Bir Enerji Meselesi: Nükleer Enerji Santralleri!

Dillere pelesenk olmuş ülkelerin gelişmişlik düzeyi kavramı sizin için ne ifade ediyor?

Ekonomi, sağlık, eğitim, savunma, ulaşım vb. alanlarda söz sahibi, muasır bir medeniyet olmak için ihtiyaç duyulan en önemli faktör kuşkusuz ki enerjide bağımsızlıktır. Durumu basit bir benzetmeyle daha anlaşılır hale getirmek istiyorum. İnsan vücudunu ele alırsak kan ile bizim ürettiğimiz enerjiyi birbirine benzetebiliriz.

Ciddi bir yaralanma sonucunda kan kaybeden bir insana iyileşebilmesi için ne yapılır? Organlarının zarar görmemesi için ilk olarakdışarıdan gerekli ünite kadar kan takviyesi yapılır, öyle değil mi? Peki bu durum sürekli hale gelirse ne olur? Vücudun yeterli kanı üretemez ve sürekli dışarıdan kan takviyesine muhtaç kalırsan,sağlığını kaybetmiş ve hasta bir birey olursun. Eğitimine devam edemezsin, sürekli birilerinin denetiminde yaşarsın, bu durum tüm yaşamsal faaliyetlerini kısıtlar hatta cebinden yersin, borcun artar… Bu benzetmeden yola çıkarak bir ülke kendi enerjisini kendi karşılayamazsa dışarıdan karşılamak zorunda kalır. İlerleyen süreçlerde borçlanmaya sebep olur çünkü toplum kendi üretimini yapıp kendi teknolojisini pazarlayacak kadar sağlıklı, refah ve özgür değildir. Türkiye’nin geçmişine bakarsak milli sınırlarını, milli değerlerini kaybetmemek adına büyük ve onurlu bir mücadele veren Türk milleti ne yazık ki kurtuluş savaşından tüm kaynaklarını tüketmiş halde çıkmıştı. Savaşın ardından yoksul kalan atalarımızın amacı karınlarını doyurmak ve ruh-beden sağlıklarını geri kazanarak sürekliliğini sağlayabilmek oldu. Çok şükür ki bizler bugünlere gelebildik fakat bir sorun var. Atalarımızdan emanet aldığımız bu topraklarda hala ekonomi, enerji, eğitim, savunma, sanat ve birçok alanda yeterli değiliz. 21.yy’dayız ve büyük bir çoğunluğumuz hala karın tokluğuna çalışıyor. Evet, geçmişe kıyasla daha konforluyuz. Konforumuza rağmen Ulu Önder Mustafa Kemal Atatürk’ün hedeflediği muasır medeniyetler seviyesine ulaşacak kadar bilimi sürdürmede, teknolojiyi üretmekte sanat yapmakta bir kısmımız hariç büyük çoğunluğumuz ısrarcı ve etkili değiliz. Ülke hazinesine para girmesi veya hazinedeki parayı kaybetmemek için enerjiye yatırım yapmalıyız. Hiç düşündünüz mü insanoğlu neden atomun çekirdeğindeki tepkimelerle ortaya çıkacak enerjinin peşine düşmüştür diye? Günümüzde başlıca enerji kaynaklarıolan kömür, petrol, doğalgazdan elde edilen enerji yoğunluğu yüksek olsa da, gelişmiş ülkelerde bu kaynaklardan elde edilen enerji yetersiz kalmaktadır. Bu kaynakların fosil kökenli olmalarından dolayı tükenme ihtimalleri kısa vadede bir probleme yol açmasa bile uzun vadede enerji krizlerine sebep olacaktır. Diyeceksiniz ki yenilenebilir enerji kaynaklarımız var. Benim de zaten okumaktan, üzerine çalışmaktan en keyif aldığım büyük umutlar vadeden alan temiz ve sonsuz ömürlü yenilenebilir enerji kaynakları. Ancak bu kaynakların kullanımı ne kadar güvenliyse de sürekli çalışmalar yapılmasına rağmen elde edilen enerji yoğunlukları tek başına kullanabilmemiz için yeterli değildir. Günümüzde bu enerji kaynaklarına en güçlü alternatif enerji kaynağı nükleer enerji olarak görülmektedir.

