Nükleer Enerji Nedir?

Nükleer enerji, atom parçacıklarının gösterdikleri zincirleme reaksiyonlar sonucu oluşan enerjidir. Füzyon (birleşme) ve fizyon (parçalanma) adı verilen iki temel reaksiyon sonucunda enerji açığa çıkar. Ağır radyoaktif maddelerin (Uranyum), nötron bombardımanına tutulması sonucu parçalanması (fizyon), ya da hafif radyoaktif maddelerin birleşmesi (füzyon) esnasında açığa çıkan bu enerji önemli ölçüde büyüktür. Nükleer enerji elde etmek için kullanılan santrallerde de temel prensip fisyon tepkimesi ile uranyum maddesinin parçalanması sonucu oluşan zincirleme reaksiyonlar ile elde edilen enerjinin kullanılmasıdır. Oluşan zincirleme tepkimeler kontrol edilemezse ölümcül sonuçlara yol açabilir.

Şekil 1 Fisyon Tepkimesi ve Zincirleme Reaksiyonlar

Nükleer Santraller Nasıl Çalışır?

Nükleer santral (reaktör), zincirleme nükleer reaksiyonlardan ısı enerjisi üreten sistemlerdir. Nükleer santraller 1950'li yıllardan itibaren elektrik enerjisi elde etmek amacıyla kullanılmaktadır. Dünya genelinde elektrik enerjisinin yaklaşık %16'sı nükleer santrallerden sağlanmaktadır ve 400'ün üzerinde aktif nükleer santral bulunmaktadır.

Nükleer santraller, termik santrallerdeki gibi elektrik üretmek için buhar enerjisini kullanır. Buradaki ayırt edici nokta, suyun ısıtılarak buhar elde edilmesinde kullanılan yöntemdir. Termik santrallerde suyu ısıtmak için kömür, gaz, fuel-oil gibi yaktılar kullanılırken, nükleer santrallerde onların yerini uranyum almaktadır.

Nükleer santrallerde fizyon, yani parçalanma enerjisi kullanılır. Füzyon, yani atom birleşmesinden çıkan enerjiyi kullanacak ilk reaktör ise Fransa'da 10 ülke katılımı ve 10 milyar $ bütçe ile 2005 yılında başlanmış olup 10 yılda tamamlanması planlanmaktadır.

Nükleer santrallerde yakıt olarak zenginleştirilmiş uranyum kullanılmaktadır, kullanılabilecek uranyum çeşitleri ise U-235 başta olmak üzere, U-233, U-238 ve Plütonyum; P-239 ve P-241′dir.

Nükleer santrallerde fisyon sonucu zincirleme bölünme reaksiyonları kontrollü olarak gerçekleştirilir. Bölünme reaksiyonunda 1 kg U-235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerji yaklaşık 1.3 milyon kg kömürün açığa çıkardığı enerjiye eşdeğerdir. Buradan açığa çıkan enerjinin büyüklüğü kolayca anlaşılabilir. Bu bölünmenin sağlanabilmesi için nötronlar çok yüksek hızda uranyum elementinin çekirdeğine çarptırılır (nötron bombardımanı). Tetikleyici; ilk çarpışma ve bölünmeden sonra ortama yayılan nötronlar, diğer uranyum çekirdeklerine çarparak fisyonu elementin her atom çekirdeğinde gerçekleştirene kadar sürdürür. Bu zincirleme reaksiyonları kontrol altında tutmak için santralde çeşitli üniteler bulunur.

Şekil 2 Nükleer santralin çalışması

Fizyon tepkimeleri ile enerji elde edildikten sonra gerçekleşen aşamalar, diğer termik santrallerdekilerle benzerdir. Buradan elde edilen yüksek enerji, su buharının çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasında kullanılır. Yüksek enerjili elde edilen buhar, türbin kanatlarına çarparak elektrik jeneratörünün dönmesini sağlar ve bu sayede elektrik enerjisi elde edilir.

Nükleer santraller çalışma şekline göre çeşitlenirler;

• Basınçlı Su Reaktörü (Pressurized Water Reactor – PWR)
• Kaynar Su Reaktörü (Boiling Water Reactor - BWR)
• Basınçlı Ağır Su Reaktörü (Pressurized Heavy Water Reactor - PHWR)
• Gaz Soğutmalı Reaktörler (Gas Cooled Reactor - GCR)
• Hızlı Üretken Reaktörler (Fast Breeder Reactor - FBR)

Ayrıca nükleer santraller, nükleer reaksiyonun gerçekleştiği 'reaktör kalbi' adı verilen bölümlerinin kapalı (batı tipi) ve açık (doğu tipi) olmasına göre iki tiptedir.

Aşağıdaki animasyonda kısaca bir nükleer santralin nasıl çalıştığı anlatılmıştır.

Dünya ve Türkiye'de Nükleer Enerji

Dünyadaki elektrik enerjisi elde etmede %16'lık paya sahip olan nükleer santraller pek çok ülkenin önemli enerji kaynaklarındandır. Türkiye ise yaptığı yeni anlaşmalar ile nükleer santral kurmak için hazırlıklar içerisinde bulunuyor. Nükleer enerjinin kullanımı ve yaygınlığını daha iyi anlamak üzere Dünya Nükleer Birliğinin 2009-2010 yılları için hazırlamış olduğu Dünyadaki Nükleer Reaktörler & Yıllık Uranyum Talepleri adlı tablosunu incelemek faydalı olacaktır.

Tablo 1 Dünyadaki Nükleer Reaktörler & Yıllık Uranyum Talepleri

%e: ülkenin elektrik üretimindeki nükleer enerjinin yüzdesi

MWe: megawatt electrical