Nasıl bir madde, nerede üretiliyor, neden çok pahalı? Atom bombası yapılabillir mi?
19.03.2018 günü medyada,
polis operasyonu sonucunda, piyasa değeri 5,5 milyar dolar olan yaklaşık 1,5 kg
Kaliforniyum radyoaktif maddesinin Ankara Pursaklarda ele geçirildiği, bunun
yurt dışına 72 milyon dolara satılmak istendiği, 4 kişinin gözaltına alındığı haberi
yer aldı. Ertesi günü Türkiye Atom
Enerjsi Kurumu’nun yaptığı açıklamada ise, yapılan ölçümler sonunda, bu
maddenin kaliforniyum maddesi olmadığı, herhangi bir radyoaktivite özelliği
bulunmadığı açıklandı /1/.
Biz bu olay ve
yazılanları bir yana bırakarak, kaliforniyum ile ilgili bilgileri ve dünyadaki
gelişmeleri burada kısaca vermeye ve konuya yabancı bir çok kişinin aklına
takılan soruları oldukça basit anlatımla yanıtlamaya çalışacağız. Buna rağmen
hemen şu söylenebilir: Kaliforniyum 252‘den dünyada sadece toplam 100 miligram kadar az bulunuyor.
Bu nedenle, Ankara’da 1,5 kg bulunduğu açıklamasından, bulunan maddenin
kaliforniyum 252 olamayacağı açık. Zaten, TAEK ölçümleri de bulunan maddenin
bir radyoaktivite özelliği göstermediğini saptıyor.
Not: Bu yazımız, tüm diğer yazılarımız gibi,
bir yerden aynen çeviri ya da aktarma olmayıp kaliforniyum maddesiyle ilgili güvenilir bir dizi bilimsel ve teknik raporun
incelenip, karşılaştırılarak değerlendirilmesi sonucu, bu konuda bugünkü bilim
ve teknolojideki gelişmeleri, olduğu gibi, özetle yansıtmaya çalışıyor. Konuyla
yakından ilgilenmeyenler aşağıdaki çerçeve içindeki bölümleri isterlerse
atlayabilirler.
Kaliforniyum nasıl bir madde?
Doğada bulunmayan, ‚özel
yapım hızlandırıcılarda (reaktörlerde)‘ yapay olarak üretilen ve nükleer
fizikte Cf simgesiyle gösterilen kaliforniyum (Californium) radyoaktif bir maddedir.
Kaliforniyum‘ un özgül kütlesi demirden
2 kat kadar daha büyük olup (15,1 gram/cm3
) elementlerin yer aldığı periyodik cetvelde /2/, uranyum ötesi
(transuran) 98 atom numaralı bir elementtir. Kaliforniyum’un 20 izotopu
bulunuyor (atom
çekirdeğinde farklı sayıda nötron bulunan örnekleri ya da radyoizotopları.
Bunlar içinde teknolojide en çok kullanılanı 252 kütle numaralı izotopu olan Cf 252’dir. Cf 252’nin yarılanma süresi yaklaşık
olarak 2,6 yıl (Atom çekirdeği bozunarak yarıya inene kadar geçen süre).
Kaliforniyum 252’nin en önemli özelliği, bundan çok az miktarın, çok sayıda
nötron yayınlamasıdır: 1 mikro gramı (gramın milyonda biri) dakikada 140 milyon
nötron yayınlıyor. Bu nedenle yoğun nötron kaynağı olarak çok çeşitli uygulama
alanları var.
NASA’nın çektiği süpernova
fotoğrafında Cf 254 spektrumunun belirlendiği açıklanmıştır.
Kaliforniyum ilk
kez nasıl ve nerede üretildi?
Kaliforniyum ilk kez 1950 yılında ‚California
Berkeley‘ üniversitesinde, özel bir hızlandırıcıda (Cyclotron), 1 mikrogram
kadar küryum (curium) atom çekirdekleri, 35 MeV’luk enerjili Alfa tanecikleriyle
(= Helyum atomunun çekirdekleriyle ) çarpıştırılmasıyla çok az miktarda (5000
atom kadar) kaliforniyum 245 elde edilebildi. Kaliforniyum adını, bu nedenle
California Üniversitesinden alıyor.
Küryum‘dan (Simgesi: Cm), alfa
(He) bombardımanıyla kaliforniyum elde edilmesi ve nötron salınması nükleer fizikte
aşağıdaki şekilde gösteriliyor:
Bu şekilde oluşan Cf 245’den bir
dizi ara atom çekirdekleri ve sonra da Cf 252 ortaya çıkıyor.
