Nükleer Teknoloji

Nükleer malzemeler‎
Astatin‎
Astatin (simgesi At),atom numarası 85, periyodik tablonun 7 A grubundan radyoaktif element Bizmutun gama ışını bombardımanına tutulması ile oluşur Dünyada en az bulunan elementtir
Kütle numarası 201-219 arasında 19 izotopu saptandı Astatinin en uzun ömürlü izotopu AS210'un yarıömrü 8,3 saattir Halen kullanım alanı yoktur, fakat nükleer tıpta kullanılması düşünülmektedir 7A grubunda olan element, halojen olup bir ametaldir

Berilyum‎
Berilyum, periyodik tablonun II-A grubunda yeralan toprak alkali grubundan element Berilyum ender elementlerdendir Yerkabuğunda ancak %0,0006 oranında bulunur Zengin yatakları bulunmadığından, berilden elde edilir Fransız kimyacısı Nicolas Vaquelin tarafından 1798'de oksit halinde bulunmuş, 1828'de, birbirlerinden bağımsız olarak, Friedrich Wöhler ve Antoine Bussy tarafından elde edilmiştir
Alüminyumdan daha hafif, ama daha sert, erime noktası da yüksek bir element olan beril, metalurjide kullanılır Ama alüminyumdan 200 kat pahalıya mal olması nedeniyle, kullanımı bilgisayar parçaları ve jiroskop yapımı, uzay teknolojisi gibi birkaç özel alanla sınırlıdır

Kuriyum‎
Küriyum (kısaltması Cm) aktinitlerden, plütonyum 239'un helyum çekirdekleriyle bombardımanından elde edilen, atom numarası 96, atom ağırlığı 247 olan, radyoaktif bir element Glenn T Seaborg'un ekibi tarafından bulunmuştur Pierre ve Marie Curie'nin ismi verilmiştir Elementin keşfi bir süre gizli tutulmuş daha sonra Kasım 1945'de açıklanmıştır Çok nadir bulunması nedeniyle çok az kullanım alanı vardır Mars seferinde kullanılan Alfa Proton X-ışını spektometresinde, alfa parçacığı olarak kullanılmıştır

Plütonyum‎
Plütonyum, 1940 yılında Glenn T Seaborg, Edwin M McMillan, J W Kennedy ve A C Wahlby tarafından 60 inçlik siklotron (atom savurucu) içerisindeki uranyumun döteryum ile bombardımanı sonucunda elde edilmiştir

Bütün izotopları radyoaktif ve toksiktir Plütonyum dünyada bilinen en toksik elementtir Plütonyum sentetik olarak elde edilir 238U çekirdeğinin nötron yakalaması ile 239U elde edilir 239U beta bozunması ile nükleer reaktör içerisinde 239Pu (239Np ile birlikte) elde edilir

Toryum‎
Toryum (Th) Atom numarası 90, atom ağırlığı yaklaşık 232 g/mol olan, 11,7 g/mL yoğunluğunda, 1700 °C de eriyen,, kurşun renginde, havada bozulmaz, atom enerjisi kaynağı olarak kullanılan radyoaktif bir elementtir

Toryum kendiliğinden bölünebilme yeteneğine sahip değildir Bu yüzden doğrudan nükleer yakıt olarak kullanılamaz 232Th (toryum-232) izotopunun, bir nötron yutarak, fisyon yapabilen (fisil) bir izotop olan 233U'e dönüştürülmesi gerekir 232Th'nin düşük enerjili nötronlarla reaksiyonu (nötron yutumu) sonucunda, önce kararlılığı daha az olan 233Th oluşur

Yarılanma süresi 23 dakika olan 233Th ise, bir beta parçacığı (b) yayarak, yarılanma süresi 27 gün olan, 233Pa'a dönüşür 233Pa, bir beta ve gama parçacığı (g) yayarak bölünebilen 233U'a (yarılanma süresi 163 bin yıl) dönüşmektedir Böylece 232Th, 235U veya 239Pu (plütonyum-239) gibi bir fisil maddeyle birlikte kullanılır

Toryum yakıt döngüsünde uranyumdan daha az plütonyum ve diğer trans-uranyum elementleri üretildiğinden, toryum, nükleer santrallerin en temiz yakıtı olarak kabul edilir Çevreye daha az zarar vermesi açısından da ileride nükleer reaktörlerde uranyum yerine kullanılması düşünülmektedir

Toryumun nükleer yakıt olarak kullanılması ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir Ancak günümüzde toryumla çalışan ticarî ölçekli bir nükleer reaktör bulunmamaktadır

Uranyum‎
keşfedildi 1841 yılında Eugene-Melchior Peligot tarafından izole edilmiştir Radyoaktif olduğu ise 1896 yılında Mendeleyev uranyumun ağırlığının %50 daha fazla olduğunu bulmuştur

Uranyum cama katıldığı zaman ilginç sarı-yeşil bir renk verir Zayıf radyoaktif elementtir Yüksek yoğunluğa sahiptir Çelikten daha yumuşaktır Kurşundan %65 daha yoğundur 3 tane allotropu vardır

Alfa (ortorombik) 6677 °C nin üzerinde kararlıdır
Beta (tetragonal) 6677 - 7748 °C arasında kararlıdır
Gama (kübik) 7748 °C dan erime noktası arasında kararlı (bu sıcaklıkta dövülebilir ve yumuşak formda)

