Nükleer Enerji Santrali Nedir, Nükleer Enerji Santralleri Hakkında

**Prof. Dr. Sinsi** · 10-15-2012

Teknik Güvenlik

Çekirdek bölünmesi olduğu zaman bir dizi radyoaktif parçacık ortaya çıkar Bu parçacıklar bozunur (parçalanır) ve ışınım (radyasyon) yayarlar Yayılan ışınım kansere ve gelecek kuşaklarda gen bozukluklarına yol açabilir; vücuttaki dokuları tahrip ederek ölümlere neden olabilir Nükleer reaktörler hem tesiste çalışanların ışınıma uğrama tehlikesini hem de atmosfere ışınım sızmasını olabildiğince azaltacak biçimde tasarımlanır ve yapılır Ama gene de ışınım sızıntıları olmuştur Örneğin, İngiltere’nin kuzeyindeki Cumbria’da kurulu olan Sellafield santralındaki sızıntılar, İrlanda Denizi’nde 1950′lerden bu yana ciddi radyoaktif kirlenmeye yol açmıştır

Yakın zamanlarda ABD ve SSCB’de son derece ciddi nükleer santral kazaları oldu 1979′da ABD’nin Pennsylvania eyaletindeki Harrisburg’ta kurulu olan Three Mile Island reaktöründe, aşın ısınmadan kaynaklanan kısmi bir kalp erimesi oldu ve radyoaktif gazlar atmosfere kaçtı Bundan daha da kötüsü, Nisan 1986′da SSCB’de Kiev yakınlarındaki Çernobil reaktöründe ortaya çıkan patlamadır Hasar gören reaktörden kaçan radyoaktif parçacıkların oluşturduğu dev bir bulut Avrupa’nın içlerine, 2000 kilometrelik bir uzaklığa yayıldı SSCB’de 31 kişinin öldüğü, 200 bin kadar kişinin de evlerini terk etmek zorunda kaldığı bildirildi Önümüzdeki yıllarda daha da çok kişinin ışınımın yol açtığı hastalıkların kurbanı olacağından korkulmaktadır Çernobil kazasında anında ortaya çıkan bir başka etki de, atmosferden yer yüzeyine inen radyoaktif parçacıkların SSCB’de ve çevre ülkelerde toprağın ve suyun kirlenmesine neden olmasıydı

Nükleer Atıklar Birkaç yıl geçtikten sonra reaktördeki kullanılmış yakıtın yenisiyle değiştirilmesi gerekir Nükleer bir reaktörde kullanılmış yakıt çubukları yaklaşık olarak yüzde 97 oranında yanmamış uranyum, yüzde 2 oranında atık ürünler ve yüzde 1 oranında da plütonyumdan oluşur Bazı çekirdek bölünmesi ürünlerinin zamanla bozunabilmesi için, bu çubuklar birkaç yıl suyun altında tutulur Sonra da, yüksek düzeydeki radyoaktifliklerini hâlâ korur durumdayken yeniden işlenir; uranyum geri kazanılır, plütonyum ayrılır, geriye atık ürünler kalır

Radyoaktif atıkların pek çoğu duvarları çok katlı tanklarda depolanır Atıklar bir tür camsı madde içine “yerleştirilerek” yeraltına da gömülebilir Birçok atık ürün son derece yavaş bozunduğundan, bunların radyoaktifliği binlerce yıl boyunca sürer; bu da uzun süreli bir tehlike oluşturur

Çekirdek Kaynaşması

Günümüzde kullanılan reaktörlerde, ağır atomların parçalanmasıyla açığa çıkan çekirdek bölünmesi enerjisinden yararlanılmaktadır Ama çekirdek kaynaşması, yani hafif atomların çekirdeklerini bir araya getirip kaynaştırarak da nükleer enerji elde edilebilir Güneş ve başka yıldızların enerjisi bu tür bir tepkimeden kaynaklanır; çekirdek kaynaşması hidrojen bombasının da temelini oluşturur Çekirdek kaynaşmasına dayalı enerji santral-larında, tepkimenin güvenilebilir ve denetlenebilir koşullar altında gerçekleştirilmesi gerekir

