- Katılım
- 17 Eyl 2008
- Konular
- 31,034
- Mesajlar
- 0
- Online süresi
- 5m 10s
- Reaksiyon Skoru
- 208
- Altın Konu
- 0
- TM Yaşı
- 17 Yıl 8 Ay 28 Gün
- Başarım Puanı
- 719
- MmoLira
- 40
- DevLira
- 0
ROHAN2 WORLD 1-120 TR TİPİ OFFICIAL YOHARA, BALATHOR VE AMON! 80. GÜNÜNDE! +10.000 ONLİNE! HİLE VE BOT %100 ENGELLİ HEMEN TIKLA!
NÜKLEER ENERJİ
FİSYON VE FÜZYON
İnsanlığın enerji sorununa kalıcı çözümün nükleer enerji olduğu bir çok teknisyen ve bilim adamı tarafından dile getirilmektedir. Nükleer enerjinin iki üretim türü vardır. Bunlardan biri, gerçekten çok uzun dönemde insanlığın enerji açısından kurtarıcısı olduğuna inanılan füzyon enerjisidir. Fakat füzyon enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisi elde etmenin ticari boyuta ulaşmasının yaklaşık daha bir asırlık geliştirmeye ihtiyacı vardır. Ama sonunda bu tür enerjiden yararlanma yolları bulunacak ve insanlığın hizmetine sunulacaktır. Diğer tür ise, halen insanlığın hizmetinde bulunan ve en temiz elektrik enerjisi üretim santrallerinin yapımında kullanılan, fisyon enerjisidir. Bu enerji türünün geçmişi çok kısa olmakla birlikte, ticari kullanım alanları vardır ve bir çok ülkenin elektrik enerjisi üretiminde önemli bir pay almaktadır.
Nükleer Fisyon
Doğadaki atom çekirdeklerinin kararsız olanları daha kararlı olabilmek için çekirdek içinden bazı parçacıkları atarak değişime uğrarlar. Buna radyoaktivite denir. Örneğin, her canlı varlığın içinde bulunan ve kozmik ışınlar nedeniyle oluşan, karbon 14'ün bir gramının yarısı 5770 yıl içinde değişim geçirerek, azot gazı olur. Bu değişim karbon 14 çekirdeği içinden bir elektronun atılması yani bir Beta bozulması ile gerçekleşmektedir. Sözü edilen süreye de yarı ömür denir. Bazı ağır çekirdekler, içlerinden daha ağır parçacıklar atarak ilk durumlarından daha kararlı bir çekirdeğe dönüşebilir. Örneğin, toryum bir milyar dört yüz milyon yıl yarı ömür ile Alfa bozulumu adı verdiğimiz, çekirdek içinden bir helyum atomunun çekirdeğini atarak, biraz daha kararlı bir çekirdeğe dönüşür.
Bazı çekirdekler o denli kararsız olabilirler ki, içlerinden bir parçacık atmak yerine ikiye parçalanabilirler. Bu çekirdek tepkimesinin teknik adı da fisyon, yani bölünmedir. Tabii kendi kendine fisyon yapan çekirdeklerin doğada bulunması fevkalade zordur. Bazı çekirdek içi parçacıklar ile etkileşmeye giren ağır çekirdeklerin oluşturduğu çok kararsız çekirdekler fisyon yapabilir. Doğada bulunan Uranyum 238 çekirdeğinin kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü 1.0E+16 yıl diğer taraftan insan yapısı olan fermium'un kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü bir yıldan daha azdır.
Bir çekirdeğin kararlılığı, çekirdeği oluşturan parçacıkların birbirlerine ne denli sıkıca bağlı olduklarının bir ölçüsüdür. Teknik terim olarak buna çekirdeğin bağlanma enerjisi denir. Çeşitli çekirdeklerin parçacık başına düşen ortalama bağlanma enerjilerine dikkat edersek, en kararlı çekirdeklerin atom ağırlıklarının demir, nikel, kobalt gibi 60 civarında olduğunu görürüz. Dünyada demir ve benzeri metaller bu nedenle uranyum ve toryumdan daha boldur.
Hafif çekirdeklerin bağlanma enerjileri demire kıyasla daha azdır. Bu tip çekirdekler başka çekirdeklerle ile bir araya gelerek daha kararlı çekirdek oluşturabilirler. İşte bu sürece füzyon yani kaynaşma diyoruz. Diğer taraftan demirden daha ağır çekirdekler parçalanarak daha kararlı çekirdeklere dönüşebilir. Bu parçalanma bazen hızlandırılabilir ve bu sürece de fisyon adı verilir.
Nötron ile Fisyon
1932 yılında Sir James Chadwick İngiltere'de, atom çekirdeğinden çıkan ve elektrik yükü olmayan bir parçacığın varlığını gözledi. Daha sonra adına nötron denilen bu temel parçacığın proton ağırlığında olduğu ve çekirdek içine rahatlıkla girebildiği gözlendi. Enrico Fermi bunu izleyen yıllarda İtalya'da nötron ile yaptığı deneylerde ilginç sonuçlar elde etti. Nötronlar ile bazı çekirdekleri bombardıman eden Fermi yeni izotoplar elde ediyordu. Aynı deney tahta masada yapılınca metal masada yapılana kıyasla daha fazla nötronun yutulduğu ve üretilen yeni çekirdeklerin daha fazla olduğu gözleniyordu. Daha sonra bu olaya tahtanın içinde bulunan hidrojen ile karbonun yol açtığı ve nötronların uygun maddeler ile yavaşlatılabildiği ortaya çıktı.
1939 yılında, Hanh ve Strassman Almanya'da, uranyumdan daha ağır çekirdek yaratmak için uranyumu yavaş nötronlar ile bombardıman ettiklerini fakat çoğunlukla, örnekte hiç bulunmayan, daha hafif çekirdekler ürettiklerini biraz da çekinerek ve kuşkuyla yayınladılar. Daha sonra bunun nötronlar yardımı ile oluşan fisyon olduğu ortaya çıktı. Aynı yıl Macar Szilard bu yeni buluşun değerini anlayarak Naziler durumu kavramadan Müttefiklerin savaş için derhal fisyondan faydalanması için çalışmalara başladı. Bundan sonrası hemen herkesin bildiği, hikayelerini okuduğu, filmlerini izlediği Manhattan projesi olarak tarihe geçti. 1939 yılında bulanan fisyon, 1942 yılında ilk CP1(Chicago Pile 1) nükleer reaktörünün yapımı ile kullanılabilen bir enerji üretme yöntemi olarak ortaya çıkmaya başlamıştır. 1944 yılında ve daha sonra yapılan üretim ve araştırma reaktörlerinden sonra ilk elektrik enerjisi üreten reaktör 1954 yılında Rusya'da Obninsk'te 5 Mw gücünde üretime başlamıştır.
NÜKLEER ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ
Nükleer enerjinin hammaddesi olan uranyumun hiç bir endüstriyel kullanım alanı yoktur. Uranyum doğada bol miktarda bulunmaktadır. Son maden aramaları sonucu Avustralya ve Kanada'da büyük uranyum yatakları olduğu çıkmıştır. Uranyumun fiyatı bu nedenler dolayısıyla zaman içinde sürekli azalmıştır. İkinci bir nükleer hammadde ise toryumdur ve Türkiye, dünyanın en zengin toryum yataklarına sahiptir. Nükleer hammaddenin stoklanabilir olması, onun petrol gibi ekonomik silah olarak kullanılmasını imkansız kılar.
UO2'den (uranyum pası) yapılan 1 cm çap ve yüksekliğindeki seramik yakıt lokmaları, üst üste 3,5-4 m uzunluğundaki ince bir metal zarf içine yerleştirilirler. Elde edilen yakıt çubukları, hafif veya ağır su içeren dik veya yatık basınç tankları içine yerleştirilir. Belirli geometrik düzende ve belirli miktarda bir araya gelen yakıt nötronların yardımı ile fisyon sonucu enerji üretmeye başlar.
Ortaya çıkan bu çekirdek enerjisi yakıt çubuklarını ısıtır. Yakıt çubuklarının su veya ağır su ile soğutulması ile yüksek basınç ve sıcaklıkta buhar elde edilir. Buharın bir türbinde genişletilmesi ile tıpkı diğer fosil yakıtlı santrallerde olduğu gibi, ısı enerjisi mekanik enerjiye,türbinin çevirdiği jeneratör ile de mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.
Nükleer enerjinin kullanılmaya başlamasından bugüne dek geçen yaklaşık elli yıl içinde bir çok nükleer reaktör tipi tasarlanmış, imal edilmiş ve çalıştırılmıştır; ancak günümüzde ticari olan nükleer santral tipleri çok az sayıdadır. Hafif su teknolojisi adını verdiğimiz ve bildiğimiz normal su ile soğutulan reaktörleri kapsayan teknoloji ve ağır su teknolojisi adını verdiğimiz hidrojenin bir izotopu olan deteryumdan yapılan ağır su ile soğutulan reaktörleri kapsayan teknoloji, günümüzde ticari olarak kullanıma sunulmaktadır.
