Nükleer Santral Nasıl Çalışır?

Nükleer santraller, gelecekte insanlığın en büyük umudu ve en derin korkuları arasındaki sınır çizgisinde bulunmaktadır. Dünyada birçok ülkenin enerji ihtiyacını karşılayan ve ülkemizde de yapım çalışmalarına başlanan nükleer santrallerin nasıl çalıştığını sizler için inceledik. Ayrıntılar yazımızda.

A- A+

29.02.2016 tarihli yazı 44230 kez okunmuştur.

Atom enerjisi, bizlere fosil yakıt bağımlılığını azaltarak temiz enerji alternatifi sunmaktadır. Temiz enerji sunması, bizlere atom enerjisinin güzel bir yönünü yansıtsada Çernobil ve Japonya nükleer santrallerinde gerçekleşen facialardan dolayı insanlar nükleer enerjiye şüpheyle yaklaşmaktadırlar. Fakat gelişen teknolojiyle beraber var olan santraller veya yapılmakta olan santraller geniş güvenlik önlemleri alınılarak donatılmaktadır. Bu önlemler nükleer santralleri daha güvenilir hale getirmektedir.

►İlginizi Çekebilir: Nükleer Enerji Dosyası | 1. Bölüm

Nükleer Fisyon: Reaktörün Kalbi

Tüm kozmik veya evrensel enerji bize adeta “Nükleer” kelimesini çağrıştırır. Nükleer santrallerde enerji, bir nevi çeşitli kömür santrallerinin çalışma biçimlerine benzemektedir. Her ikisinde de ısınan basınçlı su buharı türbinlere yönlendirilerek enerji açığa çıkartılır. Fakat nükleer enerji ile kömür santralleri arasındaki en önemli faktör bir nevi suyu ısıtma yöntemidir. Nükleer fisyon doğal olarak her gün olmaktadır. Uranyum, sürekli olarak çok yavaş bir hızda kendiliğinden fisyona uğrar. Bir süre sonra radyasyon yaymaya başlar. Bu yüzden nükleer santrallerin indüklenen fisyonu gerçekleştirebilmek için ne kadar önemli olduğunu görürüz.

►İlginizi Çekebilir: Çernobil Reaktör Kazası [Özel Dosya]

Uranyum dünyada bilinen bir elementtir ve dünyamız oluştuğundan beri bulunmaktadır. Uranyumun birçok çeşidi olmasıyla beraber, uranyum-235 (U-235) en çok bilinen ve nükleer enerji için en önemlisidir. Doğal yollardan bozulan zenginleştirilmiş U-235, ortama 2 nötron ve proton yayar. Yayılan bu nötronlarda başka bir U-235 in çekirdeğine çarpar. U-235’in çekirdeği gelen nötronu emerek U-235’in kararsız hale gelmesini sağlar. Kararsız hale gelen bu U-235 bölünür ve çok yüksek bir fisyon enerjisini açığa çıkarmış olur. Böylelikle ilk fisyon tepkime zinciri başlatılmış olunur. Çıkan bu enerjiyle beraber ortama daha çok nötron yayılır. Bu nötronlar ortamda bulunan tüm uranyum çekirdeklerine çarparak tepkimeye devam eder. Ortaya çıkan enerji o kadar büyüktür ki kontrol edilmediği takdirde sonuçları ölümcül olacaktır. Kontrol içinse fazla fisyon enerjisini absorbe eden ve uranyumun tepkimeye girmesini engelleyen üniteler vardır.

Ortaya çıkan enerji, suyu çok yüksek sıcaklıklarda buharlaştıracak kadar güçlüdür. Buharlaştırılan su buharı türbindeki kanatlara çarparak türbin şaftını döndürür ve jenaratörün elektrik enerjisi üretmesini sağlar. Üretilen enerji iletim hatlarıyla trafolara yönlendirilir. Türbinde kullanılan sıcaklığı ve basıncı düşmüş su buharı tekrar yoğunlaştırılıp bir döngü halinde tekrar kullanılır. Bundan dolayı nükleer santraller deniz, göl, nehir gibi yapıların olduğu yerlere inşaa edilirler. Tek bir U-235 bozulması ile yaklaşık olarak 200 MeV (200 mega elektron volt) enerji açığa çıkar.

Nükleer Santralin İç Yapısı ve Güvenliği

Zenginleştirilmiş uranyum genellikle 1 inç (2,5 cm) uzunluğunda peletler (yakıt çubuğu) halindedir. Sonra, peletler uzun çubuklar halinde toplanır ve bir demet haline getirilir. Bu demetler suyun dibine, basınçlı bir kazanın içine yerleştirilir. Burada su, soğutma görevi görür. Kendi haline bırakılan uranyum aşırı ısınır ve eriyip fisyon tepkimeleri başlatır. Nötronun, uranyumun aşırı ısınmasını veya aşırı soğumasını önleyecek bir mekanizma olarak kontrol çubukları adı verilen yapılar pelet demetleriyle beraber su altında bulunurlar. Operatörler nükleer reaksiyonun hızını belirlemek için, örneğin sıcaklığı yükseltmek için kontrol çubuklarını biraz kaldırarak ortamdaki nötronların salınımıyla beraber sıcaklığı artırıp fisyon tepkimelerini başlatır. Eğer sıcaklığı düşürmek istiyorsa kontrol çubuklarını indirerek sıcaklığı düşürüp sistemi stabil tutarlar. Bu şekilde nükleer santralde kontrol sağlanmış olunur. Aynı zamanda sıcaklığı korumak için, santral içindeki su pompalarıda önemli bir rol oynar.

