Nükleer Teknoloji
Fisyon bir nötronun, uranyum gibi ağır bir element atomunun çekirdeğine çarparak yutulması, bunun sonucunda bu atomun kararsız hale gelerek daha küçük iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesi ve ayrıca 3 adet nötronun açığa çıkması ve bu nötronlarında başka çekirdekleri parçalaması reaksiyonudur. Fisyon, bir çekirdek tepkimesidir. Bir nötron yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi sonucunda, büyük miktarda enerji ile birlikte, birden fazla nötron ortaya çıkar ve bu nötronlarda başka uranyum atomlarını kararsız hale getirerek onlarında parçalanmasına neden olur. Böylece tepkime x üzeri 3lü bir oranla devam eder ve sonunda muazzam bir enerji açığa çıkarır. Peki bu kadar basit gibi görünen bir tepkime bu gün dünyada neden bukadar tartışma konusu oluyor?
Nükleer Enerji
Aslında herşey Einsteinin meşhur E = mc2 (E: Enerji, m: kütle, c: Işığın sabit hızı) formülüne dayanır. Bu formüle göre maddenin kütlesi ile ışık hızının-ki saniyede bir 229.792.458 metrelik bir metrelik bir rakama denk gelir ki bu da yaklaşık olarak saatte 300.000 kilometredir- karesinin çarpımı maddenin toplam enerjisine eşittir. Basit bir benzetmeyle madde enerjinin yoğunlaşmış halidir. Aslında madde enerjidir enerjide maddedir . Nükleer reaktörlerde işte bu enerji “kontrollü” bir şekilde ortaya çıkartılır ve bu enerji ile reaktörün çevresindeki su yüksek ısılara kadar ısıtılır ve buharlaşması sağlanır daha sonra bu buharlaşan su türbinleri döndürür ve böylece nükleer enerji elektrik enerjisine çevrilmiş olur.
Nükleer reaktörlerde yakıt, çubuklar halinde yan yana yerleştirilir. Bu çubuklarda (1-2 santim çapında ve uzunluğunda) bulunan uranyumda U-235 izotopu yaklaşık % 3 oranındadır. Hazırlanan bu çubukların yaklaşık 64 tanesinin yan yana yerleştirilmesi ile reaktörün “çekirdeği” hazırlanır. Bu çekirdek yaklaşık 12-18 ayda bir, % 25 kadarının yenilenmesiyle işlevine devam eder.
Reaktör içindeki yakıt çubuklarıyla birlikte reaktör havuzuna yerleştirilir ayrıca bu havuzda bulunan suyun buharlaşmaması gerekir bu nedenle reaktör düdüklü tencerelerde olduğu gibi yüksek basınçta tutulur. Yakıt çubuklarında bulunan ve üst limiti %5 olan kısmen zenginleştirilmiş uranyum elementinin parçalanmasıyla birlikte sürekli olarak yakıttan nötronlar yayılır ve bu nötronlar kontrol altına alınmazsa o nötronlar diğer çekirdekleri parçalar ve ani enerji artışı ve buna bağlı olarak sıcaklık artışına neden olur reaktörün kalbi erir böylece Çernobil kazasındaki gibi olumsuz bir durum oluşturabilir. Tabi çernobil kazasında reaktörün çekirdeği kısmen erimiştir ve bu güne kadar çekirdeği tamamen eriyen bir Nükleer reaktör yoktur. Ayrıca yeni nesil reaktörlerde nötronların kontrolsüz salınımını durdurmak için yani reaktörün hızını kontrol etmek için yakıt çubuklarının üzerinde elektronyetik güç ile tutulan yalıtıcılar vardır. Bu yalıtıcılar genellikle grafitten yapılır. Elektrik kesilirse bu yalıtıcılar yakıt çubuklarının üzerine kendiliğinden düşer ve reaktör yavaş yavaş soğumaya başlar.
