Atom çekirdeklerinin fisyonu veya kaynaşması sırasında açığa çıkan enerji nükleer enerji olarak adlandırılmaktadır. Belli miktarda bir madde ile belli miktarda enerji arasında eşdeğerlik bulunduğunu Einstein bize göstermiştir. m kütleli bir madde yok edilirse veya yok olursa e=mc2 değerinde bir enerji açığa çıkar. Bu formülde c’nin ışık hızı olduğunu göz önüne alırsak; çok küçük bir madde kütlesinin yok olmasının büyük bir enerji açığa çıkmasına sebep olacağını görebiliriz.

Bazı atomların çekirdekleri (uranyum, plütonyum vs.), nötron bombardımanına tutulduklarında patlar ve bu çekirdeklerden çok daha küçük kütleli ve sayılamayacak kadar fazla taneciğe bölünerek parçalanmaktadır. Patlama öncesi ve sonrasındaki taneciklerin kütlelerinin arasındaki fark, çekirdeklerin parçalanması sırasında yiten ve yeni enerjiye dönüşen madde miktarıdır diyebiliriz. Bu olaya zincirleme tepkime yani fisyon denilmektedir. Bu olayın çok sayıda çekirdekte aynı anda gerçekleştiğini düşünürsek, bir bomba oluşumundan söz edebiliriz. Bu enerjiyi nükleer reaktörlerdeki tepkimenin yavaşlatılması ile kullanılabilir duruma getirebiliriz. Bu sayede elde edilen enerjiyle bir sıvıyı ısıtarak, elektrik enerjisi üretebiliriz.

Nükleer Enerji Santralleri

Nükleer enerji santrallerinin işleyişi, kömürle çalışan termik santrallerden çok farklı değildir. Termik santrallerde kömürün yakılması ile su kaynatılır böylece elde edilen buhar gücü ile türbin döndürülür ve elektrik üretimi sağlanır. Nükleer enerji santrallerinde ise, gerekli olan ısı atomların reaktörde parçalanması ile üretilir. 3 tip nükleer enerji santrali vardır.

MAGNOX Tipi Santraller: Kullanılabilir miktarda enerji üretirler. İlk olarak 1950’lerde İngiltere’de kurulmuştur. Askeri amaçla plütonyum üretmek ve Nükleer enerji alanında deneyim kazanmak amacıyla kurulmuştur ve elektrik üretimi 1956 yılında başlamıştır. Bu tip reaktörde yavaşlatıcı olarak grafit, yakıt olarak magnezyum alaşımından bir kap içerisinde yer alan doğal uranyum kullanılmakta ve sistem basınçlı karbon dioksit ile soğutulmaktadır. Karbon dioksit tepkime sırasında ısıyı emerek bunu ısı değiştiricilerine taşıyarak; elektrik üretmeye yarayan türbo-alternatörleri çalıştıracak buharı elde etmeyi sağlamaktadır.

PWR Tipi Santraller: Basınçlı Su Soğutmalı Santraller olarak da adlandırılabilir. Bu reaktörlerde yakıt olarak %3 oranında U-235 içerecek şekilde zenginleştirilmiş ve özel alaşımdan oluşan bir kutu içerisine yerleştirilmiş uranyum dioksit kullanılmaktadır. Su hem yavaşlatıcı hem de soğutucu olarak kullanılır. Pompalanan su önce reaktörde dolaştırılır. Bu sürede ısınan su, ısı değiştiricisinde bulunan başka bir su devresinde buhara dönüştürülür. Buharın türbinleri döndürmesi ile termik santrallerdeki gibi elektrik enerjisi üretilir.

BWR Tipi Santraller: Bir diğer adıyla Kaynar Sulu Reaktörler olarak bahsedebiliriz. Bu tip reaktörlerde zincirleme tepkimelerin meydana geldiği kısım PWR tipi santrallerdekiyle aynıdır. Fakat burada ikinci bir su devresinin varlığından söz edemeyiz. Reaktörün soğutma devresinden çıkan buhar direkt türbinlere aktarılır. Nükleer enerji üretimi yapan ülkelerin BWR tipi santraller kullanmaktadır.

Nükleer Atıklar ve Yönetimi

Radyoaktif atıkların, sade nükleer santrallerden kaynaklandığını söyleyemeyiz. Tarım, tıp, tahribatsız malzeme testleri gibi birçok farklı alanda radyoaktif malzemeler kullanılır ve nükleer atıkların oluşumu söz konusudur. Tüm endüstriler göz önüne alındığında nükleer enerji santralleri oluşan nükleer atıkların çok küçük yer kapladığını görürüz. Fakat tüm zehirli atıklarda olduğu gibi radyoaktif atıklar da güvenli yöntemlerle saklanmalı veya bertaraf edilmeli. Çıkan atık doğrudan radyoaktif olabildiği gibi kullanılan veya radyoaktivite bulaşmış malzemeler de radyoaktif atıktır. Ortaya çıkan bu atıklar, içerdikleri radyoaktivite seviyesine göre düşük, orta ve yüksek seviyeli olarak üçe ayrılır.

