Türkiye’de atom santrali kurulacağını duyan ve çekirdek fiziği

çalışmayan bir fizikçi, bir gün içerisinde bu konudaki

hangi bilgilere ulaşır ve neleri düşünür?

1. Çekirdek yakıtları

Тhоrium (Toryum), yumuşak, viskozitesi çok büyük, iyi dövülebilen, gri renkte olan radyoaktif bir metaldir. Periyodik tabloda 90. sırada yer alır ve atom yükü 232 dir (₉₀Th²³²). Toryumun özyoğunluğu -11.78 g/cm³, özısı tutumu -0.113 J/Kmol, erime sıcaklığı -2028 ⁰K, buharlanma sıcaklığı -5060 ⁰K dir. Toryumu içeren ve sonradan thorit olarak adlandırılan mineralinden 1828 yılında ayırmışlar ve İskandinav mitolojisinden bilinen gök gürültüsü Tanrısı Thora’nın adını vermişlerdir.

Yaklaşık olarak bundan 100 yıl önceki dönemlerde, toryumun ateşte ısıtıldığında güçlü bir ışık verdiği bilinmekteydi. Bu da onun evleri aydınlatma amacı ile kullanılmasına neden olmuştur. Eğer katı maddeyi ısıtırsak, örneğin demiri, onun 1000 ⁰C ki ışımasının kırmızı renkte ışıma olduğu gözlenir. Bu genelde katılar için geçerlidir. Ama ateşin üzerindeki gazın ışıması ise, onun türüne bağlı olarak çok daha parlak ve ak ışığına yakın ışıma verebilir. Bu ısınan gazın atomlarının (veya moleküllerinin) hangi enerji seviyelerinin uyarılmasına (ışık soğurması değil) ve hangi geçişlerin daha büyük olasılıkla gerçekleşmesine bağlıdır. Toryumun ak ışığa yakın dalga boylarında güçlü ışıma vermesi, onun yüzey kısmındaki atomların böyle enerji geçişlerinin çok daha fazla gerçekleşmesini göstermektedir. Unutmayalım ki gazlar seyrekse ve gazı oluşturan moleküllerin (veya atomların) hızları küçükse, ışımasının spektrumu çizgisel olur. Ama katıların yoğunluğu çok büyük olduğundan, katıyı oluşturan atomlar birbirleriyle devamlı etkileşirler ve titreşim hareketi yaparlar. Bu nedenle de onların enerji seviye sayısı çok fazladır ve ışımaları da sürekli olur.

Günümüzde bilim adamları, Toryumu diğer metallerle karıştırarak, ısıya ve kırılmalara dayanabilen alışımlar elde ediyorlar. Toryumun oksidi tüm diğer oksitlerden ve metallerin büyük çoğunluğundan daha yüksek sıcaklıklarda erir (3077 ⁰C) ve paslanmadığından çok yüksek sıcaklıklarda kullanılması gereken yerlerde kullanılabilir. Volfram (Wolfram veya Tungsten) 3380 derecede, yani metallerin hepsinden daha yüksek sıcaklıkta erir. Volfram çok yoğun bir maddedir, öz yoğunluğu 19.3 g/cm³ tür ve kaynama sıcaklığı da çok yüksektir (5530 ⁰C), yani Toryumun kinden de daha yüksek. Ama Toryum oksitten (ThO₂) %1 den az miktarda volframa katılması ampullerdeki tellerin mekaniksel olarak daha dayanıklı olmasına ve açığa çıkan ışığın daha ak olmasına neden olur. Toryumum oksidi çok dayanıklı olduğundan uçakların yapımında da kullanılmaktadır.

Bilindiği gibi Mendeleyev’in tablosunda, sıra numaraları küçük olan kimyasal elementlerin doğada bulunmayan, ama yapay yollarla elde edilen ve doğadaki bazı süreçler sonucu oluşan izotopları radyoaktiftir. Örneğin hidrojenin bile radyoaktif izotopu vardır. Bu Trityumdur (₁H³) ve onun kendi kendine yarı bölünme ömrü (çekirdeklerinin yaklaşık yarısının beta (β) bozulmasına uğraması için gereken zaman) 12.3 yıldır. Alüminyum atomunun ₁₃Al²⁷ izotopu dışında olan diğer izotopları saniye ve dakikalar içinde bozulur.