Nükleer Enerjinin Verimliliği
“Nükleer bir tepkime, kimyasal bir tepkimeden (kömürün yakılması, doğal gaz kullanılması, vb.) yaklaşık bir milyon kat daha fazla enerji salar. Örneğin; 1 ton kömürün yakılmasıyla elde edilecek olan enerji miktarı, 1 gram uranyum ile elde edilebilir. Basit bir örnek vermek gerekirse, evimizde kullandığımız 100 Watt’lık bir ampulü bir sene boyunca durmaksızın yakmak için 325 kg kömüre gereksinim duyarız. Buna karşın aynı ampulü nükleer enerjiyle yakmak için gerekli olan uranyum yarım gramdan, yani bir atacın ağırlığının yarısından daha azdır. Dolayısıyla nükleer enerji, diğer seçeneklere göre inanılmaz ölçüde daha verimlidir. Kömür ile çalışan enerji santralleri-Termik santraller- günde iki kez kamyonlarca kömüre gereksinim duyarken, nükleer bir reaktör sadece iki yılda bir yeniden dolum ile çalışabilir.”
Ortalama bir kömür reaktörü 1 yılda çevreye
1000 ton sülfür dioksit
5000 ton nitrojen oksitler
1400 ton sera gazı parçacığı
7.000.000 ton karbon dioksit
1.000.000 tona kadar da kül salar.
Buna kıyasla bir nükleer reaktör doğaya 0 gram sülfür dioksit, 0 gram nitrojen oksitler, 0 gram sera gazı parçacığı, 0 gram karbon dioksit ve 0 gram kül salar. Nükleer reaktörlerin bacalarından çıkan dumansu buharıdır ve zararlı hiçbir madde içermez.
Nükleer Atıklar
Yıllarca reaktörde kalan yakıt verimsiz bir yakıt olur ve değiştirilmesi gerekir . Ancak çekirdekte bulunan bu nükleer atık bir süre daha ısı vermeye devam eder ve soğutulması gerekir.Şu an yürütünen uygulamalarda yakıt yaklaşık 2 yıl boyunca havuzda bekletilir ve bu süre zarfında ısı salımı çok düşük bir düzeye iner. Çekirdekten çıkarılan bu atıkta radyoaktif elementler bulunur. Bu radyoaktif elementler zamanla kendi kendilerine bölünerek yani yarılanarak başka elementlere dönüşür.
Radyoaktivite bu kararsız elementlerin bölünürken açığa çıkardığı parçacıklardır. Bu radyoaktif ve zararlı elementler yakıtın % 5’inden azında bulunur (yakıtın geri kalanı uranyumdur). Bu noktada akla gelen ilk çözümzararlı kısmın ana yakıttan ayrıştırılmasıdır. Bu ayrıştırma işlemi ile yakıtın % 1’ini oluşturan plütonyum da ayrıştırılabilir ;fakat plütonyum insan sağlığı için (5 santimetreden daha yakın mesafelerde) en zararlı maddelerden biridir. Atıklarda bulunan zararlı maddelerin (plütonyum dışında) ortalama yarı ömrü 30 yıldır. Dolayısıyla 300 sene sonra atığın radyoaktivitesi baştaki radyoaktivitesinin binde birine düşer. Bu süre sonunda bu maddeler insan ve doğa için sağlık riski oluşturmaz. Ancak yakıtta bulunan plütonyumun yarı ömrü 24.600 yıldır. Dünya’nın oluşumunda bolca bulunmuş olsa da, günümüzde doğadaki plütonyum miktarı yok denecek kadar azalmıştır. Dolayısıyla plütonyum, atıkta bulunan diğer maddelerin aksine daha uzun ömürlü olduğu için nükleer atıklar tartışmasında dikkatleri üzerine çekmettedir.
Plütonyumun taşıdığı sağlık riski yalnızca bu madde vücuda alındığında veya maddeye çok yakın olunduğunda ortaya çıkar. Evinizdeki bir rafta kilolarca plütonyum ile yaşayabilirsiniz; plütonyum yemeklerinize, havaya ve temas ettiğiniz eşyalarınıza karışmadığı sürece size bir zararı olmaz.
