapay kalp üretim çalışmalarında kullanılmaktadır. Tıp ve metalürji uygulamalarında da Pu-242 ve Pu-244 izotopları kullanılmaktadır. Atom pillerinin üretiminde de plütonyumdan faydalanılır. Nükleer enerji üretimi için önemli bir maddedir. U-238’in ışıması sonucu üretilen plütonyum, askeri amaçlı kullanılmaktadır. Nükleer silah üretiminde yüzde 90 oranında Pu-239 içeren plütonyum kullanılır. Kobaltve galyumla alaşımları düşük sıcaklıklarda süper iletken olarak kullanılır. Alüminyum alaşımı nükleer yakıtın bir bileşenidir.

Plütonyumun Sağlığa ve Çevreye Zararları 

Plütonyum, insan sağlığı ve çevreye oldukça zararlı ve zehirli bir maddedir. Çok tehlikeli bir madde olduğu üzerindeki çalışmalar için özel aygıtlar ve kıyafetlerle yapılır. Yayılıp çevreye zarar vermemesi için de çok güvenli bir ortamda korunması gerekir. Havadaki plütonyum miktarı metreküpte 0,00003 mikrogramı geçerse hem çevre hem de insanlar için tehlike oluşturabilir. Ancak plütonyumun insan için zehirli olabilmesi, vücuda hangi yollarla ve hangi bileşik halinde alındığı ile bağlantılıdır.

Deri üzerindeki açık bir yaraya mikrogramlarla ifade edilen miktarda plütonyum temas etmesi halinde o bölgede kansere yol açar. Plütonyum zerrecikleri havada askıda kalabilir. Bu sebeple plütonyum içeren hava solunum yoluyla akciğerlere alınabilir. Bu durumda akciğer kanserine yol açabilir. Vücuda alınan plütonyum kemiklere de saldırarak kemik kanserine yol açar.

Plütonyum atıkları, çevreye zarar verir. Nükleer reaktörlerdeki plütonyum artıkları ve nükleer denemeler sebebiyle çevreye plütonyum yayılmaktadır. Bu sebeple özellikle nükleer testlerin yapıldığı bölgede çevre felaketlerine yol açmaktadır.

Bunları Biliyor Musunuz? 

• Bir kilogram plütonyumun enerji potansiyeli, 20 milyon kilovat saat ısı enerjisi ile eş değerdir.
• Bir miktar plütonyuma dokunulduğunda yaydığı ısı eli yakar, suyu kaynatabilir.
• Yüzde 90 oranında Pu-239 içeren bir bomba üretimi için en az 10 kilogram plütonyum gerekmektedir.
• Bir ton uranyumdan 1 kilogram plütonyum elde edilebilmektedir. Bir kilogram içinde en önemli ve kullanılabilen izotop olan Pu-239’un miktarı ise 590 gramdır.
• Bir kilogramlık plütonyumun tamamen patlaması 10 bin ton kimyasal patlayıcı ile eşdeğerdir.
• Dört kilogramdan daha az miktarlardaki plütonyum, askeri amaçlar veya nükleer silah üretimi için yeterli değildir.
• Dünya atmosferinde nükleer testler ve diğer yollarla yayılmış 5 ton plütonyum bulunduğu tahmin ediliyor.
• Plütonyum üzerindeki ilk nükleer çalışmalar, İkinci Dünya Savaşı sırasında nükleer silah üretmek üzere ABD, Kanada ve İngiltere tarafından başlatılan ve Manhattan Projesi adı verilen projede yapılmıştır.
• 1945 yılında “Trinity” adı verilen ilk nükleer silah denemesinde plütonyum kullanılmıştır. Bu testte “The Gadget” adı verilen dünyanın ilk atom bombası patlatılmıştır. Bu patlamanın 20 bin ton TNT patlayıcı ile eşdeğer olduğu açıklanmıştır.
• 1945 yılında yapılan nükleer test sürecinin sonunda üretilen ve Japonya’nın Nagazaki kentine atılan “Fat Man” adlı atom bombasında Pu-239 izotopu kullanılmıştır.
• Apollo uzay programında kullanılan uzay araçlarında elektrik üretmek için Pu-238’in alfa ışını yayarken çıkardığı ısı kullanılmıştır.
• 19 Ocak 2006 yılında “cüce gezegen” Plüton’un fotoğraflarını çekmek üzere gönderilen New Horizons adlı uzay aracının yakıtında plütonyum kullanılmıştır. Nisan 2015’te Plüton’un fotoğraflarını gönderen New Horizons, Kuiper Kuşağı’na doğru yol almaya devam etmektedir. New Horizons’un plütonyum yakıtlı pillerinin ise 2050 yılına kadar aktif olacağı tahmin edilmektedir.
• NASA’nın uzay programlarında kullanılmak üzere önümüzdeki 10 yıl içinde en az 20 kilogram plütonyuma ihtiyacı olduğu belirtiliyor.