Teknesyum: Dünyada Olmayan Tek Elementi Görelim

Teknesyum yıldızlarda olup da Dünya’da doğal olarak bulunmayan tek element ama egzotik özellikleri bununla sınırlı kalmıyor. 1937’de nükleer reaktörlerde üretilen, atom numarası 43 ve atom ağırlığı yaklaşık 98 olan teknesyum aynı zamanda tüm izotopları (atom çekirdeğindeki nötron sayısı farklı türleri) radyoaktif olan en hafif elementtir. Peki teknesyum neden yalnızca yıldızlarda bulunuyor ve yıldız çekirdeğinde nasıl üretiliyor?

Teknesyumun özellikleri

Öncelikle teknesyum Dünya’da doğal olarak bulunmayan tek element değil. Periyodik tabloda uranyumdan ağır olup Oganesson 294’e dek uzanan birçok element var ama bunların yarı ömrü o kadar kısa ki radyoaktif bozunma ile hızla başka atomlara dönüştüğünden yerkabuğunda bulunmuyorlar. Örneğin nükleer reaktörlerde üretilip nükleer silahlarda kullanılan plütonyum 239’un yarı ömrü, yani yarısının kararlı uranyum elementine dönüşme süresi 24 bin 100 yıldır.

Bilinen en ağır element Oganesson’un en kararlı izotopu Oganesson 294’ün yarı ömrüyse yalnızca 0,89 milisaniyedir! 😮 Teknesyum 97’nin yarı ömrü ise 4,21 milyon yıl ama bu elementin ayırt edici yanı yıldızlarda olup da Dünya’da bulunmayan tek element olmasıdır. Peki neden Dünya’da yok? Yıldız çekirdeğinde gerçekleşen nükleer füzyon reaksiyonlarıyla görelim.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Teknesyum ve ağır elementler

Az miktardaki lityum istisnasını saymazsak büyük patlama sırasında üretilen sadece iki element vardır: En hafif atomlar olan hidrojen ve helyum… Geri kalan elementlerin büyük kısmını yıldızlar çekirdeğinde gerçekleşen nükleer füzyon reaksiyonlarıyla sentezler. Nasıl yapılır derseniz:

• Çekirdeklerindeki hidrojen/helyumu kaynaştırıp ağır elementler sentezleyerek
• Süpernova patlamalarıyla birçok hafif metali üreterek
• Nötron yıldızı çarpışmalarıyla altın, uranyum ve daha ağır elementleri üreterek (ki bu çarpışmalarda Oganesson dahil periyodik tabloda bilinen tüm elementler üretilir)
• Yıldızların yaydığı radyoaktif gaz ve toz bulutlarındaki atomların bozunmasıyla
• Kozmik radyasyona maruz kalan gaz ve toz bulutlarında ağır atomların sentezlenmesiyle
• Kara delik, süpernova, nötron yıldızı gaz jetleriyle hızlandırılan parçacıklarla çekirdeklerin çarpışmasıyla

Her durumda gaz ve toz bulutlarındaki ağır elementlerin oranı artar. Bu da Güneşimiz gibi en metalik yıldızların oluşmasını sağlar. Güneş sistemleri de bulutsuların çökmesiyle oluşur ki Yeryüzünü yaşama elverişli kılan bol miktardaki radyoaktif toryum ve uranyum elementini bu sürece borçluyuz. Öyle ki biz dahil Dünya’yı oluşturan kütlenin yüzde 90’ı yıldızların dolaylı veya doğrudan yollarla sentezlediği ağır elementlerden gelir.

Oysa periyodik tabloda 43. sırada yer alan ve kurşun kadar yoğun olan parlak, gri bir metal olarak kendini gösterip 1648 derecede eriyen teknesyum yerkabuğunda yoktur. Hem de yarı ömrü 4,21 milyon yıl, yani plütonyumdan uzun olduğu halde yoktur. İşte çözmemiz gereken problem budur.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Teknesyum neden kısa ömürlü?

Dünya’da Teknesyumun doğal olarak üretilmesinin tek yolu uranyum bozunmasıdır ama uranyumun yarı ömrü 4,5 milyar yıl olup bu element çok kararlıdır ve 1 milyon ton uranyum bozunduğu zaman sadece 1 gram teknesyum üretir. Öte yandan Teknesyumun 4 milyon yıldan uzun yarı ömrü bile 4,54 milyar yaşındaki Dünya’nın yanında hiç kalır. Yerkabuğunda eskiden uranyum kadar bol teknesyum olsa bile günümüze teknesyum kalmazdı.

