Nükleer enerji santrali
Nükleer santral, bir veya daha fazla sayıda nükleer reaktörün yakıt olarak radyoaktif maddeleri kullanarak elektrik enerjisinin üretildiği tesistir. Radyoaktif maddeler kullanılmasından dolayı diğer santrallerden farklı ve daha sıkı güvenlik önlemlerini, teknolojileri içerisinde barındırır.
Einstein; 1905 yılında 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. Dünyadaki ilk nükleer reaktör 1942 yılında Enrico Fermi’nin yürüttüğü bir proje sonucunda Amerika Birleşik Devletleri' nin Chicago, Illinois kentinde kuruldu.
Elektrik üreten ilk ticari nükleer güç santralı 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.
Tarihsel
İlk Nükleer santraller (1950-1960)
Dünyanın elektrik üreten ilk nükleer güç santralli, Amerika Birleşik Devletleri Idaho Ulusal Laboratuvarı'nda Deneysel Breeder Reaktörü I (EBR-I) 'dir ve 20 Aralık 19511'de hizmete girdi.
İngiltere ve Fransa gibi ülkeler de nükleer santrallerini geliştirmeye ve inşa etmeye başlıyor.
Chernobyl'den önce (1960-1986)
Sonraki yıllarda, birçok ülke nükleer enerjiyi elektrik enerji üretmenin uygun maliyetli bir yolu olarak gördü. Nükleer enerjinin dünyadaki payı hızla artıyor.
Dünya nükleer gücü, 1960'ta 1 gigawatt'tan (GW) 1970'lerin sonunda 100 GW'a ve 1980'lerin sonunda 300 GW'ye yükseldi.
Chernobyl (1986)
Dahası, bazı ülkelerde, nükleer kaza riski ve radyoaktif atık sorunu konusunda endişelenen kamuoyu, nükleer enerjinin terk edilmesine yol açmıştır.
Nükleer enerjinin yeniden canlanması (2000'lerde)
Fukushima faciası (2011)
2011'deki Fukushima nükleer kazası, birçok ülkeyi tekrar nükleer enerjiye sırt çevirmeye sevk etti. Almanya, Belçika, İsviçre ve Tayvan nükleer santrallerini kapatma kararı aldı. Mısır, İtalya, Ürdün, Kuveyt ve Tayland nükleer enerjiye girmeme kararı aldı.
Bugün
Özellikle çevre hareketlerinden gelen birçok eleştiriye rağmen, özellikle gelişmiş ülkelerde nükleer enerji hala çok var olmaya devam ediyor. Nükleer enerjinin payı, dünyada üretilen elektriğin% 10,5'i veya 400 Gigawatt'ı temsil ediyor.
Rüsya devi Rosatom, Hindistan, Pakistan, Bangladesh veya Türkiye'de birkaç nükleer reaktör inşa edecek.
Çalışma Prensibi
Reaktörün kalbinde, ana madde olarak uranyum kullanılır. Uranyumun atomlarınin bölünmesi sonra ortaya yüksek miktarlarda enerji çıkmaktadır. Uranyum, bu şekilde fisyon (atomun iki veya daha fazla çekirdeğe bölünmesi) tepkimesine girer. Fisyon tepkimesi ile oluşan yüksek miktardaki enerji, su buharını yüksek sıcaklıklara kadar ısıtır. Oluşan buhar, elektrik jeneratörü türbinlerine iletilir. İletilen buhar da türbin şaftını çevirerek elektrik üretimini sağlar. Bu mekanik dönme hareketi sonucunda alternatörlerde elektrik elde edilir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir. Türbinden çıkan, ısı enerjisi yani sahip olduğu basınç ve sıcaklığı düşmüş olan buhar, tekrar kullanılmak üzere yoğuşturucuda (kondenser) yoğuşturulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar reaktörün kalbine gönderilir. Yoğuşturucu da su buharının faz değişimini yapabilmek için çevrede bulunan deniz, göl gibi su kaynaklarını soğutucu olarak kullanır.
Güvenlik Sistemleri
Reaktör koruma sistemi
Hemen nükleer reaksiyonu sonlandırmak için tasarlanmıştır. Zincirleme tepkimeyi kırarak , ısı kaynağını ortadan kaldırır.
Engelleme sistemleri
Engelleme sistemleri çevreye radyoaktif madde salınımını önlemek için tasarlanmıştır. Bazı engelleme sistemleri şunlardır:
Yakıt kaplama
Nükleer yakıt etrafında koruma tabakası olan ve reaktör soğutma devresi boyunca yakıtı korozyondan korumak için tasarlanmıştır
Reaktör kabı
Nükleer yakıt etrafında koruyucu ilk katmandır ve genellikle bir nükleer reaksiyon sırasında salınan radyasyonun çoğu yakalamak için yüksek basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır.
Birincil çevreleme
Birincil çevreleme sistemi genellikle reaktör kabını içeren büyük bir metal ve beton yapıdan oluşur. Birincil çevreleme sistemi sızıntı ve güçlü iç basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır.
