.:Nükleer Enerji:.

1. ENERJİ
Enerji, ekonomik ve sosyal kalkınma için temel girdilerden birisi durumundadır. Artan nüfus, şehirleşme, sanayileşme, teknolojinin yaygınlaşması ve refah artışına paralel olarak enerji tüketimi kaçınılmaz bir şekilde büyümektedir. Günümüzde, kişi başına enerji tüketimi veya daha doğru olarak, bir birim enerji tüketimi ile sağlanan üretim ve refah seviyesi, ülkelerin ve milletlerin bir gelişmişlik göstergesi olarak kullanılmaktadır.

2. ATOM, MOLEKÜL, TEPKİME

Atom: Bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasına atom denilmektedir. Evrende bilinen bütün maddeler (kozmik madde, yüksek enerjili madde ve anti madde hariç), pozitif yüklü bir çekirdek ve etrafında dönen negatif yüklü elektronlardan oluşan yaklaşık 100 farklı atomdan meydana gelmektedirler.
Atomun çekirdeği ise nükleon olarak adlandırılan ve yaklaşık elektronlara göre 2000 kat daha ağır olan, artı yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluşmaktadır. Dolayısıyla bu üç parçacık, etrafımızdaki sonsuz çeşitlilikteki maddenin temel yapı taşlarıdır. Şu andaki bilgilerimize göre elektronlar, kendilerini oluşturan alt parçacıklar olmadığından temel parçacık olarak kabul
edilirler, nükleonlar ise, elektronun "-1" yüklü olduğu varsayıldığında, "+2/3" veya "-1/3" elektrik yükünde olan quark adı verilen üç alt parçacıktan oluşmuşlardır.

Molekül: Doğada atomlar genellikle elektronlarını paylaşarak daha kararlı enerji seviyelerinde bulunmak amacıyla başka atomlarla molekülleri oluştururlar. Bir elementte aynı cins atomlar tek olarak veya moleküller halinde bir aradadır.

Kimyasal Tepkime: İki veya daha fazla sayıda madde bir araya geldiğinde, moleküllerdeki atomların aralarında yeniden düzenlenmesine kimyasal tepkime denir. Bu sırada elektronların paylaşılması da değişir. Kimyasal tepkimelerin bir özelliği, ilgili atomların çekirdeklerinde bulunan parçacık sayısının tepkime sırasında değişmemesidir.

Çekirdek Tepkimesi: Kimyasal reaksiyonların aksine, atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıların kendi aralarında oluşan veya dışardan gelen bir etkiyle değişimleri sonucunda çekirdek tepkimeleri oluşur. Çekirdek tepkimesi sonucunda eğer proton sayısı değişiyorsa farklı bir elemente ait bir atom oluşmuş olur.

3. NÜKLEER ENERJİ

Nükleer enerji bir atomun çekirdeğinde gerçekleşen reaksiyonlar sonucu oluşan enerjidir. Çekirdek reaksiyonları genel olarak bir kütle kaybı ile gerçekleşir ve bu kütle kaybı da, 1905 yılında Einstein tarafından önerilen meşhur E=mc2 eşitliğine göre(E:enerji, m:kütle, c:ışık hızı) enerjiye dönüşür. Bu enerji olağanüstü büyüklükte bir enerjidir. Mesela 1 g kütle enerjiye dönüşürse, 22x109 kcal?ye eşdeğer bir enerji açığa çıkar ki, bu enerji yaklaşık olarak 2500 ton iyi kaliteli kömürün (ısı değeri 8 000 kcal/kg) verebileceği enerjiye veya 20 ton TNT?nin patlamasıyla açığa çıkan enerjiye eşittir.

İlk Nükleer Gücü Kim Keşfetti?

1905 yılında Einstein meşhur E=mc2 formülü ile fisyon sonucu açığa çıkabilecek enerji konusunda öngörüde bulunmuştu. Daha sonra 1930 yılında bu öngörü deneysel olarak Otto Hahn, Lise Meitner ve diğerleri tarafından doğrulandı. Dünyanın ilk insan yapısı nükleer reaktörü 1942 yılında Enrico Fermi?nin yürüttüğü bir proje sonucunda Amerika Birleşik Devletleri?nin Chicago, Illinois kentinde kuruldu.
Elektrik üreten ilk ticari nükleer güç sanralı Shippingport, Pennsylvania?da (ABD) kurulmuş ve 1957?de işletmeye girmiştir. Fisyon kullanılarak üretilen ilk elektrik ise, Aralık 1951?de Arco, Idaho?daki Deneysel Üretken Reaktöründe elde edilmiştir.

