Enerjinin, büyük miktarlarda ve ani denilebilecek kısa sürelerde, kontrolsüz şekilde üretimine dayalıdır.Nükleer enerjiyse, çekirdek parçalanması (fisyon), ya da çekirdek birleşmesi (füzyon) yoluyla elde edilir. Fisyon olayında, örneğin U-235 gibi bir çekirdek, nötron bombardımanına tabi tutulduğunda, bir nötron tutarak parçalanır ve 2 ya da 3 nötron çıkarır.Böyle çekirdeklerin, parçalanabilir yada ‘’fisil’’ olduğu söylenir.Açığa çıkan nötronlardan bazıları, ortamın dışına kaçarak ya da ilgisiz çekirdekler tarafından yutularak ‘ziyan’ olurken, bazıları diğer U-235 çekirdeklerine çapıp yeni fisyonlara yol açar.Eğer bir uranyum kütlesinde ortalama olarak, fisyona yol açan her nötron başına açığa çıkan nötronların; ‘birden fazlası, biri ya da birden azı’ tekrar fisyona yol açabiliyorsa, o uranyum kütlesinin ‘süperkritik, kritik ya da alt kritik’ olduğu söylenir.Geometrisine ve kimyasal bileşimine bağlı olarak, olası en küçük kritik kütle 7-8 kg düzeyindedir.Uygun bir şekilde hazırlanması gereken böyle bir kütlede, her fisyon bir yenisine yol açar ve ‘zincirleme reaksiyon’ aynı düzeyde devam eder.

Süperkritik bir kütledeyse, her fisyon birden fazla yenisine yol açtığından, fisyonların sayısı çığ gibi artar.Büyüyen bir ‘zincirleme reaksiyon’ oluşur ve fisyon başına açığa, 200 milyon elektronvolt enerji çıkar.Kömürün yanmasından elde edilen enerjiyse, karbon atomu başına 4 elektronvolt kadar.Dolayısıyla 1 gram U-235’in fisyonu, 2,5 ton kömüre eşdeğer.

Fakat doğada bulunan uranyumun, sadece %0.71 kadarı U-235’ten, kalanıysa, parçalanmayan bir izotop olan U-238’den oluşur.Dolayısıyla doğal uranyumdaki 235 bileşeninin, hele bomba yapılmak isteniyorsa, % 90’lar düzeyinde zenginleştirilmesi gerekiyor. Zenginleştirme yöntemlerinden birisi, ‘gaz difüzyonu’ yöntemi.Normal şartlar altında metal olan uranyum, UF6 gazı haline getirilir ve bir kabın, aralarında gözenekli bir zar bulunan iki bölmesinden birine konup, yüksek basınç altında sıkıştırılır.Gaz moleküllerinden U-235 içerenler, diğerlerine göre daha hafif olduklarından, herhangi bir sıcaklıkta daha hızlı hareket eder ve zarın diğer tarafına sızmakta daha başarılı olurlar.Dolayısıyla diğer bölmedeki U-235’li molekül konsantrayonu, az biraz artar.Kayda değer bir zenginleştirme için bu sürecin binlerce kez tekrarlanması, böylesine kaplardan binlercesinin art arda kullanılması gerekir.Böyle bir tesiste, yılda tonlarca zenginleştirilmiş uranyum üretilebilir.Fakat basınçlamanın gerektirdiği güç binlerce MW, kap sisteminin tesis maliyeti milyar dolar düzeyindedir.Oysa, bir nükleer bombanın yapımı için onlarca kilogram zengin uranyum gerekir.Zengin uranyumu az miktarlarda elde etmenin daha ucuz yolları vardır.



