Nükleer Santral Nasıl Çalışır?
Nükleer Santral Nedir?
Nükleer santral nasıl çalışır sorusuna cevap vermeden önce nükleer enerjiyi açıklamak gerekmektedir. Nükleer enerji, atom çekirdeklerinin bölünmesi veya birleşmesi sonucu ortaya çıkan enerjiyi kullanarak elektrik enerjisi üreten bir teknolojidir. Nükleer enerji santralleri, genellikle nükleer reaktörlerde kontrol edilen bir nükleer fisyon sürecini kullanarak enerji üretir. Nükleer enerji, nükleer enerji santrallerinde kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. Yapısı gereği termik santrallere çok benzerdir ancak kullanılan yakıt çok daha tehlikelidir ve kontrol sistemi farklıdır.
Nükleer Fisyon Nedir?
Nükleer santral nasıl çalışır sorusunu yanıtlamadan önce füzyon ve fisyon tepkimelerini açıklamak gerekir. Teknik olarak fisyon, atom çekirdeğinin bölünmesi olayıdır. Bölünme olayının yapılabilmesi için atom çekirdeğinin ağır olması, bölünebilir olması gerekir. Bu bölünmeyi sağlayabilmek için atoma nötronlar fırlatılır. Fisyon tepkimeleri için nükleer enerji santralleri genellikle uranyum-235 gibi bölünebilen atomları kullanır. Fisyon, bir nükleer reaktörde gerçekleşen bir çekirdek bölünmesi sürecidir. Örneğin, uranyum-235 çekirdeği nötronlar tarafından bombardımana uğradığında bölünerek enerji ve ek nötronlar ortaya çıkar. Bu nötronlar diğer uranyum-235 çekirdeklerini de bölerek zincirleme bir reaksiyonu başlatır.
Nükleer Füzyon ile Fisyon Arasındaki Fark Nedir?
Fisyon ile füzyon birbirlerinin zıt yönde oluşan nükleer tepkimelerdir. Fisyon atom çekirdeğinin bölünmesi olayıdır. Ağır bir atoma nötron fırlatarak çekirdeği bölünebilirken, bu sırada büyük bir ısı enerjisi açığa çıkar. Füzyon ise iki hafif atomun birleşerek ağır bir çekirdek oluşturmasıdır. Bu olay yıldızlarda gerçekleşir. Örneğin bizim yıldızımız olan güneş, füzyon reaksiyonu gerçekleştirerek dışarıya ısı ve ışık enerjisi yayar. Yıldızların çekirdeklerinde yüksek sıcaklık ve basınç altında hidrojen atomları birleşerek yani füzyon tepkimesi oluşturarak Helyum atomuna dönüşür. Bu tepkime sonucunda ortaya büyük bir ısı ve ışık enerjisi ortaya çıkar. Bu yüzden biz güneşten dünyamıza ısı ve ışık enerjisi alabiliyoruz. Eğer güneşte füzyon tepkimeleri sonlanırsa, güneşin yakıtı bitmiş demektir ve artık çevresine enerji yayamayacaktır. Bu sonuçla dünyadaki yaşam da sona erecektir.
Nükleer Santral Nasıl Çalışır?
Nükleer Reaktör Nedir?
Nükleer fisyon süreci, nükleer reaktör adı verilen bir yapı içinde kontrol edilir. Nükleer reaktörde, fisyon reaksiyonunun hızını kontrol etmek için nötron emici malzemeler (genellikle bor veya kadmiyum) kullanılır. Bu malzemeler, fazla nötronları emerek reaksiyonu yavaşlatır veya durdurur. Reaktör içindeki bu kontrol mekanizmaları, istenen enerji seviyesini sağlamak için düzenlenir.
Nükleer Santral Çalışma Prensibi
Reaktörün içerisinde, ana madde olarak uranyum-235 atomu kullanılır ve uranyumun parçalanması sonucu ortaya çıkan yüksek enerji miktarı elektrik enerjisine çevrilir. Fisyon tepkimesi ile oluşan bu büyük enerji, su buharını yüksek sıcaklıklara kadar ısıtarak, buharın türbin şaftını çevirmesini sağlar. Oluşan buhar, buhar türbinlerine iletilir ve bu mekanik dönme hareketi elektrik üretimini alternatör vasıtasıyla sağlar. Jeneratörde üretilen elektrik, bir transformatör aracılığıyla yüksek gerilime dönüştürülür ve enerji nakil hatları aracılığıyla kullanılacağı yerlere iletilir.
