Enerji ; İnsan tarihin ilk devirlerinden itibaren gereksinim duyduğu daha doğrusu onsuz yaşayamadığı olgu. Enerji ilk çağlardan beri hiçbir değişikliğe uğramadı fakat ona ulaşım şekilleri teknolojinin ilerlemesi ile birlikte gelişti ve değişti. Örneğin önceden hayvanlar yardımı ile ulaşılan enerji şimdilerde jeotermal, termik vb gibi şekillerde elde edilebiliyor yine aynı şekilde eskiden değirmenlerle elde edilen enerjinin şimdilerde milyonlarca katı elde edilebiliyor. Günümüzde vazgeçemeyeceğimiz şeylerin başında gelen enerji çağdaş yaşamın önemli girdilerinden birisi. Metabolizmik bir benzetmeyle, toplumsal organizmanın kanındaki şekeri andırıyor. Nasıl ki kanındaki şeker miktarı azalan insan halsiz düşerse, az enerji tüketen toplumlar da benzeri şekilde halsiz ve güçsüz, çok ve akılcı enerji tüketenler ise dinamik, üretken ve enerjik oluyorlar. Enerji tüketebilmek içinse önce onu üretebilmek gerekiyor. En ciddi üretim seçeneklerinden birisi de nükleer enerji.

Ülkemizin içerisin de bulunduğu enerji dar boğazından çıkabilmesi için bir süre önce ihaleye gidilecek kadar gündemde olan nükleer enerji projesi, içerisinde bulunduğumuz ekonomik kriz ve daha başka nedenlerden dolayı rafa kaldırılmıştır. Peki nedir bu nükleer enerji ve ülkemizde uygulandığı taktirde sağlayacağı yararlar nelerdir.

ükleer enerji, atomun çekirdeğiyle ilgili bir olay. İki şekilde elde edilebiliyor. Birincisi, iki küçük çekirdeğin birleştirilmesi,yani füzyon, ikincisiyse büyük bir çekirdeğin parçalanması, yani fisyon. Her iki halde de, tepkimeden açığa çıkan enerji ısı enerjisine dönüştürülebilir.

Mühendislik bilimleri aslında, nükleer enerjiyi kontrol etmeyi başarmış bulunuyor. Fakat bunu füzyon yoluyla değil,öteki tepkime biçimi olan fisyon, yani büyük bir çekirdeğin parçalanmasıyla gerçekleştirdi. Santrallarda kullanılan reaksiyon tipide budur.

Nükleer kaynaşma ( Füzyon )

ükleer kaynaşma ( füzyon ) ,çok hafif iki çekirdeği birleştirerek çok daha ağır bir çekirdek oluşturmak ve bu şekilde açığa çıkan bağ enerjisini kullanmaktır. Elde edilen yeni çekirdek baştaki çekirdeklerden daha kararlıdır. İlke olarak kaynaşma doğada oldukça yaygın olan çekirdekleri kullanarak büyük bir enerji elde edilebilir. Ama  bu enerjiyi açığa çıkarmak oldukça zordur. Gerçekte çekirdekler pozitif yük taşır ve birbirlerine yaklaştırmaya çalıştığımızda çok büyük bir kuvvetle birbirlerini iter. Bunların kaynaşmasını sağlamak için bu kuvveti yenecek şekilde bir enerji  vermek gerekir; bu enerjinin çekirdekleri çekirdeklerin çarpışmasını sağlayacak boyutlarda olması gerekir. Gereken enerji 20-30 milyon derecelik bir sıcaklığa eşdeğerdir. Kaynaşma tepkimelerine girecek maddeyi taşıyacak hiçbir katı madde bu sıcaklığı dayanamaz. Kaynaşma patlayıcı madde biçiminde çok daha kolay elde edilebilir; bu amaca ulaşmak için bir atom bombasını patlatarak hafif atomları ısıtmak yeterlidir. Buna hidrojen bombası denir. Denetimli kaynaşmaysa, büyük çaba harcanmasına rağmen henüz elde edilememiştir.

Nükleer Parçalanma ( Fisyon )

lman fizikçiler O. Hahn ve Strassmann, 1938 yılına doğru, uranyum çekirdeği gibi bazı iri atom çekirdeklerini bir nötron soğurduktan sonra çok kararsız hale geldiği gözlemlediler. Söz konusu çekirdekler belli bir miktarda enerji yayarak eşit olmayan parçalara bölünüyor ve bu enerjinin etkisiyle büyük bir hızla bu parçaları fırlatıyordu. Bu olaya nükleer parçalanma adı   ( fisyon )verildi.

