Teknoloji

Nükleer enerjinin geçmişi ve geleceği

Nükleer enerjinin geçmişi ve geleceği

Günümüzde, verimli ve çevreye en az zararı verebilecek enerji üretimi artık insanlık için çok önemli bir olgu haline geldi. Enerji üretiminde daha verimli araçların tasarlanması ve üretilmesi için de günbegün bilimsel çalışmalar devam etmekte. Bir önceki yazımı sonlandırırken günümüzde elektrik enerjisi üretiminde bazı ülkeler için olmazsa olmaz hale gelmiş olan nükleer enerjiden bahsetmiştim. Bu yazımda da, nükleer fizik ve nükleer enerjinin tarihçesine kısaca değinip sonra da ülkemizdeki enerji üretimimizin durumuna, dünyada ne tip nükleer santrallerin kullanıldığına ve ülkemizde inşaatı devam eden nükleer santral hakkında bazı bilgilere yer vereceğim.

Nükleer fizik ve nükleer enerjinin kısa tarihçesi
1789 yılında Martin Heinrich Klaproth tarafından  uranyumun keşfedilmesi, sonrasında Wilhelm Conrad Röntgen’in 1895 yılında X-ışınlarını keşfetmesi, 1896 yılında da Henri Becquerel’in radyoaktiviteyi keşfetmesi ve aynı yılda Madam Curie ve eşinin gerçekleştirdiği benzer çalışmalarla bu üç bilim insanı Nobel ödülüne layık görüldüler. Nobel ödüllü bir diğer bilim insanı Ernest Rutherford’un gerçekleştirdiği çalışmalar sonucunda, 1911 yılında atomun aslında merkezinde çekirdek ve bu çekirdek etrafında dönen elektronlardan oluştuğunu açıklamasıyla o güne kadarki atomun bölünemez olduğu fikri çürütülmüş ve çekirdek kavramı ile nükleer fiziğin temeli atılmış oldu. Rutherford’un 1919 yılında gerçekleştirdiği diğer bilimsel çalışmalar sonucunda da çekirdeğin nötron ve protonlardan oluştuğu keşfedildi ve sonrasında gerçekleşen bir dizi bilimsel çalışma ve Manhattan projesi ile atom bombaları üretildi. Atom bombalarının ise 1945 yılında Amerika Birleşik Devletleri (ABD) tarafından Hiroşima ve Nagazaki’de kullanılmasıyla yüzbinlerce kişinin hayatını kaybetmesinden sonra 2. Dünya Savaşı sona erdi ve ABD hem gücünü hem de nükleer enerjinin gücünü çok acı sonuçları olan olaylarla tüm dünyaya göstermiş oldu.

Nükleer enerji, fisyon ve füzyon olmak üzere iki tür reaksiyon sonucunda elde edilir. Kararsız (radyoaktif) yapıya sahip bir ağır çekirdeğin bir nötron ile tepkimeye girmesi sonucunda fisyon reaksiyonu gerçekleşir ve bu reaksiyon sonucunda fisyon ürünleri, iki ya da üç nötron ve fisyon enerjisi (nükleer fisyon enerjisi) ortaya çıkar. Bu olayın tam tersi durumda ise yani iki kararsız hafif çekirdeğin birleşmesi esnasında füzyon reaksiyonu gerçekleşir ve nükleer füzyon enerjisi ortaya çıkar. Böylesine büyük bir enerjinin keşfedilmesinden sonra da, ABD hızlı üretken reaktörden 1951 yılında nükleer fisyon enerjisinden elektrik enerjisi üretimini gerçekleştirmiş olmasına karşın, Sovyetler Birliği 1954 yılında Obninsk nükleer güç santralini kurmuş. Böylelikle kamu şebekesine ilk kez elektrik verilmeye başlanmıştı. 1970’li yılların başında patlak veren petrol krizinden sonra, enerji üretimi için ticari nükleer fisyon reaktörlerinin sayısında dünya genelinde oldukça yoğun bir artış oldu. Fakat 1979 yılında ABD’de gerçekleşen Three Mile Island ve 1986 yılında Sovyetler Birliği’nde gerçekleşen Çernobil nükleer kazalarından sonra enerji piyasasına da doğalgazın girmesiyle dünya genelinde nükleer santrallere talep azaldı.

