U Uranyum

Zenginleştirilmiş uranyum

Zenginleştirilmiş uranyum, içeriğindeki Uranyum-235 (kim. sembol ²³⁵U) oranı belirli yöntemlerle doğal seviyelerin üzerine çıkartılmış uranyum karışımıdır. Doğada bulunan toplam uranyum elementinin %99.284'u Uranyum-238 (kim. sembol ²³⁸U) izotopundan oluşur. Zincirleme fisyon gerçekleştirme kabiliyeti bulunan tek uranyum izotopu olan Uranyum-235'in tüm uranyum rezervleri içerisindeki payı yalnızca %0.72'dir. Bu yüzden nükleer yakıt amaçlı olarak kullanılabilmesi için ²³⁵U izotopunun uranyum karışımı içerisindeki oranı arttırılmalıdır.

Zenginleştirilmiş uranyum, hem sivil amaçla elektrik üretimi için kullanılan reaktörler hem de askeri amaçlı nükleer silahlar ve harp başlıkları için kullanılan, kilit önemi haiz bir yakıttır. Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı dünyadaki tüm uranyum kaynaklarını ve zenginleştirme tesislerini gözlem altında tutarak bu kaynağın barışçıl amaçla kullanılıp kullanılmadığını denetlemekle görevlidir.ABD'nin Manhattan Projesi döneminde zenginleştirilmiş uranyuma, ilgili nükleer tesislerin bulunduğu Oak Ridge (+alloy / alasim) isminden esinlenilerek oralloy kod adı verilmiştir. Bu kodisim günümüzde de endüstrinin uzmanları tarafından yer yer kullanılmaktadır. 2007 senesi itibariyle dünyada nükleer silah üretimi, askeri deniz ulaşımı ve az sayıdaki araştırma reaktörleri için yaklaşık 2,000 ton zenginleştirilmiş uranyum üretilmiştir. Zenginleştirilme işleminden arta kalan Uranyum-238'e indirgenmiş veya Zayıflatılmış Uranyum denir. Zayıflatılmış uranyum doğal uranyumdan daha az radyoaktiftir ve özellikle sert zırhların ve zırh delici mermilerin üretiminde veya metal sanayiinde yoğunluk olarak yüksek alaşımların üretimi ve işlenmesinde kullanılmaktadır.

Az zenginleştirilmiş uranyum (AZU)

Az zenginleştirilmiş uranyum, içeriğindeki ²³⁵U konsantrasyonu %0.9 ila %2 arasında olan uranyum yakıtıdır. Bu yakıt günümüzde CANDU gibi ağır su ile çalışan reaktörlerde kullanılan doğal uranyumun yerini almaktadır.

Geri kazandırılmış uranyum (GKU), bir başka az zenginleştirilmiş uranyum (AZU) sınıfıdır ve hafif sulu reaktörlerde kullanılan nükleer yakıtın yeniden işlenmesi ile elde edilir.

Orta zenginleştirilmiş uranyum (OZU)

Orta zenginleştirilmiş uranyum, içeriğindeki ²³⁵U konsantrasyonu %2 ila %20 arasına çıkartılmış uranyum yakıtıdır. Özellikle hafif sulu reaktörlerde ve sivil/askeri araştırma reaktörlerinde kullanılır..

Yüksek zenginleştirilmiş uranyum (YZU)

YZU tableti

Yüksek zenginleştirilmiş uranyum, içeriğindeki ²³⁵U veya ²³³U konsantrasyonu %20'den daha yüksek olan uranyum yakıtıdır.

Nükleer silahlarda bulunan zincirleme fisyon yaratmaya uygun yakıt genellikle %85 veya daha fazla ²³⁵U içerir. Bu orana bazen silah düzeyi uranyum da denir. Teoride bir nükleer silah %20 düzeyinde ²³⁵U'den oluşan yakıtla da üretebilir, ancak bu verimsiz bir orandır. YZU ayrıca hızlı nötron reaktörleri, uçak gemileri ve balistik denizaltılar gibi deniz araçlarını itmede kullanılan reaktörlerde yakıt olarak yer almaktadır.