Parçalanma, çok iri bir çekirdeğin daha küçük parçalar halinde kırılması demektir. Bu parçalar da atom çekirdekleridir ve çoğu ilk çekirdekten daha kararlıdır. Benzer çekirdekler değişik parçalar vererek parçalanabilir; ama pek çok durumda parçalanma, ayrıca belli sayıda nötron üretir. Bu nötronlar da bir atoma girerek yeni bir parçalanmaya yol açabilir. Bazı koşullarda bu olay zincirleme tepkimeler biçiminde denetlenebilir düzende (nükleer santrallar ve atom pilleri ) birbirini izleyebilir veya denetim dışında oluşarak patlama etkisi gösterebilir (atom bombası denen nükleer silahlar).

NÜKLEER SANTRALLAR

ükleer santrallar temelde, klasik termik santrallardan farklı değildir. Nükleer santrallarda da, elektrik üreten bir alternatöre bağlı türbini, ısıtılmış su buharı basıncı döndürür. Bu santrallerin farkı bir nükleer reaktör ile bir buhar üretecinden oluşan kazanındadır. Reaktör atomun zincirleme şekilde parçalandığı yerdir. Bu parçalanmadan açığa çıkan enerji ısı taşıyıcı sıvı (ana devre)yardımıyla  buhar üretecini ısıtır. Buhar üretecinde bulunan su kaynatılarak buhar elde edilir. Bu buharın basıncından yararlanılarak aynı termik santrallerde olduğu gibi elektrik enerjisi üretilir. Bir nükleer santralın en önemli öğesi reaktörüdür. Reaktör; atomun fisyon tepkimelerinin  gerçekleştiği ve enerjinin toplandığı birimdir.

Nükleer Reaktörlerin Çalışması

ir nükleer reaktörde zincirleme tepkime, yavaş ve kontrollü olarak gerçekleşir. Reaktörlerde yakıt olarak genelde uranyum,yavaşlatıcı ve ısı taşıyıcı olarak da su kullanılır. Fisyon sonucu açığa çıkan nötronlar hızlıdır. Oysa yavaş hareket eden nötronlar,her ne kadar tuhaf görünse de,  çekirdekleri daha kolay parçalayabiliyor. Bu nedenle hızlı nötronların yavaşlatılması gerekiyor ve bunu da, reaktör kalbine konulan sudaki hidrojen atomları gerçekleştiriyor. Hidrojenlerle çarpışan hızlı nötronlar yavaşlar. Bu durumda, fisyondan yeni çıkmış olan hızlı nötronun, yavaşlamak için hidrojen atomlarıyla çarpışması, bunun için de, doğduğu uranyumdan çıkıp, bir süre su içinde dolaşması gerekiyor. Bu nedenle uranyum çubukları reaktörün kalbine dikey şekilde yerleştirilir ; genelde demet halinde getirilen U-264