Nükleer atıkların en korkutucu yanı plütonyum ve izotoplarının bulunmasıdır. Dolayısıyla, Nükleer atıkların yaklaşık 200 sene depolanması gerekir. Nükleer atıkların saklanması için ülkeler farklı çözümler bulmaktadır. Bu alanda ülkelerin sıkı politikalarını yansıtacak en iyi örneklerden biri atıkların taşınmasında kullanılan nükleer atık tanklarıdır. Bu tanklar, nükleer enerji kurumunun standartlarına uygun olmalı ve her biri bu kurum tarafından onaylanmalıdır. Bir nükleer atık tankı 100 metre yükseklikten beton sertliğindeki bir zemine düşme, yarım saat boyunca 80.000 derece celsius ateşte yanma ve 8 saat boyunca sualtında kalma testlerinin hepsini, ardı ardına geçmelidir. Sandia Ulusal Laboratuvarı’ndaki mühendisler tarafından günümüzde kullanılan bir tank buna benzer bir sınava sokulmuştur. Saatte 130 km hızla giden bir trenin üzerine konulan tank, bulunduğu tren düz duvara çarptıktan sonra çevresindeki bütün kurşunu eritmeye yetecek olan bir ateşe maruz bırakılmış, daha sonra 600 metre yükseklikten beton sertliğinde zemine bırakılmıştır. Tank yere saatte 380 km hızla vurup 1,5 metre gömülmüş olsa da üzerindeki boyaya gelen hasardan başka bir zarar görmemiştir. Nükleer atık konusunun bu kadar gündemde olmasının sebebi teknolojik değil diplomatiktir.
Ayrıca Nükleer atıkların bertarafı konusunda birkaç yıl önce bir proje hazırlamış ve bir yarışmaya başvurmuştum. Projem, nükleer atıklarından güvenli bir şekilde kurtulmak için Elektro Manyetik Fırlatma teknolojisinin kullanımını içermektedir. Elektro Manyetik Fırlatma Teknolojisi , 1.5 mil (1.6 km) çapındaki çember biçimindeki vakum(havası boşaltılmış ortam) tünelinde yaklaşık 100 kg ağırlığında ve koni biçimli kapsül içine yerleştirilen Nükleer atıklar manyetik bir kızak üzerine yerleştirildikten sonra çok yüksek hızlara eriştirilerek uzaya gönderilmesi üzerineydi. Tünel içindeki elektromanyetik motorların kapsülü saniyede 10 km’lik hıza erişinceye kadar hızlandırması sonucu kapsül uzaya gönderilebilir. Bu teknolojiyle nükleer atıkların bertarafı ucuz ve güvenli bir şekilde sağlanmış olur. Halihazırdaki roketlerle uzaya 1 kilogramlık nesne göndermek 4000 $ maloluyor. Manyetik fırlatma sisteminde ise kilogram başına 750$’lık bir maliyet öngörülüyor. Bu sistemle Nükleer atıklar uzak bir gezegene, karadeliklere ya da uzayın derinliklerine- sürtünme olmadığından karşısına bir engel çıkana kadar ilerler- gönderilebilir.
Nükleer Güvenlik
Yediğimiz her yemekte her zaman bir miktar radyoaktif potasyum bulunur. Ortalama bir yetişkinin vücudunda her saat yaklaşık 18 milyon potasyum atomu parçalanarak radyasyon yaymaktadır. Ortalama bir reaktör de, tabii ki az da olsa bir miktar radyasyon yayar. Ancak bu miktar çevre radyasyonundan 300 kat daha azdır. İnanması güç olsa da, nükleer reaktörler çevremizdeki en radyoaktif yapılar değildir: Ortalama bir kömür santrali, bir nükleer santrale göre 100 kat daha fazla radyasyon yayar.
