Nükleer Enerji Santralı Nedir? Atom santralları nasıl çalışır?
Nükleer santraller bir kısım insan tarafından ucuz olması, düşük emisyon miktarları nedeniyle savunulurken bir kısım insanda nükleer kazaların yol açabileceği felaketler ve nükleer atıkların negatif etkileri üzerinde durmaktadırlar. Bu makalede hakkında yoğun tartışmalar yaşanan nükleer santrallerin çalışma şekilleri hakkında bir inceleme yapılacaktır. 2008 Temmuz itibariyle dünya üzerinde 31 farklı ülkede 430 aktif nükleer santral bulunmaktadır ve bu santraller dünya elektrik ihtiyacının %15′ ini karşılamaktadırlar. Örneğin Fransa tüm elektriğinin %77′ sini nükleer enerjiden elde etmektedir. Nükleer enerji kullanımı bakımından Fransayı %65 ile Litvanya izlemektedir.
Aslında nükleer santrallerin çalışma prensibi kömür yakan termik santrallerden çok farklı değildir. Her iki santralde suyu ısıtıp elde edilen su buharını yüksek basınç ile sıkıştırır. Sıkıştırılmış bu su buharı türbinleri döndürür ve türbinlerde jeneratörleri çalıştırır böylece elektrik üretilebilir. Bu iki santral arasındaki temel fark suyu ısıtma yöntemleridir. Eski tip santraller fosil yakıtları yakarken nükleer santraller nükleer füzyonda bir atom ikiye bölündüğünde ortaya çıkan ısıdan yararlanırlar.
Nükleer Füzyon
Nükleer santrallerde füzyon sonucu parçalanması için uranyum elementi seçilir. Çünkü uranyum elementi doğal füzyona çok yavaş girer.
Uranyum elementi dünya oluştuğundan beri doğada bulunan bir elementtir. Uranyum-238 çok uzun bir yarı ömre sahiptir. Uranyum-238′ in yarı ömrü yaklaşık 4.5 milyar yıldır. Bu yüzden yeryüzünde hala büyük miktarlarda bulunabilmektedir. U-238 dünyadaki uranyum rezervlerinin %99′ unu oluşturur. U-238 yaşam süresi boyunca daha stabil bir izotop olabilmek için birçok bozunmaya uğrar.
Dünyadaki uranyum rezervlerinin %0.7′ sini oluşturan Uranyum-235 nükleer enerji elde etmek açısından önemli özelliklere sahiptir. U-235 doğal olarak alfa ışınlarıyla bozulabilir. U-235 kısa bir süre içinde füzyon reaksiyonuna girebilir ve füzyona sokulabilecek az sayıda materyalden biridir. Eğer U-235 çekirdeğine serbest bir nötron çarparsa çekirdek bu nötronu içine alır. Bunun sonucunda stabilitesi bozulur ve kısa zamanda parçalanır.
Yukarıdaki resimlerde nötron ilavesi yapılan bir U-235 çekirdeği görülmektedir. Reaktör koşullarında bir nötron enjekte edilmesi sonucu oluşan her füzyon başka bir füzyonun oluşmasını sağlayacaktır.
Çekirdek nötronu yakaladığında iki ufak atoma ayrılır ve iki veya üç yeni nötronu dışarı salar. Nötron yakalama ve parçalanma işlemleri pikosaniye ( 1 x 10^-12 sn ) gibi kısa bir süre içinde gerçekleşmektedir.
Atomun parçalanması inanılmaz bir sıcaklık açığa çıkmasına ve gama ışımasına neden olur. Ağırlıktaki değişim doğrudan enerjiye çevrilir. Ortaya çıkan enerji E= m x c^2 ile bulunur.
Bir tane U-235 atomu yaklaşık 200MeV ( milyon elektronvolt ) enerji ortaya çıkarır. Bu miktar fazla gözükmesede 0.45 kg uranyumda çok fazla atom olduğu unutulmamalıdır. 0.45 kg zenginleştirilmiş uranyum 1 milyon galon benzine eşdeğer enerji üretecektir.
Bütün bu işlemlerin olabilmesi için bir miktar uranyumun %2-3 daha fazla U-235 içerecek şekilde zenginleştirilmesi gerekmektedir. Nükleer santraller için %3 zenginleştirme yeterlidir. Nükleer silah üretimi için ise bu zenginleştirme %90 oranlarında yapılmalıdır.