Kütle Kaybı İle Oluşan İki Tür Temel Çekirdek Reaksiyonu Vardır:
a. Çekirdek Füzyonu (çekirdek birleşmesi)
Füzyon, hidrojen(1H) gibi hafif çekirdeklerin birleşerek daha ağır çekirdeklere(2He) dönüşmesidir. Bu sırada % 0,7 kadar fark kütle enerjiye dönüşür. Füzyonu henüz kontrollü ve sürekli olarak gerçekleştirmek mümkün olamamıştır. Güneş enerjisi füzyon ile üretilir ve hidrojen bombası da kontrolsüz füzyon olayına dayanır.

b. Çekirdek Fisyonu (çekirdek parçalanması)
Fisyon, toryum(90Th), uranyum(92U) gibi ağır çekirdeklerin, daha hafif çekirdeklere bölünmesidir. Fisyon ile elde edilen enerji, kontrollü olarak reaktörlerde yani nükleer santrallerde, kontrolsüz olarak da atom bombasında kullanılmaktadır.
Çekirdeğinde 92 proton ve 143 nötron bulunan bir uranyum-235 çekirdeğine bir nötron girdiğinde, aslında çok kararsız ve her an patlamaya hazır durumda olan radyoaktif çekirdek iki parçaya bölünür:

Çekirdek Parçalanması (Fizyon)

Her bölünmeden ortalama 2,5 tane nötron açığa çıkar. Bu nötronlar komşu çekirdekleri fisyona uğratarak zincirleme reaksiyona yol açarlar. Olay, bir noktasından tutuşturulan barutun tüm kütlesinin aniden yanması gibidir. Kontrollü fisyonda hafif su, ağır su, grafit, berilyum, berilyum oksit gibi yavaşlatıcılar(moderatör) kullanılır. Atom bombasında ise hızlı nötronlar tüm uranyum kütlesini ani zincirleme reaksiyonla patlatır.
Zincirleme Reaksiyon

4. RADYASYON VE RADYOAKTİVİTE NEDİR?

Radyasyon, dalga, parçacık veya foton olarak adlandırılan enerji paketleri ile yayılan enerjidir. Radyasyon, daima doğada var olan ve birlikte yaşadığımız bir olgudur. Radyo ve televizyon iletişimini olanaklı kılan radyodalgaları; tıbta, endüstride kullanılan x-ışınları; güneş ışınları; günlük hayatımızda alışkın olduğumuz radyasyon çeşitleridir.
Atom numarası 83 ?den büyük olan ağır elementler kararsız oldukları için daha küçük atomlara dönüşürler. Bu parçalanma sırasında, çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere radyoaktif elementler adı verilir.
Radyoaktif elementler temel olarak Alfa, Beta ve Gama olmak üzere, 3 ana tip enerji salınımında bulunurlar. Alfa radyasyonu, (+) yüklü parçacıklardan oluşur ve bir kağıt parçası tarafından durdurulabilir. Beta radyasyonu, elektronlardan oluşur. İnce bir alüminyum levha bu elektronları durdurmak için yeterlidir. Gama radyasyonu ise ışık hızında hareket eden enerji dalgalarından oluşmaktadır.
Alfa, Beta ve Gama radyasyonu aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon olarak da adlandırılırlar. Bir başka deyişle, diğer atomların elektronlarını ayıracak yeterli enerjiye sahiptirler.
Bu tür radyasyonlar, maruz kalma süresine, radyasyonun şiddetine ve maruz kalınan vücut bölgesine bağlı olarak, hücreyi parçalayabilir, zarar verebilir veya herhangi zararlı bir etkisi olmadan geçip gidebilirler. İyonlaştırıcı radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi Rem (röntgen insan eşdeğeri) veya Sievert birimiyle ölçülmektedir. Ancak son yıllarda Rem yerine Sievert (Sv) kullanılması standart hale gelmiştir. (100 Rem = 1 Sv).
5. ELEKTRİK NASIL ÜRETİLİR?
Elektrik, bakır gibi iletken bir telin manyetik bir alan içinde hareket ettirilmesi ile üretilir. Elektrik jeneratörü, bir manyetik alan içinde dönen sarılı iletken tellerde elektrik akımı üreten bir makinedir. Evlerimizde, iş yerlerimizde, endüstride gereksinim duyduğumuz büyük miktardaki elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndürecek büyük güç santrallerine ihtiyaç duyarız.
Elektrik Üretim Yolları
Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür. İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir.
Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralın ısı üretilen bölümüne geri gönderilir.

Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak santrallerde ise, uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri bulunur. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman su buharıdır.
Elektrik üretmek için kullanılan hidrolik santrallerde ise, barajlarda biriktirilen su, bir su türbinini üzerinden geçirilir ve türbine bağlı elektrik jeneratörü döndürülerek elektrik üretilir.

Yukarda bahsedilen bu yöntemler büyük miktarlarda elektrik enerjisini üretmek için kullanılırlar. Bunların yanı sıra rüzgar, güneş ve jeotermik enerji kullanarak da elektrik üretilmektedir. Ancak bu tür kaynaklardan üretilen enerji miktarı asıl ihtiyacımızı kendi başına karşılamaktan uzaktır.

6. NÜKLEER GÜÇ SANTRALİ (REAKTÖRÜ)

Bir nükleer santraldeki sistemler diğer güç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilen buharın türbin jeneratörünü döndürerek elektrik üretilmesi felsefesi, temel olarak nükleer santrallerde de aynıdır. Nükleer santraller, ısı üretmek için nükleer reaksiyonu kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddeler ürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, bir çok nükleer santralde nükleer yakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbine gönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak için kullanılır. Bununla ilgili sistemlere Birincil Sistem adı verilir.


1. Reaktör kalbi
2. Kontrol çubuğu
3. Reaktör basınç kabı
4. Basınçlandırıcı
5. Buhar üreteci
6. Birincil soğutma su pompası
7. Reaktör korunak binası
8. Türbin
9. Jeneratör (Elektrik üreteci)
10. Yoğunlaştırıcı
11. Besleme suyu pompası
12. Besleme suyu ısıtıcısı
İkincil sistem ise birincil sistemdeki ısıyı alarak türbin jeneratörünü döndürmek için gerekli olan buharın üretildiği sistemdir.
Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır.
Soğutma sistemi ise, ikincil sistem içinde yer alan yoğunlaştırıcıyı soğutmak için kullanılır. Bu sistemde, sıcaklığı yoğunlaştırıcıya göre daha az olan deniz, göl veya ırmaklardaki su kullanılır. Suyun bolca bulunmadığı yörelerde ise soğutma kulelerinden faydalanılır.
Nükleer santraller birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerde adlandırılırlar. Şekilde görülen sistem, tipik bir "basınçlı su reaktörü"ne aittir. Dünyadaki 400 den fazla sayıda nükleer santralın yaklaşık olarak yarısı basınçlı su reaktörüdür. Basınçlı su reaktörlerinde, birincil sistem yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklara kaynamadan çıkarılması sağlanmıştır.
Buna ek olarak "kaynar sulu", "basınçlı ağır sulu" reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.
7. NÜKLEER SANTRALLER VE GÜVENLİK TEDBİRLERİ
Nükleer santrallerde, nükleer maddelerin çevreye bırakılmamasını ve aynı zamanda nükleer reaksiyon sonucunda oluşan ısının her durumda reaktörden alınmasını garantiye alacak şekilde birçok güvenlik önlemi alınmıştır. Nükleer maddelerin dışarıya salınmaması için kademeli koruma önlemleri, oluşan ısının alınması için ise yine kademeli ve yedekli sistem ve bileşenler bulunmaktadır.

Nükleer yakıt, seramik formunda, yaklaşık 1 cm çap ve yüksekliğinde silindirik parçaların art arda dizilmesiyle yine silindirik biçimde kapalı sızdırmaz tüpler içindedir. Bu tüplerin binlercesinin, aralarından soğutucu suyun geçmesine izin verecek şekilde bir araya getirilmesi ile de reaktör kalbi oluşturulmuştur. Bu kalp ise paslanmaz çelikten yapılan bir basınç kabının içinde bulunur (Basınçlı veya Kaynar Sulu reaktörlerde). Basınç kabı ve buna bağlı sistemler ise reaktör korunak binası adı verilen betondan yapılmış kubbemsi yapının içinde bulunurlar.
Dolayısıyla, yakıt içinde bulunan radyoaktif maddelerin dışarıya salınmalarını, seramik yakıt, yakıt tüpü, basınç kabı, çelik gömlek ve beton korunak binası, kademeli olarak engellemiş olurlar.
Nükleer santrallerin güvenliği için çok büyük paralar harcanır. Mesela Akkuyu?da kurulması planlanan nükleer santralin güvenliği, santralin maliyetinin % 40?ı kadardır.