En iyi sonuç veren kaynaşma, iki hidrojen izotopu (döteryum ve trityum) arasında gerçekleşenidir Döteryum ve trityum çekirdekleri kaynaşarak, bir helyum çekirdeği ile birlikte bir nötron oluştururlar ve bu sırada devasa miktarda enerji açığa çıkar Deniz suyu sınırsız bir döteryum kaynağıdır; trityum da, gene bol bulunan ve hafif bir element olan lityumdan elde edilebilir

Ne var ki, çekirdek kaynaşmasını gerçekleştirmek çekirdek bölünmesini gerçekleştirmekten daha zordur Bu güçlük, içerdikleri protonlar nedeniyle artı elektrik yüklü iki çekirdeğin birbirini kuvvetle itmesi ve bir araya çok güç getirilebilmelerinden kaynaklanır Bu doğal engeli aşmak için iki çekirdeğin hızla birbirine yaklaştırılması gerekir Bunu gerçekleştirmenin bir yolu, gaz halindeki yakıtı ısıtmaktır Eğer bir gaz yeterince yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılırsa (burada söz konusu olan milyonlarca derece santigratlık bir sıcaklık düzeyidir), atomlarındaki elektronlar çekirdeğin çekim etkisinden kurtulabilecekleri bir hıza (“kurtulma hızı”na) ulaşır ve serbest kalırlar Böylece, elektriksel olarak nötr durumda bulunan gaz, hızla hareket eden yüklü parçacıklardan oluşan ve plazma denen bir yapıya dönüşür (bak Madde) Plazma ne denli sıcaksa, çekirdekler de o ölçüde hızlı hareket eder

Normal hava yoğunluğunun yüz binde birinden daha az bir yoğunluğu olan plazmanın içerdiği madde miktarı da doğal olarak çok azdır Eğer bu sıcaklık ve yoğunluktaki plazma bulunduğu kapla temas ederse kabın duvarları erir, plazma soğur ve tepkime dururSorun, sıcak plazmayı bulunduğu kabın duvarlarından uzak tutmaktır Bu, magnetik alanlardan yararlanılarak başarılabilir Plazma elektrikle yüklü parçacıklardan oluştuğu için hem elektriksel, hem de magnetik kuvvetlerden etkilenir Böylece plazma, magnetik alan yardımıyla, sınırlı bir bölgede tutulabilir Bunu gerçekleştirmek için gaz, “halka” (torus) denen, otomobil lastiği biçiminde ve bir dizi magnetik bobinle kuşatılmış bir vakum kabına konur İçinden geçirilen elektrik akımı gazı ısıtır ve aynı zamanda da bir magnetik alan yaratır Dışta bulunan mıknatıslarla birlikte bu alan, tepkimeye giren karışımı halkanın iç duvarlarından uzakta tutar Plazma, uğraşılması oldukça güç bir maddedir; bu nedenle bilim adamları bir başka çekirdek kaynaşması yöntemi araştırmaya girişmişlerdir Üzerinde çalışılan yöntemlerden biri laser füzyonu’dur; bu yöntemde çekirdekleri kaynaştırılacak maddeler (döteryum ya da trityum) güçlü bir laser bombardımanına tutulur 1989′da gerçekleştirildiği ileri sürülen bir başka yöntem de soğuk füzyon’dur Bazı bilim adamları hiç ısı kullanmadan, laboratuvarda bir kap içinde döteryumdöteryum kaynaşması sağladıklarını açıklamışlardır Ama bu yöntemin geçerliliği hâlâ tartışmalıdır

Çekirdek kaynaşması araştırmaları 1950′ lerden beri sürmektedir En gelişkin deney projelerinden biri Avrupa’da, Avrupa Atom Enerjisi Topluluğu’nun (Euratom) denetiminde yürütülmektedir Bu projenin merkezi İngiltere’de Oxfordshire’daki Culham’da kurulu olan JET reaktörüdür Buna benzer reaktörler ABD, SSCB ve Japonya’da da kurulmaktadır

Çekirdek kaynaşması tepkimesiyle üretilebilecek enerji miktarı, çekirdek bölünmesiyle elde edilenden çok daha büyüktür Eğer füzyon güvenli bir biçimde gerçekleştirilebilirse, geleceğin füzyon reaktörleri çok az nükleer yakıta gereksinim gösterecek ve o ölçüde de az atık üretecektir