Plütonyum
Uranyum-235 nükleer santrallerin tek yakıtı değildir. Füzyon reaksiyonuna sokulabilen plütonyum-239′ da kullanılabilir.
U235 atomu parçalandığında 2 veya 3 nötron serbest kalır. Eğer etrafta başka U-235 atomu yoksa bu serbest nötronlar uzaya nötron ışını olarak gider. Bununla beraber eğer U-235 atomu bir uranyum kütlesinin parçasıysa serbest nötronların çarpışabileceği birçok U-235 olacaktır. Bir U-235 atomuna kaç nötronun çarpacağı sorusunun cevabı nükleer santralin durumunu tanımlayacaktır.
Kritik Kütle : Herbir füzyon işleminden sonra sadece tek bir nötron diğer U-235 atomunun çekirdeğine çarpıp parçalanmasına neden oluyorsa uranyumun kritik kütlede olduğu söylenir. Kütle sabit bir sıcaklıkta kalacaktır.
Kritik Altı Kütle : Eğer bir U-235 atomuna birden az serbest nötron vuruyorsa füzyon işlemi sona erecektir.
Süper Kritik Kütle : Eğer U-235 atomuna birden fazla serbest elektron vuruyorsa buna süper kritik kütle denir. Bu reaktörün ısınmasına sebep olur.
Nükleer reaktörlerde en istenmedik şey atomların sadece bir kez parçalanmasıdır. Reaktör çekirdeği bir miktar süper kritik durumda çalışmaya ihtiyaç duyar böylece santral operatörleri reaktör ısısını yükseltip alçaltabilirler. Kontrol çubukları sayesinde operatörler serbest elektronları absorbe edebilirler. Böylece operatörler reaktörün kritik seviyede çalışmasını sürdürebilirler.
Peki mühendisler uranyumu kritik seviyede tutmayı nasıl başarabiliyorlar ?
Kütledeki U-235 miktarı ( zenginleştirme seviyesi ) ve kütlenin şekli bunda önemli bir rol oynar. Eğer kütlenin şekli bir yaprak gibiyse serbest elektronların çoğu diğer U-235 atomlarına çarpmadan boşluğa uçacaktır. Bu yüzden en optimum şekil küredir. Kritik reaksiyon seviyesine ulaşmak için kütle içinde 0.9 kg U-235 olmasına ihtiyaç vardır. Bu yüzden bu miktar kritik kütle olarak isimlendirilir. P-239 için kritik kütle ise 0.283 kg’ dır.
Nükleer Santrallerin Çalışma Yapısı
Nükleer füzyonu elektrik enerjisine dönüştürmek için operatörlerin atacağı ilk adım zenginleştirilmiş uranyumdan elde edilen enerji ile suyu ısıtmak ve buhar elde etmektir.
Zenginleştirilmiş uranyum 2.5 cm uzunluğunda misketler halinde şekillendirilirler ve herbiri yaklaşık olarak aynı çapta olurlar. Daha sonra bu misketler uzun çubuklar halinde dizilir ve çubuklar bir demet halinde biraraya toplanır. Bu çubuk demetleri basınçlı bir fıçı içinde bulunan suya daldırılır. Su soğutucu görevi yapar. Reaktörün çalışması için daldırılan bu demetlerin süper kritik durumda olması gerekir. Uranyum kısa sürede ısınıp eriyecektir.
Aşırı ısınmayı önlemek için uranyum demetine nötron absorbe edebilen kontrol çubukları yerleştirilir. Kontrol mekanizması ile kontrol çubukları kaldırılıp indirilebilir. Kontrol çubuklarını bu şekilde hareket ettirebilmek operatöre nükleer reaksiyonu kontrol edebilme imkanı tanır. Operatör uranyum çekirdeğinin sıcaklığını yükseltmek istediğinde kontrol çubukları uranyum demetinden çekilir böyle daha az nötronun absorbe edilmesi sağlanır. Daha az sıcaklık elde etmek için kontrol çubukları uranyum demetinin içine indirilmelidir. Bu çubuklar tam olarak indirildiklerinde reaktörü tam olarak ta kapatabilirler. Kapatma işlemi kaza anında veya yakıt değiştirme sırasında yapılmaktadır.