Gerçi Güneş Sistemi gaz ve toz bulutlarının içinden geçer veya yakınlarda patlayan bir süpernovanın yaydığı radyasyona maruz kalırken gezegenimizin teknesyum edinmesi mümkündür ama bu olaylar ortalama olarak 100 milyon yılda bir gerçekleşir. İyi ki de öyledir! Yoksa süpernovalar yaşamı yok ederdi ama işte bu nedenle Teknesyum yerkabuğunda tükendiği kadar hızlı tazelenemez.

Elbette teknesyumu nükleer reaktörlerde üretiyor ve hatta tıpta kullanıyoruz fakat asıl amacımız teknesyumun neden sadece yıldızlarda bulunduğunu açıklamak. Dikkatli okurlar ve nükleer enerji mezunları fark edecektir: Teknesyum yıldız çekirdeğinde nükleer füzyon yoluyla sentezlenen bir element olsaydı uranyumdan hafif olduğu için bütçesi düşük olduğundan evrende bol miktarda bulunurdu. O zaman da Dünya’da eser miktarda bulunabilirdi ama teknesyum füzyonla üretilmez!

Bunun yerine bazı yıldızlarda, s süreci denilen çok yavaş bir yolla üretilir; yani yavaş hareket eden nötronların atom çekirdeklerine yapışması ve onları daha ağır elementlere dönüştürmesiyle sentezlenir. O zaman nedir bu yıldızlar? Bunlar ana sıralamadan çıkan ve yaşlılıktan ölmek üzere olan kırmızı dev yıldızlardır ki kırmızı devler sönerken teknesyum üretip uzaya saçar. Nasıl mı?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Teknesyum ve kırmızı devler

Kırmızı devlerin çekirdeğinin erişebileceği hidrojen tükenmiştir. Bu yüzden helyum yakar ve helyumu kaynaştırıp karbon 12 veya neon 22 atomlarını sentezlerken ortama bol miktarda serbest nötron yayarlar. Güneş de sönmeden önce bugünkü halinden 100 kat büyük bir kırmızı deve dönüşecektir. Nötronların atom çekirdeklerine yapışma süreci çok yavaş gerçekleşir (zaten daha hızlı gerçekleşse bütün yıldızlar kırmızı dev aşamasında aşırı enerji üretip süpernova olarak patlardı).

Sürecin yavaş olmasının yanı sıra karbondan teknesyuma gelene dek sentezlenecek birçok hafif element vardır. Bu nedenle yıldızlar çok yavaş teknesyum üretir ve teknesyumun birkaç yüz bin ila birkaç milyon yıl arasında değişen yarı ömrü bu elementin yıldız çekirdeğinde fazla birikmesini önler. Daha doğrusu ilk bakışta önler ama tüm yıldızların süpernova olarak patlamadığına dikkat edelim.

Teknesyum darboğazı

Nitekim ancak en ağır yıldızlar süpernova halinde patlar ve bunlar çok kısa ömürlü olur. Örneğin Güneş’ten 25 kat kütleli bir yıldız çekirdeğindeki karbonu 600 yılda yakacaktır ama daha hafif olan yıldızlar kırmızı dev evresinde 1 milyar yıl geçirebilir. Teknesyum kısa ömürlüdür ama 1 milyar yılda sürekli üretileceği için uzun ömürlü kırmızı devlerde bol bulunur.

Oysa kırmızı devler sönerken teknesyumu yıldızın dış gaz katmanlarıyla birlikte uzaya üfler ve teknesyum da en geç 4 milyon yılda bozunup daha hafif elementlere dönüşür. Öyleyse yerkabuğunda teknesyum olmasının tek yolu son 4 milyon yılda 100 ışık yılı yakında patlayan bir süpernovanın yaydığı parçacık ışınlarının Dünya’yı bombalamasıdır. O zaman Yeryüzünde toplu soy tükeniş yaşanacak ama yerkabuğunda az miktarda teknesyum olacaktır.