Yüksek sıcaklıkta çalışan gaz soğutmalı reaktörler ve sıvı metal soğutmalı hızlı üretken reaktörler ise, gelecekte kullanıma girmeye adaydırlar.
NÜKLEER ENERJİ SANTRALLERİ
Nükleer Güç Santralları ile Termik Santraller birbirleri ile benzer özellikler taşırlar. Her iki santral tipinde de elde edilen buharın ısı enerjisi türbinde mekanik enerjiye ve mekanik enerji de dejeneratörlerde elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretilir. Bu santraller arasındaki temel fark buharın elde ediliş yöntemidir. Bütün nükleer reaktör tiplerinde bölünmeden açığa çıkan enerji buhar üretiminde kullanır ve bu buhar üretimi doğrudan reaktörün korunda ya da buhar üreteçlerinde yapılır. Bu nedenle nükleer reaktörlerdeki bölünme reaksiyonu termik santrallarda fosil yakıt yakmakla aynı işleve sahiptir.
Nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerji, temelde U235 izotopunun ya da herhangi bir bölünmeye yatkın (fisil) izotopun (Pu239, U233) nötronla etkileşmesinden ötürü parçalanması olayı sonucunda açığa çıkan fazlalık bağlanma enerjisidir. Nötronla etkileşen U235 çekirdeği kararsız hale geçerek, kendisinden daha hafif iki çekirdeğe ayrılır ve bu esnada da ortalama olarak iki nötron açığa çıkarır. Bu reaksiyon sonucu açığa çıkan bölünme enerjisi yaklaşık 200 MeV'dir. Bu enerji buhar üretimi için soğutucuya aktarılır ve açığa çıkan nötronlardan biri bölünmeye yatkın başka bir izotopu parçalayarak zincirleme reaksiyonuna sebep olur. Diğer nötron ise reaktör içindeki diğer malzemeler tarafından yutulur ya da sistemden kaçar. Nükleer reaktörler bu zincirleme bölünme reaksiyonunun kontrollü olarak yapıldığı sistemlerdir. Bölünme reaksiyonunun önemini anlamak için 1 kg U235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğer olduğunu belirtmek yeterli olacaktır.
Bölünme reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronların etkili bir şekilde kullanılabilmesi için bölünmeye yatkın izotoplarla etkileşme olasılıklarını arttırmak gerekir. Bu nedenle bölünme reaksiyonlarından açığa çıkan hızlı nötronlar moderatör adı verilen yavaşlatıcı malzemeler yardımı ile yavaşlatılarak bölünmeye yatkın malzemelerle etkileşim olasılıkları arttırılır. Diğer bir malzeme de yansıtıcıdır. Bu malzeme korun etrafına yerleştirilerek nötronların sistemden dışarı kaçma olasılıklarını azaltmak için kullanılır. Moderatör malzemesi aynı zamanda yansıtıcılık işlevini de görebilir.
İlk kontrollü bölünme reaksiyonu 1942 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde inşa edilen CPI Reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Bu reaktörde yakıt malzemesi olarak doğal uranyum ve moderator olarak grafit kullanılmıştır. İlk nükleer reaktörde olduğu gibi nükleer reaktör tasarımcılarının reaktör yakıtı için seçimleri doğal uranyum (%0.71 U235, %99.27 U238) ya da %3, %4 oranında zenginleştirilmiş uranyumdur. Eğer yakıt doğal uranyum seçilirse moderator olarak grafit ya da ağır su kullanılmalıdır.
Günümüzde, elektrik üretimi için kullanılan santralların büyük bir bölümü Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR), ve Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür (PHWR). Bunlardan ilk ikisi, hafif su soğutmalı termal reaktör sınıfına girer, moderator ve reflektör malzemesi olarak da hafif su kullanılır. Üçüncü reaktör tipi ise dünyada ilk olarak Kanada'da elektrik üretimi için kurulan ve soğutucu olarak ağır su kullanan Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür.
NÜKLEER ATIKLAR
Hiçbir yakıt enerji üretmek üzere yakıldığında yok olmaz; ancak "atık" adını verdiğimiz başka formlara dönüşür. Bu kömür için de böyledir; uranyum için de. 1000 MWe gücündeki bir hafif-su soğutmalı nükleer reaktörden çıkan kullanılmış olarak %95.5 uranyumdioksit, %3.5 fisyon ürünleri, %0.9 plütonyum ve %0.1 uranyum-ötesi elementler (neptünyum,amerikyum,küriyum) içerir. Yani orijinal yakıtın yalnızca %4.5'i eksilmiştir; bu eksilen kısmın yerini reaktörde çeşitli nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan fisyon ürünleri, plütonyum ve uranyum ötesi elementler almıştır. Kullanılmış nükleer yakıtları işleyerek uranyum ve plütonyumu geri kazanmak olasıdır. Bu durumda geriye fisyon ürünleri ve uranyum-ötesi elementlerden oluşan bir karışım kalır; işte bu karışıma, Yüksek Aktiviteli Nükleer Atık adı verilir. Yüksek Aktiviteli Nükleer Atıkların, insan ve çevreye zarar vermeyecek şekilde tasfiyesi önemli bir konudur. Bilimsel çevreler, nükleer atık tasfiyesini yeni bir teknoloji gerektiren teknik bir problem olarak görmedikleri halde, kamuoyu, nükleer atıkları diğer endüstriyel atıklara kıyasla yaşamı ve çevreyi daha fazla tehdit eden bir unsur olarak algılamaktadır.
Yüksek Aktiviteli Nükleer Atıkların yeryüzünün 500 ile 1,200 m altında özel olarak seçilmiş jeolojik oluşumlarda inşa edilecek büyük bir maden işletmesini andıran depolara gömülmesi planlanmakta ve bu konudaki çalışmalar sürmektedir. Yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler (yeraltı suyu hareketleri, kaya yapısı, erozyon, sel, deprem ve volkanik hareketler, doğal kaynaklar, nüfus yoğunluğu, vb.) dikkate alınır. Yeraltına gömülü nükleer atıkların biyosfere ulaşmasını sağlayabilecek tek mekanizma, yeraltı suyu hareketleri olduğundan, jeolojik oluşumun yeraltı suyundan özellikle uzak olması istenir. Jeolojik ortam olarak granit, bazalt, tuz ve tüf yeterli özelliklere sahip bulunmuştur. Kullanılmış nükleer yakıtlar son derece radyoaktif olmalarının yanı sıra, soğutmayı gerektirecek ölçüde ısı da üretirler ve bu nedenle de reaktörden alındıktan sonra havuzlarda su ile soğutularak muhafaza edilirler. Tasfiye öncesi kullanılmış yakıtlar, önce paslanmaz çelik (veya titanyum) silindirlere konur, sonra bu silindirler metal muhafazalara konur ve yeraltındaki tünellerde açılmış deliklere yerleştirilirler. Deliklerin üstüne bir tıkaç konur ve dolgu malzemesi ile kapatılır. Yeraltı deposu dolunca tüneller de doldurulur ve depo kapatılır; böylece de ek bir koruma sağlanmış olur.
Kullanılmış yakıtlar, içerdikleri uranyum ve plütonyumu geri kazanmak üzere işleme tabi tutulurlarsa, fisyon ürünleri ve uranyum ötesi elementlerden oluşan bir sulu atık çözeltisi elde edilir. Bu çözelti kuruyana kadar buharlaştırıldıktan sonra yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp metal silindirler içine boşaltılır ve soğuduğunda katılaşıp camsı bir yapı oluşturur. Cam, suda kolay çözünmeyen, uygun mekanik özelliklere sahip, binlerce yıl kararlı olarak kalabilen, nispeten ucuz ve işlenmesi kolay bir malzeme olduğu için günümüzde nükleer atık formu olarak tercih edilmektedir. Camlaştırılmış nükleer atık ile dolu silindirler, bir metal muhafaza içine konup yeraltı deposundaki deliklere yerleştirilmektedir.
NÜKLEER ENERJİ VE ÇEVRE
Enerji üretiminin çevre etkileri değişik biçimlerde değerlendirilebilir. Bu değerlendirmeler, her bir kaynak için birim enerji üretimine karşılık gelen kirletici madde tip ve miktarları, bunların çevre ve atmosfer içerisinde dağılımları, çalışanların ve halkın sağlığı üzerine etkileri, atığın miktarı ve zehirliliği, uzun dönemde çevre ve ekolojik sistemler üzerindeki etkileri açılarından yapılabilir.
