Nükleer Enerji Nedir? Nasıl Çalışır?

 

Nükleer Enerji Nedir? Tanımı. Nükleer enerji, uranyum (U235) izotopunun nötron ile etkileşmesi sonucu açığa çıkan bağlanma enerjisidir.

Uranyum U235 izotopu nötronla etkileşime girdiğinde 2 adet nötron açığa çıkarak ,kendisinden daha hafif 2 çekirdeğe ayrılır. Bu ayrışma reaksiyonu sonucunda 1 atomdan 200 MeV enerji açığa çıkar. Reaksiyon sonucunda serbest kalan 2 nötrondan 1 tanesi diğer bir izotopu parçalayarak zincirleme reaksiyonlar oluşturur. Diğer nötron ise sistemden kaçar.

Reaktörlerin verimlerini arttırmak için kaçan nötronları da sisteme dahil edip, bölünmeye meğilli izotoplar ile etkileşimini arttırmak gerekir.

Kaçan nötronları yakalamak için reaktör içine reflektör (reflector) denilen yansıtıcılar yerleştirilir.

Ayrıca nükleer enerji de, reaksiyon sonunda ortaya çıkan nötronlar, yavaşlatıcı malzemeler ile yavaşlatılarak izotoplar ile etkileşime girme olasılıkları arttırılır. Kullanılan bu sisteme kısaca moderatör denilir.

Nükleer Enerji Santrali Çalışma Prensibi Nasıldır?

Nükleer enerji santralinin çalışma prensibi kısaca şu şekildedir. Nükleer güç santrallerinde elde edilen buharın ısıl enerjisinin türbinlerde mekanik enerjiye, elde edilen mekanik enerjinin de jeneratörlerde elektrik enerjisine çevrilmesi ile çalışır.

Nükleer santral ile termik santral benzer çalışma prensibine sahiptir. Tek fark, mekanik enerjiyi elde etmek için ihtiyaç duyulan buharın elde edilme yöntemidir.

Nükleer santraller de kullanılan buharı elde etmek için 2 yöntem kullanılır. Buhar elde etmek için ya doğrudan nükleer reaktör korunda açığa çıkan enerjiden, ya da buhar üreteçleri vasıtasıyla yapılır.

Bundan dolayı, termik santrallerde fosil yakıtların yakılması ile nükleer enerji santrallerinde bölünme reaksiyonu aynı amaç için kullanılır.

Nükleer enerji reaktörlerinde ki bölünme reaksiyonlarında 1kg uranyum U235 izotopunun parçalanması ile meydana gelen enerji 1300 ton kömürün yakılması ile ortaya çıkan enerjiye eşittir.

Nükleer enerji güç santrallerinde, doğal uranyum %3 ila %4 oranında zenginleştirilerek, elektrik enerjisi elde etmek için yakıt olarak kullanılır.

Nükleer enerji santrallerinde, kaçan nötronları yakalayan sistem olan moderatör olarak da ağır su veya grafit kullanılır.

Nükleer güç reaktörleri soğutma sistemine göre 3 çeşittir. Bu güç reaktörleri, Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR) ve Basınçlı Ağır Su Reaktörü (PHWR) olmak üzere 3 çeşittir.

Ayrıca yapılarına göre de iki çeşit reaktör kullanılır. Bunlar, Hızlı Üretken Reaktörler ve Termik Reaktörler ‘dir.

1. Basınçlı Su Reaktörü (PWR)

Nükleer enerji reaktör çeşitlerinde, basınç kapları ve soğutucu sistemler koruma kabı denilen çelik zırh içinde bulunur. Koruma kabının dışında kalın bir beton tabakası bulunur. Bu koruma sisteminin amacı reaktörü dış etkenlerden korumak ve herhangi bir radyoaktif sızıntı durumunda, radyasyonun çevreye yayılmasını engellemek içindir. Nükleer reaktörlerin en önemli parçalarından birisi koruma kaplarıdır.

Basınçlı su reaktörü çalışma prensibi; Basınçlı su reaktörlerinde korda üretilen enerji birincil devre soğutucuya iletilir. İkincil devrede buhar üretecinden alınan buhar, türbinlerden geçirilerek jeneratörlerde elektrik üretilmesi gerçekleştirilir.

İlk devre olan birinci devrede basınç, suyun kaynamasını engellemek amacı için 15 ila 16 MPa (Megapaskal) seviyesinde tutulur.

Kora giren suyun sıcaklığı 290-300 Santigrad derece iken, kordan çıkan suyun sıcaklığı 320-330 santigrad dereceyi bulabilmektedir.

Birincil devreden çıkan sıcak su, buhar üreteçlerine gönderilerek buharlaştırılır ve buhar türbinlerine aktarılır.

Reaktörlerin birincil soğutucu sistemleri 3 veya 4 adet aynı tip üniteden oluşur. Her bir ünitede, 1 adet buhar üreteci, reaktör soğutucu pompası, basınç ayarlayıcılar ve bağlantı boruları bulunur.