Bir başka zenginleştirme yöntemi, uranyum izotoplarının, aynı frekanstaki lazer atımları karşısında verdikleri farklı tepkiye dayanır.Buysa zahmetli ve yavaş çalışan bir yöntem. Malzemeyi küçük miktarlarda ve yavaş yavaş elde etmenin bir diğer yolu, uranyum izotoplarını iyonlanlaştırıp bir manyetik alanın üzerinden geçirmek.Aynı hızla hareket etmekte olan iyonlar manyetik alanldan geçerken, daha ağır olanlar daha küçük, hafif olanlarsa daha büyük yarıçaplı daireler üzerinden saptırılır ve karşıdaki bir ‘’ toplayıcı levha’ nın farklı yerlerine düşerler.Bu, fakirin zenginleştirme yöntemidir.Ancak sabır gerektirir.Çünkü gün boyunca hedef levhasında, gram düzeyinde az ürün birikir.

Parçalanmaya yakın bir diğer ‘fisil’ çekirdekse, Pu-239 izotopu.Ancak, pülütonyum doğal bie element değil.Nükleer reaktörlerde, U-238 izotopunun bir nötron yuttuktan sonra bozunması sonucu oluşur.Farklı bir element olduğundan, uranyumdan kimyasal yöntemlerle ayrıştırılabilir ve zenginleştirme işlemi gerektirmez.Fakat eldesi için, hazırda çalışan bir nükleer reaktörün bulunması ve yakıtına uygun zamanlamalarda müdahale edilmesi gerekir.Halbuki, bomba malzemesi olarak zenginleştirilmiş uranyum ya da plütonyum elde etmenin en kestirme yolu, bu malzemeyi, nükleer santralarla hizmet veren yakıt işleme tesislerinden almak ya da çalmak.



Fisil malzeme elde edildikten sonra bomba yapması, görece kolay bir iş. İlkel bir nükleer bomba, bir araya geldiklerinde süperkritik olacak olan iki altkritik uranyum kütlesini bir topun namlusuna yerleştirip, birini diğerine doğru ateşlemekle yapılabilir.Sonuç, büyük bir patlamaya yol açan süperkritik bir kütledir ve açığa çıkan toplam enerjiye ‘bombanın verimi’ denir.Hiroşima’ya atılmış olan bomba böyle bir düzenekten oluşmuştur. Ancak ‘top tipi bomba’ fazla uranyum gerektirir; ağır ve hantal, hem de düşük verimlidir. Bir diğer yöntem; süperkritik bir fisil malzeme küresinin etrafına güçlü patlayıcılar yerleştirip, bu patlayıcıları fevkalade simetrik bir eşzamanlı biçimde patlatarak, küreyi homojen bir şekilde, çok daha süperkritik küçük bir küreye ‘göçertmek’. Bu tip bir ‘göçertme aygıtı’nda, Pu-239 tercih edilmekle birlikte, U-235 de kullanılabilir.Yöntemin, fisil malzeme sağlamadan sonraki en zor tarafı, patlamaların eş zamanlılığını sağlayan elektronik devre elemanlarının yapımı ya da ele geçirilmesi. Fakat zahmetine de değer: Bomba küçük, verimi yüksek olur.

Füzyon olayıysa, hidrojen ya da hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityum çekirdeklerinin birleşmesine dayalıdır.Bu çekirdeklerin kaynaşması, birim ağırlık başına fisyondan bile daha fazla enerji açığa çıkarır.O kadar ki, 1 gram hidrojen yaklaşık 50 ton kömüre eşdeğerdir. Ancak, çekirdeklerin kaynaştırılabilmeleri için, çok yüksek hızlarla çarpıştırılmaları gerekir. Yeterince yüksek sıcaklıktaki hidrojen gazında, her bir yöne doğru hareket etmekte olan atomlar, yeterince yüksek sıcaklıktaki hidrojen gazında, her bir yöne doğru hareket etmekte olan atomlar, yeterince yüksek hızlarla çarpışıp kaynaşabilirler. Nitekim, güneşin merkezindeki sıcaklık 15 milyon dereceyi buluyor ve buradaki hidrojen çekirdekleri, yüksek basıncında yardımıyla füzyona uğrayarak, güneşe ışıdığı enerjiyi sağlıyorlar.Ancak, yeryüzünde basınç çok daha düşük olduğundan, hidrojenin füzyonu için gereken sıcaklık çok daha yüksek ve 100 milyon derecenin üstüne çıkılması gerekiyor. Bu yüzden <<hidrojen bombası>> nın yapımında, füzyonu biraz daha kolay olan döteryumla trityum tercih edilir.Döteryum normal sudaki hidrojen atomları arasında, 1/66 oranında bulunuyor ve fiziko kimyasal yöntemlerle ayrıştırılabiliyor.

