Nükleer Enerji Nedir? Nükleer Enerjiden Elektrik Nasıl Üretilir?

“Nükleer enerji” kelimesini duyduğunuzda ne düşünüyorsunuz? Belki akla bir nükleer bomba veya Çernobil veya Fukuşima gibi bir nükleer enerji krizi görüntüsü gelir. Eğer nükleer enerjiye bu şekilde bir yaklaşımınız varsa, bu yazıyı okuduktan sonra fikriniz değişebilir. Ülkelerin dışa olan enerji bağımlılığını azaltan ve ekonomisini ciddi oranda etkileyen Nükleer enerjiye yakından incelemeye ne dersiniz? Bu yazımızda “Nükleer enerji nedir?” sorusundan başlayarak nükleer reaktörlere, nükleer santralere, nükleer santralerin çalışma prensibine,avantajlarına, dezavantajlarına kısacası Nükleer enerji hakkında birçok bilgi vereceğiz. Hadi nükleer enerji dünyasının derinine inelim.

Nükleer Enerji Nedir?

Etrafımızdaki herşey atom denilen küçük nesnelerden oluşur. Her atomun kütlesinin çoğu merkezinde yoğunlaşmıştır ve buna çekirdek denir. Kütlenin geri kalanı çekirdeği çevreleyen elektron bulutunun içindedir. Protonlar ve nötronlar, çekirdeği oluşturan atom altı parçacıklardır. Nükleer enerji atomun çekirdeğinden elde edilen enerji türüdür.

Belirli koşullar altında, çok büyük bir atomun çekirdeği ikiye bölünebilir. Bu süreçte, büyük atom kütlesinin belirli bir miktarı, Einstein’ın ünlü E=mc² denklemine göre saf enerjiye dönüştürülür. Burada m atom kütlesi ve c ise ışık hızının değerini temsil eder. Işık hızının değeri yaklaşık olarak 300.000 km/sn dir ve bunun karesi çok büyük sayılara tekabül eder. 1930’larda ve 40’larda insanlar bu enerjiyi keşfetmiş ve gelecekte güçlü ve tehlikeli bir silah olarak potansiyelini fark etmiştir.

Bu Yazımızı Sevebilirsiniz! Rüzgar Türbini Nasıl Çalışır? İç Yapısı Ve Geleceği

Manhattan Projesi’nde geliştirilen teknoloji ile birlikte bu enerjiyi nükleer bombalar oluşturmak için zincirleme reaksiyonda başarıyla kullanıldı. II.Dünya Savaşı sona erdikten kısa bir süre sonra, yeni keşfedilen enerji kaynağı, denizaltılara yakıt ikmali olmadan bir yıldan fazla çalışabilecek motorlar sağlayarak nükleer donanmanın itici gücünde bir kullanım alanı buldu. Bu teknoloji hızla elektrik üretmek için ticari santrallerin geliştirildiği ve konuşlandırıldığı kamu sektörüne aktarıldı. İşte bizim bu yazımızda daha çok üstünde duracağımız elektrik üreten Nükleer Santraller.. Nükleer enerji kullanarak elektrik üretilen nükleer santrallerin çalışma prensibine değinmeden önce fisyon ve fizyon olaylarını inceleyelim. Aynı zamanda çok karıştırılan bu iki kavramın aralarındaki farkı anlamaya çalışalım.

Fisyon Ve Füzyon Nedir? Aralarındaki Farklar

Ürettiğimiz enerjinin tamamı temel kimyasal ve fiziksel süreçlerden gelir. Enerji üretimi tarih boyunca odun, kömür ve gaz esaslı malzemelerin yakılması ve Güneş, rüzgar ve sudan gelen gücü kullanarak başarılmıştır.

Atom çekirdeği büyük miktarda enerji içerir. Bu enerjiyi serbest bırakmak, dünyayı fosil yakıtları kullanmak zorunda kalmaktan kurtarır. Bunu yapmanın iki yöntemi vardır: fisyon ve füzyon. Fisyon ve füzyon, atomlardan büyük miktarda enerji üreten iki fiziksel süreçtir. Fisyon ve füzyon gibi nükleer reaksiyonlarla diğer kaynaklardan milyorlarca kat daha fazla enerji üretilir.

Fisyon Nedir?