2. Kaynar Su Reaktörü (BWR)

Basınçlı su reaktörlerinden sonra en çok kullanılan reaktörler Kaynar Su Reaktörleri ‘dir. Bu reaktörler yapısal olarak basınçlı tip reaktörlere benzemektedir.

Basınçlı su reaktörü ile kaynar su reaktörleri arasındaki fark ise, bu reaktörlerde reaktör korunun içinde kaynamaya müsaade edilmesidir.

Reaktör korunda oluşan buhar türbinlere gönderilir. Kaynar su reaktörü içindeki basınç 7 MPa seviyesindedir. Dolayısıyla, basıncın düşük olması, koruyucu kapların et kalınlıklarının da düşük olması anlamına gelmektedir.

3. Basınçlı Ağır Su Reaktörü (PHWR)

Bu reaktörlerde bulunan moderatör ve soğutucu sistemler için ağır su (D2O) kullanıldığı için Basınçlı Ağır Su Reaktörü denilmektedir. Bu reaktörlerde yakıt olarak uranyum kullanılır. Ancak uranyumun zenginleştirilmesine ihtiyaç duyulmaz.

Yapısal olarak şu şekildedir; düşük basınçta moderatör yatay silindir şeklinde olan bir reaktör kabında ve bu kabın içinden geçen yatay şekilli 380 tane yakıt kanalında bulunur.

Yakıt kanalları ağır su (D2O) ve uranyum soğutucusundan meydana gelir. Yakıt elemanları basınç tüpleri içinde bulunur.

Basınçlı ağır su reaktörleri dünyada en çok Kanada tarafından kullanılır.

4. Hızlı Üretken Reaktörler

Hızlı üretken reaktörler, reaktör içindeki izotopların hızlı nötronlarla parçalanması sistemidir. Bu reaktörlerde moderatöre ihtiyaç yoktur.

5. Termik Reaktörler

Termik reaktörler de, izotopun parçalanması ile ortaya çıkan hızlı nötronlar moderatörler de yavaşlatılarak termik nötronlara dönüştürülür. Bu reaktörlerde moderatör olarak normal su, ağır su, berilyum veya grafit tercih edilir.

 Dünyada Hangi Ülkede Kaç Tane Nükleer Enerji Santralleri Vardır? 

Günümüz itibari ile dünyada toplam 30 ülke nükleer enerji santralleri kullanmaktadır. Bu 30 ülkede toplam 438 adet nükleer enerji reaktörü bulunmaktadır. Ve 40 adet nükleer enerji santrali de yapım aşamasındadır. Başlıca dünyada bulunan nükleer enerji santralleri şunlardır;

