|
Prof. Dr. Sinsi
|
Nükleer Enerjinin Tarihçesi Yararları Ve Zararları
NÜKLEER ENERJİNİN TARİHÇESİ
1934' de İtalyan bilim adamı Enrico FERMİ Roma'da yaptığı deneyler sonucu nötronların çoğu atom türünü bölebileceğini buldu Uranyum nötronlarla bombalandığında beklediği elementler yerine uranyumdan daha fazla hafif atomlar buldu
1938' de Almanya'da Otto HAHN ve Frittz STRASSMAN radyum ve berilyum içern bir kaynaktan uranyumu nötronlarla bombaladıklarında Baryum-56 gibi daha hafif elementler bulunca şaşırdılarBu çalışmalarını göstermek için Nazi Almanya'sından kaçmış Avustralya'lı bilim adamı Lisa MEITNER' e götürdüler
MEITNER o sıralarda Otto RFRISCH' le çalışıyorduYaptıkları deneyler sonucunda oluşan baryum ve diğer yeni oluşan maddeleri uranyumun bölünmesi sonucu oluşan maddeler olduğunu düşündüler ,ama reaksiyona giren maddenin atomik kütlesiyle ürünlerin atomik kütlesiyle ürünlerin atomik kütleleri birbirini tutmuyorduSonra EINSTEN' in E=mcc formülünü kullanarak ortaya enerji çıkışını buldular,böylece hem fisyon hem de kütlenin enerjiye dönüşümü teorisini ispatladılar
1939' da BOHR Amerika'ya geldi HAHN-STRASSMAN-MEITNER' in araştırmalarıyla ilgilendiWashington'da FERMI ile buluştu ve kontrollü bir ortamda kendini uzun bir süre canlı tutabilecek zincirleme reaksiyon olasılığını tartıştılarBu reaksiyon sonucu atom büyük bir enerji ortaya çıkararak bölünüyordu
Tüm Dünya'da bilim adamları kendini uzun süre canlı tutabilecek zincirleme bir reaksiyonun olabileceğini açıkladılarYeterli miktarda uranyumun uygun koşullarda biraraya getirilmesi gerekiyorduGerekli olan bu uranyum miktarına kritik kütle adı verildi
FERMİ ve Leo SZILARD 1941' DE zincirleme uranyum reksiyonuna uygun bir reaktör tasarladılarBu bir uranyum ve grafit istifinden oluşuyordu Uranyum grafit istifi içinde küp şeklinde fisyona uygun bir kafeste saklanıyordu 1942' de FERMI ve ekibi Chicago Üniversitesi' nde biraraya geldiler ve Dünya'nın ilk rektörünü Chicago-1' i açtılarBurada grafite ek olarak bir de kadmiyum ve çubuklar kullanıldı Kadmiyum metalik bir element idi ve nötron emme özelliği vardıÇubuklar içeri girdiğinde daha az nötron bulunuyordu ve bu reaksiyonun hızını azaltıyordu 20 Aralık 1942' de Chicago'da tanıtım için biraraya geldiler 3:25'te reaksiyon kendini besleyebilir duruma geldi ve Dünya nükleer çağa girmiş oldu
ABD'de Manhattan Proje' si altında nükleer çalışmalar askeri amaçlarla yürütüldüSavaştan sonra ise sivil amaçlar için nükleer araştırma yapılması için 1946' da AEC ( Atomik Enerji Komisyonu ) kuruldu 1951' de Arco' da ilk elektrik üreten reaktör açıldı 1957' de ise finansal elektrik üreten ilk santral Shippingport , Pennsyle-vania' da tam üretime geçtiAskeri alanda da Amerikalılar 1945' te attıkları iki atom bombası dışında 1954' de nükleer bir denizaltı olan Nautilus' u devreye soktular 1951 ve 1952' de gerçekleştirilen iki ön denemeden sonra 1954' de ilk termonükleer bomba' yı Bikini' de başarıyla denediler
Diğer yandan Ruslar'da 1954' de Obninsk' de küçük bir nükleer santral çalıştırmaya başladı 1962' de İstanbul'da Küçükçekmece gölü kıyısında kurulan 1 MW'LİK TR-1 araştırma reaktörüyle araştırmalara Türkiye'de de başlandı 1980' lerde bu reaktörün gücü 5 MW' a çıkarıldı (TR-2) U-235'ce %93 zenginlikte yakıt kullanan havuz tipi bu reaktörde,çekirdek fiziği araştırmaları, radyoizotop üretimi gibi alıştırmalar yapılmaktadırŞu günlerde ise Akkuyu' da yeni bir nükleer enerji santralin çalışmaları sürdürülmektedir
Dünya'da nükleer enerji üretimi
Amerika Birleşik Devletleri: % 30 - Fransa: % 15 - Eski Sovyet Cumhuriyetleri: % 10 - Japonya % 8 - Almanya % 7 - Kanada % 4 - İsveç % 35 - UK % 33 - İspanya % 27' dir
Nükleer Enerji Nedir?
