Yazar : Eren C. Karsu, Dr. F.Serap Ereeş -------------------------------------------------------------------------------- Sayı : 1.Sayı (Ocak - Mart 2004) -------------------------------------------------------------------------------- Konu : Çevre -------------------------------------------------------------------------------- 1939 yılının Ağustos ayında Macar fizikçi Leo Szilard, devletin askeri patlayıcı programına acil ihtiyacı olduğu konusunda ABD Cumhurbaşkanı Franklin Roosvelt’e mektup yazması için Einstein’ı ikna etti. Bunun üzerine Roosvelt Einstein başkanlığında çok gizli Manhattan Projesini başlattı. Tek amaç atom bombasını oluşturmaktı ve 16 Temmuz 1945 sabahı New Mexico Çölü’nde ilk nükleer silah test edildi. Manhattan Projesi ile 16 Tem-muz 1945 sabahı New Mexico Çölü’nde test edilen ve kod adı Trinity olan ilk nükleer patlayıcı, Plütonyum-239’un fisyonu ile ve 19 kilo-tonluk TNT’ye eşdeğer bir patlama gücüyle gerçekleşti. Millerce uzaklıktaki çevreden hissedildi. Bir aydan daha az bir süre içinde 6 Ağustos 1945’te Uranyum-235 bombası Hiroşima ve üç gün sonra da plütonyum bombası Nagazaki üzerinde patlatıldı. Böylece II. Dünya Savaşı, nükleer silahlarla büyük şehirlerin yok edilebileceğini gösterdi. Bir sonraki yaz, nükleer silahların etkilerini araştırmak için Amerikan Ordusu Bikini Atolü’nde çalışma başlattı. Projede 42 bin insan, 242 gemi, 50 uçak, 25 bin monitör, 5 bin’den fazla test hayvanı (çoğu fare ) yer aldı. Iki silah patlatıldı. Birincisinin kod adı “Able” idi, 500 fit yükseklikte 30 Haziran’da patlatıldı. Bunu 24 Temmuz’da suyun 100 fit altında patlatılan “Baker” izledi. Müthiş bir su kütlesi bir dakika içinde yaklaşık 2000 ft (610 m) yüksekliğe ulaştı. Bombanın oluşturduğu mantar şeklindeki bulut yaklaşık 1,5 mil genişliğindeydi ve radyoaktivite ürünlerini içeriyordu. Saatte 50 mil ( 80 km ) hızla hareket eden beyaz bir sis tabakası oluştu. Bu da beklenmeyen bir yağmura neden oldu. Patlamanın şiddeti o kadar büyüktü ki ( 20 kiloton ) ya-kındaki silah gemileri rüzgardaki yapraklar gibi sallandı. Amerika Birleşik Devletleri 1948’te üç deneme daha yapmıştır. Rusya ilk denemesini Ağustos 1949’da ; Ingiltere de ilk nükleer patlamayı Ekim 1952’de gerçekleştirdi. Bundan bir ay sonra ilk Amerikan termonükleer bombası patlatıldı (hidrojen bombası); şiddeti 5 megaton olarak açıklandı. Bir yıldan daha az bir süre içinde Rusya, 1957’de de Ingiltere termonükleer patlamalara başladı. Nükleer denemelerin ertelendiği 1958 yılının sonuna kadar toplam etkisi 32 megaton’dan daha fazla olan 250 bilinen patlama gerçekleştirildi. Sınırlama ve ertelemelere rağmen atmosferdeki de-nemeler Eylül 1961’de Rusya tarafından ve yeraltı denemeleri de Amerika tarafından başlatıldı. Fransa ilk nükleer denemelerini 1960’ta, Çin Halk Cumhuriyeti de 1964’te başlattı. Hindistan 1974’teki ilk deneme çalışmalarıyla nükleer silahları deneyen altıncı ülke oldu. Çoğu deneme kuzey yarım kürede yapıldı. Amerika’daki denemelerin çoğu Pasifik Öukuru’nda ve Nevada’da gerçekleşti. Amerika’nın kullandığı diğer yerler Amethitka, Alaska, Colorado ve Misisipi’dir. Ingiltere denemelerini Avustralya ve Christmas Adası’nda; Rusya ise Ural Dağları, Nowaya, Zemlya ve Semipalistisk’te; Fransa Cezayir’de, Pasifikteki Tuamotu Adası’nda ; Çin Halk Cumhu-riyeti de Kuzey Çin’deki Loop Nor Sahasında ve son olarak Hindistan da çalışmalarını Rojasthan Çölü’nde gerçekleştirdi. Böylece nükleer denemeler dünyanın her yerine yayılmış oldu. Atmosferik denemelerin çoğu 72,1 megaton’luk fisyondan kaynaklanan 138,6 megaton verime sahip 193 deneme ile ABD tarafından yapılmıştır. Rusya 110,9 megaton’luk fisyondan 357,5 megaton’luk toplam verimle 142 patlama gerçekleştirmiştir. Bunlara ek olarak 1962’deki denemelerin sınırlan-dırılmasına kadar 21 Ingiliz patlaması ve 4 Fransız nükleer patlaması gerçekleş-tirildi. Bunların hepsi toplam atmosferik patlamaların %85’ini, toplam verimin %95’ini ve fisyon veriminin %90’ını oluşturur. 