Uranyum Zenginleştirme Nedir?

Proton sayıları aynı nötron sayıları farklı olan atomlara izotop denir. Uranyum atomlarının çekirdeklerinde 92 proton vardır. Doğada bulunan uranyum izotoplarının en kararlılarının çekirdeklerindeki protonların ve nötronların toplam sayısı (kütle numarası) ise 232, 233, 234, 235, 236, 238 olabilir. Bu izotopların en önemlisi U-235’tir. Çünkü doğada bulunan izotoplar arasında normal sıcaklıktaki nötronlar tarafından bombardıman edildiği zaman kolaylıkla bölünebilen tek izotop uranyum-235’tir. Bu özellikleri dolayısıyla uranyum-235 izotopları, nükleer enerji santrallerinde enerji üretiminde kullanılır. Ancak doğada bulunan uranyumun büyük kısmı (yaklaşık %99’u) uranyum-238’dir. Uranyum-235’in doğal uranyum içinde bulunma oranı ise yaklaşık %0,71’dir. Dolayısıyla doğal uranyumdan enerji üretilebilmesi için önce uranyum-235 izotoplarının ayrıştırılması gerekir.

İzotopları birbirinden ayırmak -daha doğrusu doğal bir maddenin içindeki bir izotopun oranını artırmak- için pek çok yöntem kullanılabilir. Bu yöntemlerin en bilineninde atomların yayılmasından (difüzyon) yararlanılır. Sabit sıcaklıktaki bir gazın içindeki atomların yayılma hızı, kütlelerinin karekökü ile ters orantılıdır. Dolayısıyla sabit sıcaklıktaki bir gazın içindeki izotoplar, kütleleri farklı olduğu için farklı hızlarla yayılır. Bu yöntemde yüksek basınç altındaki bir gazın bulunduğu bir kapta küçük bir delik açılarak gazın çok düşük basınçlı bir ortama yayılması sağlanır. Kütlesi küçük olan izotoplar daha hızlı hareket ettikleri için düşük basınçlı ortamı bir uçtan diğerine katetmeleri daha kısa sürer. Böylece yayılma sürecini farklı zamanlarda tamamlayan gazları farklı kaplarda depolayarak izotop zenginleştirmesi yapılabilir. Ancak pek çok izotop için yaygın olarak kullanılan bu yöntem uranyum izotopları için pek tercih edilmez. Bu durumun nedeni uranyumun doğada daha çok UF₆ bileşiği içinde bulunmasıdır. Uranyum-235 ve uranyum-238 izotopları içeren UF₆ moleküllerinin kütleleri arasındaki fark küçük olduğu için bu yöntem çok etkin değildir. Uranyum izotoplarını ayrıştırmak için kullanılan daha etkin bir yöntem santrifüjden yararlanır. Yüksek hızla dönen bir silindirin içinde bulunan maddelerden kütlesi büyük olanlar silindirin dış kısımlarında kütlesi küçük olanlar ise iç kısımlarında toplanır. Örneğin uranyum zenginleştirmesi sırasında ağır uranyum-238 izotopları silindirin dış kısımlarında, hafif uranyum-235 izotopları ise silindirin iç kısmında yoğunlaşır.