Uranyum demetleri çok yüksek bir ısı kaynağıdır. Suyu ısıtıp buhara dönüştürür. Buhar türbinleri döndürür, türbinlerde generatörü döndürür. Böylece enerji elde edilmiş olur.
Bazı nükleer santrallerde reaktörden gelen buhar ikinci bir santrale gider. Burada ara ısı transfer sistemleriyle ikinci bir su kaynağı ısıtılıp buhar elde edilir. Böylece radyoaktif su/su buharının türbinle olan bağlantısı kesilmiş olur. Ayrıca bazı reaktörlerde soğutucu bir akışkan reaktör çekirdeği arasında bağlantı halinde bulunur. Bu akışkan genellikle karbondioksit gazı veya sodyum, potasyum gibi sıvı metaller olmaktadır. Bu çeşit reaktörlerde çekirdek çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilir.
---------- Sonra gönderilen Saat 23:03 ---------- İlk önce gönderilen Saat 23:02 ----------
Rus nükleer santral endüstrisinin Avrupa'da iflası
Sovyetler Birliği döneminde Bulgaristan’ın kuzeyin de, Romanya ile sınır olan Tuna nehrinin kenarında kurulan, KAZLODUY santralin de, Rus yapısı 6 tane nükleer santral elektrik üretiyordu, bunlardan 4 tanesi eski tip VVER 440/320 ve 2 tanesi ise Akkuyu’da kurulacak nükleer reaktörlerinin ilk dizaynı/ benzeri VVER 1000/320 reaktörlerdi. Ayrıca Belene bölgesinde, Sovyetler Birliğinin çöküşünden önce 1891 yılarında Bulgar hükümeti 6 tane daha VVER-1000/320 tipi nükleer reaktör yapımı planlıyordu. Bu santralin alt yapı inşaatı 1985 yılında başladı, Fakat Sovyetlerin çökmesinden sonra ve 1989 yılında Bulgaristan’daki komünist rejimin sone ermesi ile Belene nükleer santrali inşaatı askıya âlindi/duruldu. 1990 yılında Bulgaristan Bilim Akademisinin (Bulgarian Academy of Science) yayınladığı Beyaz Kitap isimli raporda (White Book), Bu projenin, Bulgaristan’ın ekonomik-finansman yapısı, bölgedeki tarım alanlarındaki ekolojik etkisi, ve gerekli kalifiye/teknik elman gibi teknolojik (bu projeyi yürütecek Rus şirketi 2000 tane Rus teknisyenin dışında Cin ve Vietnam’dan işçi getireceklerini açıklamışlardı) sebeplerden dolayı bu projenin iptal edilmesi sonucuna vardı. Böylece 1990 yılında bu proje iptal edildi.
1992 yılında Munih’te yapılan G7 toplantısında, Uluslararası atom enerjisi ( IAEA) tarafından dünyadaki en tehlikeli nükleer santrallar listesinde olan KUZLYOL’daki 4 tane eski tip reaktörün kapatılması istendi. Avrupa birliğine aday olan Bulgaristan Avrupa birliğinin baskıları neticesinde, bu reaktörlerin 1 ve 2 nolu ünitesini 2002 yılında ve 3–4 nolu ünitelerinde 2006 yılında kapattı. 2003 yılının Nisan ayında Bulgar hükümeti Belene NPP santralinde yeni iki tane reaktör yapımı için 2008–2009 yılında Türkiye’de yaşanan Akkuyu nükleer santralinin ihalesinde olduğu gibi yarışma/ihale açtı. Dünyadaki bütün nükleer endüstrisinin/kartelin katıldığı bu ihalede yaşanan skandallar sonucu , (2009 yılında Akkuyu santrali ihalesinde olduğu gibi) , Rus Atomstoryexport, Fransız Areva ve Alman Siemens şirketlerinin kurduğu konsorsiyum dışındakiler deki bütün şirketler yarışmadan çekildi.