Atom Çekirdeklerinin fisyonu yada kaynaşması sırasında açığa çıkan enerjiye nükleer enerji denir Einstein, belli miktarda bir madde ile belli miktarda enerji arasında eşdeğerlik bulunduğunu göstermiştir
Daha açık bir deyişle m kütleli bir madde yok olursa e=mc2 büyüklüğünde bir enerji açığa çıkar Bu formüldeki c ışık hızı, çok büyük bir sayıdır, dolayısıyla da çok küçük bir madde kütlesinin yok olması, çok büyük bir miktarda enerjinin açığa çıkmasına yol açar
Uranyum ya da plütonyum gibi bazı atomların çekirdekleri, nötron bombardımanına tutulduklarında patlamakta ve bu çekirdeklerden çok daha küçük kütleli, sayılamayacak kadar çok tanecik vererek parçalanmaktadır Patlama öncesi ve sonrasındaki taneciklerin kütleleri arasındaki fark, atom çekirdeklerinin parçalanması sırasında yiten yeni enerjiye dönüşen madde miktarıdır Bu olaya fisyon (zincirleme tepkime) denir Eğer bu olay çok sayıda çekirdekte aynı anda doğarsa, bir bomba elde edilir Bu enerjiyi kullanılabilir duruma getirmek için, nükleer reaktörlerde tepkime yavaşlatılır Böylece elde edilen büyük enerjiyle bir sıvı ısıtılarak, elektrik enerjisi üretiminde kullanılır
Nükleer Tepkime
Nükleer tepkimede atomun tam ortasında bulunan, nötron ve protonlardan oluşan atom çekirdeği değişikliğe uğrar ve bu tür tepkime sırasında atom kütlesinin bir bölümü enerjiye dönüşür
Nükleer tepkimede, herhangi bir kimyasal tepkimede açığa çıkabilecek olanın milyonlarca katı kadar enerji açığa çıkar ve kimyasal tepkimeden farklı olarak, bir element bir başka elemente dönüşür
İki tür nükleer tepkime vardır: Çekirdek bölünmesi (Nükleer fisyon) ve çekirdek kaynaşması (Nükleer füzyon)
Nükleer fisyon ve nükleer füzyon nedir?