Dünya elektrik üretim rakamları incelendiğinde %60 ile en büyük payı fosil yakıtlar almaktadır. Fosil yakıtlar (kömür, petrol ve doğalgaz), hemen hemen bütün ülkelerde temel enerji üretim kaynağı olarak karşımıza çıkarlar. Fosil yakıtların çevre etkileri göz önüne alındığında karşımıza sera etkisi asit yağmurları ve hava kirliliği çıkar. Bu tür yakıtlardan yanma sonucu enerji elde edildiğinde yanma ürünleri (CO2,NOx ve SO2 gibi gazlar), baca gazı olarak atmosfer içinde dağılırlar. Baca gazları ayrıca uçucu kül ve hidrokarbonları içerirler. Nikel, kadmiyum, kurşun, arsenik gibi zehirli metaller de fosil yakıtların yanması sonucu atmosfere atılan diğer maddelerdir. CO2, sera etkisi oluşumunda etkin rol oynamaktadır. Dünyadaki endüstriyel gelişme öncesi atmosferdeki CO2 konsantrasyonu 280 ppm dolaylarında idi. Bu konsantrasyon, 1958'de 315 ppm ve 1986'da 350 ppm düzeyine kadar yükselmiştir. Artan CO2 miktarı, yerkürenin sıcaklığının artmasına neden olmakta, bu da iklim dengelerinin bozulmasına yol açmaktadır. SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx sülfürik ve nitrik asit oluşturmakta ve bu da dünyanın ekolojik dengesinin bozulmasına neden olmaktadır. Fosil yakıtların çevre etkileri bunlarla da sınırlı değildir. Örneğin kömür madenciliği hem çalışanlara sağlık riski getirmekte, hem de ülkemiz için pek yabancı olamayan metan gazı patlamaları nedeni ile ölümlere yol açabilmektedir. Diğer bir sorunla da fosil yakıt taşımacılığında karşılaşılmaktadır. Petrol taşıyan tankerlerin neden olduğu kazalar yüz binlerce ton petrolün denize yayılmasına neden olmuştur. Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektrik üretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır. Hidroelektrik santralleri ile enerji üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Günümüz koşullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin büyük bir bölümü halihazırda kullanılmaktadır. Hidroelektrik santrallerin çevre ile etkileşimlerine gelince, büyük su rezervuarlarının oluşması nedeni ile ortaya çıkan toprak kaybı sonucu doğal ve jeolojik dengenin bozulabilmesi olasıdır. Bu rezervuarlarda oluşan bataklıklar da, metan gazı oluşumu için uygun bir ortam teşkil ederler. Yakın geçmişte barajların yıkılması sonucu meydana gelen kazalar, pek çok kişinin ölümüne neden olmuştur.
Dünyada elektrik üretimi içinde %17 gibi önemli bir pay, nükleer reaktörler tarafından sağlanmaktadır. Bu oran gelişmiş ülkelerde çok daha yüksek rakamlara ulaşmaktadır. Örneğin fosil yatakları kısıtlı olan Fransa, elektriğin %70'ini nükleer enerji ile sağlamaktadır. Nükleer enerjinin çevreye etkisi fisyon ürünü radyoaktif izotopların yayılması durumunda söz konusu olur. Bunun kötü bir örneği 1986'da Çernobil reaktöründeki kazada yaşanmıştır. Bu kazanın nedeni türbin kontrolü sırasında reaktör güvenlik sistemlerinin devre dışı bırakılmış olmasıdır. Çevreye yüksek miktarda radyoaktivitenin salınması ise, reaktörün koruma kabının olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu reaktörün yetersiz tasarımını, günümüzde çalışan 400' ün üzerindeki reaktör için genellemek doğru değildir. Bu reaktörler uzun süredir güvenli olarak çalışmaktadırlar. Bütün mühendislik sistemleri gibi nükleer reaktörler de kaza riski taşımakta, ancak alınan önlemler ile bu risk milyonda bir çok düşük bir olasılığa indirilmektedir. Nükleer reaktörler fosil yakıtlar gibi atmosferik kirlenmeye yol açan atık üretmezler. Normal günlük yaşantımızda karşılaştığımız radyoaktivitenin ancak çok küçük bir kısmı nükleer reaktörlerden kaynaklanmaktadır. Bunu kişi tarafından alınan radyasyon dozu için kullanılan "rem" ile ifade ettiğimizde ilginç sonuçlar ile karşılaşabiliriz. Dünyada doğal olarak bulunan radyoaktif izotoplar nedeni ile kişi başına düşen ortalama doz yaklaşık 26 miliremdir. Kozmik ışınlar nedeni ile alınan doz ise, 28 milirem düzeyindedir. Bunlardan korunmanın hiç bir yolu yoktur ve herkes yaşadığı yöreye bağlı olarak az ya da çok bu dozu alır. Doğal radyasyon dışında insanların maruz kaldığı en büyük radyoaktivite kaynağı ise tıbbi amaçlı röntgen ya da radyoterapidir. Göğüs ya da diş için uygulanan x-ışınları, yaklaşık 10 miliremlik doza karşılık gelir. Diğer organlar için bu daha da yüksektir. Nükleer silah denemelerinden kaynaklanan doz ise yıllık 4 ile 5 milirem düzeyindedir. Nükleer enerjiden kaynaklanan doz ise yılda 1 milirem civarındadır. Bu, reaktörlerin çalışması sırasında çevreye verilen radyasyonun yanında uranyum madenciliği, yakıt fabrikasyonu ve kullanılmış yakıt işleme tesislerinin yaydığı radyasyonu da kapsamaktadır. Yapı malzemelerinden yılda yaklaşık 7 milirem düzeyinde doz almaktayız. Uçak ile yerden yaklaşık 12 km yükseklikte yolculuk yapmak, kozmik ışınlar nedeni ile saatte yaklaşık 0.5 milirem doz alınması neden olur. Günde bir buçuk paket sigara içen kişinin alacağı yıllık doz, yaklaşık 8000 miliremdir. Termik santraller de küller ile birlikte doğaya radyoaktivite salarlar. Bunun bir örneğini Yatağan'da yaşadık. Çernobil kazası sonucu alınan radyasyon dozu ise, yere bağlı olarak değişim göstermektedir. Örneğin reaktör çevresinde, 3 kilometre yarıçapında bir alan içersinde alınan ortalama doz 3300 miliremdir. Alınan bu yüksek doz insanların kansere yakalanma toplam riskini yaklaşık %4 oranında artırıp; %20'den %24'e çıkarmıştır. Kazanın diğer ülke insanları üzerindeki etkisi ise değişiktir. Örneğin kaza sonrası bir yıl boyunca Türkiye'de alınan en yüksek doz 59 milirem ve ortalama doz ise 15 miliremdir. Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu (ICRP) standartlarına göre, nükleer reaktör çalışanlarının yılda en çok 5000 milirem doz almasına izin verilebilir. Daha sonra yapılan değişiklik ile bu sınır son beş yılın ortalaması için yıllık 2000 milirem olarak önerilmiştir. Nükleer reaktörlerin normal durumunda bu dozların yaklaşık onda birini sağlayacak çalışma koşulları sağlanmaktadır. Genel halk içinse, çalışanlara uygulanan ve ICRP tarafından belirlenen doz sınırlarının onda biri sınır olarak uygulanmaktadır.
NÜKLEER KAZALAR
İyonlaşma Radyasyonu Sonucunda Meydana Gelen Kazalar
08-08-1945 - Los Alamos (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası: Kritik altı bir yakıt elemanının çevresine yansıtıcı blok yerleştiren işçi, yakıt kütlesinin kritikliğe ulaşması sonucu oluşan radyasyondan ölür.
21-05-1946 - Los Alamos (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası, bir öncekine benzer bir kaza.
15-10-1958 - Vinca (Yugoslavya), 1 ölü; biyolojik zırhlama olmadan gerçekleştirilen bir kritiklik deneyi sırasında, operatör hatası sonucu kontrolsüz kritiklik nedeniyle 6 personel radyasyona maruz kalır, bir kişi ölür, beş kişi ilik kanseri tedavisi görür.
03-01-1968 - Idaho Falls (ABD), 3 ölü; SL1 araştırma reaktörü, kontrol çubuğunun elle çekilmesi sonucu reaktör koruna fazla miktarda reaktivite sokulur, ani ve çok miktarda güç yükselmesi sonucu oluşan "su çekici" nedeni ile meydana gelen patlamada üç kişi hayatını kaybeder.
24-07-1964 - Woods River (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası, yüksek zenginlikteki uranil nitrat solüsyonunun taşınması sırasında meydana gelmiştir.
13-05-1975 - İtalya, 1 ölü; gıda sterilizasyon tesisinde Kobalt-60 kaynağından yayılan radyasyon sonucu ölüm gerçekleşir.
23-09-1983 - Constitiuyentes (Arjantin), 1 ölü; reaktör koru modifikasyonu sırasında ani güç yükselmesi nedeniyle operatör ölür.
26-04-1986 - Çernobil (SSCB); Kontrolsüz ani güç yükselmesi kazası, yanık ve travma nedeniyle iki ani ölüm, 10 günlük periyot boyunca atmosfere radyoaktif fisyon ürünlerin atılması, yaklaşık 200 kişinin akut hastalığına tutulması ve bunlardan 29' unun kazayı izleyen üç ay içerisinde ölmesi.
Çevreye Etki Eden ve Çalışanların Işımaya Maruz Kaldığı Kazalar
Önemli nükleer kazalar içinde sadece biri, Windscale kazası gerçek önem taşır. Diğer tüm kazalar, reaktör parçalarını ilgilendiren, birkaçı personelin ışımaya maruz kaldığı olaylardır.
1957 - Windscale (İngiltere); Metal uranyum yakıt elemanlarının soğutulması kaybı sonucu çıkan reaktör yangınıdır. Fisyon ürünleri atmosfere yayılmıştır. Hemen çevrenin ve çalışanların izlenmesine başlanmış, bir süre için süt dağıtımı durdurulmuştur.