Rusların önderliğindeki bu konsorsiyum, inşaatı 2005 yılında başlamak üzere ve yapım suresi 5 yıl sürecek ve maliyeti, 2003 yılı değeri ile, 4 milyon EURO olan iki tane VVWE-1000/B466 inşa etmek için Bulgar hükümeti ile kontrat imzalandı. Bu santralin finansmanın % 49 luk yabancı sermaye hissesinin karşılanması için açılan yarışmada yaşanan sakandalar sonucu, sadece Alman RWE şirketi dışında bütün finansman kuruluşları geri çekildi. 2008 yılına kadar yapılan müzakereler sonucu bu projenin en az 9 milyar EURO çıkacağı ortaya çıktı. Nihayet Ocak 2008 yılında, Alman RWE ve İsviçre Electrableel-GdF Suez şirketi % 49 hisse ve Bulgar hükümeti % 51 hisse ile bu projeye onaylandı. Yeni yapılan bu anlaşmaya göre: Bulgar hükümeti kendi hissesi olan % 51 lik finansman/kapital bulması halinde inşaatın 2010 yılında başlayıp 2014 yılında bitirilmek üzere karar verildi. Bulgar hükümeti yaklaşık kendi hissesi olan 4 milyar EURO kapitalin bulunması için Fransız BNP PARİBAS finans şirketine, Avrupa Birliği kanunlarına aykırı olarak 350 milyon Bulgar Levasi ödeyerek kapital bulması için anlaşma yaptı.
Bulgar hükümetine finansman arayan BNP Paribas 2009 yılının Nisan ayında yatırım riski çok yüksek olan bu projeye gerekli capital bulamadaki için cunsalting görevinden resmen çekildi. Bu gelişmeler neticesinde Bulgar hükümeti Rusya hükümetinden 3.8 milyar EURO borç/kredi talebinde bulundu. Bu gelişmeler sonucu RWE % 49 luk hissesindeki riski azaltmak için Rus InterRAO, Finlandiya Fortum ve bazı İsveç bankalarını bu projeye para yatırmaya ikna edemedi. Rus nükleer santral endüstrisinin Avrupa’daki açılımına son veren ilk açıklama 2009 yılının Şubat ayında WRE nin partneri olan Electrablel-GdF-Suez in bu proje yatırımından çekilmesi ile başladı. Bu gelişmelerden sonra WRE nin yıllık (2009 AGM) hissedarlar (stok-holder) toplantısında yapılan değerlendirmelerde su sonuçlara varıldı.
• Belene Nükleer santralinde kurulacak VVER–1000 tipi reaktörlerin henüz Avrupa’da lisans almaması,
• Bulgar hükümetinin 2000 yıllarından önce yaptığı Çevre Uyum Raporunun, CED, (Environmental Impact Assesment Process) AB standartlarına ve uluslararasi Espoo protokoluna uygun olmaması,
• Atomstroyexport şirketinin, AB kanunlarına (EU Procurment Legistlation) aykırı olarak Belene inşaatının % 30 unun Bulgar şirketlere wihtout tender yöntemi ile vereceklerini söz vermeleri,
• Projenin uluslararası Espoo Convention’nına uygunsuzluğu, nükleer atıkların çevreden izole edilme planlarının belirsiz olması
• En önemlisi Bulgar hükümetinin % 51’lik hissesine gereken parayı bulamaması nedeni ile Belene projesine 1 EURO bile yatırım yapmamaya karar verildi.
Ve nihayet, 2009 yilinin Ekim ayinda WRE şirketinin sözcü Stephanie Schunk yaptığı açıklamada WRE’nin Belene Nükleer santral projesinden çekildiğini resmen açıklayarak Rus nükleer santral endüstrisinin tabutuna son çiviyi koydu.
---------- Sonra gönderilen Saat 23:06 ---------- İlk önce gönderilen Saat 23:03 ----------
Nükleer Santraller yüksek derecede ısı enerjisinden elektrik üreten bir termik santral tipidir.
Nükleer Santraller
Nükleer santral; uranyum 233, uranyum 235, plütonyum 239 ve toryum gibi
maddelerin atomlarının kontrollü bir şekilde reaktörlerde parçalanması sonucu açığa çıkan çok
yüksek derecede ısı enerjisinden elektrik üreten bir termik santral tipidir. Bu ısı enerjisinden
buhar kazanındaki su ısıtılarak yüksek sıcaklıkta ve basınçta buhar elde edilmektedir.
Meydana gelen buhar, türbine verilerek mekanik enerjiye çevrilir. Buhar türbininin miline
akuple bağlı olan alternatör döndürülerek elektrik enerjisi elde edilir.