Mendeleyev tablosunda sıra numaraları orta ve büyük olan elementlerin izotopları adeta radyoaktiftir ve bazılarının yarı ömürleri milyonda bir saniye kadar küçük olabilir. Burada bizi doğal radyoaktiflik ilgilendiriyor, yani gezegenimiz olan Dünya’nın oluşması sırasında (5x10⁹ yıl önceden) geriye kalan elementlerin radyoaktif izotopları ve onların bozulmasının ürünleri. Bu elementlerin izotoplarının yarı ömürleri 3x10⁸ yıldan büyüktür. Böyle elementlerin izotoplarından Potasyum (₁₉K⁴⁰), Vanadyum (₂₃V⁵⁹), Rubidyum (₃₇Rb⁸⁷), İndiyum (₄₉İn¹¹⁵), Tellür (₅₂Te¹²³), Lantan (₅₇La¹³⁸), Lütesyum (₇₁Lu¹⁷⁶), Renyum (₇₅Re¹⁸⁷) β radyoaktiflik parçalanması ile (çekirdeklerinden bir elektron veya pozitron ışıması yaparak) komşu elementin dayanaklı izotopuna dönüşürler. Bu tip radyoaktiflik gösteren elementlerden çekirdek enerjisi elde etmek çok elverişli değildir.

Doğal radyoaktivitelik gösteren elementler içinde Neodim (₆₀Nd¹⁴⁴), Samaryum (₆₂Sm¹⁴⁷), Toryum (₉₀Th²³²), Uranyum (₉₂U²³⁵) ve (₉₂U²³⁸) α radyoaktiflik gösterirler. Biliyoruz ki α parçacığı helyum atomunun çekirdeğidir. Bunların dışında bazı çok düşük olasılıkla α radyoaktiflik gösteren elementlerde vardır (Kadmiyum ₄₈Cd¹⁵², Hafniyum ₇₂Hf¹⁷⁴ ve Platin ₇₈Pt¹⁹⁰ ve ₇₈Pt¹⁹².) Doğada, α radyoaktiflik özelliği gösteren elementlerin parçalanması sonucu oluşan ve kısmen uzun yaşayan radyoaktif izotoplar da vardır. Bunlar ₉₀Th²³², ₉₂U²³⁵ ve ₉₂U²³⁸ izotoplarının ürünleridir. Bu radyoaktif elementlerin parçalanması sonucu oluşan α parçacıkların, nötronların ve kozmik ışımadaki protonların etkisi ile hafif elementlerin bile bazı izotopları oluşur. Bu izotopların yarı ömürleri kısa olduğundan pek gözlenemezler ve bu nedenle de doğada çok az miktarda rastlanırlar.

Bundan 50 yıl önce başlanan çalışmalarda, farklı elementlerin çok sayıda (binden fazla) izotopu yapay yollarla elde edilmiştir. Bunların çoğu özel bir amaçla değil, çekirdek ve parçacık fizikçilerinin yaptıkları deneyler sonucu tesadüfen oluşmuştur. Bizi burada ilgilendiren konu, atom (daha doğrusu çekirdek) enerjisinin elde edilmesi olduğundan, alfa (α) radyoaktifliği gösteren ve özellikle kendi kendine ya da az bir enerji alarak bölünen elementlerin izotopları üzerinde durmalıyız. Genelde atom numaraları Z>83 olan ve beta (β) parçalanmasına uğramayan elementlerin hepsi alfa parçalanmaya maruz kalırlar ve bunların içlerinde daha ağır olan elementlerin izotopları bölünür. Doğada rastlanılan radyoaktif elementler içinde çok yaşayan ve diğer radyoaktif elementlerden çok daha fazla rastlanılan elementler ₉₂U²³⁸ ve ₉₀Th²³² dur. Bu elementlerin milyon yıldan fazla yaşayan izotoplarının yarı ömürleri aşağıdaki gibiler:

₉₂U²³⁸– 4.51x10⁹, ₉₂U²³⁵– 7.13 x10⁸, ₉₂U²³⁶– 2.39x10⁷ yıl,

₉₀Th²³²– 1.39x10¹⁰yıl.

Dünyadaki Toryum rezervi Uranyumdan yaklaşık 3-4 kat daha fazladır. Bir kimyasal elementin diğerinden fazla olması onun tam olarak elde edilmesinin kolaylığını ve maliyetinin daha az olması anlamına gelmiyor. Önemli olan kimyasal elementlerin elde edilmesi kolay olan yataklarda birikmesi ve kullanışı daha az masraf isteyen halde olmasıdır. Toryumun farklı ülkelerde bulunan maden yataklarındaki miktarını tonlarla ifade edersek, yaklaşık olarak şöyle bir dağlım olduğu söylenebilir: Türkiye 380 bin, Avustralya 340 bin, Hindistan 300 bin, ABD 300 bin, Norveç 180 bin, Kanada 100 bin ton. Diğer ülkelerdeki Toryum rezervlerinin toplamı 100 bin tondan az olduğu bilinmektedir, ama bunlar tahminlerdir ve değişebilir. Örneğin Rusça olan belgelerde Türkçe yayınlardan farklı verilerin olduğu bilinmektedir: Avustralya 300 bin, Hindistan 290 bin, Norveç 170 bin, ABD 160 bin, Kanada 100 bin. Diğer yandan dünyadaki Toryum rezervlerinin yaklaşık % 25’inin Norveç’te olduğu da yazılarda geçmektedir. Doğu insanlarının bir şeyleri değerlendirme konusunda kesin olmayan ve çok abartıcı şekilde konuşmalara sahip oldukları bilinmektedir. Bu anlamda Türkiye’deki Toryum zenginliğine ve işlenmesinin maliyetine de daha ciddi yaklaşılması gerekir.

