Nükleer Santraller Nasıl Çalışır

Nükleer Santraller Nasıl Çalışır – Nükleer Reaktörler Nasıl Çalışır

Buhar makinesi birkaç yüzyıl önce bulundu. Bu tür makineler su buharı ile çalışır. Buhar, jeneraratörü çalıştırarak makineler için gerekli elektrik üretilir.
Bugün kullanılan güç buhar gücüdür. En ileri nükleer kuruluşlar bile, hâlâ suyu buhara dönüştüren nükleer yakıt enerjisini kullanırlar.
Nükleer kuruluşların en önemli bölümü nükleer reaktördür. Reaktör nükleer zincirleme işlemin başlatıldığı bir bölüm, bir araçtır. Bir reaktörün önemli kısımları şöyledir:

1 – Merkez
Günümüz reaktörlerinde en çok uranyum yakıtı kullanılır. Topak haline getirilmiş uranyum, paslanmaz çelik ya da zikron denilen madeni tüplere konur. Sonra bu tüpler bir araya getirilir ve reaktör merkezine yerleştirilir. Bir soğutucu sistem bunların çevresinde dolaşıp soğutmayı sağlar. Daha önce, yeteri kadar nükleer yakıt (uranyum) reaktöre yerleştirilince uranyum atomundan doğal olarak bazı nötronların kaçtığını söylemiştik. Böylece özgür kalan nötronlar merkezde hareket etmeye başlayıp çok sayıda uranyum atomunu parçalar ve ısı enerjisi üretilir. Zincirleme işlem uzun süre devam eder. Sonunda nükleer işlem artıkları birikerek verilen ısıyı azaltır. Merkez kül üretip ateşi sönen bir soba halini alır. Sobanın külü alınır gibi,reaktörde birikip ısıyı düşüren artıkların alınması ve yeni yakıt konulması gerekir.

2 – Moderatör
Uranyumun parçalanma (zincirleme tepkime) enerjisinin ilk aşamada denetlenmesi güç olduğundan, nötronların hızını kesmek amacıyla ayarlayıcı bir maddeye gereksinim duyulmuştur. Bu öyle bir madde olmalıydı ki, hem nötronların hızını kesebilsin, hem de bu işlemi onları emmeden yapabilsin. Çünkü emilmiş nötronlarla otomatik parçalanma gerçekleştirilemez.
Grafit (kurşun kalem ucu), ilk Amerikan nükleer reaktöründe moderatör olarak kullanılmıştı. Bugün bile bazı reaktörlerde kullanılabilir. Ama günümüzde reaktörlerin çoğunda kullanılan moderatör, ağır su denilen maddedir. Su, hidrojen ve oksijenden oluşmuştur. Hidrojen atomlarının kütlesi, hemen hemen nötronların kütlesine eşit olduğundan iyi bir moderatör görevi yapar.

3 – Kontrol Çubukları
Reaktör merkezinde pek çok kontrol çubuğu vardır. Çubuklar genellikle kadmiyum, bor ve hafniyum gibi merkezde bulunan gereksiz nötronları emebilecek elementlerden yapılmışlardır. Bu çubukların görevi oluşan sıcaklığın ayarlanmasıdır.
Kontrol çubukları„koruyucu olarak da düşünülebilir. Merkezde gerekli sayının üstünde nötron dolaşımını önleyerek, zincirleme işlemin denetimden çıkmasını önlerler.
Her zaman olmasa da çoğunlukla iki tür denetim çubuğu kullanılır. Birincisi kontrol çubuğu, İkincisi ise güvenlik çubuğudur. Güvenlik çubukları, olağanüstü durumlarda ve reaktöre gerek duyulmadığı zaman, reaktörün hızla durdurulmasına yararlar.

4- Soğutucu
Isı makinelerinin iyi ve verimli çalışabilmesi için çalışma sıcaklığı çok yüksek olmalıdır. Nükleer reaktörler 500 °F (242 °C) sıcaklık üretirler. Eğer bir soğutucu ortam olmazsa bütün parçalar eriyerek tehlike yaratır. Soğutucu sistem hem merkezi soğutur,hem de merkez sıcaklığını buhar makinesine taşıyarak iki görevi birden görür.
Su en basit soğutucudur ve çoğu zaman su kullanılır. Hava, helyum, karbondioksit gibi gazlar da soğutucu olarak kullanılabilir. Çok geliştirilmiş reaktörler ise sodyum ve lityum gibi sıvı metallerle soğutulurlar.