1958 - Chalk River N.R.U. (Kanada); Bozuk yakıt elemanlarının reaktör korundan çıkarılması sırasında, yakıtın taşıma konteynerine sıkışıp, daha sonra depolama kuyusuna düşerek yanması kazasıdır. Kaza ve tamirat sırasında 3 kişi 100-200 miliSievert, 15 kişi 50-100 mSi., 30 kişi 30-50 mSi. radyasyon almıştır. Küçük bir alana da radyoaktif ürünler yayılmış ancak yerleşim bölgesinden uzak olduğu için bu fazla önemli olmamıştır.
Mart 1965 - Chinon A1 (Fransa); Girilmez işaretini görmeyip, yakıt değiştirme bölgesine giren bir işçi 0.50 Gray doz almıştır.
Eylül 1979 - Chinon A2 (Fransa); Karbon-dioksit kaçağını bulmak için yapılan bir çalışma sırasında iki işçi 340 mSi ve 110 mSi. doz almıştır.
Santralin Mevcudiyeti Üzerinde Etkili Olan Kazalar
AĞIR SULU REAKTÖRLER
1952 - NRX, Ani güç yükselmesi sonucu çok sayıda yakıt erimiştir.
1969 - Lucens (İsviçre), Basınç tüpünün parçalanması ve kısmi kor erimesi, bina içersinde yüksek kirlenme olmuş ancak dışarıya kaçak yok. Tesis kapatılmıştır.
1968 - EL4 (Fransa), Bozuk buhar üretecinin değiştirilmesi tesisin iki yıl kapalı kalmasına neden olmuştur.
GAZ SOĞUTMALI REAKTÖRLER
1967 - Chapel Cross (İngiltere), Yakıt elemanlarının bir kısmının erimesi sonucu reaktör iki yıl kapalı kalmıştır.
1969 - Saint-Laurent A1 (Fransa), Yakıt elemanının erimesi ile yaklaşık 50 kg. uranyum reaktör kabına yayılmıştır ve tesis bir yıl kapalı kalmıştır.
1980 - Saint-Laurent A1 (Fransa), metal plakaların soğutucu kanallarını tıkaması sonucu 2 yakıt elemanı erimiş, reaktör iki buçuk yıl kapalı kalmıştır.
BASINÇLI SU REAKTÖRLERI
Reaktör içerisinde meydana gelen olaylar tesislerin uzunca süre kapalı kalmalarına neden olmuştur. Bu tip reaktörler içinde en önemli kaza, Three Mile Island 2 kazasıdır. Basınçlayıcıdaki emniyet vanasının yanlışlıkla kapalı kalması ve operatörün güvenlik enjeksiyonunu ve pompaları erken kapatması ve buhar üreteci besleme suyunun kaybı sonucu reaktör korunun bir kısmı erimiş ve reaktör kabının büyük bölümü kirlenmiştir. Atmosfere salınan radyoaktivite miktarı sınırlı kalmıştır.
KAYNAR SULU REAKTÖRLER
1975 - Browms Ferry (ABD), Reaktör kabı kablo deliklerinin kontrolü için yapılan uygunsuz metotlar yüzünden çıkan yangın nedeniyle reaktör 17 ay kapalı kalmıştır.
1972 - Millstone (ABD), Kondenser tüplerindeki kaçak yüzünden buhar devresine giren deniz suyu nedeniyle reaktör 6 ay kalmıştır.
HIZLI ÜRETKEN REAKTÖRLER
1955 yılında EBR1 (ABD) 'de yakıt erimesi binanın kirlenmesine, tesisin kapatılmasına neden olmuştur. 1966' da Enrico Fermi (ABD) 'de iki yakıt elemanının erimesi yüzünden 4 yıl normal işletime dönülememiştir. 1973'te SSCB'de buhar üretecinde sodyum-su etkileşimi meydana gelmiş, aynı sorun 1976, 1982 ve 1983'te Phenix (Fransa) reaktöründe de görülmüştür.
NÜKLEER BOMBALAR
Nükleer bombaların çalışma ilkesi, iki ayrı tür çekirdek tepkimesine dayanır. Ağır çekirdeklerin parçalanması, yani fisyon olayı ile enerji üreten nükleer bombalara, yanlış bir terim olmasına karşın, Atom Bombası denilmektedir. Diğer bir bomba tipi ise, açığa çıkardığı enerjinin çoğunluğu hafif çekirdeklerin kaynaşmasına; yani füzyon tepkimesine dayanan, termonükleer bomba ya da Hidrojen Bombasıdır. Henüz geliştirilme aşamasındaki çok yeni tasarımlar dışında, termonükleer bombaların ateşlenmesinde fisyon tepkimesinden yararlanılır. Diğer bir deyişle hidrojen bombasının tetik mekanizması bir atom bombasıdır. Dolayısıyla nükleer silahların yapılabilirliğini incelemede, atom bombası yapımı için gerekli malzeme ve teknolojinin neler olduğunun belirlenmesi yeterlidir. Fisil, yani bölünebilir madde adını verdiğimiz uranyum izotoplarından U-233 ve U-235 ile insan yapısı olan plütonyum izotopu Pu-239, nükleer silahların ham maddeleridir. Uygun miktar ve geometride bir araya getirilen bu malzemelerde fisyon tepkimesi, bir nötron kaynağı yardımı ile başlatılır. Kaynaktan çıkan bir nötron, fisil madde ile fisyon tepkimesine girerek, fisil maddenin çekirdeğinin parçalanmasına yol açar. Bu tepkime sonunda, yüksek kinetik enerjiye sahip iki hafif çekirdekten başka, iki veya üç tane de nötron ortaya çıkar. Ortaya çıkan bu nötronlardan bazıları, sistemdeki diğer fisil çekirdeklerle fisyon tepkimesine girmeksizin sistemi terk ederler. Sistemden kaçan nötronların fisyon tepkimesine girenlere oranı, sistemin fiziksel büyüklüğü ile ters orantılıdır. Fisyon tepkimesinden çıkan nötronlardan bir kısmı ise, fisil maddede veya sistemdeki diğer maddelerde fisyon yapmayacak tepkimelerle yutulurlar. Sızma ve yutulma kayıplarından arta kalan nötronlar yeniden fisyon tepkimesi yaratırlar. Eğer sistemde yeterli fisil madde varsa ve seçilen geometri uygunsa, zincirleme fisyon tepkimeleri sonucu, sistemdeki nötron sayısı zamanla artar. Hızla oluşan bu zincir tepkimeler sonucu, çok büyük bir ısı açığa çıkar. Sıcaklığı artan sistem genleşme eğilimi gösterir ve sistemden sızan nötronların oranı artar; bunun sonucu olarak da zincirleme tepkimeler sona ere. Dolayısı ile, nükleer bomba tasarımında en önemli konu, malzeme ve geometri seçiminin, zincirleme tepkimeyi mümkün olduğunca uzun süre devam ettirecek şekilde yapılmasıdır.
Nükleer sistemler tasarlanırken, nötron sızıntısının en aza indirilebilmesi amacıyla genelde küresel geometri yeğlenir. Küre, bütün geometrik cisimler içinde,hacim başına en az yüzeye sahip olanıdır. Tümüyle fisil maddeden oluşan bir kürenin çapı büyüdükçe,sızan nötronların oranı azalmaktadır. Kullanılan fisil malzemeye bağlı olarak değişen, belli çaptaki bir kürede her bir fisyon olayından doğan nötronlardan en az biri, yeni bir fisyon tepkimesine yol açarak, zincirleme tepkimelerin oluşmasını sağlar. Böyle bir sisteme kritik kütle adı verilir. Kürenin çapı,kritik çaptan büyük ise, her bir fisyon olayı, birden fazla fisyon tepkimesine yol açar. Bu durumda zincirleme tepkimeler artarak devam eder. Bu tip sistemlere kritik-üstü adı verilir. Kürenin çapı kritik değerinin altındaysa, zincirleme tepkimeler oluşmaz ve böyle sistemler kritik-altı sistemler adı ile anılır.
Nükleer bir bombanın yapımı sırasında kritik kütle oluşturacak kadar fisil maddeyi bir küre halinde bir araya getirmeye çalışmak, patlamaya yol açar. Bu nedenle, nükleer silahların içine konan fisil madde, normal koşullardaki yoğunluğunda zincirleme tepkimeye izin vermeyecek kadar küçük bir metal küre halindedir. Bu metal küre, bombanın patlaması için, kimyasal patlayıcılar yardımı ile sıkıştırılarak, çok daha yoğun; ancak daha küçük bir küre haline getirilir. Kürenin yoğunluğunun artması ile nötron sızıntısı azalır ve çok hızlı gelişen zincirleme tepkimeler,nükleer patlamaya neden olur.
Bir nükleer bombanın yapımı için, yalnızca fisil malzemeye sahip olmak yeterli değildir. Fisil maddeden yapılmış kürenin sıkıştırılabilmesi için, kimyasal patlayıcıları senkronize olarak ateşleyecek düzeneklerin yapımı, bu alanda ileri bir teknolojiye sahip olmayı gerektirmektedir.