Günümüzde nükleer santraller ‘nükleer fisyon’ ile çalışmaktadır. Fisyon güneşte gerçekleşen füzyonun (kaynaşma enerjisi) aksine atomun çekirdeğinin bölünmesini ifade eder. Çoğu reaktörde çekirdeği bölünen atom, uranyum elementinin U-235 izotopudur. Nükleer santrallerin dünya çapında çok farklı türleri olsa da çalışma prensipleri hemen hemen aynıdır. Nükleer tepkimeler sonucunda ısıtılan su, su buharına dönüşür. Elde edilen buhar ile elektrik türbinleri döndürülerek elektrik üretilir. Petrol, kömür, doğalgaz ve nükleer enerjiyi birbirinden ayıran temel fark türbinleri döndürecek buharı sağlayacak ısının hangi yöntemle elde edileceğidir. Nükleer enerji reaktörleri, kullandıkları yakıt türüne, kullandıkları nötron yavaşlatıcıya(moderatör), kullandıkları soğutucuya, teknolojik seviyelerine ve kullanım amaçlarına göre farklı gruplara ayrılırlar. Reaktörler arasında en çok tercih edilen basınçlı su reaktörüdür(PWR). Dünya çapında 230’dan fazlası elektriğin üretimi için kullanılırken deniz taşımacılığı için deçok sayıda kullanılmaktadır. Basınçlı su reaktörünün dışında, kaynar su reaktörü(BWR), basınçlı ağır su reaktörü(PHWR) ve gelişmiş reaktör sistemleri(İsveç-BWR90+, Almanya-SWR1000, ABD-AP1000/EP1000, Fransa-EPR) kullanılmaktadır. Şimdi üzerinde çokça yazılıp çizilen bu reaktör sistemlerini bir kenara koyup daha az bilinen Proton Hızlandırıcıya Dayalı Toryum Yakıtlı Enerji Sistemi’nden kısaca bahsetmek istiyorum. Bu sistem ‘Yeşil Nükleer Enerji’ olarak da ifade ediliyor. Nobel Ödülü sahibi Carlo Rubbia’nın önderliğinde 1990’larda CERN tarafından önerilmiş olan bu parçacık hızlandırıcıları Enerji Yükseltici(EnergyAmplifier-EA) veya Hızlandırıcı Sürümlü Sistem(Accelerator DrivenSystem-ADS)  teknolojisiolarak bilinmektedir. Bu sistemin geleneksel reaktörlerden en önemli farkı, nükleer süreci tetikleyen nötronların reaktörün dışında proton hızlandırıcı kullanılarak üretilmesidir. Bu nedenle de prensip olarak Çernobil’de yaşanan türden kazaların olması mümkün değildir. Diğer bir önemli avantaj da, uzun ömürlü nükleer atıkların çok az olmasıdır. Geleneksel reaktörlerde yakıt olarak katı uranyum çubukları kullanılırken, ADS reaktöründe sıvı toryum yakıtı kullanılır. Bir yılda 1 GW kesintisiz güç üretmek için kullanılan kömür, uranyum ve toryum yakıtlarının karşılaştırılması yapılırsa 3.500.000 ton kömür, 200 ton uranyum, 1 ton toryum kullanılması gerektiği görülmektedir. Gelişim aşamasında bir teknoloji olsa da toryum rezervine sahip ülkemiz için değerlendirilebilecek önemli bir alternatif yöntemdir.

