Nükleer Reaktör Çeşitleri ve Yeni Nesil Reaktörler

İlk reaktörün faaliyete geçmesinin üstünden tam 78 yıl geçmişken halihazırda kurulu olan 440 reaktör dünyanın enerji ihtiyacının %10’unu karşılıyor. Genellikle önyargıyla yaklaşılan bu enerji çeşidini daha detaylı olarak inceleyelim.

A- A+

25.10.2021 tarihli yazı 6595 kez okunmuştur.

Giderek artan enerji ihtiyacını karşılamanın en verimli yollarından biri nükleer santrallerdir. Bu santrallerde fisyon tepkimeleriyle üretilen nükleer enerji, elektrik enerjisine dönüştürülür. Nükleer enerji reaktörler aracılığıyla diğer enerji tiplerine kolaylıkla çevirilir. Sanılanın aksine nükleer enerji dönüşümünün çok basit prensipleri vardır.

Nükleer santraller fisyon tepkimelerine dayanarak kurulmuştur. Fisyon ağır ve dengesiz atomların parçalanması sonucu büyük miktarlarda enerji açığa çıkaran bir reaksiyondur. Reaksiyon sonucu oluşan enerji ile su ısıtılır ve suyun buharıyla türbinler döndürülerek elektrik enerjisi üretilir. Üretilen enerji dağıtım sistemine aktarılarak şehirlere elektrik enerjisi dağıtılır.

►İlginizi Çekebilir: Yeraltı Nükleer Santralleri

Reaktörler 3 ana kısımdan oluşur: yakıt, moderatör ve kontrol çubukları.Reaktörlerde enerji elde etmek için yakıt olarak Uranyum ve Plütonyum gibi radyoaktif elementler kullanılır. Nötronları kontrol edebilmek için genellikle garfit, su veya ağır su moderatör olarak kullanılır. Reaksiyon hızını belirlemek içinse fazla nötronu emebilen kadmiyum veya farklı malzemeden oluşan kontrol çubukları kullanılır.

Farklı reaktör tasarımları olmasına rağmen hepsinin temelde yaptığı iş aynıdır: "Buhar Üretmek"

İlk nesil aslında ilk prototipti ve 2.nesil ile reaktörler ticarileşmeye başladı. 3.nesil bir önceki neslin geliştirilmiş versiyonuydu. Gelecek nesiller hala geliştirilmekte ve daha fazla alternatif sunmaları planlanmakta.

Basınçlı Su Reaktörü (PWR)

En yaygın reaktör tipidir. İlk olarak ABD’de denizaltlarına enerji sağlamak amacıyla geliştirildi. Bu tip reaktörlerde su hem soğutucu hem de moderatör olarak kullanılıyor. Modern versiyonlarında %3.2 oranında U-235 ile zenginleştirilip Zirkonyum alaşımından yapılmış kontrol çubukları kullanılıyor.

Reaktörü çevreleyen paslanmaz çelik kap hem nükleer malzemeyi yalıtacak hem de yüksek verim için suyu yüksek sıcaklıklarda tutacak şekilde tasarlanmıştır. Kap çekirdeğin erimesi durumunda bile reaktörün içeriğini korumak adına beton bir kalkanla sarılıdır.

►İlginizi Çekebilir: Dünyanın İlk Nükleer Santrali

3 Mil Adası Kazası bu tip bir reaktöre aittir. Soğutucu su koruma kalkanını terk ettiği için çekirdek erimeye başlamış ve yetersiz önlemler sonucu kaza meydana gelmiştir. Bunun üstüne yeni tasarımlar sistem kapalı olsa bile reaktörü soğutacak şekilde dizayn edilmiştir.

Kaynayan Su Reaktörü (BWR)

Sistemi daha basit fakat güvenlik protokolleri daha zayıftır. Soğutma döngüsündeki su daha sonra kaynayıp buhar olarak koruma kalkanından türbine gider. Bu yüzden radyoaktif kirlenme ihtimali artar. Bu reaktörü kullanan 10 ülke bulunmaktadır. 2011 yılında Japonya’da yaşanan depremden sonra Fukişima Nükleer Santrali'nde kaza meydana gelmiştir. Atmosfere büyük oranda radyoaktif madde salınımı olmuştur.

Ağır Su Reaktörü (Candu)

Canada Deuterium Uranium (Candu) reaktöründe moderatör olarak normal su yerine ağır su kullanılır. Ağır su, hidrojen atomlarının izotopu olan döteryum ile yer değiştirmesiyle oluşur. Ağır suyun nötronları emme şansı daha azdır dolayısıyla bu tasarımda kullanılan Uranyum zenginleştirilmemiştir. Ağır su sayesinde reaktör daha kararlı ve kontrol etmesi kolay hale gelmiştir.

Magnox ve Gelişmiş Gaz Soğutmalı Reaktör

En eski ticari reaktörlerden ikisi Magnox ve Gelişmiş Gaz Reaktörüdür. Şikago’daki ilk prototipin geliştirilmiş versiyonlarıdır. Grafit blokları moderatör olarak kullanılıyor. Ayrıca, kontrol çubukları kullanmak yerine çekirdek, magnezyum alaşımından yapılmış paslanmaz tanklarla çevrilidir. Soğutma için bu reaktörlerde karbondioksit kullanılıyor. İlk Magnox Reaktörü çok verimli olmadığı için Gaz Soğutmalı Reaktör daha iyi buhar üretimi için yüksek sıcaklıklarda çalışmak üzere tasarlandı.

Rus Kaynan Su Reaktörü (RBMK)

Reaktor Bolshoy Moschnosti Kanalniy (RBMK) Sovyetler Birliği’nde geliştirildi. Magnox’la aynı zamanda üretildi ve benzer tasarım özellikleri taşıyorlardı. Reaktörde %1.8 oranında zenginleştirilmiş Uranyum oksit içeren 1700 kanaldan oluşan su soğutmalı grafit çekirdek kullanılıyor. 1986’da gerçekleşen Çernobil kazası bir RBMK reaktörünün çekirdeğinin erimesiyle oluşmuştur. Toplumda büyük yankılar uyandıran bu kaza, insanların nükleer enerjiye karşı cephe almasına sebep olmuştur.

Geleceğin Reaktörleri

Yeni nesil reaktörlerin bir sahaya inşa edilmesinden ziyade fabrikalarda üretilmesi bekleniyor. Eski reaktörlere nazaran daha farklı materyaller kullanılması planlanıyor. Örneğin çakıl yataklı reaktörler, erimiş tuz veya kurşunla soğutulan reaktörler, hızlı nötronları kullanan reaktörler gibi farklı materyaller ve teknolojiler deneniyor. Bu neslin daha güvenli, ucuz, verimli ve inşası kolay olması öngörülüyor. Radyoaktif elementler yerine sürdürülebilir yakıt kaynağı alternatifi bulunabilirse ve atık sorununa tatmin edici bir cevap alınabilirse büyük gelişmeler kaydedilebilir.

Nükleer enerji bilinenin aksine en az ölüme sebep olmuş enerji türüdür. Karbon ve sera gazı salınımı olmaması, küçük bir alanda çok büyük miktarda enerji üretme kapasitesi ve kurulduğu yerin bir önemi olmaması avantajlarından bazılarıdır. Radyoaktif atığa sebep olması, kuruluş maliyetinin yüksek olması ve doğal afetlerin kaza riskini artırması dezavantajlarıdır. Bütüne baktığımızda doğru güvenlik önlemleri alındığı taktirde elde edilen verimle iyi bir enerji alternatifidir.