10-15-2012	#2
Prof. Dr. Sinsi	Nükleer Enerji Santrali Nedir, Nükleer Enerji Santralleri Hakkında Teknik Güvenlik Çekirdek bölünmesi olduğu zaman bir dizi radyoaktif parçacık ortaya çıkar Bu parçacıklar bozunur (parçalanır) ve ışınım (radyasyon) yayarlar Yayılan ışınım kansere ve gelecek kuşaklarda gen bozukluklarına yol açabilir; vücuttaki dokuları tahrip ederek ölümlere neden olabilir Nükleer reaktörler hem tesiste çalışanların ışınıma uğrama tehlikesini hem de atmosfere ışınım sızmasını olabildiğince azaltacak biçimde tasarımlanır ve yapılır Ama gene de ışınım sızıntıları olmuştur Örneğin, İngiltere’nin kuzeyindeki Cumbria’da kurulu olan Sellafield santralındaki sızıntılar, İrlanda Denizi’nde 1950′lerden bu yana ciddi radyoaktif kirlenmeye yol açmıştır Yakın zamanlarda ABD ve SSCB’de son derece ciddi nükleer santral kazaları oldu 1979′da ABD’nin Pennsylvania eyaletindeki Harrisburg’ta kurulu olan Three Mile Island reaktöründe, aşın ısınmadan kaynaklanan kısmi bir kalp erimesi oldu ve radyoaktif gazlar atmosfere kaçtı Bundan daha da kötüsü, Nisan 1986′da SSCB’de Kiev yakınlarındaki Çernobil reaktöründe ortaya çıkan patlamadır Hasar gören reaktörden kaçan radyoaktif parçacıkların oluşturduğu dev bir bulut Avrupa’nın içlerine, 2000 kilometrelik bir uzaklığa yayıldı SSCB’de 31 kişinin öldüğü, 200 bin kadar kişinin de evlerini terk etmek zorunda kaldığı bildirildi Önümüzdeki yıllarda daha da çok kişinin ışınımın yol açtığı hastalıkların kurbanı olacağından korkulmaktadır Çernobil kazasında anında ortaya çıkan bir başka etki de, atmosferden yer yüzeyine inen radyoaktif parçacıkların SSCB’de ve çevre ülkelerde toprağın ve suyun kirlenmesine neden olmasıydı Nükleer Atıklar Birkaç yıl geçtikten sonra reaktördeki kullanılmış yakıtın yenisiyle değiştirilmesi gerekir Nükleer bir reaktörde kullanılmış yakıt çubukları yaklaşık olarak yüzde 97 oranında yanmamış uranyum, yüzde 2 oranında atık ürünler ve yüzde 1 oranında da plütonyumdan oluşur Bazı çekirdek bölünmesi ürünlerinin zamanla bozunabilmesi için, bu çubuklar birkaç yıl suyun altında tutulur Sonra da, yüksek düzeydeki radyoaktifliklerini hâlâ korur durumdayken yeniden işlenir; uranyum geri kazanılır, plütonyum ayrılır, geriye atık ürünler kalır Radyoaktif atıkların pek çoğu duvarları çok katlı tanklarda depolanır Atıklar bir tür camsı madde içine “yerleştirilerek” yeraltına da gömülebilir Birçok atık ürün son derece yavaş bozunduğundan, bunların radyoaktifliği binlerce yıl boyunca sürer; bu da uzun süreli bir tehlike oluşturur Çekirdek Kaynaşması Günümüzde kullanılan reaktörlerde, ağır atomların parçalanmasıyla açığa çıkan çekirdek bölünmesi enerjisinden yararlanılmaktadır Ama çekirdek kaynaşması, yani hafif atomların çekirdeklerini bir araya getirip kaynaştırarak da nükleer enerji elde edilebilir Güneş ve başka yıldızların enerjisi bu tür bir tepkimeden kaynaklanır; çekirdek kaynaşması hidrojen bombasının da temelini oluşturur Çekirdek kaynaşmasına dayalı enerji santral-larında, tepkimenin güvenilebilir ve denetlenebilir koşullar altında gerçekleştirilmesi gerekir En iyi sonuç veren kaynaşma, iki hidrojen izotopu (döteryum ve trityum) arasında gerçekleşenidir Döteryum ve trityum çekirdekleri kaynaşarak, bir helyum