32 - ATOM KUVVETİ VE SULH ZEMÂNINDA BUNDAN FÂİDELENME

Bugün, atom endüstrisinin esâsını, Uranium ma’deni teşkîl etmekdedir. Bu cism, çok ağır bir ma’dendir. Bileşikler hâlinde, arzımızın her tarafında bulunmakdadır. Radioaktif bir metaldir. Uraniumun atom numarası doksanikidir. Ya’nî, yüzbeş elemanın (Devrî sınıflandırma) cedvelindeki sıra numarası 92 dir. Atomların büyüklüğü, bu sıraya göre artdığına göre, Uranium atomu, kendinden önce gelen 91 elemanın atomlarından dahâ büyükdür. Böyle olmakla berâber, bir gram Uraniumda, üçbinmilyar kerre milyar atom vardır. Ya’nî, üç önüne yirmibir sıfır yazarak okunan aded kadar Uranium atomu, bir santimetre kübden yirmi def’a az bir hacm tutmakdadır. Uraniumun bu minimini atomunun çekirdeği ise, bundan yüzbin def’a kadar, dahâ küçükdür. İnsan düşüncesinin yaklaşamadığı bu pek küçük çekirdek içinde, protonlarla, nötronlar doludur. Uranium atomlarındaki proton adedi, atomun sıra numarası kadar, ya’nî doksaniki adeddir ve hiç değişmez. Her atomunda 92 proton bulunur. Nötron adedi ise üç dürlüdür. Ba’zı çekirdeklerde 142, ba’zısında 143, ba’zısında da 146 nötron bulunan Uranium çekirdeği vardır. Şu hâlde, üç dürlü Uranium atomu, ya’nî üç dürlü Uranium vardır. Buna, Uraniumun üç izotopu vardır diyoruz. İzotop, yunanca (aynı yer) demekdir. Çekirdekdeki proton adedi ile nötron adedi toplamına (Atom ağırlığı) diyoruz. Uranium izotoplarının atom ağırlığı, 234, 235 ve 238 dir. Bu üç izotopun atom numarası, ya’nî proton adedi, ya’nî çekirdek yükü hep aynı 92 olduğundan, üç izotop atomunda hep 92 elektron bulunmakdadır. Elemanların kimyâ özellikleri, atomun dış yörüngesinde (mahrekinde) dönen elektronlarına bağlı olduğundan, bir elemanın çeşidli izotoplarının kimyâ özellikleri birbirinin aynıdır. Kimyâ üsûlleri ile bunları birbirinden ayıramayız. Uranium izotoplarının atom ağırlıkları, birbirinden pek az olmakla berâber, farklı olduğundan, dışardan gelip, bunların çekirdeklerine çarpan bir nötrona karşı, farklı te’sîr ederler. Bunların içinde, 143 nötronlu olan 235 atom ağırlıklı Uranium izotopunun gösterdiği te’sîr çok mühimdir. Şöyle ki:

Uranium 235 izotopu çekirdeğine, hâricden bir nötron çarpınca, derhâl (sâniyenin birkaç milyonda bir ânında) kırılıp, ikiye bölünüyor. Meydâna gelen parçaların ikisi de, o ân içinde, etrâfa nötronlar ile gamma şuâ’ları saçıyorlar. Uranium 235 atomunun bu sûretle parçalanmasına fission (inşikak=yarılma) denir ki, Radioaktiviteye hiç benzemiyor.

İnşikak eden Uraniumun izotopu, yalnız Uranium 235 dir. Ya’nî 92 protonu ve 143 nötronu olan Uranium atomudur. İnşikakdan, her zemân aynı iki parça meydâna gelmiyor. Kırkdan fazla çeşidli parça meydâna gelmekdedir. Bunların herbiri de dayanıksızdır. Ya’nî radioaktif olup parçalanarak, zerreler ve enerji neşr ederler. Bu zerreler de, tekrâr parçalanır. Böylece sâbit zerrelere ayrılıncaya kadar az veyâ çok uzun bir zemân parçalanmaya uğrarlar.

İkinci mühim bir nokta da: İnşikak esnâsında meydâna gelen iki kısm ile, saçılan nötronların kütleleri toplamı, inşikak eden Uranium 235 atomu kütlesinden, onda birkaçı kadar noksân oluyor. Demek ki kütle gayb oluyor, enerji hâline dönüyor: Einstein (Aynştayn) hesâbı:

Enerji (kudret)=Kütle x zıyâ’ sür’ati karesi. Ya’nî W=m.C2 hesâbı ile, kütle, enerjiye dönüyor. Bu Uranium çekirdeğinin bir patlamasından, ikiyüz milyon elektronvolt mikdârında enerji hâsıl oluyor. Bir elektronvolt 4,5x10-26 kilowatsâatlik enerjidir. Ya’nî, bir kilowatsâatlik enerji hâsıl olması için, onmilyon kerre milyar inşikak olması lâzımdır. Bir inşikakdan hâsıl olan enerji, son derece az ise de, enerjinin meydâna geldiği yerin küçüklüğüne göre pek çokdur.