Uranyum mineralleri, uraninit, autinit, tobernit, koffinittir Minerallerde bulunan uranyum kimyasal reaksiyonlar sonucunda uranyum okside veya diğer formlarına dönüştürülür Metal olarak uranyum, KUF5 ve UF4 bileşiklerinin elektrolizi ile elde edilir

Çok saf uranyum ise halojenlerinin termal yanması ile elde edilir

Ağır su
Ağır su (D2O) , nükleer reaktörlerde kullanılan hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum) izotopuna sahip yoğunluğu yüksek sudur
1932'de ilk kez suyun elektrolizi yolu ile Hugh Taylor bulmuştur Su moleküllerinin çoğu atom ağırlığı 1 olan hidrojen ile 16 olan oksijenden meydana gelmiştir Fakat suyu oluşturan elementlerden yani hidrojen ve oksijen izotopları düşünülürse farklı molekül yapısı olduğu görülür Hidrojenin döteryumla trityum, oksijenin O18, O17 gibi ağır izotoplarını içeren sulara ağır su denmektedir Ancak ağır su diyerek bahsedilen döteryum oksittir Ağır su, tatlı sularda ve yeraltı sularında eser miktarda; kar, deniz ve göl sularındaysa daha bol bulunur Organizmalar için zehirlidir

Ağır suyun nötron yavaşlatma gücünün normal sudan daha yüksek olması ve soğurma özelliğinin daha az olması ile reaktörlerde yakıt olarak doğal uranyumun kullanılmasına olanak verir

Ağır su, 2 Dünya Savaşı'nda Almanlar tarafından, atom bombasını geliştirmek amacıyla da kullanılmıştır

Bon Voyage (Herkes Kendi Yoluna) ve buna benzer bazı filmlerde Fransızlar'ın, Hitler'den bu Ağır Su'yu saklama mücadeleleri de işlenmiştir

Döteryum
Döteryum veya ağır hidrojen, hidrojenin sabit izotoplarından biri olup, okyanuslarda büyük miktarda bulunur Adı döteron olan döteryum çekirdeği, bir adet önelcik (proton) ve bir de ılıncık (nötron) içerir Diğer yandan hidrojen çekirdeği bu ılıncıktan yoksundur Adındakı dö- Yunanca deuteros yani ikinciden gelmektedir ve çekirdeğindeki iki parçacığın varlığını simgelemektedir

Toryum-228
Toryum-228, toryumun izotopudur 90 elektron ve protona sahiptir Ayrıca 138 nötronu bulunmaktadır Önceki adı Radyotoryum olan Toryum-228, bozunma zincirinin bulunması nedeniye toryumun izotopu olarak kabul edilmiştir Yarı ömrü 19116 yıldır Alfa parçacığı yayarak bozunan Toryum-228, radyum-224'e dönüşür

Th-228'in atomik ağırlığı 2280287411 gram/moldür Uranyum-232 alfa ışıması yaparak bu izotopa dönüşür

Trityum
Trityum, hidrojenin radyoaktif izotopudur 1934 yılında, çok hızlı döteryum çekirdeği ile döteryum bileşiklerinin bombardıman edilmesi sırasında nükleer transmutasyon ürünü olarak keşfedildi Trityumun sembolü 3H veya T'dir Atom ağırlığı, 3,0170'dir -252,5 °C'de erir, -248,12 °C'de kaynar, buharlaşma ısısı 333 cal/mol ve sublimasyon ısısı 393 cal/mol'dür Kimyevi özellik bakımından hidrojene benzer Fakat fiziki özellikleri hidrojeninkinden farklıdır

Trityum atmosferde, hidrojenin 1018 de biri kadar bulunur Atmosferdeki trityum, kosmik ışınların meydana getirdiği hızlı nötronların, protonların veya mesonların azot ile reaksiyonundan meydana gelir Yeryüzünün mevcut trityum miktarı yaklaşık 1 kg tahmin edilmektedir

Trityum nükleer reaktörlerde Lityum-6 izotopunun nötronla bombardımanında elde edilir

63Li + 1n → 31H + 42He

Yine berilyumun siklotronlarla hızlandırılmış döteryum ile bombardımanından da trityum elde edilir

94Be + 21D → 22He + 31H

Trityum radyoaktif olup, yarılanma süresi 12,46 yıldır Trityum beta (ß) ışıması yaparak 32He'e (helyum izotopuna) dönüşür Yaydığı beta ışının enerjisi 186000 elektron volttur

Trityumdan faydalanarak hidrojenlendirme reaksiyonları ve reaksiyon değişimleri gözlenebilir Trityum ve bileşikleri etiketleme ve izleme deneylerinde kullanılır Mesela biyokimya çalışmalarında, trityumla etiketlenmiş (damgalanmış, yani bünyesinde trityum bulunan bileşik) hormonlar, gıdalar, ilaçlar kullanılır ve bu maddelerin vücuttaki davranışı takip edilir Yine suyun hidrokarbonlardaki çözünmesinin tayininde, suyun difüzyonunda, polimerlerin analizinde, kimya reaksiyonlarının takip ettiği yolu bulmakta trityumla damgalama metodu kullanılır Stilbene trityum girdirilirse kendi kendine ışıma yapan madde elde edilir Bir suyun buharlaşma ve yağmur olup yağma zamanını ölçmek için, içinde trityum bulunan su kullanılır