• Arjantin 2 tane nükleer reaktör ‘e sahiptir. Bu nükleer enerji santrallerinin toplam kurulu gücü 935 MW ‘tır. Bu nükleer reaktörler Arjantin’in enerji ihtiyacının %6,17 ‘sini karşılamaktadır.
• Ermenistan 1 adet nükleer reaktöre sahiptir. Nükleer reaktörün kurulu gücü 376 MW’tır. Bu nükleer enerji Ermenistanın enerji ihtiyacının %39,34 kadarını karşılamaktadır.
• Belçika 7 adet nükleer enerji reaktörüne sahiptir. Bu reaktörlerin kurulu güçlerinin toplamı 5.824 MW’tır. Belçika enerji ihtiyacının %53,75’ini nükleer enerji ile karşılamaktadır.
• Brezilya da 2 adet nükleer reaktör vardır. Bu reaktörlerin toplam gücü 1.766 MW’tır. Brezilya enerji ihtiyacının %3,11’ini nükleerden karşılamaktadır.
• Bulgaristan 2 tane nükleer reaktöre sahiptir. Bu reaktörlerin kurulu güçleri toplamı 1.906 MW’tır. Enerji ihtiyacının %32,91 ‘ini bu reaktörlerden karşılamaktadır.
• Kanada da toplam 18 adet nükleer santral vardır. Bu santrallerin kurulu güçleri toplamı 12.577 MW kadardır. Kanada enerji ihtiyacının %14,79 kadarını nükleer enerjiden karşılamaktadır.
• Çin‘de ki nükleer reaktör sayısı 11’dir. Bu reaktörler 8.438 MW kurulu güce sahiptir. Çin enerjisinin %2,14’ünü nükleer enerjiden karşılamaktadır.
• Çek Cumhuriyeti ‘nde 6 tane nükleer enerji santrali bulunmaktadır. Nükleer enerjinin Çek Cumhuriyetinde ki kurulu gücü 3.634 MW’tır. Çek Cumhuriyeti enerjisinin yaklaşık %32,44 kadarını nükleer enerji santralleri ile elde etmektedir.
• Finlandiya da 4 adet nükleer santral vardır. Bu santrallerin sahip olduğu kurulu güç miktarı 2.696 MW ‘tır. Finlandiyanın enerjisinin %29,72’si nükleer santraller sayesinde karşılanmaktadır.
• Fransa ise 59 nükleer santrale sahip bir avrupa ülkesidir. Fransada bulunan nükleer enerji santrallerinin kurulu gücü neredeyse türkiyenin tüm kaynaklar ile elde ettiği kurulu güç kadardır. Yaklaşık 63.260 MW’tır. Bu kurulu güç ile Fransa enerjisinin %76,17 ‘sini nükleer enerji santrallerinden sağlamaktadır.
• Almanya 17 adet nükleer reaktöre sahip bir diğer avrupa ülkesidir. Almanya da bulunan nükleer enerji santralleri 20.470 MW kurulu gücündedir. Bu güç sayesinde almanya enerji ihtiyacının %28,81 ‘i nükleerden sağlanmaktadır.
• Macaristan ise 4 nükleer güç reaktörüne sahiptir. Bunların toplam gücü 1.859 MW kadardır. Macaristanın enerjisinin %37,14’ü nükleerden karşılanmaktadır.
• Hindistan toplam 17 nükleer santrale sahiptir. Bu santrallerin kurulu güç toplamı 3.782 MW’tır. Ve enerji ihtiyacının %2,02 ‘si karşılanmaktadır.
• Japonya ise nükleer enerjiyi dünyada en fazla kullanan ülkelerden birisidir. Japonya da toplam 55 adet nükleer güç reaktörü vardır. Bu reaktörler 47.278 MW güce sahiptir. Ve enerjisinin %24,92 ‘si karşılanmaktadır.
• Güney Kore de 20 tane nükleer reaktör bulunmaktadır. Kurulu gücü 17.647 MW’tır. Enerji ihtiyacının %35,61 i nükleer reaktörlerden karşılanmaktadır.
• Litvanya, 1 adet nükleer santral ile enerjisinin %72,88 kadarını nükleer enerjiden sağlamaktadır. Litvanya’da ki nükleer güç toplamı 1.185 MW ‘tır.
• Meksika da 2 tane nükleer güç reaktörü vardır. Bu reaktörlerin kurulu gücü 1.300 MW iken, enerji ihtiyacının %4,03’ü bu reaktörler ile sağlanmaktadır.
• Hollanda ise 1 adet ve 482 MW gücünde nükleer enerji santraline sahip bir avrupa ülkesidir. Toplam enerjisinin %3,79’u bu kaynak ile karşılanmaktadır.
• Pakistan da toplam 425 MW gücünde 2 nükleer santral vardır. Ve enerjisinin %1,9’u nükleerden karşılanmaktadır.
• Romanya da 2 adet nükleer güç reaktörü vardır. Bunların toplam gücü 1.300 MW ile enerjisinin %17,53 ü karşılanmaktadır.
• Rusya da 31 adet nükleer santral vardır. Bu santraller 21.743 MW güce sahiptir ve Rusyanın enerjisinin %16,85’ini oluşturmaktadır.
• Slovakya 4 tane nükleer santrale sahip bir diğer ülkedir. Bu santrallerin toplam gücü 1.711 MW’tır. Slovaklar enerjilerinin %56,41 kadarını nükleer enerji ile karşılamaktadır.
• Slovenya da 666 MW gücünde 1 adet nükleer reaktör vardır. Bu reaktör Slovenya enerji ihtiyacının %41,7’sini karşılayabilmektedir.
• Güney Afrika ise 2 tane reaktör ile enerji ihtiyacının %5,24’ünü nükleer enerji den karşılayan bir başka ülkedir. Toplam nükleer santrallerin kurulu gücü ise 1.800 MW’tır.
• İspanya 8 adet nükleer enerji reaktörüne sahiptir. Bu reaktörler 7.450 MW gücündedir. Enerjinin ise %18,26’sı bu reaktörlerden karşılanmaktadır.
• İsveç ‘te 10 tane nükleer reaktör vardır. Kurulu güçleri ise 8.996 MW ve enerjiyi karşılama oranı %42,03 ‘tür.
• İsviçre ise enerjisinin %39,21’ini 5 tane nükleer reaktör ile sağlamaktadır. Bu reaktörler 3.220 MW kurulu güce sahiptir.
• İngiltere de 19 adet nükleer enerji santrali vardır. Bu santraller ile ingiltere enerji ihtiyacının %13,44’ünü karşılamaktadır. Toplam nükleer santrallerin kurulu gücü 10.097 MW kadardır.
• Ukrayna 15 tane nükleer güç santraline sahiptir. Bu santraller 13.107 MW güce sahiptir. Ve ukraynanın enerjisinin %47,39 kadarı bu reaktörler ile elde edilmektedir.
• ABD (Amerika Birleşik Devletleri) dünyada nükleer enerjiyi en fazla kullanan ülkedir. ABD’de bulunan nükleer enerji santrallerinin sayısı 104 tanedir. Bu nükleer güç reaktörleri toplam 100.683 MW kurulu güce sahiptir. Ve amerikanın enerji ihtiyacının %19,65 kadarı nükleer enerji ile karşılanmaktadır.

Dünyada nükleer enerji kullanan ülkeler ve sayıları bu şekildedir. Ayrıca nükleer enerjinin avantajları ve dezavantajları nelerdir merak ediyorsanız ” nükleer enerjinin yararları ve zararları nelerdir? ” isimli makalemizi okuyabilirsiniz.