çekirdeği ile birlikte bir nötron oluştururlar ve bu sırada devasa miktarda enerji açığa çıkar Deniz suyu sınırsız bir döteryum kaynağıdır; trityum da, gene bol bulunan ve hafif bir element olan lityumdan elde edilebilir Ne var ki, çekirdek kaynaşmasını gerçekleştirmek çekirdek bölünmesini gerçekleştirmekten daha zordur Bu güçlük, içerdikleri protonlar nedeniyle artı elektrik yüklü iki çekirdeğin birbirini kuvvetle itmesi ve bir araya çok güç getirilebilmelerinden kaynaklanır Bu doğal engeli aşmak için iki çekirdeğin hızla birbirine yaklaştırılması gerekir Bunu gerçekleştirmenin bir yolu, gaz halindeki yakıtı ısıtmaktır Eğer bir gaz yeterince yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılırsa (burada söz konusu olan milyonlarca derece santigratlık bir sıcaklık düzeyidir), atomlarındaki elektronlar çekirdeğin çekim etkisinden kurtulabilecekleri bir hıza (“kurtulma hızı”na) ulaşır ve serbest kalırlar Böylece, elektriksel olarak nötr durumda bulunan gaz, hızla hareket eden yüklü parçacıklardan oluşan ve plazma denen bir yapıya dönüşür (bak Madde) Plazma ne denli sıcaksa, çekirdekler de o ölçüde hızlı hareket eder Normal hava yoğunluğunun yüz binde birinden daha az bir yoğunluğu olan plazmanın içerdiği madde miktarı da doğal olarak çok azdır Eğer bu sıcaklık ve yoğunluktaki plazma bulunduğu kapla temas ederse kabın duvarları erir, plazma soğur ve tepkime dururSorun, sıcak plazmayı bulunduğu kabın duvarlarından uzak tutmaktır Bu, magnetik alanlardan yararlanılarak başarılabilir Plazma elektrikle yüklü parçacıklardan oluştuğu için hem elektriksel, hem de magnetik kuvvetlerden etkilenir Böylece plazma, magnetik alan yardımıyla, sınırlı bir bölgede tutulabilir Bunu gerçekleştirmek için gaz, “halka” (torus) denen, otomobil lastiği biçiminde ve bir dizi magnetik bobinle kuşatılmış bir vakum kabına konur İçinden geçirilen elektrik akımı gazı ısıtır ve aynı zamanda da bir magnetik alan yaratır Dışta bulunan mıknatıslarla birlikte bu alan, tepkimeye giren karışımı halkanın iç duvarlarından uzakta tutar Plazma, uğraşılması oldukça güç bir maddedir; bu nedenle bilim adamları bir başka çekirdek kaynaşması yöntemi araştırmaya girişmişlerdir Üzerinde çalışılan yöntemlerden biri laser füzyonu’dur; bu yöntemde çekirdekleri kaynaştırılacak maddeler (döteryum ya da trityum) güçlü bir laser bombardımanına tutulur 1989′da gerçekleştirildiği ileri sürülen bir başka yöntem de soğuk füzyon’dur Bazı bilim adamları hiç ısı kullanmadan, laboratuvarda bir kap içinde döteryumdöteryum kaynaşması sağladıklarını açıklamışlardır Ama bu yöntemin geçerliliği hâlâ tartışmalıdır Çekirdek kaynaşması araştırmaları 1950′ lerden beri sürmektedir En gelişkin deney projelerinden biri Avrupa’da, Avrupa Atom Enerjisi Topluluğu’nun (Euratom) denetiminde yürütülmektedir Bu projenin merkezi İngiltere’de Oxfordshire’daki Culham’da kurulu olan JET reaktörüdür Buna benzer reaktörler ABD, SSCB ve Japonya’da da kurulmaktadır Çekirdek kaynaşması tepkimesiyle üretilebilecek enerji miktarı, çekirdek bölünmesiyle elde edilenden çok daha büyüktür Eğer füzyon güvenli bir biçimde gerçekleştirilebilirse, geleceğin füzyon reaktörleri çok az nükleer yakıta gereksinim gösterecek ve o ölçüde de az atık üretecektir