Kolay elde edilebilen ₉₂U²³⁸ (doğal olarak temiz şekilde değil) rezervleri için: Avustralya 323 bin, Kazakistan 317 bin, Nijerya 125 bin, Rusya 121 bin, Kanada 105 bin ton. Maliyeti daha fazla olan Uranyum rezervleri çok daha fazladır ve bunlara bağlı yazılardan yine de Avustralya birinci ve Kazakistan ikinci sıradadır.

Şimdi Uranyumun ve Toryumun çok iyi bilinen ve yukarıda verdiğimiz yarı ömürlerine bağlı bilgileri inceleyelim. Toryumun yarı ömrü çok daha büyüktür ve onun bölünmesi sonucu oluşan ve yarı ömrü büyük olan izotopları da yoktur. Yalnızca ₉₀Th²³⁰ izotopunun yarı ömrü 8x10⁴yıldır. Böylece bir yandan Toryumun esas izotopunun kendisi Türkiye’de bazı diğer ülkelerde ki gibi kolay bölünmüyor, diğer yandan dünyanın bütün maden yataklarında ne kendisinin izotopları ne de ürettiği diğer elementlerin atom yakıtı gibi kullanılmaya elverişli olanı, yani kısmen çok yaşayan ve böylece birikebilen izotoplar bulunmamaktadır. Toryumun öyle fiziksel özellikleri var ki bomba yapımı için hiç kullanılmaz. Aynı zamanda atom santrallerinde yakıt olarak kullanılması Uranyumunkinden daha zor yollarla mümkün olmaktadır. Ama fiziksel özellikleri, onun yakıt olarak kullanılmasından sonraki kalıntılarının Uranyumunki kadar tehlikeli olmadığını da gösteriyor. Yani onların doğaya vereceği zararın önlenmesi için harcanan paranın daha az olduğu apaçıktır. 1940’lı yıllarından beri Toryum hep bir nükleer yakıt gibi kullanılmak istenmiştir, özellikle son 30-35 yılda. Bu yönde en fazla bilimsel ve teknik çalışmalar Almanya, Hindistan, Japonya, Rusya, Büyük Britanya ve ABD’de yapılmıştır.

Eğer ₉₀Th²³²ile yüklenmiş nükleer reaktöre yüksek enerjili nötron demeti gönderilirse, bu Toryum çekirdekleri nötronları soğurarak kendi kendine hızla bölünebilen Uranyumun ₉₂U²³³ izotopuna dönüşürler. Hızlı nötronları elde etmek için, hızlandırıcılarda hızlandırılmış protonlar ağır çekirdekli atom hedeflerine yönlendirilir. Buradaki teknik problemler halen güncelliğini korumaktadır, çünkü elde edilen enerjinin maliyeti çok önemlidir. Diğer yandan unutmamak gerekir ki Uranyum- 233 atom bombası yapımı için kolayca kullanılabilir, bu da iyi değil.

Bilindiği gibi, yeryüzünde nüfus azalmazsa, yaklaşık 50 yıl sonra kimyasal doğası olan yakıtlar ve hatta Uranyum yakıtı bile (kolay bölünen izotoplar) enerjiye olan talebi karşılamaya yetmeyecektir. Daha ötesi, yakıtların fiyatları çok artacaktır. Bu nedenle Uranyum- 238 ve Toryumu- 232 daha düşük maliyeti olan yöntemlerle yakıt olarak kullanma yönünde çalışmaların devam edilmesi gerekir. Bunun için de hızlı (sıcak) nötronlar kaynağı gerekir.