Bu enerjinin çıkışı, bize ne şeklde görünüyor? Bu enerjinin [% 4] ü, inşikak esnâsındaki şuâ’lar hâlinde, [% 16] yüzde onaltısı inşikakdan doğan parçaların radioaktif şuâ’ saçmaları ile, geri kalan [% 80] kısmı da, parçaların kinetik enerjisi, sür’atleri ile taşınıyor. Büyük sür’atle atılan bu parçalar, etrâfdaki Uranium atomlarına çarparak bu enerjiyi de harâret şeklinde saçarlar. Atom cihâzı [Reaktör] kullanarak, elektrik yapan dinamonun türbinini çevirmek için lâzım olan su buhârı, işte bu harâret ile elde edilmekdedir. Her inşikakda bir veyâ dörde kadar nötron saçılmakdadır. Bu nötronlardan biri, etrâfdaki Uranium 235 atomuna çarparak, bu atom da inşikak eder. Görülüyor ki, kendiliğinden veyâ hâricden gelen bir nötronun çarpması ile, bir inşikak başlarsa, kendiliğinden devâm edecek ve hemen çoğalarak müdhiş bir infilâk hâlini alacakdır.

Fekat, tabî’atde mevcûd Uranium parçalarında bulunan Uranium 235 mikdârı pek azdır ve binde yedi kadardır. Geri kalan, binde 993 kısmı Uranium 238 dir ki, bu pek nâdir olarak inşikak edebilmekdedir. [Uranium 234 izotopu, pek az olduğundan bundan bahs etmiyeceğiz.] O hâlde, bir inşikakdan meydâna gelen ve pek büyük bir hızla atılan bir nötronun, bir Uranium 235 çekirdeğine çarpmak ihtimâli pek az, hemen hemen hiç yok gibidir. Demek ki, bir Uranium parçasında başlıyan bir inşikakın devâm edebilecek infilâk hâlini alabilmesi için, ba’zı sebeblere baş vurmamız lâzımdır.

Akla gelen birinci şey, Uranium parçasını çok dikkatle temizlemekdir. Çünki, kıymetli nötronlar, hemen hemen bütün cismler tarafından tutulur. Bundan başka, Uranium 238 mikdârı, Uranium 235 mikdârından pek fazla bulunmakla kalmayıp, nötronları kendine dahâ kuvvetle çekiyor ve böylece, inşikakın zincirleme olarak ilerlemesini durduruyor.

İkinci nokta, bir inşikakdan saçılan nötronların sür’ati pek çok olduğundan, atom çekirdekleri tarafından tutulmasına vakt bulunamıyor. Nötronların hızı azalıp, orta sür’atli olunca, Uranium 238 atomları tarafından da yakalanıyorlar. Bilhâssa sür’atleri, belirli bir mikdâr olunca, bu yakalanma ihtimâli artmakdadır. Böyle sür’atde iken taşıdıkları enerjiye (resonance enerjisi) deniliyor. Uranium 238 atomları, bir nötron alınca Uranium 239 hâline dönüyor ki, bu cism radioaktif olup beta şuâ’ları saçıyor ve neptünium 239 denilen yeni bir element şekline dönüyor. Bu eleman da bir beta şuâ’ı neşr ederek plutonium 239 cismi hâsıl oluyor ki, bu cism de, atom cihâzı (reaktör nükleer) için ayrıca ehemmiyyet taşımakdadır. Uranium 235 in zincirleme inşikak etmesi için, nötronların bu şeklde yakalanması, arzû edilen birşey değildir. Uranium 235 tarafından yakalanmak için sür’atleri azaltılmış nötronlara (Nötron thermique) harâret nötronları diyoruz. Çünki, bunların sür’ati, harâret meydâna getirmek için moleküllerin hareketlerinin sür’atlerinden [hareket enerjilerinden] biraz fazladır. Termik nötronları, 238 çekirdeklerinden ziyâde 235 çekirdekleri tarafından tutularak inşikak hâsıl ediyor.