Uranyum-235 (kim. simge ²³⁵U), 1935 yılında ABD'li nükleer fizikçi Arthur Jeffrey Dempster tarafından keşfedilen, 92 proton ve 143 nötronlu bir Uranyum izotopudur. Bu izotopu bir başka radyoaktif Uranyum izotopu olan ²³⁸U'den ayıran en önemli özelliği doğada ekonomik miktarlarda bulunması ve zincirleme fisyon reaksiyonu yaratabilmesidir. ²³⁵U'in yarılanma zamanı (yarı ömrü) 7.038·10⁸ yıldır ve radyoaktif bozunma sonucu Toryum-231 izotopunu oluşturur. Sadece bir adet ²³⁵U atomunun fisyonundan 200 MeV = 3.2 × 10^-11 J, yani 18 TJ/mol = 77 TJ/kg'lik enerji açığa çıkar. Doğadaki toplam doğal uranyumun kütle olarak yanlızca %0.72'si U-235'dir, geri kalanın çoğu U-238'dir. En önemli kullanım alanları nükleer silahlar ve elektrik santralleridir.
AYRICA

Uranyum,radyoaktif bir kimyasal element. 1789 yılında Martin Heinrich Klaaproth tarafından 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) 667.7 °C nin üzerinde kararlıdır.
• Beta (tetragonal) 667.7 - 774.8 °C arasında kararlıdır.
• Gama (kübik) 774.8 °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 iseA halojenlerinin termal yanması ile elde edilir.