2. Atom santrali Türkiye için de çok gerekli

Dünyadaki bu geçici hayatı ne kadar büyük felaketlerin beklediğini pek önemsemeyen çok insan vardır. Küresel ısınma gibi felaket üzerimize gelmese bile insanların diğer felaketlerle karşı karşıya kalması kaçınılmazdır. Dünyada insan sayısı çok büyük rakamlara ulaştığı için ekili toprakları, su, yakıt ve yaşam için en gerekli olan diğer şeylerin çok yetersiz kaldığı da bilinmektedir. Bunların karşısına geçebilmek ve kendilerini korumak için, gelişmiş ve bazı gelişmekte olan (Rusya ve Çin gibiler) ülkeler farklı şekilde etkileri olan genetik silahlar üretiyorlar ve geliştiriyorlar. 5-10 yıl sonra bu silahlarla yer yüzündeki insan sayısını belirli sayıda tutmak ve onların türünü değiştirmek imkanına ulaşılması beklenmektedir. Bunların hepsi dünyadaki insanların büyük çoğunluğunu yeni bir şey gibi pek ilgilendirmez, çünkü onlar bu dünyanın sonunun bile geleceğini biliyorlar. Daha da önemlisi, bu geçici dünyada ki felaketler, diğer dediğimiz ve zamanla kısıtlanmamış asıl dünyayı (cenneti) etkilemiyor. Bu dünyadaki sorunların da önemli olduğunu göz önüne alarak karşımızda duran problemlerden bazılarını tartışmaya devam edelim.

İnsanların akıllarını (zekasını) pazara koyup satışa çıkardılar. Herkes kendi aklını beğendi ve aldı. Atasözü.

Gelişmiş ülkelerdeki çok sayıdaki insan için bu atasözü geçerli değildir. Böyle insanlar o ülkeleri gelişmiş yapmışlardır. Gelişmiş ülkelerde en değerli şey kaliteli eğitim, bilim ve yeni teknoloji üretimidir. Gelişmekte olan ülkelerde ise uyanıklıktır. Her iki grup ülkede zeki olan insanlara değer verilmektedir. Ama zeki olmak kavramı bu iki grup ülkelerde farklı şeyleri içeriyor. Birin de eğitimli olmayı ve bilim yapmayı, diğerinde ise uyanık olmayı seven insanların oranı fazladır. Ama toplumların ekonomik kalkınması için toplumun uyanıklık kapasitesi şimdilerde çok da önemli değil, ayrı ayrı aileler için çok büyük önem taşısa da. Atom santralini çalıştırmak için ise bu özellik tehlike oluşturur.

Diğer ülkelerdeki gibi bizim ülkemizde de bir sürü cihaz ve donanım var ki, onların gerekli seviyede ve kazasız kullanılması ve tamiri yapılması için yüksek seviyeli uzmanların olması gerekir. Atom santralleri de bunlardan biridir, ama bir farkı vardır. Buradaki kaza yalnız santralin bulunduğu ülkeyi değil, komşu ülkeleri de etkiliyor. Bizdeki eğitimin ve bilimin kalitesi ise yıldan yıla ilerlemek yerine, hep gerilemektedir. Kaliteli eğitime ve bilime değer vermeyen ülkede ise yapılan işlerde ciddilik gerektiren seviyede olamaz. Bunu da TV programlarında ki bilime ve yeni teknoloji üretimine bağlı yayınlardan, elektriklerin gidip gelmesinden ve diğer örneklerden görüyoruz. Ciddi yaklaşım ise atom santrali kullanımı için en önemli yaklaşımlardan biridir. Atom santralinde kapsamlı bilgi elde etmiş (veya edebilen) ve derin şekilde düşünebilen fizikçilerinde olması gerekir. Böyle bilim adamlarımız ise şimdilerde yoktur ve gelecekte olması da imkansız duruma gelmiştir. Ama bunların da pek önemi yoktur belki? Neden?

Dünyada küreselleşme süreci hızla ilerlemektedir. Bu süreçte devletlerin sınırları pek önem taşımadan, sermaye ve gayrı menkul, kaliteli eğitimi ve bilimi olan milletlerin temsilcilerinin ellerine geçmektedir. Diğer yandan onlar bu dünyada daha sağlam yaşamaya daha fazla önem veriyorlar. Bunları da göz önünde bulundursak, onların yaptıkları atom santrallerin de, kazaları önleme açısından en önemli görevlerde onların çalışacakları kaçınılmazdır. Onlar iyi biliyorlar ki, insan düşüncesi geçmiş de olanlar ve yaşadıkları ile sınırlıdır. Bu limiti aşmak için bilimsel düşüncenin hızla gelişmesi ve bu düşünce gücü kullanılarak yeni bilgilerin elde edilmesi gerekir. İnsan düşüncesi serbest olarak gelişmez. İnsanın düşüncesini yaşadığı ortam belirler.

UYARI: Eğitişim Dergisinden yapacağınız her türlü alıntı için kaynak belirtmeniz ve sayfaya bağlantı vermeniz gerekmektedir. Yazıları bütün olarak kendi sayfanızda yayımlamanız yasaktır. Ancak, başlık ve bazı küçük alıntılarla, yazının tanıtımını yapabilir ve "Devamı için TIKLAYIN!" diyerek, konuklarınızın, ilgili yazımıza yönlendirilmelerini sağlayabilirsiniz.

Ana Sayfa