Bir diğer konu olan nükleer reaktörlerin patlaması, nükleer reaktörlerin patlaması için en az % 20 zenginleştirilmiş uranyuma ihtiyaç vardı. Dünya üzerinde en yüksek oranda zenginleştirilmiş yakıt oranı % 5 dir yani fiziksel olarak bir nükleer reaktör patlama olasılığı 0 dır. Ayrıca nükleer reaktörler içindeki ekipmanlarla zenginleştirme yapmak mümkün değildir ve böylece herhangi bir kötü niyetli insanlar reaktörün kontrolünü ele geçirse bile, isteseler de bir nükleer reaktörü patlatamazlar.
Çekirdekteki tepkimenin hızının kontrolsüzce artmasının önlenmesi için reaktörler “pasif güvenlik” adı verilen sistem ile tasarlanır. Bu sistem sayesinde reaktör çekirdeğinin ısısı arttıkça tepkimenin hızı yavaşlar. Dolayısıyla bir reaktör insan gözetiminde olmasa da pasif güvenlik ile normal işletim sürecinde asla aşırı ısınamaz, çekirdek erimesi gerçekleşmez.
Diğer bir güvenlik önleminde ise çekirdek 2 farklı koruma ile korunur 1. si ana çekirdek kaplamasıdır bu katman 15 cm metal üzerine sertleştirilmiş beton kaplamasıdır ve 2. bir koruma daha vardır bu koruma katmanları arasındaki basınç atmosfer basıncından azdır dolayısıyla reaktörde bir delik oluşması durumunda hava reaktöre doğru akış halinde olur.
Kazanın meydana geldiği Çernobil reaktöründe bahsedilen bu güvenlik sistemlerinin hiçbiri yoktu.Ayrıca hatanın büyük bölümü deney yapan mühendislere aittir- mühendisler deney yaparken tüm soğutma sistemlerini devre dışı bırakmış ve yakıt çubuklarının bir bölümünü reaktör kalbinde bırakmışlardı- Kontrol çubuklarının ucundaki madde hatalı bir şekilde tepkimeyi bir süreliğine hızlandırmaya sebep olacak şekilde tasarlanmıştı, pasif güvenlik yoktu (çekirdek ısındıkça tepkimenin hızı artıyor, bu durum çekirdeğin daha da ısınmasına sebep oluyordu) ve reaktörün koruyucu dış çekirdeği yoktu.
Nükleer Silahlar
Nükleer silah, nükleer reaksiyon ve nükleer fizyonun birlikte kullanılmasıyla ya da çok daha kuvvetli bir füzyonla elde edilen yüksek yok etme gücüne sahip silahtır. Genel patlayıcılardan farklı olarak çok daha fazla zarar vermek amaçlı kullanılır. Sadece kullanılan bir silah, tüm bir kenti ya da bir ülkeyi canlı, cansız ne varsa tamamen yok edecek güçtedir.
Savaş tarihinde, nükleer silah ABD tarafından II. Dünya Savaşı’nın son günlerinde iki kez kullanılmıştır. İlk olay 6 Ağustos 1945 sabahı, Little Boy (küçük çocuk) kod isimli uranyum tipi silahın Japonya’nın Hiroşima kentine atılmasıyla vuku bulmuştur. Üç gün sonra ise Fat Man (Şişman adam) kod isimli plutonyum tipi silah aynı ülkenin Nagazaki kentine atılmıştır.Kullanılan bu silahlar neticesinde çoğu sivil 120.000 kişi yaşamını kaybetmiştir. Bu olaylardan sonra nükleer silah kullanımı üzerindeki tartışmalar hız kazanmıştır. İki temel nükleer silah türü vardır. İlki, Hiroşima’ya atılan uranyum veya Nagasaki’ye uranyum bombasındaki gibi uranyumötesi ağır atom çekirdeklerini bölerek enerji elde eden fisyon bombalarıdır. Bu silahlarda uranyum ve plütonyum gibi ağır elementlerin parçalanabilir izotopları, süperkritik kütle denilen belli bir ağırlık limiti üzerinde bir araya getirildiğinde zincirleme reaksiyona girerek çok büyük bir güç üretirler. Hidrojen bombası veya füzyon bombası denen ikinci tipte ise ateşlenen bir fisyon bombası ile hidrojen çekirdekleri birleşmeye (füzyona) zorlanır, bu sayede çok yüksek bir enerji ortaya çıkar. Fisyon bombalarının teorik üst limitleri olsa da, füzyon bombalarının gücünde bir üst limit yoktur.
