NÜKLEER ENERJİNİN TARİHÇESİ
1934' de İtalyan bilim adamı Enrico FERMİ Roma'da yaptığı deneyler sonucu nötronların çoğu atom türünü bölebileceğini buldu.Uranyum nötronlarla bombalandığında beklediği elementler yerine uranyumdan daha fazla hafif atomlar buldu.
1938' de Almanya'da Otto HAHN ve Frittz STRASSMAN radyum ve berilyum içern bir kaynaktan uranyumu nötronlarla bombaladıklarında Baryum-56 gibi daha hafif elementler bulunca şaşırdılar.Bu çalışmalarını göstermek için Nazi Almanya'sından kaçmış Avustralya'lı bilim adamı Lisa MEITNER' e götürdüler.
MEITNER o sıralarda Otto R.FRISCH' le çalışıyordu.Yaptıkları deneyler sonucunda oluşan baryum ve diğer yeni oluşan maddeleri uranyumun bölünmesi sonucu oluşan maddeler olduğunu düşündüler ,ama reaksiyona giren maddenin atomik kütlesiyle ürünlerin atomik kütlesiyle ürünlerin atomik kütleleri birbirini tutmuyordu.Sonra EINSTEN' in E=m.c.c formülünü kullanarak ortaya enerji çıkışını buldular,böylece hem fisyon hem de kütlenin enerjiye dönüşümü teorisini ispatladılar.
1939' da BOHR Amerika'ya geldi. HAHN-STRASSMAN-MEITNER' in araştırmalarıyla ilgilendi.Washington'da FERMI ile buluştu ve kontrollü bir ortamda kendini uzun bir süre canlı tutabilecek zincirleme reaksiyon olasılığını tartıştılar.Bu reaksiyon sonucu atom büyük bir enerji ortaya çıkararak bölünüyordu.
Tüm Dünya'da bilim adamları kendini uzun süre canlı tutabilecek zincirleme bir reaksiyonun olabileceğini açıkladılar.Yeterli miktarda uranyumun uygun koşullarda biraraya getirilmesi gerekiyordu.Gerekli olan bu uranyum miktarına kritik kütle adı verildi.
FERMİ ve Leo SZILARD 1941' DE zincirleme uranyum reksiyonuna uygun bir reaktör tasarladılar.Bu bir uranyum ve grafit istifinden oluşuyordu. Uranyum grafit istifi içinde küp şeklinde fisyona uygun bir kafeste saklanıyordu. 1942' de FERMI ve ekibi Chicago Üniversitesi' nde biraraya geldiler ve Dünya'nın ilk rektörünü Chicago-1' i açtılar.Burada grafite ek olarak bir de kadmiyum ve çubuklar kullanıldı. Kadmiyum metalik bir element idi ve nötron emme özelliği vardı.Çubuklar içeri girdiğinde daha az nötron bulunuyordu ve bu reaksiyonun hızını azaltıyordu. 20 Aralık 1942' de Chicago'da tanıtım için biraraya geldiler. 3:25'te reaksiyon kendini besleyebilir duruma geldi ve Dünya nükleer çağa girmiş oldu.
A.B.D'de Manhattan Proje' si altında nükleer çalışmalar askeri amaçlarla yürütüldü.Savaştan sonra ise sivil amaçlar için nükleer araştırma yapılması için 1946' da A.E.C ( Atomik Enerji Komisyonu ) kuruldu. 1951' de Arco' da ilk elektrik üreten reaktör açıldı. 1957' de ise finansal elektrik üreten ilk santral Shippingport , Pennsyle-vania' da tam üretime geçti.Askeri alanda da Amerikalılar 1945' te attıkları iki atom bombası dışında 1954' de nükleer bir denizaltı olan Nautilus' u devreye soktular. 1951 ve 1952' de gerçekleştirilen iki ön denemeden sonra 1954' de ilk termonükleer bomba' yı Bikini' de başarıyla denediler.
