Plütonyum, aktinit serisinin ikinci transuranyum elementi olarak bilinir. 1940 yılında Glenn T. Seaborg, Joseph W. Kennedy, Edward M. McMillan ve Arthur C. Wohl tarafından Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de keşfedilmiştir. Bu keşif, uranyum-238 izotopunun döteryum ile bombardıman edilmesi sonucu gerçekleşmiştir.
Bu işlem, neptünyum-238 ve iki serbest nötron üretmiş, neptünyum-238 ise beta bozunmasıyla plütonyum-238'e dönüşmüştür. Plütonyumun keşfi, II. Dünya Savaşı sırasında atom bombası geliştirme çabalarının bir parçasıydı ve bu nedenle keşif, 1946 yılına kadar kamuoyuna açıklanmamıştır.
Plütonyum, adını Güneş Sistemi'ndeki cüce gezegen Plüton'dan almıştır. Bu isimlendirme, gezegenlerin sıralamalarıyla ilişkilidir. Sıralamada Uranüs ve Neptün'den sonra gelen Plüto, uranyum ve neptünyumdan sonra keşfedilen element olan plütonyum'a ismini vermiştir.
Plütonyumun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Plütonyum, radyoaktif bir metalik elementtir ve doğada nadiren bulunur. Neredeyse tamamen insan yapımıdır. Plütonyum, nükleer reaktörlerde uranyum-238 atomlarının nötronları emmesiyle oluşur. Plütonyumun en kararlı izotopu olan plütonyum-244'ün yarı ömrü yaklaşık 82 milyon yıldır.
Plütonyum; alfa parçacıkları, beta parçacıkları, nötronlar ve gama ışınları yayar. Alfa parçacıkları, kolayca durdurulabilen ve kısa menzilli bir radyasyon türüdür. Ancak, plütonyum solunduğunda veya yutulduğunda, özellikle akciğerlerde birikerek uzun vadeli sağlık sorunlarına neden olabilir.
Plütonyum İzotopları ve Yarı Ömürleri
Plütonyumun beş yaygın izotopu vardır: Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241 ve Pu-242. Bu izotopların hepsi fisyonlanabilir, yani bir nötronla çarpıştıklarında parçalanabilirler. İzotopların yarı ömürleri şu şekildedir:
Pu-238: 87.7 yıl
Pu-239: 24.100 yıl
Pu-240: 6.560 yıl
Pu-241: 14.4 yıl
Pu-242: 373.300 yıl
Daha kısa yarı ömre sahip izotoplar, daha hızlı bozunur ve daha yüksek enerjik radyoaktivite yayarlar.
Plütonyum - Los Alamos Ulusal Laboratuvarı
Plütonyum-238
Plütonyum-238, plütonyumun en önemli izotoplarından biridir ve özellikle uzay araştırmalarında kullanılır. Bu izotop, radyoizotop termoelektrik jeneratörlerinde (RTG) kullanılarak uzay araçlarına elektrik ve ısı sağlar. Plütonyum-238'in doğal radyoaktif bozunması, uzun süreli ve güvenilir bir ısı kaynağı sunar.
Plütonyum-238'in Özellikleri
Yarı Ömrü: 87.7 yıl
Radyasyon Türü: Alfa parçacıkları (düşük nötron ve gama radyasyonu)
Güç Yoğunluğu: Yüksek (küçük miktarlarda bile önemli miktarda ısı üretir)
Kararlılık: Yüksek sıcaklıklarda kararlıdır ve uzun yıllar boyunca özelliklerini korur.
Uzay Görevlerinde Kullanımı
Plütonyum-238, NASA'nın birçok uzay görevinde kritik bir rol oynamıştır. Örneğin:
Cassini: Satürn ve uydularını inceleyen uzay aracı.
New Horizons: Plüton ve ötesini keşfeden uzay aracı.
Perseverance: Mars'ta yaşam belirtileri arayan gezgin.
Plütonyum-238, uzay araçlarının Güneş'ten uzakta veya gece boyunca çalışmasını sağlar. Ayrıca, uzay aracının bilimsel cihazlarını ve iletişim sistemlerini çalıştırmak için gereken elektriği üretir.
Plütonyumun Diğer Kullanım Alanları
Nükleer Silahlar: Plütonyum-239, nükleer silahların temel bileşenidir. Manhattan Projesi sırasında geliştirilen ilk atom bombalarından biri olan "Şişman Adam", plütonyum-239 kullanılarak yapılmıştır.
Nükleer Enerji: Plütonyum, nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilir. Özellikle MOX (Mixed Oxide) yakıtı, plütonyum ve uranyum oksit karışımından oluşur ve bazı ülkelerde nükleer santrallerde kullanılır.
Tıbbi Uygulamalar: Plütonyum-238, bazı kalp pillerinde uzun ömürlü bir güç kaynağı olarak kullanılmıştır.
Cassini uzay aracına üç Radyoizotop Termoelektrik Jeneratöründen (RTG) birini monte eden çalışanlar - NASA
Plütonyumun Çevresel ve Tıbbi Etkileri
Plütonyum, radyoaktif bir element olduğu için çevre ve insan sağlığı açısından riskler taşır. Solunduğunda veya yutulduğunda, özellikle akciğerlerde birikerek uzun vadeli sağlık sorunlarına neden olabilir. Bu nedenle, plütonyumun güvenli bir şekilde depolanması ve işlenmesi büyük önem taşır.
Plütonyum-238 Üretimi ve Geleceği
ABD, 1980'lerde plütonyum-238 üretimini durdurmuştu ancak 2011'den itibaren Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda yeniden üretime başlandı. Bu üretim, NASA'nın uzay görevlerinde kullanılmak üzere radyoizotop güç sistemleri için gereken plütonyumu sağlamaktadır. Plütonyum-238'in, gelecekteki uzay keşifleri için vazgeçilmez bir kaynak olmaya devam etmesi beklenmektedir.