“Fisyon” ve “füzyon” nükleer (çekirdeksel) tepkimelerdir Bu nedenle, kimyasal tepkimelerden farklı olarak atomun çekirdeğinin yapısında değişiklikler meydana getirirler
Fisyon (bölünme) kararlılığı az olan ağır çekirdeklerin bölünerek, daha kararlı çekirdeklere ayrışmasıdır Atom bombası, bir fisyon tepkimesi örneğidir Büyük bir çekirdeğe sahip olan Uranyum atomu, nötronlarla bombardıman edilir ve çekirdeği ikiye bölünür Açığa çıkan nötronlar, diğer Uranyum çekirdeklerini de etkiler ve gittikçe hızlanan bir tepkimeler zinciri ortaya çıkar Böyle tepkimelere “zincir tepkimesi” denir Sonuçta oldukça büyük bir enerji açığa çıkar Nükleer santrallerde üretilen elektrik, fisyondaki zincir tepkimesinin yavaşlatılması sonucu elde edilir
Füzyon (kaynaşma) ise, kararlılığı düşük olan küçük çekirdeklerin birleşerek büyük çekirdekler oluşturmasıdır Açığa çıkan enerji, fisyondakinden çok daha büyüktür Füzyona en iyi örnek Hidrojen bombasıdır Çok yüksek sıcaklıklarda (1 milyon ºC’ nin üstü) hidrojen çekirdekleri kaynaşarak, Helyum çekirdeklerini meydana getirir Güneşte sürekli olarak füzyon tepkimeleri gerçekleşir ve açığa çıkan devasa boyuttaki enerji uzaya yayılır Hidrojen bombasındaki çekirdek tepkimesinin gerçekleşmesi için atom bombası kullanılır
Nükleer Reaktör
İlk nükleer reaktörü 1942’de İtalyan asıllı ABD’li fizikçi Enrico Fermi, Chicago Üniversitesi’nde kurdu Kendi kendine ilerleyen ilk yapay zincirleme tepki de burada gerçekleştirildi Bu reaktörde, zincirleme tepkimenin gerçekleştiği bölüme reaktör kalbi adı verilmiştir Katışıksız bir karbon türü olan grafitten yapılmış reaktör kalbine ince alümünyum kapların içine yerleştirilmiş uranyum ************li çubukları daldırılmıştı Bir çubuktan salınan nötronlar, grafitteki karbon atomlarıyla çarpışarak yavaşlıyor ve yeniden başka bir çubuğa girerek bölünmesini sürdürüyordu İşte bu yani bir zincirleme tepkimesini denetim altında tutmanın temel ilkeleri 1942’de Fermi’nin uyguladıklarıyla hemen hemen aynı kaldı
Nükleer enerji santralları, köürle çalışan termik santrallardan pek farklı değildir Termik santrallarda kömür yakılarak su kaynatılır böylece elde edilen buhar gücüyle bir türbin döndürülür ve türbin elektrik üretir Nükleer enerji santrallarında ise, gerekli ısı atomların bir reaktörde bölünmesiyle üretilir
MAGNOX Tipi Santraller : Kullanılabilir miktarda enerji üreten ilk reaktörler 1950’lerde İngiltere’deki Calder Hall’da kuruldu Bu reaktörler aslında askeri amaçla plütonyum üretmek ve nükleer enerji konusunda deneyim kazanmak amacıyla kurulmuştu; bunlarda elektrik üretimini 1956 yılında başlandı Bu reaktörlerin, yavaşlatıcıları Fermi’nin reaktöründe olduğu gibi grafitti; yakıt olarak, magnezyum alışımından bir kap içine yerleştirilmiş doğal uranyum ************li kullanılıyor ve sistem basınçlı karbon dioksitle soğutuluyordu Tepkime sırasında oluşan ısıyı emen karbon dioksit bunu ısı değiştiricilerine taşıyor ve ısı burada, elektrik üretmeye yarayan türbo-alternatörleri çalıştıracak buharı elde etmek için kullanılıyordu
PWR Tipi Santrallar : (Basınçlı Su Soğutmalı Santrallar) Bu reaktörlerde yakıt olarak yaklaşık %3 oranında U-235 içerecek biçimde zenginleştirilmiş ve özel alaşımdan yapılmış bir kutu içerisine yerleştirilmiş uranyum dioksit kullanılır
Yavaşlatıcı ve soğutucu olarak da sudan yararlanılır Pompalanan su önce reaktörde dolaştırılır, sonra ısınan su, ısı değiştiricisindeki ikinci bir su devresinde buhara dönüştürülür Bu buhar ise türbinleri döndürür ve elektrik enerjisi üretilir