Tabî’atde bulunan bir Uranium parçasında, meydâna gelen nötronlar, mikdârı pek fazla olan Uranium 238 çekirdeklerine çarparak sür’atleri yavaş yavaş azalıyor. Ya’nî hareket enerjileri azalıyor ve rezonans enerjisi dediğimiz mikdâra düşünce, 238 çekirdekleri tarafından yakalanıyorlar. Böylece, hiçbir nötron, sür’ati dahâ azalarak termik nötron hâline gelemiyor. Uranium 235 saf olarak, pek güç ayrılabiliyor ve bugün ancak Birleşik Amerika ve Rusyada ve pek az mikdârda da İngilterede elde edilebiliyor. Fekat, saf bir uran 235 parçasında, saçılan bütün nötronlar yeni inşikaka sebeb olarak, parçanın kütlesi, kritik (tehlükeli) mikdârı bulunca, zincirleme inşikak bir ânda hâsıl oluyor. Bu suretle bir atom cihâzı değil, bir atom bombası meydâna geliyor.

Fen sâhalarında, fâideli işlerde kullanılan ve ayarlaması mümkin, zincirleme inşikaklar yapılmasına yarayan atom cihâzına, (Réacteur nucléaire) diyoruz. Reaktör nükleer içinde, saf Uranium 235 kullanılmıyor. Sür’atleri rezonans enerjisine düşen nötronlardan, kâfi mikdârının, Uranium 238 tarafından yakalanması önleniyor. Kurtarılan bu nötronların hızı, dahâ azalıp, termik nötron olunca inşikak yapıyorlar. Bunu başarmak için, tabî’î Uranium parçası içine, nötron yakalamıyan çekirdekli atomlardan yapılmış maddeler karışdırılıyor. Bu maddelere (modérateur) deniyor ki, nâzım (tanzîm edici) demekdir. Sür’atle saçılan nötronlar, nâzım madde çekirdeklerine çarparak, enerjileri azalıyor. Tabî’î uranium içine, nâzım madde konmazsa, zincirleme inşikak elde edilemez. Nâzım olarak, atom ağırlığı az olan maddeler kullanılır. Çünki, bir nötron, büyük çekirdeğe çarpınca, sür’ati hemen değişmeden, ayrılır. Çok küçük çekirdeğe, meselâ bir protona (ya’nî hidrogen atomunun çekirdeğine) çarparsa, birkaç çarpmada, bütün enerjisini gayb edebilir. Bugün nâzım madde olarak, saf grafit hâlinde, karbon, ya’nî saf kömür kullanılmakdadır. İkinci derecede, deutérium (döterium) ismi verilen ve hidrogen gazının bir izotopu olan madde kullanılıyor. Döteryum maddesi, ağır su ismindeki bileşiği hâlinde kullanılmakdadır. Hidrogenin çekirdeğinde, yalnız bir proton bulunduğu hâlde döteryum atomu çekirdeğinde bir proton ile bir nötron vardır. Ya’nî atom ağırlığı ikidir. Ağır su, grafitden dahâ elverişli ise de, elde etmesi pek pahâlıdır. Tabî’î uranium yerine, Uranium 235 i çoğaltılmış uranium kullanılırsa, nâzım olarak âdî, bildiğimiz su da kullanılabilir. İçerisinde, uygun bir şeklde yerleşdirilmiş, nâzım madde ile uranium bulunan âlete (Pil) denir. Bir reaktörde hâsıl olan nötronların hepsi, inşikak için kullanılmaz. Aksi takdîrde infilâk olur, bomba olur. Nötronların, bir inşikakda meydâna gelip, yeni bir inşikak yapıncıya kadar geçen zemân, bir sâniyenin binde biri kadardır. Reaktörlerde, inşikaklara sebeb olacak nötron mikdârını tanzîm etmek çok mühimdir. Bu mikdâr az olursa, âlet çalışmaz. Fazla olursa, infilâk hâsıl olur.

Reaktörler çalışırken ısınır. Isınınca, nötronların sür’ati artar ve reaktördeki maddeler de bozulur. Reaktörlerde soğutma tertîbâtı çok mühimdir. Soğutma, ağır su veyâ ergimiş sodium ma’deni veyâ münâsib gaz (karbon dioksid veyâ hidrogen veyâ helium) akımı ile yapılır. Soğutma tertîbâtı ile işlemiyen reaktör, bozulur, çalışmaz. Yoksa, atom bombası hâline dönmek tehlükesi olmaz.

Reaktörlerde Uranium 235 bitince, yenilemek lâzımdır. Bugün, reaktörlerde Uranium 238 izotopu da, nötron çarparak, plutonium hâline çevrilip, bu inşikak etdiriliyor. Böylece, uranium ile çok zemân çalışıyor.

Bugün reaktörler, thorium 232 elemanı ile de çalışdırılmakdadır. Bu ma’denin atom çekirdeği, bir nötron alarak, thorium 233 şekline dönüyor. Bu izotop thorium ise, radioaktif olup, iki kerre beta şuâ’ı verdikden sonra, Uranium 233 hâline dönüyor ki, uraniumun bu izotopu da inşikak edebilmekdedir.