5- Koruyucu

Atomik parçalanmadan çıkan nükleer enerjinin tümü ısı olmayıp % 15’i gama ve beta ışınları halindedir. Bu ışınlar güç üretiminde kullanılamaz ve çevre için çok zararlıdır. Beta ışınları merkez dışına çıkamaz, ama gama ışınları çıkarlar. Bu nedenle de, bütün reaktör bir koruyucu ile çevrelenerek çıkan gama ışınları miktarının azaltılması gerekir.
Pek çok nükleer reaktörün tepesindeki betonarme kubbe dış koruyucudur. Beton çok kalın ve içten çelik kaplıdır. Bu yapı, bir kaza olursa ortaya çıkacak radyoaktif yıkıntıyı içinde koruyabilecek haldedir. İçerden gelen sıcaklık ve basınca dayanabilecek bu betonarme kubbe, bir jet uçağı saplansa bile yıkılmayacak kadar güçlü yapılmıştır.

Nükleer Reaktör Tipleri
Bütün nükleer reaktörler, suyu ısıtarak buhar oluşturmak ve bu buharla jeneratörleri döndürerek elektrik üretmek için kurulmuşlardır. Bu arada değişik reaktör türleri vardır: Hafif su reaktörleri, yüksek sıcaklıkta gaz reaktörleri ve gelecek bölümde incelenecek üretici reaktör türleri… gibi.
Ticari amaçla yapılmış nükleer güç kaynaklarının çoğu hafif su reaktörüdür. Bu tür reaktörlerin verimliliği % 32’dir. Bu,reaktör sıcaklığının % 68’inin boşa gittiğini gösterir.
Deneme aşamasında olan yüksek sıcaklıkta gaz reaktörlerinde ise soğutucu olarak helyum gazı ve çok zenginleştirilmiş nükleer yakıt karışımı kullanılır. Bu reaktörler hafif su reaktörlerinden daha yüksek sıcaklıkta çalışır ve verimliliği % 40’dır.
Atom reaktörleri, kullanılan yavaşlatıcı maddelerin türüne göre çeşitli tiplerde yapılır. Kömür, su ve ağır sulu reaktörler vardır; ağır su D2Ö formülüyle gösterilen bileşiktir; suya benzer ama, yoğunluğu sudan ağır olduğu için özel bir ad almıştır. Ayrıca nötronu soğurma yeteneği de normal suya oranla daha zayıftır.

NÜKLEER KURULUŞLARA YER BULMA
Nükleer kuruluşlar her yerde inşa edilemez. Başka güç kaynakları gibi, büyük kentlere yakın yapılarak elektriğin uzun yoldan taşınması önlenmelidir. Ama Nükleer Düzenleme Komisyonu kararlarına göre,büyük kentlere çok yakında kurulamaz.
Bazı yönlerden nükleer reaktöre yer bulmak diğer güç kaynaklarından daha basittir. Kömürle çalışan termik santrala her gün 30 vagon dolu kömür gerekir. Nükleer kuruluşa ise bir yalnız bir kamyon dolusu uranyum yakıt yeterlidir. Böylece.güç kaynağının yakıt kaynağına yakın olması sorunu kömür, gaz ve petrol termik santralarında görüldüğü gibi değildir. Hidroelektrik santralları ise güç kaynağı olan akarsuyun hemen yanıbaşında olmalıdır.

Nükleer reaktörler temiz, sessiz ve çağdaş görünümlüdür. Kömürle çalışan termik santrallar hava kirliliğine neden olurlar. Buna karşın, nükleer kuruluşlara yer bulmak gene de çok güçtür. Örneğin, bunlar deprem kuşakları üzerinde kurulamazlar. Çünkü yer sarsıntısının,reaktörü yıkarak çevreye radyoaktif malzemenin sızmasına neden olma olasılığı vardır. Ayrıca, soğutucu olarak su kaynaklarına yakın yerlerde kurulması gerekir. Bunların dışında, radyoaktif tehlikeler nedeniyle bazı yörelerde halkın, bölgelerine nükleer santral yapımını istememesi de yer bulma konusunda güçlüğü artırmaktadır.