1962’den beri yalnızca Fransa ve Çin atmosferik denemeler yaptıklarını ilan etti. 1980 yılı boyunca toplam 64 patlama gerçekleştirildi ve bunlar toplamın %15’ini ve fisyon ürünlerinin 23,5 megaton’unu oluşturmaktadır. Nükleer Patlama Nasıl Gerçekleşir? Nükleer patlama, çok küçük bir hacimde meydana gelen nükleer fisyon ve sonucunda çok hızlı bir enerji açığa çıkışıdır. Reaksiyon genellikle birkaç milisaniyede gerçekleşir. Müthiş miktar-larda enerji açığa çıkar. Fisyon reaksi-yonu kritik kütlede fisyona uğrayacak çekirdek ve nötron kaynağı gerektirir. Uranyum-233, Uranyum-235 ve Pluton-yum-239 fisyona uğrayabilen çekirdeklerdir ve yarı ömürleri yeterince uzundur. Temel fisyon tepkimesi sonunda açığa çıkan 2-3 nötron yeni uranyum çe-kirdeklerini bombarduman edebilir. Bir Uranyum-235 çekirdeği yaklaşık 200 MeV(milyon elektron volt) enerji açığa çıkarır. Enerjinin yaklaşık yarısı yıkıcı etkiye, üçte biri ısı etkisine neden olur. Geriye kalan radyoaktivitedir. Fisyon ürünlerinin verimi yaklaşık %200’dür ve her bir fisyon ürünü kütle numarasına göre değişen miktarlarda üretilir. Fisyonda açığa çıkan enerji o kadar büyüktür ki oluşturduğu yüksek sıcaklık bazı hafif çekirdeklerin füzyonu (kaynaşması) sonucu ek enerji oluşturur. Nükleer füzyon termonükleer patlayıcıların ve hidrojen bombasının temelini oluşturur. Fisyon patlamalarının yarattığı yüksek sıcaklığın etkisiyle çeşitli hidrojen izotoplarının füzyonu sonucunda büyük miktarlarda enerji ve nötron açığa çıkar. Trityum üretilir. Termonükleer reaksiyonlarda üretilen nötronlar fisyon oluşturmak için kullanılabilir. Böylece “3F” bombaları (fis-yon-füzyon-fisyon) yapılmıştır. Ayrıca fisyon ve füzyon reaksiyon ürünleri, çeşitli radyoaktif ürünler oluştururlar. Nükleer patlama birkaç mikro saniyeden daha kısa sürede gerçekleşen bir olaydır. Patlama fazları 108 oC ve birkaç milyar atmosfer basınçtadır. 1 megaton’luk bir patlamada 0,03 s sonra 440 fit (134 m) çapına ulaşan bir ateş topu oluşur. Patlama yere yakınsa ateş topunda gaz halde toprak ve kayalar da bulunur. Ateş topu hızla yükselir. Ilk anlarda hız saatte birkaç yüz mil olup soğudukça yavaşlar. Bombanın tesir gücüne göre topun ulaşacağı yükseklik değişir. 1 megaton’luk bir patlamada 6,3 saniyede yaklaşık 22,4 km yüksekliğe ulaşır. Troposferin sonlarında yaklaşık 15 km’ye ulaştığında ateş topu bilinen mantar şeklini oluşturmak üzere dağıl-maya başlar. Bulut stratosferde yükselmeye devam eder ve 40 km yüksekliğe ulaşabilir. Maksimum yüksekliğe patlamadan on dakika sonra ulaşır. Bir saatten daha kısa bir sürede mantar dışa doğru 160 km genişler. Bulut yükselirken soğuk hava sıcak bulutun içine çekilir. Oluşan rüzgar radyoaktif fisyon ürünlerini taşıyan yıkıntı ve molozu taşır, mantara çeker. Bu da daha fazla hasar oluşturur. Fisyon ürünleri duman halkası şeklindeki patlama halkası ile kuşatılmış haldedir. Ağır olan parçacıklar yerçekimi etkisiyle yere inme eğilimindedir ve patlama noktasının birkaç yüz mil çev-resini kaplayan toz bulutunu oluşturur. Daha küçük