8. NÜKLEER ENERJİ VE ÇEVRE
Nükleer enerji, çevre göz önüne alındığında birçok üstünlüğe sahiptir. Karbondioksit üretmediği için çevresel olarak en önemli problemlerden biri olan sera gazlarının(CO2, SO2, NOx,...) artmasına katkıda bulunmaz.
Örneğin, 40 yıl boyunca çalışan 1000 MW elektrik kapasitesindeki bir nükleer santralin yerine kullanılacak bir kömür santrali, yaklaşık 300 milyon ton sera gazının atmosfere bırakılmasına neden olur. Örnek olarak Muğla?nın Yatağan İlçesi?nde bulunan Termik Santralden 2001 yılının Mayıs ayında yeniden inversiyon (gaz çökmesi) baş göstermiştir. Termik santralin bitişiğinde bulunan Yeniköyde?de etkili olan inversiyon nedeniyle kükürt dioksit oranı 9 850 mikrogram/metreküpe (normal değer olan 400 µg/m3?ün 25 katı) ulaşmıştır.
Nükleer santraller, termik santrallerin aksine, kükürt dioksit, azot oksitler gibi asit yağmurlarına yol açan çeşitli gazları atmosfere bırakmazlar. Aşırı miktarda kül ve kül içindeki zararlı metalleri (özellikle radyoaktif uranyum) üretmezler.
Nükleer Santrallerin Etrafında Yaşayan İnsanlar Ne Kadar Radyasyon Alır?
Dünyada yaşayan her insan, topraktan, uzaydan, kullandığımız elektronik aletlerden kaynaklanan doğal radyasyona maruz kalmaktadır. Bu radyasyonun miktarı, yaşadığımız yöre ve koşullara bağlı olarak yılda yaklaşık 2-3 mSv civarındadır. Buna ek olarak, Nükleer Santrallerden alacağımız radyasyon ise doğal radyasyona göre çok çok küçük seviyede kalmaktadır. Örnek olarak Dünyada en fazla nükleer santralın olduğu Amerika Birleşik Devletleri?nde bu tür santrallerden dolayı halkın doğal radyasyona ek olarak aldığı miktar yılda 0,05 mSv?in altındadır.
Radyasyonla çalışan kişiler için, doğal radyasyonun üzerinde maruz kalınacak maksimum miktar ise, ülkelere göre yıllık 20 ile 50 mSv arasında değişiklik göstermektedir.
Nükleer Reaktörler Enerji Dışında Bir Şey Üretir mi?
Nükleer reaktörler, tıp ve endüstride kullanılan yararlı radyoizotopların üretilmesinde de kullanılırlar. Kanser tedavisinde, boru kaynaklarının tahribatsız muayenesinde kullanılan kobalt-60, tiroit bozukluklarının teşhis ve tedavisinde kullanılan İyot-131, doktorların vücut içini görme amacıyla kullandıkları çeşitli tarayıcı cihazlarda kullanılan teknesyum-99, akciğer havalanmasının ve kan akışının ölçülmesinde yararlanılan ksenon-133, bu izotoplara örnek olarak verilebilir.
Nükleer santrallerde elde edilen fazla enerji ise, ev ve seralarımızın ısıtılması, tuzlu sudan içilebilir su elde edilmesi, petrol üretimi gibi alanlarda kullanılmaktadır.

9. NÜKLEER SANTRALLER VE DEPREM

Nükleer santraller, Richter ölçeğine göre 8-8,5 şiddetindeki depremlere dayanıklı olarak inşa edilirler. Nitekim Türkiye?nin Akkuyu?da kurmayı kararlaştırdığı nükleer santral 8 şiddetindeki bir depreme dayanıklı olarak planlanmıştır. Türkiye?de şimdiye kadar olan en büyük deprem 7,8 şiddetindeki 1939 Erzincan depremidir. Akkuyu, Konya ve Karaman?ı da içine alan 6 numaralı deprem bölgesi, bütün tarihi boyunca 6,4 şiddetinden daha büyük bir deprem görmemiştir. Birkaç sene evvel Kobe?yi yıkan, hiç sağlam bina bırakmayan Kobe depreminden, Kobe?nin hemen yanında bulunan iki nükleer santral hiç etkilenmeden işlemeye devam etmişlerdir. ABD?de tam fayın üzerinde nükleer santral vardır ve 8,5 şiddetindeki depremlere dayanacak şekilde inşa edilmiştir. Konu mühendislik meselesidir.