Ülkemizin yıllık enerji talep artışı ve ülkemizdeki elektrik üretim santralleri
Günümüzde elektrik enerjisinin artık yaşam alanlarımızın her noktasında olmazsa olmazımız haline geldiği ve günbegün elektrik enerjisine bağımlığımızın arttığı bir dönemde, elektrik enerjisi üretimi için kullanılan santrallerin çevreye verdiği zararlar, gezegenimiz üzerinde geri dönüşü olmayan bir etkiye neden oluyor. Özellikle fosil yakıtların yanması sonucunda ortaya çıkan karbondioksit, sülfür dioksit, karbon monoksit ve azot dioksit gibi zararlı gazlar sera gazı oluşmasına neden olurlar. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığının 2018 yılı verilerine göre ülkemizde tükettiğimiz enerjinin yüzde 28’ini kendimiz üretirken yüzde 72’sini ithal ediyoruz. Ülkemizde ürettiğimiz enerjiyi elde etmek için kullandığımız yakıtlardan doğal gaz ve sıvı yakıtların tamamına yakını ithal olup kullandığımız kömürün de yüzde 30’u ithaldir. Bununla birlikte, ülkemizin yıllık elektrik enerjisi talep artışı ortalama olarak yüzde 7-8 civarında. 2018 yılı itibarıyla ülkemizdeki elektrik enerjisi üretimimiz, yüzde 37,3 kömürden, yüzde 29,8 doğalgazdan, yüzde 19,8 hidrolik enerjiden, yüzde 6,6 rüzgâr enerjisinden, yüzde 2,6 güneş enerjisinden, yüzde 2,5 jeotermal enerjiden ve yüzde 1,4 diğer kaynaklardan elde ediliyor. Bunlara ek olarak, ürettiğimiz elektrik enerjisi santrallerimizin toplam sayısı 7 bin 423 (lisanssız santraller dahil) ve bu santrallerin 653 adedi hidroelektrik, 42 adedi kömür, 249 adedi rüzgâr, 48 adedi jeotermal, 320 adedi doğalgaz, 5 bin 868 adedi güneş, 243 adedi ise diğer kaynaklı santrallerden oluşuyor. Güneş santrallerimizin sayısı diğer enerji üretim santrallerimize göre çok daha fazla olmasına karşın enerji üretimimize etkisi oldukça azdır. Bu da güneş enerjisinden elektrik enerjisine üretim veriminin yüzde 16 gibi düşük bir seviyede olmasından kaynaklanır. Aynı şekilde, güneş ve rüzgâr santralleri dışındaki enerji üretim santrallerimiz arasında sayı bakımından diğerlerine göre oldukça fazla olan hidroelektrik santrallerimizden elde ettiğimiz elektrik enerjisinin kömür ve doğalgaza göre oldukça düşük olduğunu ve bu hidroelektrik santrallerimizin ülke iklimini ve yerüstü zenginliklerimizi nasıl olumsuz yönde etkilediğini görüyoruz.

Dünyadaki ticari nükleer reaktörler
Nükleer fisyon enerjisinden elektrik enerjisi üretmek için kullanılan düzeneklerin tanımını ticari nükleer santraller şeklinde yapmak mümkün. Nükleer fisyon reaktörler, soğutucu olarak kullanılan maddelere göre sınıflandırılır. Dünya genelindeki reaktörlerin yüzde 80’ninden fazlası soğutucu madde olarak su kullanır ve bu tip reaktörlere hafif su reaktörleri (LWR) denir. Rusya dışındaki ülkeler tarafından üretilen hafif su reaktörleri de basınçlı su reaktörü (PWR) ve kaynar su reaktörleri (BWR) olarak ikiye ayrılır. Rusya da kendine özgü basınçlı su reaktörlerine VVER, kaynar su reaktörlerine de RBMK isimlerini vermiştir. Çernobil’de gerçekleşen kaza RBMK tipi olduğu için bunların üretimine Ruslar tarafından son verildi. Bununla birlikte, Fukuşima nükleer fisyon reaktöründe gerçekleşen kazadan sonra da Batı tipi kaynar su reaktörlerinin (BWR) durumu tartışılmaya başlandı. Dünya genelinde geri kalan reaktörlerde de soğutucu olarak gaz (GCR) ya da ağır su (PHWR) kullanılır. Bazı ülkelerde de ticarileştirilmeye çalışılan ağır metal (FBR) soğutmalı nükleer fisyon reaktörleri kullanılıyor. Uluslararası Atom Enerji Ajansı’nın (IAEA) ve Dünya Nükleer Birliği’nin (WNA) verilerine göre, dünya genelinde bugüne kadar 177 adet nükleer fisyon reaktörü kapatılmış olup hâlâ 450 adet nükleer santral aktif olarak çalışıyor ve bunların büyük bir çoğunluğu da 30 yaş üzeri reaktörlerden oluşuyor. Bunlara ek olarak, dünya genelinde 2019 yılındaki veriler, inşaat halinde olan 54 nükleer fisyon reaktörü olduğunu gösteriyor. Dahası, bu yıl itibarıyla 110’un üzerinde nükleer reaktörün yapılması planlanıyor; 2030 yılına kadar da ülkelerin bünyelerine katacağı 330’dan fazla nükleer fisyon reaktörü var.