Diğer yandan Ruslar'da 1954' de Obninsk' de küçük bir nükleer santral çalıştırmaya başladı. 1962' de İstanbul'da Küçükçekmece gölü kıyısında kurulan 1 MW'LİK TR-1 araştırma reaktörüyle araştırmalara Türkiye'de de başlandı. 1980' lerde bu reaktörün gücü 5 MW' a çıkarıldı . (TR-2) U-235'ce %93 zenginlikte yakıt kullanan havuz tipi bu reaktörde,çekirdek fiziği araştırmaları, radyoizotop üretimi gibi alıştırmalar yapılmaktadır.Şu günlerde ise Akkuyu' da yeni bir nükleer enerji santralin çalışmaları sürdürülmektedir.
Dünya'da nükleer enerji üretimi
Amerika Birleşik Devletleri: % 30 - Fransa: % 15 - Eski Sovyet Cumhuriyetleri: % 10 - Japonya % 8 - Almanya % 7 - Kanada % 4 - İsveç % 3.5 - U.K. % 3.3 - İspanya % 2.7' dir.
Nükleer Enerji Nedir?
Atom Çekirdeklerinin fisyonu yada kaynaşması sırasında açığa çıkan enerjiye nükleer enerji denir. Einstein, belli miktarda bir madde ile belli miktarda enerji arasında eşdeğerlik bulunduğunu göstermiştir.
Daha açık bir deyişle m kütleli bir madde yok olursa e=mc2 büyüklüğünde bir enerji açığa çıkar. Bu formüldeki c ışık hızı, çok büyük bir sayıdır, dolayısıyla da çok küçük bir madde kütlesinin yok olması, çok büyük bir miktarda enerjinin açığa çıkmasına yol açar.
Uranyum ya da plütonyum gibi bazı atomların çekirdekleri, nötron bombardımanına tutulduklarında patlamakta ve bu çekirdeklerden çok daha küçük kütleli, sayılamayacak kadar çok tanecik vererek parçalanmaktadır. Patlama öncesi ve sonrasındaki taneciklerin kütleleri arasındaki fark, atom çekirdeklerinin parçalanması sırasında yiten yeni enerjiye dönüşen madde miktarıdır. Bu olaya fisyon (zincirleme tepkime) denir. Eğer bu olay çok sayıda çekirdekte aynı anda doğarsa, bir bomba elde edilir. Bu enerjiyi kullanılabilir duruma getirmek için, nükleer reaktörlerde tepkime yavaşlatılır. Böylece elde edilen büyük enerjiyle bir sıvı ısıtılarak, elektrik enerjisi üretiminde kullanılır.
Nükleer Tepkime
Nükleer tepkimede atomun tam ortasında bulunan, nötron ve protonlardan oluşan atom çekirdeği değişikliğe uğrar ve bu tür tepkime sırasında atom kütlesinin bir bölümü enerjiye dönüşür.
Nükleer tepkimede, herhangi bir kimyasal tepkimede açığa çıkabilecek olanın milyonlarca katı kadar enerji açığa çıkar ve kimyasal tepkimeden farklı olarak, bir element bir başka elemente dönüşür.
İki tür nükleer tepkime vardır: Çekirdek bölünmesi (Nükleer fisyon) ve çekirdek kaynaşması (Nükleer füzyon).
Nükleer fisyon ve nükleer füzyon nedir?
“Fisyon” ve “füzyon” nükleer (çekirdeksel) tepkimelerdir. Bu nedenle, kimyasal tepkimelerden farklı olarak atomun çekirdeğinin yapısında değişiklikler meydana getirirler.
Fisyon (bölünme) kararlılığı az olan ağır çekirdeklerin bölünerek, daha kararlı çekirdeklere ayrışmasıdır. Atom bombası, bir fisyon tepkimesi örneğidir. Büyük bir çekirdeğe sahip olan Uranyum atomu, nötronlarla bombardıman edilir ve çekirdeği ikiye bölünür. Açığa çıkan nötronlar, diğer Uranyum çekirdeklerini de etkiler ve gittikçe hızlanan bir tepkimeler zinciri ortaya çıkar. Böyle tepkimelere “zincir tepkimesi” denir. Sonuçta oldukça büyük bir enerji açığa çıkar. Nükleer santrallerde üretilen elektrik, fisyondaki zincir tepkimesinin yavaşlatılması sonucu elde edilir.