FİSYON VE FÜZYON
İnsanlığın enerji sorununa kalıcı çözümün nükleer enerji olduğu bir çok teknisyen ve bilim adamı tarafından dile getirilmektedir. Nükleer enerjinin iki üretim türü vardır. Bunlardan biri, gerçekten çok uzun dönemde insanlığın enerji açısından kurtarıcısı olduğuna inanılan füzyon enerjisidir. Fakat füzyon enerjisinden yararlanılarak elektrik enerjisi elde etmenin ticari boyuta ulaşmasının yaklaşık daha bir asırlık geliştirmeye ihtiyacı vardır. Ama sonunda bu tür enerjiden yararlanma yolları bulunacak ve insanlığın hizmetine sunulacaktır. Diğer tür ise, halen insanlığın hizmetinde bulunan ve en temiz elektrik enerjisi üretim santrallerinin yapımında kullanılan, fisyon enerjisidir. Bu enerji türünün geçmişi çok kısa olmakla birlikte, ticari kullanım alanları vardır ve bir çok ülkenin elektrik enerjisi üretiminde önemli bir pay almaktadır.
Nükleer Fisyon
Doğadaki atom çekirdeklerinin kararsız olanları daha kararlı olabilmek için çekirdek içinden bazı parçacıkları atarak değişime uğrarlar. Buna radyoaktivite denir. Örneğin, her canlı varlığın içinde bulunan ve kozmik ışınlar nedeniyle oluşan, karbon 14'ün bir gramının yarısı 5770 yıl içinde değişim geçirerek, azot gazı olur. Bu değişim karbon 14 çekirdeği içinden bir elektronun atılması yani bir Beta bozulması ile gerçekleşmektedir. Sözü edilen süreye de yarı ömür denir. Bazı ağır çekirdekler, içlerinden daha ağır parçacıklar atarak ilk durumlarından daha kararlı bir çekirdeğe dönüşebilir. Örneğin, toryum bir milyar dört yüz milyon yıl yarı ömür ile Alfa bozulumu adı verdiğimiz, çekirdek içinden bir helyum atomunun çekirdeğini atarak, biraz daha kararlı bir çekirdeğe dönüşür.
Bazı çekirdekler o denli kararsız olabilirler ki, içlerinden bir parçacık atmak yerine ikiye parçalanabilirler. Bu çekirdek tepkimesinin teknik adı da fisyon, yani bölünmedir. Tabii kendi kendine fisyon yapan çekirdeklerin doğada bulunması fevkalade zordur. Bazı çekirdek içi parçacıklar ile etkileşmeye giren ağır çekirdeklerin oluşturduğu çok kararsız çekirdekler fisyon yapabilir. Doğada bulunan Uranyum 238 çekirdeğinin kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü 1.0E+16 yıl diğer taraftan insan yapısı olan fermium'un kendi kendine fisyon yapma yarı ömrü bir yıldan daha azdır.
Bir çekirdeğin kararlılığı, çekirdeği oluşturan parçacıkların birbirlerine ne denli sıkıca bağlı olduklarının bir ölçüsüdür. Teknik terim olarak buna çekirdeğin bağlanma enerjisi denir. Çeşitli çekirdeklerin parçacık başına düşen ortalama bağlanma enerjilerine dikkat edersek, en kararlı çekirdeklerin atom ağırlıklarının demir, nikel, kobalt gibi 60 civarında olduğunu görürüz. Dünyada demir ve benzeri metaller bu nedenle uranyum ve toryumdan daha boldur.
Hafif çekirdeklerin bağlanma enerjileri demire kıyasla daha azdır. Bu tip çekirdekler başka çekirdeklerle ile bir araya gelerek daha kararlı çekirdek oluşturabilirler. İşte bu sürece füzyon yani kaynaşma diyoruz. Diğer taraftan demirden daha ağır çekirdekler parçalanarak daha kararlı çekirdeklere dönüşebilir. Bu parçalanma bazen hızlandırılabilir ve bu sürece de fisyon adı verilir.
Nötron ile Fisyon
1932 yılında Sir James Chadwick İngiltere'de, atom çekirdeğinden çıkan ve elektrik yükü olmayan bir parçacığın varlığını gözledi. Daha sonra adına nötron denilen bu temel parçacığın proton ağırlığında olduğu ve çekirdek içine rahatlıkla girebildiği gözlendi. Enrico Fermi bunu izleyen yıllarda İtalya'da nötron ile yaptığı deneylerde ilginç sonuçlar elde etti. Nötronlar ile bazı çekirdekleri bombardıman eden Fermi yeni izotoplar elde ediyordu. Aynı deney tahta masada yapılınca metal masada yapılana kıyasla daha fazla nötronun yutulduğu ve üretilen yeni çekirdeklerin daha fazla olduğu gözleniyordu. Daha sonra bu olaya tahtanın içinde bulunan hidrojen ile karbonun yol açtığı ve nötronların uygun maddeler ile yavaşlatılabildiği ortaya çıktı.
1939 yılında, Hanh ve Strassman Almanya'da, uranyumdan daha ağır çekirdek yaratmak için uranyumu yavaş nötronlar ile bombardıman ettiklerini fakat çoğunlukla, örnekte hiç bulunmayan, daha hafif çekirdekler ürettiklerini biraz da çekinerek ve kuşkuyla yayınladılar. Daha sonra bunun nötronlar yardımı ile oluşan fisyon olduğu ortaya çıktı. Aynı yıl Macar Szilard bu yeni buluşun değerini anlayarak Naziler durumu kavramadan Müttefiklerin savaş için derhal fisyondan faydalanması için çalışmalara başladı. Bundan sonrası hemen herkesin bildiği, hikayelerini okuduğu, filmlerini izlediği Manhattan projesi olarak tarihe geçti. 1939 yılında bulanan fisyon, 1942 yılında ilk CP1(Chicago Pile 1) nükleer reaktörünün yapımı ile kullanılabilen bir enerji üretme yöntemi olarak ortaya çıkmaya başlamıştır. 1944 yılında ve daha sonra yapılan üretim ve araştırma reaktörlerinden sonra ilk elektrik enerjisi üreten reaktör 1954 yılında Rusya'da Obninsk'te 5 Mw gücünde üretime başlamıştır.
NÜKLEER ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ
Nükleer enerjinin hammaddesi olan uranyumun hiç bir endüstriyel kullanım alanı yoktur. Uranyum doğada bol miktarda bulunmaktadır. Son maden aramaları sonucu Avustralya ve Kanada'da büyük uranyum yatakları olduğu çıkmıştır. Uranyumun fiyatı bu nedenler dolayısıyla zaman içinde sürekli azalmıştır. İkinci bir nükleer hammadde ise toryumdur ve Türkiye, dünyanın en zengin toryum yataklarına sahiptir. Nükleer hammaddenin stoklanabilir olması, onun petrol gibi ekonomik silah olarak kullanılmasını imkansız kılar.
UO2'den (uranyum pası) yapılan 1 cm çap ve yüksekliğindeki seramik yakıt lokmaları, üst üste 3,5-4 m uzunluğundaki ince bir metal zarf içine yerleştirilirler. Elde edilen yakıt çubukları, hafif veya ağır su içeren dik veya yatık basınç tankları içine yerleştirilir. Belirli geometrik düzende ve belirli miktarda bir araya gelen yakıt nötronların yardımı ile fisyon sonucu enerji üretmeye başlar.
Ortaya çıkan bu çekirdek enerjisi yakıt çubuklarını ısıtır. Yakıt çubuklarının su veya ağır su ile soğutulması ile yüksek basınç ve sıcaklıkta buhar elde edilir. Buharın bir türbinde genişletilmesi ile tıpkı diğer fosil yakıtlı santrallerde olduğu gibi, ısı enerjisi mekanik enerjiye,türbinin çevirdiği jeneratör ile de mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.
Nükleer enerjinin kullanılmaya başlamasından bugüne dek geçen yaklaşık elli yıl içinde bir çok nükleer reaktör tipi tasarlanmış, imal edilmiş ve çalıştırılmıştır; ancak günümüzde ticari olan nükleer santral tipleri çok az sayıdadır. Hafif su teknolojisi adını verdiğimiz ve bildiğimiz normal su ile soğutulan reaktörleri kapsayan teknoloji ve ağır su teknolojisi adını verdiğimiz hidrojenin bir izotopu olan deteryumdan yapılan ağır su ile soğutulan reaktörleri kapsayan teknoloji, günümüzde ticari olarak kullanıma sunulmaktadır.
Yüksek sıcaklıkta çalışan gaz soğutmalı reaktörler ve sıvı metal soğutmalı hızlı üretken reaktörler ise, gelecekte kullanıma girmeye adaydırlar.
