Nükleer Reaktörler

NÜKLEER REKTÖRLER


Nükleer rektörler; içersinde nükleer reaksiyonlarin yürütüldügü ortamlardir. Çok büyük enerji açiga çikaran iki tür nükleer reaksiyon vardir. Bunlar ; büyük atom çekirdeklerinin parçalanmasi (fizyon) veya küçük atom çekirdeklerinin birlesmesi (füzyon) reaksiyonlaridir. Bu yüzden nükleer reaktörler ; içerisinde gerçeklesen reaksiyonlara göre ikiye ayrilabilirler :

1. Fizyon Reaktörleri

2. Füzyon Reaktörleri

Halihazirda füzyon reaksiyonuyla çalisan nükleer bir reaktör mevcut degildir. Fikir olarak 1942‘de ortaya atilan füzyon olayi ancak 1952‘de bomba olarak1942‘de ortaya atilan füzyon olayi

ancak 1952‘de bomba olarak denenebilmistir. Bu yüzden gücün kontrol altina alinmasi baska bir deyisle nükleer füzyona dayanan bir nükleer reaktör yapilmasi ise henüz gerçeklesememistir. Ancak bu konudaki çalismalar bütün hiziyla devam etmektedir. Günümüzde farkli sekillerde tasarlanmasina ragmen temel olarak fizyon reaksiyonuna dayanan yüzlerce nükleer reaktör mevcuttur. Atom bombasinda çok kisa sürede gerçeklesen fizyon reaksiyonu nükleer reaktörlerde çok daha kisa sürede gerçeklestirilerek olay kontrol altina alinir. Nükleer reaktörü olusturan entegre önemli elemanlardan birincisi uranyum ;yakittir. (239Pu ‘da yakit olarak kullanilabilir.)

Uranyum radyoaktif özelligi düsük olan bir elementtir. Reaktörde reaksiyona girmeden önce lastik eldivenle bile tutulabilir. Ancak fizyon sonucunda olusan ürünlerin çogu oldukça radyoaktiftir. Nükleer reaktör çalismaya basladiktan sonra ne içine girmek nede reaktörden çikan yakit atiklarina yaklasmak imkansizdir.

Yakit olarak kullanilacak uranyumun reaktöre girmeden önce her türlü safsizliktan arindirilmasi gerekir. Ayrica yapisindaki 235U orani % 3 dolayin yükselmis olan izotopik olarak zenginlestirilmis uranyum daha kullanislidir. Günümüzde yakit olarak UO2 tercih edilmektedir. Uranyumdioksit önce toz haline getirilip sonra 1 cm çap ve yüksekliginde silindirler seklinde sikistirilir. Daha sonra firinda pisirilerek seramik yakit lokmasi haline getirilen bu silindirler 4 m uzunlugunda ince bir metal zarf içine yerlestirilerek yakit çubuklari elde edilir.

Büyük bir reaktörde bu yakit çubuklarindan yaklasik 50.000 tane vardir. Reaktörün ikinci temel elemani nötron yavaslaticisidir. Bunun için ise su kullanilir. Uranyum yakit reaktörde bir su banyosuna daldirilmis cubuklar seklindedir. Fizyon reaksiyonu sonucunda olusan nötronlar yakit çubuklarindan su banyosuna geçerler. Su tarafindan yavaslatilan nötronlarin fizyon yapma yetenegi artar. bu yavas nötronlarin yeniden uranyum yakiti ile çarpismalari ise fizyon olayini zincirleme reaksiyon seklinde sürmesini saglar.

Fizyon reaksiyonu sonucunda olusan büyük isinim yakitin kizismasini önlemek için ortamdan transfer edilmesi gerekir. Bunun için ise nötronlari yavaslatmak için ortamda bulunan suyun bir pompa ile devredilmesi saglanir. Yaklasik 3000C ‘de olan sicak su borular yardimiyla soguk su içeren bir hazneden geçirilir. Bu esnada isi transferi ile soguk su isinarak buhar olusur. Elde edilen buhar bir buhar türbininden geçirilerek isi enerjisi elektrik enerjisine dönüstürülür.

Nükleer reaktörlerin entegre önemli elemanlarinda bir digeri ise kontrol çubuklaridir. Reaktörün kontrolü ortamdaki nötron sayisini kontrolü ile mümkündür. Eger fizyondan dolayi nötronlarin olusma hizi uranyun yakiti tarafindan yakalanma hizina esit ise reaktör ayni güçte çalismaya devam eder. Ortamdaki nötronlarin çalisma sayisi arttikça güç yükselir , azaldikça düser. Ortamda nötron kalmaz ise reaksiyon durur. Bunun için reaktöre kadminyun veya bordan yapilan ve nötronlari soguran kontrol çubuklari yerlestirilir. Bu çubuklar reaktörde istenilen derinlige indirilerek reaksiyon kontrol altinda tutulur.

Sonuç itibariyle bir nükleer güç reaktörü temelde fizyon reaksiyonundan olusan isiyi yayan bir su isiticisidir. Ayni termik santrallerde de olugu gibi elde edilen isi ile sudan buhar , buharin türbinleri döndürmesinden ise elektrik enerjisi elde edilir. Prensip olarak birbirine çok benzeyen termik santrallerle nükleer santraller arasinda çok önemli farklar vardir. Öncelikle nükleer santraller termik santrallerde oldugu gibi disari CO2 ve SO2 vermez. Kül birakmazlar . Bundan dolayi çevreyi kirletmezler ancak nükleer reaktörden çikan yakit yüksek radyo aktiviteye sahip bir çok madde içeriri. Bu nükleer atiklarin çevre ve insana zarar vermeden tasfiye edilmesi çok önemli bir problemdir. Bu atiklarin dis ortamla irtibati mümkün olmayan sorulara yol açabilir. Bu konudaki en büyük gelisme nükleer atiklarin yeryüzünü 500 ile 1200 metre altinda insaa edilen özel depolara gömülmesidir. Yer altinda gömülü olan nükleer atiklarin yeryüzüne çikmasini saglayacak tek mekanizma yer alti suyu ile temasi olacaktir. Bunun için atiklari gömülecegi yer seçiminde jeolojik ve çevresel faktörler dikkate alinir. Ayrica bu atiklar yüksek sicaklikta cam eriyigi ile karistirilip metal silindirler içine bosaltilir. Ve sogudugunda camsi bir yapi olusturur. Cam suda çözünmeyen uygun mekanik özelliklere sahip bir malzeme oldugundan yer altindaki nükleer atiklarin yeryüzüne çikma olasiligini azaltir. Aslinda nükleer atiklarin tehlikesi kursun , civa ve arsenik gibi zehirli atiklara kiyasla daha azdir. Çünkü nükleer atiklarin radyoaktivitesi zamanla azalirken ,zehirli atiklar çevreye atildiklari ilk günkü gibi kalirlar.