Trityum’sa Li-6 (lityum) izotopunun nötron bombardımanına tabi tutularak, helyum ve trityuma parçalanmasıyla elde edilebilir.Ancak tirtyum; normal şartlar altında uçucu, kaçıcı bir gaz.Hem de, görece kısa bir yarılanma ömrüyle kendiliğinden bozunuyor.Dolayısıyla, önceden üretilip saklanması yerine, kullanımının hemen öncesinde ve sırasında üretimi tercih ediliyor.Bu amaçla döteryum lityum’la karıştırılır ve her ikisi birlikte, strofor ambalaj malzemesiyle kaplanır.Patlama anı geldiğinde, lityum nötron bombardımanına tabi tutularak trityum üretilir, bu trityumlar da, içerdeki döteryumlarla çarpışıp füzyona yol açarlar.Ancak ; lityumun bombardımanı için nötronlar, füzyon için de yüksek sıcaklıklar gerekir.Bunlarsa ‘birincil’ denilen bir uranyum ya da Plütonyum bombasının patlatılmasıyla elde edilir.Bu bombanın ürettiği ısınma etkisi, yani termal şok, görece yavaş yayılır ve füzyon düzeneğine ulaşana kadar , düzeneğin dağılması olasılığı belirir.Halbuki, yayınlanan gama ışınları ışık hızıyla hareket eder. Ve strafor bunları emerek, içindeki karışımın ısınmasını sağlar.Bir yandan da, birincil bombanın basınç şoku füzyon karışımını dışardan ve her yandan homejen bir şekilde sıkıştırır, yaydığı nötronlar lityumu parçalayıp trityum açığa çıkarırlar.Karışımın sıcaklığı 100 milyon derecenin üstüne çıktığında , ‘ikincil’ füzyon bombası devreye girmiştir.

Nötron bombası, küçük bir hidrojen bombasıdır.Diğer nükleer silahlardan farkı, asıl öldürücü etkisinin, yaydığı nötronların yol açtığı radyasyon hasarından kaynaklanıyor olması.Bu özelliğiyle, ‘güçlendirilmiş radyasyon silahı’ olarakta adlandırılır.Patlamasının yol açacağı basınç ve ısı etkisi düşük olacak şekilde tasarlandığından, civardaki binalar ve sanayi tesisleri gibi fiziksel yapılar, patlamadan daha az etkilenir.Öte yandan, nötronlar fazla uzaklara yayılamadığından, bu silahın öldürücü menzili ötekilere göre kısa.






Yukarıda nükleer bomba yapımında kullanılan bazı malzemeler görülmektedir

Gizli Nükleer Silah yapımı nasıl olabilir? Bizimde bir nükleer silahımız olsun diyenler için!
Boğaziçi Üniversitesi öğretim üyelerinden Sayın Vural Altın'la bir röportaj...