Uranyum, plütonyum ve toryum gibi radyoaktif atomların ağır çekirdeği, daha küçük çekirdeklere bölen düşük enerjili nötronlarla bombardımana tutulur. Bu sürece nükleer fisyon denir. Örneğin uranyum-235 atomları nötronlarla bombardımana tutulduğunda, ağır uranyum çekirdeği, üç nötron baryum-139 ve kripton-94 yan ürünlerini ortaya çıkarır. Bu reaksiyonda çok fazla enerji üretilir çünkü kütle enerjiye dönüştürülür.

İlginizi Çekebilir! Aerodinamik Nedir? Arabanın Hava İle İmtihanı

Ayrıca nükleer fisyonda bir çekirdeğe nötron ile vurduğunuzda, çekirdek parçalanır ve içindeki nötronlar da ortaya çıkar ve bu nötronlar da yakınlarındaki uranyum-235 atomlarının çekirdeklerini vurur. Böylece enerji üretimi sürekli bir şekilde devam eder. Bu süreklilik olayına zincirleme reaksiyon da denir. Uranyum-235’in bölünmesi sırasında üretilen tüm nötronlar daha fazla fisyon üretirse, kontrol edilemeyecek kadar çok fazla enerji üretilir ve atom bombası adı verilen bir patlmaya neden olur. Ancak bor, nötronları emebildiği için nükleer fisyon reaksiyonu bor çubukları kullanılarak kontrol edilebilir.

Nükleer Enerji Santrallerindeki temel amaç fisyon sonucu ortaya çıkan muazzam miktarda ısı enerjisinin suyu ısıtması ve sudan çıkan buharın türbini hareket ettirmesinin ardıdan jeneratörde manyetik alan oluşturularak elektrik üretilmesine dayanır. Neredeyse tüm ticari Nükleer santraller fisyon prensibine dayalı çalışır. Peki nükleer santraller nasıl çalışır? Temel çalışma prensibi nedir?

Nükleer Enerji Santralleri Nasıl Çalışır? Çalışma Prensibi

Nükleer santraller, elektrik üretmek için nükleer fisyon reaksiyonlarını kullanır ve bu amaçla kullanılan yakıt uranyum-235‘tir.

Bir nükleer enerji santralinde, bir fisyon reaksiyonu çelik bir basınçlı kapta gerçekleştirilir ve içinde bir nükleer reaktör bulunur. Bir nükleer reaktörde uranyum-235 çubukları bir grafit çekirdeğe yerleştirilir. Grafit, uygun bir fisyon reaksiyonunun gerçekleşmesi için nötronların hızını yavaşlatmaya yardımcı olduğu için moderatör olarak adlandırılır. Uranyum-235 çubukları arasına, fazla nötronları emmeye yardımcı oldukları ve nükleer fisyon reaksiyonunu kontrolden çıkmasını önledikleri için bor çubuklar yerleştirilir. Bor çubukları kontrol çubukları olarak da adlandırılır. Nükleer reaktör, nükleer radyasyonları absorbe edebilmesi için kalın bir duvarı olan beton bir koruma kabı içine alınır.

İlginizi Çekebilir! Kuantum Fiziği Nedir? Kuantum Mekaniğine Giriş

Reaktörde fisyon reaksiyonu sonucu oluşan ısı, sıvı sodyum veya karbondioksit gazı kullanılarak soğutulmakta ve bu da buhar üreticisine aktarılmasına yardımcı olmaktadır. Burada soğutma suyu yardımıyla su buhara dönüştürülür. Üretilen buhar, türbinleri döndürmek ve jeneratörleri çalıştırmak için kullanılır.

Bir nükleer reaktörde kontrollü bir fisyon reaksiyonu gerçekleştiğinde muazam bir ısı enerjisi ortaya çıkar. Reaktöre bağlı beslenme pompasından sürekli olarak sıvı sodyum pompalanmasının nedeni oluşan bu ısıyı bir nebze soğutmaktır. Reaktörden çıkan ve nispetten soğutulmuş ancak hala çok sıcak olan sodyum borular aracılığıyla suyun içerisinden geçirilir. Su, sıcak sodyumdan ısıyı emer ve buhar oluşturmak için kaynar. Bu buhar türbin odasına gönderilir ve türbinin döndürür. Turbine bağlı olan şaft da döner. Bu şaft aynı zamanda jeneretöre de bağlıdır. Dönen şaft jeneratörde manyetik alan üreterek elektrik üretilmesini sağlar.

