|
Nükleer
reaktörler, içerisinde nükleer reaksiyonların kontrollü bir şekilde
yürütüldüğü ortamlardır. Çok büyük enerjiler açığa çıkaran iki tür
nükleer reaksiyon vardır. Bunlar büyük atom çekirdeklerinin
parçalanması (fizyon) veya küçük atom çekirdeklerinin birleşmesi
(füzyon) reaksiyonlarıdır. Bu yüzden nükleer reaktörler, içerisinde
gerçekleşen reaksiyon türüne göre iki gruba ayrılabilirler:
1. Fizyon reaktörleri
2. Füzyon reaktörleri
Hâlihazırda
füzyon reaksiyonu ile çalışan bir nükleer reaktör mevcut değildir.
Fikir olarak Haziran 1942’de ortaya atılan füzyon olayı ancak 1952’de
bomba olarak denenebilmiştir. Bu büyük gücün kontrol altına alınması,
başka bir deyişle füzyona dayanan bir nükleer reaktörün yapılması ise
henüz gerçekleştirilememiştir. Ancak, bu konudaki çalışmalar bütün
hızıyla devam etmektedir.
Günümüzde
farklı şekillerde tasarlanmalarına rağmen temel olarak fizyon
reaksiyonuna dayanan yüzlerce nükleer reaktör mevcuttur. Atom
bombasında çok kısa sürede gerçekleşen fizyon reaksiyonu, nükleer
reaktörlerde daha uzun sürede gerçekleştirilerek olay kontrol altına
alınır.
Nükleer
reaktörü oluşturan en önemli elemanlardan birincisi uranyum yakıttır.
(239Pu’da yakıt olarak kullanılabilir.)Uranyum radyoaktif özelliği
düşük olan bir elementtir. Reaktörde reaksiyona girmeden önce lastik
bir eldivenle bile tutulabilir. Ancak, fizyon reaksiyonu sonucunda
oluşan ürünlerin çoğu oldukça radyoaktiftir. Nükleer reaktör çalışmaya
başladıktan sonra ne içine girmek ne de reaktörden çıkan yakıt
atıklarına yaklaşmak imkansızdır.
Yakıt
olarak kullanılacak uranyumun reaktöre girmeden önce her türlü
safsızlıktan arındırılması gerekir. Ayrıca yapısındaki 235U oranı %3
dolayına yükseltilmiş yani izotopik olarak zenginleştirilmiş uranyum
daha kullanışlıdır. Günümüzde yakıt olarak UO2 tercih edilmektedir.
Uranyumdioksit önce toz haline getirilip sonra 1 cm çap ve
yüksekliğinde küçük silindirler şeklinde sıkıştırılır. Daha sonra
fırında pişirilerek seramik yakıt lokması haline getirilen bu
silindirler 4 m uzunluğunda ince bir metal zarf içine yerleştirilerek
yakıt çubukları elde edilir. Büyük bir reaktörde bu yakıt çubuklarından
yaklaşık 50.000 tane vardır.
Reaktörün
ikinci temel elemanı nötron yavaşlatıcısıdır. Bunun için ise su
kullanılır. Uranyum yakıt reaktörde bir su banyosuna daldırılmış
çubuklar şeklindedir. Fizyon reaksiyonu sonucunda oluşan nötronlar
yakıt çubuklarından su banyosuna geçerler. Su tarafından yavaşlatılan
nötronların fizyon yapma yeteneği artar. Bu yavaş nötronların yeniden
uranyum yakıt ile çarpışmaları ise fizyon olayının zincirleme reaksiyon
şeklinde sürmesini sağlar.
Fizyon
reaksiyonu sonucunda oluşan büyük ısının, yakıtın kızışmasını önlemek
için ortamdan transfer edilmesi gerekir. Bunun için ise nötronları
yavaşlatmak için ortamda bulunan suyun bir pompa ile devredilmesi
sağlanır. Yaklaşık 300°C’de olan sıcak su borular yardımı ile soğuk su
içeren bir hazneden geçirilir. Bu esnada ısı transferi ile soğuk su
ısınarak buhar oluşur. Elde edilen buhar bir buhar türbininden
geçirilerek ısı enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.
Nükleer
reaktörlerin en önemli elemanlarından bir diğeri ise kontrol
çubuklarıdır. Reaktörün kontrolü ortamdaki nötron sayısının kontrolü
ile mümkündür. Eğer, fizyondan doğan nötronların oluşma hızı uranyum
yakıt tarafından yakalanma hızına eşit ise reaktör aynı güçte çalışmaya
devam eder. Ortamdaki nötronların sayısı arttıkça güç yükselir,
azaldıkça güç düşer. Ortamda nötron kalmazsa reaksiyon durur. Bunun
için, reaktöre kadmiyum veya bordan yapılan ve nötronları soğuran
kontrol çubukları yerleştirilir. Bu çubuklar reaktörde istenilen
derinliğe indirilerek reaksiyon kontrol altında tutulur. Sonuç
itibariyle bir nükleer güç reaktörü, temelde fizyon reaksiyonundan
oluşan ısıyı yayan bir su ısıtıcısıdır. Aynen termik santrallerde
olduğu gibi elde edilen ısı ile sudan buhar; buharın türbinleri
döndürmesinden ise elektrik enerjisi elde edilir. Prensip olarak
birbirine çok benzeyen termik santrallerle nükleer santraller arasında
çok önemli farklar vardır. Öncelikle nükleer santraller, termik
santrallerde olduğu gibi dışarı CO2 ve SO2 gibi gazlar salmazlar, kül
bırakmazlar. Bundan dolayı çevreyi kirletmedikleri söylenebilir. Ancak,
nükleer reaktörden çıkan kullanılmış yakıt yüksek radyoaktiviteye sahip
bir çok madde içerir. Yüksek aktiviteli bu nükleer atıkların çevreye ve
insana zarar vermeden tasfiye edilmesi çok önemli bir problemdir. Bu
atıkların dış ortamla irtibatı telafisi mümkün olmayan sorunlara yol
açabilir. Bu konudaki en büyük gelişme nükleer atıkların yeryüzünün 500
ile 1200 m altında inşa edilen özel depolara gömülmesidir. Yer altında
gömülü olan nükleer atıkların yeryüzüne çıkmasını sağlayacak tek
mekanizma yeraltı suyu ile teması olacaktır. Bunun için, atıkların
gömüleceği yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler dikkate alınır.
Ayrıca, bu atıklar yüksek sıcaklıkta cam eriyiği ile karıştırılıp metal
silindirler içine boşaltılır ve soğuduğunda camsı bir yapı oluşturur.
Cam suda çözünmeyen, uygun mekanik özelliklere sahip bir malzeme
olduğundan yer altındaki nükleer atıkların yeryüzüne çıkma ihtimalini
daha da azaltmaktadır. Aslında nükleer atıkların tehlikesi, kurşun,
cıva ve arsenik gibi zehirli atıklara kıyasla daha azdır. Çünkü,
nükleer atıkların radyoaktivitesi zamanla azalırken, zehirli atıklar
çevreye atıldıkları ilk günkü gibi kalırlar.
|
genel kimya 
Bu yorumun beslemesine abone olun