çubuğu , zirkonyumdan (Zr) yapılmış su geçirmez yuvaların içinde su dolu bir kabın içerisinde yerleşmiş durumdadırlar. Kabın içindeki suyun 326 º C 'de kaynamasını engellemek için kap, 155 barlık basınç altında tutulur. Su moleküllerindeki hidrojen  su, bir "yavaşlatıcı" işlevi görüyor. Ayrıca, fisyon sonucu açığa çıkan enerjiyi soğurmak için de soğutucuya gereksinme var. Su,bu işlevi de üstleniyor. Böylelikle bir taşla iki kuş vurulmuş, hem nötronlar yavaşlatılıp hem de reaktör kalbi soğutulmuş oluyor. Aslında aynı işi sudan başka, karbondioksit ya da helyum gibi gazlar da yapabiliyor. Hangi tür yavaşlatıcı ve soğutucunun kullanıldığı, reaktörün tipine göre değişiyor. Fisyondan çıkan hızlı nötronların yavaşlatıldığı reaktörlere, “yavaş ”anlamında,“termal ”reaktör denir. Bu sıfat aslında reaktörün değil,kalbin içinde hareket eden nötronların yavaş olduğunu ifade ediyor. Reaktör kalbine konulan uranyum,çoğu kez doğada bulunan uranyumdan farklı. Çünkü doğal uranyumda, az miktarda parçalanabilir izotop,bulunuyor. Bu izotoplar ise tamamıyla işe yarar değiller. Bunun için izotoplara zenginleştirme işlemi uygulanıyor. Bunun sonucunda doğada bulunan izotopların sadece ‰ 1 kullanılabilir hale getirilebiliyor. Bu çekirdeklerin 1 gramı,yaklaşık 2.5 ton kömürünkine eşdeğer enerji potansiyeline sahip. Fakat uranyum,"nadir toprak metalleri" sınıfında yer alıyor. Yani yer kabuğunda varolan, işletme açısından ekonomik olan miktarı, "nadir" denecek kadar az. Dolayısıyla, dünyamızın "fisil uranyum çekirdeği" stoku,enerji gereksinmemizi uzun bir süre karşılayabilmekten uzak; yaklaşık 200 yıl yetecek kadar. Ancak fisil olmayan çekirdekler, tümüyle işe yaramaz değil. Çünkü bir nötron yutmaları halinde, radyoaktif hale geliyorlar ve iki ışımadan sonra, fisil olan bir başka izotopa,  plütonyuma dönüşebiliyorlar. O halde, zenginleştirme işlemi sırasında ayıklanan siyah çekirdekler,bir köşeye atılmayıp, reaktör kalbinde uygun bir yere konabilir ve nötron yutarak fisilleşmeleri sağlanabilir. Bu sistemlerin uygulandığı reaktörlere "Üstüretken Reaktörler" adı verilir. Bu işlem hızlı nötronlar yerine yavaş nötronlar ile daha kolay başarıldığından bu reaktörlerde suyun yavaşlatıcı etkisinden kaçılmak için soğutucu olarak sodyum kullanılır. Bu  yüzden bu reaktörler aynı zamanda "hızlı üretken" adını da alır. Böyle bir "termal-hızlı üretken"reaktör programı, dünya uranyum rezervlerinin enerji potansiyelini 100 misli kadar arttırır ve bu potansiyelin yeterlilik süresini, 200 yıldan 9000 yıla çıkartır.

Nükleer Santralların Gelişimindeki Kilometre Taşları

1934 Jean Frédéric ve İrén Joliot-Curie yapay rayoaktifliği keşfettiler ve nükleer tepkimeyle yeni kararsız çekirdeklerin oluşabileceğini keşfettiler.

1934 Enrico Fermi ,uranyumu nötron bombardımanına tutarak , yeni uranyum ötesi elementler oluşturdu.

1938 Otto Hahn ve Frederich Straamann uranyumun nükleer parçalanmasını incelediler ve kuramsal yorumunu yaptılar.

1939 1 ve 4 mayıs Jean Frédéric,  Joliot-Curie ve çalışma arkadaşları nükleer parçalanma enerjisine ilişkin bilgileri, bu bilgilerin yayınlanmasında sakınca kalmayıncaya kadar saklı tutulması isteği ile Fransız Bilimsel Araştırma Merkezine teslim ettiler.

1942   2 aralık Enrico Fermi, Chicago Üniversitesi'nde, atom pili adını verdiği uranyum -        grafit yakıtlı ilk nükleer reaktörü yaptı. Başkan Roosevelt'e gönderilen kodlu mesaj  « İtalyan denizci Yeni Dünya'ya ayak bastı » diyordu.

1948 15 Aralık . Châtillon kalesinde , ZOE (sıfır güç, uranyum oksit ağır su ) adı verilen                  ilk deneme reaktörü yapıldı.

1951 Nükleer kaynaklı ilk elektrik. ABD'nin İdado eyaletindeki Arco'da kurulu olan hızlı nötronlu reaktör EBR 1,100 kW bir alternatörü çalıştırdı.

1954 SSCB'de Obnisk'te  ilk nükleer reaktör APS 1 kullanıma sokuldu .Gücü 5 MW olan santral da yakıt olarak , zenginleştirilmiş uranyum, yavaşlatıcı olarak da grafit kullanılıyordu.

1973 İlk petrol krizinin ardından bir çok sanayileşmiş ülke , nükleer donanım programları uygulamaya koydu. Bazı programların yürütülmesi nükleer güç karşıtı hareketlerin baskısıyla yavaşlatılacaktı.

1986    26 Nisan İnsanlık tarihinin en büyük felaketlerinden biri Çernobil Felaketi (Ukrayna)

1992   Avrupa Topluluğu , Japonya, Rusya ve ABD, bir uluslararası Termonükleer Deneme Reaktörü tasarımında işbirliği yapmak üzere anlaşma sağladılar.