Füzyon (kaynaşma) ise, kararlılığı düşük olan küçük çekirdeklerin birleşerek büyük çekirdekler oluşturmasıdır. Açığa çıkan enerji, fisyondakinden çok daha büyüktür. Füzyona en iyi örnek Hidrojen bombasıdır. Çok yüksek sıcaklıklarda (1 milyon ºC’ nin üstü) hidrojen çekirdekleri kaynaşarak, Helyum çekirdeklerini meydana getirir. Güneşte sürekli olarak füzyon tepkimeleri gerçekleşir ve açığa çıkan devasa boyuttaki enerji uzaya yayılır. Hidrojen bombasındaki çekirdek tepkimesinin gerçekleşmesi için atom bombası kullanılır.
Nükleer Reaktör
İlk nükleer reaktörü 1942’de İtalyan asıllı ABD’li fizikçi Enrico Fermi, Chicago Üniversitesi’nde kurdu. Kendi kendine ilerleyen ilk yapay zincirleme tepki de burada gerçekleştirildi. Bu reaktörde, zincirleme tepkimenin gerçekleştiği bölüme reaktör kalbi adı verilmiştir. Katışıksız bir karbon türü olan grafitten yapılmış reaktör kalbine ince alümünyum kapların içine yerleştirilmiş uranyum çubukları daldırılmıştı. Bir çubuktan salınan nötronlar, grafitteki karbon atomlarıyla çarpışarak yavaşlıyor ve yeniden başka bir çubuğa girerek bölünmesini sürdürüyordu. İşte bu yani bir zincirleme tepkimesini denetim altında tutmanın temel ilkeleri 1942’de Fermi’nin uyguladıklarıyla hemen hemen aynı kaldı.
Nükleer enerji santralları, köürle çalışan termik santrallardan pek farklı değildir. Termik santrallarda kömür yakılarak su kaynatılır böylece elde edilen buhar gücüyle bir türbin döndürülür ve türbin elektrik üretir. Nükleer enerji santrallarında ise, gerekli ısı atomların bir reaktörde bölünmesiyle üretilir.
MAGNOX Tipi Santraller : Kullanılabilir miktarda enerji üreten ilk reaktörler 1950’lerde İngiltere’deki Calder Hall’da kuruldu. Bu reaktörler aslında askeri amaçla plütonyum üretmek ve nükleer enerji konusunda deneyim kazanmak amacıyla kurulmuştu; bunlarda elektrik üretimini 1956 yılında başlandı. Bu reaktörlerin, yavaşlatıcıları Fermi’nin reaktöründe olduğu gibi grafitti; yakıt olarak, magnezyum alışımından bir kap içine yerleştirilmiş doğal uranyum
****li kullanılıyor ve sistem basınçlı karbon dioksitle soğutuluyordu. Tepkime sırasında oluşan ısıyı emen karbon dioksit bunu ısı değiştiricilerine taşıyor ve ısı burada, elektrik üretmeye yarayan türbo-alternatörleri çalıştıracak buharı elde etmek için kullanılıyordu.
PWR Tipi Santrallar : (Basınçlı Su Soğutmalı Santrallar) Bu reaktörlerde yakıt olarak yaklaşık %3 oranında U-235 içerecek biçimde zenginleştirilmiş ve özel alaşımdan yapılmış bir kutu içerisine yerleştirilmiş uranyum dioksit kullanılır.
Yavaşlatıcı ve soğutucu olarak da sudan yararlanılır. Pompalanan su önce reaktörde dolaştırılır, sonra ısınan su, ısı değiştiricisindeki ikinci bir su devresinde buhara dönüştürülür. Bu buhar ise türbinleri döndürür ve elektrik enerjisi üretilir.
BWR Tipi Santrallar : (Kaynar Sulu Reaktör) Bu tip reaktörlerde reaktörün kalp bölümü, yani zincirleme tepkimenin oluştuğu bölüm PWR’ninkiyle aynıdır; ama bunlarda ikinci bir su sistemi yoktur ve reaktörün soğutma devresinden çıkan buhar doğrudan türbinlere beslenir. Nükleer enerji üreten çoğu ülkelerde bu tip santrallar kullanılır.