Türbinden çıkan ve basınç ile sıcaklığı düşmüş olan buhar, yoğuşturucuda (kondenser) tekrar su haline dönüştürülür. Yoğuşturucu, bu faz değişimi için çevrede bulunan su kaynaklarını, örneğin deniz veya göl gibi, soğutucu olarak kullanır. Ardından, yoğuşturulan su tekrar reaktörün merkezine gönderilerek döngüyü tamamlar. Bu sistemde su, aynı termik santrallerde olduğu gibi sürekli bir döngü içinde kullanılarak enerji üretimi sürdürülür.
Nükleer Reaktörde Fisyon Tepkimesi Kontrolü Nasıl Sağlanıyor?
Nükleer reaktördeki kontrol çubukları genellikle nötron absorbe edici materyaller içerir. Bu materyaller, nötronları emerek zincirleme fisyon reaksiyonunu kontrol altında tutar. Özellikle bor, gümüş veya kadmiyum içeren çubuklar sıklıkla kullanılır. Bu materyaller, nötronları absorbe ederek reaktördeki nötron akışını azaltır. Reaktör operatörleri, reaktörün güç seviyesini ayarlamak için bu çubukların konumunu değiştirebilirler. Çubukların tamamen çekilmesi, nötronların serbestçe hareket etmesine izin verir ve zincirleme fisyon reaksiyonunu hızlandırır, böylece reaktörün gücü artar. Tam tersi durumda, çubukların tamamen yerleştirilmesi nötron emilimini artırır ve reaktörün gücünü düşürür. Ayrıca, reaktördeki otomatik kontrol sistemleri, nötron akışını izler ve reaktörün istenilen güç seviyesinde kalmasını sağlamak için çubukların otomatik olarak ayarlanmasını sağlar. Bu sistemler, reaktördeki güç dalgalanmalarını önlemek ve güvenli bir çalışma sağlamak için önemlidir.
Nükleer Santraller Güvenli mi? Nükleer Santrallerdeki Riskler ve Güvenlik Unsurları Nelerdir?
Nükleer enerji, dünya genelinde enerji ihtiyacını karşılamak için önemli bir kaynak olmuştur. Ancak, nükleer santrallerin işletilmesi beraberinde çeşitli riskleri ve güvenlik konularını da getirmektedir. Nükleer santrallerdeki en önemli riskler; nükleer kazalar, radyoaktif sızıntılar, atık materyallerin yönetimi ve geri dönüşümü, terör tehditleridir.
Nükleer Kazalar: Nükleer santrallerdeki en ciddi risklerden biri, nükleer kazalardır. Fiziksel hasar, operatör hataları veya doğal afetler gibi etmenler, reaktör güvenliğini tehdit edebilir. Çernobil ve Fukushima gibi tarihi nükleer kazalar, bu endişelerin ne kadar ciddi sonuçlara yol açabileceğini göstermiştir.
Radyoaktif Sızıntılar: Nükleer kazaların bir sonucu olarak ortaya çıkan radyoaktif sızıntılar, çevre ve insan sağlığı için büyük bir tehdit oluşturabilir. Radyoaktif maddelerin su kaynaklarına, toprağa ve atmosfere yayılması, uzun vadeli etkileri beraberinde getirebilir.
Atık Yönetimi: Nükleer santrallerin faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan nükleer atıkların güvenli bir şekilde yönetilmesi, önemli bir konudur. Bu atıkların uzun ömürlü radyoaktif özellikleri, doğru bir depolama ve bertaraf süreci gerektirir.
Terör Tehdidi: Nükleer santraller, terörist saldırılara karşı da hassas olabilir. Eğer kötü niyetli kişiler veya gruplar, santrallere yönelik saldırı düzenlerse, bu durum ciddi sonuçlara yol açabilir ve nükleer malzeme ele geçirme riskini artırabilir.
Nükleer enerji santralleri, yüksek düzeyde güvenlik önlemleri ile donatılmıştır. Reaktörlerdeki kontrol sistemleri, acil durum duruşları ve soğutma sistemleri gibi önlemler, çevresel etkileri minimize etmek ve nükleer kazaları önlemek amacıyla tasarlanmıştır. Nükleer santrallerdeki riskleri minimize etmek ve güvenliği sağlamak adına çeşitli önlemler alınmaktadır. Yüksek güvenlik standartları, sıkı denetimler, operatör eğitimleri ve teknolojik gelişmeler, nükleer santrallerin daha güvenli bir şekilde işletilmesini sağlamak için kullanılan araçlardır. Sonuç olarak, nükleer enerji, enerji ihtiyacını karşılamada etkili bir yol olabilir ancak bu avantajlar, beraberinde ciddi riskleri de getirir. Sürekli geliştirilen güvenlik önlemleri ve katı denetimler, nükleer santrallerin güvenliğini artırmak ve olası riskleri en aza indirmek için kritik öneme sahiptir. Nükleer enerji kullanımının gelecekteki sürdürülebilirliği, bu risklerin etkili bir şekilde yönetilmesine bağlıdır.