Nükleer santrallerdeki plütonyum, atom bombası yapımı için uygun nitelikte mi?
Nükleer bir sanralde üretilen plütonyum Pu-239, Pu-240, Pu 241, Pu-242 izotopları halinde ortaya çıkar.Bunlardan çift sayılı izotoplar kolay fisyona uğramayan, dolayısıyla parçalanabilir olmayan izotoplar.Tek sayıda olanlarsa, yani Pu-239 ve Pu-241, fisyona yatkın izotoplar.Ama nükleer reaktörde bu iki tür bir arada bulunduğundan, yakıt kirlidir.Bomba malzemesi yapmak için çift sayılı izotopların ayıklanması gerekir.Bu da oldukça teknik ve bir hayli pahalı zenginleştirme işlemleri gerektirir.Öte yandan aynı yakıt kompozisyonunu, araştırma reaktörlerinin yakıtından elde etmek de mümkün.Dolayısıyla bomba malzemesi yapmak amacıyla nükleer güç santrallerine yönelmek hiç de akılcı bir yol değil.

Nükleer enerji reaktörleri ve araştırma reaktörleri arasındaki nitelik farkı nedir?
Nükleer enerji santralleri boyut olarak daha büyük olduklarından, görece az düzeyde zenginleştirilmiş uranyum kullanırlar.Bunun anlamı, yakıtın çok büyük kısmının parçalanamaz U-238 izotopundan, yalnızca %1,5 -%3'lük kısmının parçalanabilir U-235 izotopundan oluşuyor ooması.Halbuki araştırma reaktörleri çok daha küçük hacimli olduklarından, çok daha zengin yakıt kullanmak zorundadırlar.Yani yakıtın yaklaşık %98-%99'a varan bir kısmı parçalanabilir U-235 izotopundan oluşur.Böyle bir reaktörün yakıtını doğrudan uranyuma dayalı bir bomba yapmak üzere kullanmak mümkün olabilir.

Üretken (breeder) reaktör nedir?
Üretken reaktör, tükettiğinden fazla parçalanabilir çekirdek üretebilen reaktör anl***** geliyor.Bir çelişki gibi geliyor ilk anda.Tükettiğinden fazlasını nasıl üretir?Bunun bir örneği, üretken reaktör yakıtı uranyum-235/uranyum-238 karışımıdır.U-235 çekirdeği, parçalanabilir yapıdadır.Bir nötron isabet ettiğinde, parçalanıp enerji açığa çıkarır.U-238 çekirdeği parçalanmaz.Bir nötron yuttuğunda U-239 olur, daha sonrada iki beta bozunmasına uğrayarak elektron atıp, plütonyum-239'a dönüşür.Plütonyum-239 çekirdeği de parçalanabilir yapıdadır.Yani parçalanabilir olmayan U-238, parçalanabilir olan Pu-239'a dönüşür.Öte yandan parçalanabilir olan U-235, parçalanıp kaybolur.Eğer kullandığınız, yani parçaladığınız, U-235'den çok Pu-239 üretebiliyorsanız birim zaman içinde, yakıtınız sürekli olarak artıyor demektir.Üretken reaktör bu.Başka yakıt pozisyonları örnekleri de mevcut.



Üretken reaktörde üretilen Pu-239, bomba yapımında kullanılabiliyor mu? Yani bu Pu-239, enerji santrallerindeki kirli Pu-239'a göre daha mı temiz?
Şimdi burada üretken santrallerin ön plana geçmesinin nedeni şu: Hızlı üretken santrallerde yakıtın kendisi başlangıç itibarıyla zaten uranyumla plütonyumun yanına biraz da uranyum katıp hızlı üretken reaktöre koyuyorsunuz.Hızlı üretken reaktörde bomba malzemesi olarak plütonyuma yönelirseniz yapacağınız şey kimyasal ayrımdır.Bu kolay bir şey.İzotop zenginleştirme de söz konusu.Nerede söz konusu? O plütonyumun hepsi '' bomb-grade''dir, yani bomba yapımına uygun zenginliktedir.Ama kalite farkı vardır.Eğer içinde çift sayılı izotoplar az veya çoksa, kalitesi düşük veya yüksektir.Hatta çift sayılı izotopların bolluğu, plütonyumu bomba malzemesi olarak kirli hale getirir denir.Kirlidir; temizlenmesi gerekir.Yani o çift sayılı izotopların ayrılması lazım ki, bomba ''puf'' demesin, ''bum'' diye patlasın. ...Şimdi bilinmelidir ki bu nükleer silah, kafaya konulduğunda ve gerekli kaynaklar odaklandığında başarılamayacak bir teknoloji zaten değil.Keza Olumsuz ekonomik koşullar altında bile Pakistan ve Hindistan bu bombayı yapmayı başardılar.

