Nükleer Fisyon Reaktörlerinde Neden Uranyum-235 İzotopu Kullanılır?

Aslında uranyumun bu üç izotopu da radyoaktiftir. Uranyum-238’in yarı ömrü yaklaşık 4,5 milyar yılken, uranyum-235’inki yaklaşık 700 milyon yıldır.

Nükleer reaktörlerde bir nötron ağır bir çekirdeğe, örneğin uranyum-235’e çarptığında çekirdek tarafından yakalanır ve zincirleme fisyon tepkimelerinin başlamasını sağlar. Uranyum-235’te zincirleme tepkimelerin başlamasını sağlayan nötron düşük enerjilidir (saniyede birkaç kilometre hızla gider). Uranyum-238’de ise zincirleme tepkimelerin başlaması için nötronun yüksek enerjili olması gerekir.

Çekirdek proton ve nötronlardan oluşur. Ancak çekirdeğin kütlesi daima protonların ve nötronların toplam kütlesinden daha düşüktür. Aradaki bu kütle farkı çekirdeği bir arada tutan çekirdek bağlanma enerjisinin bir ölçüsüdür. Dolayısıyla bir çekirdeğin bölünebilmesi için çekirdek bağlanma enerjisi kadar enerjiye ihtiyaç vardır. Bağlanma enerjisi kütle numarası yani toplam proton ve nötron sayısı arttıkça belli bir atom numarasına kadar artar. Atom numarası 60’ya yakın olan çekirdeklerde, örneğin demir atomunda bağlanma enerjisi en yüksektir. Bundan sonra ise kütle numarası arttıkça bağlanma enerjisi azalır.

Çekirdekteki proton sayısının nötron sayısına oranı da çekirdeğin kararlılığını etkiler. Proton ve nötron sayısı çift olan çekirdeklerde, çekirdekteki parçacıklar (protonlar protonlarla, nötronlar nötronlarla) çiftler halinde bulunur ve bu durum çekirdeğe kararlılık kazandırır. Proton ve nötron sayısı çift olan birçok çekirdek daha kararlıdır ve bu çekirdeklerin bağlanma enerjileri yüksektir. Uranyum-234 ve uranyum-238’de nötron sayısı ve kütle numarası çiftken, uranyum-235’te nötron sayısı ve kütle numarası tektir. Bu nedenle bağlanma enerjisi uranyum-234’ten ve uranyum-238’den daha küçük olan uranyum-235 daha kolay bölünebilir.