Uranyum (U)
H Periyodik cetvel He Li Be   B C N O F Ne Na Mg   Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo       La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Temel özellikleri
Atom numarası	92
Element serisi	Aktinitler
Grup, periyot, blok	3B, 7, f
Görünüş	Metalik gri katı
Atom ağırlığı	238,02891 g/mol
Elektron dizilimi	Rn 5f3 6d1 7s2
Enerji seviyesi başına Elektronlar	2, 8, 18, 32, 21, 9, 2
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hali	katı
Yoğunluk	18,950 g/cm³
Sıvı haldeki yoğunluğu	? g/cm³
Ergime noktası	1408 °K 1.134,8 °C 2.074,73 °F
Kaynama noktası	4407 °K 4.133,85 °C 7.472,93 °F
Ergime ısısı	15,48 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	422,58 kJ/mol
Isı kapasitesi	0,12 (25 °C) J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı	Ortorombik
Yükseltgenme seviyeleri	4, 6
Elektronegatifliği	1,38 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi	6,05 kJ/mol
Atom yarıçapı	138,5 pm
Atom yarıçapı (hes.)	110 pm Kovalent_yarıçapı=142 pm
Kovalent yarıçapı	{{{Kovalent_yarıçapı}}} pm
Van der Waals yarıçapı	186 pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci	16,78 nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik	27,6 W/(m·K)
Isıl genleşme	? µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı	3155 m/s (20 °C'de)
Mohs sertliği	?
Vickers sertliği	? MPa
Brinell sertliği	? MPa AYRICA Uranyum kimyasal bir eleman. Sembolü U. Atom ağırlığı 238,2 atom numarası 92 dir. Demir görünüşünde bir madendir, 1800 derecede ergir, atomsal parçalanmada radyumu verir. Son yıllarda teknikte en çok kullanılan elemanlardan biri olmuştur. Periyodik tablonun III B grubundaki aktinitler serisinde yer alan radyoaktif kimyasal element. Yoğun, sert ve gümüş beyazı renginde bir metal olan uranyum tabii elementler arasında atom ağırlığı en yüksek olanıdır.   Kimyada “U” sembolüyle gösterilir. 1789’da   M. H. Klaproth tarafından keşfedilen uranyum E.M. Peligot tarafından 1841 yılında uranyum-4-oksitten (UO2) izole edildi. 1896’da Henri Bucquerel uranyumun radyoaktif bir element olduğunu keşfetti. 1934’te Fermi ve çalışma arkadaşları uranyumun ß-ışıması yaptığını buldular. 1938’de Hahn ve Strassmann uranyumu nötronla bombardıman ederek daha hafif elementler elde ettiler. 1939’da Fermi, uranyumun çekirdek reaksiyonlarının zincir reaksiyonları olduğunu söyledi. 1939 yılında araştırmacılar U235’in fisyon reaksiyonu verebileceğini gösterdiler. 1942’de nükleer zincir reaksiyon yapıldı. Uranyumdan yapılmış atom bombası 1945’te kullanıldı. Bulunuşu Diğer elementlere göre az bulunan uranyumun dünyadaki mevcut miktarının 1014 ton olduğu tahmin ediliyor. Yaklaşık ve ortalama olarak her bir gram kayada 4x10-6g uranyum vardır. Deniz suyu milyarda üç nispetinde uranyum ihtiva eder. Canlı maddelerin bünyesi ağırlıklarının % 10-4 ila % 10-9 arasında uranyum bulundururlar. Uranyum minerallerinden uraninit % 45-85, piçblend % 60, autinit % 45-56, karnotit % 50-55 uranyum ihtiva ederler. Çok miktar cevher çıkarılmasına rağmen elde edilen uranyum miktarı oldukça azdır. Mesela ton başına 1 ile 2,5 kg U3O8 elde edilmektedir. Özellikleri: Uranyum 3+, 4+, 5+ ve 6+ olmak üzere dört oksidasyon kademesine sahiptir.   Atom numarası 92, atom ağırlığı 238,03’tür. 1132°C’de erir, 3818°C’de kaynar. Yoğunluğu 19,06 g/cm3tür. Uranyum 0,68°K’de süper iletken olup oldukça aktif bir metaldir. Oda sıcaklığında hava teması ile hemen sarı, bir müddet sonra tamamen siyah renk alır. Azot, karbon monoksit, karbon dioksit ve diğer gazlarla reaksiyon verir. Bu sebepten uranyum laboratuvarda asal (soy) gazların saflaştırılmasında kullanılır. Beş çeşit oksidi vardır. Bunlardan UO2 kahverengi, U3O8 yeşilimsi siyah ve UO3 sarıdır. Tabiatta üç izotopu vardır. Bunlar U-238 (% 99,27), U-235 (% 0,72) ve U-234 (% 0,006)tür. Bu   izotopların hepsi radyoaktif olup alfa ışıması yaparlar. İzotopların yarılanma müddetleri sıra ile 4,5x109 yıl, 7,1x108 yıl ve 2,48x105 yıldır. Uranyum izotoplarının yarı ömürleri çok uzun olduğundan, bazı uranyum ihtiva eden kayaçlarda uranyumun son bozunma ürünü olan kurşunun ölçülmesiyle dünyanın yaklaşık yaşı tayin edilir. Suni olarak elde edilen diğer izotopların yarılanma süreleri oldukça kısadır. Suni olarak elde edilen, kütle numaraları 227 ile 240 arasında olan uranyum izotopları genel olarak yine alfa ışıması yaparlar. Yalnız bunlardan U-237, U-239 ve U-240 izotopları ß ışıması yaparlar. U-238 tabii uranyum radyoaktif bozunma sırasının ana elementidir. U-235 den ise aktinyum bozunma sırası doğar. Elde edilmesi Minerallerinden başlayıp metalik uranyum elde edilmesi çeşitli basamaklardan geçer. Ancak uranyumun elde edilme metotlarının bir kısmı gizli tutulmaktadır. Ayrıca çok çeşitli minerallerden elde edildiği için çok ayrı metodlar da vardır. Genel olarak filiz önce konsantre (uranyumca zengin) hale getirilir, sonra kavurma ve yıkama yapılır. Kavurma ile filiz;   gümüş,   arsenik,   karbonat,   kükürt ve   antimon uranyumdan ayrılacak şekle getirilir; sonra,   mineraldeki uranyumu çözünen bir bileşik haline getirmek için ya asitle veya alkali ile yıkamaya tabi tutulur. Yıkama sonunda elde edilen uranyum tuzlarından metalik uranyum elde edilir. Bu iş oldukça zordur. Çünkü uranyumun reaksiyon verme kabiliyeti oldukça yüksektir. Kullanılışı   Atom enerjisi üretiminde kullanılmadan önce uranyumun çok az bir pratik uygulaması vardır. Seramiklerde, fotoğrafçılıkta, kimyevi reaksiyonlarda katalizör olarak ve daha birkaç işlemde kullanılmasına rağmen, bütün bu uygulamalar uranyumun ayrı bir element olarak istihsalini gerektirmiyor ve uranyum radyum endüstrisinin bir yan ürünü olarak üretiliyordu. Nükleer enerjinin kullanımında uranyum uygulaması, durumu tamamen değiştirdi: Uranyum asıl mamul, radyum ise oldukça daha az önemli bir yan ürün durumuna geçti. Bütün uranyum izotopları nükleer yakıt olarak kullanılabilir. Tam bir parçalanma sağlanırsa bir paund (yaklaşık 454 gr) yakıt 10.000 kilowatt-saat enerji verir. Bu büyük miktardaki enerjinin kontrollu şartlar altında kullanılması çalışmaları sürdürülmekte ve bir sonuca ulaşma konusunda ümitli bulunulmaktadır. Normal izotopik kompozisyonu ile tabii uranyum, nükleer reaktörlerde kullanılabilir. Buralarda parçalanarak enerjiye dönüştürülür. Bu işlemde uranyumun bir kısmı plutonyuma dönüşür. Bu da zincirleme patlama reaksiyonlarında kullanılabilir. Tabii uranyumun kendisi patlayıcı olarak kullanılamaz. Fakat U-235 izotopu ondan ayrılarak,   plutonyum gibi, patlamalı reaksiyonlar meydana getirmek üzere kullanılabilir. (Bkz.   Nükleer Enerji) Atom numarası: 92 Simge: U Kütle numarası: 238.03 Kaynama Noktası (C): 3818 Erime Noktası (C): 1132 Yoğunluk: 19.07 Buharlaşma Isısı: 110 Kaynaşma (Füzyon) Isısı: 2.7 Elektriksel iletkenlik: 0.034 Isıl iletkenlik: 0.064 Özgül Isı Kapasitesi: 0.028