Ülkelerin dünya genelinde nükleer enerjiye bağımlılığı
Fosil yakıtların yakılması yoluyla elektrik enerjisi elde edilmesi sırasında sera gazı oluşumuna neden olan zararlı gazların ortaya çıkması, nükleer santrallerde oluşmaz. Bununla birlikte, örneğin 1 kilogram uranyum (nükleer fisyon reaktörü yakıtı) kullanılarak elde edilecek enerji için 3 milyon kilogram (3 bin ton) kömür ya da 2 milyon 700 bin litre petrol gerekiyor. Diğer enerji santrallerine göre bu kadar az yakıt kullanımı, az oranda atık oluşumuna da neden oluyor; hatta bu atıklar camlaştırma yöntemi gibi güvenli bir depolama yöntemiyle saklanabiliyor. Fransa’da dört kişilik bir ailenin ömürleri boyunca kullandıkları nükleer enerjiden oluşan nükleer atığın bir golf topu büyüklüğünde olduğu hesaplanıyor. Fransa hâlâ dünya genelinde nükleer enerjiden elektrik enerjisi üretiminde birinciliği (yüzde 74) kimseye kaptırmamaya devam ediyor. Hatta ileride uranyum yakıt sorunuyla karşılaşacaklarını bildikleri için 35 ülkenin katılımıyla oluşturulmuş olan ITER organizasyonu doğrultusunda Fransa’da füzyon reaktörlerinin kurulumuna başlanmış olup çok yakında bunlardan ikisinin araştırma reaktörü olarak çalışır hale gelmesi planlanıyor. Fransa’dan sonra toplam elektrik enerjisi üretimindeki nükleer fisyon enerjisinden elektrik üretiminin ülkelere göre yüzdesi şöyle: Yüzde 55 Slovakya, yüzde 50 Ukrayna, yüzde 50 Macaristan olarak sırasıyla devam edip ABD ve Rusya’nın üretimi yaklaşık olarak yüzde 20 seviyesinde raporlanıyor. Ülkelerin aktif olarak çalışan reaktör, inşaat halinde olan reaktör ve ileride yapılması planlanan reaktör sayılarını paylaşan WNA verilerine göre, Fransa’nın artık nükleer fisyon reaktörü yapımına son verdiği ve gelecekte limitsiz enerji olarak adlandırdıkları füzyon enerjisine yöneldiği; Çin’in ise günümüzde enerji talep oranı en fazla olan ülke olmasından dolayı bu talebi karşılamak üzere, tercihini, sera gazı salınımına neden olmayan nükleer santrallerden yana kullanacağı anlaşılıyor.
2016 yılında Almanya’da katıldığım bir toplantıda, ITER organizasyonunun başkanı bir sunum yaptığında salondakiler gibi ben de hayretle sunumu dinlemiştim. Çünkü organizasyon başkanı Fransa’da 2020 den sonra nükleer enerji kaynaklı kurulacak yeni santrallerin sadece füzyon reaktörü olacağını ve bunlardan inşaatları devam eden ikisinin inşaatını 2021 yılında bitirmeyi ve ilk plazmayı 2025 yılında elde etmeyi, 2035 yılında da füzyon reaktörünü devreye sokmayı planladıklarını söylemişti.