Nükleer Santrallar ve Çevre

ok az yer kaplaması ve hava kirliliğine neden olmaması nükleer enerjinin olumlu yanlarındandır. Fakat termik atıkların ,radyo aktif madde ve atıkların varlığı da onun dezavantajlarındandır.

Çok miktarda soğutma suyunun kullanılması, nükleer santralın yakınında bulunan suların ısınmasına neden olur (akarsularda10 º C ,denizlerde 15 º C ) ; sulardaki bu ısınma su hayvanlarını ve bitki örtüsünü etkiler.

Normal işleyen bütün santralardan çevreye sıvı veya gaz halinde bir miktar radyoaktif madde atılır. Bu atıklar her bölgede, o bölgenin özellikleri dikkate alınarak konlan kurallar çerçevesinde atık oranın çok sıkı bir biçimde denetlenir ve maksimuma çıkması engellenir, ayrıca bölgeye tesis kurulmadan önce yöre halkının onayı alınır. Öte yandan  nükleer santrallar atmosfere ne karbondioksit, ne asitli gazlar, nede nükleer parçalanma ürünü olan radyoaktif ürünler salınır. Radyoaktif atıkların toplanması, işlenmesi ,taşınması ve denetimi nükleer enerjinin başlıca yükümlülüklerindendir. Atıklar kategorilere göre ( zayıf, orta, yüksek radyoaktif) sıkıştırılır, betonlanır , asfaltlanır veya camlanır. Geriye sadece depolanma sorununun çözümü kalır. İlk iki kategori 30 yıl boyunca denetim altında tutulur, son kategori ie jeolojik süreli ( 100 000 yıl veya daha fazla ) radyoaktiflik dönemleri gerektirir. Jeolojik Set denen derin yer altı bölgesinde depolama bunun en iyi çözümüdür.

Düşük Düzeyde Radyasyonun Zararları

Aykut Kence

Prof. Dr.,ODTÜ Biyoloji Bölümü

ükleer santrallar bir kaza anında ,örneğin Çernobil kazasında olduğu gibi milyonlarca kişinin düşük dozlu radyasyona maruz kalmasına neden olabilirler. Milyonlarca kişinin maruz kaldığı düşük dozlu radyasyonun toplum açısından bir önemi var mıdır? İyonlaştırıcı radyasyonun en önemli özelliklerinden biri,canlı hücrelerinde kalıtsal bilgiyi içeren DNA molekülünde değişiklikler yaparak kuşaktan kuşağa aktarılabilen mutasyonlar oluşturmasıdır. Canlıların tüm özellikleri genler tarafından belirlendiği için gen mutasyonlarının etkileri fiziksel ve mental sağlığımızın hemen hemen her yönünü içine alırlar. Kalıtsal açıdan, üreme hücrelerinde oluşan mutasyonlar önem taşırlar. Çünkü bu mutasyonlar bir sonraki kuşaklara aktarılabilirler. Vücut hücrelerinde oluşan somatik mutasyonlar ise kansere neden olabilecekleri için önem taşırlar. Radyasyonun kalıtsal etkileri hakkında yapılan araştırmalar sonucunda kalıtım bilimcilerinin vardığı ortak nokta zararsız olan hiçbir radyasyon dozu olmadığıdır. Düşük düzeyde radyasyona maruz  kalan bir insanda mutasyon oluşması olasılığı çok az olabilir,fakat milyonlarca insanın her biri böyle bir doza maruz bırakılırsa mutlaka bazı mutasyonlar meydana gelecektir. Şayet az sayıda insan,düşük dozda radyasyon alıyor iseler bunun bireysel riski oldukça küçüktür. Ama milyonlarca insan düşük dozlu radyasyona maruz kalıyor iseler,toplumsal risk söz konusudur. Örneğin 50 milyon insanın her biri 500 remlik doza maruz kalırsa bunun etkileri ve doğuracağı sonuçlar çok önemlidir. Böyle bir dozun genetik sonuçları 25 milyon insanın her birinin 1000 mrem ,ya da 250.000 kişinin her birine 100 rem radyasyon vermekle aynıdır. Çevre politikalarının oluşturulmasında, herhangi bir etmenin çevreye geri dönülmez, onarılmaz bir zararı söz konusu ise,bu konuda yeterli veri yoksa bile, zararın kesin olduğu yaklaşımı geçerlidir. Buna,Tedbirlilik İlkesi (Precautionary Principle) denir. Türkiye ’de nükleer santral yapımıyla ilgili çevre politikalarında bu ilkenin göz önünde bulundurulması insan gen kaynaklarının korunması anlamına gelecektir.

Sonraki >