NÜKLEER ENERJİ SANTRALLERİ
Nükleer Güç Santralları ile Termik Santraller birbirleri ile benzer özellikler taşırlar. Her iki santral tipinde de elde edilen buharın ısı enerjisi türbinde mekanik enerjiye ve mekanik enerji de dejeneratörlerde elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretilir. Bu santraller arasındaki temel fark buharın elde ediliş yöntemidir. Bütün nükleer reaktör tiplerinde bölünmeden açığa çıkan enerji buhar üretiminde kullanır ve bu buhar üretimi doğrudan reaktörün korunda ya da buhar üreteçlerinde yapılır. Bu nedenle nükleer reaktörlerdeki bölünme reaksiyonu termik santrallarda fosil yakıt yakmakla aynı işleve sahiptir.
Nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerji, temelde U235 izotopunun ya da herhangi bir bölünmeye yatkın (fisil) izotopun (Pu239, U233) nötronla etkileşmesinden ötürü parçalanması olayı sonucunda açığa çıkan fazlalık bağlanma enerjisidir. Nötronla etkileşen U235 çekirdeği kararsız hale geçerek, kendisinden daha hafif iki çekirdeğe ayrılır ve bu esnada da ortalama olarak iki nötron açığa çıkarır. Bu reaksiyon sonucu açığa çıkan bölünme enerjisi yaklaşık 200 MeV'dir. Bu enerji buhar üretimi için soğutucuya aktarılır ve açığa çıkan nötronlardan biri bölünmeye yatkın başka bir izotopu parçalayarak zincirleme reaksiyonuna sebep olur. Diğer nötron ise reaktör içindeki diğer malzemeler tarafından yutulur ya da sistemden kaçar. Nükleer reaktörler bu zincirleme bölünme reaksiyonunun kontrollü olarak yapıldığı sistemlerdir. Bölünme reaksiyonunun önemini anlamak için 1 kg U235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğer olduğunu belirtmek yeterli olacaktır.
Bölünme reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronların etkili bir şekilde kullanılabilmesi için bölünmeye yatkın izotoplarla etkileşme olasılıklarını arttırmak gerekir. Bu nedenle bölünme reaksiyonlarından açığa çıkan hızlı nötronlar moderatör adı verilen yavaşlatıcı malzemeler yardımı ile yavaşlatılarak bölünmeye yatkın malzemelerle etkileşim olasılıkları arttırılır. Diğer bir malzeme de yansıtıcıdır. Bu malzeme korun etrafına yerleştirilerek nötronların sistemden dışarı kaçma olasılıklarını azaltmak için kullanılır. Moderatör malzemesi aynı zamanda yansıtıcılık işlevini de görebilir.
İlk kontrollü bölünme reaksiyonu 1942 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde inşa edilen CPI Reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Bu reaktörde yakıt malzemesi olarak doğal uranyum ve moderator olarak grafit kullanılmıştır. İlk nükleer reaktörde olduğu gibi nükleer reaktör tasarımcılarının reaktör yakıtı için seçimleri doğal uranyum (%0.71 U235, %99.27 U238) ya da %3, %4 oranında zenginleştirilmiş uranyumdur. Eğer yakıt doğal uranyum seçilirse moderator olarak grafit ya da ağır su kullanılmalıdır.
Günümüzde, elektrik üretimi için kullanılan santralların büyük bir bölümü Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR), ve Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür (PHWR). Bunlardan ilk ikisi, hafif su soğutmalı termal reaktör sınıfına girer, moderator ve reflektör malzemesi olarak da hafif su kullanılır. Üçüncü reaktör tipi ise dünyada ilk olarak Kanada'da elektrik üretimi için kurulan ve soğutucu olarak ağır su kullanan Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür.
NÜKLEER ATIKLAR
Hiçbir yakıt enerji üretmek üzere yakıldığında yok olmaz; ancak "atık" adını verdiğimiz başka formlara dönüşür. Bu kömür için de böyledir; uranyum için de. 1000 MWe gücündeki bir hafif-su soğutmalı nükleer reaktörden çıkan kullanılmış olarak %95.5 uranyumdioksit, %3.5 fisyon ürünleri, %0.9 plütonyum ve %0.1 uranyum-ötesi elementler (neptünyum,amerikyum,küriyum) içerir. Yani orijinal yakıtın yalnızca %4.5'i eksilmiştir; bu eksilen kısmın yerini reaktörde çeşitli nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan fisyon ürünleri, plütonyum ve uranyum ötesi elementler almıştır. Kullanılmış nükleer yakıtları işleyerek uranyum ve plütonyumu geri kazanmak olasıdır. Bu durumda geriye fisyon ürünleri ve uranyum-ötesi elementlerden oluşan bir karışım kalır; işte bu karışıma, Yüksek Aktiviteli Nükleer Atık adı verilir. Yüksek Aktiviteli Nükleer Atıkların, insan ve çevreye zarar vermeyecek şekilde tasfiyesi önemli bir konudur. Bilimsel çevreler, nükleer atık tasfiyesini yeni bir teknoloji gerektiren teknik bir problem olarak görmedikleri halde, kamuoyu, nükleer atıkları diğer endüstriyel atıklara kıyasla yaşamı ve çevreyi daha fazla tehdit eden bir unsur olarak algılamaktadır.
Yüksek Aktiviteli Nükleer Atıkların yeryüzünün 500 ile 1,200 m altında özel olarak seçilmiş jeolojik oluşumlarda inşa edilecek büyük bir maden işletmesini andıran depolara gömülmesi planlanmakta ve bu konudaki çalışmalar sürmektedir. Yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler (yeraltı suyu hareketleri, kaya yapısı, erozyon, sel, deprem ve volkanik hareketler, doğal kaynaklar, nüfus yoğunluğu, vb.) dikkate alınır. Yeraltına gömülü nükleer atıkların biyosfere ulaşmasını sağlayabilecek tek mekanizma, yeraltı suyu hareketleri olduğundan, jeolojik oluşumun yeraltı suyundan özellikle uzak olması istenir. Jeolojik ortam olarak granit, bazalt, tuz ve tüf yeterli özelliklere sahip bulunmuştur. Kullanılmış nükleer yakıtlar son derece radyoaktif olmalarının yanı sıra, soğutmayı gerektirecek ölçüde ısı da üretirler ve bu nedenle de reaktörden alındıktan sonra havuzlarda su ile soğutularak muhafaza edilirler. Tasfiye öncesi kullanılmış yakıtlar, önce paslanmaz çelik (veya titanyum) silindirlere konur, sonra bu silindirler metal muhafazalara konur ve yeraltındaki tünellerde açılmış deliklere yerleştirilirler. Deliklerin üstüne bir tıkaç konur ve dolgu malzemesi ile kapatılır. Yeraltı deposu dolunca tüneller de doldurulur ve depo kapatılır; böylece de ek bir koruma sağlanmış olur.
Kullanılmış yakıtlar, içerdikleri uranyum ve plütonyumu geri kazanmak üzere işleme tabi tutulurlarsa, fisyon ürünleri ve uranyum ötesi elementlerden oluşan bir sulu atık çözeltisi elde edilir. Bu çözelti kuruyana kadar buharlaştırıldıktan sonra yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp metal silindirler içine boşaltılır ve soğuduğunda katılaşıp camsı bir yapı oluşturur. Cam, suda kolay çözünmeyen, uygun mekanik özelliklere sahip, binlerce yıl kararlı olarak kalabilen, nispeten ucuz ve işlenmesi kolay bir malzeme olduğu için günümüzde nükleer atık formu olarak tercih edilmektedir. Camlaştırılmış nükleer atık ile dolu silindirler, bir metal muhafaza içine konup yeraltı deposundaki deliklere yerleştirilmektedir.
NÜKLEER ENERJİ VE ÇEVRE
Enerji üretiminin çevre etkileri değişik biçimlerde değerlendirilebilir. Bu değerlendirmeler, her bir kaynak için birim enerji üretimine karşılık gelen kirletici madde tip ve miktarları, bunların çevre ve atmosfer içerisinde dağılımları, çalışanların ve halkın sağlığı üzerine etkileri, atığın miktarı ve zehirliliği, uzun dönemde çevre ve ekolojik sistemler üzerindeki etkileri açılarından yapılabilir.