Nükleer Atıklar

Reaktörde kullanılan yakıtın çekirdeğinden çıkan atık tahmin edileceği gibi, radyoaktif elementleri içerir. Radyoaktif ve zararlı elementler yakıtın %5’inden azında bulunur. Radyoaktivite bu kararsız elementlerin bölünürken açığa çıkardığı parçacıklardır.Kullanılan yakıtlar 5 ila 10 sene reaktör içindeki havuzlarda bekletilir. Daha sonra geçici bekletme depolarında 30 ila 40 yıl daha bekletilir. Bu sayede radyoaktivite ve sıcaklıkları büyük oranda düşürülür. Son depolamaya gönderilecek olan yakıtlar (su ile temaslarında eriyerek yeraltı sularına karışmamaları için) camlaştırılarak veya direkt olarak etrafı beton zırhla kaplı şekilde çelik bidonlara konur. Yakıttaki bu radyoaktif elementlerin hepsi Dünya’nın oluşumunda doğal olarak var olan ancak zamanla bölünerek yok olmuş elementlerdir. Plütonyum dışında atıklarda bulunan zararlı maddelerin ortalama yarı ömrü 30 yıldır. Bu radyoaktif elementler zamanla kendi kendilerine bölünerek başka elementlere dönüşür. Bu zararlı maddeler gerekli işlemler yapıldığı sürece, insan ve doğa için sağlık riski oluşturmaz. Plütonyum, atıkta bulunan diğer maddelerin aksine daha uzun ömürlü olduğu için daha dikkatli olunmalıdır. Plütonyum vücuda 5 cm’den daha yakınsa veya vücuda alınmışsa zararlıdır. Nükleer atık konusunun sürekli gündemde olması teknolojinin yeteriz olmasından değildir. Problem diplomatiktir. Atık konusunda birçok çözüm olmasına rağmen, çözümlerin uygulanması devletlerin izniyle gerçekleşmektedir. Nükleer atık konusunda son olarak,reaktörlerin bacalarından çıkan duman su buharıdır ve zararlı hiçbir madde içermez.

Yeni Nesil Reaktörler ve Nükleer Güvenlik

Yeni nesil reaktörler bir kaza sırasında çevreleri için önemli bir tehdit oluşturmayacak şekilde tasarlanmış olsalar da reaktörlerde meydana gelen hasarlar ciddi maddi kayıplara yol açar. Bir santralin her bir ünitesinin maliyeti 2-2,5 milyar doları bulur ve bir kaza santralin tümünün kapatılmasını gerektirebilir. Haliyle üreticiler riske atamayacağı yatırımlarını korumak için güvenlik önlemlerini ön planda tutuyor. Günümüzde güvenlik önlemlerinin maliyeti, bir nükleer santralin toplam maliyetinin yaklaşık dörtte birini oluşturuyor. ABD’de bulunan Nükleer Düzenleme Komisyonu’nun(NRC) güvenlik kurallarına göre, işletmede olan nükleer reaktörlerin kalplerinin hasar görme olasılığının, 10.000 çalışma yılında 1’den az olması gerekiyor.

Nükleer enerji deyince hepimizin aklında ‘ya nükleer sızıntı olursa’ diye korku çanları çalmaya başlayabiliyor. Öncelikle nükleer sızıntıyı açıklamak gerekirse, bir reaktörden yayılan ve reaktörün sebep olduğu radyasyon miktarı olarak tanımlanmaktadır. Vücudumuza topraktan ve gökyüzünden her an küçümsenmeyecek oranda radyasyon gelir. Bu radyasyon tipi çevre radyasyonu olarak adlandırılır. Ortalama bir yetişkinin vücudunda her saat yaklaşık 18 milyon potasyum atomu parçalanarak radyasyon yaydığı bilinmektedir. Reaktörler az da olsa bir miktar radyasyon yayar. Ancak bu miktar çevre radyasyonundan 300 kat daha azdır. İnanması güç olsa da, nükleer reaktörler çevremizdeki en radyoaktif yapılar değildir. Diğer bir korku yaratan algı ise nükleer santralin atom bombası gibi patlayacağı korkusudur. Kullanılan yakıtın yapısından dolayı nükleer bir silah gibi patlaması fiziksel olarak imkânsızdır. Nükleer bir patlama için kullanılan yakıtın en az %20 oranında zenginleştirilmiş olması(%20 oranında U-235’e sahip olması ) gerekir. Savaşlarda kullanılan ve savaş için yapılmış nükleer silahların zenginlik oranları en az %80’dir. %20 yeterli olsa da, etkili bir patlama yaratmak için yeterli değildir. Nükleer santrallerde, reaktörde bulunan araçlarla bu zenginleştirmenin yapılması mümkün değildir. Dünyadaki en zengin yakıtla çalışan reaktörün yakıt zenginliği yalnızca %5dir. Nükleer reaktörlerde onlarca güvenlik sistemi vardır. Örneğin kontrol çubukları reaktörde, yakıt çubuklarındaki fisyonu durdurmak için kullanılır. Çekirdekteki tepkimenin hızının kontrolsüzce artmasını önlemek için reaktörler ‘ pasif güvenlik’ adı verilen sistem ile birlikte tasarlanır. Bu sistem, reaktör çekirdeğinin ısısı arttıkça tepkimenin hızını yavaşlatır. Reaktörlerde kalın dış çekirdekler başka bir güvenlik sistemine örnektir. Ana dış çekirdek 15 cm kalın metal üzerine sertleştirilmiş betondan yapılır. İkincil çekirdek ise bu ana çekirdeği kaplayacak şekilde yapılır. Ana çekirdeğin içerisindeki basınç yüksek olsa da ikincil çekirdekteki basınç atmosfer basıncından az olacak şekilde inşa edilir. Dolayısıyla ana çekirdekte ve ikincil çekirdekte bir sızıntı olsa bile, binanın basıncı dış basınçtan daha düşük olduğu için hava sadece içeri sızar, dışarı sızamaz.