Bir ülkenin nükleer silah yaptığından yada yapmaya çalıştığından şüphelenildiğinde ilk olarak o ülkedeki araştırma reaktörlerine bakılıyor.Araştırma reaktöründe ne kullanılıyor?
Araştırma reaktörleri küçük boyutlu oldukları için, çok daha zengin yakıt kullanmak durumundadır.Ya fakir yakıt kullanıp büyük kalp(core-tepkime odası) yaparsınız, ya da zengin yakıt kullanıp, küçük kalp yaparsınız.Araştırma reaktörleri enerji üretmeyecekleri için zaten küçük olmak durumunda.O zaman kritik kütleyi sağlamak için zengin yakıt kullanmak durumundasınız.Örneğin %99 U-235, %1 de U-238 diyelim.U-238 zaten zamanla plütonyuma dönüşecek.O plütonyumu alıp kullanabileceğiniz. gibi, % 99 oranındaki U-235'i kullanarak uranyum bombasıda yapabilirsiniz.Eğer sizin aklınızda bomba fikri varsa, gidip bir enerji santrali kurmazsınız; bu bir kaç milyon dolarlık bir iş.Bir araştırma reaktörü peşinde olursunuz; yani birkaç 10 milyon dolarlık iş.Maliyeti daha düşük olur, bir de alacağınız yakıt zaten doğrudan kullanıma yatkın bile olabilir.

Peki araştırma reaktörlerinde üretilen ürün nedir? İzotoplar mı?
Genellikle mühendislik kollarında, güç düzeyi sıfıra yakın bir reaktör nasıl çalışır, onu araştırıyorlar.Nötron dağılımları, radyo izotop üretimi inceleniyor.Tıbbi uygulamalara yönelik olarak radyoizotop üretilebiliyor.Fizik deneyleri yapılıyor, nötron kaynağı olarak kullanılıyor, çünkü diğerlerinden sızıyor.Nötronların sonuçta belli bir ömrü var.Örneğin serbest nötronun mesela dakika düzeyinde bir ömrü var.
En düşük enerji grubundaki nötronlardan olan termal nötronların bile hızı 2200m/s.Yani bu nötronlar 25 derece sıcaklıkta, saniyede 2,2 km yol katediyor.Gözünüzü açıp kapayıncaya kadar o Çekmece'den çıkıp Yeşilköy'e gidiyor.Duvar dediğim de tabi havuzun içindeki duvar.Yoksa reaktörün duvarı değil.Reaktörün duvarının dışındaki radyasyon düzeyi, yol üzerindeki korunma tedbirleri, yutucu çekirdekler nedeniyle normal radyasyon düzeylerinde olmak zorunda.Bu duvar kurşun ağırlıklı beton, yani kurşun karıştırılmış beton olabilir.Reaktörün kendi içinde, zincirleme reaksiyonu kontrol altına almak için kobalt kullanılır.Güçlü bir yutucudur; ama pahalı olduğu için duvarlara konmaz.Daha çok kurşun kullanır.Reaktör yakıt kafesinin etrafı kurşundur.Reaktör binasının dışındaki nötron düzeyi izin verilebilir sınırların altında olmak zorundadır.Ama havuzun içindeki reaktörün duvarında, hatırı sayılır miktarlarda nötron düzeyi akış vardır.Hatta havuzun mavi rengi de nötronların çarpıştığı protonların, yani hidrojen çekirdeklerinin yaydığı radyasyondan oluşur.Konik konik maviler... Aslında o koninin ucunda bir proton seyahat ediyordur; ivmelenmeye tabi olduğu için de zorunlu olarak radyasyon yayıyordur.Bu o ışıktır.Her bir koninin ucunda bir proton vardır.
Özetle, bomba yapmak istiyorsanız araştırma reaktörü tavsiye edilir.Yakıtı daha zengindi, kendisi daha ucuzdur.Bir bomba yapmak için gereken miktarlar 7-8 Kg dır.Tabii araştırma reaktörünüz ciddi bir denetim altında.Toplam yakıtı ne kadar?Diyelim 100 kg. 100 kg'dan çaktırmadan 7 kg çalmak zordur.Ama bunu 10 yıl boyunca yapabilirsiniz, günde 1-2 gram bir köşeye saklayarak.Çünkü bu maddeleirn fire payları da var; olmak zorunda.Gerçekten de, yakıtı yakıtı bir yere koyuyorsunuz, alıyorsunuz, koyduğunuz yere az miktarda yakıt bulaşıyor, dolayısıyla ağırlıktan bir kaybı var.Ancak bu fire payları içine 7 kg'ı kısa süre içinde gizlemek, 100 kg'lık bir yakıt stokunda ya da birkaç yüz kiloluk yakıt stokunda, çok zor.