Reaktörlerde hâsıl olan radioaktif maddelerin ba’zısı gaz hâlindedir. Bu maddeler ve inşikaklarda hâsıl olan gamma şuâ’ları, insan, hayvan ve nebâtlar için çok zarârlıdır. Bunları sızdırmıyacak şeklde, her reaktörü, ma’den örtü ile sıkı örtmek ve beton-arme içine almak lâzımdır. Ekseriyâ dörtde üçü toprağa gömülür. Etrafda, zarârlı maddeleri haber verecek hassas âletler bulundurulur. İşçilerini, doktorlar sık sık mu’âyene eder. Atom sanâyi’inde çalışanların ölüm mikdârı, diğer yerlerde çalışanlardan fazla değildir.

Uranium bir ma’den olup, arz kabuğunda, meselâ, bakırdan az değildir. Fekat, yer yüzünde çok yayılmış olduğundan, bir ton kayada, bir kilo veyâ birkaç gram bulunur. Bunun için, elde etmesi güç ve pahâlıdır. Bir tonda, on kilo bulunan filizine nâdir rastlanmakdadır. Afrikanın ortasındaki Niger topraklarında ve Keralada çok bulunmakdadır. Plutonium, reaktörde, uranium 238 den meydâna gelen bir ma’dendir. Çok zehrli olup, miligramın binde yedi mikdârı insanı öldürür. Çok dikkatli ve gizli üsûllerle serbest hâlde elde edilmekdedir. Thorium ma’deni tabî’atde mevcûddur ve mikdârı, uraniumdan dört def’a fazladır.

Reaktörlerde kullanılan grafit, sun’î olarak Achéson üsûlü ile elde edilmekdedir. Bunun için, kok tozu ile petrol hamur yapılıp, tedrîcen [8000C] ye kadar ısıtılır. Sonra elektrik fırınında [28000C] de grafit hâlinde billûrlaşır.

Ağır su, âdî sudan dahâ az nötron yakalar. Termik nötron sür’ati saniyede ikibinbeşyüz metre olup, ağır suda, onsekizbin kerre çarpdıkdan sonra tutulur. Böylece, tutuluncıya kadar üçyüzaltmışbeş metre yol hareket etmiş olur. Âdî su içinde bir nötron, hidrogen çekirdeği tarafından tutularak döteryum hâsıl oluncaya kadar, ancak onyedi santimetre hareket ediyor. [1960] da muhtelif memleketlerde, reaktörlerle elde edilen atom enerjisinden, elektrik fabrikaları çalışdırılmakdadır. Meselâ Fransada, 5 kilowatt ile 150000 kilowatt arasında güçleri (puissence) olan 9 reaktör merkezi vardır. İngilterede 100 watt ile 300 megawatt arasında güçleri olan 16 merkez vardır. Amerikada, tayyâre ile taşınabilen merkezler hâzırlanmakdadır. Türkiyede İstanbulun Küçükçekmece tarafında kurulan reaktör, [1963] de çalışmağa başlamış bulunmakdadır.

Bugün, bütün milletler uranium reaktörü yapıp, işletmek, bu sûretle bol enerji kuvvet menba’ı elde etmek için çalışıyorlar. Kömür ve benzin ocakları gibi, reaktörler de, harâret hâsıl edip, buhâr kazanını kaynatarak elektrik yapan dinamoları döndürüyor. Böyle reaktör ilk olarak Amerikada [1951] de işletildi ve 150 kilowatt kudretinde idi. Sonra, reaktörle işliyen denizaltı da yapıldı. Bugün Amerikada, atom enerjisi ile çalışan gemiler, trenler, tanklar ve tayyâreler yapmak için çalışılmakdadır. [1958] son aylarında İngilterede 100000 kw.lık reaktör çalışdırılmağa başlandı. Rusyada ilk reaktör [1954] de çalışdırıldı ve 5000 kw.lık idi. Pâkistân da, yabancı milletin yardımı olmadan, yapdığı reaktörü, [1962] de işletmeğe başladı. Uraniumla işliyen bir reaktör, uraniumdan 10000 def’a dahâ fazla kömür kadar enerji vermekdedir. Breeders kullanılarak bu enerji yüz misli artacakdır. Breedersler uranium 233 ile plutonium kullanacakdır.

Uranium reaktörü ile [8000C] den az sıcaklık elde edilmelidir. Çünki, uranium ma’deni [11000C] de erir ve [6600C] de hacmi değişerek, koruma için örtülen kısmlar çatlar. Dahâ yüksek sıcaklık elde etmek için uranium bileşikleri kullanılır.