İkincil çevreleme
Bazı santrallerde, birincil sistem kapsayan ikincil çevreleme sistemi vardır. Türbin dahil buhar sistemlerinin çoğu, radyoaktif malzemeleri içerdiğinden bu sistem çok yaygındır.
Çekirdek alıcı
Tam erime durumunda, yakıt büyük olasılıkla binanın beton zemin üzerine sona erer. Birincil çevrelemede zemin genellikle nükleer erimeye karşı yeterli koruma sağlayan betondan oluşur. Bu büyük bir sıcaklığa dayanabilir. Buna rağmen çekirdek betonu eritecek endişeleri sebebiyle, bir "çekirdek tutucu " icat edilmiştir. Bugün, tüm yeni Rus-tasarlanmış reaktörler çevreleme binanın alt çekirdek-yakalayıcılar ile donatılmıştır.
Nükleer Enerji Nedir?
Enerji Yoğunluk Oranları
- Hidrolik enerji yoğunluğu (~0.001 kj/gr)
- Kimyasal enerji yoğunluğu (~40 kj/gr)
Atom Enerjisi
• Atomun yapısının araştırılması ile başlayan süreç insanoğlunu hidrolik ve kimyasal enerjiden kat kat daha yoğun olan nükleer enerjiyi kullanma imkanına kavuşturmuş ve insanoğlunun uzaya açılmasının önündeki en büyük engellerden birini ortadan kaldırmıştır.
• Nükleer enerjinin kullanılması bu gün için alternatifsiz olarak gözükmektedir. Özellikle uzay çalışmalarında nükleer enerjinin önemi kıyas almayacak derecede büyüktür.
• Kütle enerjisi (~90 trilyon kj/gr)
Nükleer Enerji Nasıl Oluşur?
1- FİSYON (Çekirdek Parçalanması)
2- FÜZYON (Birleşme)
1- Fisyon yani ağır atom çekirdeklerinin parçalanmasıyla açığa çıkan çok güçlü enerjiler. Bunları günlük yaşamımızda kullandığımız elektrik enerjisine çevirmenin yolu nükleer enerji santralleridir.
235U + 1n → 236U*→140Cs + 93Rb + 31n
2- Füzyon reaksiyonunda küçük kütleli çekirdekler birleşip büyük bir çekirdek oluştururlar. Güneş ve yıldızların enerji üretimleri füzyon reaksiyonlarına dayanır, yani evrenin oluşumundaki enerji kaynağı füzyon reaksiyonlarına dayanır. Füzyon çevre dostu, temiz bir enerjidir. Füzyon yakıtı hidrojenin izotopları döteryum (D) deniz suyundan, tridyum (T) ise yapay olarak elde ediliyor.
D + D → He + n + .enerji
T + D → He + n + .enerji
- Bu reaksiyonların gerçekleşebilmesi için T = 100 milyon °C sıcaklığa kadar erişilmesi gerekir. Güneşin yüzey sıcaklığı 6000 °C dir.
- Bir ton deniz suyu yaklaşık olarak 33 gr döteryum içerir.
- 1 gr döteryum-trityum füzyon reaksiyonundan elde edilecek enerji yaklaşık 160 Milyon KJ dur.
E=m.c²
Nükleer tepkimeler, parçalanma ürünlerinin toplam kütlesi, ilk çekirdeğin kütlesinden küçük olduğunda açığa enerji çıkarırlar. E=mc² formülü uyarınca “kayıp kütle“ ürünlerin kinetik enerjisi biçiminde ortaya çıkar.
- 1 kg U-235 izotopunun fisyon yapması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğerdir. Yaklaşık 22 milyar KJ enerji ortaya çıkacaktır.
Zincirleme Reaksiyon
Fisyon sonucunda ortaya çıkan nötronların, ortamda bulunan diğer fisyon yapabilen atomların çekirdekleri tarafından yutularak, onları da aynı reaksiyona sokması ve bunun ardışık olarak tekrarlanmasıdır. Kontrolsuz bir zincirleme reaksiyon, çok kısa bir süre içinde çok büyük bir enerjinin ortaya çıkmasına neden olur; atom bombasının patlaması bu şekildedir.
- Nükleer santrallerde zincirleme nükleer reaksiyonlar sürekli – kontrollü ve güvenli bir şekilde oluşur.
Türkiye'de Nükleer Enerji
- 1200 – 1400 MW gücünde bir santral
- 6-7 yıllık bir inşaat tesis süresi
- 4- 4.5 milyar $ lık bir yatırım
- Birkaç bin kişilik işgücü
Nükleer Santral Devreye Girdiğinde:
• Kapasitesi 10 milyar kWh
• Yıllık getirisi en az 300 milyon $
• Ve en az Atatürk Barajı kadar enerji üretecektir.
Radyasyon
İnsanlar doğal çevreden ve yapay kaynaklardan sürekli radyasyon alarak yaşarlar.
- Doğal radyasyon = %88
- Yapay radyasyon = %12
- Nükleer santralin etki alanında yaşayan bir kişinin alacağı ek radyasyon, tek bir göğüs röntgeni çektirmekle alınacak radyasyonun ellide biri kadardır.