Kaliforniyum
252 üretildikten sonra, 2,6 yıllık yarılanma süresiyle, yukarıdaki şekilde
gösterildiği gibi, kendiliğinden bozunmaya başlıyor. Görüldüğü gibi ‘ani
çekirdek bölünmesi’yle (sf: spontan fission) % 3 oranında ortaya çıkan nötronların yanı
sıra bir dizi alfa (% 97 oranında), gama ve diğer radyasyonlar da yayınlanıyor.
Ortalama 2,1 MeV enerjideki nötronların enerjileri 0,7 ile 15 MeV arasında
değişiyor (Bkz: Birimler). Alfalar büyük kütleleri ve elektrik yükleri
nedeniyle madde içinde 1-2 mm bile ilerleyemeden soğurulurlarken (frenlenirlerken),
elektrik yükü olmayan, hızlı nötronlar ise bu giricilikleriyle maddeye kolayca
girebiliyorlar ve daha uzun yol alarak etkili olabiliyorlar. Teknolojide Cf
252’nin yerinin başka maddelerle doldurulamaması da bu özelliğinden geliyor.
Not: Yukarıdaki Şekil’deki sayılardaki
noktalar virgül anlamında olup Cf 252’nin yarılanma süresi kabaca 2,6 yıldır
(yıl= a). Bazı kaynaklarda, virgül noktayla karıştırıldığından Cf 252’nin
yarılanma süresi, 2, 65 yıl yerine, yanlış olarak 2645 yıl olarak veriliyor.
Kaliforniyum 252 bugün
dünyada nasıl ve nerede üretiliyor, neden çok pahalı?
Kaliforniyum çok az miktarda (mikrogram=
gramın milyonda biri düzeyinde) dünyada sadece iki yerde üretilebiliyor.
Bunlar: ABD Oak Ridge National Lab ve Rusya’da Dimitrowgrad Araştırma
Enstitüsü. Kaliforniyum 252, 1950’deki ilk üretiminden sonra 1954 yılında Oak
Ridge’de Yüksek Akı‘lı İzotop Reaktöründe (HFIR) yılda 25 mg (mg=gramın binde
biri) üretilebildi. Bu reaktörde, berkelyum 249 izotopu nötronlarla bombardıman
edilip berkelyum 250 ve bundan da bozunmayla Cf 250, ve daha sonraki nötron
bombardımanlarıyla da Cf 252 elde edildi. Ayrıca plütonyum, amerisyum ve
küryum’un da uzun yıllar (7-8 yıl) bombardıman edilmesiyle miligram düzeyinde
Cf 252 üretilebiliyor.
Rusya Dimitrowgrad’da da yılda sadece 25 mg Cf 252 üretilebiliyor. Hem 7-8 yılda üretilebilmesi hem de özel reaktör, araç
ve gereç gereksinimi sonucu ve daha bir dizi laboratuvar işlemi sonucu Cf
252’nin fiyatı çok yüksek ve dünyanın en pahalı maddesi: 1 gramı 30 milyon dolar kadara
satılıyor. Ancak çeşitli kullanım alanlarında, detektörlerde mikrogram ile
miligram arasındaki çok az bir miktar yeterli olabiliyor. Dimitrowgrad’da
üretilen Cf 252 örneğin Fransa’daki Areva reaktörlerine yollanıyor ve orada
reaktörleri işletmeye başlatmak için nötron kaynağı olarak kullanılıyor. Yakında
Rusya’dan, Çin’deki reaktörlere de yollanacağı medyada açıklanıyor.
Yukarıdaki
fotoğraf:Kaliforniyum 252’nin üretildiği Rusya’daki Dimitrowgrad Atom Araştırma
merkezindeki atom çekirdeklerini hızlandıran özel reaktör (Bunun nükleer
santrallardaki reaktörlerle bir ilgisi bulunmuyor)
Kaliforniyum nasıl
taşınıyor, gönderiliyor? 1 gram Cf 252 için 50 tonluk zırhlı kap
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi kaliforniyum
252, çok sayıda nötronların yanı sıra
alfa ve gama ışınları da yayınlıyor. Bu nedenle, kaliforniyum 252, üretildiği
yerden ancak kapsüllenmiş olarak, paslanmaz çelik ya da zirkaloy’dan yapılmış
kalın duvarlı ağır zırhlı özel kaplar içine konularak taşınabiliyor ya da başka
yerlere gönderilebiliyor /3/. 1 gram‘dan az Cf 252 için 50 tonluk taşıma kabı
gerekiyor ve radyoaktif maddenin kaza, yangın gibi durumlarda çevreye
saçılmaması için taşıma kabının son derece güvenli / korumalı olması gerekiyor
(Bkz. Resim)
Soldaki resim’de,
1 gram kaliforniyumu çevresine radyasyon saçmadan ve kazalara karşı güvenli
olarak taşıyabilmek için kullanılan 50 tonluk devasa zırhlı kabın büyüklüğü
görülüyor. Sağda, Cf 252 radyoaktif maddeli nötron salan bir detektörün
yerleştirildiği, ‚kara mayınları‘ aramasında kullanılan alet gösteriliyor.