parçacıklar uçucu fisyon ürünlerini içerir. Radyosezyum, radyos-tronsiyum, radyoiyot çok uzun süreler asılı kalıp aynı yarım kürede birkaç bin mil uzaklara sürüklenebilir. Kiloton mertebesindeki patlamalarda radyoakti-vite troposfere girer. Yarılanma hızı ve yarı ömrü üç hafta civarında azalır. Tüm enkazın yere inmesi 2-3 ay sürer. Yarım küreler arasında çok az hava karışması olduğundan stratosfere yayılan artıkların çoğu aynı yarım kürede kalır. Stratosfere yayılan radyoaktif tanecikler ortalama 1 yıl kadar orada kalır. Kalma süresi değişiktir ve patlamanın nemine, mevsimine, yüksekliğine, derinliğine bağlıdır. Yağmur ve rüzgar bahar ay-larında yoğun radyoaktif serpintiye sebep olur. Kripton-85 gibi uzun yarı ömürlü (10,76 yıl), gaz haldeki radyo-çekirdekler 1,5 yıllık değişme süresinde yarım küreler arasında karışabilirler. Nükleer Patlamalarda Ne Kadar Radyoaktivite Oluşur? Nükleer patlama çok büyük miktarda radyoaktivite oluşturur. 56 g ‘lık fisyon maddesi (veya 1,4 x 1023 çekirdek) 1 kiloton’luk patlayıcı kuvvet oluşturur. Bundan, yaklaşık iki katı kadar çoğu radyoaktif olan fisyon ürünü oluşur. 1 kiloton’luk bir fisyon patlamasında oluşan toplam radyoaktivite 1,5 x 1013 Ci (5,55 x 1023 Bq) olup çoğu kısa ömürlü fisyon gazlarıdır. Ağır bir çekirdeğin fisyonu 80 farklı yolla olur ve 200’den fazla farklı radyoaktif ürün oluşur. Bunların yarı ömürleri 1 s ile 17 milyon yıl arasında değişir. Ilk ürünlerin yarı ömürleri öyle kısadır ki zincirin uzun ömürlü üyelerinin oluşumu bir dakika içinde tamamlanır. Çeşitli zincirlerin karmaşıklığı ve fisyon ürünlerinin yarı ömürlerinin farklılığı yüzünden çeşitli zamanlarda aktivitenin kaynağı ve miktarı değişir. Fisyon ürünlerinden gelen radyoaktiviteye ek olarak nötron aktivasyonun-dan oluşan radyoaktif tanecikler de vardır. Patlama su altı, yer altı ya da çok yüksekte yapılmadıkça nötronlar toprak ve havayı aktive eder. Aktivasyon ürün-leri çeşitli demir ve kobalt izotopları, Karbon-14 ve trityumdur. Trityum aynı zamanda doğrudan fisyon ve füzyon sırasında da oluşur. Toprağın nötron aktivasyonundan diğerleri ile birlikte Sodyum-24 (15 saat), Fosfor-32 (4 dak.), Kalsiyum-45 (152 dak), Demir-55 (219 yıl) ve Demir-59 (46 dak )’da olu-şur ve hepsi biyoçevresel öneme sahip-tir. Deneylerle çevreye yayılan radyas-yon korkunç miktarlardadır. 30 Haziran 1978’e kadar toplam 366 megatonluk 905 patlama açıklanmıştır. 1954 - 1958 arası büyük test programları yürü-tülmüştür. 1961’in ikinci yarısında atmosferde 77 patlama saptanmıştır. 1962’de Ruslar yaklaşık toplam 180,3 megaton’luk 39 ve Amerikalılar yaklaşık toplam 37,1 megaton’luk 38 deneme gerçekleştirmişlerdir. Bunların hepsi atmosferde patlatılmıştır. Patlama ürünlerinin hepsi fisyon ürünü değildir. Birleşmiş Milletler Atomik Radyasyon Etkisi Bilimsel Komitesi 1980 yılında toplam 545,4 megaton’luk 423 atmos-ferik deneme saptamıştır. Bunun %40 verimi (217,2 megaton) fisyon ürün-leridir. Yaklaşık 3,3 x 1018 Ci (1,2 x 1029 Bq)’lik fisyon ürünü atmosfere yayılmıştır. Buna aktivasyon ürünleri ve trityumun oluşturduğu füzyon ürünleri eklenmelidir. Aktivasyon ürünlerinin çoğu kısa yarı ömürlü fisyona uğra-malarına rağmen, miktar çok sarsıcı ve çevre üzerinde büyük ölçüde etkilidir. Kaynaklar Kathren RL ‘‘Radioactivity in the Environment : Sources, Distribution, and Surveillance’’ Harwood Academic Publis-hers, OPA Amsterdam, 1984 Özden N ‘‘Nükleer Çağın Ilk 40 Yılı’’ Cilt1, ITÜ Nükleer Enerji Enstitüsü, Genel yayınları No.17. Istanbul 1983.