Türbin odasından çıkan harcanan buhar, içinde su bulunan kondensörden geçirilir ve bu su, buharın soğutulmasına yardımcı olur. Bu buhar daha sonra suya dönüşür ve borulardan tekrar ısı değişim odasına gönderilir. Uranyum-235’in nükleer fisyon reaksiyonunda üretilen atık malzemeler radyoaktiftir ve çevreye son derece zararlıdır.

Füzyon Nedir?

Nükleer füzyon, iki küçük, hafif çekirdeğin bir ağır çekirdek oluşturmak için bir araya gelmesidir. Füzyon reaksiyonları, iki hidrojen çekirdeğinin yüksek sıcaklıklar ve basınç altında bir helyum izotopunun bir çekirdeğini oluşturmak için birleştiği yıldızlarda meydana gelir. Nükleer füzyon sürecinde de muazzam miktarda enerji açığa çıkar.

Güneş’te gerçekleşen birçok farklı nükleer füzyon reaksiyonu vardır. En basit olanı, dört hidrojen çekirdeğinin bir helyum çekirdeği haline gelmesidir.

Dört hidrojen çekirdeğinin toplam kütlesi 6.693 × 10²⁷ kilogramdır (kg). Bir helyum çekirdeğinin kütlesi 6.645 × 10²⁷ kg’dır. Buradan 0.048 ×10²⁷ kg’a eşit bir kayıp kütle miktarı olduğu anlamına gelir. Kayıp kütle enerjiye dönüştürülür. Tüm nükleer reaksiyonlarda, kütlenin küçük bir miktarı enerjiye dönüşür. Bu çok fazla enerji gibi görünmeyebilir, ancak bu enerji yalnızca dört hidrojen çekirdeğinin füzyonunun bir sonucudur.

Atomların çekirdekleri pozitif yüklüdür ve bu nedenle birbirlerini iterler. Dolayısıyla, bu iki çekirdeği birleştirmek veya tek bir ağır çekirdek oluşturmak üzere kaynaştırmak için çok fazla ısı enerjisi ve yüksek basınç gereklidir. Bu, nükleer füzyonun daha hafif atomların yüksek basınçta son derece yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasıyla gerçekleştirildiğini gösterir. Bu işlemde de bir miktar kütle kaybedilir ve bu da muazzam miktarda enerji verir.

Bir nükleer füzyon reaksiyonu, nükleer fisyon reaksiyonunun tam tersidir. Nükleer füzyon reaksiyonunda üretilen enerji nükleer fisyon reaksiyonundan çok daha fazlasıdır. Şuan kendinize şu soruyu sormuş olablirsiniz. “Füzyon olayında ortaya çıkan enerjinin fisyondakinden daha fazla, o zaman neden nükleer santrallerde kullanılmıyor?” Bu sorunun cevabı füzyon reaksiyonlarından ortaya çıkan enerjinin henüz kontrol edilememiş olmasıdır. Dolasılıyla santrallerde kullanılmaz.

Bu Yazımızı Kaçırmış Olabilirsiniz! Güneş Paneli Nasıl Çalışır? Enerjinin En Temiz Halinin Üretimi

Nükleer Enerji Avantaj Ve Dezavantajları

Nükleer enerjinin birçok artıları ve eksileri vardır ve bu enerji kaynağının neler yapabileceğine dair bir fikir edinmek için avantaj ve dezavantajlarını bilmek önemlidir. Nükleer enerjinin artılarını ve eksilerini bilmek, bu enerji kaynağının gelecekteki enerji ihtiyaçlarımız ve gezegenimiz için iyi bir karar olup olmadığına kendiniz karar vermenize yardımcı olacaktır.

Avantajlar:

1) Güvenilir Enerji Kaynağıdır.

Güneş ve rüzgar gibi bazı enerji kaynakları hava koşullarına bağlıyken nükleer enerjinin bu tür kısıtlamaları yoktur. Havanın rüzgarlı olması veya bulutlu olması pek de önemli değildir. Nükleer enerji santralleri esasen dış iklim faktörlerinden etkilenmezler ve öngörülebilir ve sabit enerji çıkışı yaratırlar. Tüm yıl boyunca kesintisiz şekilde enerji üretilebilir.