Dünyada piyasada ne kadar
Cf 252 var?
CF 252’nin yarılanma süresinin 2,6 yıl
gibi epey kısa olması sonucu, 80’li yıllardan önce üretilen Cf 252’nin bugün
artık radyoaktif bozunmayla kendiliğinden yok olmuş olması önemli bir özellik
ya da avantaj. Dünyada piyasada bulunan toplam
miktarın bugün 100 mg’dan az olduğu kestiriliyor.
Kaliforniyum 252 tıp
ve teknolojide ne amaçla kullanılıyor?
Çok az miktardaki Cf
252’nin çok sayıda nötron yayınlaması ve bunların madde içindeki yüksek
giriciliği nedeniyle kanser hastalıklarında özellikle ameliyat edilemeyen ve
diğer radyasyon tedavisinin etkin olmadığı durumlarda, beyin tümörlerinin
öldürülmesinde Cf 252 yararlı olabiliyor. Cf 252, en çok tıpta nötron
radyolojisinde kullanılıyor (1994 de: %77 oranında tıpta). Cf 252’li eriyiğe saç kalınlığında teller
batırılarak bunlar Cf 252’yle kaplanıyor. Sonra bu incecik teller küçük
parçalar halinde kesiliyor ve bunlardan biri hastanın beyin tümörüne
yerleştirilerek sadece tümörün çok sayıda nötronla yoğun olarak ışınlanması ve
çevredeki sağlıklı dokuların zarar görmemesi sağlanıyor.
Cf 252 nükleer reaktörler işletilmeye başlatılırken
nötron kaynağı (ya da tetikleyici) olarak da % 7 oranında kullanılıyor (1994). Ayrıca
nötron detektörü olarak bazı önemli malzemelerin içindeki yabancı maddelerin
tanımında (aktivasyon analiziyle) de % 6 oranında kullanılıyor. Örneğin, nükleer
reaktörlerin kontrol çubuklarındaki, uçak ve silah malzemelerindeki
bozuklukların ortaya çıkarılmasından, patlayıcı maddelerin bulunmasına kadar
‚nötron detektörleri‘ olarak da çeşitli kullanım alanları bulunuyor. Cf 252 ile
metallerdeki korozyon, bozukluk, ince çatlaklar, malzemelerdeki nem ortaya
çıkarılabiliyor. Açılan petrol kuyularında su ve petrol tabakalarının
belirlenmesinde, altın ve gümüş yataklarının bulunmasında, hatta yeraltı
sularının hareketlerinin izlenmesinde de Cf 252 de kullanılabiliyor. Taşkömür
ve çimento sanayiinde de, maddelerin analizlerinde Cf 252 kullanılabiliyor. Ayrıca
kara mayınlarının aranıp bulunmasında da elektrik süpürgesi benzeri aletin
tabanına yerleştirilmiş nötron detektöründe Cf 252 bulunabiliyor (Şekil, dünyada
110 milyon henüz ortaya çıkarılmamış kara mayını olduğu kestiriliyor). Kaliforniyum
bunlardan başka, uranyum ötesi yapay izotopların üretiminde de nötron kaynağı
olarak kullanılıyor. Örneğin, sonradan Lawrensyum olarak adlandırılan 103 atom
numaralı elementin yapımı, ilk kez 1961’de kaliforniyum’un boron atom
çekirdekleriyle çarpışması sonucu oldu. 2006 yılında Oganesson adı verilen 118
atom numaralı elementin de Cf 249’un, Ca 48 atom çekirdekleriyle
çarpıştırılması sonucu elde edildiği ve bu yeni elementten 3 atomun
belirlendiği bir Rus araştırma merkezince açıklandı.
Kalforniyum atom bombası yapımında
kullanılabilir mi?
Kaliforniyum izotopları
içinde, atom bombası yapımı için krtitik
kütlesi 5 kg ile en elverişli izotop Cf 251 ‚ dir. Bu küçük miktara rağmen,
bundan piyasada bulunamaması, yapılmasının ise özel reaktörlerde dahi çok uzun
yıllar gerektireceği ve bununla ilgili bilim ve teknolojinin ancak özel bir kaç
araştırma merkezinde bulunması gibi nedenlerle atom bombası yapımı için kaliforniyumun
elverişli bir madde olamayacağı açık.
Cf 252’nin radyasyon sağlık riski?