Fosil yakıtların (kömür, petrol, gaz) tükenebilir olması ve atmosferik kirlenmeye
yol açmaları, ayrıca, her geçen gün artan enerji ihtiyacını karşılamak için nükleer
santrallerin kurulması gündeme gelmiştir. Radyoaktif bir sızma olmaması durumunda en
temiz ve kuruluş maliyeti hariç en ucuz elektrik enerjisi üreten santrallerdir.
Nükleer santrallerin yakıt ihtiyacı ve atığı diğer termik santrallere göre çok
azdır. Örneğin; 1g U235 2.500 kg kömürün verdiği ısıya eş değer ısı vermektedir. 1 kg
uranyum ile üretilen elektrik 16.6 ton taşkömürü ya da 11.1 ton (80 varil) petrolle üretilen
elektriğe eş değerdir. Bir başka anlatımla 1 kg kömürden 3 kWh, 1 kg petrolden 4.5 kWh, 1
kg uranyumdan 50 000 kWh enerji üretilir.5 g uranyum yakıt lokması, reaktörde 3 yıl
kalmakta ve 4.000 kW/saat elektrik üretmektedir. 1.000 MW gücündeki hafif su
soğutmalı bir reaktörden yılda 27 ton atık çıkarken, kömür yakıtlı bir santralde bundan
250-300 bin kat daha fazla atık çıkmaktadır. Hâlen dünya elektrik üretiminin %17'si
nükleer santrallerden sağlanmaktadır. (İlk elektrik üreten santral Pennsylvania'da-ABD
1957).
1955 yılında yapılan 1. Çevre Konferansı 'ndan sonra nükleer alandaki çalışmaları
hemen başlatan ülkelerden biri Türkiye'dir. 1956 yılında, Başbakanlığa bağlı Atom Enerjisi
Komisyonu Genel Sekreterliği kurulmuş, 1961 yılında da Küçük Çekmece Nükleer
Araştırma ve Eğitim Merkezi’nde l MW gücünde araştırma reaktörü işletmeye açılmıştır.
Nükleer araştırma ve geliştirme faaliyetleri halen Türkiye Atom Enerjisi Kurumu tarafından
sürdürülmektedir. Nükleer santral çalışmaları 1956 yılında başlamasına rağmen ilk nükleer
santralimizin 2006 yılında hizmete girmesi plânlanmaktadır. (Güney Anadolu'da İçel ili
Gülnar ilçesine bağlı Akkuyu yöresi Akkuyu Nükleer Santrali)
Nükleer santrallerin kuruluş maliyetinin yüksek olması ve bazı arızalarda
çevreye yayılan radyoaktif sızıntı, bu santrallerin olumsuz taraflarıdır. Kaza
olasılığı ve etkilerine karşı gerekli güvenlik önlemlerinin alınması şarttır.
Nükleer santraller çevreyi en az kirleten elektrik santralleridir. Çevre dostu bir
termik santral türü olduğu düşüncesi giderek yaygınlaşmaktadır.
1. Reaktör kalbi (reactor core)
2. Kontrol çubuğu (control rod)
3. Reaktör basınç kabı (pressure vessel)
4. Basınçlandırıcı (pressurizer)
5. Buhar üreteci (steam generator)
6. 1.Soğutma su pompası (primary coolant pump)
7. Reaktör korunak binası (containment)
8. Türbin (turbine)
9. Jeneratör - Elektrik üreteci (generator)
10. Yoğunlaştırıcı (condenser)
11. Besleme suyu pompası (feedwater pump)
12. Besleme suyu ısıtıcısı (feedwater heater)
Nükleer santraller, hidroelektrik ve kömür yakıtlı santrallerin aksine, teknik olarak
her yere kurulabilirler; Ancak üretilen elektriğin ekonomik olabilmesi için santralin
kurulduğu yerin bazı özelliklere sahip olması gerekir. Bu özelliklerden birkaçını şu şekilde
sıralayabiliriz: Nükleer santraller kurulurken yapım maliyetini en aza indirebilmek
için,deprem riskinin en düşük olduğu, nükleer santral parçalarının santralın kurulacağı yere
kolay taşınabileceği, nükleer santrallerin yüksek su ihtiyacının karşılanması amacıyla deniz
kenarında kurulması gerekliliğidir.