Dünya elektrik üretim rakamları incelendiğinde %60 ile en büyük payı fosil yakıtlar almaktadır. Fosil yakıtlar (kömür, petrol ve doğalgaz), hemen hemen bütün ülkelerde temel enerji üretim kaynağı olarak karşımıza çıkarlar. Fosil yakıtların çevre etkileri göz önüne alındığında karşımıza sera etkisi asit yağmurları ve hava kirliliği çıkar. Bu tür yakıtlardan yanma sonucu enerji elde edildiğinde yanma ürünleri (CO2,NOx ve SO2 gibi gazlar), baca gazı olarak atmosfer içinde dağılırlar. Baca gazları ayrıca uçucu kül ve hidrokarbonları içerirler. Nikel, kadmiyum, kurşun, arsenik gibi zehirli metaller de fosil yakıtların yanması sonucu atmosfere atılan diğer maddelerdir. CO2, sera etkisi oluşumunda etkin rol oynamaktadır. Dünyadaki endüstriyel gelişme öncesi atmosferdeki CO2 konsantrasyonu 280 ppm dolaylarında idi. Bu konsantrasyon, 1958'de 315 ppm ve 1986'da 350 ppm düzeyine kadar yükselmiştir. Artan CO2 miktarı, yerkürenin sıcaklığının artmasına neden olmakta, bu da iklim dengelerinin bozulmasına yol açmaktadır. SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx ise esas olarak asit yağmurlarına yol açmaktadır. Atmosferdeki su buharı ile birleşen SO2 ve NOx sülfürik ve nitrik asit oluşturmakta ve bu da dünyanın ekolojik dengesinin bozulmasına neden olmaktadır. Fosil yakıtların çevre etkileri bunlarla da sınırlı değildir. Örneğin kömür madenciliği hem çalışanlara sağlık riski getirmekte, hem de ülkemiz için pek yabancı olamayan metan gazı patlamaları nedeni ile ölümlere yol açabilmektedir. Diğer bir sorunla da fosil yakıt taşımacılığında karşılaşılmaktadır. Petrol taşıyan tankerlerin neden olduğu kazalar yüz binlerce ton petrolün denize yayılmasına neden olmuştur. Hidroelektrik santraller ile elektrik üretimi, dünyada toplam elektrik üretimine yaklaşık %23 oranında katkıda bulunmaktadır. Hidroelektrik santralleri ile enerji üretimi için uygun coğrafi koşulların sağlanması gerekmektedir. Günümüz koşullarında kullanılabilir hidroelektrik kapasitenin büyük bir bölümü halihazırda kullanılmaktadır. Hidroelektrik santrallerin çevre ile etkileşimlerine gelince, büyük su rezervuarlarının oluşması nedeni ile ortaya çıkan toprak kaybı sonucu doğal ve jeolojik dengenin bozulabilmesi olasıdır. Bu rezervuarlarda oluşan bataklıklar da, metan gazı oluşumu için uygun bir ortam teşkil ederler. Yakın geçmişte barajların yıkılması sonucu meydana gelen kazalar, pek çok kişinin ölümüne neden olmuştur.
Dünyada elektrik üretimi içinde %17 gibi önemli bir pay, nükleer reaktörler tarafından sağlanmaktadır. Bu oran gelişmiş ülkelerde çok daha yüksek rakamlara ulaşmaktadır. Örneğin fosil yatakları kısıtlı olan Fransa, elektriğin %70'ini nükleer enerji ile sağlamaktadır. Nükleer enerjinin çevreye etkisi fisyon ürünü radyoaktif izotopların yayılması durumunda söz konusu olur. Bunun kötü bir örneği 1986'da Çernobil reaktöründeki kazada yaşanmıştır. Bu kazanın nedeni türbin kontrolü sırasında reaktör güvenlik sistemlerinin devre dışı bırakılmış olmasıdır. Çevreye yüksek miktarda radyoaktivitenin salınması ise, reaktörün koruma kabının olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu reaktörün yetersiz tasarımını, günümüzde çalışan 400' ün üzerindeki reaktör için genellemek doğru değildir. Bu reaktörler uzun süredir güvenli olarak çalışmaktadırlar. Bütün mühendislik sistemleri gibi nükleer reaktörler de kaza riski taşımakta, ancak alınan önlemler ile bu risk milyonda bir çok düşük bir olasılığa indirilmektedir. Nükleer reaktörler fosil yakıtlar gibi atmosferik kirlenmeye yol açan atık üretmezler. Normal günlük yaşantımızda karşılaştığımız radyoaktivitenin ancak çok küçük bir kısmı nükleer reaktörlerden kaynaklanmaktadır. Bunu kişi tarafından alınan radyasyon dozu için kullanılan "rem" ile ifade ettiğimizde ilginç sonuçlar ile karşılaşabiliriz. Dünyada doğal olarak bulunan radyoaktif izotoplar nedeni ile kişi başına düşen ortalama doz yaklaşık 26 miliremdir. Kozmik ışınlar nedeni ile alınan doz ise, 28 milirem düzeyindedir. Bunlardan korunmanın hiç bir yolu yoktur ve herkes yaşadığı yöreye bağlı olarak az ya da çok bu dozu alır. Doğal radyasyon dışında insanların maruz kaldığı en büyük radyoaktivite kaynağı ise tıbbi amaçlı röntgen ya da radyoterapidir. Göğüs ya da diş için uygulanan x-ışınları, yaklaşık 10 miliremlik doza karşılık gelir. Diğer organlar için bu daha da yüksektir. Nükleer silah denemelerinden kaynaklanan doz ise yıllık 4 ile 5 milirem düzeyindedir. Nükleer enerjiden kaynaklanan doz ise yılda 1 milirem civarındadır. Bu, reaktörlerin çalışması sırasında çevreye verilen radyasyonun yanında uranyum madenciliği, yakıt fabrikasyonu ve kullanılmış yakıt işleme tesislerinin yaydığı radyasyonu da kapsamaktadır. Yapı malzemelerinden yılda yaklaşık 7 milirem düzeyinde doz almaktayız. Uçak ile yerden yaklaşık 12 km yükseklikte yolculuk yapmak, kozmik ışınlar nedeni ile saatte yaklaşık 0.5 milirem doz alınması neden olur. Günde bir buçuk paket sigara içen kişinin alacağı yıllık doz, yaklaşık 8000 miliremdir. Termik santraller de küller ile birlikte doğaya radyoaktivite salarlar. Bunun bir örneğini Yatağan'da yaşadık. Çernobil kazası sonucu alınan radyasyon dozu ise, yere bağlı olarak değişim göstermektedir. Örneğin reaktör çevresinde, 3 kilometre yarıçapında bir alan içersinde alınan ortalama doz 3300 miliremdir. Alınan bu yüksek doz insanların kansere yakalanma toplam riskini yaklaşık %4 oranında artırıp; %20'den %24'e çıkarmıştır. Kazanın diğer ülke insanları üzerindeki etkisi ise değişiktir. Örneğin kaza sonrası bir yıl boyunca Türkiye'de alınan en yüksek doz 59 milirem ve ortalama doz ise 15 miliremdir. Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu (ICRP) standartlarına göre, nükleer reaktör çalışanlarının yılda en çok 5000 milirem doz almasına izin verilebilir. Daha sonra yapılan değişiklik ile bu sınır son beş yılın ortalaması için yıllık 2000 milirem olarak önerilmiştir. Nükleer reaktörlerin normal durumunda bu dozların yaklaşık onda birini sağlayacak çalışma koşulları sağlanmaktadır. Genel halk içinse, çalışanlara uygulanan ve ICRP tarafından belirlenen doz sınırlarının onda biri sınır olarak uygulanmaktadır.
NÜKLEER KAZALAR
İyonlaşma Radyasyonu Sonucunda Meydana Gelen Kazalar
08-08-1945 - Los Alamos (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası: Kritik altı bir yakıt elemanının çevresine yansıtıcı blok yerleştiren işçi, yakıt kütlesinin kritikliğe ulaşması sonucu oluşan radyasyondan ölür.
21-05-1946 - Los Alamos (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası, bir öncekine benzer bir kaza.
15-10-1958 - Vinca (Yugoslavya), 1 ölü; biyolojik zırhlama olmadan gerçekleştirilen bir kritiklik deneyi sırasında, operatör hatası sonucu kontrolsüz kritiklik nedeniyle 6 personel radyasyona maruz kalır, bir kişi ölür, beş kişi ilik kanseri tedavisi görür.
03-01-1968 - Idaho Falls (ABD), 3 ölü; SL1 araştırma reaktörü, kontrol çubuğunun elle çekilmesi sonucu reaktör koruna fazla miktarda reaktivite sokulur, ani ve çok miktarda güç yükselmesi sonucu oluşan "su çekici" nedeni ile meydana gelen patlamada üç kişi hayatını kaybeder.
24-07-1964 - Woods River (ABD), 1 ölü; kritiklik kazası, yüksek zenginlikteki uranil nitrat solüsyonunun taşınması sırasında meydana gelmiştir.
13-05-1975 - İtalya, 1 ölü; gıda sterilizasyon tesisinde Kobalt-60 kaynağından yayılan radyasyon sonucu ölüm gerçekleşir.
23-09-1983 - Constitiuyentes (Arjantin), 1 ölü; reaktör koru modifikasyonu sırasında ani güç yükselmesi nedeniyle operatör ölür.
26-04-1986 - Çernobil (SSCB); Kontrolsüz ani güç yükselmesi kazası, yanık ve travma nedeniyle iki ani ölüm, 10 günlük periyot boyunca atmosfere radyoaktif fisyon ürünlerin atılması, yaklaşık 200 kişinin akut hastalığına tutulması ve bunlardan 29' unun kazayı izleyen üç ay içerisinde ölmesi.
Çevreye Etki Eden ve Çalışanların Işımaya Maruz Kaldığı Kazalar
Önemli nükleer kazalar içinde sadece biri, Windscale kazası gerçek önem taşır. Diğer tüm kazalar, reaktör parçalarını ilgilendiren, birkaçı personelin ışımaya maruz kaldığı olaylardır.
1957 - Windscale (İngiltere); Metal uranyum yakıt elemanlarının soğutulması kaybı sonucu çıkan reaktör yangınıdır. Fisyon ürünleri atmosfere yayılmıştır. Hemen çevrenin ve çalışanların izlenmesine başlanmış, bir süre için süt dağıtımı durdurulmuştur.