Sizi bilmem ama ben kozmik koleksiyoncu olsam bir kaşık teknesyum için Dünya’yı süpernovayla yakmak istemezdim. Peki bu hikaye bitti mi? Hayır, daha yeni başlıyoruz. Madem ki Dünya’da olmayıp da yalnızca yıldızlarda bulunan bir elementten söz ettik öyleyse yıldızlarda olmayan 3 ağır elementi de anlatalım ki hak geçmesin. 😉

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Teknesyum gibi egzotik 3 element

Yıldız çekirdeğinde hidrojen tükenince nükleer füzyonla ısı üretimi durur, çekirdek soğur, büzülür, daha çok sıkışır, ısınır ve 100 milyon dereceye ulaştığında helyum yakmaya başlar. Böylece periyodik tablodaki 6. element olan karbon atomlarını sentezlemeye başlar. Ardından kırmızı devler kütlesine göre azot, oksijen, neon, magnezyum, silisyum, sülfür, demir-kobalt-nikel sentezler.

Yıldız çekirdeğindeki serbest nötronlar ise kurşunla bizmuta kadar olan elementlerin üretilmesini sağlar (periyodik tabloda 82 ve 83. sırada). En kütleli kırmızı devler süpernova olarak patladığında daha ağır elementleri de oluşturur ama dikkat edin: Karbon periyodik tabloda 6. sırada ve en hafif elementler olan hidrojenle helyum da ilk iki sıradadır. Büyük patlamada az miktarda üretilen lityum bile yedinci sıradadır! Öylyese 3, 4, 5. elementler olan lityum, berilyum ve bor nerede?

Bu elementleri daha hafif atom çekirdeklerini kaynaştırarak sentezleyemezsiniz. Hidrojenle helyum kaynaşınca kararsız lityum 5 oluşur. İki helyum kaynaşınca yine kararsız olan berilyum 8 oluşur. Nitekim kütlesi 5 veya 8 olan bütün çekirdekler kararsızdır (güçlü nükleer kuvvet sağ olsun 😊). Karbon ve diğer ağır elementler kaynaşınca ise daha ağır elementler oluşturur.  

Peki ya teknesyum üreten nötron yapışmalı s süreci? O da ancak lityum, berilyum ve bordan ağır elementlerde işe yarar; çünkü bunlar nötron tutamayacak kadar hafiftir. Öyleyse lityum, berilyum ve bor yıldızlarda üretilemez ve bu yüzden egzotik elementler olarak kabul edilir. Öte yandan bor olmadan akıllı telefonlar, nükleer reaktör kontrol çubukları ve hatta bitki hücre duvarı olmazdı. Her şeye rağmen bu üç element Dünya’da var. Peki nereden geldi?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

3 element atomu parçalayarak üretilir

Aktif kara delikler ve nötron yıldızları ışık hızının yüzde 70 ila yüzde 90’ına ulaşan aşırı enerjik devasa parçacık ışınları üretebilir. Bunlara rölativistik jetler deriz ki bu ışınlar evrendeki en yıkıcı unsurlardan biridir. Rölativistik jetlerle ancak kara delik kaynaklı gelgit parçalanması, büyük patlama, nötron yıldızı ve kara delik çarpışmaları yarışabilir.

Her durumda parçacık ışınları uzaydaki gaz ve toz bulutlarını bombalayarak içindeki ağır elementleri parçalarına ayırır. Böylece Dünya’da bulunan bor, berilyum ve lityum elementlerini üretir. Süpernovalardan 10 kat güçlü hipernovalar da atomları parçalayarak bu üçünü oluşturabilir.

Elbette uzayda her an karşınıza hiperaktif süper kütleli kara delik (kuasar) ve nötron yıldızı (manyetar atarcaları) çıkmaz. Dolayısıyla lityum, bor ve berilyum Dünya’daki en nadir hafif elementlerdir. Zaten bir element nadirse genellikle evrende nadir olduğu için az bulunur. Altın gibi…

Öyleyse Dünya’nın altını nereden geliyor? Onu da çarpışan nötron yıldızlarında okuyabilir, kara delik çarpışmalarının nasıl gerçekleştiğini inceleyebilir ve Samanyolu merkezindeki süper kütleli kara delik Sagittarius A* cismini şimdi görebilirsiniz. Andromeda ve Samanyolu’nun nasıl çarpışacağına bakarak Dünya boyundaki Olay Ufku teleskopuyla fotoğrafı çekilen ilk kara deliğe şimdi göz atabilirsiniz. Hafta sonları bahçede temiz hava alabildiğiniz güzel günler dilerim.

Hipernova ve kuasarlar

¹Discovery of technetium- and niobium-rich S stars: the case for bitrinsic stars
²Production of Lithium, Beryllium, and Boron by Hypernovae