Nükleer Enerji Santrallarının Hayatımızdaki önemi
Nükleer santrallar dünyada kullanılmaya başladığından beri birçok konuda yarar sağlıyor. Günümüzde bir çok ülkede nükleer santral yapımı ve kullanımı engellenmeye çalışılmıştır. Bunun nedeni zamanında oluşan felaketler (Çernobil) ve santralların insan üzerine yaptığı olumsuz etkilerdir. Ama teknolojik ortamlarda yapılan bir nükleer santralın hiçbir olumsuz etkisi bulunmamakla birlikte birçok yararı da vardır. Fransa, Almanya, İtalya, İngiltere, ABD, bazı İskandinav ülkeleri, Bulgaristan, Rusya, Ermenistan ve daha bir çok ülkenin vazgeçilmez enerji kaynağı nükleer enerjidir. Nükleer reaktörler 3 türe ayrılırlar. Araştırma reaktörleri, elektrik üreten güç reaktörler, plütonyum üreten reaktörler. Araştırma reaktörlerinden tıpta ve kimya sanayisinde, izotop gama ışınları ve nötron üretiminde yararlanılır. Bu reaktörlerin güçleri düşürülmüştür ve hiçbir zararları yoktur. Güç reaktörlerini başlıca sorunlarından biri, verimliliktir. Söz konusu reaktörlerde üretilen elektrik enerjisinin kW (kilowatt) saat materyalinin, gelenksel santrallarda üretilenden düşük olması gerekir.
Nükleer santrallar diğer termik santrallar gibi çevreye zarar vermezler. Örnek vermek gerekirse İsveçteki Nükleer santrallerden 29kg/h lik CO2 çıkarken Danimarka’da bu oran 890 kg/h sınırını zorlamıştır. Ayrıca büyük ülkelerden Fransa enerji ihtiyacının %75’ini Nükleer enerji santrallarından üretmektedir. Bu santrallardan çıkan enerji miktarı çok fazla olduğu için diğer ülkelerde 3 santralin yaptığı görevi nükleer santralların sadece 1 tanesi yapar. Ayrıca Amerika Birleşik Devletleri’de enerji ihtiyacının %25’ini Nükleer Santrallardan giderir.
Ülkemizde Enerji
Ülkemizde kurulu barajlarımız dönümlerce arazimizi sular altında bırakmıştır, üstelik yetersizdir. Bu açığı kapatmak için kullandığımız termik santrallerimiz aracılığıyla, tonlarca CO2, CO, SO2, NO2, ağır Ag, Pb, Sg, U ve daha bir çok zararlı maddeleri doğaya veririz. Bu gazlar en büyük çevre düşmanıdır. Ayrıca ülkemizdeki enerji açığımızı doğal gaz ile kapatmaya çalışıyoruz. Bu enerji türü, doğaya, termik santralden daha az zararlıdır. Ancak çevreye yine zararlı gazlar verilmektedir.
Üstelik doğal gaz bulmamız çok ta kolay değil. Eğer komşu doğal gaz ülkeleri bu enerji kaynağı transferini keserse açıkta kalırız.
Alternatif enerji diye tasarlananların hiç biri, nükleer enerjiye alternatif olamaz. Alternatif diye düşünülen, güneş ve rüzgar enerjisinden başka bir de termal enerji vardır. Yer altından gelen sıcak su çok korroziftir. Nitekim Denizli de ki su da böyledir.
Ayrıca atık su ise çok zehirlidir. Bu suyun tekrar yer altına gönderilmesi gerekir. Çevreye zararlıdır. Bu enerji sistemi de, nükleer enerjiye asla alternatif olamaz. Türkiye nin en büyük barajı Atatürk Barajı dır. Bu barajın gücü 2400 MWh tir. Verimi ise %50 ile 1000 MWh tir. Ama yapılacak bir nükleer enerji santralindeki 8 adet reaktörün gücü ise 8000 MWh civarındadır. Buna göre 8*8000 den 64.000 MWh enerji üretilecektir. Bu da 64 barajın verdiği enerji demektir. Bu hesaplamalara göre yapılacak 8 nükleer enerji santrali 64 enerji üreten barajın ürettiği enerjiyi üretir buda nükleer santral başına 8 baraj demektir.
Ülkemizde Akkuyu üzerine 8 adet nükleer santral kurulması planlanmıştır ama halk çoğunlukla buna karşı çıkmıştır. Ama yukarıdaki koşullara ve hesaplamalara baktıkça bunun ne denli büyük bir kayıp olduğu ortaya çıkmıştır.