Nükleer enerji nedir, nükleer enerjinin faydaları nelerdir, nükleer enerjinin zararları nelerdir, nükleer tepkime ne demektir, ülkemizde nükleer enerji ne durumdadır.
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=mc2büyüklüğünde 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
Nükleer fisyonda, serbest bir nötronla çarpışma sonucu atom çekirdeği çeşitli parçacıklara ayrılır. Bütün bu parçacıkların toplam kütlesi, başlangıçta “hedef” alınan atom ile buna çarpan nötronun toplam kütlesinden daha azdır. Aradaki fark enerji biçiminde açığa çıkar. Bu olguyu ilk olarak 1905’te Albert Einstein belirledi. Bu olaydaki kütle kaybı çok küçük bile olsa e=mc2formülündeki c (ışık hızı) çok büyük olduğundan açığa çıkan enerji de yine çok büyüktür.
Atom çekirdeği bölünebilen elementlere “bölünebilir element” denir. Doğada bulunan tek bölünebilir element Uranyum’dur. 1938’de iki Alman bilimci, Otto Hahn ve Fritz Strassmann, nötronlarla bombardıman ederek uranyum atomunu bölmeyi başardılar. Gene Alman bilimciler Lise Meitner ve Otto Frish ise, uranyum çekirdeğinin iki parçaya bölündüğünü kanıtladılar. Bir süre sonra bir grup Fransız bilimci, çekirdek bölünmesi sonucunda yalnızca daha hafif iki element ile çok miktarda radyoaktif ışıma (radyasyon) değil, bunların yanı sıra başka serbest nötronların da ortaya çıktığını buldu.Bu nötronların bu kez çevredeki öbür uranyum atomlarında çekirdek bölünmesine yol açacağı, böylece ortaya çıkacak yeni nötronların bütün uranyum atomlarına yayılacak bir “zincirleme tepkime” yaratabileceği ve sonuçta çok büyük bir enerjinin ortaya çıkacağı anlaşıldı.
Çekirdek bölünmesi sonucunda açığa çıkan enerjinin etkisiyle parçacıklar çok büyük bir hız kazanır; bu parçacıklar çevredeki maddenin atomlarıyla çarpıştıkça yavaşlarlar ve böylece hareket enerjileri ısıya dönüşür. Bu enerji nükleer bir reaktörde denetim altına alınabilir.
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 metali 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
Nükleer enerji santralları, kömürle 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 metali 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.
Türkiye’de 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 metallerden 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.
Nükleer Enerjinin Zararları
Kullanılan atıkların yerin altına betonların içerisinde gömülmesi ve binlerce yıl saklanması gerekir, ayrıca tüm güvenlik önlemleri de alınmış olmalıdır. Bunlar yapılınca hiçbir zararı yoktur.
Ancak yeterli güvenlik önlemi alınmazsa Çernobil’deki gibi bir patlamada çok büyük alanlara radyasyon yayılabilir, milyonlarca insanın, ölümüne, sakatlanmasına, kanser olmasına neden olabilir.
Ayrıca acil durumlarda santrallerin soğutulması için akarsulardan alınan su bekletilmeden tekrar akarsuya verildiğinde bu sıcak su, o akarsudaki canlıların ölmesine neden olabilir. Ama bu çok nadiren olur, çok önemli değildir.
Son 25 yıl içinde gelişen çevre bilinci teknolojik gelişmelerin kaçınılmaz bir sonucudur. Gelişen teknoloji sadece çevrenin kirliliği üzerinde potansiyel bir tehlike değildir aynı zamanda gelişen teknoloji, ölçme sistemlerinin de daha hassaslaşmasını ve etki-tesir arasındaki ilişkilerin detayları ile aydınlatılmasına da yardımcı olmaktadır.
Diğer bir ifade ile yaşadığımız ortamda herhangi bir yabancı maddenin var olup olmamasının ölçülmesinden öte, çok daha hassas ölçümler gerektiren birim zamandaki değişim oranları da ancak gelişen teknoloji sayesinde gerçekleştirilebilmektedir.
Temel prensip olarak doğada her aktivitenin çevreyi etkilediği kabul edilmekle birlikte bu etkilenmenin zararları bakış açısına göre değişmektedir. Doğayı canlıları ve yaşam koşullarını değiştirmeyen etkilerin en azından zararsız olduğu kabul edilmektedir. Buna karşı olarak geliştirilen bir başka görüş ise; etkilenme oranının zaten doğal ortamda mevcut olan değişim sınırları içerisinde kaldığı sürece doğal ortam tarafından kabul edilebilir veya izole edilebilir olacağıdır. Bu tartışmayı nükleer santral ile ilgili tartışma zeminine taşırsak ;
Doğal ortamda mevcut olan radyoaktivite;
- Hava şartlarına bağlı olarak ( alçak basınç alanlarında havadaki radyoaktivitenin azalması veya yüksek basınç şartlarında doğal radyoaktivitenin artması gibi),
- Coğrafi bölgeye bağlı olarak ( dağlık bölgeler, kıyı bölgeleri, toprak yapısı gibi)
- Konut cinslerine göre ( toprak, betonarme,tahta yapılar gibi)
- Kozmik ışınlamaya göre değişmektedir.
Ayrıca insanlar yaptıkları aktiviteler ve aldıkları bazı tıbbi tedaviler sonucunda da bir miktar radyoaktif ışınlamaya maruz kalmaktadır. Şayet nükleer santrallardan zaman ve mekana göre çıkan atıklar çevreyi ve çevrede bu atıkların doğal olarak mevcut değişim bandı içinde kalıyor ise, çevrenin ve bu çevrede yaşayan canlıların nükleer santraldan örneğin radyoaktivite nedeniyle etkilenmeleri doğal değişimlerin ötesinde olmayacaktır.
Almanya’da yapılan bir çalışma; bir insanın yılda ortalama olarak maruz kaldığı doğal radyoaktif ışınlama etkisinin 2.4 mSv ( 4 saatlik bir uçak yolculuğu sırasında 0.02 mSv, göğüs röntgen filmi çektirmek suretiyle 0.5 mSv ve benzer faaliyetler sonucunda ortalama 1.58mSv), olduğunu ortaya koymaktadır.
Yaşam sırasında bir insanın maruz kaldığı ışınlama etkisi şu tablo ile gösterilebilir;
Son 25 yıl içinde gelişen çevre bilinci teknolojik gelişmelerin kaçınılmaz bir sonucudur. Gelişen teknoloji sadece çevrenin kirliliği üzerinde potansiyel bir tehlike değildir aynı zamanda gelişen teknoloji ölçme sistemlerinin de daha hassaslaşmasını ve etki-tesir arasındaki ilişkilerin detayları ile aydınlatılmasına da vesile olmaktadır.
Diğer bir ifade ile yaşadığımız ortamda herhangi bir yabancı maddenin var olup olmamasının ölçülmesinden öte, çok daha hassas ölçümler gerektiren birim zamandaki değişim oranları da teknoloji sayesinde gerçekleştirilebilmektedir.
Temel prensip olarak doğada her aktivitenin çevreyi etkilediği kabul edilmekle birlikte bu etkilenmenin zararları bakış açısına göre değişmektedir. Doğayı canlıları ve yaşam koşullarını değiştirmeyen etkilerin en azından zararsız olduğu kabul edilmektedir. Buna karşı olarak geliştirilen bir başka görüş ise; etkilenme oranının zaten doğal ortamda mevcut olan değişim sınırları içerisinde kaldığı sürece doğal ortam tarafından kabul edilebilir veya izole edilebilir olacağıdır.