Ayrıca bugün Abd, Rusya, İngiltere, Çin gibi ülkeler nükller silahı var olan devletlerdir. Hindistan, Pakistan, Kuzey Kore gibi ülkeler Nükleer programları- Nükleer bomba denemesi – vardır.
Nükleer Enerjinin Dünyadaki Durumu
İşletmede olan santrallerin sayısı: 442 adet(artmaya devam ediyor)
İşletmede olan santrallerin net gücü: 356.746 MW(e)
Üretilen enerji: 2544 TWsaat
Nükleer enerjinin toplam enerjiye oranı: %16
İnşa halindeki santrallerin sayısı: 35 adet
İnşa halindeki santrallerin net gücü: 27.743 MW(e),
İşletme deneyimi:10586 reaktör-yıl
Bazı Ülkelerin Elektrik Üretiminde Nükleer Enerjinin Payı
Fransa: %77, Belçika: %58, Slovak Cumhuriyeti: %53, Ukrayna: %46, İsveç: %44, Macaristan: %39, G. Kore: %39, İsviçre: %36, Japonya: %34, Almanya: %31, Finlandiya: %31, İspanya: %27, İngiltere: %23, ABD: %20, Çek Cumhuriyeti: %20, Rusya Federasyonu: %15, Kanada: %13, Arjantin: %8, Güney Afrika Cumhuriyeti: %7, Hindistan: %4
Dünya, Nükleer Enerjiden Vazgeçiyor Mu?
Ülkeler, enerji politikalarını belirlerken enerji kaynakları, dışa bağımlılıkları, coğrafi durumları, nüfus artış hızı, finansman durumu, enerji kaynaklarında çeşitlilik gibi değişkenleri dikkate almaktadırlar. Bu nedenle her ülkenin kendine özgü bir enerji politikası olmalıdır. Konuya bu çerçeveden bakıldığında, dünyada nükleer enerjiden vazgeçildiğini söylemek son derece yanıltıcı olur.
Finlandiya bugün çalışmalarına başlamasına rağmen 2050 yılında %100 Hidrojen teknolojisinden elektrik elde etme ve her alanda kullanmayı planlamaktadır. Güneş panelleri şu an çok pahalı, rüzgar türbineri de yaygınlaşmış değildir.Bu durumda Türkiye ve diğer enerjide dışa bağımlı ülkelerde elektrik üretiminde sorunlar ve buna bağlı olarak sağlık, telekomünikasyon, ulaşım vs… gibi alanların işlerini yerine getirememesine bağlı olarak yayılan ölümler ve kaoslar baş gösterebilecektir. 10-50 yıllık dönemde Türkiyenin hızla nükleer enerji santralleri kurması-ki çok geç kalınmış bir alan- ve bunun yanında yenilenebilir enerji teknolojileri konusunda onlarca Ar-Ge merkezi açmak gereklidir. Daha sonraki dönemde ise tamamen Hidrojen teknolojisinin kullanımı endüstri ve kamuya entegre edilmesi gerekmektedir. Şu an en hızlı gelişen 2. teknoloji Nükleer teknolojidir ve gelecekte enerji sıkıntısı çekebileceğini anlayan ülkeler hızla nükleer reaktörler açmaya başlamışlardı. Örneğin petrol zengini olan Suudi Arabistan önümüzdeki 20 yıl içerisinde 16 adet nükleer reaktör yapmayı ve bu reaktörler için 300 milyar dolar harcamayı planlamaktadır.
Saygılarımla,
Ömer Cenk Güven
Kaynakça:
Bilim ve Teknik dergisi nisan 2011 sayısı
http://www.delinetciler.net/forum/uzay-istasyonu/44657-uzaya-ucuza-uydu-firlatma-sistemi.html
http://tr.wikipedia.org/wiki/Nükleer_silah