1958 - Chalk River N.R.U. (Kanada); Bozuk yakıt elemanlarının reaktör korundan çıkarılması sırasında, yakıtın taşıma konteynerine sıkışıp, daha sonra depolama kuyusuna düşerek yanması kazasıdır. Kaza ve tamirat sırasında 3 kişi 100-200 miliSievert, 15 kişi 50-100 mSi., 30 kişi 30-50 mSi. radyasyon almıştır. Küçük bir alana da radyoaktif ürünler yayılmış ancak yerleşim bölgesinden uzak olduğu için bu fazla önemli olmamıştır.
Mart 1965 - Chinon A1 (Fransa); Girilmez işaretini görmeyip, yakıt değiştirme bölgesine giren bir işçi 0.50 Gray doz almıştır.
Eylül 1979 - Chinon A2 (Fransa); Karbon-dioksit kaçağını bulmak için yapılan bir çalışma sırasında iki işçi 340 mSi ve 110 mSi. doz almıştır.
Santralin Mevcudiyeti Üzerinde Etkili Olan Kazalar
AĞIR SULU REAKTÖRLER
1952 - NRX, Ani güç yükselmesi sonucu çok sayıda yakıt erimiştir.
1969 - Lucens (İsviçre), Basınç tüpünün parçalanması ve kısmi kor erimesi, bina içersinde yüksek kirlenme olmuş ancak dışarıya kaçak yok. Tesis kapatılmıştır.
1968 - EL4 (Fransa), Bozuk buhar üretecinin değiştirilmesi tesisin iki yıl kapalı kalmasına neden olmuştur.
GAZ SOĞUTMALI REAKTÖRLER
1967 - Chapel Cross (İngiltere), Yakıt elemanlarının bir kısmının erimesi sonucu reaktör iki yıl kapalı kalmıştır.
1969 - Saint-Laurent A1 (Fransa), Yakıt elemanının erimesi ile yaklaşık 50 kg. uranyum reaktör kabına yayılmıştır ve tesis bir yıl kapalı kalmıştır.
1980 - Saint-Laurent A1 (Fransa), metal plakaların soğutucu kanallarını tıkaması sonucu 2 yakıt elemanı erimiş, reaktör iki buçuk yıl kapalı kalmıştır.
BASINÇLI SU REAKTÖRLERI
Reaktör içerisinde meydana gelen olaylar tesislerin uzunca süre kapalı kalmalarına neden olmuştur. Bu tip reaktörler içinde en önemli kaza, Three Mile Island 2 kazasıdır. Basınçlayıcıdaki emniyet vanasının yanlışlıkla kapalı kalması ve operatörün güvenlik enjeksiyonunu ve pompaları erken kapatması ve buhar üreteci besleme suyunun kaybı sonucu reaktör korunun bir kısmı erimiş ve reaktör kabının büyük bölümü kirlenmiştir. Atmosfere salınan radyoaktivite miktarı sınırlı kalmıştır.
KAYNAR SULU REAKTÖRLER
1975 - Browms Ferry (ABD), Reaktör kabı kablo deliklerinin kontrolü için yapılan uygunsuz metotlar yüzünden çıkan yangın nedeniyle reaktör 17 ay kapalı kalmıştır.
1972 - Millstone (ABD), Kondenser tüplerindeki kaçak yüzünden buhar devresine giren deniz suyu nedeniyle reaktör 6 ay kalmıştır.
HIZLI ÜRETKEN REAKTÖRLER
1955 yılında EBR1 (ABD) 'de yakıt erimesi binanın kirlenmesine, tesisin kapatılmasına neden olmuştur. 1966' da Enrico Fermi (ABD) 'de iki yakıt elemanının erimesi yüzünden 4 yıl normal işletime dönülememiştir. 1973'te SSCB'de buhar üretecinde sodyum-su etkileşimi meydana gelmiş, aynı sorun 1976, 1982 ve 1983'te Phenix (Fransa) reaktöründe de görülmüştür.
NÜKLEER BOMBALAR
Nükleer bombaların çalışma ilkesi, iki ayrı tür çekirdek tepkimesine dayanır. Ağır çekirdeklerin parçalanması, yani fisyon olayı ile enerji üreten nükleer bombalara, yanlış bir terim olmasına karşın, Atom Bombası denilmektedir. Diğer bir bomba tipi ise, açığa çıkardığı enerjinin çoğunluğu hafif çekirdeklerin kaynaşmasına; yani füzyon tepkimesine dayanan, termonükleer bomba ya da Hidrojen Bombasıdır. Henüz geliştirilme aşamasındaki çok yeni tasarımlar dışında, termonükleer bombaların ateşlenmesinde fisyon tepkimesinden yararlanılır. Diğer bir deyişle hidrojen bombasının tetik mekanizması bir atom bombasıdır. Dolayısıyla nükleer silahların yapılabilirliğini incelemede, atom bombası yapımı için gerekli malzeme ve teknolojinin neler olduğunun belirlenmesi yeterlidir. Fisil, yani bölünebilir madde adını verdiğimiz uranyum izotoplarından U-233 ve U-235 ile insan yapısı olan plütonyum izotopu Pu-239, nükleer silahların ham maddeleridir. Uygun miktar ve geometride bir araya getirilen bu malzemelerde fisyon tepkimesi, bir nötron kaynağı yardımı ile başlatılır. Kaynaktan çıkan bir nötron, fisil madde ile fisyon tepkimesine girerek, fisil maddenin çekirdeğinin parçalanmasına yol açar. Bu tepkime sonunda, yüksek kinetik enerjiye sahip iki hafif çekirdekten başka, iki veya üç tane de nötron ortaya çıkar. Ortaya çıkan bu nötronlardan bazıları, sistemdeki diğer fisil çekirdeklerle fisyon tepkimesine girmeksizin sistemi terk ederler. Sistemden kaçan nötronların fisyon tepkimesine girenlere oranı, sistemin fiziksel büyüklüğü ile ters orantılıdır. Fisyon tepkimesinden çıkan nötronlardan bir kısmı ise, fisil maddede veya sistemdeki diğer maddelerde fisyon yapmayacak tepkimelerle yutulurlar. Sızma ve yutulma kayıplarından arta kalan nötronlar yeniden fisyon tepkimesi yaratırlar. Eğer sistemde yeterli fisil madde varsa ve seçilen geometri uygunsa, zincirleme fisyon tepkimeleri sonucu, sistemdeki nötron sayısı zamanla artar. Hızla oluşan bu zincir tepkimeler sonucu, çok büyük bir ısı açığa çıkar. Sıcaklığı artan sistem genleşme eğilimi gösterir ve sistemden sızan nötronların oranı artar; bunun sonucu olarak da zincirleme tepkimeler sona ere. Dolayısı ile, nükleer bomba tasarımında en önemli konu, malzeme ve geometri seçiminin, zincirleme tepkimeyi mümkün olduğunca uzun süre devam ettirecek şekilde yapılmasıdır.
Nükleer sistemler tasarlanırken, nötron sızıntısının en aza indirilebilmesi amacıyla genelde küresel geometri yeğlenir. Küre, bütün geometrik cisimler içinde,hacim başına en az yüzeye sahip olanıdır. Tümüyle fisil maddeden oluşan bir kürenin çapı büyüdükçe,sızan nötronların oranı azalmaktadır. Kullanılan fisil malzemeye bağlı olarak değişen, belli çaptaki bir kürede her bir fisyon olayından doğan nötronlardan en az biri, yeni bir fisyon tepkimesine yol açarak, zincirleme tepkimelerin oluşmasını sağlar. Böyle bir sisteme kritik kütle adı verilir. Kürenin çapı,kritik çaptan büyük ise, her bir fisyon olayı, birden fazla fisyon tepkimesine yol açar. Bu durumda zincirleme tepkimeler artarak devam eder. Bu tip sistemlere kritik-üstü adı verilir. Kürenin çapı kritik değerinin altındaysa, zincirleme tepkimeler oluşmaz ve böyle sistemler kritik-altı sistemler adı ile anılır.
Nükleer bir bombanın yapımı sırasında kritik kütle oluşturacak kadar fisil maddeyi bir küre halinde bir araya getirmeye çalışmak, patlamaya yol açar. Bu nedenle, nükleer silahların içine konan fisil madde, normal koşullardaki yoğunluğunda zincirleme tepkimeye izin vermeyecek kadar küçük bir metal küre halindedir. Bu metal küre, bombanın patlaması için, kimyasal patlayıcılar yardımı ile sıkıştırılarak, çok daha yoğun; ancak daha küçük bir küre haline getirilir. Kürenin yoğunluğunun artması ile nötron sızıntısı azalır ve çok hızlı gelişen zincirleme tepkimeler,nükleer patlamaya neden olur.
Bir nükleer bombanın yapımı için, yalnızca fisil malzemeye sahip olmak yeterli değildir. Fisil maddeden yapılmış kürenin sıkıştırılabilmesi için, kimyasal patlayıcıları senkronize olarak ateşleyecek düzeneklerin yapımı, bu alanda ileri bir teknolojiye sahip olmayı gerektirmektedir.