Düşük seviyeli atıklar (DSA), radyoaktivite seviyesi düşük olan atıklardır. Bu atıkların saklanması ya da taşınabilmesi için özel koruyuculara ihtiyaç yoktur. Bu atıklar yüzeye yakın depolama alanlarında saklanabilirler. Kâğıtlar, elbiseler, filtreler vb. malzemeler bu tip atıklara örnek olarak gösterilebilir. Düşük seviyeli atıkların içerdiği radyoaktivite kısa sürelidir. Düşük seviyeli atıklar hacimsel olarak tüm radyoaktif atıkların yüzde 90’ını oluşturmaktadır. Ayrıca toplam radyoaktivitenin de yüzde 1’ini temsil etmektedir.

Bozunum ısısı, fiziksel hali, biyolojik-kimyasal özellikleri ve radyoaktivitesi gibi özellikler göz önüne alınarak sınıflandırılması yapılan ve toplanan DSA’lar radyasyondan korunma ve acil durum prosedürleri kapsamında depolama tesisine taşınır. Katı haldeki düşük seviyeli atıklar hacim küçültme işlemine tabi tutulur ve prosedüre uygun paketlenir. Hacim küçültme işlemine maruz kalan ve paketlenen düşük seviyeli radyoaktif atıklar, bu işlemden sonra yüzey depolama tesisine taşınır. 60 yıl boyunca bu tesiste bekletilerek depolanır. 60 yılın sonunda santral sahası dışında bulunan bir tesiste bertaraf edilir.

Orta seviyeli atıklar (OSA), düşük seviyeli atıklara göre daha yüksek seviyede radyoaktiviteye maruz kalmış, ancak aynı düşük seviyeli atıklar gibi yüksek güvenlikli koruyuculara gerek olmadan saklanabilirler. Orta seviyeli atıklara kimyasal atıklar, reçine, reaktörün kapatılması sırasında radyoaktiviteye maruz kalan malzemeleri örnek olarak gösterebiliriz. Orta seviyeli atıklar, hacim olarak tüm radyoaktif atıkların yüzde 7’sini oluşturmakta ve radyoaktivitenin yüzde 4’ünü temsil etmektedir.

Orta seviyeli sıvı ve katı atıklar için çimentolama işlemi uygulanmaktadır. Özel olarak formüle edilmiş harçların kullanımıyla gerçekleştirilen çimentolama işlemi radyoaktif maddelerin bir arada kalmasını sağlar. Paketlenen orta seviyeli radyoaktif atıklar aynı düşük seviyeli atıklar gibi radyasyondan korunma ve acil durum prosedürleri dahilinde santral sahasında bulunan yüzey depolama tesisine taşınır ve bu tesiste 60 yıl boyunca depolanır. Yine düşük seviyedeki atıklarda olduğu gibi 60 yıl sonunda saha dışında bir tesiste bu atıklar bertaraf edilir.

Yüksek seviyeli atıklar (YSA), radyoaktivite seviyesi nedeniyle ısısı artan, bu nedenle özel soğutma ve koruyucu kap gerektiren atıklardır. Yüksek seviyeli atıklar, yakıt olarak kullanılan uranyumun reaktörde yanması sonucunda oluşur. YSA, tüm radyoaktif atıkların hacimsel olarak yüzde 3’ünü oluşturmaktadır. Aynı zamanda toplam radyoaktivitenin yüzde 95’ini oluşturduklarını da söyleyebiliriz. Yüksek seviyeli atıklar; içerisinde bulunan radyoaktivite seviyesinin insana ve doğaya zarar veremeyecek seviyeye inmesi için gereken süreye göre uzun ve kısa ömürlü olmak üzere ikiye ayrılır. Nükleer atık yönetiminde en çok dikkat verilmesi gereken tür yüksek seviyeli atıklardır.

Kullanılmış ve yüksek seviyeli atık haline gelmiş yakıtlar reaktör korundan çıkarılınca, radyasyondan korunma ve acil durum prosedürleri dahilinde, reaktörün hemen yanındaki kullanılmış yakıt havuzuna taşınır. Kullanılmış yakıtlar bu işlem sırasında dışarısı ile temas etmez ve etmemelidir, tamamen havuz içerisinde bekletilmelidir. Havuzda bekletilen kullanılmış yakıtlar, havuz dışına taşınırken radyasyonun dışarı çıkmasını önlemek için tasarlanmış, çok katmanlı izolasyonu olan özel taşıma kapları kullanılır. Kullanılmış yakıtların dışarısı ile temas etmesi sakıncalı olacağı için atıklar bu kaplara tamamen havuz içerisinde yerleştirilir. 10 yıl boyunca havuzda bekletilen atıklar, özel atık taşıma kapları içerisinde radyasyondan korunma ve acil durum prosedürleri dâhilinde 50 yıl süreyle depolanmak üzere santral sahasında bulunan kuru depolama tesisine taşınır. 50 yıl boyunca kuru olarak depolanan atıklar, bertaraf edilmek üzere özel taşıma kaplarıyla derin jeolojik bertaraf tesisine taşınması gerçekleşir.

Mühendislik kategorisindeki diğer makaleleri de okumanızı tavsiye ederiz!