Üçüncü dünya ülkelerinin kendi bodrum katlarında bir araştırma reaktörü yapmaları mümkün mü?
Amacınız ''bodrumda'' bir araştırma reaktörü yapmaksa, o zaman CANDU yapacaksınız.Bu tip reaktörlerde zenginleştirilmiş yakıt kullanılır: doğal uranyum. Yani ben zenginleştirmeden yakıt yapayım derseniz, CANDU tipi bir reaktör uygun.Çünkü bir enerji santrali için, hatta bir araştırma reaktörü için zenginleştirme yapmak zorundasınız.Kilolarca yakıtı zenginleştirmek, çok pahalı bir iştir.Miktar arttıkça, gaz difüzyon(ayrıştırma) tekniklerine yönelmek durumundasınız. Bu da çok büyük tesisler gerektirir.Yaklaşık 4000 MW elektrik gücüyle desteklenmesi gerektirir.Yok ben zenginleştirmeden doğal uranyumdan (şans eseri var doğal uranyumunuz) yapayım derseniz CANDU tipi reaktöre yönelmeniz şart.O zaman da ağır su teknolojisine sahip olmanız gerekiyor.Orada da o zorluk var.Ağır su da nedir? Hidrojen yerine döteryum kullanımı.Orda da izotop zenginleştirme işi var.O da kolay iş değil.Ama kafaya koyduktan sonra, eğer doğal uranyum kaynaklarınız varsa, yaparsınız.
Sonuç olarak modern nükleer silahların yapımı, öyle söylendiği kadar da basit değil.Zincirleme reaksiyonu daha verimli kılmak için nötron kaynakları, nötronların dışarı sızmasını zorlaştıran düzenekler ve patlayıcı gücü arttırmak için küçük ölçeklerde trityum eklenmesi söz konusu.Sistem, sonuç olarak patlamanın etkisiyle dağılıyor.Fakat dağılana kadar da, saniyenin milyonda bir gibi çok kısa bir süre içerisinde, enerjinin çoğunu açığa çıkarıyor.Örneğin, 50 kg U-235 içeren bir bomba %10 verimle patlatılacak olsa, yani sonuç olarak 5 kg U-235 fisyona uğrasa, yaklaşık 100 trilyon kalorienerji açığa çıkar.Bu, 150 bin ton TNT'nin patlayıcı gücüne yakındır.Füzyon bombalarıysa megaton(milyon ton TNT) düzeyinde inşa edilebilir.


Zaman Yolculuğunu Araştırma Merkezi © 2005 Cetin BAL - GSM:+90 05366063183 -Turkey/Denizli
fizikportali