Üretici reaktörler
Üretici reaktörler yakıt tasarrufu için ortaya çıkmıştır. Yakıt olarak uranyum 238 ve plütonyum kullananan bu reaktörün, nötronları yavaşlatıcı moderatörü yoktur. Bu nedenle de bazen hızlı üretici diye adlandırılır. Reaktör, plütonyumun atomik parçalanması ile güç üretirken,nötronlar uranyuma da çarparak onu plütonyuma dönüştürür. Bu plütonyum sonradan yeniden işlem görebilir ya da yeniden yakıt olarak kullanılabilir. Zamanla, üretici reaktör başlangıçtan daha fazla yakıt üretmiş olur. Bu üretilen yakıt hem o reaktörde, hem de başka reaktörde kullanılabilir.

DAHA VERİMLİ GÜÇ KAYNAĞI
Bu işlem üretici reaktörün yoktan yakıt ürettiği anlamına gelmez. Üretici yakıtı pek çok kez kullanarak,her seferinde yakıtın enerjisinin bir bölümünü daha kullanır ve sonunda yakıt biter. Bu reaktörlerde,hafif su reaktörü artığı uranyum kullanılır.
Üretici reaktörlerde uranyumun enerjisinin % 50 kadarından yararlanılabilir. Hafif su reaktörlerinde ise yararlanma oranı % 1’den azdır. Üretici reaktörleri kullanmakla mevcut uranyum rezervlerinin ömrü 50 kat artırılmış olur.
“İki katma çıkarma süresi’,’ bir üretici reaktörün bir başka reaktör için gerekli plütonyum üretme süresidir. Nükleer mühendisler, iki katına çıkarma süresini on yıl gibi kısa bir zamana indirmeye çalışıyorlar. Üretici reaktörde genellikle soğutucu olarak, su yerine, ya sodyum gibi bir sıvı metal ya da helyum gibi gazlar kullanılır. Bunlar soğutuculardan daha fazla ısı emerek verimliliği arttırırlar. Böylelikle de, yalnız yakıt parasından tasarruf sağlanmış olmaz, aynı zamanda çevreyi hafif su reaktörleri kadar ısıtmadığı için daha güvenlikli olurlar.

ÜRETİCİ REAKTÖR PROJESİNİN DURDURULMASI
ilk üretici reaktör (Deneysel Üretici Reaktörü -I) ABD’de ilk kez 1951 ‘de Idaho nükleer araştırma bölgesinde kuruldu. ABD hükümetinin Deneysel Üretici Reaktörü – II ise, 1964 yılından bu yana aynı yerde başarı ile çalışıyor. 1977 yılına dek ABD hükümeti, Tennessee eyaletinde Oak Ridge yakınlarında Clinch River hızlı üreticisini kurup 1980’lerde çalıştırmaya başlamayı düşünüyordu. Ama ABD Başkanı Carter yapımı durdurarak öteki ülkelere de böyle davranmaları için çağrıda bulundu.
Başkan Cartera göre; reaktörde üretilen plütonyumun düşmanların ve teröristlerin eline geçme tehlikesi vardır. Uranyum yeterli derecede zenginleştirilmemiş haldeyken atom bombası yapımına uygun değildir, oysa plütonyum uygundur. Birkaç kilogram plütonyum güçlü bir silâh yapımına yeterlidir. Her gün artan nükleer güçleri olan devletler, Başkan Carter’a göre nükleer savaşın ve terörün tehlikesini artırıyor.
Amerikan hükümetinin tasarılarına karşın Fransa, İngiltere, Sovyetler Birliği, Almanya ve Japonya üretici reaktörleri çalıştırmağa başladılar. Bu ülkelerde ABD kadar çok kömür yatakları yoktur ve enerji kıtlığı bu ülkeleri karanlığa gömebilir.
Fransa bu konuda öteki ülkelerden çok ileridir. “Phénix” adlı üretici reaktörleri birkaç yıldır çalışmakta olup, bunun ürettiği yıllık enerji 250 megawattir. Fransızlar şimdi,üretimi 1.200 mega- wattlik “Superphenix” adlı büyük üretici reaktörü yapıyorlar.
Üretici reaktörlerin geleceği açıklık kazanmış değildir. Bir sonraki bölümde tüm nükleer kuruluşların karşı karşıya olduğu sorunları inceleyeceğiz.

Yorum yazın