Nükleer enerji santralleri güvenilir olmasının bir başka nedeni ise gezegende önümüzdeki 70-80 yıl boyunca enerji üretmeye yetecek kadar uranyumumuz var. Kulağa uzun bir süre gibi gelmesede birçok fosil yakıtın dayanacağı süreden fazladır.

2) Düşük Kirlilik Yaratır.

Bir nükleer santralin ortaya çıkardığı kirlilik, fosil yakıtlardan enerji üretimine kıyasla oldukça düşüktür. Nükleer atık meselesine yazının ilerleyen kısımlarında değineceğiz. Mevcut nükleer enerji tüketimi, halihazırda her yıl 555 milyon metrik ton emisyonu azaltmaktadır. Bu da küresel iklim değişikliğinin önlenmesine önemli bir ölçüde fayda sağlıyor.

3) Düşük İşletim Maliyeti

İlk inşaat maliyetinden sonra, nükleer enerji, mevcut en uygun maliyetli enerji çözümlerinden biri olma avantajına sahiptir. Nükleer enerjiden elektrik üretmenin maliyeti gaz, kömür ve petrolden enerji üretme maliyetinden çok daha düşüktür.

4) Yakıtın Yeterli Oluşu

Fosil yakıtlar gibi, nükleer santralleri beslemek için kullanılan uranyum da sınırlı miktarda tedarik edilmektedir. Bununla birlikte, uranyum rezervlerimizin 80 yıl daha dayanacağı tahmin edilirken, fosil yakıtların çok daha sınırlı bir ömrü var. 2052’de petrol, 2060’da doğalgaz ve 2088’de kömürün biteceği tahmin ediliyor.

5) Yüksek Enerji Yoğunluğuna Sahiptir

Belki de nükleer enerjinin en büyük avantajı budur. Nükleer fisyon (nükleer enerji üretmek için kullanılan süreç) gaz, petrol veya kömür gibi fosil yakıtları yakmaktan çok daha fazla miktarda enerji açığa çıkarır. Peki Nükleer fisyon ne kadar verimli? Nükleer fisyon, enerji üretiminde geleneksel fosil yakıtlardan yaklaşık 8.000 kat daha verimlidir. Nükleer enerji daha verimli olduğundan tesise güç sağlamak için daha az yakıta ihtiyaç duyar ve dolayısıyla daha az atık oluşturur.

Dezavantajlar:

1) İlk İnşa Maliyeti Çok Pahalıdır.

İşletmesi nispeten ucuz olmasına rağmen, nükleer enerji santrallerinin kurulması inanılmaz derecede pahalıdır ve bu kuruluş maliyeti giderek artmaktadır.

2) Kazalar

Çernobil felaketini duymayanınız yoktur. Çernobil nükleer faciasından dolayı şuan kaç kişinin öldüğü bilinmiyor ama 10.000 kişinin şuana kadar dolaylı ve doğrudan bu olaydan etkilenip öldüğü tahmin ediliyor. Bu kazalar ekipman arızası, işçi hatası gibi birçok faktörden oluşabilir.

3. Radyoaktif Atıklar Üretir.

Nükleer santraller fosil yakıtlara nazaran fazla emisyon yaratmasa da, doğru ve güvenli bir şekilde depolanmaz ise çevre ve insanlık için büyük tehlikeler yaratabilir.

Radyoaktif atıkların depolanması, nükleer santrallerin karşılaştığı büyük bir sorundur. Nükleer atıkları yok etmenin bir yolu olmadığından, mevcut çözüm, onu konteynırlarda güvenli bir şekilde mühürlemek ve çevreyi kirletemeyeceği yerin derinliklerinde depolamaktır.

4. Çevreye Olan Başka Bir Etkisi

Uranyum madenciliği ve zenginleştirilmesi çevre dostu bir süreç değildir.Uranyum için açık ocak madenciliği madenciler için güvenlidir ancak geride radyoaktif parçacıklar bırakır, erozyona neden olur ve hatta yakındaki su kaynaklarını kirletir. Yeraltı madenciliği daha iyi değildir ve madencileri çıkarma ve işleme sırasında radyasyona maruz bırakır.

5. Güvenlik Tehdidi

Nükleer santraller gücünü nükleer enerjiden aldığı için devletler için potansiyel bir tehdittir. Nitekim bazı terörist grupları nükleer santralleri hedef alıp, birçok insanın ölümüne ve çevrenin ciddi bir şekilde kirlenmesine neden olabilirler.

Güç üretmek için kullanılan uranyum yanlış ellere geçerse nükleer silaha dönüştürülebilir. Bu nedenlerden dolayı, nükleer materyalleri ve nükleer santralleri çevreleyen güvenlik son derece önemlidir.

Dünyadaki Bazı Nükleer Santraller

İlginizi Çekebilir! Transistör Nedir? Bilgi Çağının En Önemli İcadı

Türkiye’deki Nükleer Santraller

Türkiye’nin biri inşaat aşamasında diğeri proje aşamasında olmak üzere iki adet nükleer enerji santrali projesi bulunmaktadır. Ayrıca üçüncü bir santral için ülkenin çeşitli bölgelerinde fizibilite çalışmaları devam etmektedir. Nükleer santrallerin enerjiyede dışa bağımlı bir ülke olarak ekonomimize katkısı olumlu yönde olacaktır. Dezavantajlarını tartıştık ancak uygun tedbirler ve çözümler ile problemlerin üstesinden gelinebilir. Nükleer sanraller Türkiye için önemli bir yere sahiptir. Proje aşamasındaki Türkiye’de kurulacak nükleer santralleri kısaca inceleyelim.

Akkuyu Nükleer Güç Santrali 

Rusya ile Türkiye arasında 2010 yılında imzalanması ile tartışmalara yol açan bu nükleer santral 2022 yılında sona ermesi bekleniyor. Bir tanesi 1200 megavat gücünde 4 reaktörün olması planlanan santralin Türkiye’nin enerji ihtiyacının yüzde 10’unu karşılaması hedefleniyor. Akkuyu nükleer santrali ile ilgili daha fazla bilgi için Buraya Tıklayınız.

Sinop Nükleer Enerji Santrali

Türkiye’nin Akkuyu Nükleer Enerji Santrali’nden sonra projelendirilen ikinci nükleer santrali olan Sinop Nükleer Santrali’nin 1120 MW’lik 4 reaktör ünitesiyle toplam 4.480 MW kurulu güce sahip olması tasarlanıyor. Santralin ilk reaktörünün 2023 yılında devreye girmesi planlanıyor.

 İğneada

 Dönemin Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Ali Rıza Alaboyun 2015 yılında yaptığı açıklamada, Türkiye’de yapılacak üçüncü nükleer santral için Kırklareli’nin İğneada bölgesinin planlandığını söyledi.

Nükleer enerji bugün için büyük bir kısmı gelişmiş ülkeler olan 29 ülkenin kullandığı, pek çok ülkenin ise yakın gelecekte kullanmak için çaba harcadığı önemli bir enerji kaynağıdır. Dünya elektrik enerjisi ihtiyacının %15’ten fazlası nükleer enerjiden karşılanmaktadır. Nükleer enerji, her ne kadar ülkemiz ve dünyada yoğun tartışma konusu durumunda bulunsa da, sorunsuz santraller tarafından üretildiği ve profesyonel kişilerin gözetiminde olduğu sürece en efektif enerji olarak değerlendirilmesi gerekmektedir.

Bu yazımızda nükleer enerji ve nükleer santrallerden, nükleer enerjinin Türkiye için öneminden, nükller santrallerin çalışma prensibini detaylı bir şekilde inceledik. Ülkelerin dışa bağımlılığını azaltan bu enerji üretim biçimi hakkında düşüncelerinizi yorum kısmında belirtebilirsiniz. Bir sonraki yazılarımızda görüşmek üzere… LEVTEMS

Kaynakça:

https://www.jagranjosh.com/general-knowledge/nuclear-fission-and-nuclear-fusion-1458720673-1

https://whatisnuclear.com/nuclear-energy.html

https://www.sozcu.com.tr/2017/ekonomi/turkiyenin-nukleer-santral-haritasi-1928257/

Eğer Nükleer Enerji Ve Nükleer Santrallerin Çalışma Prensibi Hakkında Bilgiler Verdiğimiz Yazımızı Beğendiyseniz, Sosyal Medya Hesaplarınızdan Yazımızı Paylaşarak, Bize Destek Olabilirsiniz.