2018 Dünya Nükleer Enerji Performans Raporu’na göre,küresel nükleer elektrik üretimi 2017 yılında 2016 yılına kıyasla 29 TWy’a artmış olup 2506 TWy seviyelerine ulaşılmıştır. 2017 sonunda, 488 işletilebilir reaktörün küresel nükleer kapasitesi 2016 yılı sonunda 2 GWe artışla 392 GWe seviyelerinde yer aldı. 2017 sonunda inşaat halindeki reaktör sayısı 59 oldu. Raporda, şu anda dünyada nükleer enerjinin 30 ülke tarafından kullanıldığını ve pastadaki payının %11 olduğu ifadesi yer alıyor. Elektrik üretim payının 2050’ye kadar %25’inin nükleer enerjiden tedarik edileceğini ön görülüyor. Bu konuda daha detaylı bilgiye ulaşmak isteyenler http://www.world-nuclear.org/ adresini ziyaret edebilirler.

Özetle, komşu ülkelerimiz başta olmak üzere, ABD, Fransa, Rusya, Çin, Japonya gibi gelişmiş ülkeler nükleer enerji teknolojisinden uzun bir süredir faydalanıyor. Unutulmamalıdır ki nükleer enerji düşük karbon salınımı ve soluduğumuz havayı kirletmeyen yapısıyla beraber yenilenebilir enerji kaynaklarının da tamamlayıcısıdır. Nükleer güvenlik konusunda bu kadar korkmamızın sebebi nükleer santrallerin geçmişte yalnızca olumsuz gelişmelerle gündeme yansımasındankaynaklanıyor. Çernobil’de gerçekleşen kaza nükleer reaktörde olabilecek en kötü kaza olarak belirtiliyor. Güvenlik konusunda bahsettiğimiz sistemlerin hiçbiri Çernobil’de yoktu. 21.yy’da teknolojinin geldiği noktaya bakarsak, nükleer santrallere güvenimizin artması gerektiğini düşünüyorum. Açıkçası nükleer santrallerden daha ziyade ABD ordusuna çalışan Boston Dynmics firmasının ürettiği robotlara bakınca geleceğimiz için daha çok endişeleniyorum, ürperiyorum…

Özge EFE – Enerji Sistemleri Mühendisi – a.ozgeefe@gmail.com

Kaynakça

http://www.world-nuclear.org/http://www.taek.gov.tr/tr/https://www.eia.gov/outlooks/ieo/

http://sahipkiran.org/2016/01/13/toryum/

Bağdatlıoğlu, C. (2011). Nükleer Enerji ve Japonya’daki Son Durum. Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi

Akoğlu, A. (2011). Nükleer Santraller ve Güvenlik. Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi

Arık, M., Sultansoy, S., Çetiner, M., Çalışkan, A., Bilgin, P.(2012). Yeşil Nükleer Enerji. Tübitak Bilim ve Teknik Dergisi