Cf 252’nin özgül
radyoaktivitesi çok yüksek: 2x1013 Bq/g ( Atomgramı başına, Cf
252’nin saniyede bozunan atom çekirdeği sayısı). Bu nedenle vücut dışından
girici nötron ve gamalarla, vücut içinden de ayrıca alfalarla etkinliği çok
yüksek olduğundan 1 nolu risk grubunda bulunuyor.
Bir kaza sonucu,
kaliforniyum vücuda besinler yoluyla ya da havayla girerse, % 65 kemiklerde ve
%25 karaciğerde yerleşiyor ve yoğun olarak alfa ve gamalarla vücuda etkili
oluyor. Vücutta kalış süresi 20 ile 50 yıl arasında değişebiliyor ve kansere
neden olabiliyor. Bu nedenle gerek üretiminde gerekse laboratuvar
analizlerinde, taşınmasında ve kullanılmasında çok dikkatli olunması, ilgili
koruyucu önlemlerin alınması gerekiyor.
Sonsöz
1,5 kg değil, mikrogram
ya da miligram düzeyinde bile olsa, Ankara’da ele geçirilen maddenin, TAEK
ölçümleriyle kaliforniyum 252 olmadığının ortaya çıkarılması sevindirici
olmuştur. Bir kaç tonluk zırhlı kaplar yerine, medyadaki resimlerinden cam
tüpler içinde taşındığı görülen madde, eğer kaliforniyum 252 olsaydı, gerek
taşınma sırasında taşıyanlar, gerekse daha sonra gümrük memurları ve
yakındakiler aşırı ışınlanıp yüksek radyasyon dozları alabilirlerdi. Ayrıca
olabilecek bir kaza durumunda yakın çevre Cf 252 radyoaktivitesiyle kirlenebilirdi.
TAEK’nın belirlediği radyoaktif olmayan maddenin, ne amaçla kaçırılıp
götürüldüğü ve neden kaliforniyum 252 adının geçtiği ise bilinmiyor ve bu, yazımızın
çerçevesi dışında.
Birimler:
Radyoaktif madde, radyoaktivite ve birimi: Atom
çekirdeğinden kendiliğinden ışınlar ya da tanecikler (alfa,beta, gama, nötron)
yayınlayan maddelere radyoaktif maddeler, bu özelliğe de radyoaktivite diyoruz.
Becquerel (Bq): 1 Bq: Atom
çekirdeğinde saniyede 1 adet boznum (parçalanma) olduğunda o radyoaktif
maddenin radyoaktivitesi 1 Bq‘ dir. Radyoaktif maddelerin atom çekirdeklerinde
milyarlarca bozunum olduğundan ‚küçük‘ Bq birimi sonucu sayılar büyüyor ve
radyoaktivitesi çok az olan bir radyoaktif madde, konuya yabancı olanlarca,
sanki çok aşırı radyoaktiviteli bir madde gibi anlaşılıyor. Eski birim olan
Curie ise tam tersi ‚büyük‘ bir biimdir: 1
Curie saniyede 37 milyar bozunum ya da 37 milyar Bq’dir. Ayrıca sadece Bq
sayısı ilgili radyoaktif maddenin tehlike ölçüsü değil, her bozunumda
yayınlanan ışın ya da taneciklerin enerjilerinin bilinmesi de gerekir.Ancak
böylelikle vücuda etkisi ya da vücutta ne miktarda radyasyon dozu oluşturacağı
belirlenebilir.
Elektron Volt (eV), Kilo elektron Volt (KeV), (Milyon
elektron Volt (Mev): eV, radyasyon enerji birimi olup, 1 eV: 1 elektronun
1 Voltluk potansiyel farkı altında kazanacağı kinetik enerji miktarıdır.
1 KeV= 1000 eV, 1 MeV=
1 Milyon eV; 1 eV çok küçük bir birimdir:
1 eV= 1,6x 10(-19) Joule.
1 Joule=1 Watt
(Elektrikte güç birimi = saniyede üretilen ya da tüketilen enerji mikarı olup
bu birim de pratikte çok küçüktür: 1 Joule: 100 gramlık bir çukulata paketini 1
m yukarı kaldırmak için gerekli enerji miktarıdır /4/.
Bağlantılar:
/3/https://www.grs.de/sites/default/files/pdf/grs-343.pdf
/4/ Radyoaktif
maddeler ve radyasyonla ilgili ayrıntılı
bilgiler için bkz/:
Radyasyon ve Sağlığımız kitabı: https://www.nobelkitap.com/kitap_113005_radyasyon-vesagligimiz.html,(Nobel yayınları 2014, Y.Atakan)
Dr.Yüksel
Atakan,
Radyasyon
Fizikçisi,
ybatakan@gmail.com - Almanya
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder