NÜKLEER SANTRALLER - EPİTERMAL/GEMİ REAKTÖRLER 10.12.2018 2069 Kez Okundu

  

Atom enerjisinin tarihçesi ya da Nükleer Çağın Doğuşu Hiroşima’ya Amerikalılar tarafından atılan atom bombası ile başlamıştır. Bu bomba atom enerjisini bütün dünyanın gözü önüne sermiştir. Aslında nükleer çağı başlatan buluş ünlü Alman radyokimya bilgini Otto Hahn´nın 1939 da FİSYON olayını keşfidir. O zamana kadar parçalanmaz diye bilinen atomun parçalanıp büyük bir enerji elde etmesidir. Bundan dolayı da 16 Kasım 1945’te Nobel ödülüne layık görülmüştür. 

  

1896 Şubat ayında Fransız bilgini Henrin Becquerel ve asistanı Meri Qurie ikilisinin Radyoaktiviteyi mutlu bir rastlantı sonucu keşfetmiş olmaları nükleer çağa uzanan yolda başlangıcı simgeleyen bir km. taşıdır. 1911 yılında İngiliz bilgini Ernest Rutherford çekirdekli atom modelini ortaya koydu. Merkezde ağır bir çekirdek çevrede dönen hafif elektronlar. 

 

Gene aynı yıllarda Albert Einstein isimli genç bir fizikçi maddenin enerjiye dönüşebileceğini yani kitle ile ışık hızının karesinin çarpımı enerjiye eşit olacağını E = m.c2 formülünü düşledi. Einstein bu teorisi ile 1921 yılında Nobel ödülü ile ödüllendirildi ve 100 yılımızın tartışmasız en büyük fizik dehası olduğunu gösterdi. 1919 yılında Rutherford Alfa ışınları ile havanın azotunu oksijene dönüştürdü. Böylece ikinci nükleer olay olarak bir elementin komşusu elemente dönüştürülebileceği bulundu. 

 

Böylece insan ilk kez atom çekirdeğine müdahalede bulunup ilk yapay nükleer reaksiyonu gerçekleştiriyordu. FİSYON yani atomun parçalanması bulunuş sırasına göre üçüncü nükleer olaydır. Bu olayın başlangıcında İtalyan fiziğinin harika çocuğu Enrico Fermi vardır. Fakat Fermi bu bayrağı Berlin ekibi olarak adlandırdığımız Otto Hahn´a bırakır ve Ferme´nin yaptığı gibi Uranyumu nötronlarla ışınladılar ve Uranyum atomu takriben yarı ağırlıkta atomlara böldüler. Yunan filozofu Demokritus maddenin bölünmeyen en küçük parçasına Atomos yani bölünmez ismini vermişti. 

 

Şimdi artık 2300 yıllık inanış yıkılmakta ve atom bölünmektedir. Berlin ekibi şimdiye kadar hiç bir reaksiyonun vermediği kadar büyük ölçüde enerjinin açığa çıktığını hem hesaplayarak hem de deneyle gösterdiler. Ayrıca FİSYON adını verdikleri olayın şaşılacak kadar mükemmel bir açıklamasını yaptılar. 

 

Fakat bir noktayı yakalayamadılar oda Paris’ten geldi. Halbar, Joliyot Kovarski adlı bilginler olayda kullanılandan fazla nötronun doğduğunu da açıklayarak atomdan atoma sirayet eden ve büyük enerji veren ZİNCİR Reaksiyonunu ortaya koydular. Böylece ilerde kullanılacak olan nükleer reaktörler için büyük bir mesafe kat edildi. Zincir Reaksiyonunu uygulama safhasına koyanlar ise Amerikalılardır. Bunu da İtalya’dan Amerika´ya göç eden Enrico Fermi Büyük uğraşılar sonucu 2 Aralık 1942 senesinde Şikago’da 400 Ton Grafitin oluşturduğu birinci Şikago Yığını içinde Zincir Reaksiyonunu şehrin göbeğindeki Şikago Üniversitesinin stadyumunda gerçekleştirir. Atom Enerjisinde Kullanılan Yakıtlar: Nükleer yakıt sözcüğünü FİSYON yapan malzeme olarak tanımlarsak sadece üç malzeme bu tanıma girer. 

 

Uranyum 235, Plütonyum 239, Uranyum 233 tür. Bunlardan U-235 doğada çok çok az bir oranda bulunur. Doğal Uranyumun on binde yedisi U-235 gerisi de U-238’dir. Diğer iki malzeme nükleer reaktörde ortaya çıkan yapay malzemelerdir. Dünyada bir zamanlar bilinen Doğu bloku ülkeleri harici Uranyum rezervleri ülkeler arasında şu şekilde dağılmıştır. A.B.D. % 37, Kanada % 19, Güney Afrika Cumhuriyeti. %10.5, Avustralya % 7, Afrika’nın diğer ülkeleri % 10, Batı Avrupa % 9, Fransa % 2. Amerika % 4. Görüldüğü gibi bu rezervlerin büyük bir kısmı A.B.D. De bulunması stratejik özelliğe sahip bu maddenin ABD’nin dünyadaki nükleer yakıt ticaretinde söz sahibi olmasına ve bir takım kontrolleri uygulamasına sebep olmuştur. Hatta bunun yanında Türkiye´deki Uranyum rezervlerinden bahsetmek icap ederse ülkemizde yapılan Uranyum aramaları sonucunda Muğla, Aydın, Manisa yörelerinde olmak üzere 3900 tondur. Aynı zamanda düşük tenörlüdür. ABD’nin bilinen rezervi ise 1.866.000 tondur ve bize göre üç misli daha yüksek tenörlüdür. Ülkemizdeki Uranyumun tamamı çıkarılsa en büyük boydan sadece bir reaktöre 30 yıl yetebilecektir. Doğa’dan elde edilen bu cevher arıtma, saflaştırma, izotop zenginleştirme, yakıt elemanı üretim safhalarından geçirildikten sonra nükleer santrallarda kullanılabilecek bir yakıt durumuna girer. 

 

 

Nükleer Atom Reaktörleri: “İtalyan denizci Yeni Dünyaya henüz ayak bastı. Bunu öğrenmek istediğinizden eminim.” Saat 15.20, 2 Aralık 1942 Arthur Holly Compton. Dinlemiş 4 olduğunuz bu telgraf Dünyanın ilk nükleer reaktörünün çalışmaya başladığının Enrico Fermi tarafından Şikago’dan Washington’a müjdeleyen şifreli sözcüklerdir. Bu tarihin ilk nükleer reaktörüydü. Bu reaktör yukarıda bahsettiğimiz gibi birinci Şikago Yığınıdır. Bu reaktör ancak 28 dakika çalıştırılabilmiştir. 200 Watt gücüne sahip olmasına rağmen 1 Watt gücüne dahi çıkarılamamıştır. Çünkü bu reaktörün ne soğutması ve ne de radyasyon zırhı vardı. Bu reaktörü takiben gene Şikago’da Argone Ormanı içinde II.ci Şikago Yığın tabir edilen Grafit bloklar içine uranyum metal çubuklar sokulmak suretiyle bir deneme reaktörü daha çalıştırıldı. Bütün bu olaylardan 38 yıl geçtikten sonra 1980 yılı başlarında dünyada irili ufaklı, sivil askeri çalışan reaktör sayısı 800 aşmıştır. Buna ilaveten 236 nükleer elektrik santrali bu toplamın dışındadır. O günden bu yana bu alanda ne kadar ilerlenmiş olduğu rakamlardan anlaşılmaktadır. Bu insan yapısı reaktörlere ilaveten Batı Afrika ülkelerinden Gabon´un Oklo Uranyum Madeninde 100 yıl çalıştıktan sonra kendi kendine durmuş olan bir doğal reaktörde geçtiğimiz yıllarda keşfedildi. 

En kısa tanımı ile Nükleer Reaktör, içinde nükleer reaksiyonların kontrollü bir biçimde sürdürülen ortamdır; aynı nükleer olayların kontrolsüz bir biçimde olması halinde Atom Bombası diyoruz. Enerji veren iki tür nükleer reaksiyon vardır. Biri atomların parçalanması yani FİSYON diğeri de atomların birleştirilmesi olan FÜZYON olayıdır. Reaktörler FİSYON reaktörleri ve FÜZYON reaktörleri olarak iki ana gruba ayrılmaktadırlar. FİSYON reaktörleri de Nötronun kullanılış biçimine göre TERMAL yani ılık, EPİ-TERMAL yani sıcak ve HIZLI ÜRETKEN reaktörler diye üçe ayrılırlar. Tablo da göreceğiniz üzere burada TERMAL reaktörler incelenecektir. Bunun yanında EPİ TERMAL reaktör ve HIZLI ÜRETGEN reaktörlerden de bahsedeceğiz. Henüz deney safhasında olan FÜZYON ve KARMA reaktörlerden bahsetmeyeceğiz. 

FİSYON olayında bir uranyum atomunun parçalanmasından 200 Mega Elektron Volt enerjisi ortaya çıkar. İçinde trilyonlarca atom ihtiva eden 1 kilo uranyumun tamamen FİSYONA uğraması halinde ortaya çıkacak muazzam enerji 2000 ton petrolün yanmasına eşdeğerdir. Bundan anlaşıldığı gibi nükleer reaktörler her şeyden önce bir ısı kaynağıdırlar. 

 

Nükleer reaktörü oluşturan elemanların en önemlisi Uranyum yakıtıdır. Günümüz reaktörlerinin büyük bir kısmı U235 oranı % 3 e kadar zenginleştirilmiş Uranyum yakarlar. U235, uranyumun bir izotopudur. Bu zenginlikte U235 için reaktöre yüklenecek Uranyum yakıtı 85 tondur. Bu artık büyük bir reaktördür. Reaktörü oluşturan ikinci temel eleman nötron yavaşlatıcıdır. Nötron yavaşladıkça FİSYON yapma yeteneği artar. En iyi yavaşlatıcı olarak atom ağırlığı en hafif olarak Hidrojen elementidir. Buradan anlaşılacağı gibi Hidrojenli bir ortam aranan en iyi yavaşlatıcıdır. Bu Hidrojenli ortamda hepimizin bildiği sudur. FISYON olayı ile yakıt kızışır, bunu önleme içinde bir soğutucu akışkan bir pompa vasıtasıyla gerekli soğutma sağlanır. Bu pompa ve soğutucu akışkan bir pompa vasıtasıyla gerekli soğutma sağlanır. Bu pompa ve soğutucu akışkan 3. elemandır. Reaktörü oluşturan 4.cü ve son eleman Kontrol Çubuklarıdır. Her türlü ısı üreticisinin ısı kontrolü şarttır. Şöyle ki sobanın içindeki ateş kontrol edilmezse evi yakabilir aynı şekilde reaktördeki yakıtta kontrol edilmezse bomba olup patlamayacaktır. Bu kalp aşağı yukarı I MegaWatt gücündeki reaktörde 40 m3 bir silindirdir. Bunları özetlersek bu tip bir reaktörün kalbi yakıt, yavaşlatıcı, pompa ve kontrol çubuklarından meydana gelir. Bütün bu kalp 25 cm kalınlıkta 350° ısıya ve 160 Atm. basınca dayanıklı bir çelikten yapılmış bir basınç kabı ile muhafaza altına alınır. Reaktörün içindeki ısıyı azaltacak olan saniyede 50 ton suyu reaktörün kalbine basacak bir ana pompa, içinde çalışanları koruyacak olan biyolojik zırh, tamamen elektronik kontrol odası ve binanı dışını temsil eden betonarme güvenlik kabuğu, nükleer reaktörün ana kısımlarını teşkil ederler. 

 

 

Nükleer reaktörün en geniş kullanma alanı hiç şüphesiz elektrik enerjisi üretimidir. Isıl enerji evriminde nükleer reaktörler son halkayı temsil ederler. Nükleer reaktörler, enerji üretim araçlarının en son örneği olmakla birlikte termodinamik verimi en yüksek olanı değildir. Bu santrallarda üretilen enerjinin % 33’ü elektriğe dönüştürülebilmektedir. Hâlbuki kömür veya petrol gibi fosil yakıt yakan santrallarda bu verim % 42’ye ulaşmıştır. Bu husus nükleer santralların zayıf noktalarından biridir. Bunun yanında nükleer santrallar fosil yakıt yakan santrallara nazaran daha fazla ısıl kirlenmede yaparlar. Reaktör çalıştıkça Plütonyum denen yapay bir element kendiliğinden oluşur. 1000 MW gücünde bir nükleer reaktör yan ürün olarak yılda 270 kg Plütonyum üretir. Plütonyum askeri amaçlarla atom bombası üretiminde kullanılmaktadır. İşte bu amaçlara göre santrallar gerek elektrik eldesi ve gerekse de atom bombasının ana maddesi olan Plütonyum edesi için yapılmışlardır. 

 

Günümüze kadar ekonomik boyutlarda kurulmuş bütün reaktörler Termal reaktörlerdir. Dolayısıyla termal reaktörleri en iyi şekilde incelemeye çalışacağız. Tablodan da görüleceği üzere Termal reaktörler Nötron yavaşlatıcısına göre Hafif Su, Ağır Su, ve Grafit Reaktörler diye üçe ayrılırlar. HAFİF SU REAKTÖRLERİ: A.B.D. geliştirilmiştir. Gemilerde ve karada elektrik üreten bu santrallar ABD deki santralların % 80’nini temsil ederler. Yakıt olarak zenginleştirilmiş Uranyum, yavaşlatıcı ve soğutucu olarak hafif yani normal su kullanırlar. Nitekim ismini de bu kullanılan sudan almıştır. Hafif Su Reaktörleri de Basınçlı Su ve Kaynar Su diye ikiye ayrılırlar. 

 

 

BASINÇLI SU REAKTÖRLERİ

Başlangıçta bu santrallar deniz altı reaktörü olarak geliştirilmiştir. Yer darlığından dolayı küçük hacimde büyük güç üretilmek istenmiştir. İşte bu özellik Basınçlı Su Reaktörünü karada da ön plana çıkarmıştır. Rakibi olan diğer reaktörlerden boyutları itibari ile daha küçüktür ve de daha da ucuza mal olmaktadır. Reaktör kalbinin özgül gücü 100 MWt/m3. Bugün dünyada gemi reaktörlerinin tamamı ve karadaki santralların yarısı bu tiptir. Basınçlı Su Reaktörü günümüzün ve yakın geleceğin en önemli reaktör tipidir. Şekil 3.3.’te üç devre izlenmektedir. Birinci devre reaktörün içindeki su 160 ATM. Basınçta tutulur ve bir ısı değiştiricisinden geçirilerek suyun buharlaşması sağlanır, Reaktörün kalbindeki Kontrol Çubuklarından imalat hatalarından dolayı radyoaktif kaçaklar söz konusudur. Bundan dolayı birinci dolaşım çevresi Güvenlik Kabuğu içindedir. Burada olacak bir arıza reaktörün güvenliğinde büyük tehlikeler yaratır. 

  

 

İkinci devre ise Isı değiştirici, buhar türbin, jeneratör, yoğuşturucu pompa ve boru donanımlarından meydana gelir. Bu devrede Radyoaktif sızmalar çok azdır. Burada olabilecek arızalar reaktörün güvenliği üzerinde daha küçük tehlikeler yaratır. Üçüncü devre ise doğaya açılan devredir. Dışardan alınan su: Bu su nehir veya deniz suyudur; Bir pompa ile yoğuşturucuya basılır ve türbinden gelen çürük buhar yoğunlaştırılarak birinci devreye yollanır. Burada bir ısı kirlenmesi mevzubahistir. Fazla ısı kirlenmesi olursa soğutma kulesinden dışarı verilir. ABD de büyük bir kazaya sahne olan THree Mile İsland Reaktörü bu tür bir reaktördür. Kaynar Su Reaktörleri: Şekil 3.4’te bu tür bir reaktörün elektrik üreten santralinin şemasını görmekteyiz. 

 

 

Hafif Su Reaktörlerinin ikinci türüdür. İsminden de anlaşıldığı gibi su bu reaktörde kaynamakta ve buharlaşmaktadır, Böylece buhar haline gelen ve türbine gidip iş yapan reaktördeki soğutma suyudur. Bu durum basınçlı su reaktörüne göre bir devrenin eksilmesine neden olur. Yani İkinci devre pompası ve buna bağlı boru donanımına gerek yoktur. Dolayısıyla daha az parça daha az sorun demektir. Basınçlı su reaktörüne nazaran yarı basınçla ayni verim elde edilir. Daha az basınç malzemelerin daha az zorlanması ve kaza ihtimalinin azalması demektir. İçine konulan yakıt % 4 zenginleştirilmiş olup yakıt 4 yılda bir değiştirilir.

 

 

Bu reaktör türünün bu kadar avantajları olmasına rağmen dünyada ikinci planda kalmıştır. Basınçlı su reaktörüne göre önemli dezavantajları vardır. Bunları sıralamak gerekirse aynı güç için reaktör kalbi 1.52 misli büyümüştür. Bu büyüme ilk tesis maliyetini de arttırır. İkinci neden olarak çalışanların sağlığıyla ilgilidir. Soğutma suyuna karışabilecek radyoaktif Fisyon ürünleri türbine kadar rahat bir şekilde ulaşmasıdır. Üçüncü neden olarak reaktör soğutma devresinin güvenlik kabuğu dışında olması ve türbin dairesine kadar uzamasıdır. Ağır Su Reaktörleri: Kanada tarafından geliştirilmiş olup CANDU diye anılır. Dünyada çalışan ve kurulmakta olan nükleer santral gücünün % 5’ini temsil etmektedir. Buna rağmen gelecekte yıldızının parlayacağı tahmin edilmektedir. Türkiye´de Kanadalılar tarafından yapılacak AKKUYU’daki nükleer santral bu tür olacaktır. Şekil 3.5 CANDU tipi bir Ağır Su reaktörünün şemasıdır. Bu reaktör hafif su yerine Ağır su kullanmaktadır. 

 

 

 

 

Ağır Su D2 O Normal sudan % 11 daha ağırdır. Doğal suda % 00 1,5 (on binde bir buçuk) oranında bulunur. Ağır Su, suyun hidrolizi ile elde olur. Bu da aşırı enerji kullanılmasına ve paraya mal olur. Öyleyse ağır su neden kullanılmaktadır? Birinci neden ağır su normal sudan sonra en etkin nötron yavaşlatıcısıdır. İkinci olarak pratikçe hiç nötron yutmamasıdır. Böylece reaktörde zenginleştirilmemiş doğal uranyum yakıtı kullanılabilmektedir. Bu da yakıt zenginleştirme masrafını ortadan kaldırır. Böylece ağır su için harcananla yakıt zenginleştirme için harcanmayan birbirini dengeler. Ancak doğal uranyum yakıtı kullanılmasından dolayı reaktörün kalbi basınçlı su reaktörünün kalbine göre on kat büyümüştür. Nükleer reaktörlerin sınıflandırılması tablosunda birde zengin uranyum ağır su reaktörü görülmektedir. Fakat bu reaktör türü ticari uygulamada tutmadığından burada bu reaktör tipinden bahis edilmeyecektir. 

 

 

Grafit Reaktörleri: Nötron yavaşlatıcısına göre üçüncü sırada olan bu reaktör tipi dünyada kurulu santral gücünün % 7’sini temsil ederler. Bugün bu reaktör tipi sivil sanayide terkedilmiştir. Ancak plütonyum üretimi yönünden üstünlüğü, bu nükleer reaktörü askeri açıdan üstün kılmıştır. Grafit saf karbon olup kömürden elde edilir. Grafitin nötron yutması ağır sudan fazla, hafif sudan azdır. Grafit-Doğal uranyum ikilisi ile zincir reaksiyonu gerçekleşebilmektedir. Üstelik grafit, ağır suya oranla çok daha ucuz ve sanayinin yakından tanıdığı bir malzemedir. Ucuz yakıt, ile ucuz yavaşlatıcı iyi bir avantaj sağlamaktadır. Şekil 3.6’da Gaz-Grafit Reaktörünün Normal ve Geliştirilmiş Tiplerinin şemaları görülmektedir. Kanada hariç olmak üzere A.B.D. Sovyetler Birliği, İngiltere ve Fransa gibi teknoloji üreten bu ülkeler nükleer reaktör teknolojisine doğal Uranyum-Grafit ikilisiyle başlamışlardır. Bu tip reaktörün zamanla terkedilmesinde birçok sakıncalar vardı. Öncelikle boyutları gereği basınçlı su derecede arttırmaktadır. Reaktörün gazla soğutulması büyük gaz debilerine ihtiyaç gösterir. Çünkü gaz suya göre daha zayıf bir soğutucudur. Böylece vantilatör ve aspiratör elemanları devasa olmakta ve dolayısıyla aşırı derecede enerji sarfiyatı yapılmaktadır. Bu da santralda üretilen enerjinin bir bölümünün burada harcanmasına neden olmaktadır. Grafit, su ve ağır suya nazaran ekin bir yavaşlatıcı değildir. Ayrıca yakıtın doğal uranyum olması yüklenecek yakıt miktarını artırır buda reaktörün kalbini büyütür. Böylece grafit reaktörü hantal bir eleman olarak karşımıza çıkar. Gaz-Grafit Reaktörünün işletmecilere kök söktüren bir sorunu da yakıt zarfının korozyonudur. Böylece kalbin içindeki fisyon ürünleri uzun süre saklanamamaktadır. Büyük bir kazaya uğrayan Çernobil’deki reaktör, reaktörlerin sınıflandırılması tablosundan görülebileceği gibi Grafit Reaktörünün bir geliştirilmiş tipi olan zengin uranyum hafif su reaktörüdür. 

 

 

Buraya kadar nötron enerjisine göre Termal Reaktörlerin çeşitli tiplerini, elektrik üretimindeki önemlerine göre bir ağırlıkla inceledik. Bu incelemenin sivil yanıydı, birde askeri yani vardır. Şöyle ki elektrik üretiminde en yüksek olan Basınçlı Su Reaktörü plütonyum eldesi bakımından en sonuncudur. 1000 MW’lık bir Basınçlı Su Reaktörü için yılda 270 kg plütonyum elde edilir. Elektrik üretiminde en düşük olan Doğal Uranyum Gaz-Grafit Reaktöründe gene 1000 MW’lik bir reaktör için senede 617 kg. plütonyum elde edilmektedir. Buda bizlere elektrik enerjisi isteyen Basınçlı su Reaktör tipini seçmekte, nükleer silah isteyende Grafit Reaktörünü seçmekte olduğunu göstermektedir. 

 

 

EPİTERMAL REAKTÖR VEYA GEMİ REAKTÖRÜ

  

Yarı yavaşlatılmış nötronlarla çalışan bir reaktör tipidir. Fisyondan doğan hızlı nötronları tam yavaşlattıktan sonra kullanan reaktör tipi de Termal Reaktördür. Söz konusu bu iki reaktörde temelde aynıdırlar. Dolayısıyla yukarılarda Termal Reaktörler için anlatılan yapı ve çalışma şekilleri Epi-termal Reaktörler için de aynıdır. Epi-termal Reaktör küçük ve hafif reaktör yapmak ihtiyacından doğmuştur. İhtiyaçta denizaltı teknesinin dar hacmine bu reaktörü sağdırabilmekti. KÜÇÜK VE HAFİF REAKTÖR YAPABİLMENİN İLK ŞARTI SAF U235 YAKIT KULLANMAKTIR. Nükleer reaktörlü denizaltılarda % 90’nın üzerinde, yani bomba kalitesinde, zenginleştirilmiş uranyum kullanılmaktadır. Gemilerin pervanelerini harekete geçirebilmek uranyum kullanılmaktadır. Gemilerin pervanelerini harekete geçirebilmek için reaktörün içinde oluşan buharı türbine vermek gerekir. Yani reaktörün kalbine su almak ve dolaştırmak gerekir. Böylece suyun nötron yavaşlatıcı özelliğinden istifadede edilmiş olur. 

 

 

Reaktör kalbini küçültecek ikinci temel unsurda suyun içerde buharlaşmasına izin vermemektedir. Buharlaşmada basıncı yükseltmek suretiyle engellenir. Böylece hacim olarak küçük ve güççe büyük olan bu reaktör tipi yani gemi reaktörleri basınçlı su tipi reaktörlerinin bir değişik türüdür. Aslında basınçlı su reaktörü önce donanma için geliştirilmiş olup daha sonra tadil edilerek kara tipi meydana getirilmiştir. İlk denizaltı reaktörüne sahip olan denizaltı Nautilius olup 1954 Ocağında denize indirilmiştir. 1978 yılında 105 nükleer denizaltı hizmette görünüyordu. Sivil nükleer gemiler ise çalışmaları esnasında reaktörlerindeki sızıntıdan dolayı servisten kaldırılmışlardır. 