Pelet (Yakıt çubuğu)

Yakıt ve kontrol çubukları

►İlginizi Çekebilir: Nükleer Reaktörler ve Çevre Kirliliği 1. Bölüm

Nükleer Santralin Dış Yapısı ve Güvenliği

Bir nükleer santralin çevresi ve santralin yapıldığı dış malzeme herhangi bir radyoaktif sızıntıyı önlemelidir. Beton astar genellikle radyasyon kalkanı olarak nükleer santrallerde kullanılır ve adeta basınçlı bir reaktör çevresi oluşturmaktadır. Aynı zamanda reaktörü çevreleyen çelik muhafaza, radyoaktif gaz ya da sıvı sızmasını önlemek için bariyer görevi görmektedir.

Resimde de görüldüğü üzere beton yapının üzerine çelik yapı yerleştiriliyor.

Bu betonarme ve çelik yapı, deprem hatta bir jet uçağının çarpmasından kaynaklanan büyük zararları önleyebilecek kadar güçlü bir şekilde tasarlanmaktadır. Aynı zamanda fisyonun gerçekleştiği reaktörde, beton ve çelik döşenerek korunur. Hem dış hem iç beton ve çelik yapıları, tamamiyle yüksek basınca, sıcaklığa karşı dayanıklı bir şekilde yapılmaktadırlar.

Nükleer Santralin Artıları ve Eksileri

Öncelikle artılarına bakacak olursak;

►Fosil yakıtlara bağlı değil bundan dolayı fiyatında çok bir dalgalanma olmuyor.

►Fosil yakıtlar atmosfere çok fazla miktarda karbondioksit yayıp havayı kirletmektedir. Fakat nükleer santrallerin karbondioksit emisyonu çok düşüktür.

►Fosil yakıtların verdiği zarara oranla nükleer santraller atmosfere çok az radyoaktif madde yayımlar.

►Az bir yakıt gereksinimi vardır.

►Nükleer fisyon, fosil yakıt alternatiflerine göre birim ağırlık başına yaklaşık bir milyon kat daha fazla enerji üretir.

Eksilerine bakacak olursak;

►Tarihsel olarak, uranyum madenciliği ve arındırıcı uranyum çok temiz bir süreç değildir. Nükleer yakıtı taşırken dahi radyoaktiviteden etkilenme olasılığı vardır.

►Ortalama bir nükleer santral, yılda yüksek seviyeli bir şekilde yaklaşık olarak 20 ton nükleer atık oluşturur.

►Bu atıkların hepsi radyasyon ve ısı yayar en sonunda onu tutan herhangi bir konteyner paslanmasına neden olur. Çünkü radyasyon malzemeye yaşlandıracak şekilde nüfus eder. Bu da bir yaşam formu için ölümcül olabilir.

►Aynı zamanda nükleer santraller, düşük seviyeli nükleer atıkta üretim boyunca oluştururlar.

Nükleer Felaket ve Reaktörü Kapatma

Radyoaktiviteli ve indüklenmiş fisyon tepkimeleri, her nükleer reaktörün kalbinde gerçekleşmektedir. Bu reaktör kontrolden çıkarsa sonuçları felaket olabilir. Uzun yıllar önce gerçekleşen çernobil faciası nükleer arıza üzerine belkide en iyi örneklerdendir. 1986 yılında, Ukraynada ki nükleer reaktör milyonlarca dönümlük araziyi yok ederek 50 ton radyoaktif madde yayılmasına sebep oldu. Felaketten en az 30,000 kişi zorla tahliye edilmek zorunda kalındı ve bu süreç içerisinde, kanser ve radyoaktif maddelerin sebep olduğu hastalıklardan dolayı bir çok kişi öldü.

Çernobil reaktörünün almış olduğu ürkütücü hasar

11 mart 2011 Cuma günü Japonya, modern tarihinin en büyük depremini yaşadı. Depremden kaynaklanan tepki Fukushima-Daiichi nükleer santralini vurmadan, hasarsız bir şekilde kontrol çubuklarını ve nükleer reaktörü 10 dakika içinde kapatmayı başardılar. Fakat hemen sonradan gelen tsunami felaketi ile Fukushima-Daiichi nükleer santralinde soğutucu pompalar arızalandı ve aşırı ısınmadan dolayı patlama meydana geldi. Çernobil ve Fukushima-Daiichi nükleer santralleri, bu santrallerin yıkıcı gücünü adeta gözler önüne sermektedir.

Fukushima-Daiichi nükleer santralindeki yangını söndürme çalışmaları

Sonuç olarak bu enerji üretme biçimi ne kadar riskli olsa da bir o kadarda ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ihtiyaçtan dolayı bu santraller yapılırken ve yapıldıktan sonraki aşamalarda çok dikkatli olunmalı. Ülkemizdeki nükleer enerji alanında yaşanacak olan gelişmeleri hep beraber göreceğiz.

Kaynak:

►Wikipedia
►Howstuffworks