BWR Tipi Santrallar : (Kaynar Sulu Reaktör) Bu tip reaktörlerde reaktörün kalp bölümü, yani zincirleme tepkimenin oluştuğu bölüm PWR’ninkiyle aynıdır; ama bunlarda ikinci bir su sistemi yoktur ve reaktörün soğutma devresinden çıkan buhar doğrudan türbinlere beslenir Nükleer enerji üreten çoğu ülkelerde bu tip santrallar kullanılır
Nükleer Enerji Santrallarının Hayatımızdaki önemi
Nükleer santrallar dünyada kullanılmaya başladığından beri birçok konuda yarar sağlıyor Günümüzde bir çok ülkede nükleer santral yapımı ve kullanımı engellenmeye çalışılmıştır Bunun nedeni zamanında oluşan felaketler (Çernobil) ve santralların insan üzerine yaptığı olumsuz etkilerdir Ama teknolojik ortamlarda yapılan bir nükleer santralın hiçbir olumsuz etkisi bulunmamakla birlikte birçok yararı da vardır Fransa, Almanya, İtalya, İngiltere, ABD, bazı İskandinav ülkeleri, Bulgaristan, Rusya, Ermenistan ve daha bir çok ülkenin vazgeçilmez enerji kaynağı nükleer enerjidir Nükleer reaktörler 3 türe ayrılırlar Araştırma reaktörleri, elektrik üreten güç reaktörler, plütonyum üreten reaktörler Araştırma reaktörlerinden tıpta ve kimya sanayisinde, izotop gama ışınları ve nötron üretiminde yararlanılır Bu reaktörlerin güçleri düşürülmüştür ve hiçbir zararları yoktur Güç reaktörlerini başlıca sorunlarından biri, verimliliktir Söz konusu reaktörlerde üretilen elektrik enerjisinin kW (kilowatt) saat materyalinin, gelenksel santrallarda üretilenden düşük olması gerekir
Nükleer santrallar diğer termik santrallar gibi çevreye zarar vermezler Örnek vermek gerekirse İsveçteki Nükleer santrallerden 29kg/h lik CO2 çıkarken Danimarka’da bu oran 890 kg/h sınırını zorlamıştır Ayrıca büyük ülkelerden Fransa enerji ihtiyacının %75’ini Nükleer enerji santrallarından üretmektedir Bu santrallardan çıkan enerji miktarı çok fazla olduğu için diğer ülkelerde 3 santralin yaptığı görevi nükleer santralların sadece 1 tanesi yapar Ayrıca Amerika Birleşik Devletleri’de enerji ihtiyacının %25’ini Nükleer Santrallardan giderir
Ülkemizde Enerji
Ülkemizde kurulu barajlarımız dönümlerce arazimizi sular altında bırakmıştır, üstelik yetersizdir Bu açığı kapatmak için kullandığımız termik santrallerimiz aracılığıyla, tonlarca CO2, CO, SO2, NO2, ağır ************llerden Ag, Pb, Sg, U ve daha bir çok zararlı maddeleri doğaya veririz Bu gazlar en büyük çevre düşmanıdır Ayrıca ülkemizdeki enerji açığımızı doğal gaz ile kapatmaya çalışıyoruz Bu enerji türü, doğaya, termik santralden daha az zararlıdır Ancak çevreye yine zararlı gazlar verilmektedir
Üstelik doğal gaz bulmamız çok ta kolay değil Eğer komşu doğal gaz ülkeleri bu enerji kaynağı transferini keserse açıkta kalırız
Alternatif enerji diye tasarlananların hiç biri, nükleer enerjiye alternatif olamaz Alternatif diye düşünülen, güneş ve rüzgar enerjisinden başka bir de termal enerji vardır Yer altından gelen sıcak su çok korroziftir Nitekim Denizli de ki su da böyledir
Ayrıca atık su ise çok zehirlidir Bu suyun tekrar yer altına gönderilmesi gerekir Çevreye zararlıdır Bu enerji sistemi de, nükleer enerjiye asla alternatif olamaz Türkiye nin en büyük barajı Atatürk Barajı dır Bu barajın gücü 2400 MWh tir Verimi ise %50 ile 1000 MWh tir Ama yapılacak bir nükleer enerji santralindeki 8 adet reaktörün gücü ise 8000 MWh civarındadır Buna göre 8*8000 den 64000 MWh enerji üretilecektir Bu da 64 barajın verdiği enerji demektir Bu hesaplamalara göre yapılacak 8 nükleer enerji santrali 64 enerji üreten barajın ürettiği enerjiyi üretir buda nükleer santral başına 8 baraj demektir
Ülkemizde Akkuyu üzerine 8 adet nükleer santral kurulması planlanmıştır ama halk çoğunlukla buna karşı çıkmıştır Ama yukarıdaki koşullara ve hesaplamalara baktıkça bunun ne denli büyük bir kayıp olduğu ortaya çıkmıştır
|