 

 

HIZLI-ÜRETKEN REAKTÖRLER

 

Şemada görüldüğü gibi Fisyon reaktörlerinin sonuncusunu inceleyeceğiz. Bugüne kadar ekonomik anlamda inşa edilen karada Termal, Denizde Epi-termal reaktörler olduğunu sizlere yukarıda anlatılan bölümlerden biliyoruz. Şu anda inceleyeceğimiz 

 

Hızlı-Üretken Reaktör ise geleceğin reaktörüdür. Hızlı-Üretken reaktörün iki özelliği vardır. Biri hızlı olması diğeri de üretken olmasıdır. Bu özelliklerin anlamı da şudur. Hızlı kelimesi reaktörün hızlı nötronlarla çalıştığını belirtir. Yani reaktörün içinde yavaşlatıcı kullanılarak nötronlar yavaşlatılmazlar. Bunu yapabilmek içinde çok zengin yakıt kullanmak gerekmektedir. Tipik bir değer olarak % 25 oranında zenginleştirilmiş U235 izotopu veya Plütonyum ihtiva eden Uranyum yakabilir. 

 

 

Üretkenlik sözcüğünde bu reaktörün Plütonyum üretmesidir. Öyle ki yaktığı U235 ten fazla Plütonyum üretir. Nedeni de nötronların hızlı olmasındandır. Zira nötronlar yavaşlatılsaydı Plütonyumda birlikte yanacak ve üretkenlik ortadan kalkacaktır. İşte bundan dolayı Hızlı-Üretken reaktör hem elektrik ve hem de Plütonyum üretimini bünyesinde birleştirebilen çift amaçlı bir reaktördür. Bu olay benzetilmek icap ederse odun kömürü elde etmek için yakılan oduna benzetilebilir. Şöyle ki burada ortaya çıkan ısı kaybolmakta fakat reaktörde bu elektrik enerjisine çevrilmektedir. Yakarak yakıt elde etmenin getirdiği birtakım sonuçlar vardır. Bu da ikileme zamanı dediğimiz olaydır. Başlangıçta reaktöre yüklenen U235 veya Plütonyum varlığının iki katı Plütonyum oluştuğu zamana ikileme zamanı diyoruz. ideal olarak yakıt beş yılda iki katına çıkar. Fakat bugün reaktörlerde kullanılan malzemelerde ikileme zamanına 30 yılda ulaşılabilmektedir. Görülüyor ki Hızlı-üretken reaktör aslında oldukça yavaş bir yakıt üreticisidir. 30 yıl bir nükleer reaktörün ekonomik ömrüdür. Böylece bir Hızlı-Üretken Reaktör emekli olunca bir sonrakinin yakıtını hazırlayabilmektedir. Hızlı-Uretgen Reaktörü anlayabilmek için yapısını ve işleyişini incelememiz gerekir. Şekil 3.10 da Hızlı-Üretgen Reaktörlü bir Elektrik santralının şemasıdır. 

 

 

Hızlı-Üretken Reaktörün yakıtı zengin Uranyumdur. Uranyumun U235 İzotopu yönünden zenginleştirilmesi aşırı pahalı bir işlem olduğundan doğal Uranyum içine Plütonyum katmak suretiyle zenginleştirilir. %75 UO2 ile 0/025 PuO2 tozları karıştırılarak yakıt elemanı elde edilir. 

 

 

1000 MW gücünde bir Hızlı-üretken Reaktörün kalbi yaklaşık olarak 30 Tondur Basınçlı Su Reaktörüne göre 3 te I oranında daha az yakıt yüklenir. Bu da reaktör kal binin küçülmesine neden olur. Ayrıca nötron yavaşlatıcı yani su. Ağır su ve grafit kullanılmadığından bunların işgal edeceği hacimden de kurtulunmuş olup reaktör kalbi gene küçülür. Bunlara bakarak bütün boyutların küçülmesi yatırım maliyetini azaltmaktadır. Diğer taraftan küçük hacimde büyük ısı üretmek teknik sorunları arttırmaktadır. FISYON ısısını dışarı alabilmek için soğutucu akışkan olarak ergimiş sodyum kullanılmaktadır. Sodyum 98 °C ergir 883° C de buharlaşır ve nötron yutmaz Sodyumun bu ergime ve buharlaşma ısıları arasındaki büyük farktan dolayı reaktör yüksek ısı ve basınç altında çalıştırılabilmektedir. Böylece reaktörün ısıl verimi fosil yakıt yakan Termik santrallar gibi % 40’a ulaşır. Aynı zamanda buharlaşma ısısının yüksekliği de reaktörde vuku bulacak bir kazada epey güvence getirmesidir. Battaniye, Hızlı-Üretken reaktörün kalbini çevreleyen Uranyum Örtüsüdür. 40 cm kalınlığında olan bu battaniye kalbin iki katı kadar Uranyum ihtiva eder ve fakir Uranyumdan yapılır. Kalbi çepeçevre saran bu battaniye nötronları tekrar içeri yansıtır ve aynı zamanda battaniyede de yüksek kalitede Plütonyum üretilir. Tabiatıyla burada da bir ısı açığa çıkar. Herhangi bir nedenle sodyum soğutucu ortadan kalkarsa reaktörün gücü yükselir. Bu durum bir Termal Reaktörde olursa bu güç düşer. Bunlara bakarak Termal Reaktörlere daha güvenli yapılar denebilir. Bu olasılık milyonda bir olasılıktır ve reaktör kalbinin ergimesine sebep olur. Bir Hızlı-Üretken Reaktörün dört devresi vardır. Sıvı sodyum havuzuna oturan reaktörün kalbi ve battaniyesi birinci devreyi. ısınan sodyumun soğuyarak tekrar reaktöre devredilmesi ikinci devreyi, ikinci devreden borularla geçen suyun buharlaşarak türbine yollanması üçüncü devreyi ve türbinden çıkan çürük buharın su haline getirilip üçüncü devreye yollanmasında dördüncü devreyi meydana getirir. Birinci devrede sıvı sodyumun çok iyi korunması gerekir. Zira sodyumun nötron ışınlaması altında radyoaktif hale gelir ve sodyumunda su ile teması patlama şeklinde olur. İşte bu durum Hızlı-Üretken Reaktörlerin en zayıf yanıdır. Bunları önlemek için bütün devreler dört adet paralel devreler halinde çalıştırılır. 

 

 

Böylece herhangi bir devrede bir kaza olursa diğer paralel devreler yardıma koşacaktır ve reaktör gene güvenli çalışacaktır. Hızlı-Üretken Reaktör kendi yakıtını kendi üretir. Zaten bütün çekiciliği buradadır. Termal Reaktörlerin yakıt yakma tekniğinin bütün çekiciliği buradadır. Termal Reaktörlerin yakıt yakma tekniğinin zayıf olmasından dolayı dünya uranyumu ancak bir yüzyıl dayanabilecektir. Halbuki Hızlı-Üretken reaktörlerin enerji üretimini üstlerine alması halinde uranyum krizini yüzyılların ötesine atacaklar ve buna ilave olarak Toryum cevherleri de kullanılır hale gelecektir. İşte bunları vadeden Hızlı-Üretken Reaktörler geleceğin enerji sorununu tek başına çözmeğe adaydır. Olayın diğer çarpıcı bir yönü de Hızlı-Üretken Reaktörün Termal Reaktörlerin artık yakıtıyla çalışacağıdır. Yani Termal Reaktörlerden biriken artık fakir yakıtlar değerlenecektir. İşte böylesine artık yakıtlara sahip olan ülkeler dünyada uranyum bitse veya ticareti durdurulması halinde bile HIZLI-ÜRETKEN Reaktörlerle hem bağımsız bir enerjiye sahip olacaklar ve hem de enerji sorunlarını çözmüş olacaklardır. 1000 MW’e Hafif Su Reaktörünün ömrü boyunca, yani 30 yıl içinde, 4260 ton fakir uranyumu artık olarak bırakacaktır. İşte bu kadar artık yakıtla aynı güçte tam 100 adet Hızlı-Üretken Reaktör ömürleri boyunca çalışabilecektir. 

 

 

 

Hazırlayan : Albert NAMET

Kaynak: Ulusal Muson Dergisi 1988 Sayı 66-67

 

Sizde Görüşlerinizi Bildirin

Yorumlar

Bu Yazıya Henüz Yorum Yapılmadı !