Dünyada Nükleer Enerji Kullanımı
Temmuz 2023’te, dünya genelinde toplamda 410 nükleer reaktör faaliyet gösterirken, 31 ülkede bu reaktörlerin işletildiği, ayrıca 17 ülkede ise toplamda 57 adet nükleer reaktörün inşa halinde olduğu bilinmektedir. Dünya elektrik arzının yaklaşık %10’u, nükleer santrallerde üretilen elektrikle sağlanmaktadır. Burada Fransa elektrik enerjisi ihtiyacının yaklaşık %60 ile dünyada en çok nükleer enerjiden karşılayan ülkedir. Bunun yanında Slovakya, Macaristan, Belçika’da yaklaşık enerji ihtiyacının yarısını nükleer enerjiden karşılamaktadır. Şu an inşa halinde olan nükleer santrallerin çoğu Çin’de bulunurken, bunun yanında Rusya, Hindistan, Güney Kore, Birleşik Arap Emirlikleri, ABD ve Fransa ile Türkiye’de bulunmaktadır.
Ülkemizde Nükleer Santral Kullanmalı Mıyız?
Ülkemizde Mersin Akkuyu Nükleer Santralinin planlanan kurulu gücü 4800 MW’dır. 1200 MW’lık 4 adet reaktörden oluşan santralin ilk reaktörü 2024 yılında devreye alınması planlanmaktadır. Sinop Nükleer Santrali için de saha onayı değerledirme başvuru süreci başlamıştır. Şu an ki plana göre kurulu gücü 8400 MW’e kadar çıkabilecek en az 4 veya 6 reaktörden oluşması düşünülmektedir.
Türkiye’nin nükleer enerji kullanımındaki temel amacı, diğer ülkerde olduğu gibi enerjinin dışa bağımlılığını azaltmaktadır. Yıllar ilerledikçe ülkemizin enerji ihtiyacı gittikçe artmakta ve dışarıya ödenen enerji bedellerinin maliyeti de buna paralel olarak artmaktadır. Nükleer santrallerle doğal gaz ithalatının büyük ölçüde azaltılması planlanmaktadır. Çünkü şu an ki (2024 yılı) değerlere göre ülkemiz Mersin ve Sinop nükleer santrallerinin devreye alınmasıyla yaklaşık 10-15 milyar USD’lik doğalgaz ithalatından kurtulacaktır. Bu da cari açığı düşürecektir. Her iki santralin yıllık uranyum enerji bedeli yaklaşık 1 milyar USD civarındadır. Doğalgaz ile kıyaslandığında en az 10 katlık bir tasarruf sağlanmış olacaktır. Aynı şekilde enerjide dışa bağımlılık azalması, enerji fiyatlarındaki fiyat istikrarını sağlayacaktır. Ekstra olarak yaklaşık 20.000 insanın istihdam edilmesi düşünülmektedir.
Türkiye henüz nükleer enerji kullanımına geçmedi. Mersin Akkuyu Nükleer Santrali’nin ilk reaktörü 2024 yılında devreye alınması planlanıyor. Karşılaştırma tablosunda uranyumun yüksek ısı enerjisi değeri göze çarpmaktadır. Nükleer enerji de karbon emisyonu anlamında çevreye zarar vermez iken, radyasyon yayılımı anlamında büyük çevre felaketlerine sebep olabilir. Bilinen Çernobil faciasından sonra yine 2011 yılında büyük bir depremden sonra Japonya’nın Fukushima nükleer santralinde bir radyasyon yayılımı tespit edilmişti. Diğer enerji kaynaklarıyla kıyaslandığında uranyum, maliyetine göre ortaya çıkarabileceği elektrik enerjisi miktarı, oranı diğerlerine göre daha avantajlı durumdadır. Ancak en ufak bir hataya tahammülü olmayan nükleer santrallerin yönetimi ve işletilmesinde büyük riskler olduğu gerçektir. Özet olarak öncelik yenilebilir enerji kaynaklarına verilmesiyle kaydıyla, yüksek işletme ve radyasyon riskiyle uranyum ülkemizin enerji ihtiyacının karşılanmasında fiyat & performans bakımından avantajlı olduğu gözükmektedir.