Ülkemizde Akkuyu sahasında kurulacak olan nükleer güç santrali
Günümüzde, 70 yılı aşkın bir tecrübe ile dünya genelinde 7 gün 24 saat çalışabilme özelliği olan ve geçmiş modellerine göre daha da iyi özelliklere sahip reaktörlerin yapımı tasarlanıyor. Mersin-Akkuyu’da kurulacak olan 4 üniteli nükleer güç reaktörünün her biri 3 (+) nesil VVER-1200 tipi Rus teknolojisine sahip ve bu reaktörler IAEA kurallarına uygun olacak şekilde tasarlanmış durumda. VVER tipi nükleer fisyon reaktörleri hâlihazırda Avrupa Birliği ülkelerinden Slovakya, Bulgaristan ve Çek Cumhuriyeti gibi ülkelerde güvenli bir şekilde kullanılıyor. Bununla birlikte, VVER-1200 tipi Rus teknolojisinin IAEA ve Finlandiya düzenleyici kuruluşu STUK’a göre uluslararası standartlara uygun bir tasarım olduğu belirtilmiş ve IAEA reaktörlerimizi denetleme yetkisine sahip. VVER-1200 tipi reaktörler, su soğutmalı ve su moderatörlü reaktörler oluyor. Aynı zamanda, dünya genelinde en fazla işlem ömrüne sahip ve sayıları en fazla olan basınçlı su reaktörlerinin (PWR) Rus yapımı olanlarını oluşturuyor. Bu reaktörler, “derinliğine savunma” ilkesinin beş fiziksel bariyerin sağlamlığını ve bütünlüğünü koruyacak güvenlik sistemine sahiptir. Bu güvenlik sistemlerinin ilki; Çernobil’deki gibi bir facianın oluşmaması için kor erimesi durumunda tasarlanmış “Eriyik Kor Kabı.” İkincisi; biri 1,2 metre, diğeri 1 metre kalınlığa sahip “Çift Koruma Kabı.” Birinci kabı aşabilecek zararlı gazları muhafaza ve filtre edilmesinde kullanılacak olan boş alanı sağlayan ikinci kap, aynı zamanda reaktörü uçak çarpması, reaktör dışı patlamalar, şiddetli fırtınalar ve su baskınları gibi dış etkilerden korur. Diğer güvenlik sistemi bileşenleri ise “Acil Durum Kor Soğutma Sistemi”, “Otomatik Kontrol”, “Pasif Güvenlik Sistemi” ve “Sismik Sistemler” olarak isimlendiriliyor.

Gelecekteki tercihimiz hangi enerji kaynaklarından yana olacak?
Kullandığımız fosil kaynaklarımız yüzünden ortaya çıkan zararlı gazların sera gazı oluşumuna neden olması ve hidroelektrik santrallerin çok geniş toprak alanlarını olumsuz etkilemesinin yanı sıra, birçok enerji üretim santrali ne yazık ki gezegenimizin iklimini de olumsuz yönde etkiliyor. Bununla birlikte, yenilenebilir enerji kaynaklarından elde ettiğimiz enerjinin veriminin düşük olması da bu araçlara bağımlılığımızı ne yazık ki çok fazla artıramıyor. Enerji kaynağımızdan ne kadar enerji ürettiğimiz, enerji verimimizi belirlediği için verimli enerji üretim araçları geleceğin enerji üretim santralleri olacaktır. Bunlara ek olarak, yaşamımızın kaynağı olarak gösterilen güneş enerjisinin kaynağı olan Güneş gibi bir kaynak geleceğin sınırsız enerji üretim kaynağı olarak görülüyor (nükleer füzyon reaktörleri). Geleceğin en çok kullanılan enerji üretim santrali ne olacak? Bunu şimdiden kestirmek çok zor ama radyasyonla yaşamaya devam edeceğimiz kesin. Peki, radyasyon ne? Radyasyon kaça ayrılır? Radyasyon bizim için yararlı mı yoksa zararlı mı? Bu soruların yanıtlarını arayacağımız bir sonraki yazımda görüşmek üzere.

Kemal Fırat Oğuz
Öğretim Üyesi

Benzer Yazılar

Kentlerin iklim değişikliği ile mücadelesi

Ad Hoc

Senden nefret ediyorum, senden de! Hele sen…

Ad Hoc

Yabani otlar ve robotlar

Ad Hoc